物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系建構(gòu)

劉煒

【摘要】? ? 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)具有綜合性強(qiáng)、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，該專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的建設(shè)是專業(yè)建設(shè)的基礎(chǔ)和支撐。針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室從零建設(shè)的問題，介紹了從人才培養(yǎng)目標(biāo)、到課程體系建設(shè)、到實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)的全過程。實(shí)踐表明，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)滿足課程建設(shè)需要。

【關(guān)鍵詞】? ? 物聯(lián)網(wǎng)? ? 實(shí)踐教學(xué)? ? 體系結(jié)構(gòu)

引言：

《物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃（ 2016-2020）》、《物聯(lián)網(wǎng)白皮書（2018年）》、《2018-2019中國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展年度報(bào)告》等系列文件和報(bào)告中，明確提出國家將進(jìn)一步加大對(duì)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的投入，并提出物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展思路和目標(biāo)。物聯(lián)網(wǎng)已上升為國家發(fā)展戰(zhàn)略[1]。陜西學(xué)前師范學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)2017年開設(shè)。通過整合原有?？茖I(yè)“電子信息工程與技術(shù)”、“計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)”和“大學(xué)物理”師資力量組建“物聯(lián)網(wǎng)工程”教師團(tuán)隊(duì)，組織教師先后赴南京航空航天大學(xué)、南京金陵職業(yè)技術(shù)學(xué)院、西安交通大學(xué)等高校的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)習(xí)參觀，參加物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設(shè)研討，教師團(tuán)隊(duì)結(jié)合專業(yè)建設(shè)規(guī)范[2，3]和學(xué)校特點(diǎn)制定出物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案，并確定實(shí)踐教學(xué)體系。2017年以來，經(jīng)過和其他高校專家以及企業(yè)專家的多次研討，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案經(jīng)過多次調(diào)整修訂，專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)不斷明晰，合理的課程體系逐漸確定。

一、人才培養(yǎng)目標(biāo)

作為應(yīng)用型本科高校的工科專業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的畢業(yè)生不僅應(yīng)具有良好的信息素養(yǎng)，掌握數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、人文社科基礎(chǔ)知識(shí)和與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)學(xué)科的基本理論、基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能與方法，還應(yīng)當(dāng)能面向社會(huì)需求，具備突出的工程實(shí)踐能力。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的感知層、網(wǎng)絡(luò)層、管理層和應(yīng)用層的四層體系架構(gòu)[4]，確定物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)畢業(yè)生應(yīng)掌握物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)領(lǐng)域的感知與標(biāo)識(shí)、智能信息存儲(chǔ)和處理技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸與安全技術(shù)等基本理論，具備嵌入式系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)、調(diào)試能力，具備綜合運(yùn)用知識(shí)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(lián)網(wǎng)工程領(lǐng)域、教學(xué)單位、科研機(jī)構(gòu)和行政管理部門及相關(guān)企事業(yè)單位從事物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)工作的應(yīng)用型人才”。作為全國唯一以“學(xué)前”命名的高校，我校具有各專業(yè)服務(wù)“大學(xué)前”的辦學(xué)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(lián)網(wǎng)知識(shí)服務(wù)于教育行業(yè)的新型人才。

二、課程體系建設(shè)

課程體系的構(gòu)建思路是：在滿足專業(yè)建設(shè)指導(dǎo)要求[2，3]的前提下，由畢業(yè)生應(yīng)具備的能力逆推應(yīng)學(xué)習(xí)的課程，課程覆蓋3大平臺(tái)，10個(gè)模塊：通識(shí)教育平臺(tái)，包括公共基礎(chǔ)課程模塊、公共選修課程模塊;學(xué)科專業(yè)教育平臺(tái)，包括學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)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(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課模塊、專業(yè)拓展課模塊、專業(yè)技能課模塊;實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)，包括綜合實(shí)踐模塊、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育模塊。

三、實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)

在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)上，制定人才培養(yǎng)方案的指導(dǎo)思想是：加大實(shí)驗(yàn)課程比重，使學(xué)生符合社會(huì)需求，具有良好的信息素養(yǎng)，掌握感知技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸與安全技術(shù)、智能信息處理及應(yīng)用等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基本理論、方法和技能，具備較強(qiáng)的理論基礎(chǔ)和工程實(shí)踐能力，能夠綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)解決物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐中的問題，能夠在智慧教育、智能家居、智能交通、智慧農(nóng)業(yè)等行業(yè)從事物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)工作，成為物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)行業(yè)的專業(yè)性應(yīng)用型人才。

