面向物聯(lián)網(wǎng)人才培養(yǎng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)課程群建設(shè)

孫　潔

(寧波工程學(xué)院　電子與信息工程學(xué)院，浙江　寧波　315000)

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面向物聯(lián)網(wǎng)人才培養(yǎng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)課程群建設(shè)

孫潔

(寧波工程學(xué)院電子與信息工程學(xué)院，浙江寧波315000)

摘要：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種新興的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。傳感器網(wǎng)絡(luò)課程群建設(shè)，應(yīng)以計算機組成原理、嵌入式原理與接口、傳感器網(wǎng)絡(luò)三門課程為核心課程，系統(tǒng)化把握課程內(nèi)容和實驗等各環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生在多學(xué)科交叉的新技術(shù)領(lǐng)域的動手能力，提高學(xué)生就業(yè)競爭能力。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；課程群；傳感器網(wǎng)絡(luò)

一、研究背景

國務(wù)院總理溫家寶于2009年8月在無錫提出“感知中國”的中心戰(zhàn)略，并于2010年“兩會”把物聯(lián)網(wǎng)寫入“政府工作報告”，物聯(lián)網(wǎng)被正式列為國家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一[1]。網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)是在計算機科學(xué)與技術(shù)、通信工程等專業(yè)交叉、融合的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新專業(yè)，1998年被教育部列入本科專業(yè)目錄，全國已有近 300 所高校設(shè)置了該專業(yè)。我校電信學(xué)院于2010級開始招收網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)學(xué)生，并開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)方向。該學(xué)科方向特點是以培養(yǎng)社會急需的物聯(lián)網(wǎng)管理、設(shè)計、開發(fā)人才為目標，強化學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。

隨著科學(xué)不斷地分化與綜合，高校課程之間的聯(lián)系愈加緊密。課程群是從屬于某個學(xué)科，由三門以上性質(zhì)相關(guān)或相近的課程組成，結(jié)構(gòu)合理、層次清晰、課程間相互連接、合理分工、能滿足不同專業(yè)教學(xué)要求的系統(tǒng)化的課程群體[2]。其基本思想是把內(nèi)容聯(lián)系緊密、內(nèi)在邏輯性強、屬于同類能力素質(zhì)培養(yǎng)范疇的同一類課程作為一個課程群組進行建設(shè)，打破課程內(nèi)容的歸屬性，從實踐能力和綜合素質(zhì)培養(yǎng)目標層次上，把握課程內(nèi)容的分配、實施等各環(huán)節(jié)的實現(xiàn)。目前，課程群建設(shè)已成為高校課程教學(xué)改革的一種有效途徑和發(fā)展趨勢[3]。

近年來，物聯(lián)網(wǎng)新產(chǎn)品不斷問世，國內(nèi)外各大IT公司紛紛投入巨資加緊研發(fā)，相關(guān)技術(shù)人才需求猛增。在新形勢下，高校面臨著物聯(lián)網(wǎng)方向系統(tǒng)課程孤立、課程不全、實踐能力弱、創(chuàng)新意識薄弱、與實際應(yīng)用脫節(jié)等缺點，迫切需要建立一個教學(xué)群課程體系。為此，我們提出建設(shè)傳感器課程群的新思路。課程群以計算機組成原理、嵌入式原理與接口、傳感器網(wǎng)絡(luò)三門課程為主要建設(shè)對象，研究以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為目標的傳感器網(wǎng)絡(luò)課程群，從理論認知維度和工程素質(zhì)教育維度來進行課程設(shè)計，以應(yīng)用為主線，緊密結(jié)合，相互關(guān)聯(lián)，形成完整的課程群教學(xué)系統(tǒng)。

二、傳感器網(wǎng)絡(luò)課程群構(gòu)架

課程群所含的各門課程應(yīng)具有相關(guān)性和整合性。從內(nèi)容上看，各門課程相互之間或縱向銜接，承上啟下；或橫向交叉，相輔相成。我們對課程群的教學(xué)構(gòu)架進行了設(shè)計，課程群規(guī)劃如下圖所示：

圖　傳感器網(wǎng)絡(luò)課程群規(guī)劃

目前支撐該課程群的骨干課程包括“計算機組成原理”“嵌入式原理與接口”“傳感器網(wǎng)絡(luò)”，其理論教學(xué)目標和工程素質(zhì)培養(yǎng)目標分別如下：

計算機組成原理課程：該課程是整個課程群的理論基礎(chǔ)，系統(tǒng)地闡述單處理器系統(tǒng)的基本原理、體系結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、輸入輸出系統(tǒng)的基本原理。理論教學(xué)目標是讓學(xué)生掌握計算機硬件的描述、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的理解、不同層次部件連接和協(xié)作，最終形成整機概念。工程素質(zhì)培養(yǎng)目標是能夠設(shè)計簡單的中央處理單元(CPU)，能夠?qū)⒏鱾€單獨的功能芯片通過總線連接起來，形成完整的概念機，實現(xiàn)CPU處理一條指令的完整指令周期。

