黃貴林 張正金 江家寶 王洪海 方 周

（巢湖學(xué)院 信息工程學(xué)院，安徽 巢湖 238024）

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)感知識別層涉及到各式終端硬件設(shè)備，硬件建設(shè)成本是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)普及推廣的重要決定性因素。2021年，荷蘭ASML公司最新推出了新一代EUV光刻機，其極限制造精度有望達到1 nm。同時，Intel也宣布在2024年實現(xiàn)2 nm芯片制造，這也意味著集成電路制造工藝即將進入埃米級。集成電路技術(shù)的發(fā)展，硬件建設(shè)成本不斷下降，有利于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)發(fā)展迎來新的契機。

2016年6月，我國正式加入國際上最具影響力的工程教育學(xué)位互認協(xié)議《華盛頓協(xié)議》，通過認證的工程專業(yè)的畢業(yè)生學(xué)位得到《華盛頓協(xié)議》其他組織的認可[1]。在工程教育專業(yè)認證的過程中，認證為工程教育指明了方向，切實提高工程教育質(zhì)量，提高了畢業(yè)生適應(yīng)社會和行業(yè)發(fā)展需求的能力[2]。工程教育專業(yè)認證的三個核心理念即以學(xué)生為中心[3]、目標(biāo)導(dǎo)向[4]、持續(xù)改進[5]。引入工程教育，為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設(shè)提供科學(xué)指導(dǎo)，已經(jīng)成為專業(yè)建設(shè)潮流。課程建設(shè)是專業(yè)建設(shè)的根本保證，特別是專業(yè)課程[6]。用工程教育三個核心理念引領(lǐng)專業(yè)課程建設(shè)，是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)進行工程教育的重要體現(xiàn)。

1 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程

1.1 課程結(jié)構(gòu)

從體系結(jié)構(gòu)上來說，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)分為感知識別層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和應(yīng)用層，課程也可以這樣分層。應(yīng)用層負責(zé)數(shù)據(jù)應(yīng)用[7]，應(yīng)用層課程主要涉及軟件開發(fā)。網(wǎng)絡(luò)傳輸層負責(zé)數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡(luò)傳輸層課程主要涉及網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。感知識別層負責(zé)采集數(shù)據(jù)，感知識別層課程主要涉及數(shù)據(jù)識別設(shè)備開發(fā)。感知識別層專業(yè)知識直接支撐網(wǎng)絡(luò)傳輸層，網(wǎng)絡(luò)傳輸層專業(yè)知識直接支撐應(yīng)用層。感知識別層專業(yè)知識在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)活動中起到承上的作用，網(wǎng)絡(luò)傳輸層專業(yè)知識起到承上啟下的作用。

本研究專業(yè)課程是指只有物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)開設(shè)的計算機相關(guān)課程，主要涉及感知識別層和部分網(wǎng)絡(luò)傳輸層，例如“RFID開發(fā)技術(shù)”“Zigbee通信原理”“傳感器原理與技術(shù)”“物聯(lián)網(wǎng)控制原理與技術(shù)”“定位系統(tǒng)”等。各高校培養(yǎng)方案不一，專業(yè)課程還包括其他課程。其他專業(yè)的專業(yè)課程涉及應(yīng)用層課程和其余網(wǎng)絡(luò)傳輸層，這些課程不僅存在于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)當(dāng)中，同時也存在于其他計算機相關(guān)專業(yè)當(dāng)中，其課程教學(xué)設(shè)計已經(jīng)有所研究[8-9]。專業(yè)課程即感知識別層課程和部分網(wǎng)絡(luò)傳輸層課程，只存在于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)當(dāng)中，體現(xiàn)出物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)與其他計算機相關(guān)專業(yè)之間的課程差別。專業(yè)課程對于學(xué)生形成完整的專業(yè)知識體系，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程思維，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的協(xié)同開發(fā)[10]，解決復(fù)雜的物聯(lián)網(wǎng)工程問題至關(guān)重要[11]。為此，加強專業(yè)課程建設(shè)意義重大。

1.2 教學(xué)現(xiàn)狀

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程在教學(xué)內(nèi)容、理論教學(xué)和實踐教學(xué)三個方面，普遍存在一定的問題。

