面向物聯(lián)網(wǎng)方向的跨專業(yè)課程群建設(shè)探索

羅丁喆+楊春雷+金之杰

摘要：物聯(lián)網(wǎng)是跨眾多學(xué)科的新興專業(yè)方向，課程建設(shè)適合采用跨專業(yè)課程群建設(shè)模式。本文介紹了物聯(lián)網(wǎng)感知層課程群的組建，并以《電子感測(cè)技術(shù)》課程為例，從教學(xué)內(nèi)容建設(shè)、教學(xué)方法改進(jìn)、實(shí)訓(xùn)設(shè)備開發(fā)及教材選取和建設(shè)多方面，探討了面向跨學(xué)科專業(yè)方向的課程建設(shè)和實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；課程群；課程建設(shè)；電子感測(cè)技術(shù)

中圖分類號(hào)：G718.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）14-0244-02

一、研究背景

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為代表的聚合性應(yīng)用與技術(shù)的提升不斷出現(xiàn)。對(duì)應(yīng)的人才培養(yǎng)專業(yè)隨之誕生，這類專業(yè)往往是多個(gè)學(xué)科的融合。物聯(lián)網(wǎng)是一門交叉學(xué)科，涉及計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)、電子技術(shù)、測(cè)控技術(shù)等專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，以及管理學(xué)、軟件開發(fā)等多方面知識(shí)。在專業(yè)課程建設(shè)和完善的過程中，單一學(xué)科課程體系無法適用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的需要，采用跨學(xué)科的教學(xué)模式才能滿足專業(yè)課程建設(shè)的要求。同樣，細(xì)化到課程建設(shè)，單門課程的閉門建設(shè)已無法滿足跨學(xué)科知識(shí)體系的要求，迫切需要將相關(guān)課程進(jìn)行融合和整體規(guī)劃，形成課程群進(jìn)行“大課程”建設(shè)。

二、課程群的組建

課程群是由內(nèi)容上密切相關(guān)，相承和滲透，具有互補(bǔ)性的幾門系列課程組成的有機(jī)整體，并配備相應(yīng)的教學(xué)素質(zhì)，按大課程框架進(jìn)行課程建設(shè)，獲得整體優(yōu)化，進(jìn)而更適用于跨學(xué)科的課程建設(shè)。面向物聯(lián)網(wǎng)方向課程群建設(shè)的基本思路是通過梳理物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，理清物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的技術(shù)體系層次結(jié)構(gòu)。跨專業(yè)挑選出相關(guān)課程對(duì)應(yīng)到各個(gè)層次結(jié)構(gòu)中，分層次進(jìn)行課程組團(tuán)形成課程群。

三、基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系層次組建課程群

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系架構(gòu)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層三個(gè)層次。

以感知層課程群組建為例，感知層位于物聯(lián)網(wǎng)三層結(jié)構(gòu)中的最底層，其功能為“感知”，是由各種具有感知能力的設(shè)備組成，主要用于感知和采集物理世界中發(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù)。感知層是物聯(lián)網(wǎng)的核心，是信息采集的關(guān)鍵部分。

基于感知層在物聯(lián)網(wǎng)中的作用，梳理出該層的核心技術(shù)包括射頻技術(shù)、新興傳感技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)（FCS）等，涉及的核心產(chǎn)品包括傳感器、電子標(biāo)簽、傳感器節(jié)點(diǎn)、無線路由器、無線網(wǎng)關(guān)等。

通過多方調(diào)研高職層次應(yīng)用型崗位的需求出高職層次應(yīng)屆畢業(yè)生崗位需求主要集中在“測(cè)試工程師”、“系統(tǒng)運(yùn)維工程師”、“售后工程師”、“產(chǎn)品銷售人員”、“工程施工人員”及“產(chǎn)品檢測(cè)人員”等。

通過對(duì)上述崗位典型職業(yè)活動(dòng)進(jìn)行分析，將崗位描述和能力要求進(jìn)行匯總，再對(duì)應(yīng)到知識(shí)技能要求后，將學(xué)院原開設(shè)相關(guān)課程的內(nèi)容與物聯(lián)網(wǎng)方向相關(guān)技能和知識(shí)進(jìn)行比對(duì)，在已開設(shè)課程中跨專業(yè)選取出《電子感測(cè)技術(shù)》、《單片機(jī)技術(shù)》和《無線通信》三門課程形成課程群進(jìn)行統(tǒng)一建設(shè)。

