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《電子感測技術(shù)》課程為例，從教學內(nèi)容建設(shè)、教學方法改進、實訓設(shè)備開發(fā)及教材選取和建設(shè)多方面，探討了面向跨學科專業(yè)方向的課程建設(shè)和實踐。

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

中圖分類號：G718.5 文獻標志碼：A 文章編號：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)為代表的聚合性應用與技術(shù)的提升不斷出現(xiàn)。對應的人才培養(yǎng)專業(yè)隨之誕生，這類專業(yè)往往是多個學科的融合。物聯(lián)網(wǎng)是一門交叉學科，涉及計算機、通信技術(shù)、電子技術(shù)、測控技術(shù)等專業(yè)基礎(chǔ)知識，以及管理學、軟件開發(fā)等多方面知識。在專業(yè)課程建設(shè)和完善的過程中，單一學科課程體系無法適用于物聯(lián)網(wǎng)應用的需要，采用跨學科的教學模式才能滿足專業(yè)課程建設(shè)的要求。同樣，細化到課程建設(shè)，單門課程的閉門建設(shè)已無法滿足跨學科知識體系的要求，迫切需要將相關(guān)課程進行融合和整體規(guī)劃，形成課程群進行“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，具有互補性的幾門系列課程組成的有機整體，并配備相應的教學素質(zhì)，按大課程框架進行課程建設(shè)，獲得整體優(yōu)化，進而更適用于跨學科的課程建設(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)應用的技術(shù)體系層次結(jié)構(gòu)?？鐚I(yè)挑選出相關(guān)課程對應到各個層次結(jié)構(gòu)中，分層次進行課程組團形成課程群。

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)絡層、應用層三個層次。

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)絡組網(wǎng)技術(shù)、現(xiàn)場總線控制技術(shù)（FCS）等，涉及的核心產(chǎn)品包括傳感器、電子標簽、傳感器節(jié)點、無線路由器、無線網(wǎng)關(guān)等。

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

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

四、課程群建設(shè)方法探索

（一）教學內(nèi)容建設(shè)方面

以《電子感測技術(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，強調(diào)被測量檢測為目的的傳感器應用。然而，從傳感器技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應用現(xiàn)狀分析，傳統(tǒng)傳感器及獨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、傳輸及應用等相關(guān)技術(shù)。而上述這些相關(guān)技術(shù)的應用和實現(xiàn)涉及到單片機、無線通信等相關(guān)技術(shù)，僅憑《電子感測技術(shù)》課程本身增加概念性教學內(nèi)容是無法使學生理解和掌握的。

為保障新增和調(diào)整的教學內(nèi)容開展有效的教學，面向物聯(lián)網(wǎng)方向的《電子感測技術(shù)》課程教學內(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《單片機技術(shù)》和《無線通信》兩門課程的支撐下，教學內(nèi)容主要從以下二方面進行新增和調(diào)整。

1.新增無線傳感器節(jié)點相關(guān)教學內(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預處理電路、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。傳感器節(jié)點是無線傳感器網(wǎng)絡的基本功能單元。傳感器節(jié)點基本組成模塊有：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)教學內(nèi)容。傳感器節(jié)點的開發(fā)和大量使用，使分布式控制系統(tǒng)中對傳感信息交換提出更高要求，單獨傳感器數(shù)據(jù)采集已不能適應物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，取而代之的是無線傳感器網(wǎng)絡（Wireless Sensor Network，WSN）。無線傳感器網(wǎng)絡是由大量的靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡。

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

（二）教學方法改進

課程群中的課程各自按特點選用合適的教學方法外，主要采用項目引導、任務驅(qū)動的教學方法來開展教學。但隨著課程群中課程學習的深入，課程間的交叉和融合越來越明顯，需要共同開發(fā)建設(shè)教學項目和任務，讓學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)計的教學項目“校園環(huán)境溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)”為例，《電子感測技術(shù)》課程主要解決感知端傳感器的選型和信號預處理（側(cè)重硬件），《單片機技術(shù)》課程主要完成傳感器節(jié)點的構(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)絡構(gòu)建模式）。

（三）實訓設(shè)備開發(fā)

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

以《電子感測技術(shù)》課程為例，原有實訓設(shè)備大都是傳統(tǒng)傳感器，孤立性較高，缺乏完整的系統(tǒng)化實訓系統(tǒng)，能滿足基礎(chǔ)實訓內(nèi)容卻無法滿足如上述物聯(lián)網(wǎng)方向的公共教學項目和任務的實踐教學需要。因此，我們另外立項設(shè)計與實現(xiàn)系統(tǒng)化的公共實訓系統(tǒng)，并逐步完善課程組硬件共享平臺的建設(shè)。

（四）教材選取和建設(shè)

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

課程組積極進行教材的建設(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)用傳感器的特點和發(fā)展趨勢，新增相關(guān)內(nèi)容。在課程組課程相關(guān)教學內(nèi)容的支撐下，新增物聯(lián)網(wǎng)感知層中傳感器節(jié)點和無線傳感網(wǎng)的相關(guān)內(nèi)容。對原有教學內(nèi)容中的應用舉例進行合理的補充，增加物聯(lián)網(wǎng)應用方向舉例。開發(fā)新的物聯(lián)網(wǎng)方向相關(guān)實訓內(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)的合作機制，以課程組的形式進行建設(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)學科建設(shè)為契機，探索多學科交叉合作模式，建立物聯(lián)網(wǎng)方向融合教學環(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。

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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