文章編號：1672-5913(2011)23-0021-05 中圖分類號：G642 文獻標識碼：B
　　
　　摘 要：通過分析物聯(lián)網(wǎng)的特點，研究物聯(lián)網(wǎng)的實踐教學體系，提出“面向教學、面向科研，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的人才”的指導方針，對于物聯(lián)網(wǎng)工程實踐中心的架構(gòu)和物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實驗室的建設進行了研究，根據(jù)專業(yè)特點，設計了物聯(lián)網(wǎng)分層次實踐教學的內(nèi)容。將課程知識與工程應用緊密結(jié)合，注重培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。
　　關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；教學；實踐
　　
　　
　　1 背景
　　物聯(lián)網(wǎng)是以感知為目的，實現(xiàn)人與人、人與物、物與物全面互聯(lián)的網(wǎng)絡。在自然災害檢測與預防、環(huán)境監(jiān)測、交通物流、城市管理、醫(yī)療護理等各方面，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)都有著廣泛的需求和應用前景[1-2]。《國家中長期科學與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃(2006-2020年)》[3]和“新一代寬帶移動無線通信網(wǎng)”重大專項[4]中均將傳感網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)列入重點研究領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)必將引發(fā)新一輪信息技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)革命，是信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域未來競爭的制高點和產(chǎn)業(yè)升級的核心驅(qū)動力。加快發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)不僅是提升我國信息產(chǎn)業(yè)核心競爭力、發(fā)展創(chuàng)新型經(jīng)濟的戰(zhàn)略選擇，也是改造提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、促進兩化融合、提升社會信息化水平的重要抓手，對經(jīng)濟發(fā)展和社會生活都將產(chǎn)生深遠影響。
　　我國高素質(zhì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)人才的極度短缺已經(jīng)成為制約我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的一個瓶頸，因此培養(yǎng)與國際接軌的高素質(zhì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)人才，為工業(yè)化與信息化融合服務，已成為“兩化”融合過程中的一項重要工作。為此，2010年教育部批準三十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(shù)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。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，才能培養(yǎng)學生的工程實踐能力和創(chuàng)新精神，為其成為高素質(zhì)應用型人才、復合型人才和拔尖創(chuàng)新人才奠定堅實的基礎(chǔ)。
　　2 物聯(lián)網(wǎng)實踐教學體系研究
　　目前，國內(nèi)和國外發(fā)達國家在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究和發(fā)展上基本處于同一起跑線。國內(nèi)高校和同行都認為抓住物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)研究、專業(yè)建設和人才培養(yǎng)的先機，是我國新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切需求，也是我國在引領(lǐng)信息技術(shù)發(fā)展潮流的關(guān)鍵領(lǐng)域趕超發(fā)達國家的一次機遇。
　　為適應我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，2010年，南京航空航天大學作為首批增設物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)本科專業(yè)的高校之一，結(jié)合南航本身優(yōu)勢，制定了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的培養(yǎng)計劃，培養(yǎng)符合“兩化”融合需要、掌握扎實物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、具有創(chuàng)新精神和較強實踐能力的高校畢業(yè)生，為信息產(chǎn)業(yè)、航空航天和民航、地方等企事業(yè)單位和行政管理部門輸送急需的高素質(zhì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)人才，為我國信息化建設做出貢獻。在建立物聯(lián)網(wǎng)實踐教學體系方面，包括以下幾個主要方面。
　　2.1 明確實踐教學的指導方針
