应用型本科物联网技术实践教学体系构建

2014-05-16龙浩，李媛

实验室研究与探索 2014年5期

关键词：联网应用型体系

龙浩，李媛

（北京联合大学自动化学院，北京 100101）

应用型本科物联网技术实践教学体系构建

龙浩，李媛

（北京联合大学自动化学院，北京 100101）

物联网专业是国家新设置的学科专业方向，涉及检测、计算机、网络通信、操作系统、电子技术、控制等多个交叉学科知识领域，每个学校对物联网实践教学体系建设都处于探索阶段。针对应用型本科高等院校如何开展物联网技术实践教学的问题，构建了包括基础性实验、综合性实验、项目综合实践、学生科技、竞赛活动的多层次教学体系，对学生进行实践能力的训练，大大增强了学生实践能力与创新能力。

应用型本科;物联网技术;实践教学

0 引言

物联网是通过传感器、射频识别、全球定位系统等技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在链接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。物联网是现代信息技术发展到一定阶段后出现的一种聚合性应用与技术提升，涵盖通信技术、网络技术、传感技术等信息领域宽广的专业知识，因此被称为信息技术的第三次革命性创新。2009年8月温总理提出“感知中国”以来，物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写入“政府工作报告”［1］。《国家中长期科学与技术发展规化(2006—2020年)》和“新一代宽带移动无线通信网”重大专项中均将传感网和物联网列入重点研究领域［2］。为此，2010年教育部批准30所高校首批设立了物联网工程专业。

物联网技术涉及多个学科，这些跨学科知识的融合和贯通必须通过实践来进行。培养应用型本科高科技人才更应将理论应用于实践，通过设置合理的综合实践系统，进行多层次的实践教学，才能培养学生的工程实践能力和创新精神，响应教育部对高等学校培养应用型、复合型和拔尖创新人才的要求。

1 物联网技术体系

物联网技术分为感知层、传输层与应用层技术［3-8］。

(1)感知层技术。感知是物联网的基础，感知层主要作用是物品标识和信息的智能采集，由基本的感应器(例如RFID标签和读写器、各类传感器、摄像头、条形码)和识读器组成［5］。感知层技术主要包括RFID技术、传感器技术、音视频采集技术、条码技术等，其中RFID技术和传感器技术是物联网的基础环节。

(2)传输层技术。传输层是物联网感知层接入、信息交换与传递的通路，在物联网系统中起呈上启下的作用，是实现物物互联、协同和互动的关键［7］。传输层技术包括 ZigBee、UWB、Bluetooth等近距离通讯技术，Wi-Fi、LAN等局域通讯技术，以及WCDMA、TDSCDMA、HSDPA等广域通讯技术。

(3)应用层技术。应用层技术主要体现为各种应用解决方案，是物联网的信息处理层，由中间件平台(业务支撑平台)、网络管理平台、信息处理平台、服务支撑平台等组成，完成协同、管理、计算、存储、分析、挖掘、以及提供面向行业和大众用户的服务等功能。典型技术包括中间件技术、虚拟技术、海量数据的存储与检索、云计算服务模式、SOA系统架构方法等先进技术和服务模式［8-9］。

2 实践教学体系构建

构建物联网技术实验体系应遵循由简单到复杂、由验证型实验到设计型实验，由单一的实验内容到综合实践、课内实验，实践与课外科技，竞赛活动相结合的基本思路［10-11］;相应的实践教学体系可分为4个层次:基础性实验、综合性实验、项目综合实践、学生科技、竞赛活动。

(1)基础性实验。针对物联网系统所必须掌握的各项技术技能，以软件和硬件结合的方式，通过基础性实验，使学生掌握嵌入式开发平台IAR使用方法;单片机CC2530的定时器、中断、串口通信、A/D，D/A转换等使用方法;应用CC2530及相应模块采集传感器信号(如光电、温湿度等信号)，掌握各种传感器的使用;RFID标签读写操作、条形码读写操作等。

(2)综合性实验。针对无线网络连接功能，选用嵌入式芯片STM32F103VC，该处理器的主要功能是，传感器数据采集处理和发送，接收CC2530的控制指令以对相应外设进行控制操作。开发软件选用德国的KEIL公司推出的 Real View MDK-RVMDK，其支持ARM7、ARM9和最新的Cortex-M3核处理器，自动配置启动代码，集成Flash烧写模块，强大的Simulation设备模拟，性能分析等功能［10-11］。目前，实验室设置了Z-STACK点对点、Z-STACK星状网通信、Z-STACK MESH网通讯等实验，帮助学生掌握物联网无线通信(WIFI、ZIGBEE)技术及相关终端技术开发技能。

(3)项目综合实践。将物联网技术相关知识融合，引入项目案例，设置综合性物联网系统开发实践内容。目前，实验室设置了WIFI小车移动数据采集系统项目、基于短信的数据采集及控制系统项目、基于ZIGBEE的智能家居窗帘管理系统项目，智慧交通、智慧城市管理系统项目等，使学生综合掌握物联网的综合设计开发技能［12-13］。

(4)学生科技、竞赛活动。大学生科技创新活动是近年来教育部提侣的实践学习方式之一，针对电子信息类的科技活动有:全国大学生电子设计、全国大学生“挑战杯”科技作品竞赛，学校设立了“启明星”大学生科技创新资助项目，面向优秀高年级学生、参加各种电子设计竞赛的学生，支持学生开展科研立项，从而培养学生的创新设计能力。行业内一些知名企业也设立了学生科技活动竞赛，专业教师鼓励、支持和指导学生参加这些竞赛是培养学生实践能力的一个有效途经。

3 结语

物联网作为新兴的产业和专业，其技术涉及多个学科，因此通过实践教学将这些跨学科知识的融合和贯通尤为重要。通过提供优质的实验条件和丰富的实验资源，进行多层次的实践教学。在整个实践教学体系中包括了整体知识体系的构建和基本工程能力训练，学生进入专业课程学习后，经过基础性实验、综合性实验、专项综合实践、学生科技、竞赛活动的训练，大大增强了实践能力与创新能力。该实践体系还能够为计算机，自动化等相关专业学生提供更为专业的网络实验平台。

为做到“学以致用”，合理设计物联网技术综合实践教学体系，培养高素质应用型人才、复合型人才和拔尖创新人才，需进一步调研、规划、完善和实践。

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Construction of the Practical Teaching System for Internet of Things in Application-Oriented Universities

LONG Hao，LI Yuan
(College of Automation，Beijing Union University，Beijing 100101，China)

The major internet of things is set by country for the first time.It involves lots of disciplinary knowledge such as detection，computer，network communication，operating system，electronic technique，automation control.Many universities are exploring the constructions of practical teaching system to improve students’technical skills.This paper analyzed the problem of developing the experimental and practical teaching in internet of things technology of applicationoriented colleges and universities，put forward a four-stage experimental and practice teaching system.Through the fourstage practice，such as specialty basic experiment，synthetic experiment，special project synthetic practice and extracurricular scientific innovation activity and contest，students’practical ability and creative ability were enhanced obviously.

application-oriented universities;internet of things technology;experimental and practice teaching

G 642.0

1006－7167(2014)05－0160－03