面向物聯網方向的跨專業課程群建設探索

羅丁喆+楊春雷+金之杰

摘要：物聯網是跨眾多學科的新興專業方向，課程建設適合采用跨專業課程群建設模式。本文介紹了物聯網感知層課程群的組建，并以《電子感測技術》課程為例，從教學內容建設、教學方法改進、實訓設備開發及教材選取和建設多方面，探討了面向跨學科專業方向的課程建設和實踐。

關鍵詞：物聯網；課程群；課程建設；電子感測技術

中圖分類號：G718.5 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）14-0244-02

一、研究背景

隨著現代信息技術的發展，以物聯網技術為代表的聚合性應用與技術的提升不斷出現。對應的人才培養專業隨之誕生，這類專業往往是多個學科的融合。物聯網是一門交叉學科，涉及計算機、通信技術、電子技術、測控技術等專業基礎知識，以及管理學、軟件開發等多方面知識。在專業課程建設和完善的過程中，單一學科課程體系無法適用于物聯網應用的需要，采用跨學科的教學模式才能滿足專業課程建設的要求。同樣，細化到課程建設，單門課程的閉門建設已無法滿足跨學科知識體系的要求，迫切需要將相關課程進行融合和整體規劃，形成課程群進行“大課程”建設。

二、課程群的組建

課程群是由內容上密切相關，相承和滲透，具有互補性的幾門系列課程組成的有機整體，并配備相應的教學素質，按大課程框架進行課程建設，獲得整體優化，進而更適用于跨學科的課程建設。面向物聯網方向課程群建設的基本思路是通過梳理物聯網關鍵技術，理清物聯網應用的技術體系層次結構。跨專業挑選出相關課程對應到各個層次結構中，分層次進行課程組團形成課程群。

三、基于物聯網技術體系層次組建課程群

物聯網技術體系架構分為感知層、網絡層、應用層三個層次。

以感知層課程群組建為例，感知層位于物聯網三層結構中的最底層，其功能為“感知”，是由各種具有感知能力的設備組成，主要用于感知和采集物理世界中發生的物理事件和數據。感知層是物聯網的核心，是信息采集的關鍵部分。

基于感知層在物聯網中的作用，梳理出該層的核心技術包括射頻技術、新興傳感技術、無線網絡組網技術、現場總線控制技術（FCS）等，涉及的核心產品包括傳感器、電子標簽、傳感器節點、無線路由器、無線網關等。

通過多方調研高職層次應用型崗位的需求出高職層次應屆畢業生崗位需求主要集中在“測試工程師”、“系統運維工程師”、“售后工程師”、“產品銷售人員”、“工程施工人員”及“產品檢測人員”等。

通過對上述崗位典型職業活動進行分析，將崗位描述和能力要求進行匯總，再對應到知識技能要求后，將學院原開設相關課程的內容與物聯網方向相關技能和知識進行比對，在已開設課程中跨專業選取出《電子感測技術》、《單片機技術》和《無線通信》三門課程形成課程群進行統一建設。

四、課程群建設方法探索

（一）教學內容建設方面

以《電子感測技術》課程為例，原有課程內容側重于傳感器原理、基本結構的教學，強調被測量檢測為目的的傳感器應用。然而，從傳感器技術在物聯網中的應用現狀分析，傳統傳感器及獨立傳感器功能已無法滿足物聯網行業的需求。除了熟悉傳感器原理和結構外，還需要掌握傳感器智能化、組網、信息獲取、傳輸及應用等相關技術。而上述這些相關技術的應用和實現涉及到單片機、無線通信等相關技術，僅憑《電子感測技術》課程本身增加概念性教學內容是無法使學生理解和掌握的。

為保障新增和調整的教學內容開展有效的教學，面向物聯網方向的《電子感測技術》課程教學內容的調整及課程本身的二次開發需要基于課程群建設。在《單片機技術》和《無線通信》兩門課程的支撐下，教學內容主要從以下二方面進行新增和調整。

