物聯網工程專業項目驅動實驗教學改革探索

摘 要：本文從物聯網工程專業開展實驗教學的必要性出發，結合目前物聯網工程專業實驗教學的實際情況，對我國高校物聯網工程專業實驗教學存在的問題進行了分析，提出了項目驅動的實驗教學模式。該模式針對現有實驗教學模式存在的弊端和問題，提出了全新的實驗教學理念，使得理論教學和實踐更好地相結合。

關鍵詞：實驗教學；物聯網工程；項目驅動

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2013）02-0019-02

無線通信技術、計算技術、傳感器技術和自動控制技術的日益成熟和迅速發展促進了物聯網在世界范圍內的進步和發展，物聯網被認為是繼計算機、互聯網之后的第三次信息時代大革命，它實現了信息世界與物理世界的緊密融合。物聯網在智慧交通管理、智慧電力系統、智慧城市、國防軍事、環境監測和醫療衛生等諸多領域具有十分廣闊的應用前景。2011年，物聯網工程作為專業正式進駐高校課程。物聯網工程專業是面向國家戰略性新興產業發展的需要而設置，旨在培養具備物聯網相關理論和技術，尤其具備通信技術、網絡技術和傳感器技術等領域的高級工程技術人才。物聯網工程的專業性質決定了實驗教學成為該專業教學體系中不可或缺的重要環節。為了更好地提高學生的綜合素質和實踐能力，培養學生的創新能力，高校必須進一步深化實驗教學改革，充分發揮和體現實驗教學的重要作用。

一、物聯網工程專業實驗教學存在的問題

物聯網工程專業開展實驗教學具有重要的意義，然而現有高校硬件和軟件的局限性使得實驗教學的開展還存在著較多的問題，這主要體現在以下幾個方面。

（一）實驗教學模式落后

隨著社會的進步和學科的發展，市場對學生綜合實踐能力和動手創新能力的培養提出了更高的要求。然而，許多高校實驗課程的安排并未相應地作出調整，實驗課程存在著實驗內容比較陳舊、缺乏創新性等諸多問題，這導致了實驗課程與實際需求脫節，制約了學生實踐動手能力和創新能力的培養。另外，現有實驗教學多采用先理論后實踐的傳統教學方法。通常由教師講授相關理論知識和技術細節，然后由學生驗證知識和技術的正確性和有效性。傳統的教學方法缺乏對學生綜合能力和創新能力的鍛煉，也無法激發學生的學習興趣。

（二）師資力量薄弱

物聯網工程專業的實驗教學不但要求實驗教師具備物聯網專業的相關理論和知識，而且要求教師具備較強的實踐動手能力，包括對傳感器部件、通信部件和射頻部件等焊接、控制和使用。長期以來，對實驗教師培養的忽略以及對實驗教師工作性質的偏見，使得現有高校實驗教師的師資隊伍比較薄弱。主要體現在實驗教師人員稀少、缺少參加培訓和國內外深造訪學的機會[1]。而物聯網工程專業作為新興專業，掌握物聯網技術的人員非常少。因此，實驗教師師資力量薄弱嚴重影響了實驗教學的開展。

（三）對實驗課程重視不夠

目前，國內大部分高校都存在“重理論、輕實踐”的錯誤認識[2]。學校往往在教學環節中對知識的傳授給予更高的重視，體現在理論教學課時要遠多于實驗教學課時，理論教學的教師學歷和職稱高于實驗教師的學歷和職稱，在課程的期末考核中只考察學生的理論知識掌握情況，而對實踐動手能力未制定一個統一的考核標準。上述教學安排和考核制度使得學生普遍認為學習理論知識要遠比實踐動手能力的培養更加重要，對實驗教學給予的重視程度嚴重不足。

二、項目驅動的實驗教學模式的改革措施

物聯網工程專業的實驗教學改革具有重要的意義，為了更好地使實驗教學在學生能力的培養中發揮作用，筆者提出項目驅動的實驗教學模式，該模式完全摒棄了傳統的實驗教學模式，更好地使理論教學和實踐相結合。下面將詳細介紹項目驅動的實驗教學模式以及保證該模式運行的師資隊伍建設和實驗條件改善措施。

（一）項目驅動的實驗教學模式

物聯網工程專業的實驗教學主要劃分為無線傳感器網絡和RFID兩部分[3]。針對物聯網工程專業的特性和社會對該專業人才的需求，本文提出項目驅動的實驗教學模式。在該模式下，實驗教師為學生布置具體的實驗案例或實驗項目，并將整個項目劃分成多個功能模塊。開始階段，不要求學生了解實現每個功能模塊的具體技術細節，只要求學生掌握利用現有技術實現功能模塊的方法。這樣，低年級學生即使不具備充足的相關理論知識，掌握功能模塊的使用方法后仍然可以獨立完成實驗項目。隨著學習的深入和學生知識儲備的增加，教師進一步啟發學生深入學習每一項技術細節，掌握技術的實現方法。項目驅動的實驗模式非常有利于激發學生的學習興趣和學習的自信心，使學生“在實踐中學習、在應用中學習”，學習的主觀能動性得到充分調動，教學效率顯著提高。

