物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)教學(xué)中創(chuàng)新學(xué)習(xí)和能力培養(yǎng)的探索

李博涵

摘 要 無論在知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代還是信息社會(huì)，創(chuàng)新能力的高低是衡量高校人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要標(biāo)志之一。物聯(lián)網(wǎng)引領(lǐng)著二十一世紀(jì)又一次重大信息革命的浪潮。如何培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)大學(xué)生在物聯(lián)網(wǎng)本科教育中顯得尤為重要。本文試圖對(duì)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)大學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的可能性和重要性、方法和途徑進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng) 創(chuàng)新能力 培養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）這一概念國內(nèi)外普遍認(rèn)可的是 MIT Auto-ID 中心Ashton 教授1999年在研究RFID時(shí)最早提出來的。在2005年國際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布的同名報(bào)告中，物聯(lián)網(wǎng)的定義和范圍已經(jīng)發(fā)生了變化，覆蓋范圍有了較大的拓展，時(shí)至今日物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)從概念逐步走向?qū)嵺`。同樣在高校中，“物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)”也經(jīng)歷著從無到有，從鮮見到熱門的變化。在教育部的聯(lián)合推動(dòng)下全國700余所高校積極到參與物聯(lián)網(wǎng)這一新增專業(yè)的設(shè)置。如何培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)專業(yè)技術(shù)人才是反復(fù)強(qiáng)調(diào)的話題，但實(shí)際情況卻總是形式大于內(nèi)容。對(duì)于高校而言，利用新增專業(yè)來培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，搭載“物聯(lián)網(wǎng)”快車不應(yīng)是停留在口號(hào)上，而是要切實(shí)地在師資、教學(xué)設(shè)備、教材上進(jìn)行實(shí)際加強(qiáng)。從電子、信息類新增專業(yè)看，物聯(lián)網(wǎng)工程是最熱的專業(yè)之一，哈工大、北京理工大學(xué)等全國30多所高校都將開設(shè)該專業(yè)。

1 物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的方法和途徑

教學(xué)方法既是一種技術(shù)，也是一種綜合能力，正確的教學(xué)方法會(huì)有力地促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)的形成，而落后的教學(xué)方法則會(huì)成為學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)發(fā)展的阻礙因素。因此，要發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)，就必須采取有利于創(chuàng)新的教學(xué)方法，切實(shí)發(fā)展學(xué)生的聰明才智。應(yīng)該清醒地看到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有“新、長、專”的特點(diǎn)。

1.1 采用啟發(fā)式、討論式的教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的開放式思維

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)成立之初自身學(xué)科特點(diǎn)尚未成型，但集成創(chuàng)新型技術(shù)，知識(shí)體系不清晰；產(chǎn)業(yè)涵蓋面寬，邊界難以界定。物聯(lián)網(wǎng)是新增設(shè)的專業(yè)，交叉學(xué)科特性更加顯著。如何變思維封閉式為思維開放式教學(xué)對(duì)于教學(xué)是一個(gè)挑戰(zhàn)。所謂開放式思維就是要求學(xué)生不能只會(huì)死記硬背書本的知識(shí)，要著眼于不同答案或結(jié)論的自主選擇。為此，教師要科學(xué)設(shè)計(jì)課程中創(chuàng)造性活動(dòng)，善于傳遞創(chuàng)造性教育新觀念，制造培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造能力的各種機(jī)會(huì)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行各種創(chuàng)造性因素的影響，使學(xué)生受到潛移默化的教育，逐漸形成廣博的思維，做到跨學(xué)科和課程規(guī)定以外的內(nèi)容，例如可以利用課堂辯論、CAI授課、學(xué)生講課和專題討論等方法，傳遞創(chuàng)造性教育新觀念，制造培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造能力的各種機(jī)會(huì)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行各種創(chuàng)造性因素的影響，使學(xué)生受到潛移默化的教育，逐漸形成開放式的思維。

1.2 將科學(xué)研究內(nèi)容融入教學(xué)過程之中，豐富實(shí)驗(yàn)手段，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究能力

