應用型本科物聯(lián)網(wǎng)技術實踐教學體系構(gòu)建

龍 浩，李 媛

（北京聯(lián)合大學自動化學院，北京 100101）

應用型本科物聯(lián)網(wǎng)技術實踐教學體系構(gòu)建

龍 浩，李 媛

（北京聯(lián)合大學自動化學院，北京 100101）

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)是國家新設置的學科專業(yè)方向，涉及檢測、計算機、網(wǎng)絡通信、操作系統(tǒng)、電子技術、控制等多個交叉學科知識領域，每個學校對物聯(lián)網(wǎng)實踐教學體系建設都處于探索階段。針對應用型本科高等院校如何開展物聯(lián)網(wǎng)技術實踐教學的問題，構(gòu)建了包括基礎性實驗、綜合性實驗、項目綜合實踐、學生科技、競賽活動的多層次教學體系，對學生進行實踐能力的訓練，大大增強了學生實踐能力與創(chuàng)新能力。

應用型本科;物聯(lián)網(wǎng)技術;實踐教學

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)是通過傳感器、射頻識別、全球定位系統(tǒng)等技術，實時采集任何需要監(jiān)控、連接、互動的物體或過程，采集其聲、光、熱、電、力學、化學、生物、位置等各種需要的信息，通過各類可能的網(wǎng)絡接入，實現(xiàn)物與物、物與人的泛在鏈接，實現(xiàn)對物品和過程的智能化感知、識別和管理。物聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)代信息技術發(fā)展到一定階段后出現(xiàn)的一種聚合性應用與技術提升，涵蓋通信技術、網(wǎng)絡技術、傳感技術等信息領域?qū)拸V的專業(yè)知識，因此被稱為信息技術的第三次革命性創(chuàng)新。2009年8月溫總理提出“感知中國”以來，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，寫入“政府工作報告”［1］?！秶抑虚L期科學與技術發(fā)展規(guī)化(2006—2020年)》和“新一代寬帶移動無線通信網(wǎng)”重大專項中均將傳感網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)列入重點研究領域［2］。為此，2010年教育部批準30所高校首批設立了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)。

物聯(lián)網(wǎng)技術涉及多個學科，這些跨學科知識的融合和貫通必須通過實踐來進行。培養(yǎng)應用型本科高科技人才更應將理論應用于實踐，通過設置合理的綜合實踐系統(tǒng)，進行多層次的實踐教學，才能培養(yǎng)學生的工程實踐能力和創(chuàng)新精神，響應教育部對高等學校培養(yǎng)應用型、復合型和拔尖創(chuàng)新人才的要求。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術體系

物聯(lián)網(wǎng)技術分為感知層、傳輸層與應用層技術［3-8］。

(1)感知層技術。感知是物聯(lián)網(wǎng)的基礎，感知層主要作用是物品標識和信息的智能采集，由基本的感應器(例如RFID標簽和讀寫器、各類傳感器、攝像頭、條形碼)和識讀器組成［5］。感知層技術主要包括RFID技術、傳感器技術、音視頻采集技術、條碼技術等，其中RFID技術和傳感器技術是物聯(lián)網(wǎng)的基礎環(huán)節(jié)。

(2)傳輸層技術。傳輸層是物聯(lián)網(wǎng)感知層接入、信息交換與傳遞的通路，在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中起呈上啟下的作用，是實現(xiàn)物物互聯(lián)、協(xié)同和互動的關鍵［7］。傳輸層技術包括 ZigBee、UWB、Bluetooth等近距離通訊技術，Wi-Fi、LAN等局域通訊技術，以及WCDMA、TDSCDMA、HSDPA等廣域通訊技術。

(3)應用層技術。應用層技術主要體現(xiàn)為各種應用解決方案，是物聯(lián)網(wǎng)的信息處理層，由中間件平臺(業(yè)務支撐平臺)、網(wǎng)絡管理平臺、信息處理平臺、服務支撐平臺等組成，完成協(xié)同、管理、計算、存儲、分析、挖掘、以及提供面向行業(yè)和大眾用戶的服務等功能。典型技術包括中間件技術、虛擬技術、海量數(shù)據(jù)的存儲與檢索、云計算服務模式、SOA系統(tǒng)架構(gòu)方法等先進技術和服務模式［8-9］。

2 實踐教學體系構(gòu)建

構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)技術實驗體系應遵循由簡單到復雜、由驗證型實驗到設計型實驗，由單一的實驗內(nèi)容到綜合實踐、課內(nèi)實驗，實踐與課外科技，競賽活動相結(jié)合的基本思路［10-11］;相應的實踐教學體系可分為4個層次:基礎性實驗、綜合性實驗、項目綜合實踐、學生科技、競賽活動。

