校企合作模式下物联网实验课程体系改革与实践

尹向东　张新林　陈旭日

[摘 要]当前许多高校都开设了物联网专业。开设关于物联网实验的课程，可帮助学生对物联网知识进行有效的了解，掌握相关的物联网信息，了解相关的课题和先进的计算机技术知识等。增加学生对相关知识的了解，扩宽学生的视野，努力让学生具备一定的实践能力和探索能力，从而成为适应市场需求的物联网行业的有用人才。

[关键词]校企合作 物联网 实验课程

[中图分类号] G423.07 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）09-0113-02

一、引言

1991年，美国麻省理工学院的Kevin Ash-ton教授在世界上首次提出了The Internet of things（物联网）的概念。2005年，相关部门发表了一份报告，正式将物联网进行命名——“The Internet of things”。2009年8月，温家宝总理在无锡考察中国科学院高新微纳传感网工程技术研发中心（现名无锡物联网产业研究院），明确提出了“感知中国”的发展目标，要求大力发展中国的物联网产业。[1]随后几年，伴随着物联网新技术的发展，各种物联网企业如雨后春笋般涌现出来，相应的人才需求呈现出爆炸式的增长，这给各高校人才培养带来了新的机遇，同时也给高校教育带来了巨大挑战。

为了能够更好地培养出企业需求的人才，学校与企业联合有助于物联网专业人才的培养。校企合作是一种以市场和社会需求为导向的运行机制，是学校和企业双方共同参与人才培养的过程，以培养学生的全面素质、综合能力和就业竞争力为重点，利用学校和企业两种不同的教育环境和教育资源，采用课堂教学与学生参加实际工作有机结合，来培养适合不同用人单位需要的应用型人才的教学模式；实现的目标是增强办学活力，提高学生的综合素质，适应市场经济发展对人才素质的需要。[2]

二、物联网实验体系设置

物联网架构从下至上可以分为感知层、网络层和应用层，感知层以二维码、RFID、传感器和传感网为主，实现对“物”的识别；网络层主要由移动通信网和互联网组成，实现数据的可靠传输；应用层主要由智能终端组成，实现智能运算与智能处理。[3]随着信息技术的发展，物联网也随之兴起，与互联网相比，物联网涉及的方面更加广泛，所以，在教学过程中融合实践教学将物联网所涉及的其他学科的知识融入进去显得至关重要。

目前许多高校的物联网实验课程体系存在以下问题：

第一，实验课程之间相对独立，缺乏关联性，例如讲授感知层课程的教师往往只侧重底层传感器的基本原理，没有与网络层和应用层的知识联系起来，这样学生感觉只是学到了一门门单独的课程，却不能把它们融会贯通起来。

第二，传统的实验课程教学往往突出原理性知识的实验呈现，没有融入一套有效的工程性构建方法；缺乏工程性的方法，学生虽然知道了基本概念，却难于完成具有一定规模的实验。[4]

第三，国内很多高校都纷纷开办了物联网专业或者在培养方案里面增加了物联网方向，由于物联网分为感知层、网络层和应用层三个层次，不同学校有各自不同的学科优势。物联网专业的课程都是根据自身优势进行设置的，各自的培养重点都不一样，这样有些学校培养出来的学生的能力可能达不到市场的要求，或不能成为企业开发产品最急需的人才。

因此，高校物联网专业应该紧密观察市场发展方向，与企业进行深度的合作，深入研究物联网专业人才所应具备的知识、素质和能力，制订出合理的人才培养方案，设置科学的物联网实验课程体系，这样才能培养出满足物联网领域所需的合格人才。[3]

三、物联网实验体系设置

物联网专业知识领域包括数据结构与算法、计算机组成原理、微机接口与控制技术、操作系统、计算机网络原理与协议工程、程序设计语言、数据库原理与技术、软件工程、嵌入式系统、无线通信与网络、物联网安全、物联网管理、物联网应用、网络融合技术、物联网设计、智能处理、射频识别技术、无线传感网络技术等。[5]

对物联网专业相关的实验课程进行科学设置，可以设置相关的通信工程技术，例如：物联网基本知识介绍，传感器的基本应用和工作特点，无线技术的运用，物联网工程的讲解和应用，还有一些物联网课程的设计等，教师在课程的设置上要符合学生的实际情况。

物联网的整个体系，可以让学生独自完成多种层面的实验，与此同时可以开展一些实践类的训练课程和学科竞赛活动，同时还可以满足教师以及部分优秀学生参与科研训练的需要。本文以飞瑞敖物联网工程实验平台为例，具体分为物联网工程训练实验项目、物联网创新实验实训项目、物联网综合实验实训项目三个部分：

