面向物联网方向的跨专业课程群建设探索

罗丁喆+杨春雷+金之杰

摘要：物联网是跨众多学科的新兴专业方向，课程建设适合采用跨专业課程群建设模式。本文介绍了物联网感知层课程群的组建，并以《电子感测技术》课程为例，从教学内容建设、教学方法改进、实训设备开发及教材选取和建设多方面，探讨了面向跨学科专业方向的课程建设和实践。

关键词：物联网；课程群；课程建设；电子感测技术

中图分类号：G718.5 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）14-0244-02

一、研究背景

随着现代信息技术的发展，以物联网技术为代表的聚合性应用与技术的提升不断出现。对应的人才培养专业随之诞生，这类专业往往是多个学科的融合。物联网是一门交叉学科，涉及计算机、通信技术、电子技术、测控技术等专业基础知识，以及管理学、软件开发等多方面知识。在专业课程建设和完善的过程中，单一学科课程体系无法适用于物联网应用的需要，采用跨学科的教学模式才能满足专业课程建设的要求。同样，细化到课程建设，单门课程的闭门建设已无法满足跨学科知识体系的要求，迫切需要将相关课程进行融合和整体规划，形成课程群进行“大课程”建设。

二、课程群的组建

课程群是由内容上密切相关，相承和渗透，具有互补性的几门系列课程组成的有机整体，并配备相应的教学素质，按大课程框架进行课程建设，获得整体优化，进而更适用于跨学科的课程建设。面向物联网方向课程群建设的基本思路是通过梳理物联网关键技术，理清物联网应用的技术体系层次结构。跨专业挑选出相关课程对应到各个层次结构中，分层次进行课程组团形成课程群。

三、基于物联网技术体系层次组建课程群

物联网技术体系架构分为感知层、网络层、应用层三个层次。

以感知层课程群组建为例，感知层位于物联网三层结构中的最底层，其功能为“感知”，是由各种具有感知能力的设备组成，主要用于感知和采集物理世界中发生的物理事件和数据。感知层是物联网的核心，是信息采集的关键部分。

基于感知层在物联网中的作用，梳理出该层的核心技术包括射频技术、新兴传感技术、无线网络组网技术、现场总线控制技术（FCS）等，涉及的核心产品包括传感器、电子标签、传感器节点、无线路由器、无线网关等。

通过多方调研高职层次应用型岗位的需求出高职层次应届毕业生岗位需求主要集中在“测试工程师”、“系统运维工程师”、“售后工程师”、“产品销售人员”、“工程施工人员”及“产品检测人员”等。

通过对上述岗位典型职业活动进行分析，将岗位描述和能力要求进行汇总，再对应到知识技能要求后，将学院原开设相关课程的内容与物联网方向相关技能和知识进行比对，在已开设课程中跨专业选取出《电子感测技术》、《单片机技术》和《无线通信》三门课程形成课程群进行统一建设。

四、课程群建设方法探索

（一）教学内容建设方面

以《电子感测技术》课程为例，原有课程内容侧重于传感器原理、基本结构的教学，强调被测量检测为目的的传感器应用。然而，从传感器技术在物联网中的应用现状分析，传统传感器及独立传感器功能已无法满足物联网行业的需求。除了熟悉传感器原理和结构外，还需要掌握传感器智能化、组网、信息获取、传输及应用等相关技术。而上述这些相关技术的应用和实现涉及到单片机、无线通信等相关技术，仅凭《电子感测技术》课程本身增加概念性教学内容是无法使学生理解和掌握的。

为保障新增和调整的教学内容开展有效的教学，面向物联网方向的《电子感测技术》课程教学内容的调整及课程本身的二次开发需要基于课程群建设。在《单片机技术》和《无线通信》两门课程的支撑下，教学内容主要从以下二方面进行新增和调整。

1.新增无线传感器节点相关教学内容。物联网行业技术发展现状要求传感器不仅具有感知获取功能，还具有信息处理、逻辑判断、自诊断等功能。目前成熟的技术是将传感器部分与信号预处理电路、输入输出接口、微处理器等结合到一起，形成传感器节点。传感器节点是无线传感器网络的基本功能单元。传感器节点基本组成模块有：传感单元、处理单元、通信单元以及电源部分。

2.新增无线传感网相关教学内容。传感器节点的开发和大量使用，使分布式控制系统中对传感信息交换提出更高要求，单独传感器数据采集已不能适应物联网技术的发展，取而代之的是无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）。无线传感器网络是由大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络。

教学内容主要在融合无线通信和单片机课程相关内容基础上新增无线传感器网络的介绍，重点包括传感器网络结构、通信协议等。

（二）教学方法改进

课程群中的课程各自按特点选用合适的教学方法外，主要采用项目引导、任务驱动的教学方法来开展教学。但随着课程群中课程学习的深入，课程间的交叉和融合越来越明显，需要共同开发建设教学项目和任务，让学生全面了解和掌握物联网关键技术的要领。

以物联网感知层课程群设计的教学项目“校园环境温湿度监测系统”为例，《电子感测技术》课程主要解决感知端传感器的选型和信号预处理（侧重硬件），《单片机技术》课程主要完成传感器节点的构建（侧重编程），《无线通信技术》课程主要完成无线传感网的组网（侧重通信协议和网络构建模式）。

（三）实训设备开发

高职层次的物联网方向专业培养目标是能够从事物联网领域的系统维护、产品制造和施工的高等工程技术人才。培养目标决定了学生在具有一定理论基础的同时，要有较强的实践能力。因此，实践教学至关重要。而对于一个交叉学科而言，仅凭原有课程相互独立的实训设备无法满足教学需求，需要构建一个结合课程组中课程配套实训设备的开放式交叉硬件共享平台，为物联网方向教学提供硬件设备保障。

以《电子感测技术》课程为例，原有实训设备大都是传统传感器，孤立性较高，缺乏完整的系统化实训系统，能满足基础实训内容却无法满足如上述物联网方向的公共教学项目和任务的实践教学需要。因此，我们另外立项设计与实现系统化的公共实训系统，并逐步完善课程组硬件共享平台的建设。

（四）教材选取和建设

由于面向多学科融合的物联网方向，使得课程内容具有一定广度。针对课程知识面的广泛性，教材选取上避免局限单一教材，在选取主导教材的同时，引导学生选用其他课程资料作为学习辅助参考资料。

课程组积极进行教材的建设，基于课程建设编写出更适合的教材。以《电子感测技术》课程教材建设为例，新版教材根据物联网用传感器的特点和发展趋势，新增相关内容。在课程组课程相关教学内容的支撑下，新增物联网感知层中传感器节点和无线传感网的相关内容。对原有教学内容中的应用举例进行合理的补充，增加物联网应用方向举例。开发新的物联网方向相关实训内容新增到教材中。

五、结语

面向物联网方向的课程建设需要跨专业课程间形成稳定持续的合作机制，以课程组的形式进行建设是一种行之有效的方法。面向物联网方向的跨专业课程群建设是对新专业方向和课程建设新方法的全新探索，以物联网学科建设为契机，探索多学科交叉合作模式，建立物联网方向融合教學环境，为后续相关课程开发和建设探索可借鉴性的经验。

参考文献：

[1]张少初.物联网交叉学科融合教学环境探究.[J].中小企业管理与科技旬刊，2014，（09）.

[2]刘华，冉盈.课程群内涵及其相关概念辨析[J].湖北函授大学学报，2014，（05）.

[3]刘少强，张靖.现代传感器技术——面向物联网应用（第2版）[M].北京：电子工业出版社，2016.

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