(1)基礎性實驗。針對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)所必須掌握的各項技術技能，以軟件和硬件結(jié)合的方式，通過基礎性實驗，使學生掌握嵌入式開發(fā)平臺IAR使用方法;單片機CC2530的定時器、中斷、串口通信、A/D，D/A轉(zhuǎn)換等使用方法;應用CC2530及相應模塊采集傳感器信號(如光電、溫濕度等信號)，掌握各種傳感器的使用;RFID標簽讀寫操作、條形碼讀寫操作等。

(2)綜合性實驗。針對無線網(wǎng)絡連接功能，選用嵌入式芯片STM32F103VC，該處理器的主要功能是，傳感器數(shù)據(jù)采集處理和發(fā)送，接收CC2530的控制指令以對相應外設進行控制操作。開發(fā)軟件選用德國的KEIL公司推出的 Real View MDK-RVMDK，其支持ARM7、ARM9和最新的Cortex-M3核處理器，自動配置啟動代碼，集成Flash燒寫模塊，強大的Simulation設備模擬，性能分析等功能［10-11］。目前，實驗室設置了Z-STACK點對點、Z-STACK星狀網(wǎng)通信、Z-STACK MESH網(wǎng)通訊等實驗，幫助學生掌握物聯(lián)網(wǎng)無線通信(WIFI、ZIGBEE)技術及相關終端技術開發(fā)技能。

(3)項目綜合實踐。將物聯(lián)網(wǎng)技術相關知識融合，引入項目案例，設置綜合性物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)實踐內(nèi)容。目前，實驗室設置了WIFI小車移動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)項目、基于短信的數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)項目、基于ZIGBEE的智能家居窗簾管理系統(tǒng)項目，智慧交通、智慧城市管理系統(tǒng)項目等，使學生綜合掌握物聯(lián)網(wǎng)的綜合設計開發(fā)技能［12-13］。

(4)學生科技、競賽活動。大學生科技創(chuàng)新活動是近年來教育部提侶的實踐學習方式之一，針對電子信息類的科技活動有:全國大學生電子設計、全國大學生“挑戰(zhàn)杯”科技作品競賽，學校設立了“啟明星”大學生科技創(chuàng)新資助項目，面向優(yōu)秀高年級學生、參加各種電子設計競賽的學生，支持學生開展科研立項，從而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新設計能力。行業(yè)內(nèi)一些知名企業(yè)也設立了學生科技活動競賽，專業(yè)教師鼓勵、支持和指導學生參加這些競賽是培養(yǎng)學生實踐能力的一個有效途經(jīng)。

3 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)作為新興的產(chǎn)業(yè)和專業(yè)，其技術涉及多個學科，因此通過實踐教學將這些跨學科知識的融合和貫通尤為重要。通過提供優(yōu)質(zhì)的實驗條件和豐富的實驗資源，進行多層次的實踐教學。在整個實踐教學體系中包括了整體知識體系的構(gòu)建和基本工程能力訓練，學生進入專業(yè)課程學習后，經(jīng)過基礎性實驗、綜合性實驗、專項綜合實踐、學生科技、競賽活動的訓練，大大增強了實踐能力與創(chuàng)新能力。該實踐體系還能夠為計算機，自動化等相關專業(yè)學生提供更為專業(yè)的網(wǎng)絡實驗平臺。

為做到“學以致用”，合理設計物聯(lián)網(wǎng)技術綜合實踐教學體系，培養(yǎng)高素質(zhì)應用型人才、復合型人才和拔尖創(chuàng)新人才，需進一步調(diào)研、規(guī)劃、完善和實踐。

［1］ 溫家寶.2010年政府工作報告［EB/OL］.(2010-3-15)［2010-05-12］.http://www.gov.on/20101h/content_1555767.htm.

［2］ 袁 葉，李偉華.支持物聯(lián)網(wǎng)的三大技術［J］.物聯(lián)網(wǎng)技術，2011(1):70-71.

YUAN Ye，LI Wei-hua.Three Key Technologies Supporting Internet of Things［J］.Internet of Things Technologies，2011(1):70-71.

［3］ 秦磊華，張海珍，石 柯，等.物聯(lián)網(wǎng)導論課程實驗教學探究［J］.實驗室研究與探索，2012，31(6):150-151.

QIN Lei-hua，ZHANG Hai-zhen，SHI Ke，et al.Experimental Teaching of Introduction to Internet of Things［J］.Research and Exploration in Laboratory，2012，31(6):150-151.

［4］ 劉 佳，劉柏全.宋鐵成，等.一種物聯(lián)網(wǎng)教學實驗系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［J］.電氣電子教學學報，2010，32(6):89-92.

LIU Jia，LIU Bai-quan，SONG Tie-cheng，et al.The Design and Realization of an Internet of Things Teaching Experiment System［J］.Journal of EEE，2010，32(6):89-92.

［5］ 吉順平.工業(yè)以太網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)模型的研究［J］.計算機測量與控制，2011，19(8):1998-2000.

