物聯(lián)網(wǎng)原理課程教學(xué)探析

時(shí)雷　張娟娟　鄭光　席磊　車銀超　劉合兵

摘要：針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)原理課程教學(xué)特點(diǎn)和教學(xué)中存在的問題，從課程網(wǎng)站資源建設(shè)、高質(zhì)量學(xué)習(xí)資料提供、科研素質(zhì)訓(xùn)練、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)案例教學(xué)等環(huán)節(jié)對(duì)課程教學(xué)的開展進(jìn)行分析和探討，以期望有助于找到更適合的教學(xué)方法，進(jìn)一步提高教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)原理;教學(xué)探析;課程網(wǎng)站資源;科研素質(zhì)訓(xùn)練;案例教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）25-0086-02

“物聯(lián)網(wǎng)”（Internet of Things），就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，指的是將各種信息傳感設(shè)備，如射頻識(shí)別（RFID）裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等種種裝置與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來，進(jìn)行信息交換和通信，從而實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)[1]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以“全面感知、可靠傳輸、智能處理”為特點(diǎn)，是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，近年來在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、醫(yī)療、安全、經(jīng)濟(jì)等各個(gè)領(lǐng)域及行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，發(fā)揮了極大的影響和效力[2]。為滿足市場(chǎng)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)人才的強(qiáng)烈需求，各個(gè)高校競(jìng)相開辦物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)，開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)課程。

物聯(lián)網(wǎng)原理課程是物聯(lián)網(wǎng)方向及信息技術(shù)相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)必修課，課程主要介紹物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的基本概念、基本原理和關(guān)鍵技術(shù)，包括EPC和RFID技術(shù)、傳感器技術(shù)、MEMS技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、智能處理技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)等[3]。學(xué)生通過本課程學(xué)習(xí)不僅要掌握物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的框架結(jié)構(gòu) 、標(biāo)準(zhǔn)體系等物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)知識(shí)，而且還要掌握物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，了解相關(guān)技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用和難點(diǎn)，為學(xué)習(xí)后續(xù)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)課程、開展科學(xué)研究打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

本課程具有知識(shí)點(diǎn)多、內(nèi)容相對(duì)抽象、理論教學(xué)突出、對(duì)傳感器技術(shù)基礎(chǔ)要求較高的特點(diǎn)。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)熟悉物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展、物聯(lián)網(wǎng)的主要特點(diǎn)及應(yīng)用前景，掌握物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)以及發(fā)展和應(yīng)用，具備運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)理論與實(shí)踐知識(shí)分析解決實(shí)際問題的能力，為將來計(jì)劃從事物聯(lián)網(wǎng)研究或基于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用工作打下良好基礎(chǔ)。

筆者所在學(xué)院從2014年開始開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)原理課程，作為信息技術(shù)專業(yè)的新開課程，沒有成熟經(jīng)驗(yàn)及方案可以借鑒，相關(guān)任課教師邊教學(xué)邊探索，邊實(shí)踐邊分析總結(jié)，針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)原理教學(xué)中存在的問題，找到了一定的解決方法和思路，本文結(jié)合我院教學(xué)實(shí)踐從4個(gè)具體實(shí)施環(huán)節(jié)進(jìn)行介紹。

1課程網(wǎng)站資源建設(shè)

按照筆者所在學(xué)院課程網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)要求，課程負(fù)責(zé)人完成課程建設(shè)中教學(xué)大綱、考試大綱、課程提綱的修訂和網(wǎng)上共享，對(duì)課程使用教材、教學(xué)課件、實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)源碼、教學(xué)安排、相關(guān)參考文獻(xiàn)、考試模擬題等教學(xué)資料進(jìn)行了網(wǎng)上共享，學(xué)生可以在課程學(xué)習(xí)的同時(shí)通過課程網(wǎng)站下載教學(xué)資源和輔導(dǎo)材料等，了解課程學(xué)習(xí)的各項(xiàng)信息，同時(shí)還可以下載課程拓展知識(shí)、各個(gè)章節(jié)的自測(cè)題、案例詳解等，進(jìn)一步鞏固課堂學(xué)習(xí)效果。課程網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)還提供了成績(jī)?cè)u(píng)定和評(píng)語反饋等功能，方便老師和學(xué)生交流互動(dòng)。

