物联网工程专业实践教学体系建构

刘炜

【摘要】    物联网工程专业具有综合性强、实践性强的特点，该专业实践教学体系的建设是专业建设的基础和支撑。针对物联网专业实验室从零建设的问题，介绍了从人才培养目标、到课程体系建设、到实践教学体系建设的全过程。实践表明，物联网专业实验室建设满足课程建设需要。

【关键词】    物联网    实践教学    体系结构

引言：

《物联网发展规划（ 2016-2020）》、《物联网白皮书（2018年）》、《2018-2019中国物联网发展年度报告》等系列文件和报告中，明确提出国家将进一步加大对物联网产业的投入，并提出物联网产业的发展思路和目标。物联网已上升为国家发展战略[1]。陕西学前师范学院物联网工程专业2017年开设。通过整合原有专科专业“电子信息工程与技术”、“计算机应用技术”和“大学物理”师资力量组建“物聯网工程”教师团队，组织教师先后赴南京航空航天大学、南京金陵职业技术学院、西安交通大学等高校的物联网工程专业学习参观，参加物联网工程专业建设研讨，教师团队结合专业建设规范[2，3]和学校特点制定出物联网工程专业人才培养方案，并确定实践教学体系。2017年以来，经过和其他高校专家以及企业专家的多次研讨，物联网工程专业人才培养方案经过多次调整修订，专业人才培养目标不断明晰，合理的课程体系逐渐确定。

一、人才培养目标

作为应用型本科高校的工科专业，物联网工程专业的毕业生不仅应具有良好的信息素养，掌握数学、自然科学、人文社科基础知识和与物联网相关学科的基本理论、基础知识和基本技能与方法，还应当能面向社会需求，具备突出的工程实践能力。根据物联网的感知层、网络层、管理层和应用层的四层体系架构[4]，确定物联网工程专业毕业生应掌握物联网专业领域的感知与标识、智能信息存储和处理技术、数据传输与安全技术等基本理论，具备嵌入式系统、物联网应用系统开发、调试能力，具备综合运用知识解决问题的能力。把这些能力定位到具体的行业上，就是“能够在智慧教育、智能家居、智能医疗、智能交通等物联网工程领域、教学单位、科研机构和行政管理部门及相关企事业单位从事物联网相关工作的应用型人才”。作为全国唯一以“学前”命名的高校，我校具有各专业服务“大学前”的办学特色，所以特别把“智慧教育”列在就业行业的首位，期望培养出用物联网知识服务于教育行业的新型人才。

二、课程体系建设

课程体系的构建思路是：在满足专业建设指导要求[2，3]的前提下，由毕业生应具备的能力逆推应学习的课程，课程覆盖3大平台，10个模块：通识教育平台，包括公共基础课程模块、公共选修课程模块;学科专业教育平台，包括学科专业基础课程模块、专业核心课程模块、专业方向课程模块、专业实验实训课模块、专业拓展课模块、专业技能课模块;实践创新平台，包括综合实践模块、创新创业教育模块。

三、实践教学体系建设

在实践教学环节上，制定人才培养方案的指导思想是：加大实验课程比重，使学生符合社会需求，具有良好的信息素养，掌握感知技术、数据传输与安全技术、智能信息处理及应用等物联网技术的基本理论、方法和技能，具备较强的理论基础和工程实践能力，能够综合运用专业知识解决物联网工程实践中的问题，能够在智慧教育、智能家居、智能交通、智慧农业等行业从事物联网相关工作，成为物联网相关行业的专业性应用型人才。

我校实践教学体系建设主要包括实验室建设、实验实训课程建设、综合实践课程建设、创新创业教育课程建设和实习基地建设五个方面。

3.1 实验室建设

在我校原有电子技术实验室、大学物理实验室、微机原理实验室、传感器原理实验室和专业机房的基础上，结合我校的学前教育特色，把物联网、大数据、人工智能融合在一起，确保实验室建设的先进性、前瞻性以及可扩展性，新建设物联网专业实验室四个：

物联网基础实验室

为了满足物联网“感、知、联、控”的基本实验需求，实验室配备物联网多网技术教学实验平台和物联网智能移动互联实验箱。物联网多网技术教学实验平台集合了嵌入式 Linux、Android 移动应用、物联网无线网络、传感器网络、RFID 技术等多种课程的教学和实践，完整的体现了物联网的感知层、网络层和应用层三层结构，涵盖从底层到上层软件的开发，让学生掌握整个物联网体系结构与硬件构建设计技术;物联网智能移动互联实验箱融合WiFi，蓝牙，3G/4G多种无线通信技术，配合丰富的外围器件/设备，可展开种类丰富的创新案例设计。该试验箱支持在Andriod开发环境下对温湿度、光照、烟雾等多个传感器的数据采集和处理实验，并支持采用Python语言完成相关实验项目。

