文章編號(hào)：1672-5913(2011)23-0021-05 中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
　　
　　摘 要：通過分析物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)，研究物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)踐教學(xué)體系，提出“面向教學(xué)、面向科研，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的人才”的指導(dǎo)方針，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐中心的架構(gòu)和物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)進(jìn)行了研究，根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了物聯(lián)網(wǎng)分層次實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容。將課程知識(shí)與工程應(yīng)用緊密結(jié)合，注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。
　　關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；教學(xué)；實(shí)踐
　　
　　
　　1 背景
　　物聯(lián)網(wǎng)是以感知為目的，實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物全面互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。在自然災(zāi)害檢測(cè)與預(yù)防、環(huán)境監(jiān)測(cè)、交通物流、城市管理、醫(yī)療護(hù)理等各方面，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)都有著廣泛的需求和應(yīng)用前景[1-2]?！秶?guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃(2006-2020年)》[3]和“新一代寬帶移動(dòng)無線通信網(wǎng)”重大專項(xiàng)[4]中均將傳感網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)列入重點(diǎn)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(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的核心驅(qū)動(dòng)力。加快發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)不僅是提升我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力、發(fā)展創(chuàng)新型經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略選擇，也是改造提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、促進(jìn)兩化融合、提升社會(huì)信息化水平的重要抓手，對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)生活都將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
　　我國(guó)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(guó)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的一個(gè)瓶頸，因此培養(yǎng)與國(guó)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(wù)，已成為“兩化”融合過程中的一項(xiàng)重要工作。為此，2010年教育部批準(zhǔn)三十所高校首批設(shè)立了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)。
　　
　　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)涉及多個(gè)學(xué)科，這些跨學(xué)科知識(shí)的融合和貫通必須通過實(shí)踐來進(jìn)行。通過提供優(yōu)質(zhì)的實(shí)驗(yàn)條件和豐富的實(shí)驗(yàn)資源，進(jìn)行多層次的實(shí)踐教學(xué)，才能培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，為其成為高素質(zhì)應(yīng)用型人才、復(fù)合型人才和拔尖創(chuàng)新人才奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　2 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)體系研究
　　目前，國(guó)內(nèi)和國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)內(nèi)高校和同行都認(rèn)為抓住物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)研究、專業(yè)建設(shè)和人才培養(yǎng)的先機(jī)，是我國(guó)新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切需求，也是我國(guó)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(dá)國(guó)家的一次機(jī)遇。
　　為適應(yīng)我國(guó)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(xué)作為首批增設(shè)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(shì)，制定了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的培養(yǎng)計(jì)劃，培養(yǎng)符合“兩化”融合需要、掌握扎實(shí)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、具有創(chuàng)新精神和較強(qiáng)實(shí)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(guó)信息化建設(shè)做出貢獻(xiàn)。在建立物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)體系方面，包括以下幾個(gè)主要方面。
　　2.1 明確實(shí)踐教學(xué)的指導(dǎo)方針
　　在實(shí)踐教學(xué)中，需要貫徹“面向教學(xué)、面向科研，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的人才”的指導(dǎo)方針，將基礎(chǔ)研究和工程性研究相結(jié)合，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力為使命。高度重視實(shí)踐環(huán)節(jié)，推進(jìn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降母母锖蛣?chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、分析問題和解決問題的能力；組織學(xué)生積極參與科學(xué)研究，進(jìn)行創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐，提升學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力；與社會(huì)、行業(yè)以及企事業(yè)單位共同建設(shè)實(shí)習(xí)、實(shí)踐教學(xué)基地，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作。以此為指導(dǎo)，建立如圖1所示的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)體系。
　　
　　2.2 建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐教育中心
