應用型本科高校物聯網技術課程改革方法研究

孫澤宇

（洛陽理工學院 計算機與信息工程學院，河南 洛陽 471023）

應用型本科高校物聯網技術課程改革方法研究

孫澤宇

（洛陽理工學院 計算機與信息工程學院，河南 洛陽 471023）

物聯網技術作為物聯網專業的核心課程和骨干課程，在物聯網工程專業整個教學過程中啟到了至關重要的作用。物聯網技術課程改革主要體現在課程設置和課程重點與難點的講解分析以及教學實踐等環節。將學生的理論知識與實踐認知相結合，提高了學生們的創新能力、思維能力和動手能力，提升了教師教學能力和科研能力，對物聯網專業整體教學水平產生較大的推動作用。

物聯網；課程改革；理論教學；實踐教學

隨著信息技術的進步，物聯網技術得到了迅猛的發展，其應用范圍主要集中在軍事國防、交通運輸、環境監測、智能家居、醫療衛生等各大工程領域[1-2]；其表現在行為是將信息世界與物理世界融為一體的新型網絡體系。

早期的物聯網概念可以追溯到1995年，比爾蓋茨在“未來之路”中所提及的將物品與計算機網絡有機的結合。物聯網的正式概念是在2005年國際電信聯盟所發布的“互聯網絡報告”之中，即：任意時間、任意地點以及任意物體之間的互聯與聯通，并將傳感器技術、嵌入式技術、射頻識別(RFID)技術、定位技術、智能技術以及上層的云計算技術融為一體的新型網絡[3]。

1999年，中國科學院啟動了傳感器網絡的研制與開發，并在無線傳感器網絡、無線通信、移動基站以及移動覆蓋等方向取得重大成果；2009年8月7日時任國家總理溫家寶在無錫調研期間提出了“感知中國”的概念，2010年元月，我國成立了傳感(物聯)網絡技術產業聯盟。該聯盟的成立標志著我國在物聯網工程技術方向確定了新的發展方向與目標。隨之而來，我國各大高校根據本校的辦學方針與辦學政策組建了物聯網工程教研室，并招收了一定比例物聯網工程專業學生。

1．合理優化物聯網技術課程

物聯網技術課程是包含了傳感器網絡技術、RFID技術、標識與定位技術、通信技術、數據計算與管理及安全技術融為一體的綜合課程。在授課過程中，要注意對重點和難點知識進行詳細講解與分析并結合實際應用對某些問題的產生與解決方案進行分析與論證，最終使得學生充分理解物聯網的理論知識與實踐應用的結合點。物聯網體系結構是物聯網技術課程重點與難點之一。在對比分析網絡層次時，應給出感知控制層、數據傳輸層、數據管理層以及上層的應用決策層之間的關系。如圖1所示：

圖1 物聯網體系結構框架

感知控制層的特點及作用主要體現在物聯網底層的感知，包括智能節點接入、RFID讀寫、網關的組成以及通過網關所收集數據傳遞給中間層；數據傳輸層的主要特點體現為對底層感知控制設備的接入，不同網絡類型的融合以及復雜數據類型的轉換；數據管理層主要借助于云計算實現感知數據的語義分析、推理以及對數據管理等操作，如：數據查詢、計算、存儲、挖掘等；應用決策層主要負責物聯網上層應用與服務，如：監測與監控，以上部分是在講解物聯網體系結構時，應重點講解部分；其難點主要體現在每層的組成部分，以及組成部分的作用，以感知控制層為例加以說明。感知控制層隸屬于物聯網的底層，對于上層的應用層而言，其應用數據的可靠性直接取決于物聯網底層的感知控制層。感知控制層包含傳感器技術、標識技術和定位技術。傳感器技術同智能計算技術、通信技術稱之為物聯網三大支柱技術，也是物聯網底層必不可少的三種計算。在授課時，可以很形象地把傳感器技術比作為人體的“感知器官”如：眼睛；把智能計算技術比作人體 “大腦”；把通信技術比作人體 “神經”，這樣一來即形象又生動，便于學生的理解。標識技術，主要是通過RFID或掃描設備對外界物體行為特征信息的判斷與識別；定位技術則是測量物體特征參數的一種技術，如：位置參數、時間參數、速度參數以及失量參數等等。如圖2所示

圖2 感知控制層體系框架

應用型本科高校所開設的物聯網工程專業所培養人才的主要目標是使學生充分掌握物聯網基礎知識、理論知識和實踐能力，將計算機技術、嵌入式技術、通信技術、網絡技術等貫穿于一體的復合型人才。因此，以物聯網三大框架為基礎，建立以應用型為目的，以基礎理論知識為背景的，社會所需應用型為前提的課程體系。

在授課階段，教師應遵循從易到難，從簡單到復雜這一規律[4]。在物聯網技術課程講解過程中，應該先引入物聯網導論和計算機網絡這兩門基礎課，先讓學生理解什么是物聯網，物聯網的作用是什么，工作原理是什么，物聯網體系是由哪些關鍵層次組合而成，每層的特點和作用又是什么；由感知控制層所采集的數據是通過哪些協議進行傳輸的，協議的特點又是什么，資源的優化與分配是如何完成的等等。學生具備了一定基礎知識后再學習物聯網技術相對來說會容易接受一些；同時，在講解感知控制層時，也應該滲透一些關于傳感器原理、無線傳感器網絡、RFID技術等基礎知識，便于以后學生對物聯網數據組織與管理、物聯網安全性等方面的學習。在對網絡控制層與數據鏈路層學習過程中，教師應該給學生多講解網絡接入過程與數據處理過程，如：網關的接入、物聯網中間件、信息的實時采集、數據的有效傳遞以及數據信息的智能化計算等等。在此基礎上，為了使學生充分了解物聯網技術在不同領域中的應用，還應開設物聯網應用與開發、無線傳感器網絡、物聯網安全技術、網絡與通信技術、GPS技術原理等課程。在不同課程之間鼓勵學生自主創新，鼓勵學生將所學知識運用于實踐當中。

