董 俊，魏書寧，鄧月明，張連明

（湖南師范大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長沙 410081）

0 引 言

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級，“移動互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)、云計算、虛擬現(xiàn)實、5G和人工智能等新一代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，以及科技和產(chǎn)業(yè)革命的新一輪蓄勢待發(fā)，對現(xiàn)代教育產(chǎn)生了深遠影響。新工科具有強化人才培養(yǎng)的新模式、改善傳統(tǒng)工科形式的新結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)新型綜合性工程的新理念以及提升學(xué)科專業(yè)強化性的新質(zhì)量。可見，新時代對于人才的需求引起新工科教育的不斷變革和創(chuàng)新，新工科人才的培養(yǎng)和業(yè)態(tài)轉(zhuǎn)型、行業(yè)需求發(fā)展的趨勢需要保持一致。

1 物聯(lián)網(wǎng)通信類課程改革背景

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)是目前發(fā)展應(yīng)用前景較為廣泛的產(chǎn)業(yè)，后續(xù)發(fā)展中對于高素質(zhì)人才的需求缺口較大。我國先后提出了“互聯(lián)網(wǎng)+”等重大戰(zhàn)略決策，且高校人才培養(yǎng)目標(biāo)和定位必須要與國家發(fā)展戰(zhàn)略高度吻合。近年來，我國已有上百所高校開設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)。隨著移動通信技術(shù)的快速發(fā)展，對物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)類課程在內(nèi)容設(shè)置上提出了新的要求，需要其緊跟前沿技術(shù)和行業(yè)發(fā)展趨勢。在課程設(shè)置上，物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)類課程是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)，從課程性質(zhì)來看，也最能夠體現(xiàn)出物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)“物物相連”的特點。另外，在教學(xué)內(nèi)容上，新工科背景下物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)課程內(nèi)容應(yīng)以互聯(lián)互通為主線，課程體系設(shè)計應(yīng)包含通信原理知識、技術(shù)應(yīng)用和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)集成等三個方面。

2 物聯(lián)網(wǎng)通信類課程統(tǒng)籌規(guī)劃與建設(shè)

物聯(lián)網(wǎng)是一門集電子、通信和計算機的交叉學(xué)科，而通信技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)。在課程教學(xué)過程中，要將企業(yè)的最新研發(fā)成果與教學(xué)相結(jié)合，提升學(xué)生的實踐能力，有利于學(xué)生更好地理解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，從而更有效地培養(yǎng)與企業(yè)對接的應(yīng)用型人才。很多高校也從不同角度積極進行專業(yè)和課程教學(xué)改革。其中，課堂教學(xué)是學(xué)校教育教學(xué)的核心，當(dāng)前基于信息技術(shù)發(fā)展的深度融合已經(jīng)成為發(fā)展趨勢，越來越多的教育工作者也在不斷改變教學(xué)方式。如章立亮基于產(chǎn)教融合的理念對新工科的建設(shè)提出了改革實踐探索方案；范小嬌等基于信息化技術(shù)手段雨課堂的運用，探討了雨課堂在物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用課程教學(xué)中的應(yīng)用效果；張連明等從企業(yè)需求角度出發(fā)，探討了企業(yè)對于物聯(lián)網(wǎng)工程師所需的知識體系結(jié)構(gòu)，設(shè)計了較為完備的課程體系。

物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)相關(guān)課程主要包括通信原理、無線傳感網(wǎng)絡(luò)、短距離無線通信等核心課程。一般來說，通信原理測重于通信的基礎(chǔ)理論教學(xué)；短距離通信主要側(cè)重于RFID、藍牙、ZigBee和可見光通信等幾種短距離通信技術(shù)應(yīng)用教學(xué)，且主要偏向于硬件；無線傳感網(wǎng)主要側(cè)重于幾種短距離通信的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和軟件控制部分。在新形勢下，則須串聯(lián)各門課程的知識點，使之成為一個系統(tǒng)的整體，保持物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)體系的完整性，這也符合物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)特色的發(fā)展需求。