（1）教學(xué)內(nèi)容：物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程涵蓋不同學(xué)科知識，綜合性強。先修課程（非專業(yè)課程或?qū)I(yè)課程）不能強有力支撐專業(yè)課程，專業(yè)課程學(xué)習(xí)缺乏應(yīng)有的知識基礎(chǔ)，教學(xué)內(nèi)容之間缺乏連續(xù)性，沒有形成教學(xué)內(nèi)容通路。專業(yè)課程不能完成預(yù)定教學(xué)目標(biāo)，無法取得令人滿意的教學(xué)達成度。隨著學(xué)期的推移，專業(yè)課程目標(biāo)達成度會越來越低，持續(xù)改進也將無濟于事，工程教育目標(biāo)導(dǎo)向性得不到保障。

該問題主要體現(xiàn)在三個方面。第一，該開設(shè)的先修課程沒有開設(shè)；第二，先修課程開設(shè)了，但開設(shè)的學(xué)期滯后；第三，先修課程按照正確學(xué)期順序開設(shè)了，但教學(xué)內(nèi)容對后續(xù)專業(yè)課程缺乏支撐，教學(xué)內(nèi)容缺乏連續(xù)性。

（2）理論教學(xué)：專業(yè)課程對應(yīng)各物聯(lián)網(wǎng)子系統(tǒng)，子系統(tǒng)工作原理是理論教學(xué)內(nèi)容的主體結(jié)構(gòu)，它能夠?qū)⑺缮⒌闹R點有力耦合在一起，促進學(xué)生對整個課程的理解和掌握。但現(xiàn)有的教學(xué)研究對主體結(jié)構(gòu)缺乏關(guān)注，理論教學(xué)設(shè)計對此也缺乏重視。專業(yè)課程理論教學(xué)只關(guān)注到形式上松散的教學(xué)知識點，沒有聚焦到課程對應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)子系統(tǒng)級工作原理，學(xué)生對子系統(tǒng)級的工作原理缺乏掌握，影響學(xué)生對整個物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工作原理的掌握，不利于學(xué)生形成完整的課程知識體系。

只有充分掌握工作原理，才能開展物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)，完成實踐教學(xué)的任務(wù)。

（3）實踐教學(xué)：專業(yè)課程實踐教學(xué)當(dāng)中的驗證型項目較多，驗證型項目只進行驗證，學(xué)生沒有真正參與進來，學(xué)生的主體作用和創(chuàng)造性沒有得到發(fā)揮，沒有獲得感，自然而然對實踐教學(xué)失去了興趣，違背了工程教育以學(xué)生為中心的理念。

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程實踐教學(xué)項目主要是基于硬件進行編程開發(fā)。例如某課程實踐教學(xué)須要開發(fā)的模塊有A、B、C。模塊A、B、C無法單獨運行，須要相互調(diào)用形成系統(tǒng)，數(shù)據(jù)才能形成通路，各模塊才能正常工作。如果開發(fā)A模塊，須要依托B、C，才能導(dǎo)通A的數(shù)據(jù)，因此須要將B、C代碼告訴學(xué)生；如果開發(fā)B模塊，須要將A、C代碼告訴學(xué)生；如果開發(fā)C模塊，須要將A、B代碼告訴學(xué)生。在這個死循環(huán)當(dāng)中，A、B、C代碼已經(jīng)全部給學(xué)生了。如果不告訴學(xué)生代碼，讓學(xué)生同步開發(fā)模塊A、B、C實現(xiàn)整系統(tǒng)，實驗可行性大大降低，專業(yè)課程正在學(xué)習(xí)階段的學(xué)生基本無法完成，也不符合實踐教學(xué)循序漸進的思路。就這樣，很多實踐教學(xué)項目因此成為了驗證型項目。

2 建設(shè)內(nèi)容

教學(xué)內(nèi)容是人才培養(yǎng)目標(biāo)的載體，人才培養(yǎng)目標(biāo)體現(xiàn)在教學(xué)內(nèi)容上，理論教學(xué)和實踐教學(xué)是落實教學(xué)內(nèi)容的兩個重要途徑，如圖1所示。

