《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論》課程實驗教學(xué)初探

引言

物聯(lián)網(wǎng)被認(rèn)為是繼計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后的第三次信息浪 潮。2009年8月溫家寶總理在無錫考察傳感網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展時提 出“感知中國”后，物聯(lián)網(wǎng)的探索逐漸成為國家戰(zhàn)略。2010年 3月底，教育部批準(zhǔn)30所高校第一批開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè), 沒有物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的學(xué)校也相繼開設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的課程。我校 于2010年招生時就將物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)課程加入了計算機(jī)科學(xué)技 術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的培養(yǎng)方案，并于本學(xué)期首次開設(shè)了《物聯(lián) 網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論》課程。本課程的特點是理論性強(qiáng)，通過實驗課 加強(qiáng)學(xué)生對于物聯(lián)網(wǎng)理論內(nèi)容的理解，才能很好地培養(yǎng)學(xué)生 分析問題、解決問題的能力和專業(yè)實踐能力，加強(qiáng)實踐教學(xué)是 培養(yǎng)應(yīng)用型人才的重要途徑。研究《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論》課程的 實驗內(nèi)容，對培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用人才具有重大的意義。

1研究現(xiàn)狀及存在問題

《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論》是本學(xué)期為2010級計算機(jī)科學(xué)技術(shù) 專業(yè)新開設(shè)的一門專業(yè)任選課。課程的目標(biāo)是使學(xué)生可以對物 聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的相關(guān)知識有一個全面、系統(tǒng)的認(rèn)識；具備規(guī)劃設(shè) 計與構(gòu)建出一些簡單的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的能力；具備運(yùn)用理論 知識解決實際問題的基本素質(zhì)。

現(xiàn)在開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)課程的學(xué)校很多，主要從理論上講解物 聯(lián)網(wǎng)中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、RFID(射頻識別)技術(shù)等，項目 組對市面上的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)課程及實驗的教材及幾個學(xué)校的實 驗教學(xué)做了調(diào)查，主要發(fā)現(xiàn)有以下幾個問題：

1.1課程內(nèi)容差異很大，實驗內(nèi)容不統(tǒng)一

物聯(lián)網(wǎng)是一個相對比較新的技術(shù)，很多理論還沒有完全 沉淀下來，形成非常統(tǒng)一的理論體系。不同的學(xué)校不同的教材講授的內(nèi)容有很大差異，相對于實驗內(nèi)容也就有不同的安排。

1.2開設(shè)的專業(yè)不同，實驗內(nèi)容的重點不一

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一個綜合性比較強(qiáng)的新技術(shù)，涉及到計算 機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、自動控制技術(shù)等，造成了不同專業(yè)都開物 聯(lián)網(wǎng)課程的現(xiàn)狀。通信技術(shù)相關(guān)專業(yè)講解的重點在于物聯(lián)網(wǎng) 通信傳輸、通信協(xié)議分析等，自動控制相關(guān)專業(yè)講解的重點在 于物聯(lián)網(wǎng)芯片的研究設(shè)計等。計算機(jī)相關(guān)專業(yè)講解的重點在 于物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)算法、應(yīng)用開發(fā)等。開設(shè)專業(yè)的不同，導(dǎo)致了實 驗內(nèi)容的重點不一。如北京科技術(shù)大學(xué)王志良教授出版的實訓(xùn) 教程［1］有大量的硬件設(shè)計指導(dǎo)等。

1.3不同學(xué)校配備的實驗箱不同，實驗操作不一致

對于物聯(lián)網(wǎng)課程的實驗大部分都是基于實驗箱進(jìn)行操作 的，不同的學(xué)校配備的實驗箱基本都不同。每種實驗箱都有 不同的核心板，不同的程序，操作起來都有自己的步驟［%本 系關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的實驗箱共有3套，即使是同一種類型的實驗, 軟硬件環(huán)境，實驗效果也都不同，這也給實驗的選擇、融合 帶來一定的難度。

1.4學(xué)生層次不同，實驗內(nèi)容的難易度設(shè)置問題

物聯(lián)網(wǎng)實驗需要大量的硬件編程基礎(chǔ)，這些基礎(chǔ)都是通 過以前課程的學(xué)習(xí)積累的。有的學(xué)生基礎(chǔ)好些，如果實驗內(nèi) 容過淺，就不能滿足學(xué)生對知識的渴望，設(shè)置過難又使基礎(chǔ) 不好的學(xué)生失去信心。

基于以上問題的分析，我們在實驗內(nèi)容的選擇上要以符 合專業(yè)需求為主要方向，找出實驗教學(xué)的重點，體現(xiàn)實驗的 層次性等，為培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)方向的應(yīng)用人才奠定基礎(chǔ)。

2實驗內(nèi)容研究

主要研究《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論》課程的基礎(chǔ)實驗與應(yīng)用實 驗內(nèi)容，以符合專業(yè)需求為導(dǎo)向，整合現(xiàn)有實驗箱實驗的基礎(chǔ)上，在各個實驗中擬設(shè)置選學(xué)內(nèi)容，以滿足不同層次學(xué)生 的要求，同時為學(xué)生深入學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)課程打下堅實基礎(chǔ)。

擬選取以下6組實驗：

建立實驗環(huán)鏡

實驗為1學(xué)時，主要是認(rèn)識實驗設(shè)備，安裝配置IAR、 KeilC開發(fā)環(huán)境。

數(shù)據(jù)感知實驗

實驗為3學(xué)時，主要物聯(lián)網(wǎng)感知層的實驗，包括溫濕度 傳感器、超聲波傳感器、酒精傳感器的實驗，使學(xué)生通過各 種傳感器感知信號及編程方法。選學(xué)內(nèi)容設(shè)置為光電傳感器、 壓力傳感器。

