物联网工程专业课程体系建设的

摘 要 　本文对物联网工程专业的课程体系建设进行了探讨,指出了课程体系建设中存在的问题和解决的思路,提出培养计算思维能力和工程应用能力的一体两翼的课程方案,明确了物联网工程面向行业应用的课程建设方向,对物联网工程专业的建设进行了初步的尝试.

关 键 词 　物联网工程　课程体系建设　计算思维　工程应用

0　引言

随着无线传感器网络WSN（Wireless　Sensor　Network）以及射频识别技术RFID　（Radio　Frequency　Identification）的研究和应用推广,传统的联网技术开始向物物相联的深入方向发展,物联网（IOT：　Inter　of　Things）应运而生,物联网的主要功能是“全面地感知,正确地认知,智慧的处理”.①2009年温家宝总理参观中国科学院微系统所无锡传感网工程中心,提出要尽快建设“感知中国”的中心,随之无锡物联网产业研究院成立,物联网成为一个推动经济发展的下一个热点.

为了适应产业发展的需要,教育部批准在高校设置物联网工程专业,以培养物联网工程技术人才,我校作为第一批教育部批准成立的物联网工程本科专业正式成立,并于2011年开始招生.在专业成立之初,我们就确立了物联网工程专业人才培养的目标和方案,并精心规划和制定了人才培养的课程体系.2012年初,为引导高校主动适应国家战略和地方经济社会发展需求,根据《教育部　财政部关于“十二五”期间实施“高等学校本科教学质量与教学改革工程”的意见》（教高〔2011〕6号）提出的“十二五”期间启动实施“专业综合改革试点”项目的要求,本校的物联网工程专业申请并成为第一批专业综合改革试点,重新更新了专业的培养目标,并进行了课程体系的改革.下面从几个方面谈谈这次课程体系建设的一些体会.

1　当前物联网工程专业课程体系存在的主要问题

物联网工程属于国家新兴的战略知识产业,国内开设物联网工程专业的高校都是首次试水,国外又没有相关的经验可供借鉴,因此在专业培养方案和课程体系的建设上思路各异,多数高校是根据物联网工程专业的学科交叉的特点来设置课程的,虽然借鉴成熟的已有学科的做法值得肯定,但是由于对新产业前景和培养目标认识不充分,普遍存在以下两个问题：

（1）专业特色不突出.当前物联网工程专业的课程设置大多是将各个交叉学科的课程直接设置在物联网工程专业的课程体系之中,比如计算机专业相关的课程、网络相关的课程以及通信和电子技术相关专业的课程.最终的结果是课程体系繁杂,内容繁多,真正体现物联网特色的课程少之又少,体现不出专业的特色.

（2）缺乏行业应用支撑.物联网工程虽然是刚刚兴起的新专业,但是某些概念和技术已经在各个相关行业应用多年,行业应用知识和背景对物联网工程专业的发展至关重要,如果没有行业应用的支撑,物联网工程专业的人才培养将失去目标和方向.

2　课程体系建设的思路和措施

针对以上的两个问题,物联网工程系的教师进行了大量的调研和专题讨论,形成了一致的意见,并进行了卓有成效的尝试,以下是本次课程体系建设的基本思路和措施.

2.1　培养兼具计算思维和工程能力的物联网工程专业卓越人才

创新型高素质人才培养是课程体系建设的最重要的指导方针.在实际的建设过程中,我们认为计算思维、工程能力是物联网工程专业人才的两种基本素质,研究型创新人才离不开计算思维能力的培养,工程应用创新型人才则依赖于大量的工程应用实践.通过构建合理的课程体系来完成这两种能力的培养.

（1）计算思维能力的培养相关课程.物联网专业在于“联”,而联网的基础是计算芯片,所以计算思维能力是物联网专业教学中必须贯穿培养的一种基本素质.计算机模型是从数学问题的研究中发明出来的,而且逻辑又是实现计算机的数学基础,因此计算数学思维能力对物联网工程专业来说极为重要.

课程设置的时候,专门开设了培养计算思维能力的系列课程,供本专业的学生在本科四年的不同阶段进行学习.离散数学、形式语言与自动机、计算复杂性和可计算理论、数据结构、算法分析与设计等,涵盖了从基本的逻辑、集合论、代数结构、图论到形式语言与自动机、计算复杂性理论、数据的组织和算法等层次,这些从抽象到具体的计算思维能力将为学生提供从理论到实践的理论基础以及从实践到理论的数学抽象能力.

（2）工程能力培养相关课程.包括物联网工程、程序设计语言、面向对象的程序设计、软件工程、射频识别技术、无线单片机和ZigBee技术、协议分析和编程、无线传感器网络、嵌入式系统设计与开发、Android操作系统和移动应用开发等工程应用能力培养课程.通过这些课程系统地培养学生的工程应用开发实践能力和工程创新能力.