圖1 專業(yè)課程建設(shè)思路

2.1 目標(biāo)導(dǎo)向性指導(dǎo)教學(xué)內(nèi)容確立

提出教學(xué)知識點畫布工具，將教學(xué)知識點畫布作為教學(xué)內(nèi)容確立的工具，所有的教學(xué)知識點和先修教學(xué)知識點都體現(xiàn)在畫布上。分析得到專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容，專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容充分體現(xiàn)了人才培養(yǎng)目標(biāo)。然后，進一步分析得到先修課程教學(xué)內(nèi)容。由此，疏通了專業(yè)課程與先修課程之間的教學(xué)內(nèi)容通路，專業(yè)課程擁有先修課程賦予的扎實知識基礎(chǔ)，從根本上消除專業(yè)課程教學(xué)達成度提高的障礙，實現(xiàn)工程教育目標(biāo)導(dǎo)向性。

2.2 持續(xù)改進指導(dǎo)理論教學(xué)設(shè)計

在理論教學(xué)設(shè)計中提出原理模擬，模擬各專業(yè)課程對應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)子系統(tǒng)工作原理。教學(xué)內(nèi)容確立以后，分析專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容特點。各專業(yè)課程對應(yīng)各物聯(lián)網(wǎng)子系統(tǒng)，物聯(lián)網(wǎng)子系統(tǒng)工作原理是專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容的主體結(jié)構(gòu)，工作原理貫穿了專業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容。理論教學(xué)聚焦子系統(tǒng)工作原理，課堂分組任務(wù)模擬物聯(lián)網(wǎng)子系統(tǒng)工作原理，原理模擬的范圍和角色可以進行調(diào)節(jié)。原理模擬加速學(xué)生知識內(nèi)化。同時，模擬效果能夠充分反映學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的掌握情況，暴露學(xué)生的學(xué)習(xí)障礙，呈現(xiàn)需要改進的教學(xué)問題，讓工程教育持續(xù)改進更具針對性。

2.3 以學(xué)生為中心指導(dǎo)實踐教學(xué)設(shè)計

在實踐教學(xué)設(shè)計中提出遞增式開發(fā)各專業(yè)課程對應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)子系統(tǒng)。工作原理掌握以后，實踐教學(xué)具備扎實的理論基礎(chǔ)。對驗證型項目進行重新設(shè)計，將整個項目科學(xué)分解為最小系統(tǒng)和若干個模塊。實踐教學(xué)進行遞增式開發(fā)，從開發(fā)最小系統(tǒng)開始，向最小系統(tǒng)按順序增加開發(fā)模塊，系統(tǒng)開發(fā)由內(nèi)核向外層遞增，直至完成功能完善的整系統(tǒng)開發(fā)。從最簡單的系統(tǒng)開始，在最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進行開發(fā)，給學(xué)生預(yù)留了充足的創(chuàng)新空間。合理設(shè)置模塊開發(fā)順序，消除了非技術(shù)因素導(dǎo)致的難度，提高了實踐教學(xué)項目可行性，提升了學(xué)生開發(fā)自信。引導(dǎo)學(xué)生深度參與，充分發(fā)揮學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性，突出了工程教育以學(xué)生為中心的理念。

3 建設(shè)措施

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程，對應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)各子系統(tǒng)，都是面向數(shù)據(jù)處理和傳輸。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程教學(xué)現(xiàn)狀中存在問題的根源具有共性，因此可以采取相同的建設(shè)措施來解決。為深入介紹專業(yè)課程建設(shè)的具體做法，將以典型的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程“RFID開發(fā)技術(shù)”為例。

3.1 教學(xué)內(nèi)容確立

以教學(xué)知識點畫布為工具，圍繞課程目標(biāo)確立教學(xué)內(nèi)容。

從工程教育科學(xué)的角度，對畢業(yè)要求進行細化，得到具體的指標(biāo)點。學(xué)生如果能夠滿足這些細化的畢業(yè)要求，實現(xiàn)具體的指標(biāo)點，也就意味著能夠運用基礎(chǔ)科學(xué)知識、專業(yè)技術(shù)技能、管理科學(xué)等自然科學(xué)和社會科學(xué)的理論，研究和解決物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)中的實際問題。對于專業(yè)課程來說，工程教育指標(biāo)點落實在課程目標(biāo)上。