教學(xué)與科研密切相關(guān)，不可分割。在創(chuàng)新教育中，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體，通過教學(xué)來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，就必須探索其規(guī)律性的東西，就必須將科學(xué)研究與教學(xué)內(nèi)容結(jié)合起來，讓它們相互促進(jìn)，共同提高。有選擇性地布置一些綜合性作業(yè)或小論文題目，讓學(xué)生嘗試進(jìn)行科研研究與創(chuàng)新的基本訓(xùn)練。根據(jù)學(xué)生的興趣再加以具體指導(dǎo)，使學(xué)生初步掌握科研研究與創(chuàng)新的方法和途徑。注重實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，設(shè)置多樣化的實(shí)驗(yàn)。例如處理器基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)方面可以考慮程序下載實(shí)驗(yàn)，串口通信，控制器的基礎(chǔ)，虛擬演示終端控制實(shí)驗(yàn)、微操作系統(tǒng)，基礎(chǔ)通信實(shí)驗(yàn)可以設(shè)置線信道監(jiān)聽，無線報(bào)警，SimpliciTI網(wǎng)絡(luò)通訊實(shí)驗(yàn)，射頻標(biāo)簽RFID部署；自組織網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)可以設(shè)置指定路由多跳網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)，簡單的泛洪協(xié)議的多跳路由網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)；

1.3 將科研與實(shí)踐應(yīng)用結(jié)合起來，為學(xué)生提供、創(chuàng)造更多的實(shí)踐機(jī)會(huì)，強(qiáng)化學(xué)生的社會(huì)參與意識(shí)

目前高校某些專業(yè)的人才培養(yǎng)在實(shí)際工程能力方面和社會(huì)需求存在著天然鴻溝。這就需要企業(yè)和高校之間采取有效的橋梁與杠桿來跨越障礙協(xié)同發(fā)展。上面提到了將在教學(xué)中引入科研能力培養(yǎng)，那么在科研中也同時(shí)要注重工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的學(xué)科交叉性決定只學(xué)好某幾門課程，或者是僅僅是掌握某一學(xué)科（比如計(jì)算機(jī)、電子、通信等）是不足以滿足社會(huì)的需求的。讓學(xué)生接觸新的無線技術(shù)DSRC，Bluetooth，WiFi，ZigBee，RFID 和NFC的知識(shí)。通過設(shè)計(jì)豐富、多元化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，可以為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生打下扎實(shí)的應(yīng)用基礎(chǔ)，為將來創(chuàng)造出更多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用及產(chǎn)品積累經(jīng)驗(yàn)。目前在許多大型辦公場(chǎng)所、商業(yè)Mall等經(jīng)濟(jì)金融聚集的地方已經(jīng)采用了先進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，適時(shí)采取現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察，親身體驗(yàn)的方式，讓師生共同感受物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)給生活帶來的改變。

2 物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程內(nèi)容和教學(xué)手段創(chuàng)新

2.1 專業(yè)課程體系設(shè)置

為了適應(yīng)新的人才培養(yǎng)目標(biāo)，首先在教學(xué)內(nèi)容上要堅(jiān)持體現(xiàn)時(shí)代性的特點(diǎn)，讓學(xué)生掌握最新的知識(shí)內(nèi)容，了解世界最新的發(fā)展動(dòng)態(tài)，使學(xué)生的知識(shí)層次和結(jié)構(gòu)與世界先進(jìn)水平趨于同步。在教學(xué)中，應(yīng)把本學(xué)科前沿的最新研究信息、動(dòng)態(tài)及成果有機(jī)地引進(jìn)課堂，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，強(qiáng)化學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。其次在課程體系上要重新優(yōu)化，按知識(shí)、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的要求來制定與社會(huì)發(fā)展相適應(yīng)的教學(xué)計(jì)劃和課程體系，開設(shè)專門的創(chuàng)新課程，培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新智能和創(chuàng)新方法。此外，在課程設(shè)置上適當(dāng)調(diào)整必修、選修課的比例，增加選修課的數(shù)量和廣度，使精力充沛、有余力的學(xué)生選擇更多適合自己的課程，塑造學(xué)生全面而和諧發(fā)展的個(gè)性，從而培養(yǎng)全面發(fā)展的復(fù)合型人才，使學(xué)生在未來工作中具備全面素質(zhì)及創(chuàng)新能力，適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)對(duì)人才的需要。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的課程內(nèi)容的設(shè)置目前尚處于摸索階段。如圖1所示為探索中的一種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專業(yè)課程體系設(shè)置。

