校企合作模式下物聯網實驗課程體系改革與實踐

尹向東　張新林　陳旭日

[摘 要]當前許多高校都開設了物聯網專業。開設關于物聯網實驗的課程，可幫助學生對物聯網知識進行有效的了解，掌握相關的物聯網信息，了解相關的課題和先進的計算機技術知識等。增加學生對相關知識的了解，擴寬學生的視野，努力讓學生具備一定的實踐能力和探索能力，從而成為適應市場需求的物聯網行業的有用人才。

[關鍵詞]校企合作 物聯網 實驗課程

[中圖分類號] G423.07 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2015）09-0113-02

一、引言

1991年，美國麻省理工學院的Kevin Ash-ton教授在世界上首次提出了The Internet of things（物聯網）的概念。2005年，相關部門發表了一份報告，正式將物聯網進行命名——“The Internet of things”。2009年8月，溫家寶總理在無錫考察中國科學院高新微納傳感網工程技術研發中心（現名無錫物聯網產業研究院），明確提出了“感知中國”的發展目標，要求大力發展中國的物聯網產業。[1]隨后幾年，伴隨著物聯網新技術的發展，各種物聯網企業如雨后春筍般涌現出來，相應的人才需求呈現出爆炸式的增長，這給各高校人才培養帶來了新的機遇，同時也給高校教育帶來了巨大挑戰。

為了能夠更好地培養出企業需求的人才，學校與企業聯合有助于物聯網專業人才的培養。校企合作是一種以市場和社會需求為導向的運行機制，是學校和企業雙方共同參與人才培養的過程，以培養學生的全面素質、綜合能力和就業競爭力為重點，利用學校和企業兩種不同的教育環境和教育資源，采用課堂教學與學生參加實際工作有機結合，來培養適合不同用人單位需要的應用型人才的教學模式；實現的目標是增強辦學活力，提高學生的綜合素質，適應市場經濟發展對人才素質的需要。[2]

二、物聯網實驗體系設置

物聯網架構從下至上可以分為感知層、網絡層和應用層，感知層以二維碼、RFID、傳感器和傳感網為主，實現對“物”的識別；網絡層主要由移動通信網和互聯網組成，實現數據的可靠傳輸；應用層主要由智能終端組成，實現智能運算與智能處理。[3]隨著信息技術的發展，物聯網也隨之興起，與互聯網相比，物聯網涉及的方面更加廣泛，所以，在教學過程中融合實踐教學將物聯網所涉及的其他學科的知識融入進去顯得至關重要。

目前許多高校的物聯網實驗課程體系存在以下問題：

第一，實驗課程之間相對獨立，缺乏關聯性，例如講授感知層課程的教師往往只側重底層傳感器的基本原理，沒有與網絡層和應用層的知識聯系起來，這樣學生感覺只是學到了一門門單獨的課程，卻不能把它們融會貫通起來。

第二，傳統的實驗課程教學往往突出原理性知識的實驗呈現，沒有融入一套有效的工程性構建方法；缺乏工程性的方法，學生雖然知道了基本概念，卻難于完成具有一定規模的實驗。[4]

第三，國內很多高校都紛紛開辦了物聯網專業或者在培養方案里面增加了物聯網方向，由于物聯網分為感知層、網絡層和應用層三個層次，不同學校有各自不同的學科優勢。物聯網專業的課程都是根據自身優勢進行設置的，各自的培養重點都不一樣，這樣有些學校培養出來的學生的能力可能達不到市場的要求，或不能成為企業開發產品最急需的人才。

因此，高校物聯網專業應該緊密觀察市場發展方向，與企業進行深度的合作，深入研究物聯網專業人才所應具備的知識、素質和能力，制訂出合理的人才培養方案，設置科學的物聯網實驗課程體系，這樣才能培養出滿足物聯網領域所需的合格人才。[3]

三、物聯網實驗體系設置

物聯網專業知識領域包括數據結構與算法、計算機組成原理、微機接口與控制技術、操作系統、計算機網絡原理與協議工程、程序設計語言、數據庫原理與技術、軟件工程、嵌入式系統、無線通信與網絡、物聯網安全、物聯網管理、物聯網應用、網絡融合技術、物聯網設計、智能處理、射頻識別技術、無線傳感網絡技術等。[5]

對物聯網專業相關的實驗課程進行科學設置，可以設置相關的通信工程技術，例如：物聯網基本知識介紹，傳感器的基本應用和工作特點，無線技術的運用，物聯網工程的講解和應用，還有一些物聯網課程的設計等，教師在課程的設置上要符合學生的實際情況。

物聯網的整個體系，可以讓學生獨自完成多種層面的實驗，與此同時可以開展一些實踐類的訓練課程和學科競賽活動，同時還可以滿足教師以及部分優秀學生參與科研訓練的需要。本文以飛瑞敖物聯網工程實驗平臺為例，具體分為物聯網工程訓練實驗項目、物聯網創新實驗實訓項目、物聯網綜合實驗實訓項目三個部分：

