物联网技术教学中创新学习和能力培养的探索

李博涵

摘 要 无论在知识经济时代还是信息社会，创新能力的高低是衡量高校人才培养质量的重要标志之一。物联网引领着二十一世纪又一次重大信息革命的浪潮。如何培养具有创新能力的物联网专业大学生在物联网本科教育中显得尤为重要。本文试图对物联网专业大学生的创新精神和创新能力培养的可能性和重要性、方法和途径进行探讨。

关键词 物联网 创新能力 培养

中图分类号：G424 文献标识码：A

物联网（Internet of Things）这一概念国内外普遍认可的是 MIT Auto-ID 中心Ashton 教授1999年在研究RFID时最早提出来的。在2005年国际电信联盟（ITU）发布的同名报告中，物联网的定义和范围已经发生了变化，覆盖范围有了较大的拓展，时至今日物联网已经从概念逐步走向实践。同样在高校中，“物联网专业”也经历着从无到有，从鲜见到热门的变化。在教育部的联合推动下全国700余所高校积极到参与物联网这一新增专业的设置。如何培养物联网相关专业技术人才是反复强调的话题，但实际情况却总是形式大于内容。对于高校而言，利用新增专业来培养创新型人才，搭载“物联网”快车不应是停留在口号上，而是要切实地在师资、教学设备、教材上进行实际加强。从电子、信息类新增专业看，物联网工程是最热的专业之一，哈工大、北京理工大学等全国30多所高校都将开设该专业。

1 物联网专业大学生创新能力培养的方法和途径

教学方法既是一种技术，也是一种综合能力，正确的教学方法会有力地促进学生创新素质的形成，而落后的教学方法则会成为学生创新素质发展的阻碍因素。因此，要发展学生的创新素质，就必须采取有利于创新的教学方法，切实发展学生的聪明才智。应该清醒地看到物联网技术具有“新、长、专”的特点。

1.1 采用启发式、讨论式的教学方法，培养学生的开放式思维

物联网专业成立之初自身学科特点尚未成型，但集成创新型技术，知识体系不清晰；产业涵盖面宽，边界难以界定。物联网是新增设的专业，交叉学科特性更加显著。如何变思维封闭式为思维开放式教学对于教学是一个挑战。所谓开放式思维就是要求学生不能只会死记硬背书本的知识，要着眼于不同答案或结论的自主选择。为此，教师要科学设计课程中创造性活动，善于传递创造性教育新观念，制造培养学生创造能力的各种机会，对学生进行各种创造性因素的影响，使学生受到潜移默化的教育，逐渐形成广博的思维，做到跨学科和课程规定以外的内容，例如可以利用课堂辩论、CAI授课、学生讲课和专题讨论等方法，传递创造性教育新观念，制造培养学生创造能力的各种机会，对学生进行各种创造性因素的影响，使学生受到潜移默化的教育，逐渐形成开放式的思维。

1.2 将科学研究内容融入教学过程之中，丰富实验手段，培养学生科学研究能力

教学与科研密切相关，不可分割。在创新教育中，强调以学生为主体，通过教学来培养学生的创新能力，就必须探索其规律性的东西，就必须将科学研究与教学内容结合起来，让它们相互促进，共同提高。有选择性地布置一些综合性作业或小论文题目，让学生尝试进行科研研究与创新的基本训练。根据学生的兴趣再加以具体指导，使学生初步掌握科研研究与创新的方法和途径。注重实验环节，设置多样化的实验。例如处理器基础实验方面可以考虑程序下载实验，串口通信，控制器的基础，虚拟演示终端控制实验、微操作系统，基础通信实验可以设置线信道监听，无线报警，SimpliciTI网络通讯实验，射频标签RFID部署；自组织网络实验可以设置指定路由多跳网络的实验，简单的泛洪协议的多跳路由网络的实验；

1.3 将科研与实践应用结合起来，为学生提供、创造更多的实践机会，强化学生的社会参与意识

目前高校某些专业的人才培养在实际工程能力方面和社会需求存在着天然鸿沟。这就需要企业和高校之间采取有效的桥梁与杠杆来跨越障碍协同发展。上面提到了将在教学中引入科研能力培养，那么在科研中也同时要注重工程实践能力的培养。物联网专业的学科交叉性决定只学好某几门课程，或者是仅仅是掌握某一学科（比如计算机、电子、通信等）是不足以满足社会的需求的。让学生接触新的无线技术DSRC，Bluetooth，WiFi，ZigBee，RFID 和NFC的知识。通过设计丰富、多元化的实验教学方式，可以为物联网专业学生打下扎实的应用基础，为将来创造出更多物联网应用及产品积累经验。目前在许多大型办公场所、商业Mall等经济金融聚集的地方已经采用了先进物联网技术，适时采取现场实地考察，亲身体验的方式，让师生共同感受物联网技术给生活带来的改变。

