張志剛 劉美娟 段嗣妍 原帥 李愛華

[摘 要]物聯網專業(yè)是新工科建設的重點專業(yè)，其建立時間短，涉及的專業(yè)知識內容豐富。應根據物聯網專業(yè)人才培養(yǎng)方案規(guī)定的培養(yǎng)目標做好專業(yè)群建設和課程優(yōu)化，針對物聯網工程專業(yè)的特點、課程計劃，充分挖掘現有資源，統(tǒng)籌兼顧，妥善安排，物盡所用，提高實驗室的利用率，同時加快專業(yè)實驗室的建設，使有限的資源利用率最大化。通過校?；ブ约靶Ｆ蠛献鞯姆绞娇梢越鉀Q在物聯網專業(yè)課程建設和實踐教學中遇到教師資源、教師專業(yè)能力，實踐教學資源建設匱乏等諸多問題。

[關鍵詞]物聯網;課程群;課程優(yōu)化;實踐教學

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）08-0072-03

物聯網專業(yè)是新興的以“應用型人才”培養(yǎng)為目標的新工科專業(yè)，是根據我國信息產業(yè)發(fā)展，依據智慧中國的戰(zhàn)略進程發(fā)展提出來的，其富有強烈的時代感。物聯網專業(yè)技術人才是我國信息智能技術發(fā)展急需的人才，缺口很大。據統(tǒng)計，我國未來五年該專業(yè)的人才需求缺口約1000萬，而物聯網專業(yè)從2012年開始建設至今還處于發(fā)展初期，人才培養(yǎng)目標的定位、課程體系的建設、實踐教學環(huán)節(jié)和綜合設計創(chuàng)新能力的培養(yǎng)都需要大量的研究和探討。物聯網專業(yè)課程群的建設和人才培養(yǎng)定位是各高校從事物聯網專業(yè)建設面臨的問題。由于物聯網專業(yè)建設時間不長，各大高校物聯網專業(yè)建設的基礎不同，分別有在自動化、計算機、電子技術、通信工程專業(yè)基礎上建設的，因此存在著培養(yǎng)方向和培養(yǎng)目標的差別。由于教學資源的約束導致課程內容、學時、專業(yè)核心課和專業(yè)課的設置安排不同，特別是物聯網專業(yè)涉及的專業(yè)方向多，可選的課程內容多，在規(guī)定的專業(yè)總學時約束下如何整合課程和課程內容就成了一個主要問題。物聯網工程專業(yè)是一個多學科交叉融合的專業(yè)，其中包括網絡工程、控制系統(tǒng)、計算機應用技術、通信與信息系統(tǒng)、電子科學等[1]。因此，在物聯網專業(yè)課程群的建設中，加強課程內容的整合是非常重要的，同時要在新工科教育的思想下加強實踐教學的研究和探討，保證在專業(yè)建設中做到“課程精，實驗強”[2]。

教育部2018 年1月頒發(fā)的《普通高等學校本科專業(yè)類教學質量國家標準》對物聯網專業(yè)的知識體系和核心課程體系建議中指出，物聯網專業(yè)要“培養(yǎng)學生將基本原理與技術運用于物聯網及其應用系統(tǒng)的規(guī)劃、設計、開發(fā)、部署、運行、維護等工作能力。建議教學內容包含電路與電子技術、標識與感知、物聯網通信、物聯網數據處理、物聯網控制、物聯網信息安全、物聯網工程設計與實施等知識領域的基本內容”[3]。本文在解讀標準的基礎上，根據2017版物聯網專業(yè)人才培養(yǎng)方案，基于我?！皯眯腿瞬排囵B(yǎng)”的目標，對物聯網專業(yè)課程群的專業(yè)課程內容及課程設置優(yōu)化做初步探討，以促進物聯網專業(yè)的建設和發(fā)展。

