物聯網校企合作實訓教學方案改革與實踐

尹向東 張新林 陳旭日

摘 要：該文通過分析目前物聯網的市場應用，發現主要是在線監測與控制、傳輸與組網兩個方向，根據市場的應用需求，結合高校物聯網相關專業實訓教學的特點和發展現狀，并且與相關企業合作進行了物聯網實訓教學方案設計，包括物聯網數據采集與控制實訓方案，物聯網組網與通信實訓方案；在這些方案的基礎上，通過兩個方向的校企合作實訓項目的訓練，使學生可以熟練掌握市場上企業所需要的物聯網開發技術，并且通過熟練所學技術在實訓教學中有好的實踐。

關鍵詞：物聯網 校企合作 實訓教學 教學改革

中圖分類號：G4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）05（b）-0147-02

目前，我國物聯網產業已經形成了面向應用的較為成熟的產業鏈，如我們熟知的智能化樓宇、智慧城市、現代智慧農業、車聯網、城市智能交通、智能家居、智能金融、綠色能源等等[1]。根據中國物聯網研究發展中心2014年度的研究報告，中國物聯網產業的市場規模前景巨大，到2015年物聯網產業的規模預計將會達到7500億元，年增長率達30%左右[2]。物聯網的應用已經漸漸滲透到社會的各行各業，包括了我們生活中的方方面面。

如此巨大的市場，帶來了巨大的人才需求，2008年以來，教育部設立了我國第一批高校物聯網專業，就不完全統計，目前國內已經有100多所本科院校，400多所高職院校開設了物聯網相關的專業[3]。通過筆者近幾年的觀察和調研，發現各個高校在物聯網基礎教學方面都比較成熟，有詳細的教學培養方案、課程體系，各個物聯網方向的基礎實驗室也紛紛建設完成，取得了較好的教學效果。另一方面，物聯網實訓方面卻不盡如人意，大多數高校由于缺乏合適的教學環境，大多都是采用演示系統進行教學，學生僅僅是在電腦觀看，進行參觀，自己不能親身進行操作，沒有實際項目的訓練，很難達到發展迅速的市場企業的人才需求[1]。

因此，作為高校教育工作者，亟需探索一個在物聯網環境下的校企合作實訓教學方案，筆者通過多年的教學實踐，就上述的問題做一些探討。

1 物聯網實訓教學背景分析

眾所周知，物聯網分為感知層、網絡層、應用層[4]，因此，現在應用較為廣泛的物聯網技術也可以分為三大類：（1）感知層應用技術：用來感知外部客觀世界，采集各種信息，包括傳感器技術、掃描二維碼技術、RFID技術、定位系統技術；（2）網絡層應用技術：用于實現網絡互連，將世界上各種各樣的網絡連接起來，主要包括網絡融合技術、無線網絡技術、移動網絡技術、網絡中間件技術、網絡傳輸介質、網絡安全等等；（3）應用層技術：用于實現面向終端用戶的各種應用，實現資源共享以及協同工作，包括各種操作系統開發、軟件開發平臺、大數據、云計算、數據挖掘技術、算法研究、高級語言程序開發等等[5]。

上述三大類的技術，用于在學生的具體實訓中，可以大致分成以下兩個方向。

1.1 物聯網數據采集與控制

目前物聯網產業一個重要方面就是關于各種傳感器的應用，包括工業數據的采集與控制、農業數據的采集與控制、環境數據的采集與控制、社區數據的采集與控制，與之相對應的典型應用包括智能制造、智能農業、智慧環境監測、智慧樓宇、智慧城市等等。主要有以下幾方面的技術：（1）大型數據庫技術；（2）傳感器制造；（3）傳感器數據傳輸；（4）傳感器節能技術；（5）前端軟件數據分析系統。

1.2 物聯網組網與通信

物聯網應用另一個重要方面就是組網與通信，實現各個節點間數據交換，將節點數據高效地傳輸到數據庫服務器，與之對應的典型應用包括智能交通、智能物流、車聯網、自動定位系統等等。主要有以下幾方面的技術：（1）大量傳感器節點的優化部署；（2）動態環境中自組網技術；（3）M2M公網通訊設備制造；（4）WMMP（Wireless Machine-to-Machine Protocol，無線機器通信協議）應用[6]。

2 物聯網校企合作實訓教學方案設計

通過上節的分析，我們知道物聯網的市場應用主要是在數據采集與控制、組網與通信兩個方向，因此我們與南京物聯網企業合作，圍繞這兩個方面進行物聯網校企合作實訓教學方案設計。

2.1 物聯網數據采集與控制實訓方案

（1）需求分析階段（10學時）。

①應用行業知識（2學時，課堂教學）；②系統基礎知識及接口定義（4學時，課堂教學）；③項目總體方案（4學時，實踐）；④項目系統實施計劃及各關鍵點技術方案（6學時，實踐，生成項目需求設計文檔）。