　　南京航空航天大學(xué)成立了物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐教育中心，將原有的計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、信息安全實(shí)驗(yàn)室、嵌入式實(shí)驗(yàn)室、單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室以及與企業(yè)合辦的聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室都納入到物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐教育中心，并新建物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，包括：物聯(lián)網(wǎng)感知實(shí)驗(yàn)室、物聯(lián)網(wǎng)接入實(shí)驗(yàn)室和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室。這些校內(nèi)實(shí)驗(yàn)資源和新聯(lián)電子、南京熊貓以及東軟等企業(yè)的實(shí)踐實(shí)訓(xùn)平臺(tái)將統(tǒng)一整合到物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐教育中心。
　　2.3 建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室
　　對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)工程方面的各個(gè)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，采用如下的建設(shè)思路。
　　1) 滿足物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程建設(shè)需要。滿足物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)導(dǎo)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(luò)、M2M技術(shù)概論、物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)、FPAG原理及應(yīng)用、DSP原理及應(yīng)用等專業(yè)核心課程的需要。學(xué)生通過物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，可以更好地感知物聯(lián)網(wǎng)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)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(tái)。在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室建立過程中，一方面可以購(gòu)買物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)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(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，配套編制實(shí)驗(yàn)手冊(cè)，從而整個(gè)專業(yè)實(shí)驗(yàn)凸顯特色和亮點(diǎn)。
　　3) 注重與原有實(shí)驗(yàn)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(jì)算機(jī)專業(yè)的信息安全實(shí)驗(yàn)室、軟件能力綜合訓(xùn)練開放實(shí)驗(yàn)室等均可以與物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室集成起來，使得設(shè)備與實(shí)驗(yàn)打通，不重復(fù)投資。同時(shí)，充分利用校園網(wǎng)內(nèi)的計(jì)算環(huán)境，力爭(zhēng)形成云計(jì)算環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)從底層感知到中間網(wǎng)絡(luò)傳輸以及上層云計(jì)算的整體物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境。
　　4) 以學(xué)科研究和行業(yè)背景為基礎(chǔ)，建設(shè)面向行業(yè)特色的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。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(diǎn)技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；面向航空制造的大飛機(jī)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的智能無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；面向民航管理的機(jī)場(chǎng)噪聲感知與分析系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
　　2.4 設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容
　　在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容上，一是突出知識(shí)的綜合運(yùn)用能力培養(yǎng)，二是突出物聯(lián)網(wǎng)工程系
　　
　　統(tǒng)分析設(shè)計(jì)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(shè)立多個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。三是突出團(tuán)隊(duì)精神和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合科研項(xiàng)目開展創(chuàng)新性課題研究，使學(xué)生受到嚴(yán)格的工程訓(xùn)練，強(qiáng)化培養(yǎng)了學(xué)生的科研素養(yǎng)、工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。
　　在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)方面，新增的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要包括感知實(shí)驗(yàn)、接入實(shí)驗(yàn)和綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)(如圖3所示)。
　　物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)實(shí)驗(yàn)包括傳感器實(shí)驗(yàn)和傳感網(wǎng)實(shí)驗(yàn)。傳感器實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)在于掌握傳感器的應(yīng)用，能夠完成接口電路設(shè)計(jì)、傳感器信息采集和信號(hào)分析。傳感網(wǎng)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生著重學(xué)習(xí)傳感網(wǎng)絡(luò)相關(guān)知識(shí)，能夠進(jìn)行通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、通信幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、通信協(xié)議分析和簡(jiǎn)單的通信協(xié)議設(shè)計(jì)。
　　
　　物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中包含多種射頻識(shí)別和傳感器節(jié)點(diǎn)以及路由器網(wǎng)絡(luò)等硬件，以及網(wǎng)絡(luò)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(luò)管理、傳感器和射頻識(shí)別信息處理，通過不同無線和有線網(wǎng)絡(luò)路徑，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)的中心服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)和互聯(lián)網(wǎng)；并利用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控軟件，在PC上完成網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理。