ZlgBee組網(wǎng)實驗

實驗為4學(xué)時，主要是讓學(xué)生熟悉ZlgBee協(xié)議棧原理、 工作流程，掌握點對點、星狀網(wǎng)通信原理及相關(guān)程序應(yīng)用分析。 選學(xué)內(nèi)容為樹狀通信實驗等。

( 4)網(wǎng)關(guān)通信實驗

實驗為2學(xué)時，使學(xué)生掌握網(wǎng)關(guān)上各種通信接口如串口， 網(wǎng)口、GPRS的使用及程序分析修改。

(5)認(rèn)識RFID系統(tǒng)實驗

實驗為2學(xué)時，使學(xué)生掌握RFID的基本原理，學(xué)會 RFID模塊的使用方法及相關(guān)程序分析。選學(xué)內(nèi)容為超高頻 RFID模塊分析等。

( 6)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實驗

實驗為4學(xué)時，是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層的實驗，主要是對智能 家居系統(tǒng)、智能超市系統(tǒng)和智能倉儲系統(tǒng)從系統(tǒng)功能、架構(gòu)、 原理上進(jìn)行分析，并通過各種模擬系統(tǒng)進(jìn)行實際分析等。選 學(xué)內(nèi)容為智能農(nóng)業(yè)等。

實驗的總學(xué)時為16學(xué)時，我們的重點放在無線傳感器網(wǎng) 和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用上。

3實驗教學(xué)方法與手段

3.1啟發(fā)式教學(xué)

為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，改變以 往填鴨式教學(xué)方法，在實驗中，先講解實驗內(nèi)容和實驗要求 等基本內(nèi)容后，再將本次實驗的結(jié)果展示出來，然后引導(dǎo)學(xué) 生觀察、發(fā)現(xiàn)問題，由教師以點撥、提問和探討的方式加以 解決。實驗中根據(jù)學(xué)生的實際情況，這種變學(xué)生被動為主動 參與的教學(xué)方法在調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性及創(chuàng)新能力的培養(yǎng) 上均收到了良好的效果。

3.2層次教學(xué)

根據(jù)實驗教學(xué)的進(jìn)度和實驗深度要求的不同，把實驗分 成不同的層次，有助于引導(dǎo)學(xué)生由淺入深地學(xué)習(xí)。在物聯(lián)網(wǎng) 實驗教學(xué)中分成兩個方面的層次。

第一個層次，是從必學(xué)到選學(xué)將實驗內(nèi)容分成必學(xué)和選 學(xué)，必學(xué)是所有學(xué)生都要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。選學(xué)內(nèi)容是對本實驗 更有興趣的學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容。

第二個層次，是將必修實驗再分為使用、驗證分析、綜 合設(shè)計3個層次。

在教學(xué)前期適合于做一些使用層次要求的實驗，如建立 實驗環(huán)鏡、傳感器和ZigBee網(wǎng)等，通過全面使用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng) 使學(xué)生對傳感器、ZigBee等操作有全面的感性認(rèn)識。在有一 定的操作和理論基礎(chǔ)時可做驗證分析層次的實驗，從外部觀 察驗證傳感器、ZigBee的原理、編程、實現(xiàn)過程。如學(xué)完進(jìn) 程就可通過在實際的操作系統(tǒng)上編程使用系統(tǒng)調(diào)用來觀察操 作系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度結(jié)果，并根據(jù)結(jié)果分析不同的調(diào)度策略。 在驗證分析的基礎(chǔ)上就可做設(shè)計實現(xiàn)層次的實驗，要求學(xué)生 在模擬操作系統(tǒng)上自己編程實現(xiàn)操作系統(tǒng)的功能模塊，并觀 察自己所設(shè)計的功能模塊的工作情況。讓學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)功能有 一個使用、探索驗證、自己設(shè)計逐步深入的學(xué)習(xí)過程。

4實驗考核

考試是引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)、了解教師教學(xué)效果的一個重要方 法。許多高校計算機(jī)科學(xué)技術(shù)專業(yè)硬件課程實驗教學(xué)和課堂 教學(xué)的比例超過20%，但學(xué)生的成績僅憑試卷考試來確定, 忽略了實驗教學(xué)成績，這是不全面的。因此需要完善學(xué)生成 績評定，充分調(diào)動學(xué)生對實驗教學(xué)的積極性，達(dá)到學(xué)生實驗 動手能力的成績在總評成績中占一定比例。在平時的實驗教學(xué) 中，應(yīng)該告知學(xué)生實驗成績在總評成績中的比例，要求學(xué)生重 視實驗報告，啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維，鼓勵學(xué)生認(rèn)真總結(jié)實驗經(jīng)驗, 杜絕抄襲他人現(xiàn)象。幾年來在計算機(jī)科學(xué)技術(shù)專業(yè)硬件實驗 教學(xué)成績占課程總評成績的20%?30%是比較恰當(dāng)?shù)摹?

5結(jié)語

本文對《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論》實驗課程的內(nèi)容、實驗教學(xué) 方法與手段、實驗考核等方面所作的分析，可為高校建設(shè)物聯(lián) 網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論課程提供一些參考。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論的實驗教學(xué) 是培養(yǎng)實用性和創(chuàng)新性的高素質(zhì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)人才的重要途徑 和手段。因此，實驗教學(xué)是當(dāng)前需要認(rèn)真研究和探討的問題。

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