龍 浩，李 媛

（北京聯(lián)合大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，北京 100101）

應(yīng)用型本科物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建

龍 浩，李 媛

（北京聯(lián)合大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，北京 100101）

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)是國家新設(shè)置的學(xué)科專業(yè)方向，涉及檢測、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信、操作系統(tǒng)、電子技術(shù)、控制等多個(gè)交叉學(xué)科知識(shí)領(lǐng)域，每個(gè)學(xué)校對(duì)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)都處于探索階段。針對(duì)應(yīng)用型本科高等院校如何開展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)踐教學(xué)的問題，構(gòu)建了包括基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、項(xiàng)目綜合實(shí)踐、學(xué)生科技、競賽活動(dòng)的多層次教學(xué)體系，對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐能力的訓(xùn)練，大大增強(qiáng)了學(xué)生實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力。

應(yīng)用型本科;物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);實(shí)踐教學(xué)

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)是通過傳感器、射頻識(shí)別、全球定位系統(tǒng)等技術(shù)，實(shí)時(shí)采集任何需要監(jiān)控、連接、互動(dòng)的物體或過程，采集其聲、光、熱、電、力學(xué)、化學(xué)、生物、位置等各種需要的信息，通過各類可能的網(wǎng)絡(luò)接入，實(shí)現(xiàn)物與物、物與人的泛在鏈接，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品和過程的智能化感知、識(shí)別和管理。物聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展到一定階段后出現(xiàn)的一種聚合性應(yīng)用與技術(shù)提升，涵蓋通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)等信息領(lǐng)域?qū)拸V的專業(yè)知識(shí)，因此被稱為信息技術(shù)的第三次革命性創(chuàng)新。2009年8月溫總理提出“感知中國”以來，物聯(lián)網(wǎng)被正式列為國家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一，寫入“政府工作報(bào)告”［1］?！秶抑虚L期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)化(2006—2020年)》和“新一代寬帶移動(dòng)無線通信網(wǎng)”重大專項(xiàng)中均將傳感網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)列入重點(diǎn)研究領(lǐng)域［2］。為此，2010年教育部批準(zhǔn)30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。培養(yǎng)應(yīng)用型本科高科技人才更應(yīng)將理論應(yīng)用于實(shí)踐，通過設(shè)置合理的綜合實(shí)踐系統(tǒng)，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，響應(yīng)教育部對(duì)高等學(xué)校培養(yǎng)應(yīng)用型、復(fù)合型和拔尖創(chuàng)新人才的要求。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)分為感知層、傳輸層與應(yīng)用層技術(shù)［3-8］。

(1)感知層技術(shù)。感知是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，感知層主要作用是物品標(biāo)識(shí)和信息的智能采集，由基本的感應(yīng)器(例如RFID標(biāo)簽和讀寫器、各類傳感器、攝像頭、條形碼)和識(shí)讀器組成［5］。感知層技術(shù)主要包括RFID技術(shù)、傳感器技術(shù)、音視頻采集技術(shù)、條碼技術(shù)等，其中RFID技術(shù)和傳感器技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。

(2)傳輸層技術(shù)。傳輸層是物聯(lián)網(wǎng)感知層接入、信息交換與傳遞的通路，在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中起呈上啟下的作用，是實(shí)現(xiàn)物物互聯(lián)、協(xié)同和互動(dòng)的關(guān)鍵［7］。傳輸層技術(shù)包括 ZigBee、UWB、Bluetooth等近距離通訊技術(shù)，Wi-Fi、LAN等局域通訊技術(shù)，以及WCDMA、TDSCDMA、HSDPA等廣域通訊技術(shù)。

(3)應(yīng)用層技術(shù)。應(yīng)用層技術(shù)主要體現(xiàn)為各種應(yīng)用解決方案，是物聯(lián)網(wǎng)的信息處理層，由中間件平臺(tái)(業(yè)務(wù)支撐平臺(tái))、網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)、信息處理平臺(tái)、服務(wù)支撐平臺(tái)等組成，完成協(xié)同、管理、計(jì)算、存儲(chǔ)、分析、挖掘、以及提供面向行業(yè)和大眾用戶的服務(wù)等功能。典型技術(shù)包括中間件技術(shù)、虛擬技術(shù)、海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與檢索、云計(jì)算服務(wù)模式、SOA系統(tǒng)架構(gòu)方法等先進(jìn)技術(shù)和服務(wù)模式［8-9］。

2 實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建

構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)體系應(yīng)遵循由簡單到復(fù)雜、由驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)到設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，由單一的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容到綜合實(shí)踐、課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，實(shí)踐與課外科技，競賽活動(dòng)相結(jié)合的基本思路［10-11］;相應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)體系可分為4個(gè)層次:基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、項(xiàng)目綜合實(shí)踐、學(xué)生科技、競賽活動(dòng)。