　　在實踐教學中，需要貫徹“面向教學、面向科研，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的人才”的指導方針，將基礎(chǔ)研究和工程性研究相結(jié)合，以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和實踐能力為使命。高度重視實踐環(huán)節(jié)，推進實驗內(nèi)容和實驗模式的改革和創(chuàng)新，培養(yǎng)學生的實踐動手能力、分析問題和解決問題的能力；組織學生積極參與科學研究，進行創(chuàng)新性實驗和實踐，提升學生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力；與社會、行業(yè)以及企事業(yè)單位共同建設實習、實踐教學基地，加強產(chǎn)學研合作。以此為指導，建立如圖1所示的物聯(lián)網(wǎng)實踐教學體系。
　　
　　2.2 建設物聯(lián)網(wǎng)工程實踐教育中心
　　南京航空航天大學成立了物聯(lián)網(wǎng)工程實踐教育中心，將原有的計算機技術(shù)實驗室、信息安全實驗室、嵌入式實驗室、單片機實驗室、計算機網(wǎng)絡實驗室以及與企業(yè)合辦的聯(lián)合實驗室都納入到物聯(lián)網(wǎng)工程實踐教育中心，并新建物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實驗室，包括：物聯(lián)網(wǎng)感知實驗室、物聯(lián)網(wǎng)接入實驗室和物聯(lián)網(wǎng)應用實驗室。這些校內(nèi)實驗資源和新聯(lián)電子、南京熊貓以及東軟等企業(yè)的實踐實訓平臺將統(tǒng)一整合到物聯(lián)網(wǎng)工程實踐教育中心。
　　2.3 建設物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實驗室
　　對于物聯(lián)網(wǎng)工程方面的各個專業(yè)實驗室，采用如下的建設思路。
　　1) 滿足物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程建設需要。滿足物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)導論、物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)基礎(chǔ)、嵌入式系統(tǒng)原理、無線自組織網(wǎng)絡、M2M技術(shù)概論、物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)、FPAG原理及應用、DSP原理及應用等專業(yè)核心課程的需要。學生通過物聯(lián)網(wǎng)實驗，可以更好地感知物聯(lián)網(wǎng)，增強學習興趣。
　　2) 充分利用現(xiàn)有資源，建立具有良好展示性效果的物聯(lián)網(wǎng)平臺。在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的實驗室建立過程中，一方面可以購買物聯(lián)網(wǎng)實驗設備，更為重要的一方面是在原有物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，轉(zhuǎn)化科研成果，使之應用于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實驗設備，配套編制實驗手冊，從而整個專業(yè)實驗凸顯特色和亮點。
　　3) 注重與原有實驗室資源的集成。物聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)
　　
　　上是多種技術(shù)的集成，原有計算機專業(yè)的信息安全實驗室、軟件能力綜合訓練開放實驗室等均可以與物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實驗室集成起來，使得設備與實驗打通，不重復投資。同時，充分利用校園網(wǎng)內(nèi)的計算環(huán)境，力爭形成云計算環(huán)境，從而實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)從底層感知到中間網(wǎng)絡傳輸以及上層云計算的整體物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境。
　　4) 以學科研究和行業(yè)背景為基礎(chǔ)，建設面向行業(yè)特色的綜合實驗平臺。具體包括面向航天的高可信嵌入式技術(shù)為代表的可信物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點技術(shù)綜合實驗平臺；面向航空制造的大飛機結(jié)構(gòu)監(jiān)測的智能無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)綜合實驗平臺；面向民航管理的機場噪聲感知與分析系統(tǒng)綜合實驗平臺。
　　2.4 設計實踐教學內(nèi)容
　　在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程實驗教學內(nèi)容上，一是突出知識的綜合運用能力培養(yǎng)，二是突出物聯(lián)網(wǎng)工程系
　　
　　統(tǒng)分析設計能力培養(yǎng)，圍繞物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù)及其專業(yè)方向，設立多個實驗項目。三是突出團隊精神和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，鼓勵學生結(jié)合科研項目開展創(chuàng)新性課題研究，使學生受到嚴格的工程訓練，強化培養(yǎng)了學生的科研素養(yǎng)、工程實踐能力、創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作能力。
　　在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實踐教學方面，新增的基礎(chǔ)實驗內(nèi)容主要包括感知實驗、接入實驗和綜合應用實驗(如圖3所示)。