2.1 新興通信技術(shù)引入課堂教學(xué)

將物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)課程中新興的LoRa、NB-IoT等相關(guān)技術(shù)引入課堂教學(xué)。其中，LoRa技術(shù)誕生于2013年，它是一種新型芯片，可以實現(xiàn)基于1 GHz以下的超長距低功耗數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。同時，與業(yè)界其他先進水平的sub-GHz芯片相比，LoRa最高的接收靈敏度改善了20 dB以上，從而確保了網(wǎng)絡(luò)連接可靠性。NB-IoT是指窄帶物聯(lián)網(wǎng)（Narrow Band-Internet of Things）技術(shù)，它具有低功耗、廣域覆蓋、低成本、大連接等特點。2016年NB-IoT技術(shù)協(xié)議被3GPP無線接入網(wǎng)（RAN）技術(shù)規(guī)范組會議通過。兩種新興通信技術(shù)可廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)各類場景，如遠距離抄表、智慧農(nóng)業(yè)、定位與跟蹤、智慧醫(yī)療等。在物聯(lián)網(wǎng)通信課程中急需補充拓展這兩種新興技術(shù)。

2.2 5G通信引入課堂教學(xué)

隨著物聯(lián)網(wǎng)時代的到來以及其他領(lǐng)域的應(yīng)用需求的增加，比如醫(yī)療健康等特殊需求，新型移動通信網(wǎng)絡(luò)—5G通信網(wǎng)絡(luò)受到廣泛關(guān)注，5G通信網(wǎng)絡(luò)能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的核心需求，即海量連接和低時延。因此，5G通信技術(shù)是推動物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的核心推力。將與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)未來發(fā)展息息相關(guān)的5G通信技術(shù)引入物聯(lián)網(wǎng)通信課程的教學(xué)中是非常必要的。此外，除了考慮培養(yǎng)學(xué)生的新興技術(shù)和專業(yè)知識，還需要加強學(xué)生的能力和職業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)。只有基于這些目標(biāo)展開相應(yīng)課程體系的教學(xué)，才能使學(xué)生明白“為什么學(xué)”，老師也能清楚“為什么教”。

3 物聯(lián)網(wǎng)通信課程教學(xué)模式的創(chuàng)新

3.1 基于體驗實踐的實驗教學(xué)模式

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的快速發(fā)展離不開通信、計算機以及電子等相關(guān)領(lǐng)域的研究探索，與此同時又有自身的顯著特性。因此，在教學(xué)過程中，要注重基于體驗實踐的實驗教學(xué)模式。可以通過建立“物聯(lián)網(wǎng)通信綜合演示實訓(xùn)中心”，讓學(xué)生感性體驗實驗課課程，從而將物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的特色與其他計算機、通信類專業(yè)進行有效區(qū)分；同時利用學(xué)校與企業(yè)聯(lián)合共建的物聯(lián)網(wǎng)通信平臺示范基地，讓學(xué)生提前認(rèn)識、學(xué)習(xí)專業(yè)內(nèi)的應(yīng)用設(shè)備，激發(fā)學(xué)生興趣。通過引入基于體驗實踐的優(yōu)質(zhì)資源，建設(shè)一流的軟硬件和教學(xué)資源平臺，提升對于產(chǎn)業(yè)人才的培養(yǎng)能力。針對工科專業(yè)的基礎(chǔ)課程體系進行整合、優(yōu)化、重組，對核心課程資源實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共享，實現(xiàn)在線授課，建成符合工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的課程評價體系。