以無線傳感器網絡實驗為例。一個完整的傳感器網絡實驗涉及數據采集、信息處理、通信協議等多個功能模塊。傳統的實驗教學通常采用先理論后實踐的方式，即向學生講授每一個功能模塊的工作原理和實現方法，然后由學生動手實踐驗證所學知識。由于每個功能模塊涉及的技術都較為繁瑣，對于初涉該專業的學生來說，掌握每項技術細節具有較大的難度，而且很難對傳感器網絡產生一個整體的印象，這會嚴重影響學生學習興趣的培養。項目驅動的實驗模式則采用完全不同的實驗方式，如圖1所示。首先為學生布置一個具體的傳感器網絡案例，例如，設計一個無線傳感器網絡智能環境檢測系統。該案例要求將一定數量（一般實驗規模為10個左右）的傳感器節點布置在給定監測區域內，傳感器節點采集對所監測環境的感知數據（包括溫度、濕度和光強等），進行標準化處理，然后將數據發送給計算機相連接的節點，該節點再通過串口將數據傳輸到計算機。該系統主要由三個功能模塊組成，分別是數據感知模塊、信息處理模塊和通信模塊。要實現每一個功能模塊，學生需要掌握感知部件、CPU以及無線通信模塊和串口通信部件的工作原理，能夠編寫函數對硬件進行控制。

對于低年級學生來說，理解硬件的工作原理以及編寫復雜的控制函數非常困難。因此，實驗教師可以將實現上述功能的每個接口函數提供給學生，學生只要通過調用這些函數并輔助簡單的編碼操作就可以完成這一項目。當學生能夠完成一個項目后，他們會對傳感器網絡具有更為深入的了解，同時體會到所學知識的實用性，并對接口函數的實現細節產生濃厚興趣。接下來，教師可以向學生講授每個接口函數的原理和實現方法，并舉一反三地逐步讓學生根據實際需要嘗試自己編寫相應的接口函數。經過這樣的訓練之后，學生具備了獨立完成無線傳感器網絡實驗項目的能力。

當學生已經掌握組建無線傳感器網絡的基本知識和方法后，教師可以將傳感器網絡與其他課程知識相結合，為學生布置一些綜合設計類的實驗項目，以進一步培養學生的創新能力。例如，將傳感器網絡與數據庫相結合，設計一個無線傳感器網絡智能環境查詢系統。該系統在智能環境監測的系統上，增加一個查詢處理模塊能。該模塊可以支持用戶提出的查詢要求，例如：查詢某一區域的平均溫度或者最高溫度等。由于查詢處理模塊不涉及到對傳感器硬件進行操作，學生只要靈活應用已學習的數據庫知識就可以完成。

（二）項目驅動實驗教學模式下的師資隊伍建設

項目驅動的教學模式對實驗教師的專業水平具有較高的要求，因此，高校可以采用引進高學歷人才和為現有實驗教師提供培訓等措施組建一支實驗教師隊伍。在引進人才方面，可以采用需求驅動的人才引進模式。例如，針對組建傳感器網絡等課程，可以考慮引進以傳感器網絡和物聯網為研究方向的碩士研究生從事該課程的實驗。對于嵌入式系統和嵌入式計算等實驗課程，可以考慮聘用具有嵌入式編程經歷的程序開發人員擔任此類課程的實驗教師。

（三）項目驅動實驗教學模式下的實驗條件改善

物聯網工程專業所需要的實驗設備主要包括傳感器節點和RFID等部件。這些部件具有體積小、攜帶方便等特性，因此，教師可以額外準備一些傳感器節點和RFID供學生課后使用。學生利用課余時間熟悉這些設備，練習在傳感器節點上編程。另外，幾個學生將傳感器節點布置在一起可以組建一個小規模的傳感器網絡，實現一些傳感器網絡監控系統。這種寓教于樂的教學實驗模式，使學生在游戲的同時學習，更好地激發學生的學習興趣，同時也克服了實驗課時有限的局限性。

物聯網工程專業的特性和需求向該專業實驗教學的實施提出了挑戰，為了培養符合社會需要的人才，我們需要積極地思考，勤奮地探索，及時地總結經驗教訓，建立起一套真正適合于人才培養的實驗教學模式。物聯網工程專業實驗教學的開展和建設是一個長期積累和不斷創新的過程，任重而道遠。通過各種方法和途徑提高教學效果，培養社會需要的人才是每個教師的職責，更是高校學科建設必須思考的問題。

參考文獻：

[1]鄧廣濤，陳魁奎.地方理工科高校實驗教學改革探索與

實踐[J].實驗技術與管理，2011，（11）.

[2]李建楠，劉玉峰，李春暉.高校實驗教學管理現狀及對策

[J].實驗科學與技術，2011，（1）.

[3]魏曉寧.物聯網實驗教學初探[J].計算機時代，2011，

（10）.