(1)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)。針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)所必須掌握的各項(xiàng)技術(shù)技能，以軟件和硬件結(jié)合的方式，通過基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握嵌入式開發(fā)平臺(tái)IAR使用方法;單片機(jī)CC2530的定時(shí)器、中斷、串口通信、A/D，D/A轉(zhuǎn)換等使用方法;應(yīng)用CC2530及相應(yīng)模塊采集傳感器信號(hào)(如光電、溫濕度等信號(hào))，掌握各種傳感器的使用;RFID標(biāo)簽讀寫操作、條形碼讀寫操作等。

(2)綜合性實(shí)驗(yàn)。針對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)連接功能，選用嵌入式芯片STM32F103VC，該處理器的主要功能是，傳感器數(shù)據(jù)采集處理和發(fā)送，接收CC2530的控制指令以對(duì)相應(yīng)外設(shè)進(jìn)行控制操作。開發(fā)軟件選用德國的KEIL公司推出的 Real View MDK-RVMDK，其支持ARM7、ARM9和最新的Cortex-M3核處理器，自動(dòng)配置啟動(dòng)代碼，集成Flash燒寫模塊，強(qiáng)大的Simulation設(shè)備模擬，性能分析等功能［10-11］。目前，實(shí)驗(yàn)室設(shè)置了Z-STACK點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、Z-STACK星狀網(wǎng)通信、Z-STACK MESH網(wǎng)通訊等實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生掌握物聯(lián)網(wǎng)無線通信(WIFI、ZIGBEE)技術(shù)及相關(guān)終端技術(shù)開發(fā)技能。

(3)項(xiàng)目綜合實(shí)踐。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相關(guān)知識(shí)融合，引入項(xiàng)目案例，設(shè)置綜合性物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)實(shí)踐內(nèi)容。目前，實(shí)驗(yàn)室設(shè)置了WIFI小車移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)項(xiàng)目、基于短信的數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)項(xiàng)目、基于ZIGBEE的智能家居窗簾管理系統(tǒng)項(xiàng)目，智慧交通、智慧城市管理系統(tǒng)項(xiàng)目等，使學(xué)生綜合掌握物聯(lián)網(wǎng)的綜合設(shè)計(jì)開發(fā)技能［12-13］。

(4)學(xué)生科技、競賽活動(dòng)。大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)是近年來教育部提侶的實(shí)踐學(xué)習(xí)方式之一，針對(duì)電子信息類的科技活動(dòng)有:全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)、全國大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”科技作品競賽，學(xué)校設(shè)立了“啟明星”大學(xué)生科技創(chuàng)新資助項(xiàng)目，面向優(yōu)秀高年級(jí)學(xué)生、參加各種電子設(shè)計(jì)競賽的學(xué)生，支持學(xué)生開展科研立項(xiàng)，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。行業(yè)內(nèi)一些知名企業(yè)也設(shè)立了學(xué)生科技活動(dòng)競賽，專業(yè)教師鼓勵(lì)、支持和指導(dǎo)學(xué)生參加這些競賽是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的一個(gè)有效途經(jīng)。

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。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，學(xué)生進(jìn)入專業(yè)課程學(xué)習(xí)后，經(jīng)過基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、專項(xiàng)綜合實(shí)踐、學(xué)生科技、競賽活動(dòng)的訓(xùn)練，大大增強(qiáng)了實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力。該實(shí)踐體系還能夠?yàn)橛?jì)算機(jī)，自動(dòng)化等相關(guān)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)。

為做到“學(xué)以致用”，合理設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)綜合實(shí)踐教學(xué)體系，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，需進(jìn)一步調(diào)研、規(guī)劃、完善和實(shí)踐。

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Construction of the Practical Teaching System for Internet of Things in Application-Oriented Universities

LONG Hao，LI Yuan
(College of Automation，Beijing Union University，Beijing 100101，China)

The major internet of things is set by country for the first time.It involves lots of disciplinary knowledge such as detection，computer，network communication，operating system，electronic technique，automation control.Many universities are exploring the constructions of practical teaching system to improve students’technical skills.This paper analyzed the problem of developing the experimental and practical teaching in internet of things technology of applicationoriented colleges and universities，put forward a four-stage experimental and practice teaching system.Through the fourstage practice，such as specialty basic experiment，synthetic experiment，special project synthetic practice and extracurricular scientific innovation activity and contest，students’practical ability and creative ability were enhanced obviously.

application-oriented universities;internet of things technology;experimental and practice teaching

G 642.0

A

1006－7167(2014)05－0160－03

2013－07－11

北京高等學(xué)校青年英才計(jì)劃項(xiàng)目資助(YETP1760);北京聯(lián)合大學(xué)教育教學(xué)研究與改革項(xiàng)目;北京聯(lián)合大學(xué)2011“人才強(qiáng)?！庇?jì)劃資助(11102501102)

龍 浩(1980－)，女，河北秦皇島人，碩士，講師，教學(xué)及科研秘書，主要研究方向:物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)控制。

Tel.:13693158561;E-mail:longhao315@126.com