　　物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)實驗包括傳感器實驗和傳感網(wǎng)實驗。傳感器實驗重點在于掌握傳感器的應用，能夠完成接口電路設計、傳感器信息采集和信號分析。傳感網(wǎng)實驗讓學生著重學習傳感網(wǎng)絡相關(guān)知識，能夠進行通信網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)、通信幀結(jié)構(gòu)設計、通信協(xié)議分析和簡單的通信協(xié)議設計。
　　
　　物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)教學實驗中包含多種射頻識別和傳感器節(jié)點以及路由器網(wǎng)絡等硬件，以及網(wǎng)絡協(xié)議的和數(shù)據(jù)采集控制軟件?？梢栽贏RM處理器為內(nèi)核的網(wǎng)關(guān)上，完成多種無線網(wǎng)絡管理、傳感器和射頻識別信息處理，通過不同無線和有線網(wǎng)絡路徑，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)的中心服務器數(shù)據(jù)庫和互聯(lián)網(wǎng)；并利用網(wǎng)絡監(jiān)控軟件，在PC上完成網(wǎng)絡監(jiān)控、網(wǎng)絡維護和數(shù)據(jù)庫管理。
　　物聯(lián)網(wǎng)應用實驗包括傳感器、網(wǎng)絡、數(shù)字控制系統(tǒng)、應用軟件系統(tǒng)等各個組成環(huán)節(jié)，模擬物聯(lián)網(wǎng)的真實應用，能夠讓學生對物聯(lián)網(wǎng)的各種組件和應用有更為深刻的理解。
　　在具體的實驗教學體系中，把課程實驗分為必做實驗和選做實驗，進行分層次的教學。第一層次為基本驗證型實驗。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)最基本的“感知”特征，首先讓學生能夠感知物聯(lián)網(wǎng)。這些感知由課程的基本實驗課完成，對理論教學的單點理論、知識、概念進行認知、驗證、操作訓練，加深對課堂理論教學各知識點、概念的理解和鞏固。第二層次為綜合型實驗，實驗內(nèi)容覆蓋課程的多個知識點，進一步加深知識體系的理解和運用，做到融會貫通。第三層次為設計型實驗，給定明確的實驗目標，要求學生運用一門或幾門相關(guān)課程理論、知識、概念、技術(shù)，進行系統(tǒng)分析和設計，提高系統(tǒng)實現(xiàn)能力。第四層次為研究創(chuàng)新型實驗，為部分優(yōu)秀學生設置，他們可以根據(jù)自己的愛好進入實驗室，特別是創(chuàng)新實驗室或大學生科技中心完成自己擬定的課題和學生創(chuàng)新基金項目，或參加教師的科研項目。
　　
　　這種分層次多類別的實驗教學體系，一方面能夠保證進入該體系的學生具有基本的實踐能力，達到基本的專業(yè)要求；另一方面，為學有余力的學生提供了創(chuàng)新實踐的平臺，達到因材施教的目的。
　　2.5 開放實驗，服務本碩
　　物聯(lián)網(wǎng)工程的實踐教學平臺不僅能夠服務于物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)，由于其專業(yè)實驗的設置是以網(wǎng)絡為基礎(chǔ)，因此計算機網(wǎng)絡的教學實踐也可以充分利用其實驗環(huán)境，培養(yǎng)本科生的工程實踐能力和研究生的科研能力。
　　
　　圖4是目前計算機網(wǎng)絡方面的實驗內(nèi)容，從類型來看主要包含：軟件編程、軟件配置和硬件配置[5]。實驗的主體是對路由器、交換機、防火墻的基本配置和安全設置，內(nèi)容上側(cè)重了有線網(wǎng)絡的組網(wǎng)及工程應用。圖3中物聯(lián)網(wǎng)實驗教學內(nèi)容的“接入實驗”部分，包含了無線局域網(wǎng)Wi-Fi、無線廣域網(wǎng)GPRS和3G的組網(wǎng)、路由配置和測試，并且有Android開發(fā)平臺，可以開發(fā)基于手機的各種應用，這些內(nèi)容都可以充實到計算機網(wǎng)絡實驗教學內(nèi)容中，既可以提高學生的學習興趣，又可以使其對網(wǎng)絡有更深入的理解。
　　在實驗課程之外，學生可以加做或補做任何課程實驗，也可以做自己設計的實驗，或根據(jù)自己的興趣進行相關(guān)的設計創(chuàng)新。對于優(yōu)秀學生和研究生，可以進一步通過學生創(chuàng)新基金項目和參與教師科研課題而進入創(chuàng)新實驗室進行研究和開發(fā)。創(chuàng)新實驗室采用以學生管理為主、教師管理為輔的管理模式，每天都有專人(學生)在實驗室值班，進行日常管理，在培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的同時，也鍛煉了他們實驗室維護與管理的能力。
　　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(shù)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。我們將通過提供優(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，通過多種實踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)學生的工程素質(zhì)、實踐能力和創(chuàng)新意識，為培養(yǎng)高素質(zhì)應用型人才、復合型人才和拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)奠定堅實基礎(chǔ)。該實踐體系還能夠為計算機專業(yè)學生提供更為專業(yè)的網(wǎng)絡實驗平臺，為培養(yǎng)學生發(fā)揮更大的作用。
　　今后我們將不斷在教學實踐中積累經(jīng)驗，發(fā)展、完善該實踐教學體系，并根據(jù)業(yè)界發(fā)展趨勢調(diào)整教學和實驗內(nèi)容，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展與教學相結(jié)合，加強對學生專業(yè)能力的培養(yǎng)。
　　
　　參考文獻：
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