物联网工程专业课程的教学探索

马巧梅

物联网工程专业课程的教学探索

马巧梅

根据2010年教育部的通知，物联网本科及硕士相关专业在中国的重要的新兴产业已经着手设立。为了更好地培养物联网工程专业技术人员，树立以学生为本的教学理念，在阐述了物联网工程专业产生背景的基础上，分析了物联网工程专业的知识体系结构，进一步探讨物联网工程专业课程的实践教学。鼓励学生自主学习物联网工程专业课程，提高学生的自主学习能力，交流协作能力、创新实践能力。

物联网；教学体系；人才培养

0 引言

作为一个新兴的技术领域，严重影响物联网技术发展的最重要的因素之一就是专业人才的缺乏和培养。我们国家如果要更进一步发展物联网工程专业技术，将需要大量的这样的专业技术人才。

物联网(Internet of Things，IoT)是将各种信息传感设备，如激光扫描器、全球定位系统、红外感应器、射频识别技术(RFID)等装置与互联网络结合起来而形成的一个巨大的网络[1]。在物联网网络中，首先，通过智能感应装置，然后到达指定的信息载体，再经过全面感知、可靠传送和智能处理的过程，最后，实现人与物、物与物之间的信息自动化交互与智能处理[2]。2010年3月，教育部发布《关于战略性新兴产业相关专业申报和审批工作的通知》，随后，我国的数百所大学准备申报和试办物联网或传感器网络相关专业，这体现了大学对新产业、新技术发展的渴望和重视，同时，如何做好物联网工程专业课程教学也是我们面临的严峻问题。2011年出台的 “物联网十二五发展规划”中，已指出，当前世界新一轮科技发展和经济的战略制高点之一就是物联网的发展，所以，对于促进经济发展和社会进步来说，发展物联网工程技术是具有相当重要的实际意义。

1 物联网工程专业的知识体系

物联网工程技术具备3个主要特征: 第一，全面感知信息，即利用传感器、RFID、EPC 编码等随时随地获取物品的重要信息；第二，可靠传输，通过传感网与互联网实时准确地进行传输物体的信息；第三，智能处理，利用各种先进技术，如云计算，对海量数据和信息系统分析和处理，并对物品实施智能化的控制。物联网工程专业课程的设置，将以其专业培养目标为导向，根据物联网的技术体系框架[3]，与感知层相关的主要课程：射频识别技术、传感器与检测技术、条码技术、嵌入式系统、智能终端与接口技术[4]；与网络层相关的主要课程有：通信系统原理、移动通信技术、计算机网络；与应用层相关的主要课程有：数据结构、c语言程序设计、操作系统、无线传感器网络、数据库系统原理、web系统开发与集成、物联网原理与应用；涉及到公共技术的课程有：应用密码学基础、网络管理、信息安全等。

根据以上对物联网工程专业的知识体系的详细分析，其主要专业课程为: C语言程序设计与C++、数据库原理技术、数据结构及应用、RFID原理及应用、计算机网络、物联网原理与应用、无线传感器、移动通信技术、操作系统、传感器与检测技术、信息安全、应用密码学基础、接口与智能终端技术、通信原理、Web 系统开发程序设计等。专业课程中的核心课程如图1所示：

图1 物联网核心课程

因此，物联网工程专业课程体系的建立[5]，应以培养物联网工程技能为核心、以提高工程素质为根本、以掌握物联网工程学科知识为目标。

2 物联网工程专业课程的教学探索

对于物联网工程本科专业的建设，由于在国内外无先例可以借鉴，因此，对于物联网工程课程的教学也是无经验可寻。为了适应当今社会对物联网工程应用型人才的需求，要探索和实践一种新型的教学模式，在实际教学过程中需要注意以下几个方面。

2.1 物联网工程专业课程需以计算机专业课程为基础

目前，个别申办物联网工程专业的大学提出的教学计划中，开设了称之为“物联网”的十几门、甚至二十几门某种技术的新课程，与计算机专业课程为基础的教学体系相脱离，这样的教学计划的设置值得我们深思。第一，从物联网技术产生的背景分析，计算机技术仍然是它的发展基础，并且由于它是一门新兴的智能学科，与计算机技术和电子学科联系非常紧密，将会是各行各业应用的最终的产物；第二，从学科关系分析，计算机基础学科也是它的知识基础，其进一步的发展必须依靠计算机学科，由此可见，我们在订制物联网工程专业教学计划及所修哪些专业课程，必须做到以计算机基础学科为基础。另外，如果一个学校为了一个新兴专业很快地开设许多门新课程，不管是师资建设还是实验室的建设都存在一定的局限性。