通過課程網(wǎng)站建設(shè)等一系列活動(dòng)，同時(shí)也促進(jìn)了相關(guān)課程多位主講教師的交流溝通，充分發(fā)揮了集體的優(yōu)勢(shì)力量，為優(yōu)秀學(xué)生的脫穎而出創(chuàng)造了條件。事實(shí)確實(shí)如此，物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)課程幾位任課教師關(guān)注在課程學(xué)習(xí)過程表現(xiàn)優(yōu)異的優(yōu)秀學(xué)生，給予持續(xù)的鼓勵(lì)和指導(dǎo)，學(xué)生果然不負(fù)眾望在參加物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的專業(yè)設(shè)計(jì)大賽中獲得了優(yōu)異成績(jī)。

2高質(zhì)量學(xué)習(xí)資料提供

物聯(lián)網(wǎng)工程是融合計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、數(shù)據(jù)處理和分析等多學(xué)科的新興交叉學(xué)科，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)對(duì)其自主學(xué)習(xí)能力和國(guó)際化水平提出了更高的要求[4]。為有效提高學(xué)生實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)能力、提升熟練閱讀和使用國(guó)內(nèi)外中英文物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)文獻(xiàn)的能力，課程組為學(xué)生提供了高質(zhì)量的專業(yè)學(xué)習(xí)資料及學(xué)習(xí)資源。

從物聯(lián)網(wǎng)起源的《未來之路》到物聯(lián)網(wǎng)海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的Google技術(shù)書籍《The Datacenter as a Computer》，從關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)知識(shí)讀物《大話物聯(lián)網(wǎng)》到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專著《農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論》和《農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其應(yīng)用》，從國(guó)內(nèi)門戶網(wǎng)站中國(guó)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（http：//iot.10086.cn：81/）到國(guó)外精品課程資源--麻省理工開放課件資源網(wǎng)站：MIT OPEN COURSEWARE（https：//ocw.mit.edu/index.htm），課程組向參與學(xué)習(xí)的學(xué)生推薦了信息量豐富、品類繁多的高質(zhì)量中英文學(xué)習(xí)資料，在培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣、拓展知識(shí)面、培育科研素質(zhì)、塑造自我提升發(fā)展能力、開拓國(guó)際化視野發(fā)揮了積極作用，

3科研素質(zhì)訓(xùn)練

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是新一代信息技術(shù)的核心，它將和傳感器技術(shù)、人工智能、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)一起改變?nèi)藗儺?dāng)前的工作、學(xué)習(xí)和生活方式，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與當(dāng)前科學(xué)研究熱點(diǎn)譬如大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等領(lǐng)域的研究息息相關(guān)[5]。在物聯(lián)網(wǎng)原理課程的學(xué)習(xí)中，課程組融入了對(duì)學(xué)習(xí)者的一般科學(xué)研究素質(zhì)的培養(yǎng)。

在介紹物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的基本概念時(shí)，向在學(xué)者介紹網(wǎng)上電子資源查找的基本方法、介紹物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的TED論壇視頻（https：//open.163.com/ted/），介紹科研網(wǎng)站小木蟲（http：//muchong.com/）及CSDN中文IT技術(shù)社區(qū)（http：//www.csdn.net/）。

在介紹物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)應(yīng)用時(shí)，注重科研小論文閱讀和講解。首先交給在學(xué)者一篇相關(guān)文獻(xiàn)，通讀之后任課教師帶領(lǐng)全體同學(xué)把科技論文的研究目的和意義、研究材料與方法、研究設(shè)計(jì)、研究結(jié)果與討論和研究結(jié)論等概括出來，找出文章的亮點(diǎn)和不足。然后分成任務(wù)小組，各個(gè)小組根據(jù)自己選擇的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方向查找相關(guān)科技論文，合理分配任務(wù)并團(tuán)結(jié)協(xié)作完成整篇論文的講解，所有的講解需要用自己的語言去總結(jié)和概括[6]。所有小組講解完成之后，各個(gè)任務(wù)小組給出自評(píng)和他評(píng)分?jǐn)?shù)，最終講解得分為所有評(píng)價(jià)得分的平均分，折合入在學(xué)者的課程平時(shí)成績(jī)。此項(xiàng)成績(jī)與實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)和最終課程成績(jī)的關(guān)聯(lián)性均較高，在一定程度上能夠反映出在學(xué)者對(duì)課程知識(shí)的整體把握程度。