（1）挖掘物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)工程教育指標(biāo)點內(nèi)涵，形成課程目標(biāo)。以物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)常見的部分指標(biāo)點為例，工程教育指標(biāo)點涉及到語言工具、數(shù)學(xué)模型、系統(tǒng)模型或結(jié)構(gòu)、工程知識、方案推理、方法與技能、評估、設(shè)計/開發(fā)方法、軟硬件或部件設(shè)計思路、實驗科學(xué)基本方法、現(xiàn)代儀器、信息技術(shù)工具、工程工具、模擬軟件。語言工具指的是什么語言工具？數(shù)學(xué)模型該怎么建立？系統(tǒng)模型或結(jié)構(gòu)包括哪些？工程知識包括什么？方案推理的過程是什么？方法與技能的內(nèi)容是什么？怎么樣去評估？有哪些基本的設(shè)計/開發(fā)方法和技術(shù)？軟硬件單元或部件的設(shè)計思路？實驗科學(xué)基本方法有哪些？有哪些現(xiàn)代儀器？有哪些信息技術(shù)工具、工程工具？有哪些模擬軟件并能用來干什么？加強物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)調(diào)研，深入挖掘指標(biāo)點的這些內(nèi)涵，科學(xué)形成課程目標(biāo)。

（2）設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學(xué)知識點畫布，如表1所示。各物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程（SC），表示為SC1～SCt。各先修課程（PC），表示為 PC1～PCn。集合{SC1，SC2，…，SCt} 集合{PC1，PC2，…，PCn}，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程也屬于其他專業(yè)課程的先修課程。專業(yè)課程目標(biāo)對應(yīng)宏觀教學(xué)內(nèi)容，為得到微觀知識點，將課程目標(biāo)劃分為課程目標(biāo)點，m個目標(biāo)點（OP），表示為OP1～OPm。專業(yè)課程教學(xué)知識點，用SK表示。先修課程知識點，用PK表示。目標(biāo)點的內(nèi)涵是知識點，在專業(yè)課程當(dāng)中，邏輯關(guān)聯(lián)目標(biāo)點，可以得到SK。在先修課程當(dāng)中，對SK進行邏輯關(guān)聯(lián)，可以得到專業(yè)課程教學(xué)所需要的基礎(chǔ)知識點PK，也就是找到專業(yè)課程對先修課程的教學(xué)知識點需求PK。邏輯關(guān)聯(lián)得到知識點的過程用 f（）表示。

表1 教學(xué)知識點畫布

（3）專業(yè)課程教師完成畫布當(dāng)中的SK，確立專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容。目標(biāo)點OPm在SC1上對應(yīng)的教學(xué)知識點 SK（x），用 f（SC1，OPm）表示。完成畫布專業(yè)課程教學(xué)知識點填寫以后，就可以確立所有物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)所有專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容。通過，得到物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程 SC1 的教學(xué)內(nèi)容。

（4）專業(yè)課程教師完成畫布當(dāng)中的PK，以此確立先修課程教學(xué)內(nèi)容。OPm在SC1上對應(yīng)的教學(xué)知識點SK（x）確立以后，該教學(xué)知識點對先修課程 PC1的教學(xué)知識點需求 SK（y），用 f（SC1，OPm，PC1）表示。完成畫布先修課程教學(xué)知識點填寫以后，就可以得到所有專業(yè)課程對所有先修課程的教學(xué)內(nèi)容需求。通過，得到所有專業(yè)課程對PC1的教學(xué)內(nèi)容需求，也就形成了PC1教學(xué)內(nèi)容的雛形。按照同樣的方法，先修課程教師對雛形進一步邏輯關(guān)聯(lián)，可以得到先修課程PC1的教學(xué)內(nèi)容。