四、課程群建設(shè)方法探索

（一）教學(xué)內(nèi)容建設(shè)方面

以《電子感測(cè)技術(shù)》課程為例，原有課程內(nèi)容側(cè)重于傳感器原理、基本結(jié)構(gòu)的教學(xué)，強(qiáng)調(diào)被測(cè)量檢測(cè)為目的的傳感器應(yīng)用。然而，從傳感器技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀分析，傳統(tǒng)傳感器及獨(dú)立傳感器功能已無法滿足物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的需求。除了熟悉傳感器原理和結(jié)構(gòu)外，還需要掌握傳感器智能化、組網(wǎng)、信息獲取、傳輸及應(yīng)用等相關(guān)技術(shù)。而上述這些相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)涉及到單片機(jī)、無線通信等相關(guān)技術(shù)，僅憑《電子感測(cè)技術(shù)》課程本身增加概念性教學(xué)內(nèi)容是無法使學(xué)生理解和掌握的。

為保障新增和調(diào)整的教學(xué)內(nèi)容開展有效的教學(xué)，面向物聯(lián)網(wǎng)方向的《電子感測(cè)技術(shù)》課程教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整及課程本身的二次開發(fā)需要基于課程群建設(shè)。在《單片機(jī)技術(shù)》和《無線通信》兩門課程的支撐下，教學(xué)內(nèi)容主要從以下二方面進(jìn)行新增和調(diào)整。

1.新增無線傳感器節(jié)點(diǎn)相關(guān)教學(xué)內(nèi)容。物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀要求傳感器不僅具有感知獲取功能，還具有信息處理、邏輯判斷、自診斷等功能。目前成熟的技術(shù)是將傳感器部分與信號(hào)預(yù)處理電路、輸入輸出接口、微處理器等結(jié)合到一起，形成傳感器節(jié)點(diǎn)。傳感器節(jié)點(diǎn)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本功能單元。傳感器節(jié)點(diǎn)基本組成模塊有：傳感單元、處理單元、通信單元以及電源部分。

2.新增無線傳感網(wǎng)相關(guān)教學(xué)內(nèi)容。傳感器節(jié)點(diǎn)的開發(fā)和大量使用，使分布式控制系統(tǒng)中對(duì)傳感信息交換提出更高要求，單獨(dú)傳感器數(shù)據(jù)采集已不能適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，取而代之的是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network，WSN）。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量的靜止或移動(dòng)的傳感器以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)。

教學(xué)內(nèi)容主要在融合無線通信和單片機(jī)課程相關(guān)內(nèi)容基礎(chǔ)上新增無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的介紹，重點(diǎn)包括傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議等。

（二）教學(xué)方法改進(jìn)

課程群中的課程各自按特點(diǎn)選用合適的教學(xué)方法外，主要采用項(xiàng)目引導(dǎo)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法來開展教學(xué)。但隨著課程群中課程學(xué)習(xí)的深入，課程間的交叉和融合越來越明顯，需要共同開發(fā)建設(shè)教學(xué)項(xiàng)目和任務(wù)，讓學(xué)生全面了解和掌握物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的要領(lǐng)。

以物聯(lián)網(wǎng)感知層課程群設(shè)計(jì)的教學(xué)項(xiàng)目“校園環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”為例，《電子感測(cè)技術(shù)》課程主要解決感知端傳感器的選型和信號(hào)預(yù)處理（側(cè)重硬件），《單片機(jī)技術(shù)》課程主要完成傳感器節(jié)點(diǎn)的構(gòu)建（側(cè)重編程），《無線通信技術(shù)》課程主要完成無線傳感網(wǎng)的組網(wǎng)（側(cè)重通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建模式）。

（三）實(shí)訓(xùn)設(shè)備開發(fā)