（一）物聯網基礎訓練實驗項目設置

物聯網的基礎性實驗主要是要求學生掌握物聯網系統三個層次中的基礎知識，更深入理解物聯網的基礎知識，掌握物聯網技術的各項基礎技能，主要開設以下實驗項目：實驗1：開展有關局域網設計的實驗，這種實驗是借助有線技術進行的；實驗2：與實驗1相反，這個實驗室運用無線網技術開展局域網的實驗；實驗3：將有線技術和無線技術相結合的混合型網絡實驗；實驗4：關于平臺的組建實驗；實驗5：物聯網工程信息平臺測試實驗；實驗6：無線信號分布實驗；實驗7：WiFi+無線射頻識別（RFID）讀寫卡實驗；實驗8：對物聯網平臺進行研究和對相關的配置進行管理的實驗；實驗9：設計實驗對感知層進行細致的分析；實驗10：設計實驗對網絡層進行細致的分析；實驗11：將網絡層和感知層相互連接，進行測試的實驗；實驗12：將網絡層和應用層相互連接，進行測試的實驗；實驗13：為應用層進行編程的實驗；實驗14：溫濕度傳感器數據通信實驗；實驗15：光照度數據通信實驗；實驗16：煙霧傳感器數據通信實驗；實驗17：WiFi設備管理與配置實驗。

（二）物聯網綜合實驗實訓項目

在掌握上述基礎訓練實驗項目以后，為了讓學生能夠全面理解物聯網的三層結構是如何協同工作的，我們開設了如下一些綜合實驗實訓項目：綜合實驗1：物聯網相關人員對系統進行管理的實踐訓練；綜合實驗2：運用物聯網對物資進行管理、應用的實踐訓練項目；綜合實驗3：從事物聯網的相關人員不斷開發物資管理系統的實驗項目；綜合實驗4：物聯網綜合應用開發實訓項目；綜合實驗5：對物聯網的數據服務器和相關配置進行研究的實驗；綜合實驗6：物聯網數據網關（中間件）設計實訓項目；綜合實驗7：關于物聯網程序編輯升級的實驗；綜合實驗8：物聯網遠程控制實驗（B / S模式）。

（三）物聯網層面的創新性實驗實訓項目

為了使學生能夠更快地掌握企業項目開發的要求，我們與企業進行合作，設計了一些創新實驗實訓項目：創新實驗1：物聯網智能門禁系統，包括物聯網智能門禁系統應用實驗、物聯網智能門禁系統開發實訓項目；創新實驗2：對物聯網燈光系統的研究，物聯網智能的燈光系統包括燈光的控制系統使用的實驗還有對系統進行開發升級的實踐項目；創新實驗3：物聯網視頻監控系統，包括物聯網視頻監控應用實訓項目、物聯網視頻監控系統開發實訓項目；創新實驗4：物聯網空調控制系統，包括實驗室空調控制系統應用實訓項目、物聯網空調控制系統開發實訓項目；創新實驗5：物聯網智能窗戶監控系統，包括物聯網智能窗戶監控系統應用實訓項目、物聯網智能窗戶監控系統開發實訓項目。

（四）物聯網實驗平臺設計

物聯網實驗平臺可以在計算機、網絡、通信類實驗室的現有模式上進行不斷的創新和改進，通過光載無線交換機技術，創建一個安全性能極高的WiFi無線局域網，覆蓋物聯網實驗室及其周邊區域。與此同時，運用實驗室中的相應工作設備，構建一個既擁有有線網絡又擁有無線網絡的混合型的網絡系統的網絡層，各種專業課程實驗箱和綜合應用實驗箱通過標準模塊WiFi設備服務器的無線技術，與物聯網的信息平臺相互連通，最終形成了一個十分廣闊的物聯網環境，同時形成將物聯網的三個層次全面地體現出來的一個十分全面的物聯網工程信息服務平臺。我們日常生活中使用的筆記本、手機、平板等多種移動設備都可以通過內置WiFi連接到物聯網實驗平臺上，成為物聯網實驗設備的一部分。

（1）光載無線交換機及其分布式天線系統。光載無線交換機及其配套設備主要的作用就是將無線信號傳播的距離更加遠、范圍更加大。

（2）物聯網工程實驗平臺服務器。主要是用于對實驗物聯網工程實驗平臺進行合理的管理，對實驗室進行有效的監控，同時開展多種多樣的課題研究，在中心機房配置一臺服務器。這個服務器所擁有的核心軟件以及服務器的軟件，可以為用戶提供本地和遠程的服務，并且對物聯網進行有效的管理和監控。早期的物聯網主要致力于實現智能教室的門禁系統、燈光控制系統、視頻監控系統、空調控制系統、窗戶監視系統等功能。

四、總結

開設關于物聯網實驗的課程，可幫助學生對物聯網知識進行有效的了解，掌握相關的物聯網信息，了解相關的課題和先進的計算機技術知識等，具備一定的實踐能力和探索能力，從而成為適應市場需求的物聯網行業的有用人才。

[ 注 釋 ]

[1] 馬忠梅，孫娟，李奇.物聯網工程專業課程體系與實踐探討[J].單片機與嵌入式系統應用，2011（10）.

[2] 吳金星，魏新利，鄭錦華，賀敏，李國立.校企合作實踐教學為培養應用型人才打開一扇窗[J].大學教育，2014（2）.

[3] 周洪波.物聯網：技術、應用、標準和商業模式[M].北京：電子工業出版社，2010：45.

[4] 王楊，殷曉斌，陳付龍，趙傳信，陳少軍.面向高師院校物聯網工程專業的實驗教學策略研究[J].大學教育，2014（8）.

[5] 姜臘林，王靜，徐蔚鴻.網絡工程專業物聯網方向課程改革研究[J].計算機教育，2011（10）.

[責任編輯：覃侶冰]