一、現代交換技術、計算機網絡

2017版物聯網專業(yè)人才培養(yǎng)方案中將計算機網絡與現代交換技術融合成一門課，整合后的課程名稱改為現代交換技術與網絡通信。計算機網絡課程是目前高等學校計算機類和電子信息類本科教學的主要內容，一般選用謝希仁教授編寫的教材。該教材自1989年首次出版以來，曾于1994年、1999年、2003年、2008年和2013年分別出了修訂版。2006年教材通過教育部的評審，被納入普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材;2008年出版的第5版獲得了教育部2009年精品教材稱號;2013年出版的第6版是“十二五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材;2017年發(fā)行的第7版又在第6版的基礎上進行了一些修訂。 教材分為九章，比較全面系統(tǒng)地介紹了計算機網絡的發(fā)展和原理體系結構、物理層、數據鏈路層（包括局域網）、網絡層、運輸層、應用層、網絡安全、互聯網上的音頻/視頻服務，以及無線網絡和移動網絡等內容。該教材從第二章至第五章分別介紹網絡的分層結構及每一層所實現的功能以及網絡協議和工作原理，只是在第一章中簡單提及交換技術的內容?，F代交換技術主要介紹電路交換和分組交換技術以及IP交換技術，是學好網絡通信的知識基礎，是網絡開發(fā)設計的必備知識，掌握交換技術的專業(yè)基礎知識對理解和掌握通信網原理技術是非常重要的。目前已有的介紹有關交換原理及技術方面的教材中，關于網絡分層和網絡協議的內容又偏少，而較好地掌握交換技術和網絡通信技術對于物聯網專業(yè)尤為重要。因此，有機地把它們整合成一門課是有意義的。同時增加二、三層交換機的原理介紹和路由器的工作原理等相關內容，目前各大出版社出版的教材中尚未發(fā)現這樣完美整合到一起的教材，這需要任課教師在課程準備上下足功夫，把上述有關內容進行合理整合或者自編教材。隨著現代通信技術的快速發(fā)展，教材的內容有時過于陳舊，為了培養(yǎng)適應新環(huán)境下物聯網技術人才的需求，在教學內容上可適當取舍，減少電路交換的內容和網絡分層內有些功能的講解，如數據鏈路層的差錯控制等。有些內容可以一帶而過，盡量突出重點，這樣做的目的是讓學生掌握電路交換和分組交換的基本原理和方法、實現并完成信息的交換，讓學生掌握重點內容及實現方法、充分理解同步交換技術和異步交換技術的差異，以提高學生的綜合分析、處理問題的能力。簡化網絡分層的有關具體細節(jié)介紹，重點說明網絡分層在通信系統(tǒng)程序設計開發(fā)及網絡維護管理方面的優(yōu)越性，讓學生了解掌握各層的主要功能和信息在各層的處理過程和目的。在現代交換技術與網絡通信教學過程中可以考慮通過對有關專業(yè)安排2～3次的課程講座，在電路交換、分組交換和IP交換的基礎上，通過課程講座的模式進一步拓展介紹通信技術的新發(fā)展和新思路，包括軟交換技術、移動交換技術和移動通信網絡等。

二、計算機原理與接口技術、單片機原理及接口技術、嵌入式系統(tǒng)與應用

目前高校開設的計算機原理與接口、單片機原理與應用及嵌入式系統(tǒng)設計與開發(fā)教材中有很多重復的內容，這三門課對物聯網專業(yè)都很重要。計算機原理是重要的學科基礎課，單片機原理是學習嵌入式系統(tǒng)的基礎課程，同時也是智能傳感器及其檢測儀表的常用的控制器件。單片機原理與計算機接口技術在感知設備的設計和開發(fā)中又是重要的支撐技術，是從事物聯網感知層產品開發(fā)設計的必備知識。因此，把三門課程合理的整合，按課程的先后順序，通過合理整合去掉彼此重復的課程內容，突出各課程的重點內容，可以降低理論課總的學時數，便于增加實踐教學的內容，提高實踐教學的學時數，這對提高學生的實踐能力以及創(chuàng)新能力都具有重要的意義。

微型機系統(tǒng)與接口是傳統(tǒng)的計算機專業(yè)基礎課程，也是自動化、信息類專業(yè)課程的基礎課。在物聯網工程專業(yè)授課時間的安排上，首先應安排計算機原理與接口技術，重點教學內容是講授基礎知識，主要講解計算機的基本結構和微型計算機的基本結構和系統(tǒng)，CPU的組成結構和工作原理，系統(tǒng)的尋址方式和指令系統(tǒng)，匯編語言程序設計以理論為主，對于接口技術的有關內容可以簡單介紹。接口技術涉及的實踐教學內容多，主要安排在單片機課程之后。接下來安排單片機原理及接口技術課程的學習，重點講授單片機的組成、結構布局和C語言程序設計的內容，對于單片機的匯編語言可簡單介紹。同時加強實踐教學，把計算機接口技術與單片機技術結合起來，通過課程實驗和課程設計，加強學生實踐能力的培養(yǎng)，從設計擴展接口開始逐步到產品的開發(fā)和產品設計，重點在設計方案的選擇比較以及實現，培養(yǎng)學生從產品設計到安裝調試整個過程中分析問題和解決問題的能力。學生在具備較好的微型計算機原理知識和較好的實踐設計能力之后，對接下來學習的嵌入式系統(tǒng)與設計就可以輕松駕馭，應付自如了。嵌入式系統(tǒng)與設計課程在內容上重點介紹與嵌入式操作系統(tǒng)的有關知識及嵌入式系統(tǒng)的設計方法，包括中間件技術。