我校實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)主要包括實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程建設(shè)、綜合實(shí)踐課程建設(shè)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課程建設(shè)和實(shí)習(xí)基地建設(shè)五個(gè)方面。

3.1 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

在我校原有電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室、微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)室、傳感器原理實(shí)驗(yàn)室和專業(yè)機(jī)房的基礎(chǔ)上，結(jié)合我校的學(xué)前教育特色，把物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能融合在一起，確保實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的先進(jìn)性、前瞻性以及可擴(kuò)展性，新建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室四個(gè)：

物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室

為了滿足物聯(lián)網(wǎng)“感、知、聯(lián)、控”的基本實(shí)驗(yàn)需求，實(shí)驗(yàn)室配備物聯(lián)網(wǎng)多網(wǎng)技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和物聯(lián)網(wǎng)智能移動(dòng)互聯(lián)實(shí)驗(yàn)箱。物聯(lián)網(wǎng)多網(wǎng)技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)集合了嵌入式 Linux、Android 移動(dòng)應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)無線網(wǎng)絡(luò)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、RFID 技術(shù)等多種課程的教學(xué)和實(shí)踐，完整的體現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)的感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三層結(jié)構(gòu)，涵蓋從底層到上層軟件的開發(fā)，讓學(xué)生掌握整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與硬件構(gòu)建設(shè)計(jì)技術(shù);物聯(lián)網(wǎng)智能移動(dòng)互聯(lián)實(shí)驗(yàn)箱融合WiFi，藍(lán)牙，3G/4G多種無線通信技術(shù)，配合豐富的外圍器件/設(shè)備，可展開種類豐富的創(chuàng)新案例設(shè)計(jì)。該試驗(yàn)箱支持在Andriod開發(fā)環(huán)境下對(duì)溫濕度、光照、煙霧等多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)采集和處理實(shí)驗(yàn)，并支持采用Python語言完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)驗(yàn)室

為了給學(xué)生提供理論聯(lián)系實(shí)際的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)場所，實(shí)驗(yàn)室配有物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)、人工智能學(xué)前教育開發(fā)系統(tǒng)、智慧教室實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)由基礎(chǔ)開發(fā)區(qū)、智能農(nóng)業(yè)溫室大棚區(qū)、智能倉儲(chǔ)貨架區(qū)、智慧家居區(qū)、智慧旅游實(shí)訓(xùn)區(qū)五大應(yīng)用區(qū)域構(gòu)成，在平臺(tái)中就能夠完成各個(gè)分立工程模塊的學(xué)習(xí)，安裝、調(diào)試、接線以及工程項(xiàng)目的整體項(xiàng)目的開發(fā)與安裝調(diào)試;人工智能學(xué)前教育開發(fā)系統(tǒng)由智慧幼兒園沙盤實(shí)景和4個(gè)工作臺(tái)構(gòu)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(shí)現(xiàn)光照、溫濕度、語音、圖像等數(shù)據(jù)的采集，并控制燈光、窗簾、風(fēng)扇、攝像頭、門禁等設(shè)備;智慧教室實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)為了給學(xué)生提供智慧教室實(shí)景訓(xùn)練場所，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室采用ZigBee、紅外、WiFi技術(shù)，設(shè)計(jì)六大功能模塊：燈光控制系統(tǒng)、窗簾控制系統(tǒng)、空調(diào)控制系統(tǒng)、智能安防系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)。

物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)室

為了使學(xué)生快速認(rèn)知物聯(lián)網(wǎng)“感、聯(lián)、智、控”的基本傳感器、通訊元器件等，讓物聯(lián)網(wǎng)的基本理論和產(chǎn)品相結(jié)合，給學(xué)生提供創(chuàng)意設(shè)計(jì)的環(huán)境，實(shí)訓(xùn)室配有物聯(lián)網(wǎng)智能機(jī)器小車、BoxDuino M1創(chuàng)新開發(fā)套件、無人機(jī)實(shí)訓(xùn)套裝、口袋開發(fā)板、蜂巢IoT綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等設(shè)備。

大數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)合實(shí)訓(xùn)室

實(shí)驗(yàn)室采購大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)一體機(jī)。大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用Docker容器技術(shù)，通過少量機(jī)器虛擬出大量的實(shí)驗(yàn)機(jī)器，可提供Hadoop、Spark、Python語言、R語言等相關(guān)實(shí)驗(yàn)集群，可同時(shí)為每個(gè)學(xué)生提供多套集群進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

