《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)初探

引言

物聯(lián)網(wǎng)被認(rèn)為是繼計(jì)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(shí)提 出“感知中國(guó)”后，物聯(lián)網(wǎng)的探索逐漸成為國(guó)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(shí)就將物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)課程加入了計(jì)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(diǎn)是理論性強(qiáng)，通過實(shí)驗(yàn)課 加強(qiáng)學(xué)生對(duì)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(shí)踐能力，加強(qiáng)實(shí)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)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(jí)計(jì)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(duì)物 聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的相關(guān)知識(shí)有一個(gè)全面、系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)；具備規(guī)劃設(shè) 計(jì)與構(gòu)建出一些簡(jiǎn)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(shí)解決實(shí)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(shí)別)技術(shù)等，項(xiàng)目 組對(duì)市面上的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)課程及實(shí)驗(yàn)的教材及幾個(gè)學(xué)校的實(shí) 驗(yàn)教學(xué)做了調(diào)查，主要發(fā)現(xiàn)有以下幾個(gè)問題：

1.1課程內(nèi)容差異很大，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不統(tǒng)一

物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)相對(duì)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(duì)于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也就有不同的安排。

1.2開設(shè)的專業(yè)不同，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的重點(diǎn)不一

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一個(gè)綜合性比較強(qiáng)的新技術(shù)，涉及到計(jì)算 機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)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(diǎn)在于物聯(lián)網(wǎng) 通信傳輸、通信協(xié)議分析等，自動(dòng)控制相關(guān)專業(yè)講解的重點(diǎn)在 于物聯(lián)網(wǎng)芯片的研究設(shè)計(jì)等。計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)講解的重點(diǎn)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(shí) 驗(yàn)內(nèi)容的重點(diǎn)不一。如北京科技術(shù)大學(xué)王志良教授出版的實(shí)訓(xùn) 教程［1］有大量的硬件設(shè)計(jì)指導(dǎo)等。

1.3不同學(xué)校配備的實(shí)驗(yàn)箱不同，實(shí)驗(yàn)操作不一致

對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)課程的實(shí)驗(yàn)大部分都是基于實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行操作 的，不同的學(xué)校配備的實(shí)驗(yàn)箱基本都不同。每種實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)箱共有3套，即使是同一種類型的實(shí)驗(yàn), 軟硬件環(huán)境，實(shí)驗(yàn)效果也都不同，這也給實(shí)驗(yàn)的選擇、融合 帶來一定的難度。

1.4學(xué)生層次不同，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的難易度設(shè)置問題

物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)內(nèi) 容過淺，就不能滿足學(xué)生對(duì)知識(shí)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?cè)趯?shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇上要以符 合專業(yè)需求為主要方向，找出實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)，體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)與應(yīng)用實(shí) 驗(yàn)內(nèi)容，以符合專業(yè)需求為導(dǎo)向，整合現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在各個(gè)實(shí)驗(yàn)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(shí)為學(xué)生深入學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)課程打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

擬選取以下6組實(shí)驗(yàn)：

建立實(shí)驗(yàn)環(huán)鏡

實(shí)驗(yàn)為1學(xué)時(shí)，主要是認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，安裝配置IAR、 KeilC開發(fā)環(huán)境。

數(shù)據(jù)感知實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)為3學(xué)時(shí)，主要物聯(lián)網(wǎng)感知層的實(shí)驗(yàn)，包括溫濕度 傳感器、超聲波傳感器、酒精傳感器的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生通過各 種傳感器感知信號(hào)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(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)為4學(xué)時(shí)，主要是讓學(xué)生熟悉ZlgBee協(xié)議棧原理、 工作流程，掌握點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、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(shí)驗(yàn)等。

( 4)網(wǎng)關(guān)通信實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)為2學(xué)時(shí)，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(shí)RFID系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)為2學(xué)時(shí)，使學(xué)生掌握RFID的基本原理，學(xué)會(huì) 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(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)為4學(xué)時(shí)，是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層的實(shí)驗(yàn)，主要是對(duì)智能 家居系統(tǒng)、智能超市系統(tǒng)和智能倉(cāng)儲(chǔ)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(shí)際分析等。選 學(xué)內(nèi)容為智能農(nóng)業(yè)等。

實(shí)驗(yàn)的總學(xué)時(shí)為16學(xué)時(shí)，我們的重點(diǎn)放在無線傳感器網(wǎng) 和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用上。

3實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中，先講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)要求 等基本內(nèi)容后，再將本次實(shí)驗(yàn)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(diǎn)撥、提問和探討的方式加以 解決。實(shí)驗(yàn)中根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，這種變學(xué)生被動(dòng)為主動(dòng) 參與的教學(xué)方法在調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)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(shí)驗(yàn)教學(xué)的進(jìn)度和實(shí)驗(yàn)深度要求的不同，把實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)中分成兩個(gè)方面的層次。

第一個(gè)層次，是從必學(xué)到選學(xué)將實(shí)驗(yàn)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(duì)本實(shí)驗(yàn) 更有興趣的學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容。

第二個(gè)層次，是將必修實(shí)驗(yàn)再分為使用、驗(yàn)證分析、綜 合設(shè)計(jì)3個(gè)層次。

在教學(xué)前期適合于做一些使用層次要求的實(shí)驗(yàn)，如建立 實(shí)驗(yàn)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(duì)傳感器、ZigBee等操作有全面的感性認(rèn)識(shí)。在有一 定的操作和理論基礎(chǔ)時(shí)可做驗(yàn)證分析層次的實(shí)驗(yàn)，從外部觀 察驗(yàn)證傳感器、ZigBee的原理、編程、實(shí)現(xiàn)過程。如學(xué)完進(jìn) 程就可通過在實(shí)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(yàn)證分析的基礎(chǔ)上就可做設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)層次的實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生 在模擬操作系統(tǒng)上自己編程實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)的功能模塊，并觀 察自己所設(shè)計(jì)的功能模塊的工作情況。讓學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)功能有 一個(gè)使用、探索驗(yàn)證、自己設(shè)計(jì)逐步深入的學(xué)習(xí)過程。

4實(shí)驗(yàn)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(gè)重要方 法。許多高校計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)專業(yè)硬件課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課堂 教學(xué)的比例超過20%，但學(xué)生的成績(jī)僅憑試卷考試來確定, 忽略了實(shí)驗(yàn)教學(xué)成績(jī)，這是不全面的。因此需要完善學(xué)生成 績(jī)?cè)u(píng)定，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的積極性，達(dá)到學(xué)生實(shí)驗(yàn) 動(dòng)手能力的成績(jī)?cè)诳傇u(píng)成績(jī)中占一定比例。在平時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué) 中，應(yīng)該告知學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)诳傇u(píng)成績(jī)中的比例，要求學(xué)生重 視實(shí)驗(yàn)報(bào)告，啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維，鼓勵(lì)學(xué)生認(rèn)真總結(jié)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn), 杜絕抄襲他人現(xiàn)象。幾年來在計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)專業(yè)硬件實(shí)驗(yàn) 教學(xué)成績(jī)占課程總評(píng)成績(jī)的20%?30%是比較恰當(dāng)?shù)摹?

5結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論》實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué) 方法與手段、實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué) 是培養(yǎng)實(shí)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(shí)驗(yàn)教學(xué)是當(dāng)前需要認(rèn)真研究和探討的問題。

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