物聯網工程專業課程體系建設的思考

陳向益　王良民　熊書明

摘要本文對物聯網工程專業的課程體系建設進行了探討，指出了課程體系建設中存在的問題和解決的思路，提出培養計算思維能力和工程應用能力的一體兩翼的課程方案，明確了物聯網工程面向行業應用的課程建設方向，對物聯網工程專業的建設進行了初步的嘗試。

關鍵詞物聯網工程課程體系建設計算思維工程應用

0引言

隨著無線傳感器網絡WSN（WirelessSensorNetwork）以及射頻識別技術RFID（RadioFrequencyIdentification）的研究和應用推廣，傳統的聯網技術開始向物物相聯的深入方向發展，物聯網（IOT：InternetofThings）應運而生，物聯網的主要功能是“全面地感知，正確地認知，智慧的處理”。①2009年溫家寶總理參觀中國科學院微系統所無錫傳感網工程中心，提出要盡快建設“感知中國”的中心，隨之無錫物聯網產業研究院成立，物聯網成為一個推動經濟發展的下一個熱點。

為了適應產業發展的需要，教育部批準在高校設置物聯網工程專業，以培養物聯網工程技術人才，我校作為第一批教育部批準成立的物聯網工程本科專業正式成立，并于2011年開始招生。在專業成立之初，我們就確立了物聯網工程專業人才培養的目標和方案，并精心規劃和制定了人才培養的課程體系。2012年初，為引導高校主動適應國家戰略和地方經濟社會發展需求，根據《教育部財政部關于“十二五”期間實施“高等學校本科教學質量與教學改革工程”的意見》（教高〔2011〕6號）提出的“十二五”期間啟動實施“專業綜合改革試點”項目的要求，本校的物聯網工程專業申請并成為第一批專業綜合改革試點，重新更新了專業的培養目標，并進行了課程體系的改革。下面從幾個方面談談這次課程體系建設的一些體會。

1當前物聯網工程專業課程體系存在的主要問題

物聯網工程屬于國家新興的戰略知識產業，國內開設物聯網工程專業的高校都是首次試水，國外又沒有相關的經驗可供借鑒，因此在專業培養方案和課程體系的建設上思路各異，多數高校是根據物聯網工程專業的學科交叉的特點來設置課程的，雖然借鑒成熟的已有學科的做法值得肯定，但是由于對新產業前景和培養目標認識不充分，普遍存在以下兩個問題：

（1）專業特色不突出。當前物聯網工程專業的課程設置大多是將各個交叉學科的課程直接設置在物聯網工程專業的課程體系之中，比如計算機專業相關的課程、網絡相關的課程以及通信和電子技術相關專業的課程。最終的結果是課程體系繁雜，內容繁多，真正體現物聯網特色的課程少之又少，體現不出專業的特色。

（2）缺乏行業應用支撐。物聯網工程雖然是剛剛興起的新專業，但是某些概念和技術已經在各個相關行業應用多年，行業應用知識和背景對物聯網工程專業的發展至關重要，如果沒有行業應用的支撐，物聯網工程專業的人才培養將失去目標和方向。

2課程體系建設的思路和措施

針對以上的兩個問題，物聯網工程系的教師進行了大量的調研和專題討論，形成了一致的意見，并進行了卓有成效的嘗試，以下是本次課程體系建設的基本思路和措施。

2.1培養兼具計算思維和工程能力的物聯網工程專業卓越人才

創新型高素質人才培養是課程體系建設的最重要的指導方針。在實際的建設過程中，我們認為計算思維、工程能力是物聯網工程專業人才的兩種基本素質，研究型創新人才離不開計算思維能力的培養，工程應用創新型人才則依賴于大量的工程應用實踐。通過構建合理的課程體系來完成這兩種能力的培養。

（1）計算思維能力的培養相關課程。物聯網專業在于“聯”，而聯網的基礎是計算芯片，所以計算思維能力是物聯網專業教學中必須貫穿培養的一種基本素質。計算機模型是從數學問題的研究中發明出來的，而且邏輯又是實現計算機的數學基礎，因此計算數學思維能力對物聯網工程專業來說極為重要。

課程設置的時候，專門開設了培養計算思維能力的系列課程，供本專業的學生在本科四年的不同階段進行學習。離散數學、形式語言與自動機、計算復雜性和可計算理論、數據結構、算法分析與設計等，涵蓋了從基本的邏輯、集合論、代數結構、圖論到形式語言與自動機、計算復雜性理論、數據的組織和算法等層次，這些從抽象到具體的計算思維能力將為學生提供從理論到實踐的理論基礎以及從實踐到理論的數學抽象能力。

（2）工程能力培養相關課程。包括物聯網工程、程序設計語言、面向對象的程序設計、軟件工程、射頻識別技術、無線單片機和ZigBee技術、協議分析和編程、無線傳感器網絡、嵌入式系統設計與開發、Android操作系統和移動應用開發等工程應用能力培養課程。通過這些課程系統地培養學生的工程應用開發實踐能力和工程創新能力。