（5）以物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程“RFID開發(fā)技術(shù)”為例，先修課程包括“大學(xué)物理”“電子電路技術(shù)”“計算機組成原理”“單片機原理與技術(shù)”“JAVA程序設(shè)計”和“操作系統(tǒng)”?！癛FID開發(fā)技術(shù)”對先修課程“大學(xué)物理”的教學(xué)內(nèi)容需求包括對稱振子天線、引向天線、微帶天線、微波天線、電磁波等；對先修課程“電子電路技術(shù)”的教學(xué)內(nèi)容需求包括傳輸線理論、串聯(lián)和并聯(lián)諧振電路的諧振條件、諧振特性、諧振曲線和通頻帶、品質(zhì)因數(shù)等。所有先修課程和專業(yè)課程“RFID開發(fā)技術(shù)”的教學(xué)內(nèi)容邏輯關(guān)聯(lián)在一起，就形成了一條教學(xué)內(nèi)容通路。在教學(xué)內(nèi)容確立的過程中，教師很清晰物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)需要開設(shè)哪些專業(yè)課程，專業(yè)課程安排在哪幾個學(xué)期，專業(yè)課程教什么。

3.2 理論教學(xué)設(shè)計

模擬專業(yè)課程對應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)子系統(tǒng)的工作原理，促進知識內(nèi)化，呈現(xiàn)需要改進的教學(xué)問題。

（1）分析專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容特點。通過分析可知，專業(yè)課程理論教學(xué)內(nèi)容的主體結(jié)構(gòu)是該課程對應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)子系統(tǒng)工作原理。因此，可以將工作原理設(shè)計成課堂分組任務(wù)，進行物聯(lián)網(wǎng)子系統(tǒng)工作原理模擬。工作原理當(dāng)中的硬件模塊結(jié)構(gòu)、信號處理和信號傳輸，涉及到原理模擬的角色、活動和互動。

（2）原理模擬選擇典型應(yīng)用。選擇學(xué)生熟悉的技術(shù)應(yīng)用案例，作為課堂分組任務(wù)進行工作原理模擬。熟悉的內(nèi)容，使學(xué)生對原理模擬有一定的知識準備，能夠激發(fā)學(xué)生對原理模擬的興趣。以“RFID開發(fā)技術(shù)”為例，從數(shù)據(jù)流和控制信號流的角度，學(xué)生扮演硬件模塊，傳遞數(shù)據(jù)或控制信號卡片，模擬校園餐廳就餐刷卡當(dāng)中的數(shù)據(jù)傳輸和處理過程，如圖2所示。

圖2 原理模擬

（3）原理模擬角色分配。RFID系統(tǒng)包括射頻振蕩器、射頻發(fā)送器、射頻接收器、放大器、信道編碼/解碼電路、數(shù)字電路、建設(shè)器、天線、RF-interface、Anti-Collision、Select-Application、ATR、Authentication Acesscontrol、Control Arithmeticunit、RAM、ROM、EEPROM等20個硬件模塊。學(xué)生扮演這些硬件模塊。

（4）原理模擬活動和互動設(shè)計。以刷卡金額數(shù)據(jù)流動為主線，每個學(xué)生流轉(zhuǎn)控制信號Control、Energy、POR、Clock 或數(shù)據(jù) Data，完成自己的模擬任務(wù)。數(shù)據(jù)始終在數(shù)據(jù)通路上有序流動，每個學(xué)生之間傳遞的是控制信號卡片或者金額數(shù)據(jù)卡片，例如信源編碼前后的數(shù)據(jù)形式將會發(fā)生改變，數(shù)據(jù)卡片的樣式也會不斷變化。從信源編碼/解碼、信道編碼/解碼、信號調(diào)制/解調(diào)、防碰撞、身份認證、加密/解密、讀取電子標(biāo)簽金額、修改電子標(biāo)簽金額、建設(shè)器訪問等環(huán)節(jié)全流程模擬。

（5）課程初期進行局部模擬。學(xué)生對RFID系統(tǒng)的工作原理沒有完全掌握，只有局部掌握。這時，可以進行局部模擬。學(xué)生模擬20個硬件模塊當(dāng)中的部分模塊，隨著課程學(xué)習(xí)的深入，將逐步擴大模擬范圍。多個局部模擬分組，可以同時進行，提高課堂效率。

