張韜政++杜懷昌++孟放

摘 要：根據(jù)中國傳媒大學《物聯(lián)網(wǎng)技術與應用》課程的教學實踐情況，在課程的教學目標、知識體系及內容安排等方面進行了深入研究，通過采用“翻轉課堂”模式將課堂內外相結合、教學與科研相結合、“走出去”與“引進來”相結合等教學方式，在教學方法上進行了有益的嘗試，取得了良好的效果，期望對今后該課程的教學有所幫助和啟示，為培養(yǎng)出社會需要的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才貢獻力量。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術與應用 教學目標 知識體系 內容安排 教學方法

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）01（a）-0162-03

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）概念最早于1999年由美國麻省理工學院提出，隨著技術和應用的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)內涵不斷擴展[1]。目前業(yè)界普遍認為：物聯(lián)網(wǎng)是通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的拓展應用和網(wǎng)絡延伸，它利用感知技術與智能裝置對物理世界進行感知識別，通過網(wǎng)絡傳輸互聯(lián)，進行計算、處理和知識挖掘，實現(xiàn)人與物、物與物信息交互和無縫鏈接，達到對物理世界實時控制、精確管理和科學決策的目的[2-5]。

物聯(lián)網(wǎng)可以廣泛應用于經(jīng)濟社會發(fā)展的各個領域，引發(fā)和帶動生產(chǎn)力、生產(chǎn)方式和生活方式的深刻變革，成為經(jīng)濟社會綠色、智能、可持續(xù)發(fā)展的關鍵基礎和重要引擎[6]。近年來，在“兩化融合”和“感知中國”等國家戰(zhàn)略背景下，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展受到了我國政府、科研、教育、產(chǎn)業(yè)界的高度關注。我國經(jīng)濟社會各領域蘊含巨大的物聯(lián)網(wǎng)應用潛能，眾多行業(yè)對物聯(lián)網(wǎng)技術人才需求旺盛[7]。為此，中國傳媒大學于2012年通過教育部審批，依托理工學部信息工程學院網(wǎng)絡工程系開辦物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)方向，成為全國較早面向本科生開設物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)方向的高校之一。

1 課程教學目標

《物聯(lián)網(wǎng)技術與應用》是網(wǎng)絡工程系物聯(lián)網(wǎng)技術專業(yè)方向學生學習的第一門專業(yè)課，其主要目的是使學生了解物聯(lián)網(wǎng)的基本概念和相關技術，對物聯(lián)網(wǎng)在各個領域的典型應用有所認識，在此基礎上了解物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的整體框架，明確物聯(lián)網(wǎng)工程各個專業(yè)課程的意義和課程之間的關系，為后續(xù)的學習打好基礎，同時激發(fā)學生的學習興趣[8]。因此，《物聯(lián)網(wǎng)技術與應用》課程的講授成功與否關系到物聯(lián)網(wǎng)人才培養(yǎng)的質量，進而影響到我國物聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展的進程[9]。

2 課程知識體系及內容安排

2.1 知識體系

物聯(lián)網(wǎng)的架構分為3個層次：感知層、網(wǎng)絡層和應用層，如圖1所示[1]。

感知層是物聯(lián)網(wǎng)的“皮膚”和“五官”，用于識別物體、采集信息，是聯(lián)系物理世界與虛擬信息世界的紐帶。感知層中的自動感知設備包括：RFID標簽與讀寫設備、傳感器、GPS、智能家用電器、智能測控設備等；感知層中的人工生成信息設備包括：智能手機、智能機器人等。

網(wǎng)絡層分為接入層、匯聚層與核心交換層。接入層通過各種接入技術連接最終的用戶設備。匯聚層的功能為：匯接接入層的用戶流量，進行數(shù)據(jù)分組傳輸?shù)膮R聚、轉發(fā)與交換；根據(jù)接入層的用戶流量，進行本地路由、過濾、流量均衡、優(yōu)先級管理，以及安全控制、地址轉換、流量整形等處理；根據(jù)處理結果把用戶流量轉發(fā)到核心交換層或在本地進行路由處理。核心交換層為物聯(lián)網(wǎng)提供一個高速、安全與保證服務質量的數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境。匯聚層與核心交換層的網(wǎng)絡通信設備與通信線路構成了傳輸網(wǎng)。

應用層可以進一步分為管理服務層和行業(yè)應用層。管理服務層通過中間件軟件實現(xiàn)了感知硬件與應用軟件物理的隔離與邏輯的無縫連接，提供海量數(shù)據(jù)的高效、可靠地匯聚、整合與存儲，通過數(shù)據(jù)挖掘、智能數(shù)據(jù)處理與智能決策計算，為行業(yè)應用層提供安全的網(wǎng)絡管理與智能服務。行業(yè)應用層由多樣化、規(guī)模化的行業(yè)應用系統(tǒng)構成，包括：智能電網(wǎng)、智能環(huán)保、智能交通、智能醫(yī)療等。