（一）物联网基础训练实验项目设置

物联网的基础性实验主要是要求学生掌握物联网系统三个层次中的基础知识，更深入理解物联网的基础知识，掌握物联网技术的各项基础技能，主要开设以下实验项目：实验1：开展有关局域网设计的实验，这种实验是借助有线技术进行的；实验2：与实验1相反，这个实验室运用无线网技术开展局域网的实验；实验3：将有线技术和无线技术相结合的混合型网络实验；实验4：关于平台的组建实验；实验5：物联网工程信息平台测试实验；实验6：无线信号分布实验；实验7：WiFi+无线射频识别（RFID）读写卡实验；实验8：对物联网平台进行研究和对相关的配置进行管理的实验；实验9：设计实验对感知层进行细致的分析；实验10：设计实验对网络层进行细致的分析；实验11：将网络层和感知层相互连接，进行测试的实验；实验12：将网络层和应用层相互连接，进行测试的实验；实验13：为应用层进行编程的实验；实验14：温湿度传感器数据通信实验；实验15：光照度数据通信实验；实验16：烟雾传感器数据通信实验；实验17：WiFi设备管理与配置实验。

（二）物联网综合实验实训项目

在掌握上述基础训练实验项目以后，为了让学生能够全面理解物联网的三层结构是如何协同工作的，我们开设了如下一些综合实验实训项目：综合实验1：物联网相关人员对系统进行管理的实践训练；综合实验2：运用物联网对物资进行管理、应用的实践训练项目；综合实验3：从事物联网的相关人员不断开发物资管理系统的实验项目；综合实验4：物联网综合应用开发实训项目；综合实验5：对物联网的数据服务器和相关配置进行研究的实验；综合实验6：物联网数据网关（中间件）设计实训项目；综合实验7：关于物联网程序编辑升级的实验；综合实验8：物联网远程控制实验（B / S模式）。

（三）物联网层面的创新性实验实训项目

为了使学生能够更快地掌握企业项目开发的要求，我们与企业进行合作，设计了一些创新实验实训项目：创新实验1：物联网智能门禁系统，包括物联网智能门禁系统应用实验、物联网智能门禁系统开发实训项目；创新实验2：对物联网灯光系统的研究，物联网智能的灯光系统包括灯光的控制系统使用的实验还有对系统进行开发升级的实践项目；创新实验3：物联网视频监控系统，包括物联网视频监控应用实训项目、物联网视频监控系统开发实训项目；创新实验4：物联网空调控制系统，包括实验室空调控制系统应用实训项目、物联网空调控制系统开发实训项目；创新实验5：物联网智能窗户监控系统，包括物联网智能窗户监控系统应用实训项目、物联网智能窗户监控系统开发实训项目。

（四）物联网实验平台设计

物联网实验平台可以在计算机、网络、通信类实验室的现有模式上进行不断的创新和改进，通过光载无线交换机技术，创建一个安全性能极高的WiFi无线局域网，覆盖物联网实验室及其周边区域。与此同时，运用实验室中的相应工作设备，构建一个既拥有有线网络又拥有无线网络的混合型的网络系统的网络层，各种专业课程实验箱和综合应用实验箱通过标准模块WiFi设备服务器的无线技术，与物联网的信息平台相互连通，最终形成了一个十分广阔的物联网环境，同时形成将物联网的三个层次全面地体现出来的一个十分全面的物联网工程信息服务平台。我们日常生活中使用的笔记本、手机、平板等多种移动设备都可以通过内置WiFi连接到物联网实验平台上，成为物联网实验设备的一部分。

（1）光载无线交换机及其分布式天线系统。光载无线交换机及其配套设备主要的作用就是将无线信号传播的距离更加远、范围更加大。

（2）物联网工程实验平台服务器。主要是用于对实验物联网工程实验平台进行合理的管理，对实验室进行有效的监控，同时开展多种多样的课题研究，在中心机房配置一台服务器。这个服务器所拥有的核心软件以及服务器的软件，可以为用户提供本地和远程的服务，并且对物联网进行有效的管理和监控。早期的物联网主要致力于实现智能教室的门禁系统、灯光控制系统、视频监控系统、空调控制系统、窗户监视系统等功能。

四、总结

开设关于物联网实验的课程，可帮助学生对物联网知识进行有效的了解，掌握相关的物联网信息，了解相关的课题和先进的计算机技术知识等，具备一定的实践能力和探索能力，从而成为适应市场需求的物联网行业的有用人才。

[ 注 释 ]

[1] 马忠梅，孙娟，李奇.物联网工程专业课程体系与实践探讨[J].单片机与嵌入式系统应用，2011（10）.

[2] 吴金星，魏新利，郑锦华，贺敏，李国立.校企合作实践教学为培养应用型人才打开一扇窗[J].大学教育，2014（2）.

[3] 周洪波.物联网：技术、应用、标准和商业模式[M].北京：电子工业出版社，2010：45.

[4] 王杨，殷晓斌，陈付龙，赵传信，陈少军.面向高师院校物联网工程专业的实验教学策略研究[J].大学教育，2014（8）.

[5] 姜腊林，王静，徐蔚鸿.网络工程专业物联网方向课程改革研究[J].计算机教育，2011（10）.

[责任编辑：覃侣冰]