2．加強實踐能力的培養

目前許多高校都開設了物聯網工程專業，但在實際應用過程受到了課程設置和實驗條件等多方面因素的制約，絕大數關于物聯網專業課程的授課與講解都集中在理論知識的教授，而對實踐環節部分卻難以支撐，主要體現在如下四個方面，第一：高校實驗條件有限，無法滿足大規模的物聯網網絡配置；第二：課程設置環節比較單一，完備的課程體系尚未建立；第三：授課教師沒有企業實踐經驗和研發經驗，不能很好地理論知識與實踐知識相統一；第四：物聯網技術課程所涉及其它課程較多，授課教師不能夠全方位掌握[5]。基于以上不足，應加強與企業之間的互動與聯系，從單一的課堂教學走向企業實踐教學，以提高授課教師和學生們的實踐經驗；利用高校的理論知識與企業的實踐經驗開辦校企聯合辦學模型，其特點主要體現在，第一：高校在知識創新方面具有較強的理論水平，而企業在工程實踐方面具有得天獨厚的優勢，二者統一結合，可以在資源整合和資源互補方面做到最優化；第二：讓學生進入企業，進行系統化與科學化的工程實訓。在工程實訓過程中，讓學生了解研制開發過程，培養學生獨立思考習慣，提高學生動手能力和解決實際問題能力。第三：在工程實訓過程中，不僅可以讓學生對工作流程、研制開發、管理模式得到了充分學習，而且還可以在此過程中讓學生對實踐產生濃厚的興趣，同時可以讓一部分畢業生簽約至企業，以緩解高校畢業生的就業壓力。

為了更好地讓企業管理學生，可以實行上班考勤制度、簽到制度和請銷假制度。在企業授課方式中，脫離了單一枯燥無味的理論教學模式，應多數以開發、實踐為主，讓學生多接觸研制與開發過程，從此過程中，讓學生懂得研制與開發特點和細節，鼓勵學生們從網絡或圖書館中獲取相關知識點，將研制開發過程與相關知識點相結合，提高創新能力。實踐教學擺脫傳統意義上的教學，不再以分數作為評定實踐教學的唯一準則，應以具體的實踐能力作為考評學生標準[6]。例如：可以設立以3-5人為單位的討論小組，在實訓過程中或結束后，以其產品的創新性和實用性給以最終的評價等級，與其傳統教學相比，實踐教學更能體現出創新意識、團隊意識和協作意識，提高了實踐能力和解決問題能力。以滿足校企雙方約定條件下，可以設立雙導師制，高校教師主要負責對學生理論知識的講解，企業導師主要負責對學生實踐過程的指導。在企業具體項目實施過程中，由企業導師負責對學生代碼編寫、代碼調試、組網過程與調試過程進行指導，進而使得學生對整個項目的工作流程、開發過程、組網過程有了更深層的了解，積累了實際項目開發經驗，啟發學生快速解決問題的能力，培養學生獨立思考、創新能力，為應用型本科人才的培養打下良好的基礎。

3．結束語

本文主要在物聯網技術課程的課程設置與實踐能力培養兩個方面進行了分析與闡述。在物聯網技課程重點與難點講解過程，在實踐教學方面，給出了目前高校在實踐教學環節中存在著不足，借助于企業合作辦學模式，提高學生們的創新性、協作性、團隊性和服務性等綜合素質。綜合運用企業各種資源，為社會培養高素質、高水平的復合型應用人才。

[1]陳生慶,陳方明.應用型本科院校物聯網專業建設研究與探討[J].贛南師范學院學報,2014,6:110-113.

[2]周丁丁,李慧華.物聯網教學與科研體系結構研究[J].周口師范學院學報,2014,31(5):131-133.

[3]桂小林.物聯網技術導論[M].北京:清華大學出版社,2012.

[4]哈艷,梁森,陳曉健.物聯網教學模式探究[J].保定學院學報,2012,25(4):121-123.

[5]吳賀俊,吳迪,左金芳.校企合作的物聯網實踐教學模式探索[J].教學研究,2014,37(4):103-108.

[6]趙同剛,李甜潔,劉欣.物聯網課程實驗教學改革與探索[J].實驗室科學,2015,18(5):146-149.

編輯：董剛

Research of Curriculum Reform Methods of Internet of Things in Application-Oriented College

SUN Zeyu
（School of Computer and Information,Luoyang Institute of Science and Technology,Luoyang He'nan 471023）

Internet of things technology as Internet of things professional core courses and backbone course, in the Internet of things engineering and the crucial role in the whole teaching process.Internet of things technology curriculum reform key points and difficulties mainly embodies the curriculum and course analysis and the interpretation of teaching practice,etc.Combining students'cognitive theory knowledge and practice,improve the students'innovation ability,thinking ability and practical ability,improve the teachers'teaching ability and scientific research ability,as well as internet of things the overall teaching level have great role.

Internet of things(IoT);Curriculum reform;Theory teaching;Practice teaching

G642.0

：A

：2095-7327（2016）-09-0039-03

孫澤宇(1977-)，男，吉林長春人，洛陽理工學院計算機與信息工程學院副教授，博士，主要從事無線傳感器網絡和物聯網方面的研究。

河南省教育廳自然科學基金重點項目(2014B520099);河南省科技攻關項目(142102210471)。