基于Android的物联网课程体系探索

孙兴华，梁俊花

(河北北方学院 信息科学与工程学院，河北 张家口 075000)

基于Android的物联网课程体系探索

孙兴华，梁俊花

(河北北方学院 信息科学与工程学院，河北 张家口 075000)

依据物联网知识体系结构，结合Android系统和物联网两种开发技术，提出物联网工程专业人才培养目标，以及构建基于Android的物联网课程体系，并对课程体系中的相关课程进行了剖析。基于Android的物联网课程体系为培养物联网工程人才提供了一种新的思路，这种思路可能成为物联网人才培养的主流方向。

Android；物联网；课程体系；实践教学

网络出版时间：2013-11-26 09:14

物联网的概念最早于1999年提出，其本意是“物物相连的互联网”。从技术角度理解，物联网是指物体的信息是通过智能感应装置，经过传输网络，到达指定的信息处理中心，最终实现物与物、人与物之间的自动化信息交互和处理的一种智能网络[1]。物联网工程是国家教育部2010年批准新设立的战略性新兴产业相关本科专业，截至2012年，中国近150所高校开设了该专业[2]1-63。

Android操作系统推出以来，已经广泛应用在智能手机、平板电脑、智能电视等设备上。从2009年一款实现了可测量血压并实时传输个人记录到医院中心系统的Android终端面世开始，接下来还出现了可以作为车联网的Android终端，Android智能家居客户端等等[3]。从中可以看出，Android不仅仅是手机操作系统，还是物联网智能终端操作系统，其一直在引领和推动物联网的应用和发展。

通过研究中国20多所知名大学的“物联网工程”专业培养方案发现，绝大多数高校的“物联网工程”专业的课程体系都是在原有一些成熟专业课程体系基础上增加一些物联网相关的课程，多数高校的物联网工程专业都没有开设Android相关课程。该研究通过对多所高校的物联网工程专业、一些公司的物联网工程项目和物联网实训平台进行研究，提出了基于Android的物联网课程体系。

一、培养目标

基于Android的物联网工程专业人才培养目标主要体现在以下几个方面：

(一)德智体全面发展，具有高度社会责任感，具备良好的职业道德和学术道德，具有一定的人文社科、项目管理等方面的综合素质。

(二)具有“基础厚、口径宽、能力强、素质高”等特点，知识结构合理，应系统掌握物联网技术领域的基本理论和计算机科学、通信以及电子等相关学科的基本理论，具备扎实的电子技术、传感技术、网络通信技术、信息处理技术、计算机科学、智能终端软件开发、系统工程等专业知识和技能，具备基于Android的物联网系统和其他物联网系统硬件、软件的分析、设计、实现和集成的能力[4]1-63。

(三)具备在该专业领域跟踪新理论、新知识、新技术的能力和较强的创新和实践能力。

(四)具备信息获取、存储、检索、分析和处理能力，熟练阅读英文专业文献，并具有英语沟通和交流能力，具有国际化视野和竞争力的创新型专门人才。

二、专业课程体系与结构

基于Android的物联网工程专业应建立以提升工程素质为根本、以培养基于Android系统的物联网应用工程能力为核心、以培养基于Android的物联网应用工程学科知识要求为目标的课程体系，专业课程体系涉及三大知识领域：公共基础课程知识领域、专业基础课程知识领域和专业课程知识领域，详见图1。

图1 基于Android的物联网课程体系

(一)公共基础课程

公共基础类课程是高等学校各专业学生共同必修的课程，课程体系将公共基础课程划分为3类，其中通识教育类课程包括体育、英语、哲学、思想政治、大学生素养等课程。公共基础类课程包括高等数学、工程数学、概率论与数理统计、复变函数与积分变换、大学物理、信息技术基础等课程。职业教育类课程包括入学教育、职业规划、职业道德等。

(二)专业基础课程

专业基础课程基本都是必修课程，是该专业学生为专业课程学习奠定必要基础的各门课程。专业基础课程包括物联网工程概论、电路分析基础、模拟电子技术、数字电子技术、通信原理、信号与系统、程序设计、Linux操作系统等课程。

(三)专业课程

根据物联网的3个层次(感知层、传输层、应用层)，按照感知识别、网络构建、管理服务、Android应用4个层次划分物联网课程体系[5]。

1.数据感知层

通过该层次课程的学习，能够运用传感器技术、RFID技术、无线网络技术等技术，采集物理世界的数据和事件。该层次课程主要包括RIFD技术及应用、DSP处理器及应用、无线定位导航原理、嵌入式系统、现代传感器技术等课程。

2.网络构建层

通过该层次课程的学习，能够管理无线传感器网络和移动自组网络，处理传感器采集的数据和射频识别的信息，通过无线网络和Internet将处理后的数据传输到物联网数据库服务器。该层次课程主要包括计算机网络、无线传感器网络、数据通信与交换技术、移动通信原理、通信网络基础等课程。