高職層次的物聯(lián)網(wǎng)方向?qū)I(yè)培養(yǎng)目標(biāo)是能夠從事物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的系統(tǒng)維護(hù)、產(chǎn)品制造和施工的高等工程技術(shù)人才。培養(yǎng)目標(biāo)決定了學(xué)生在具有一定理論基礎(chǔ)的同時(shí)，要有較強(qiáng)的實(shí)踐能力。因此，實(shí)踐教學(xué)至關(guān)重要。而對(duì)于一個(gè)交叉學(xué)科而言，僅憑原有課程相互獨(dú)立的實(shí)訓(xùn)設(shè)備無法滿足教學(xué)需求，需要構(gòu)建一個(gè)結(jié)合課程組中課程配套實(shí)訓(xùn)設(shè)備的開放式交叉硬件共享平臺(tái)，為物聯(lián)網(wǎng)方向教學(xué)提供硬件設(shè)備保障。

以《電子感測(cè)技術(shù)》課程為例，原有實(shí)訓(xùn)設(shè)備大都是傳統(tǒng)傳感器，孤立性較高，缺乏完整的系統(tǒng)化實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，能滿足基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容卻無法滿足如上述物聯(lián)網(wǎng)方向的公共教學(xué)項(xiàng)目和任務(wù)的實(shí)踐教學(xué)需要。因此，我們另外立項(xiàng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化的公共實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，并逐步完善課程組硬件共享平臺(tái)的建設(shè)。

（四）教材選取和建設(shè)

由于面向多學(xué)科融合的物聯(lián)網(wǎng)方向，使得課程內(nèi)容具有一定廣度。針對(duì)課程知識(shí)面的廣泛性，教材選取上避免局限單一教材，在選取主導(dǎo)教材的同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生選用其他課程資料作為學(xué)習(xí)輔助參考資料。

課程組積極進(jìn)行教材的建設(shè)，基于課程建設(shè)編寫出更適合的教材。以《電子感測(cè)技術(shù)》課程教材建設(shè)為例，新版教材根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)用傳感器的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)，新增相關(guān)內(nèi)容。在課程組課程相關(guān)教學(xué)內(nèi)容的支撐下，新增物聯(lián)網(wǎng)感知層中傳感器節(jié)點(diǎn)和無線傳感網(wǎng)的相關(guān)內(nèi)容。對(duì)原有教學(xué)內(nèi)容中的應(yīng)用舉例進(jìn)行合理的補(bǔ)充，增加物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方向舉例。開發(fā)新的物聯(lián)網(wǎng)方向相關(guān)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容新增到教材中。

五、結(jié)語

面向物聯(lián)網(wǎng)方向的課程建設(shè)需要跨專業(yè)課程間形成穩(wěn)定持續(xù)的合作機(jī)制，以課程組的形式進(jìn)行建設(shè)是一種行之有效的方法。面向物聯(lián)網(wǎng)方向的跨專業(yè)課程群建設(shè)是對(duì)新專業(yè)方向和課程建設(shè)新方法的全新探索，以物聯(lián)網(wǎng)學(xué)科建設(shè)為契機(jī)，探索多學(xué)科交叉合作模式，建立物聯(lián)網(wǎng)方向融合教學(xué)環(huán)境，為后續(xù)相關(guān)課程開發(fā)和建設(shè)探索可借鑒性的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張少初.物聯(lián)網(wǎng)交叉學(xué)科融合教學(xué)環(huán)境探究.[J].中小企業(yè)管理與科技旬刊，2014，（09）.

[2]劉華，冉盈.課程群內(nèi)涵及其相關(guān)概念辨析[J].湖北函授大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，（05）.

[3]劉少強(qiáng)，張靖.現(xiàn)代傳感器技術(shù)——面向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用（第2版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2016.

Abstract：The Internet of things is a new professional direction across many disciplines，and its course is suitable for the construction of cross disciplinary curriculum group. This paper introduces the formation of the layer of curriculum group for the perception of things，and to " Electronic Technology of Sensor and Measurement " course as an example，from the construction of teaching contents，teaching method improvement，training equipment development and the selection of the teaching materials and construction aspects，discusses the curriculum construction for interdisciplinary professional direction and practice.

Key words：Internet of things；course group；course construction；Electronic Technology of Sensor and Measurement