此外，涉及感知層、網(wǎng)絡層與應用層的共性技術包括信息安全、網(wǎng)絡管理、對象名字服務與服務質量保證等。

2.2 內容安排

《物聯(lián)網(wǎng)技術與應用》課程的內容安排[10-12]如圖2所示，其中，各部分包含的主要內容有[1-6]以下幾方面。

物聯(lián)網(wǎng)概論：物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的社會背景、技術背景；物聯(lián)網(wǎng)的定義與主要技術特征；物聯(lián)網(wǎng)體系結構；物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術與產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

RFID技術：自動識別技術的發(fā)展背景、條形碼簡介、磁卡與IC卡的應用、RFID、RFID應用系統(tǒng)結構與組成、RFID標簽編碼標準。

傳感器技術：傳感器；智能傳感器與無線傳感器；無線傳感器網(wǎng)絡；無線傳感器網(wǎng)絡通信協(xié)議與標準。

嵌入式技術：智能設備的研究與發(fā)展；集成電路；嵌入式技術的研究與發(fā)展；RFID讀寫器與中間件軟件設計；無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點設計；可穿戴計算研究及其在物聯(lián)網(wǎng)中的應用；智能機器人研究及其在物聯(lián)網(wǎng)中的應用。

移動通信技術：通信技術的發(fā)展；移動通信技術的研究與發(fā)展；3G技術與移動互聯(lián)網(wǎng)應用的發(fā)展。

定位技術：位置信息與位置服務；物聯(lián)網(wǎng)中的位置服務；定位系統(tǒng)；移動通信定位技術、基于無線局域網(wǎng)的定位技術、基于RFID的定位技術、無線傳感器網(wǎng)絡定位技術。

數(shù)據(jù)處理技術：物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理技術的基本概念；海量數(shù)據(jù)存儲技術；物聯(lián)網(wǎng)海量數(shù)據(jù)存儲與云計算；物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合技術；物聯(lián)網(wǎng)中的智能決策。

信息安全技術：物聯(lián)網(wǎng)信息安全中的四個重要關系問題；物聯(lián)網(wǎng)信息安全技術研究；RFID安全與隱私保護研究。

物聯(lián)網(wǎng)的應用：智能電網(wǎng)；智能交通；智能醫(yī)療；智能物流。

3 課程教學方法

自2014年春季學期《物聯(lián)網(wǎng)技術與應用》課程首輪授課起至今，筆者已從以下幾方面做了有益嘗試，取得了良好的效果。

3.1 采用“翻轉課堂”模式將課堂內外相結合

翻轉課堂譯自“Flipped Classroom”或“Inverted Classroom”，是指重新調整課堂內外的時間，將學習的決定權從教師轉移給學生。該教學模式需要學生在課后完成自主學習，即自主規(guī)劃學習內容、節(jié)奏、風格和呈現(xiàn)知識的方式，可以通過看視頻講座、聽播客、廣泛閱讀各種書籍、與其他同學討論等方式進行。教師則采用講授法和協(xié)作法來滿足學生的需要和促成他們的個性化學習，其目標是為了讓學生通過實踐獲得更真實的學習體驗。翻轉課堂是對傳統(tǒng)課堂教學結構與教學流程的徹底顛覆。

在該課程的講授方式上，筆者嘗試引入“翻轉課堂”模式，轉變以往授課過程中教師“滿堂灌”、學生只是被動接受的傳統(tǒng)教學模式，利用教學實踐中小班授課、學生人數(shù)較少的優(yōu)勢，使每位同學都有機會走上講臺，輪流充當“教師”的角色，過一把“教師癮”，從而充分調動學生的學習積極性和主動性。具體的實施過程為：首先，請每名學生選取物聯(lián)網(wǎng)學科中自己較為感興趣的一項具體技術作為自己的講授對象，通過廣泛查閱書籍文獻資料、上網(wǎng)搜索最新科技資訊等方式了解該項技術的來龍去脈、前世今生及發(fā)展前沿。然后，請學生自制課件，通過文字、圖片、視頻等方式形象生動地向大家講解艱澀枯燥的具體技術內容。其間，其他同學可以隨時提問，形成良好的互動效果，極大地活躍了課堂氣氛，同時也鍛煉了學生的邏輯思維能力和語言表達能力。最后，由教師點評學生的表現(xiàn)，指出其講解的優(yōu)缺點，并補充完善知識點內容。學生的個人表現(xiàn)很大程度上決定了該門課程的個人結課成績。通過3年來具體的實踐，筆者發(fā)現(xiàn)學生們搜集資料的深度和廣度都遠遠超出了筆者的預期。作為老師，在授課的同時也收獲了很多新知識，達到了教學相長的目的。

