物聯網工程專業(yè)實踐教學體系建構

劉煒

【摘要】? ? 物聯網工程專業(yè)具有綜合性強、實踐性強的特點，該專業(yè)實踐教學體系的建設是專業(yè)建設的基礎和支撐。針對物聯網專業(yè)實驗室從零建設的問題，介紹了從人才培養(yǎng)目標、到課程體系建設、到實踐教學體系建設的全過程。實踐表明，物聯網專業(yè)實驗室建設滿足課程建設需要。

【關鍵詞】? ? 物聯網? ? 實踐教學? ? 體系結構

引言：

《物聯網發(fā)展規(guī)劃（ 2016-2020）》、《物聯網白皮書（2018年）》、《2018-2019中國物聯網發(fā)展年度報告》等系列文件和報告中，明確提出國家將進一步加大對物聯網產業(yè)的投入，并提出物聯網產業(yè)的發(fā)展思路和目標。物聯網已上升為國家發(fā)展戰(zhàn)略[1]。陜西學前師范學院物聯網工程專業(yè)2017年開設。通過整合原有專科專業(yè)“電子信息工程與技術”、“計算機應用技術”和“大學物理”師資力量組建“物聯網工程”教師團隊，組織教師先后赴南京航空航天大學、南京金陵職業(yè)技術學院、西安交通大學等高校的物聯網工程專業(yè)學習參觀，參加物聯網工程專業(yè)建設研討，教師團隊結合專業(yè)建設規(guī)范[2，3]和學校特點制定出物聯網工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案，并確定實踐教學體系。2017年以來，經過和其他高校專家以及企業(yè)專家的多次研討，物聯網工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案經過多次調整修訂，專業(yè)人才培養(yǎng)目標不斷明晰，合理的課程體系逐漸確定。

一、人才培養(yǎng)目標

作為應用型本科高校的工科專業(yè)，物聯網工程專業(yè)的畢業(yè)生不僅應具有良好的信息素養(yǎng)，掌握數學、自然科學、人文社科基礎知識和與物聯網相關學科的基本理論、基礎知識和基本技能與方法，還應當能面向社會需求，具備突出的工程實踐能力。根據物聯網的感知層、網絡層、管理層和應用層的四層體系架構[4]，確定物聯網工程專業(yè)畢業(yè)生應掌握物聯網專業(yè)領域的感知與標識、智能信息存儲和處理技術、數據傳輸與安全技術等基本理論，具備嵌入式系統(tǒng)、物聯網應用系統(tǒng)開發(fā)、調試能力，具備綜合運用知識解決問題的能力。把這些能力定位到具體的行業(yè)上，就是“能夠在智慧教育、智能家居、智能醫(yī)療、智能交通等物聯網工程領域、教學單位、科研機構和行政管理部門及相關企事業(yè)單位從事物聯網相關工作的應用型人才”。作為全國唯一以“學前”命名的高校，我校具有各專業(yè)服務“大學前”的辦學特色，所以特別把“智慧教育”列在就業(yè)行業(yè)的首位，期望培養(yǎng)出用物聯網知識服務于教育行業(yè)的新型人才。

二、課程體系建設

課程體系的構建思路是：在滿足專業(yè)建設指導要求[2，3]的前提下，由畢業(yè)生應具備的能力逆推應學習的課程，課程覆蓋3大平臺，10個模塊：通識教育平臺，包括公共基礎課程模塊、公共選修課程模塊;學科專業(yè)教育平臺，包括學科專業(yè)基礎課程模塊、專業(yè)核心課程模塊、專業(yè)方向課程模塊、專業(yè)實驗實訓課模塊、專業(yè)拓展課模塊、專業(yè)技能課模塊;實踐創(chuàng)新平臺，包括綜合實踐模塊、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育模塊。

三、實踐教學體系建設

在實踐教學環(huán)節(jié)上，制定人才培養(yǎng)方案的指導思想是：加大實驗課程比重，使學生符合社會需求，具有良好的信息素養(yǎng)，掌握感知技術、數據傳輸與安全技術、智能信息處理及應用等物聯網技術的基本理論、方法和技能，具備較強的理論基礎和工程實踐能力，能夠綜合運用專業(yè)知識解決物聯網工程實踐中的問題，能夠在智慧教育、智能家居、智能交通、智慧農業(yè)等行業(yè)從事物聯網相關工作，成為物聯網相關行業(yè)的專業(yè)性應用型人才。