科研素質(zhì)的基本訓(xùn)練，有利于在學(xué)者接觸最新的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展技術(shù)，為進(jìn)一步從事相關(guān)科學(xué)研究工作奠定了一定的基礎(chǔ)，為科學(xué)思考和規(guī)范寫作提供了思路。

4實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)案例教學(xué)

物聯(lián)網(wǎng)原理是典型的工科課程，學(xué)習(xí)過物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)概念和基本理論，經(jīng)過物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)科研論文的閱讀，積累一定的程序設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)之后，在學(xué)者還需要通過實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的實(shí)踐動(dòng)手能力培養(yǎng)。鑒于課時(shí)限制，任課教師主要基于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)箱和農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)典型應(yīng)用系統(tǒng)代碼分析與完善兩種形式完成實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)教學(xué)，此兩種形式均采取案例教學(xué)形式。

物聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)箱集成了常見的溫濕度傳感器、人體傳感器、加速度傳感器等傳感器模塊;Zigbee節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器;IPv6節(jié)點(diǎn);藍(lán)牙主從機(jī);RFID閱讀器;智能終端;各種調(diào)試接口和擴(kuò)展接口等。在學(xué)者在任課教師指導(dǎo)下，通過閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書， 理解實(shí)驗(yàn)原理，規(guī)范實(shí)驗(yàn)步驟，在已有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)素材的基礎(chǔ)上，可以快速完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)效果重現(xiàn)，進(jìn)一步理解技術(shù)原理。

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)典型應(yīng)用系統(tǒng)代碼分析與完善，以基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，通過采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)幫助在學(xué)者理解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與使用，通過監(jiān)控系統(tǒng)信息發(fā)布與再利用幫助在學(xué)者理解基于物聯(lián)網(wǎng)采集系統(tǒng)的Web系統(tǒng)構(gòu)建與應(yīng)用[7]。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)采集系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)均需要學(xué)習(xí)者在理解物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)建的基礎(chǔ)上，熟悉程序設(shè)計(jì)的流程，對(duì)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)頁設(shè)計(jì)技術(shù)等靈活運(yùn)用。

實(shí)踐環(huán)節(jié)案例教學(xué)完成后，要求學(xué)習(xí)者提交物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)完善后系統(tǒng)源碼，并且能夠?qū)崿F(xiàn)配置部署成功且穩(wěn)定運(yùn)行。

5結(jié)語

信息技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用給各行各業(yè)帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，基于信息技術(shù)變革的教育教學(xué)改革也呈現(xiàn)出了新的特征[8]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)本身是下一代信息技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)，課程理應(yīng)體現(xiàn)技術(shù)的完整性和先進(jìn)性。本文針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)原理課程教學(xué)，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐提出了一套實(shí)用性強(qiáng)的教學(xué)探索方案。從課程網(wǎng)站資源建設(shè)、高質(zhì)量學(xué)習(xí)資料提供、科研素質(zhì)訓(xùn)練、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)案例教學(xué)等環(huán)節(jié)對(duì)課程教學(xué)的開展進(jìn)行分析和探討，這些措施都是根據(jù)筆者在實(shí)際教學(xué)中的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)而來，并且已經(jīng)在物聯(lián)網(wǎng)原理課程教學(xué)實(shí)踐中實(shí)際運(yùn)用，取得了一定的教學(xué)效果。希望該文能對(duì)從事物聯(lián)網(wǎng)原理課程教學(xué)的人員有一定的借鑒作用。

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【通聯(lián)編輯：光文玲】