3.2 精品實踐案例的通信課程教學(xué)模式

對于概念和應(yīng)用寬泛的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)而言，其通信類課程還可以采用精品案例教學(xué)的模式。學(xué)生可以適當(dāng)結(jié)合自身的專業(yè)特長和興趣特點，通過了解國內(nèi)外前沿技術(shù)，選擇適合自己的研究方向，以小組研究的形式開展精品實踐案例學(xué)習(xí)。這不僅可以充分利用現(xiàn)有資源，更能體現(xiàn)針對性，且學(xué)生容易入門。在教學(xué)過程中，通過某個具體精品案例展示，也能夠充分體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的知識體系。

為了使學(xué)生更容易掌握智能家居相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，在課程案例教學(xué)上，應(yīng)從小系統(tǒng)學(xué)習(xí)出發(fā)。引導(dǎo)學(xué)生以基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng)的案例教學(xué)為例，在智能家居中融合無線通信技術(shù)、自動化控制技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及傳感器技術(shù)于一體，形成物物相連、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的家居控制系統(tǒng)，將家中的各種設(shè)備以家庭網(wǎng)絡(luò)的形式連接到一起，從而實現(xiàn)全方位的信息交互。該精品方案以智能家居系統(tǒng)為例引出物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，在物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)等方面對學(xué)生進行指導(dǎo)。結(jié)合實際系統(tǒng)的通信技術(shù)應(yīng)用，呈現(xiàn)出實踐性強、效率高等特點，讓學(xué)生對學(xué)習(xí)的內(nèi)容印象更深刻。

3.3 信息技術(shù)支持的精準(zhǔn)教學(xué)模式

精準(zhǔn)教學(xué)模式旨在通過課程過程觀測、數(shù)據(jù)收集來追蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)并為教學(xué)提供數(shù)據(jù)決策支持。按照所設(shè)計的教學(xué)模式，在物聯(lián)網(wǎng)通信課程中展開教學(xué)實踐，研究每個階段的教學(xué)實施的方法步驟和策略。主要包括：一是課前預(yù)習(xí)設(shè)計和數(shù)據(jù)分析；二是課前教學(xué)設(shè)計；三是基于全過程數(shù)據(jù)采集設(shè)計的課堂授課環(huán)節(jié)設(shè)計和實踐；四是過程數(shù)據(jù)分析與反饋；五是課后差異化學(xué)習(xí)設(shè)計和實踐。以精準(zhǔn)教學(xué)模式設(shè)計，通過數(shù)據(jù)挖掘和方案分析以及輔助軟件系統(tǒng)完善教學(xué)全過程。

總之，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)作為一個實踐性較強的專業(yè)，要以學(xué)生為主體，積極培育學(xué)生創(chuàng)新探索精神。教師在課程教學(xué)上可以進行如圖1所示的改革創(chuàng)新，從而更加符合專業(yè)發(fā)展的特色和社會行業(yè)需求。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)通信課程教學(xué)的創(chuàng)新模式

4 結(jié) 語

結(jié)合我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢和人才培養(yǎng)的需求，本文探究了新工科形勢下物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)通信類課程改革和實踐；并通過課程教學(xué)改革實踐，提出了基于體驗實踐的實驗教學(xué)模式、精品實踐案例的通信課程以及信息技術(shù)支持的精準(zhǔn)教學(xué)模式，從而實現(xiàn)使課程培養(yǎng)目標(biāo)朝著創(chuàng)新性人才培養(yǎng)發(fā)展的積極有效探索?；诟兄晚椖框?qū)動的新型物聯(lián)網(wǎng)通信課程教學(xué)模式探索，緊密結(jié)合認(rèn)識和實踐，能夠最大限度地激發(fā)學(xué)生的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的認(rèn)知和動手能力，提升教學(xué)效率。將符合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的新興通信技術(shù)引入物聯(lián)網(wǎng)通信課程的教學(xué)，加強學(xué)生對新知識的學(xué)習(xí)，更好地面向社會需求，打好物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新性人才培養(yǎng)平臺搭建的基礎(chǔ)。此模式對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)其他課程的教學(xué)也有較大的借鑒意義。