我校實踐教學體系建設主要包括實驗室建設、實驗實訓課程建設、綜合實踐課程建設、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課程建設和實習基地建設五個方面。

3.1 實驗室建設

在我校原有電子技術實驗室、大學物理實驗室、微機原理實驗室、傳感器原理實驗室和專業(yè)機房的基礎上，結合我校的學前教育特色，把物聯網、大數據、人工智能融合在一起，確保實驗室建設的先進性、前瞻性以及可擴展性，新建設物聯網專業(yè)實驗室四個：

物聯網基礎實驗室

為了滿足物聯網“感、知、聯、控”的基本實驗需求，實驗室配備物聯網多網技術教學實驗平臺和物聯網智能移動互聯實驗箱。物聯網多網技術教學實驗平臺集合了嵌入式 Linux、Android 移動應用、物聯網無線網絡、傳感器網絡、RFID 技術等多種課程的教學和實踐，完整的體現了物聯網的感知層、網絡層和應用層三層結構，涵蓋從底層到上層軟件的開發(fā)，讓學生掌握整個物聯網體系結構與硬件構建設計技術;物聯網智能移動互聯實驗箱融合WiFi，藍牙，3G/4G多種無線通信技術，配合豐富的外圍器件/設備，可展開種類豐富的創(chuàng)新案例設計。該試驗箱支持在Andriod開發(fā)環(huán)境下對溫濕度、光照、煙霧等多個傳感器的數據采集和處理實驗，并支持采用Python語言完成相關實驗項目。

物聯網綜合實驗室

為了給學生提供理論聯系實際的實驗實訓場所，實驗室配有物聯網綜合應用開發(fā)平臺、人工智能學前教育開發(fā)系統(tǒng)、智慧教室實訓系統(tǒng)。物聯網綜合應用開發(fā)平臺由基礎開發(fā)區(qū)、智能農業(yè)溫室大棚區(qū)、智能倉儲貨架區(qū)、智慧家居區(qū)、智慧旅游實訓區(qū)五大應用區(qū)域構成，在平臺中就能夠完成各個分立工程模塊的學習，安裝、調試、接線以及工程項目的整體項目的開發(fā)與安裝調試;人工智能學前教育開發(fā)系統(tǒng)由智慧幼兒園沙盤實景和4個工作臺構成，可采用主流開發(fā)語言C、Python、Java等，以及兒童編程語言Scratch編程實現光照、溫濕度、語音、圖像等數據的采集，并控制燈光、窗簾、風扇、攝像頭、門禁等設備;智慧教室實訓系統(tǒng)為了給學生提供智慧教室實景訓練場所，物聯網專業(yè)實驗室采用ZigBee、紅外、WiFi技術，設計六大功能模塊：燈光控制系統(tǒng)、窗簾控制系統(tǒng)、空調控制系統(tǒng)、智能安防系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、環(huán)境檢測系統(tǒng)。

物聯網創(chuàng)新實訓室

為了使學生快速認知物聯網“感、聯、智、控”的基本傳感器、通訊元器件等，讓物聯網的基本理論和產品相結合，給學生提供創(chuàng)意設計的環(huán)境，實訓室配有物聯網智能機器小車、BoxDuino M1創(chuàng)新開發(fā)套件、無人機實訓套裝、口袋開發(fā)板、蜂巢IoT綜合實驗平臺等設備。

大數據物聯網聯合實訓室

實驗室采購大數據實驗一體機。大數據實驗平臺采用Docker容器技術，通過少量機器虛擬出大量的實驗機器，可提供Hadoop、Spark、Python語言、R語言等相關實驗集群，可同時為每個學生提供多套集群進行實驗。