2.2 物联网工程理论教学需以培养工程技术能力为目的

物联网工程技术是新世纪的一个集成新兴技术，所以物联网工程专业人才也是“工程应用型”人才。考核一个物联网工程专业毕业生具备什么样的能力时，第一，会考察这个学生的物联网工程技术的专业基础知识；第二，看该学生是否具备物联网一个实际应用领域的工作能力。对于物联网“工程应用型”人才的培养，我们要从两方面来考虑培养目标：第一，就业的能力的培养；第二，可从事的就业岗位。然后，根据这些需求在制定我们的培养计划，同时，对理论教学和课程知识体系的设置进行调整，目的是为了提高毕业生在就业时的社会竞争优势。所以说，物联网工程专业理论教学需以培养工程能力为目标。

2.3 物联网工程专业课程需以“课程精，实验强”的教学原则

物联网工程专业课程是一门实践性较强的课程，所以对于物联网专业课程的教学，我们一定要做到“课程精，实验强”的原则。为了提高物联网工程专业人才的实践能力，理解和掌握物联网工程的核心专业技术，为了进一步提高学生的设计能力，需开设对应的课程设计。通过实验方式进行专业课程的重点和难点内容的教学，让学生从实际动手过程中掌握物联网专业技术，其中最典型的教学方式就是项目开发及物联网管理系统实训等。如果坚持“课程精，实验强”的教学原则，在很大程度可以提高物联网工程专业人才的实践能力。

2.4 物联网工程专业教师需提高自身的专业技能和综合素养

对于一个刚刚兴起的专业来说，对应的专业教师需要尽快提高自身的专业素养和专业技能，更好地引导学生学习新技术，掌握新内容，如，物联网工程专业就是一个典型的例子。对于大学来说，理论教学体系的建立具有一定的优势，但物联网工程专业培养的是“工程应用型”人才，因此，教师除了不断的提高理论教学的同时，还需要高度重视自身的实践能力的提高。在物联网工程专业课程的教授过程中，教师可以结合多种教学方法，应该更注重提高实践能力的教学方法，以下是几种提高实践动手能力几种典型教学方法，分别介绍如下：

1) 项目导向教学法

设置一个具体的实际项目，项目中所涉及的知识点是我们近期所学的理论知识，然后以此项目为例进一步将知识点融入在实际的项目中，通过分析、设计和实现的思想进行工程构建，让学生熟悉并掌握工程项目开发的思想。在专业课程的每个章节中，则应用案例教学引导学生更好的掌握重要知识点，按照以下步骤循序渐进得学习：“语法，实践知识点详解”→“现场编程”→“进一步讲解实践知识点”→“提高实践”，更好地培养学生实际应用能力[6]。通过“案例教学”中的精选案例，然后将此案例分解为数个基本任务，进一步详细讲解，做到讲练有机融合。使学生通过实际项目的实践更加熟练的掌握有关物联网工程技术的知识，然后通过趣味教学、动画演示等教学方法，让学生建立起物联网工程技术开发的思想，集中体现“以学生为中心，教师为主导”的教学思想。

2) 启发诱导式教学法

启发诱导式教学可更好地拓展学生的扩散思维能力，进一步提高学生学习的主动性、趣味性、和创造性。例如，当讲射频识别技术的工作原理时，并非直接开门见山讲其原理，而是先让学生理解“射频识别”的概念，然后，通过详细分析某一个具体的应用案例，从此应用案例的不同阶段的执行过程中，引导学生对其进行分析和思考，进一步得出射频识别的工作原理，最后，结合其执行过程更深入地理解其含义。

3) 问题驱动教学法

“问题驱动教学法”是指教材中各章节的每个重要知识点通过“提出问题→分析问题→解决问题→边分析边做→得出结论”的过程，以上5个环节环环相扣，步步推进，进一步促进学生积极思考和实践的能力。