1.新增無線傳感器節點相關教學內容。物聯網行業技術發展現狀要求傳感器不僅具有感知獲取功能，還具有信息處理、邏輯判斷、自診斷等功能。目前成熟的技術是將傳感器部分與信號預處理電路、輸入輸出接口、微處理器等結合到一起，形成傳感器節點。傳感器節點是無線傳感器網絡的基本功能單元。傳感器節點基本組成模塊有：傳感單元、處理單元、通信單元以及電源部分。

2.新增無線傳感網相關教學內容。傳感器節點的開發和大量使用，使分布式控制系統中對傳感信息交換提出更高要求，單獨傳感器數據采集已不能適應物聯網技術的發展，取而代之的是無線傳感器網絡（Wireless Sensor Network，WSN）。無線傳感器網絡是由大量的靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構成的無線網絡。

教學內容主要在融合無線通信和單片機課程相關內容基礎上新增無線傳感器網絡的介紹，重點包括傳感器網絡結構、通信協議等。

（二）教學方法改進

課程群中的課程各自按特點選用合適的教學方法外，主要采用項目引導、任務驅動的教學方法來開展教學。但隨著課程群中課程學習的深入，課程間的交叉和融合越來越明顯，需要共同開發建設教學項目和任務，讓學生全面了解和掌握物聯網關鍵技術的要領。

以物聯網感知層課程群設計的教學項目“校園環境溫濕度監測系統”為例，《電子感測技術》課程主要解決感知端傳感器的選型和信號預處理（側重硬件），《單片機技術》課程主要完成傳感器節點的構建（側重編程），《無線通信技術》課程主要完成無線傳感網的組網（側重通信協議和網絡構建模式）。

（三）實訓設備開發

高職層次的物聯網方向專業培養目標是能夠從事物聯網領域的系統維護、產品制造和施工的高等工程技術人才。培養目標決定了學生在具有一定理論基礎的同時，要有較強的實踐能力。因此，實踐教學至關重要。而對于一個交叉學科而言，僅憑原有課程相互獨立的實訓設備無法滿足教學需求，需要構建一個結合課程組中課程配套實訓設備的開放式交叉硬件共享平臺，為物聯網方向教學提供硬件設備保障。

以《電子感測技術》課程為例，原有實訓設備大都是傳統傳感器，孤立性較高，缺乏完整的系統化實訓系統，能滿足基礎實訓內容卻無法滿足如上述物聯網方向的公共教學項目和任務的實踐教學需要。因此，我們另外立項設計與實現系統化的公共實訓系統，并逐步完善課程組硬件共享平臺的建設。

（四）教材選取和建設

由于面向多學科融合的物聯網方向，使得課程內容具有一定廣度。針對課程知識面的廣泛性，教材選取上避免局限單一教材，在選取主導教材的同時，引導學生選用其他課程資料作為學習輔助參考資料。

課程組積極進行教材的建設，基于課程建設編寫出更適合的教材。以《電子感測技術》課程教材建設為例，新版教材根據物聯網用傳感器的特點和發展趨勢，新增相關內容。在課程組課程相關教學內容的支撐下，新增物聯網感知層中傳感器節點和無線傳感網的相關內容。對原有教學內容中的應用舉例進行合理的補充，增加物聯網應用方向舉例。開發新的物聯網方向相關實訓內容新增到教材中。

五、結語

面向物聯網方向的課程建設需要跨專業課程間形成穩定持續的合作機制，以課程組的形式進行建設是一種行之有效的方法。面向物聯網方向的跨專業課程群建設是對新專業方向和課程建設新方法的全新探索，以物聯網學科建設為契機，探索多學科交叉合作模式，建立物聯網方向融合教學環境，為后續相關課程開發和建設探索可借鑒性的經驗。

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Abstract：The Internet of things is a new professional direction across many disciplines，and its course is suitable for the construction of cross disciplinary curriculum group. This paper introduces the formation of the layer of curriculum group for the perception of things，and to " Electronic Technology of Sensor and Measurement " course as an example，from the construction of teaching contents，teaching method improvement，training equipment development and the selection of the teaching materials and construction aspects，discusses the curriculum construction for interdisciplinary professional direction and practice.

Key words：Internet of things；course group；course construction；Electronic Technology of Sensor and Measurement