3.2 教學與科研相結合

教師授課過程中應避免簡單生硬地照本宣科，而應以自身的科研經(jīng)歷和科研體會現(xiàn)身說法，以激發(fā)學生的學習興趣。物聯(lián)網(wǎng)作為一門新興學科，發(fā)展日新月異。每輪備課時都要加入新的科技進展，對于教師來講，在科研方面需要不斷地關注科技前沿動態(tài)，及時更新知識，極具挑戰(zhàn)性。就筆者而言，由于一直從事數(shù)據(jù)挖掘領域的研究，在講授第八章《物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理技術》時，就結合目前正在進行的有關電視節(jié)目受眾收視情況的數(shù)據(jù)挖掘研究課題，以實驗中具體的數(shù)據(jù)、模型為例，為學生講解數(shù)據(jù)挖掘技術的具體流程和其中的關鍵步驟，從而進一步加深學生對該技術的理解程度。

3.3 “走出去”與“引進來”相結合

“走出去”是指教師應當經(jīng)常參加國內外相關教研機構組織的高校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)建設的培訓班、研討會等，廣結同行，吸取其他兄弟院校專業(yè)建設、課程改革的成功經(jīng)驗，達到“它山之石可以攻玉”的目的。此外，還可以與國內一些專業(yè)從事物聯(lián)網(wǎng)技術的企業(yè)建立良好的合作關系，建立學生實習、實訓基地。學生可以到企業(yè)實地參觀相應的產(chǎn)品生產(chǎn)線，以便與課堂中學到的知識點概念、原理聯(lián)系起來，獲得感性認識，從而加深理解。同時，學生可以利用寒暑假時間到企業(yè)實習或選派學生到企業(yè)進行畢業(yè)設計，不但使學生掌握了物聯(lián)網(wǎng)技術、熟悉了企業(yè)的運行模式，還可以為企業(yè)提供專業(yè)的人才，拓展學生的就業(yè)渠道[13]。

“引進來”是指教師應當定期邀請國內外物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的權威教授、相關技術人員走進課堂、走上講臺，為學生帶來最新的行業(yè)發(fā)展信息。此外，在教材選擇方面，教師應當不局限于國內出版的一些經(jīng)典教材，還應當廣泛引進國外的外文教材，追蹤國際領先的前沿技術[14]。

綜上所述，文章從“物聯(lián)網(wǎng)技術與應用”課程的教學目標、知識體系及內容安排、教學方法等方面進行了探討。由于物聯(lián)網(wǎng)技術是近年來的新興技術，該課程也是中國傳媒大學理工學部信息工程學院網(wǎng)絡工程系自2014年首次引入的新課程，一切還在逐步摸索過程中，因此，探尋一套適合本專業(yè)學生的課程教學方案任重道遠。

4 結語

此文是筆者近3年來參加物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)建設研討班培訓、備課、授課的心得體會。由于筆者的經(jīng)驗有限，考慮問題難免有失偏頗，望與各位讀者共同探討。作為一名青年教師，筆者未來仍然需要逐步沉淀，不斷思考、總結、實踐，為培養(yǎng)出社會需要的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才貢獻力量。

參考文獻

[1] 吳功宜，吳英.物聯(lián)網(wǎng)工程導論[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012.

[2] 劉云浩.物聯(lián)網(wǎng)導論[M].北京：科學出版社，2010.

[3] 王志良，石志國.物聯(lián)網(wǎng)工程導論[M].西安：西安電子科技大學出版社，2011.

[4] 王汝傳，孫力娟.物聯(lián)網(wǎng)技術導論[M].北京：清華大學出版社，2011.

[5] 張凱，張雯婷.物聯(lián)網(wǎng)導論[M].北京：清華大學版社，2012.

[6] 黃東軍.物聯(lián)網(wǎng)技術導論[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

[7] 詹青龍，劉建卿.物聯(lián)網(wǎng)工程導論[M].北京：清華大學出版社，2012.

[8] 石志國，王志良，丁大偉.物聯(lián)網(wǎng)技術與應用[M].北京：清華大學出版社，2012：9.

[9] 陳明，王鎖柱.物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生與發(fā)展[J].計算機教育，2010（12）：1-3.

[10] 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(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] 吳功宜.對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學體系建設的思考[J].計算機教育，2010（21）：26-29.

[12] 桂小林.物聯(lián)網(wǎng)技術專業(yè)課程體系探索[J].計算機教育，2010（16）：1-3.

[13] 石志國，王志良，姚亦飛，等.“物聯(lián)網(wǎng)技術與應用”課程規(guī)劃與共享資源建設[J].計算機教育，2012（21）：19-22.

[14] 吳韶波，文江川.“物聯(lián)網(wǎng)工程導論”課程教學研究[J].課程教材改革，2014（297）：111.