具體到各個(gè)知識(shí)模塊，首先是網(wǎng)絡(luò)支持核心技術(shù)這一塊。必須要了解物聯(lián)網(wǎng)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展、相關(guān)的路由協(xié)議、MAC協(xié)議、物理層設(shè)計(jì)、通信標(biāo)準(zhǔn)。在傳感層：無線節(jié)點(diǎn)硬件和核心協(xié)議棧軟件設(shè)計(jì)，RFID無源、有源標(biāo)簽設(shè)計(jì)技術(shù)，低功耗無線設(shè)計(jì)，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，安全和加密原理和設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)；網(wǎng)絡(luò)層：多種網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)，HF，UHF-RFID讀卡器設(shè)計(jì)，掌握主流無線和無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，主要的路由算法是掌握物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理的關(guān)鍵。以往這些知識(shí)模塊一個(gè)專業(yè)的學(xué)生很難同時(shí)學(xué)到，但是這些都是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)應(yīng)該掌握的基礎(chǔ)知識(shí)。在更高一層的應(yīng)用層，側(cè)重于服務(wù)支持技術(shù)的時(shí)間同步技術(shù)、節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)、容錯(cuò)容侵技術(shù)、安全設(shè)計(jì)技術(shù)、服務(wù)質(zhì)量（QoS）保證以及場(chǎng)景感知技術(shù)等等。

2.2 教學(xué)和學(xué)習(xí)手段創(chuàng)新，用更多“輕量級(jí)泛在化”的教學(xué)手段替代傳統(tǒng)的教學(xué)手段

隨著信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)社會(huì)迅速發(fā)展，在教學(xué)中必須采用新的現(xiàn)代化多媒體教學(xué)手段，通過聲音、圖像等多種表現(xiàn)形式使教學(xué)直觀、形象，用教學(xué)內(nèi)容的動(dòng)態(tài)和知識(shí)的新穎激發(fā)學(xué)生的興趣和創(chuàng)新激情，促使學(xué)生綜合能力不斷得到發(fā)展和完善。筆者認(rèn)為學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)可以以物聯(lián)網(wǎng)的方式來學(xué)習(xí)之，這算是“以彼之道，還施彼身”的另類解讀吧。利用信息技術(shù)提供學(xué)生一個(gè)可以在任何地方、隨時(shí)、使用手邊可以取得的科技工具來進(jìn)行學(xué)習(xí)活動(dòng)的4A（Anyone，Anytime，Anywhere，Anydevice）學(xué)習(xí)。例如，可以根據(jù)學(xué)生興趣將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)按感知層，傳輸層，應(yīng)用層等層次分為不同的小組，利用智能手機(jī)和通訊軟件使學(xué)生將課堂內(nèi)外的學(xué)習(xí)互通有無，小組內(nèi)部資源共享，小組外部資源競(jìng)爭(zhēng)。讓學(xué)生體會(huì)到感知技術(shù)無處不在，知識(shí)在不斷更新。

3 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)的革命性發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)具有產(chǎn)業(yè)鏈長，帶有長尾效應(yīng)，涉及多個(gè)產(chǎn)業(yè)群的特點(diǎn)，其應(yīng)用范圍遍及智能交通、環(huán)境保護(hù)公共安全、智能家居、智能農(nóng)業(yè)、工業(yè)監(jiān)測(cè)、個(gè)人健康等幾乎各行各業(yè)。預(yù)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信網(wǎng)之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮。有專家預(yù)測(cè)10年內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)就可能大規(guī)模普及，這一技術(shù)將會(huì)發(fā)展成為一個(gè)上萬億元規(guī)模的產(chǎn)業(yè)。因此，社會(huì)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方面的人才需求巨大。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)課程學(xué)習(xí)和培養(yǎng)上作者提出了一些新的思路和方法。物聯(lián)網(wǎng)人才培養(yǎng)的當(dāng)務(wù)之急是要積極開展教育改革試點(diǎn)與實(shí)踐工作，為后續(xù)還將新增設(shè)的“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”專業(yè)的高校提供依據(jù)。對(duì)待物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)這一高校新增專業(yè)應(yīng)該既充滿期待，也要踏踏實(shí)實(shí)地做實(shí)事。無論是億或萬億物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展都將是一個(gè)長期的過程，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)課程的建設(shè)與大學(xué)生創(chuàng)新培養(yǎng)也同樣需要經(jīng)歷一個(gè)逐步成熟的過程。

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（60673127）；中國博士后科學(xué)基金（No.20100481133）；江蘇省博士后基金 （1001005B）；南京航空航天大學(xué)青年科技創(chuàng)新基金 （NS2012023）的資助

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