2.2強化專業特色，突出行業應用方向，以優勢學科支撐行業物聯網人才跨學科培養

物聯網專業是多專業的融合與提升，需要多專業的匯聚，取其共性，建立基礎教學體系；各院校可根據自身行業應用背景優勢建立具有各自應用方向特點的課程和實訓。②

物聯網工程專業的特殊性在于，其課程體系包含物聯網共性支撐技術及行業應用技術兩個部分，通過打破信息產業和傳統工科專業的壁壘，充分利用本校食品安全、汽車交通和環境監控三方面優勢學科群，著重于行業物聯網人才的培養。因此課程體系中，設計了行業應用選修模塊，結合本學校食品學院、汽車學院和環境學院在學科和研究方面的優勢，設計了食品安全物聯網、車聯網、環境監控物聯網三個行業應用選修模塊，學生必須從這三個模塊中選擇一個進行學習，并獲得相應的學分才能畢業，使得學生及早了解將來畢業后的服務的行業知識。

2.3更新完善教學內容，優化課程設置，形成具有鮮明特色的專業核心課程群

在本次課程體系建設的過程中，考慮通過優化課程設置，更新完善教學內容，強化物聯網工程的專業特色。借鑒現有的課程確定物聯網工程專業的需要設置的課程，吸收消化現有課程的教學計劃、方案和內容，融合若干課程的知識點網絡，轉化成為物聯網工程專業的專業核心課程。

下面以“無線單片機與ZigBee技術”專業課程為例進行說明該策略。該課程主要涉及到微機原理和接口技術、匯編語言程序設計、單片機原理及應用、微型計算機控制技術、ZigBee協議和開發等教學內容。在傳統的教學課程體系中，這些內容都分散在各自獨立的課程之中，甚至課程還被分散開設在不同的學期，導致學生們對課程之間知識點的學習片面而孤立，不能有效地融會貫通、學以致用。

我們把這些課程內容有機地融合在一門課程之中，適當地增加該門課程的學時，但總體而言，課程學習的學時相比以前獨立開設多門課程反而減少了，減輕了學生的學習負擔。在設置課程內容的時候，擬分四步執行：

第一步，通過借鑒已有的微機原理和接口技術、匯編語言程序設計、單片機原理及應用、微型計算機控制技術、ZigBee協議和開發課程體系，找到它們的共性和交叉內容，并舍棄其中一些陳舊的技術知識，從而有效地精簡課程的知識體系。

第二步，根據前面確定的課程教學內容，吸收學習已有的課程內容，比如，微機原理和接口技術主要講解的是PC機即以Intelx86微處理器為核心的計算機的原理和接口技術，而單片機原理及應用主要講解的是IntelMCS-51單片微型計算機的原理、接口、應用和控制技術，這是兩種不同的微型計算機，但是所講授的技術和原理很多時候是一致的，并且很多時候兩者都會涉及到匯編語言程序設計的內容，從目前的技術發展來看，將它們的教學內容融合在一門課程之中更為合適，在物聯網工程專業中，無線聯網以及網絡協議的開發將是未來的技術應用重點內容，而無線單片機將成為無線聯網和執行網絡協議的核心，所以必須進行課程的融合。

第三步，通過分析課程之間的知識點，完成課程內容的有機融合，打通課程之間任督二脈，讓學生學以致用，學而知用。

第四步，將融合后的內容轉化升華為物聯網工程專業的特色課程。

2.4重視實驗和實踐課程，培養學生的理論聯系實踐的動手能力

實踐是工科專業的學生培養極其重要的一個環節，因此在課程體系設置中，安排了認識實習、上機、實驗、課程設計、生產實習等多個實踐環節，涵蓋了從本科一年級到四年級的全部階段。

認識實習安排學生參觀相關的企業了解企業物聯網應用和企業的需求；偏軟件類的課程安排的上機環節培養學生的程序設計能力和軟件工程管理能力；偏硬件課程的實驗使得學生在通過小型的實驗深刻領會和理解設備的工作原理和軟硬件的協同設計能力；課程設計則是通過綜合型的軟件或者軟硬件開發的實踐認識一個小型項目的分析、設計和開發過程；生產實習環節通過讓學生進入物聯網相關企業進行鍛煉和學習，了解企業的實際需要，思考如何將所學知識與未來所從事的行業聯系起來。另外，積極與相關企業建立廣泛的聯系，通過產學研合作關系，聯合開展科研項目、人員培訓等，是一種校企雙贏的舉措。③

3小結

物聯網工程作為一個新興的專業，高校都在進行相關的嘗試，課程體系仍在不停的改革之中。在建設課程體系過程中，必須把握好人才自我成長需要與社會對人才需求之間的關系，有效保證課程體系中課程之間的依賴性和連續性，同時注重學生的邏輯思維能力、工程素質以及創新能力培養，為物聯網工程培養既能從事科學研究也能從事工程應用創新的綜合素質人才。