应用型本科高校物联网技术课程改革方法研究

孙泽宇

（洛阳理工学院 计算机与信息工程学院，河南 洛阳 471023）

应用型本科高校物联网技术课程改革方法研究

孙泽宇

（洛阳理工学院 计算机与信息工程学院，河南 洛阳 471023）

物联网技术作为物联网专业的核心课程和骨干课程，在物联网工程专业整个教学过程中启到了至关重要的作用。物联网技术课程改革主要体现在课程设置和课程重点与难点的讲解分析以及教学实践等环节。将学生的理论知识与实践认知相结合，提高了学生们的创新能力、思维能力和动手能力，提升了教师教学能力和科研能力，对物联网专业整体教学水平产生较大的推动作用。

物联网；课程改革；理论教学；实践教学

随着信息技术的进步，物联网技术得到了迅猛的发展，其应用范围主要集中在军事国防、交通运输、环境监测、智能家居、医疗卫生等各大工程领域[1-2]；其表现在行为是将信息世界与物理世界融为一体的新型网络体系。

早期的物联网概念可以追溯到1995年，比尔盖茨在“未来之路”中所提及的将物品与计算机网络有机的结合。物联网的正式概念是在2005年国际电信联盟所发布的“互联网络报告”之中，即：任意时间、任意地点以及任意物体之间的互联与联通，并将传感器技术、嵌入式技术、射频识别(RFID)技术、定位技术、智能技术以及上层的云计算技术融为一体的新型网络[3]。

1999年，中国科学院启动了传感器网络的研制与开发，并在无线传感器网络、无线通信、移动基站以及移动覆盖等方向取得重大成果；2009年8月7日时任国家总理温家宝在无锡调研期间提出了“感知中国”的概念，2010年元月，我国成立了传感(物联)网络技术产业联盟。该联盟的成立标志着我国在物联网工程技术方向确定了新的发展方向与目标。随之而来，我国各大高校根据本校的办学方针与办学政策组建了物联网工程教研室，并招收了一定比例物联网工程专业学生。

1．合理优化物联网技术课程

物联网技术课程是包含了传感器网络技术、RFID技术、标识与定位技术、通信技术、数据计算与管理及安全技术融为一体的综合课程。在授课过程中，要注意对重点和难点知识进行详细讲解与分析并结合实际应用对某些问题的产生与解决方案进行分析与论证，最终使得学生充分理解物联网的理论知识与实践应用的结合点。物联网体系结构是物联网技术课程重点与难点之一。在对比分析网络层次时，应给出感知控制层、数据传输层、数据管理层以及上层的应用决策层之间的关系。如图1所示：

图1 物联网体系结构框架

感知控制层的特点及作用主要体现在物联网底层的感知，包括智能节点接入、RFID读写、网关的组成以及通过网关所收集数据传递给中间层；数据传输层的主要特点体现为对底层感知控制设备的接入，不同网络类型的融合以及复杂数据类型的转换；数据管理层主要借助于云计算实现感知数据的语义分析、推理以及对数据管理等操作，如：数据查询、计算、存储、挖掘等；应用决策层主要负责物联网上层应用与服务，如：监测与监控，以上部分是在讲解物联网体系结构时，应重点讲解部分；其难点主要体现在每层的组成部分，以及组成部分的作用，以感知控制层为例加以说明。感知控制层隶属于物联网的底层，对于上层的应用层而言，其应用数据的可靠性直接取决于物联网底层的感知控制层。感知控制层包含传感器技术、标识技术和定位技术。传感器技术同智能计算技术、通信技术称之为物联网三大支柱技术，也是物联网底层必不可少的三种计算。在授课时，可以很形象地把传感器技术比作为人体的“感知器官”如：眼睛；把智能计算技术比作人体 “大脑”；把通信技术比作人体 “神经”，这样一来即形象又生动，便于学生的理解。标识技术，主要是通过RFID或扫描设备对外界物体行为特征信息的判断与识别；定位技术则是测量物体特征参数的一种技术，如：位置参数、时间参数、速度参数以及失量参数等等。如图2所示

图2 感知控制层体系框架

应用型本科高校所开设的物联网工程专业所培养人才的主要目标是使学生充分掌握物联网基础知识、理论知识和实践能力，将计算机技术、嵌入式技术、通信技术、网络技术等贯穿于一体的复合型人才。因此，以物联网三大框架为基础，建立以应用型为目的，以基础理论知识为背景的，社会所需应用型为前提的课程体系。