（2）傳感器數據采集傳輸及控制信號設計（60學時，電子技術專業方向）。

①傳感器工程應用接入基礎理論及應用技術（10學時，課堂教學及實驗）；②工業控制類嵌入式知識理論及應用技術（6學時，課堂教學及實驗）；③傳感器的工作原理與特點、項目傳感器種類及型號選型（4學時，課堂教學及實踐，寫出相關選型報告）；④傳感器接入及數據解析工程技術（6學時，課堂教學實踐）；⑤傳感器接入板電路原理圖及PCB板設計（10學時，課堂教學實踐）；⑥傳感器接入程序設計（12學時，實踐，要求有程序源碼及實物作品）；⑦數據WSN傳輸原理與應用（4學時，課堂教學及實踐）；⑧數據采集終端的WSN系統程序設計（8學時，實踐，要求有程序源碼及測試結果報告）。

（3）數據庫組件設計（60學時，計算機與科學技術、軟件工程專業方向）。

①數據存儲及管理設計理論（40學時，課堂教學）；②數據庫組件設計（20學時，實踐，要求有程序源碼及測試結果）。

（4）上層應用系統設計（60學時，計算機與科學技術、軟件工程專業方向）。

①應用系統設計概要（20學時，課堂教學）；②上層應用系統設計（40學時，實踐，要求有程序源碼及運行結果展示）。

（5）總結及評估（20學時）。

①項目調試及實現（16學時，實踐，要求生成項目結題報告，包括文檔及作品）；②作品演示及點評（4學時，作品演示和老師點評）。

2.2 物聯網組網與通信實訓方案

（1）項目需求分析（10學時）。

①背景及應用行業介紹（1學時，課堂教學）；②系統技術特點及基礎知識（2學時，課堂教學）；③項目總體目標與方案概述（4學時，課堂教學、實踐）；④項目系統實施計劃及各關鍵點技術方案及接口定義（3學時，課堂教學、實踐）。

（2）M2M公網通訊設備的軟硬件設計（50學時，網絡工程、通信工程方向）。

①M2M公網通訊設備基礎理論技術要點介紹（12學時，課堂教學、實踐）；②GPRS通訊模塊知識簡要介紹（6學時，課堂教學、實踐）；③CDMA通訊模塊知識簡要介紹（10學時，課堂教學、實踐）；④AT指令集的講解及實驗（4學時，課堂教學，實踐）；⑤工業儀表網關與GPRS/CDMA模塊間的通訊實驗（8學時，課堂教學、實踐）；⑥工業儀表網關控制GPRS/CDMA模式實現UDP/TCP通訊實驗（10學時，實踐）。

（3）感知網接入M2M公網的軟硬件技術（50學時，網絡工程、通信工程方向）。

①感知網數據采集實驗（16學時，課堂教學、實踐）；②感知網數據接入工業儀表網關的設計與實現（16學時，課堂教學、實踐）；③工業儀表網關實現感知網與公網間數據連通的設計與實現（28學時，課堂教學、實踐）。

（4）WMMP高可擴展M2M協議的研究與應用（50學時，可選做）。

①WMMP協議設計簡要介紹（4學時，課堂教學）；②WMMP協議報文格式及通訊流程的介紹（12學時，課堂教學、實踐）；③WMMP協議中與服務器通訊流程實驗（12學時，課堂教學、實踐）；④WMMP實現應用系統數據傳輸實驗（10學時，課堂教學、實踐）；⑤工業儀表網關利用WMMP協議收發感知網應用數據設計與實現（12學時，實踐）。

（5）總結及評估（12學時）。

①編寫項目結題報告（8學時，實踐，要求生成項目結題報告，包括文檔及作品）；②演示及點評作品（4學時，作品演示和老師點評結合）。

3 結語

上述兩個方向的校企合作實訓項目根據了不同的專業特點來設置，各個與物聯網相關的專業可以根據自身的特點的來進行選擇。通過訓練，學生可以掌握目前市場上企業所需要的物聯網開發技術，為將來的就業打下良好的基礎。

參考文獻

[1] 鄭艷華，揭海，羅瓊.地方高校“物聯網工程”本科專業與方向建設初探[J].科技創新導報，2013（35）：255-256.

[2] 2014年中國物聯網產業發展分析報告[R].91資訊，2014.

[3] 趙傳信，王楊，陳付龍.物聯網專業實踐課程建設探討[J].電腦知識與技術，2012（8）.

[4] 李金泉，尤小梅，趙滿平.以“CDIO”理念為指導，培養學生的實踐能力[J].科技創新導報，2014（12）.

[5] 張華.探究物聯網關鍵技術與應用[J].科技創新導報，2013（13）：41.

[6] 馬何，英昊，姜紹君，等.物聯網感知層課程建設探索[J].科技創新導報，2012（36）：186.