總體上看，這樣的理論教學內容課時減少，整體內容飽滿充實，避免了內容的重疊;課程內容清晰，學生容易掌握;在保證教學質量的基礎上，理論學時的合理降低也給實踐教學內容的安排創(chuàng)造了條件，更有利于滿足《普通高等學校本科專業(yè)類教學質量國家標準》對人才培養(yǎng)多樣化的要求。

三、RFID技術、短距離無線通信、傳感器網絡技術原理與應用

RFID射頻識別技術是物聯網感知層的主要技術之一。考慮到物聯網專業(yè)培養(yǎng)的重點在于應用，因此在教學內容上可適當降低或者去掉有關原理知識內容的介紹，重點介紹RFID的應用技術。鑒于這門課程安排得比較早，在有限的學時內也不適合過多講解和學習有關的標準、中間件技術等。

短距離無線通信是一門相對比較新的課程，主要講授的是一些最基礎的通信技術， 介紹短距離無線通信技術和通信網絡的技術和應用，內容包括藍牙技術、Wifi技術、UWB技術和ZigBee技術。作為物聯網專業(yè)掌握通信層知識的基礎入門級課程，在選擇上主要講授前三種知識及應用，綜合考慮到接下來的無線傳感器網絡課程的設置，可以把ZigBee技術的內容安排到傳感器網絡中重點介紹，并結合課程實驗加強實踐教學。

在教學安排上，短距離無線通信與RFID射頻識別技術一起各設置16學時的教學內容，分別安排在小學期（第二、第三學期）。

無線傳感器網絡技術原理與應用是物聯網感知層的重要的專業(yè)基礎課程，在課程內容上重點介紹無線傳感器網絡的控制和覆蓋技術、傳感器網絡的通信和組網技術、傳感器網絡支撐技術、傳感器網絡的技術標準和ZigBee協議標準。設置了移動通信或者無線移動互聯網的學校課程可考慮對課程內容進行適當取舍，避免重復教學。

四、實踐教學與實驗室建設

實踐教學是新版《普通高等學校本科專業(yè)類教學質量國家標準》和新版專業(yè)人才培養(yǎng)方案強化的重點內容，也是實現新工科教育概念下重點建設的內容。物聯網工程作為一個新興本科專業(yè)，它不以理論為主導，而重點在于工程應用[4]。物聯網工程專業(yè)自2012年開始創(chuàng)建，至今陸續(xù)在全國各高校招生，隊伍不斷擴大。綜合國內各高校物聯網工程專業(yè)建設的情況，新專業(yè)建設主要是依托計算機專業(yè)、自動化專業(yè)和電子科學與技術等信息類專業(yè)為基礎建設的。由于建設時間短，專業(yè)建設的基礎不同，因此，在實踐教學中實驗課程的設置和綜合創(chuàng)新類實驗的配置各異，重點各異。如何根據物聯網專業(yè)人才的需求，根據現有的師資條件開設出有關實踐教學的課程，準確定位，辦出特色，是應用型高校值得深入思考和研究的重點問題。

我院的物聯網工程專業(yè)是在計算機科學與技術、電子信息科學與技術、通信工程專業(yè)的基礎上建設的。針對物聯網工程專業(yè)的特點、課程計劃，我院充分挖掘現有資源，合理利用現有教學資源，統(tǒng)籌兼顧，妥善安排，物盡所用，提高實驗室的利用率，同時加快專業(yè)實驗室建設。在制定人才培養(yǎng)方案時，我們統(tǒng)籌考慮，使有限的資源利用率最大化。在專業(yè)基礎課程中，硬件課程電路理論與分析、模擬電子技術、數字電子技術等基礎課程分別由電子科學與技術專業(yè)實驗室承擔，軟件類課程如高級語言程序設計、數據結構等課程的實驗由計算機科學與技術專業(yè)實驗室承擔;對專業(yè)基礎課程的實驗則部分由上述兩個實驗室承擔，如嵌入式系統(tǒng)、Java語言等;部分專業(yè)課程的實驗通過對現有實驗室進行局部改造以滿足物聯網專業(yè)基礎實驗的需求，而有關網絡技術、通信類課程則由通信工程專業(yè)實驗室承擔。對于物聯網專業(yè)特有的一些課程則爭取資金，加強建設，如RFID實驗、短距離無線通信技術、傳感器網絡實驗，以及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)綜合技術實驗室等。