嵌入式原理與接口課程：嵌入式系統(tǒng)是應(yīng)用最為廣泛的一種單處理器系統(tǒng)，其教學(xué)內(nèi)容是先行課程“計算機組成原理”中形成的整機概念的具體實例。例如，“計算機組成原理”講述的CPU普適性原理，奠定了理論和邏輯基礎(chǔ)；“嵌入式原理與接口”課程將以代表性的 CPU(ARM)為中心，講述其內(nèi)部寄存器結(jié)構(gòu)和處理器工作模式。“計算機組成原理”所講述的輸入輸出系統(tǒng)原理，將在“嵌入式原理與接口” 課程里具體的中斷管理及常用的外圍接口控制中，得到直觀而具體的體現(xiàn)。本課程對學(xué)生的理論要求是掌握一種嵌入式硬件平臺的有關(guān)知識和技術(shù)，由于ARM系列在嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，我們采用了以ARM系列為中心的課程和實驗內(nèi)容。本課程對學(xué)生的工程能力培養(yǎng)體現(xiàn)在：掌握ARM實驗平臺上設(shè)置特殊寄存器來實現(xiàn)通用I/O接口的控制，如LED燈的明滅，串口UART接口的數(shù)據(jù)傳送功能、DMA功能的實現(xiàn)等。

傳感器網(wǎng)絡(luò)課程：介紹傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本概念和主要技術(shù)，掌握Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信標準，了解傳感器網(wǎng)絡(luò)的支撐技術(shù)如定位技術(shù)、同步技術(shù)、拓撲控制、數(shù)據(jù)匯聚和服務(wù)質(zhì)量等。對學(xué)生的理論要求是掌握和理解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理、協(xié)議等理論知識，并能夠進行無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用、管理、設(shè)計和開發(fā)；對學(xué)生的工程能力培養(yǎng)體現(xiàn)在：由學(xué)生組隊完成基本傳感器網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)、完善、部署和測試。每個傳感器節(jié)點包括傳感器和微處理器(CC2530)及相關(guān)電路，是一個典型的嵌入式系統(tǒng)。傳感器數(shù)據(jù)的收發(fā)以及與PC之間的通信，涉及到CC2530對中斷和串口的控制。學(xué)生必須經(jīng)過先行課程“嵌入式原理與接口”的實踐和練習(xí)，才能無障礙地理解協(xié)議代碼中通過特殊寄存器控制外圍電路的開發(fā)方法。在此基礎(chǔ)上增加Zigbee組網(wǎng)和傳感器數(shù)據(jù)讀寫實驗等。

為了實現(xiàn)以上課程的理論知識培養(yǎng)及工程素質(zhì)培養(yǎng)，其他支撐課程包括數(shù)字電子技術(shù)、通信基礎(chǔ)、C語言程序設(shè)計等，在上圖中都有體現(xiàn)。

三、傳感器網(wǎng)絡(luò)課程群教學(xué)內(nèi)容的關(guān)聯(lián)和銜接

新的課程群的計劃和實施是一個不斷探索和實驗的過程，下表 給出了我們的教學(xué)計劃以及對應(yīng)的目標說明等。

表1　對應(yīng)的課程單元及培養(yǎng)能力

表中可看到核心知識內(nèi)容在不同課程中相互關(guān)聯(lián)、一脈相承，而后續(xù)課程在先行課程的基礎(chǔ)上不斷深入、增加新的實踐內(nèi)容。形成課程群之后，可以避免課程間的重復(fù)內(nèi)容，注意前后呼應(yīng)，教學(xué)內(nèi)容和實驗也能注意與課程群中其他課程的教學(xué)內(nèi)容相互銜接，形成有機集成的課程系統(tǒng)。

四、結(jié)論

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)，—直是各國研究機構(gòu)的熱點研究領(lǐng)域，高校研討如何培養(yǎng)新技術(shù)領(lǐng)域的儲備人才具有重要的意義。我們以三門專業(yè)骨干課為核心，將相關(guān)的課程組合在一起形成課程群，強化重點知識在不同課程的呼應(yīng)和深入，使理論知識不斷在具體課程上得到固化；并結(jié)合社會流行的技術(shù)和架構(gòu)，配合物聯(lián)網(wǎng)熱點應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?yīng)用型人才的需求，以多重實驗對學(xué)生進行培訓(xùn)，增強學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力，最終提高學(xué)生就業(yè)競爭能力。

(責(zé)任編輯：時錦雯)

參考文獻：

[1]溫家寶.十一屆全國人大三次會議政府工作報告[EB/OL]. 北京:新華社, 2010. http://www.gov.cn/2010lh/content_1555767.htm.

[2]吳開亮.關(guān)于高師院校課程群建設(shè)的探討[J].江蘇高教,1999(6):69-71.

[3]龍春陽. 課程群建設(shè): 高校課程教學(xué)改革的路徑選擇[J]. 現(xiàn)代教育科學(xué): 高教研究, 2010 (2): 139-141.

The Construction of Sensor Network Curriculum Group for Specialty of Internet of Things

SUN Jie

(Ningbo University of Technology，Ningbo 315000，China)

Abstract：Wireless sensor network is the enabling technologies of the application of Internet of Things (IOT). In order to systematically train student specialized in the area, this paper develops the sensor network curriculum group, with the computer composition principle, embedded system，interface, and sensor networks as the core curriculum. The curriculum group aims at managing the courses and experiment systematically, and training the students’ practical ability, and thereby improving students' employment competitiveness.

Key Words：IOT;curriculum group;sensor network

中圖分類號：G642.0

文獻標識碼：A

文章編號：1671-9719(2016)4-0078-02

作者簡介：孫潔(1977-)，女，甘肅人，博士，講師，研究方向為物聯(lián)網(wǎng)和傳感器網(wǎng)絡(luò)。

收稿日期：2016-02-23修稿日期：2016-03-20