3.2 實驗實訓課程

作為“新工科”課程，物聯網工程專業(yè)的專業(yè)課程具有很強的綜合性和實踐性，需要在專業(yè)實驗室采用專業(yè)實驗設備完成課程的實踐教學環(huán)節(jié)。學科基礎課模塊， C語言程序設計、算法與數據結構，培養(yǎng)學生計算機程序設計與實現能力;專業(yè)核心課程模塊，電路與電子技術基礎、傳感器原理及應用、嵌入式系統(tǒng)原理及應用開發(fā)、物聯網通信技術、ZigBee技術及應用、RFID原理及應用，著重培養(yǎng)學生在物聯網感知層和傳輸層的基本理論和應用能力;物聯網應用開發(fā)方向模塊，面向對象程序設計（Java）、Android系統(tǒng)設計與開發(fā)、Web網絡編程技術，著重培養(yǎng)學生物聯網應用軟件開發(fā)能力;專業(yè)實驗實訓課模塊， Arduino電子系統(tǒng)設計、Python程序設計、物聯網工程設計、Scratch物聯網應用開發(fā)，物聯網應用系統(tǒng)設計與開發(fā)，著重培養(yǎng)學生的物聯網應用系統(tǒng)的設計和開發(fā)能力;專業(yè)課拓展模塊，大數據與云計算技術、計算機圖像處理、物聯網定位技術，著重培養(yǎng)學生數據管理和數據應用的能力;專業(yè)技能必修課模塊，數據庫應用技術、計算機組成原理、計算機網絡及安全技術、物聯網操作系統(tǒng)，著重培養(yǎng)物聯網應用開發(fā)的基本知識和技能。專業(yè)技能選修課程模塊，選修H5 Web前端界面設計技術、軟件工程、Matlab程序設計、智慧教育技術、虛擬現實技術概論等，著重拓展學生在物聯網相關行業(yè)的常見技術和管理知識，拓寬學生的就業(yè)范圍。

3.3 綜合實踐課程

綜合實踐課程主要包括2個部分：課程設計，專業(yè)實習與畢業(yè)論文。課程設計包括： C程序設計課程設計，數據結構課程設計，嵌入式系統(tǒng)課程設計，物聯網工程課程設計，物聯網應用課程設計;在專業(yè)實習與畢業(yè)論文方面，指導思想是學校統(tǒng)一安排專業(yè)實習，學生帶著畢業(yè)論文的題目深入企業(yè)，在企業(yè)完成畢業(yè)論文的設計和研究部分，企業(yè)導師和校內導師共同指導學生完成畢業(yè)論文。

3.4 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育

在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育環(huán)節(jié)，秉承“以賽促教、以賽促學”的理念。成立了“粵嵌”眾創(chuàng)空間和“兒童編程工作坊”兩個學生社團，培育參賽項目。鼓勵學生參加各級各類比賽，每年舉辦物聯網科技節(jié)。物聯網專業(yè)學生在“藍橋杯”、中國高校計算機大賽網絡挑戰(zhàn)賽、“互聯網+”大賽和大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目等賽事上相繼獲獎。

3.5 實習基地建設

經過多次溝通和考察，與廣州粵嵌科技有限公司西安分公司、西安盛圖科技有限公司簽署實習基地協(xié)議。實習基地向我校提供認知實習、課程設計、畢業(yè)實習的相關條件和資源，和校內導師一起指導學生完成課程設計報告和畢業(yè)論文。

四、結束語

陜西學前師范學院實驗室建設既滿足了實驗內容全覆蓋，又具有知識的遞進性，在未來5年內基本可以滿足專業(yè)建設和發(fā)展要求。但是，仍存在一些不足，比如在實驗內容上需要進一步梳理，根據每門課教學目標確定實驗項目，避免實驗項目重復，以及增加綜合性、設計性實驗項目，采用項目式實驗教學方法，提升學生綜合能力。

參? 考? 文? 獻

[1] 國務院. “十三五”國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展規(guī)劃[EB / OL]. （ 2016 - 12 - 19）[2018-05-27].http：//www.gov.cn/zhengce/content/2016-12/19 /content_5150090.htm.

[2] 教育部高等學校計算機科學與技術專業(yè)教學指導委員會物聯網工程專業(yè)教學研究專家組.高等學校物聯網工程專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略報告暨專業(yè)規(guī)范（ 試行） [M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

[3] 教育部高等學校計算機科學與技術專業(yè)教學指導分委員會.高等學校物聯網專業(yè)實踐教學體系與規(guī)范（ 試行） [M] .北京： 機械工業(yè)出版社， 2012.

[4] 劉云浩. 物聯網工程導論（第3版）[M]. 北京： 科學出版社， 2017.