Ji Shunping.Internetworking Protocol between Industrial Ethernet and Internet of Thing［J］.Computer Measurement ＆ Control，2011，19(8):1998-2000.

［6］ 艾 倫，興 喬.基于物聯(lián)網(wǎng)技術的教育裝備及其對信息化教學形態(tài)的影響［J］.中國教育技術裝備，2011，15:3-6.

Ai Lun，Xing Qiao.Educational Equipment under Internet of Things Technology and Its Effect to Information-based Teaching［J］.China Education Technology and Equipment，2011，15:3-6.

［7］ 孫其博，劉 杰，黎 葬，等.物聯(lián)網(wǎng):概念、架構(gòu)與關鍵技術研究綜述［J］.北京郵電大學學報，2010，33(3):1-9.

SUN Qi-bo，LIU Jie，LI Shan，et al.Internet of Things:Summarize on Concepts，Architecture and Key Technology Problem［J］.Journal of Beijing University of Posts and Telecommunications，2010，33(3):1-9.

［8］ 趙文鋒，王海林，羅錫文.基于物聯(lián)網(wǎng)的高等學校校內(nèi)外實習基地建設探索［J］.實驗室研究與探索，2012，9(31):147-149.

ZHAO Wen-feng，WANG Hai-lin，LUO Xi-wen.Construction of Offcampus and In-campus Practice-bases in Colleges and Universities Based on Internet of Things［J］.Research and Exploration in Laboratory，2012，9(31):147-149.

［9］ 沈蘇彬，范曲立.物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)與相關技術研究［J］.南京郵電大學學報(自然科學版)，2009，29(6):1-11.

SHEN Su-bin，F(xiàn)AN Qu-li.Study on the Architecture and Associated Technologies for Internet of Things［J］.Journal of Nanjing University of Posts and Telecomm Unications(Natural Science)，2009，29(6):1-11.

［10］ 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，高等學校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學體系與規(guī)范［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2011.

［11］ 張光會，余晃晶.試論物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的人才素質(zhì)和培養(yǎng)目標［J］.科技信息，2011(11):216-217.

ZHANG Guang-hui，YU Huang-jing.Discuss of talents quality and training objectives in specialty of internet of things［J］.Science ＆Technology Information，2011(11):216-217.

［12］ 黃晨暉，林泳琴.基于云計算的虛擬計算機實驗室的研究與實現(xiàn)［J］.實驗室研究與探索，2010(11):178-181.

HUANG Chen-hui，LIN Yong-qin.Research and Implementation on Cloud Computing-based Virtual Computer Laboratory［J］.Research and Exploration in Laboratory，2010(11):178-181.

［13］ 葉 苗.高校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)設置的思考［J］.電腦知識與技術，2011，28(7):7046-7049.

YE Miao.Thinking about Specialty Setting for the Internet of Things in Institutions of Higher Learning［J］.Computer Knowledge and Technology，2011，28(7):7046-7049.

［14］ 王忠敏.EPC與物聯(lián)網(wǎng)［M］.北京:中國標準出版社，2004.

［15］ 沈蘇彬，范曲立，宗 平，等.物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)與相關技術研究［J］.南京郵電大學學報，2009，29(6):1-11.

SHEN Su-bin，F(xiàn)AN Qu-li，ZONG Ping，et al. Study on The Architecture and Associated Technologies for Internet of Things［J］.Journal of Nanjing University of Posts and Telecommunications(Natural Science)，2009，29(6):1-11.

Construction of the Practical Teaching System for Internet of Things in Application-Oriented Universities

LONG Hao，LI Yuan
(College of Automation，Beijing Union University，Beijing 100101，China)

The major internet of things is set by country for the first time.It involves lots of disciplinary knowledge such as detection，computer，network communication，operating system，electronic technique，automation control.Many universities are exploring the constructions of practical teaching system to improve students’technical skills.This paper analyzed the problem of developing the experimental and practical teaching in internet of things technology of applicationoriented colleges and universities，put forward a four-stage experimental and practice teaching system.Through the fourstage practice，such as specialty basic experiment，synthetic experiment，special project synthetic practice and extracurricular scientific innovation activity and contest，students’practical ability and creative ability were enhanced obviously.

application-oriented universities;internet of things technology;experimental and practice teaching

G 642.0

A

1006－7167(2014)05－0160－03

2013－07－11

北京高等學校青年英才計劃項目資助(YETP1760);北京聯(lián)合大學教育教學研究與改革項目;北京聯(lián)合大學2011“人才強?！庇媱澷Y助(11102501102)

龍 浩(1980－)，女，河北秦皇島人，碩士，講師，教學及科研秘書，主要研究方向:物聯(lián)網(wǎng)技術，網(wǎng)絡控制。

Tel.:13693158561;E-mail:longhao315@126.com