在授课阶段，教师应遵循从易到难，从简单到复杂这一规律[4]。在物联网技术课程讲解过程中，应该先引入物联网导论和计算机网络这两门基础课，先让学生理解什么是物联网，物联网的作用是什么，工作原理是什么，物联网体系是由哪些关键层次组合而成，每层的特点和作用又是什么；由感知控制层所采集的数据是通过哪些协议进行传输的，协议的特点又是什么，资源的优化与分配是如何完成的等等。学生具备了一定基础知识后再学习物联网技术相对来说会容易接受一些；同时，在讲解感知控制层时，也应该渗透一些关于传感器原理、无线传感器网络、RFID技术等基础知识，便于以后学生对物联网数据组织与管理、物联网安全性等方面的学习。在对网络控制层与数据链路层学习过程中，教师应该给学生多讲解网络接入过程与数据处理过程，如：网关的接入、物联网中间件、信息的实时采集、数据的有效传递以及数据信息的智能化计算等等。在此基础上，为了使学生充分了解物联网技术在不同领域中的应用，还应开设物联网应用与开发、无线传感器网络、物联网安全技术、网络与通信技术、GPS技术原理等课程。在不同课程之间鼓励学生自主创新，鼓励学生将所学知识运用于实践当中。

2．加强实践能力的培养

目前许多高校都开设了物联网工程专业，但在实际应用过程受到了课程设置和实验条件等多方面因素的制约，绝大数关于物联网专业课程的授课与讲解都集中在理论知识的教授，而对实践环节部分却难以支撑，主要体现在如下四个方面，第一：高校实验条件有限，无法满足大规模的物联网网络配置；第二：课程设置环节比较单一，完备的课程体系尚未建立；第三：授课教师没有企业实践经验和研发经验，不能很好地理论知识与实践知识相统一；第四：物联网技术课程所涉及其它课程较多，授课教师不能够全方位掌握[5]。基于以上不足，应加强与企业之间的互动与联系，从单一的课堂教学走向企业实践教学，以提高授课教师和学生们的实践经验；利用高校的理论知识与企业的实践经验开办校企联合办学模型，其特点主要体现在，第一：高校在知识创新方面具有较强的理论水平，而企业在工程实践方面具有得天独厚的优势，二者统一结合，可以在资源整合和资源互补方面做到最优化；第二：让学生进入企业，进行系统化与科学化的工程实训。在工程实训过程中，让学生了解研制开发过程，培养学生独立思考习惯，提高学生动手能力和解决实际问题能力。第三：在工程实训过程中，不仅可以让学生对工作流程、研制开发、管理模式得到了充分学习，而且还可以在此过程中让学生对实践产生浓厚的兴趣，同时可以让一部分毕业生签约至企业，以缓解高校毕业生的就业压力。

为了更好地让企业管理学生，可以实行上班考勤制度、签到制度和请销假制度。在企业授课方式中，脱离了单一枯燥无味的理论教学模式，应多数以开发、实践为主，让学生多接触研制与开发过程，从此过程中，让学生懂得研制与开发特点和细节，鼓励学生们从网络或图书馆中获取相关知识点，将研制开发过程与相关知识点相结合，提高创新能力。实践教学摆脱传统意义上的教学，不再以分数作为评定实践教学的唯一准则，应以具体的实践能力作为考评学生标准[6]。例如：可以设立以3-5人为单位的讨论小组，在实训过程中或结束后，以其产品的创新性和实用性给以最终的评价等级，与其传统教学相比，实践教学更能体现出创新意识、团队意识和协作意识，提高了实践能力和解决问题能力。以满足校企双方约定条件下，可以设立双导师制，高校教师主要负责对学生理论知识的讲解，企业导师主要负责对学生实践过程的指导。在企业具体项目实施过程中，由企业导师负责对学生代码编写、代码调试、组网过程与调试过程进行指导，进而使得学生对整个项目的工作流程、开发过程、组网过程有了更深层的了解，积累了实际项目开发经验，启发学生快速解决问题的能力，培养学生独立思考、创新能力，为应用型本科人才的培养打下良好的基础。

3．结束语

本文主要在物联网技术课程的课程设置与实践能力培养两个方面进行了分析与阐述。在物联网技课程重点与难点讲解过程，在实践教学方面，给出了目前高校在实践教学环节中存在着不足，借助于企业合作办学模式，提高学生们的创新性、协作性、团队性和服务性等综合素质。综合运用企业各种资源，为社会培养高素质、高水平的复合型应用人才。

[1]陈生庆,陈方明.应用型本科院校物联网专业建设研究与探讨[J].赣南师范学院学报,2014,6:110-113.

[2]周丁丁,李慧华.物联网教学与科研体系结构研究[J].周口师范学院学报,2014,31(5):131-133.

[3]桂小林.物联网技术导论[M].北京:清华大学出版社,2012.

[4]哈艳,梁森,陈晓健.物联网教学模式探究[J].保定学院学报,2012,25(4):121-123.

[5]吴贺俊,吴迪,左金芳.校企合作的物联网实践教学模式探索[J].教学研究,2014,37(4):103-108.

[6]赵同刚,李甜洁,刘欣.物联网课程实验教学改革与探索[J].实验室科学,2015,18(5):146-149.

编辑：董刚

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

孙泽宇(1977-)，男，吉林长春人，洛阳理工学院计算机与信息工程学院副教授，博士，主要从事无线传感器网络和物联网方面的研究。

河南省教育厅自然科学基金重点项目(2014B520099);河南省科技攻关项目(142102210471)。