（6）課程后期進行全局模擬。學(xué)生對RFID系統(tǒng)的工作原理已經(jīng)有了完全掌握，這時可以進行全局模擬。20個學(xué)生分別模擬20個硬件模塊，學(xué)生1～學(xué)生8共同扮演的是閱讀器即刷卡機，學(xué)生9～學(xué)生20共同扮演的是電子標(biāo)簽即飯卡。

（7）原理模擬促進學(xué)生知識內(nèi)化。在模擬的過程當(dāng)中，針對同樣一個模擬分組，每個學(xué)生輪流扮演不同的硬件模塊，提高原理模擬的效果，實現(xiàn)深入模擬。在布置原理模擬任務(wù)后，模擬之前，學(xué)生會做一定的準備工作，可以倒逼學(xué)生實現(xiàn)知識內(nèi)化。

（8）模擬效果呈現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)障礙。原理模擬涉及的范圍廣，內(nèi)容多。模擬效果能夠充分反映學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的理解、掌握和應(yīng)用情況，暴露學(xué)生的學(xué)習(xí)障礙，呈現(xiàn)需要改進的教學(xué)問題，使工程教育持續(xù)改進的針對性更強。

3.3 實踐教學(xué)設(shè)計

由內(nèi)核向外層遞增式開發(fā)專業(yè)課程對應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)子系統(tǒng)，引導(dǎo)學(xué)生深度參與。

以“RFID開發(fā)技術(shù)”中RFID系統(tǒng)閱讀器的開發(fā)為例，介紹遞增式開發(fā)過程。在RFID最小系統(tǒng)上可以實現(xiàn)更多的開發(fā)活動，依托物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)導(dǎo)通并看到RFID系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)，根據(jù)正確的開發(fā)順序進行模塊開發(fā)，逐步豐富RFID系統(tǒng)，直至實現(xiàn)功能完善的RFID系統(tǒng)。在這過程當(dāng)中，整個的RFID系統(tǒng)開發(fā)活動由內(nèi)核向外層分步有序?qū)嵤?，降解了實驗難度，有利于提高學(xué)生積極性，引導(dǎo)學(xué)生深度參與，能夠最大限度地發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性。如圖3所示。

圖3 遞增式開發(fā)

（1）開發(fā)RFID最小系統(tǒng)。類似于單片機最小系統(tǒng)，RFID最小系統(tǒng)是指能夠維持RFID系統(tǒng)正常工作的最小工作單元。只有RFID系統(tǒng)盡可能小，學(xué)生才能在RFID系統(tǒng)上實現(xiàn)更多的開發(fā)，為學(xué)生預(yù)留更多的開發(fā)空間，這是將驗證型實驗變更為設(shè)計型實驗的首先條件。

設(shè)計RFID最小系統(tǒng)，可以選擇低頻125KHZ的EM4095作為閱讀器，選擇EM4100作為電子標(biāo)簽。EM4100內(nèi)部的電路和代碼已經(jīng)完全固化，基于EM4095對閱讀器進行開發(fā)。很顯然，EM4095接收EM4100發(fā)送的數(shù)據(jù)就是RFID最小系統(tǒng)對應(yīng)的功能。

（2）最小系統(tǒng)嵌入到物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。完整的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)必須包含應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和感知識別層，RFID系統(tǒng)位于感知識別層。單獨的RFID系統(tǒng)是不能正常工作的，無法導(dǎo)通并看到通信數(shù)據(jù)。為此，必須在RFID系統(tǒng)之上增加網(wǎng)絡(luò)傳輸層和應(yīng)用層，將RFID系統(tǒng)嵌入到物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。構(gòu)建功能完整的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，才能看到RFID系統(tǒng)的通信數(shù)據(jù)，整個實驗才能順利進行。