2.2　强化专业特色,突出行业应用方向,以优势学科支撑行业物联网人才跨学科培养

物联网专业是多专业的融合与提升,需要多专业的汇聚,取其共性,建立基础教学体系；各院校可根据自身行业应用背景优势建立具有各自应用方向特点的课程和实训.②

物联网工程专业的特殊性在于,其课程体系包含物联网共性支撑技术及行业应用技术两个部分,通过打破信息产业和传统工科专业的壁垒,充分利用本校食品安全、汽车交通和环境监控三方面优势学科群,着重于行业物联网人才的培养.因此课程体系中,设计了行业应用选修模块,结合本学校食品学院、汽车学院和环境学院在学科和研究方面的优势,设计了食品安全物联网、车联网、环境监控物联网三个行业应用选修模块,学生必须从这三个模块中选择一个进行学习,并获得相应的学分才能毕业,使得学生及早了解将来毕业后的服务的行业知识.

2.3　更新完善教学内容,优化课程设置,形成具有鲜明特色的专业核心课程群

在本次课程体系建设的过程中,考虑通过优化课程设置,更新完善教学内容,强化物联网工程的专业特色.借鉴现有的课程确定物联网工程专业的需要设置的课程,吸收消化现有课程的教学计划、方案和内容,融合若干课程的知识点网络,转化成为物联网工程专业的专业核心课程. 下面以“无线单片机与ZigBee技术”专业课程为例进行说明该策略.该课程主要涉及到微机原理和接口技术、汇编语言程序设计、单片机原理及应用、微型计算机控制技术、ZigBee协议和开发等教学内容.在传统的教学课程体系中,这些内容都分散在各自独立的课程之中,甚至课程还被分散开设在不同的学期,导致学生们对课程之间知识点的学习片面而孤立,不能有效地融会贯通、学以致用.

我们把这些课程内容有机地融合在一门课程之中,适当地增加该门课程的学时,但总体而言,课程学习的学时相比以前独立开设多门课程反而减少了,减轻了学生的学习负担.在设置课程内容的时候,拟分四步执行：

第一步,通过借鉴已有的微机原理和接口技术、汇编语言程序设计、单片机原理及应用、微型计算机控制技术、ZigBee协议和开发课程体系,找到它们的共性和交叉内容,并舍弃其中一些陈旧的技术知识,从而有效地精简课程的知识体系.

第二步,根据前面确定的课程教学内容,吸收学习已有的课程内容,比如,微机原理和接口技术主要讲解的是PC机即以Intel　x86　微处理器为核心的计算机的原理和接口技术,而单片机原理及应用主要讲解的是Intel　MCS-51单片微型计算机的原理、接口、应用和控制技术,这是两种不同的微型计算机,但是所讲授的技术和原理很多时候是一致的,并且很多时候两者都会涉及到汇编语言程序设计的内容,从目前的技术发展来看,将它们的教学内容融合在一门课程之中更为合适,在物联网工程专业中,无线联网以及网络协议的开发将是未来的技术应用重点内容,而无线单片机将成为无线联网和执行网络协议的核心,所以必须进行课程的融合.

第三步,通过分析课程之间的知识点,完成课程内容的有机融合,打通课程之间任督二脉,让学生学以致用,学而知用.

第四步,将融合后的内容转化升华为物联网工程专业的特色课程.

2.4　重视实验和实践课程,培养学生的理论联系实践的动手能力

实践是工科专业的学生培养极其重要的一个环节,因此在课程体系设置中,安排了认识实习、上机、实验、课程设计、生产实习等多个实践环节,涵盖了从本科一年级到四年级的全部阶段.

认识实习安排学生参观相关的企业了解企业物联网应用和企业的需求；偏软件类的课程安排的上机环节培养学生的程序设计能力和软件工程管理能力；偏硬件课程的实验使得学生在通过小型的实验深刻领会和理解设备的工作原理和软硬件的协同设计能力；课程设计则是通过综合型的软件或者软硬件开发的实践认识一个小型项目的分析、设计和开发过程；生产实习环节通过让学生进入物联网相关企业进行锻炼和学习,了解企业的实际需要,思考如何将所学知识与未来所从事的行业联系起来.另外,积极与相关企业建立广泛的联系,通过产学研合作关系,联合开展科研项目、人员培训等,是一种校企双赢的举措.③

3　小结

物联网工程作为一个新兴的专业,高校都在进行相关的尝试,课程体系仍在不停的改革之中.在建设课程体系过程中,必须把握好人才自我成长需要与社会对人才需求之间的关系,有效保证课程体系中课程之间的依赖性和连续性,同时注重学生的逻辑思维能力、工程素质以及创新能力培养,为物联网工程培养既能从事科学研究也能从事工程应用创新的综合素质人才.