2 物联网专业课程内容和教学手段创新

2.1 专业课程体系设置

为了适应新的人才培养目标，首先在教学内容上要坚持体现时代性的特点，让学生掌握最新的知识内容，了解世界最新的发展动态，使学生的知识层次和结构与世界先进水平趋于同步。在教学中，应把本学科前沿的最新研究信息、动态及成果有机地引进课堂，拓宽学生的知识面，强化学生的创新意识。其次在课程体系上要重新优化，按知识、能力、素质协调发展的要求来制定与社会发展相适应的教学计划和课程体系，开设专门的创新课程，培养大学生的创新智能和创新方法。此外，在课程设置上适当调整必修、选修课的比例，增加选修课的数量和广度，使精力充沛、有余力的学生选择更多适合自己的课程，塑造学生全面而和谐发展的个性，从而培养全面发展的复合型人才，使学生在未来工作中具备全面素质及创新能力，适应现代社会对人才的需要。物联网专业的课程内容的设置目前尚处于摸索阶段。如图1所示为探索中的一种物联网技术专业课程体系设置。

具体到各个知识模块，首先是网络支持核心技术这一块。必须要了解物联网的研究现状与发展、相关的路由协议、MAC协议、物理层设计、通信标准。在传感层：无线节点硬件和核心协议栈软件设计，RFID无源、有源标签设计技术，低功耗无线设计，无线网络技术，安全和加密原理和设计是基础；网络层：多种网络网关设计，HF，UHF-RFID读卡器设计，掌握主流无线和无线网络标准，主要的路由算法是掌握物联网数据管理的关键。以往这些知识模块一个专业的学生很难同时学到，但是这些都是物联网专业应该掌握的基础知识。在更高一层的应用层，侧重于服务支持技术的时间同步技术、节点定位技术、容错容侵技术、安全设计技术、服务质量（QoS）保证以及场景感知技术等等。

2.2 教学和学习手段创新，用更多“轻量级泛在化”的教学手段替代传统的教学手段

随着信息技术的广泛应用，经济社会迅速发展，在教学中必须采用新的现代化多媒体教学手段，通过声音、图像等多种表现形式使教学直观、形象，用教学内容的动态和知识的新颖激发学生的兴趣和创新激情，促使学生综合能力不断得到发展和完善。笔者认为学习物联网可以以物联网的方式来学习之，这算是“以彼之道，还施彼身”的另类解读吧。利用信息技术提供学生一个可以在任何地方、随时、使用手边可以取得的科技工具来进行学习活动的4A（Anyone，Anytime，Anywhere，Anydevice）学习。例如，可以根据学生兴趣将物联网技术按感知层，传输层，应用层等层次分为不同的小组，利用智能手机和通讯软件使学生将课堂内外的学习互通有无，小组内部资源共享，小组外部资源竞争。让学生体会到感知技术无处不在，知识在不断更新。

3 结语

物联网是继计算机、互联网和移动通信之后的又一次信息产业的革命性发展。物联网产业具有产业链长，带有长尾效应，涉及多个产业群的特点，其应用范围遍及智能交通、环境保护公共安全、智能家居、智能农业、工业监测、个人健康等几乎各行各业。预计物联网是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮。有专家预测10年内物联网就可能大规模普及，这一技术将会发展成为一个上万亿元规模的产业。因此，社会对物联网技术方面的人才需求巨大。在物联网技术课程学习和培养上作者提出了一些新的思路和方法。物联网人才培养的当务之急是要积极开展教育改革试点与实践工作，为后续还将新增设的“物联网技术”专业的高校提供依据。对待物联网专业这一高校新增专业应该既充满期待，也要踏踏实实地做实事。无论是亿或万亿物联网技术的发展都将是一个长期的过程，物联网技术课程的建设与大学生创新培养也同样需要经历一个逐步成熟的过程。

基金项目：国家自然科学基金（60673127）；中国博士后科学基金（No.20100481133）；江苏省博士后基金 （1001005B）；南京航空航天大学青年科技创新基金 （NS2012023）的资助

参考文献

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