物联网综合实验室

为了给学生提供理论联系实际的实验实训场所，实验室配有物联网综合应用开发平台、人工智能学前教育开发系统、智慧教室实训系统。物联网综合应用开发平台由基础开发区、智能农业温室大棚区、智能仓储货架区、智慧家居区、智慧旅游实训区五大应用区域构成，在平台中就能够完成各个分立工程模块的学习，安装、调试、接线以及工程项目的整体项目的开发与安装调试;人工智能学前教育开发系统由智慧幼儿园沙盘实景和4个工作台构成，可采用主流开发语言C、Python、Java等，以及儿童编程语言Scratch编程实现光照、温湿度、语音、图像等数据的采集，并控制灯光、窗帘、风扇、摄像头、门禁等设备;智慧教室实训系统为了给学生提供智慧教室实景训练场所，物联网专业实验室采用ZigBee、红外、WiFi技术，设计六大功能模块：灯光控制系统、窗帘控制系统、空调控制系统、智能安防系统、门禁系统、环境检测系统。

物联网创新实训室

为了使学生快速认知物联网“感、联、智、控”的基本传感器、通讯元器件等，让物联网的基本理论和产品相结合，给学生提供创意设计的环境，实训室配有物联网智能机器小车、BoxDuino M1创新开发套件、无人机实训套装、口袋开发板、蜂巢IoT综合实验平台等设备。

大数据物联网联合实训室

实验室采购大数据实验一体机。大数据实验平台采用Docker容器技术，通过少量机器虚拟出大量的实验机器，可提供Hadoop、Spark、Python语言、R语言等相关实验集群，可同时为每个学生提供多套集群进行实验。

3.2 实验实训课程

作为“新工科”课程，物联网工程专业的专业课程具有很强的综合性和实践性，需要在专业实验室采用专业实验设备完成课程的实践教学环节。学科基础课模块， C语言程序设计、算法与数据结构，培养学生计算机程序设计与實现能力;专业核心课程模块，电路与电子技术基础、传感器原理及应用、嵌入式系统原理及应用开发、物联网通信技术、ZigBee技术及应用、RFID原理及应用，着重培养学生在物联网感知层和传输层的基本理论和应用能力;物联网应用开发方向模块，面向对象程序设计（Java）、Android系统设计与开发、Web网络编程技术，着重培养学生物联网应用软件开发能力;专业实验实训课模块， Arduino电子系统设计、Python程序设计、物联网工程设计、Scratch物联网应用开发，物联网应用系统设计与开发，着重培养学生的物联网应用系统的设计和开发能力;专业课拓展模块，大数据与云计算技术、计算机图像处理、物联网定位技术，着重培养学生数据管理和数据应用的能力;专业技能必修课模块，数据库应用技术、计算机组成原理、计算机网络及安全技术、物联网操作系统，着重培养物联网应用开发的基本知识和技能。专业技能选修课程模块，选修H5 Web前端界面设计技术、软件工程、Matlab程序设计、智慧教育技术、虚拟现实技术概论等，着重拓展学生在物联网相关行业的常见技术和管理知识，拓宽学生的就业范围。

3.3 综合实践课程

综合实践课程主要包括2个部分：课程设计，专业实习与毕业论文。课程设计包括： C程序设计课程设计，数据结构课程设计，嵌入式系统课程设计，物联网工程课程设计，物联网应用课程设计;在专业实习与毕业论文方面，指导思想是学校统一安排专业实习，学生带着毕业论文的题目深入企业，在企业完成毕业论文的设计和研究部分，企业导师和校内导师共同指导学生完成毕业论文。

3.4 创新创业教育

在创新创业教育环节，秉承“以赛促教、以赛促学”的理念。成立了“粤嵌”众创空间和“儿童编程工作坊”两个学生社团，培育参赛项目。鼓励学生参加各级各类比赛，每年举办物联网科技节。物联网专业学生在“蓝桥杯”、中国高校计算机大赛网络挑战赛、“互联网+”大赛和大学生创新创业项目等赛事上相继获奖。

3.5 实习基地建设

经过多次沟通和考察，与广州粤嵌科技有限公司西安分公司、西安盛图科技有限公司签署实习基地协议。实习基地向我校提供认知实习、课程设计、毕业实习的相关条件和资源，和校内导师一起指导学生完成课程设计报告和毕业论文。

四、结束语

陕西学前师范学院实验室建设既满足了实验内容全覆盖，又具有知识的递进性，在未来5年内基本可以满足专业建设和发展要求。但是，仍存在一些不足，比如在实验内容上需要进一步梳理，根据每门课教学目标确定实验项目，避免实验项目重复，以及增加综合性、设计性实验项目，采用项目式实验教学方法，提升学生综合能力。

参  考  文  献

[1] 国务院. “十三五”国家战略性新兴产业发展规划[EB / OL]. （ 2016 - 12 - 19）[2018-05-27].http：//www.gov.cn/zhengce/content/2016-12/19 /content_5150090.htm.

[2] 教育部高等学校计算机科学与技术专业教学指导委员会物联网工程专业教学研究专家组.高等学校物联网工程专业发展战略报告暨专业规范（ 试行） [M].北京：机械工业出版社，2011.

[3] 教育部高等学校计算机科学与技术专业教学指导分委员会.高等学校物联网专业实践教学体系与规范（ 试行） [M] .北京： 机械工业出版社， 2012.

[4] 刘云浩. 物联网工程导论（第3版）[M]. 北京： 科学出版社， 2017.