　　物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)包括傳感器、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字控制系統(tǒng)、應(yīng)用軟件系統(tǒng)等各個(gè)組成環(huán)節(jié)，模擬物聯(lián)網(wǎng)的真實(shí)應(yīng)用，能夠讓學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的各種組件和應(yīng)用有更為深刻的理解。
　　在具體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中，把課程實(shí)驗(yàn)分為必做實(shí)驗(yàn)和選做實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行分層次的教學(xué)。第一層次為基本驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)最基本的“感知”特征，首先讓學(xué)生能夠感知物聯(lián)網(wǎng)。這些感知由課程的基本實(shí)驗(yàn)課完成，對(duì)理論教學(xué)的單點(diǎn)理論、知識(shí)、概念進(jìn)行認(rèn)知、驗(yàn)證、操作訓(xùn)練，加深對(duì)課堂理論教學(xué)各知識(shí)點(diǎn)、概念的理解和鞏固。第二層次為綜合型實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容覆蓋課程的多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)一步加深知識(shí)體系的理解和運(yùn)用，做到融會(huì)貫通。第三層次為設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，給定明確的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，要求學(xué)生運(yùn)用一門或幾門相關(guān)課程理論、知識(shí)、概念、技術(shù)，進(jìn)行系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能力。第四層次為研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，為部分優(yōu)秀學(xué)生設(shè)置，他們可以根據(jù)自己的愛好進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，特別是創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室或大學(xué)生科技中心完成自己擬定的課題和學(xué)生創(chuàng)新基金項(xiàng)目，或參加教師的科研項(xiàng)目。
　　
　　這種分層次多類別的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，一方面能夠保證進(jìn)入該體系的學(xué)生具有基本的實(shí)踐能力，達(dá)到基本的專業(yè)要求；另一方面，為學(xué)有余力的學(xué)生提供了創(chuàng)新實(shí)踐的平臺(tái)，達(dá)到因材施教的目的。
　　2.5 開放實(shí)驗(yàn)，服務(wù)本碩
　　物聯(lián)網(wǎng)工程的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)不僅能夠服務(wù)于物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)，由于其專業(yè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)置是以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，因此計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)實(shí)踐也可以充分利用其實(shí)驗(yàn)環(huán)境，培養(yǎng)本科生的工程實(shí)踐能力和研究生的科研能力。
　　
　　圖4是目前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)方面的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的主體是對(duì)路由器、交換機(jī)、防火墻的基本配置和安全設(shè)置，內(nèi)容上側(cè)重了有線網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)及工程應(yīng)用。圖3中物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的“接入實(shí)驗(yàn)”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(cè)試，并且有Android開發(fā)平臺(tái)，可以開發(fā)基于手機(jī)的各種應(yīng)用，這些內(nèi)容都可以充實(shí)到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容中，既可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又可以使其對(duì)網(wǎng)絡(luò)有更深入的理解。
　　在實(shí)驗(yàn)課程之外，學(xué)生可以加做或補(bǔ)做任何課程實(shí)驗(yàn)，也可以做自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，或根據(jù)自己的興趣進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)創(chuàng)新。對(duì)于優(yōu)秀學(xué)生和研究生，可以進(jìn)一步通過學(xué)生創(chuàng)新基金項(xiàng)目和參與教師科研課題而進(jìn)入創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究和開發(fā)。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室采用以學(xué)生管理為主、教師管理為輔的管理模式，每天都有專人(學(xué)生)在實(shí)驗(yàn)室值班，進(jìn)行日常管理，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的同時(shí)，也鍛煉了他們實(shí)驗(yàn)室維護(hù)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(gè)學(xué)科，因此通過實(shí)踐教學(xué)將這些跨學(xué)科知識(shí)的融合和貫通尤為重要。我們將通過提供優(yōu)質(zhì)的實(shí)驗(yàn)條件和豐富的實(shí)驗(yàn)資源，進(jìn)行多層次的實(shí)踐教學(xué)。在整個(gè)實(shí)踐教學(xué)體系中包括了整體知識(shí)體系的構(gòu)建和基本工程能力訓(xùn)練，通過多種實(shí)踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)、實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)，為培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才、復(fù)合型人才和拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。該實(shí)踐體系還能夠?yàn)橛?jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生提供更為專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，為培養(yǎng)學(xué)生發(fā)揮更大的作用。
　　今后我們將不斷在教學(xué)實(shí)踐中積累經(jīng)驗(yàn)，發(fā)展、完善該實(shí)踐教學(xué)體系，并根據(jù)業(yè)界發(fā)展趨勢(shì)調(diào)整教學(xué)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展與教學(xué)相結(jié)合，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生專業(yè)能力的培養(yǎng)。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
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