第一個問題，選擇網(wǎng)絡(luò)傳輸層實現(xiàn)技術(shù)。實踐教學(xué)選擇ZigBee作為網(wǎng)絡(luò)傳輸層通信技術(shù)。ZigBee在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中廣泛使用的短距離無線通信技術(shù)，CC2530提供了強大和完整的ZigBee RF4CE遠程控制解決方案。因此選擇基于CC2530的ZigBee通信協(xié)議，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸層的功能。CC2530連接 EM4095，通過 P1.2、P1.3、P1.4 分別連接 EM4095的 MOD、DMOD_OUT、SHD 端口，RFID 最小系統(tǒng)作為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的感知識別層，采集EM4100電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)。

第二個問題，選擇應(yīng)用層實現(xiàn)技術(shù)。CC2530作為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)控制器，可以連接LCD顯示器，顯示RFID系統(tǒng)的通信數(shù)據(jù)，作為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用層。

（3）設(shè)置模塊開發(fā)順序。根據(jù)功能完善RFID系統(tǒng)的正常通信流程，正確設(shè)計開發(fā)順序。假如RFID通信數(shù)據(jù)傳輸路徑依次為電子標(biāo)簽、模塊1、模塊2、模塊3、模塊4、RFID最小系統(tǒng)的閱讀器，開發(fā)順序和傳輸路徑是相反的過程，那么模塊開發(fā)的正確順序為模塊4、模塊3、模塊2、模塊1。只有這樣，RFID系統(tǒng)上數(shù)據(jù)才能形成通路，才能正常傳輸，這是實驗完成的保障。

（4）遞增式開發(fā)RFID系統(tǒng)。按照以上順序原理，在RFID最小系統(tǒng)的閱讀器基礎(chǔ)上，依次設(shè)計開發(fā)以下模塊：防碰撞技術(shù)、信道編碼技術(shù)、RFID加密技術(shù)、EPC技術(shù)、校園卡技術(shù)有關(guān)功能。隨著實踐教學(xué)的深入進行，逐步完成一個功能豐富完整的RFID系統(tǒng)，將驗證型項目扭轉(zhuǎn)為設(shè)計型項目。在這過程當(dāng)中，RFID系統(tǒng)的規(guī)模不斷增加。

4 結(jié)語

專業(yè)課程是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)的決定性課程，加強對專業(yè)課程的建設(shè)意義重大。首先，提出了教學(xué)知識點畫布作為教學(xué)內(nèi)容確立的工具，并給出了教學(xué)內(nèi)容確立的方法。教學(xué)內(nèi)容確立，有工具，有方法。先修課程教學(xué)內(nèi)容是為專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容做知識鋪墊，專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)了人才培養(yǎng)目標(biāo)。只有全面落實專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容，才能實現(xiàn)工程教育目標(biāo)導(dǎo)向性。其次，提出了原理模擬作為理論教學(xué)設(shè)計，聚焦教學(xué)內(nèi)容主體結(jié)構(gòu)。工作原理作為教學(xué)內(nèi)容的主體結(jié)構(gòu)，貫穿了整個專業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容。模擬各專業(yè)課程對應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)子系統(tǒng)工作原理，促進學(xué)生知識內(nèi)化，同時模擬效果能夠暴露學(xué)生學(xué)習(xí)障礙，呈現(xiàn)需要改進的教學(xué)問題。原理模擬發(fā)現(xiàn)教學(xué)問題，工程教育持續(xù)改進解決教學(xué)問題。最后，提出了遞增式開發(fā)作為實踐教學(xué)設(shè)計，充分解決了實踐教學(xué)項目驗證型的問題。以最小系統(tǒng)為基礎(chǔ)，由內(nèi)核向外層逐步開發(fā)實現(xiàn)各專業(yè)課程對應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)子系統(tǒng)。遞增式開發(fā)，有計劃，有步驟，消除了非技術(shù)因素導(dǎo)致的難度，提升學(xué)生開發(fā)自信，引導(dǎo)學(xué)生深度參與實踐教學(xué)，突出工程教育以學(xué)生為中心。

用工程教育理念指導(dǎo)專業(yè)課程建設(shè)，提高了專業(yè)課程建設(shè)的科學(xué)性。在一定程度上，本研究從根本上回答了教什么、理論教學(xué)和實踐教學(xué)怎樣教的問題，能夠科學(xué)指導(dǎo)專業(yè)課程教學(xué)大綱編制和物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案制定，有利于提高物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。