3.2 實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程

作為“新工科”課程，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的專業(yè)課程具有很強(qiáng)的綜合性和實(shí)踐性，需要在專業(yè)實(shí)驗(yàn)室采用專業(yè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備完成課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。學(xué)科基礎(chǔ)課模塊， C語言程序設(shè)計(jì)、算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)能力;專業(yè)核心課程模塊，電路與電子技術(shù)基礎(chǔ)、傳感器原理及應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)、ZigBee技術(shù)及應(yīng)用、RFID原理及應(yīng)用，著重培養(yǎng)學(xué)生在物聯(lián)網(wǎng)感知層和傳輸層的基本理論和應(yīng)用能力;物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)方向模塊，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)（Java）、Android系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)、Web網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)，著重培養(yǎng)學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用軟件開發(fā)能力;專業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課模塊， Arduino電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)、Python程序設(shè)計(jì)、物聯(lián)網(wǎng)工程設(shè)計(jì)、Scratch物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)，著重培養(yǎng)學(xué)生的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)能力;專業(yè)課拓展模塊，大數(shù)據(jù)與云計(jì)算技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖像處理、物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)，著重培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)應(yīng)用的能力;專業(yè)技能必修課模塊，數(shù)據(jù)庫應(yīng)用技術(shù)、計(jì)算機(jī)組成原理、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及安全技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，著重培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)的基本知識(shí)和技能。專業(yè)技能選修課程模塊，選修H5 Web前端界面設(shè)計(jì)技術(shù)、軟件工程、Matlab程序設(shè)計(jì)、智慧教育技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概論等，著重拓展學(xué)生在物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)行業(yè)的常見技術(shù)和管理知識(shí)，拓寬學(xué)生的就業(yè)范圍。

3.3 綜合實(shí)踐課程

綜合實(shí)踐課程主要包括2個(gè)部分：課程設(shè)計(jì)，專業(yè)實(shí)習(xí)與畢業(yè)論文。課程設(shè)計(jì)包括： C程序設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)，嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)，物聯(lián)網(wǎng)工程課程設(shè)計(jì)，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用課程設(shè)計(jì);在專業(yè)實(shí)習(xí)與畢業(yè)論文方面，指導(dǎo)思想是學(xué)校統(tǒng)一安排專業(yè)實(shí)習(xí)，學(xué)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(shè)計(jì)和研究部分，企業(yè)導(dǎo)師和校內(nèi)導(dǎo)師共同指導(dǎo)學(xué)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(xué)”的理念。成立了“粵嵌”眾創(chuàng)空間和“兒童編程工作坊”兩個(gè)學(xué)生社團(tuán)，培育參賽項(xiàng)目。鼓勵(lì)學(xué)生參加各級(jí)各類比賽，每年舉辦物聯(lián)網(wǎng)科技節(jié)。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生在“藍(lán)橋杯”、中國高校計(jì)算機(jī)大賽網(wǎng)絡(luò)挑戰(zhàn)賽、“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目等賽事上相繼獲獎(jiǎng)。

3.5 實(shí)習(xí)基地建設(shè)

經(jīng)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(shí)習(xí)基地協(xié)議。實(shí)習(xí)基地向我校提供認(rèn)知實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)實(shí)習(xí)的相關(guān)條件和資源，和校內(nèi)導(dǎo)師一起指導(dǎo)學(xué)生完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告和畢業(yè)論文。

四、結(jié)束語

陜西學(xué)前師范學(xué)院實(shí)驗(yàn)室建設(shè)既滿足了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容全覆蓋，又具有知識(shí)的遞進(jìn)性，在未來5年內(nèi)基本可以滿足專業(yè)建設(shè)和發(fā)展要求。但是，仍存在一些不足，比如在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上需要進(jìn)一步梳理，根據(jù)每門課教學(xué)目標(biāo)確定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，避免實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目重復(fù)，以及增加綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，采用項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，提升學(xué)生綜合能力。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1] 國務(wù)院. “十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)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(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學(xué)研究專家組.高等學(xué)校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略報(bào)告暨專業(yè)規(guī)范（ 試行） [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[3] 教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì).高等學(xué)校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系與規(guī)范（ 試行） [M] .北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 2012.

[4] 劉云浩. 物聯(lián)網(wǎng)工程導(dǎo)論（第3版）[M]. 北京： 科學(xué)出版社， 2017.