五、校企聯合與專業(yè)實踐教學

2018版《計算機類教學質量國家標準》指出，物聯網工程專業(yè)是培養(yǎng)學生將基本原理與技術運用于物聯網及其應用系統(tǒng)的規(guī)劃、設計、開發(fā)、部署、運行、維護等工作的能力，培養(yǎng)以現有技術實現實際應用的專門人才，強調的是學生的應用創(chuàng)新能力和工程創(chuàng)新能力[5]。社會上物聯網工程專業(yè)人才短缺，同樣，在物聯網專業(yè)課程建設和實踐教學中也存在教師資源、教師專業(yè)能力、實踐教學資源建設匱乏等諸多問題。如何解決這些棘手的問題也是物聯網專業(yè)建設過程中必須面對的。實踐證明，通過校?；ブ约靶Ｆ蠛献骺梢圆糠纸鉀Q這些問題。

首先，通過加強與校本部的橫向合作，加強與校本部的橫向聯系，充分利用校本部的教學資源，對教學實驗課程暫時力爭在本部實驗室解決。目前，RFID射頻識別技術、短距離無線通信技術、無線傳感器網絡技術原理與應用的課程實驗均安排在本部的實驗室完成。

其次，在師資力量上，加強落實工程師進校園計劃，聘請企業(yè)有實力的工程師承擔對部分專業(yè)基礎及專業(yè)課程的授課任務。

而針對課程設計和專業(yè)實習等實踐課程的實施，我們先后與中興通信亞太培訓基地、華清遠見濟南分公司合作，解決了部分實踐教學落實中的難題。借助企業(yè)的力量，物聯網工程專業(yè)的實踐教學困難得到了緩解。同時我們積極推進與學院管理部門的溝通，加強學院自身實驗室建設的速度，加強實踐教學課程資源整合和建設的規(guī)模。

六、結束語

物聯網工程專業(yè)課程群的建設涉及的內容多而廣，本文只是介紹了部分內容，主要涉及硬件技術。而物聯網工程專業(yè)所涉及的軟件技術，包括傳統(tǒng)的數據結構、面向對象的程序設計及應用、Java程序設計以及現代的數據融合與挖掘、云計算、大數據等課程的內容均對物聯網專業(yè)的技術人才培養(yǎng)非常重要。對這些課程的整合和優(yōu)化也是非常必要的，需要廣大的物聯網專業(yè)的教師付出更多的努力，在課程的性質、課程的內容、學時等方面安排得更加合理，以便于學生學習理解和掌握，達到讓學生學以致用的目的。新版的物聯網工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案增加了專業(yè)新技術講座課程，這可根據實際需要靈活安排，強化對現代專業(yè)新知識、新技術及專業(yè)發(fā)展趨勢和方向的拓展。

隨著信息技術、就業(yè)需求和高校教學理念的不斷更新，在課程群建設中，采取“弱化教師課堂，加強實驗實踐動手環(huán)節(jié)，鼓勵自主創(chuàng)新學習，推動課外創(chuàng)新和課內教學的教學模式”[6]等一系列教學改革和實踐，必將探索出適合物聯網工程專業(yè)人才培養(yǎng)的教學模式和完善的課程群建設思路。

[參考文獻]

[1] 王鑫，張鈺，唐成華，劉建明. 物聯網工程專業(yè)硬件課程體系建設的研究[J].中國教育技術裝備，2014（12）：7-10.

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

[3] 姜穎，劉國麗，劉佳.物聯網工程專業(yè)課程體系的探索與研究[J].時代教育，2013（17）：127-128.

[4] 教育部高等學校教學指導委員會.普通高等學校本科專業(yè)類教學質量國家標準[M].北京：高等教育出版社，2018：325-326.

[5] 朱俊嶺，邵平，王俊波，等.物聯網專業(yè)學生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的探索[J].教育教學論壇，2015（8）：152-153.

[6] 吳珺，王春枝，葉志偉.物聯網創(chuàng)新班課程體系與專業(yè)能力培養(yǎng)研究[J].教育教學論壇，2017（20）：106-107.

[責任編輯：陳 明]