4) 建设工程型教学团队

由于物联网工程专业课基本都是实践性较强课程，建设一个以工程型为主的教学团队[7][8]势在必得。以年龄、研究方向、职称、学历等梯次层级组织教学团队，形成结构合理化的物联网工程技术开发的工程教学团队。团队中的每一个教师应做到：第一，在物联网所有专业中必须有自己最擅长或者研究较深的一门课；第二，由于物联网工程技术方向的教学实践性较强，必须具备一定的实践能力；第三，定期进行公司或培训机构的项目培训和学习；第四，应该组建物联网工程专业课的立体化、全方位的学习支持系统，包括教材的遴选、电子课件、源代码编写、电子资料、视频教程等，真实模拟企业项目开发的软硬件环境；第五，制定质量监控和考核体系，做到以教师为主导、学生为主体的开发团队，进行物联网工程项目开发的学习、实践，并且引领学生在项目开发中的需要增强相互沟通、协调、和合作。

2.5 物联网工程专业课程在实践中的具体应用

物联网工程在我们实际生活中的应用案例已随处可见，例如，公交卡，校园一卡通，第二代居民身证等等。在上海世博会期间，中国移动推出的“世博通”手机钱包应用在上海轨道交通正式开通。全国拥有升级为RFID SIM卡的中国移动客户，拿出手机轻轻一刷，即可自由出入上海轨道交通全部线路。

上海“世博通”是全球首次把RFID技术与移动SIM卡技术相结合，集成世博手机票、手机钱包等多个应用。换上RFID SIM卡的手机，除用于乘坐地铁外，还能乘坐世博专线公交车；购买“世博手机票”，直接持手机进入世博园区；或在世博园区内所有合作商户进行消费支付，是目前最便利的小额支付方式。

如今，在北京、上海等具有一定经济实力，并且在市场化、产业化等各方面 走在前列的省市，正在加大投入，希望在物联网的标准制定、核心技术研发、产业应用等层面获得突破，抢占先机。

在教师讲授物联网工程专业课程的知识理论的同时，必须结合具体已有的实际应用案例，这样学生可以从实践中更快地掌握理论知识。

3 总结

根据物联网工程专业的课程体系，物联网工程专业人才需做到：通过理论学习掌握感知层，通过物联网实践项目精通传输层，通过应用层平台软件开发实践应用项目。由于物联网技术可以应用到各行各业，同时与其他专业也联系紧密，所以可以尝试进行交叉学科的相互合作，根据其他各个专业的特点，使物联网工程技术更好地应用到各行各业的应用中，这样也促进和提高了相关专业的发展。

[1] 物联网白皮书(2011)[R]．北京:工业和信息化部电信研究院,2011.

[2] 张小平.物联网知识讲座(一)[J].物联网技术,2011.1(5):91-92

[3] 沈苏彬,范曲立.物联网的体系结构与相关技术研究[J].南京邮电大学学报(自然科学版) , 2009, 29 (6) : 1-11.

[4] 胡忠望.“物联网工程”新专业课程体系的设计[J]．中国电力教育,2010,( 22) : 109～110．

[5] 柯强.物联网专业课程建设探讨田[J].物联网技术, 2012, 1 : 80-85

[6] 秦磊华,石柯,甘早斌.基于CDIO的物联网工程专业实践教学体系[J],2013.5

[7] 彭力,谢林柏,吴治海,闻继伟.物联网工程新专业本科人才培养方案研讨[J],2013.15

[8] 范平,物联网工程专业人才培养模式探析[J], 湖北科技学院学报,2013.5

The Teaching Exploration of the Major Courses of the Internet of Things Engineering

Ma Qiaomei
(Department of Computer Science, Baoji University of Arts and Sciences, Baoji 721016, China)

According to the notification of the ministry of education in 2010, China plans to set up undergraduate related major on the Internet of things such as important strategic emerging industries. In order to culture the professional and technical personnel of the Internet of things engineering, take the student as the teaching idea, it is analyzed the knowledge system of Internet of things engineering under the basis of the background of the Internet of things engineering, which discusses the system instruction of Internet of things engineering professional course. Students are stimulated to participate actively in studying the Internet of things engineering courses, which can improve the students' the ability of autonomous learning, the ability of innovation practice and communication cooperation.

The Internet of things; Teaching System; Cultivation of Talents

TP311

A

1007-757X(2014)06-0062-03

2014.04.12)

陕西省教育厅科学研究项目（2013JK1198）；宝鸡文理学院重点项目(ZK14026)

马巧梅(1983-)，女，宝鸡文理学院计算机科学系，硕士，讲师，研究方向：物联网工程，网络与信息安全，宝鸡 721016