3.管理服务层

通过该层次课程的学习，能够将海量数据高效、可靠地组织起来，为上层行业应用提供智能的支撑平台。该层次课程主要包括物联网与云计算、中间件技术、软件工程、数据库原理及应用、数据结构等课程。

4.Android应用层

该层次是课程体系中最具特色的一部分，该层次主要将Android和物联网技术结合起来，实现基于Android的物联网应用解决方案，主要包括业务中间件和行业应用领域。该层次课程主要包括Java程序设计、Android程序设计、Android Web编程、Android底层开发、Android中间层开发等课程。

(四)Android特色课程

核心课程包括物联网工程相关和Android相关核心课程，与物联网工程相关课程在其他一些文献有所阐述，该文只阐述Android相关的主要课程。

1.Linux操作系统

Android系统是基于Linux操作系统，中国从事Android开发的人员基本上是分3个层次：底层系统开发、Android中间层开发、Android应用开发，基于Android的物联网体系在这3个层次都有涉及。其中第1个层次主要是Linux内核驱动开发维护以及Android本地框架中的硬件抽象层开发。第2个层次为Android中间件开发，这一层要求开发人员熟悉Linux应用编程。因此，Linux操作系统是课程体系中非常重要的一门课程。

2.Android程序设计

目前，在很多物联网系统中都包含Android客户端。因此，对于从事物联网系统开发的人员来说，掌握Android程序设计是非常重要的，该门课程主要讲授基于Android SDK的开发，包含的内容有Android程序框架、用户界面设计、Android数据存储、多媒体开发、网络与通信、内置传感器、语音识别等。

3.Android底层开发

Android底层开发主要用于物联网系统控制模块的开发。学生主要学习一些支持Android的嵌入式开发板开发，课程内容包括Linux驱动开发、LED应用开发、按键程序开发、SD卡的支持、以太网应用开发、WIFI网络的支持、蓝牙的支持、GPS的支持、摄像头的支持、G/GSM语音短信功能等。

4.Android中间层开发

对一些复杂的基于Android的物联网系统，如果涉及到将其他系统的程序(如C程序代码)移植到Android系统，就要用到中间层开发的知识。中间层开发的课程内容主要包括中间件开发基础、Android JNI的使用、NDK环境构建、NDK开发LED中间件、NDK开发串口中间件等。

5.Android Web编程

理想的物联网系统应该能支持不同操作系统的智能终端，这样才更具有吸引力，所以支持Web的物联网客户端是非常理想的选择。这门课程主要关注为Android编写移动Web应用，课程内容包括HTML 5、CSS 3、Google APP、移动地图、移动UI框架、Social API等。

三、实践教学

实践教学模块分基础实践教学、专业实践教学和专业实习三大模块。基础实践教学由“基本技能—基础实验—综合设计—应用创新”4个层次组成[6]，可以在1～2年级利用计算机类专业公共实验教学平台进行教学。专业实践教学部分兼顾Android技术和嵌入式物联网技术，相互联系、相互渗透。一条线开设嵌入式物联网实践课程，包括嵌入式系统、传感器、计算机网络、Arduino开发等实践课程；一条线开设Android物联网开发实践课程，包括面向对象程序设计、Java程序设计、Android程序设计、Android ADK开发和Android物联网开发等实践课程。在教学环节的设计上，采用循序渐进、由浅入深、以应用为主的教学模式，每门课程的实验设计分为课内基本实验、课外开放型实验和面向应用的创新型课题。在此基础上，结合学校自身优势，开展专业实习。专业实习包括校内实习和校外实习。通过校企合作，从大学3年级开始，开展校内实习，为学生配备双师型或企业导师，根据实际情况，开设手机应用软件、智能交通、智能电网、Android TV、智能家居、车联网、健康物联网、石油物联网等实践项目或者Android综合实训项目，指导学生开展实训或者科研活动，鼓励学生积极参加各类Android或者物联网开发大赛，提高学生科研兴趣和实践动手能力。校外实习在大学4年级下半年进行，指导学生在企业现场参与企业的真实项目开发与创新，并要求学生将企业的实际项目和自己的毕业设计相结合，培养学生独立解决工程实际问题的能力和创新能力。

综上所述，该文是总结近年来学习Android和物联网、参加各种会议、参观走访的体会，提出基于Android的物联网课程体系。由于知识有限，考虑问题可能会有偏差，希望能和国内业界同仁共同探讨基于Android的物联网课程体系。目前，一些培训机构已经开办物联网(Android方向)工程师的培训班，而高校在这方面还比较滞后，希望该文能起到抛砖引玉的作用，引起大家对基于Android的物联网课程体系的兴趣，在课程体系优化、培养创新人才、师资队伍建设、教材建设和实训模式等方面不断探索和完善。

[1] 柯强.物联网专业课程建设探讨[J].物联网技术，2012，(1):80-85.

[2] 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.高等学校物联网工程专业发展战略研究报告暨专业规范(试行)[M].北京：机械工业出版社，2012.

[3] 杜圣东.基于Android的物联网智能终端操作系统核心技术研究[EB/OL].http://wenku.baidu.com/view/bd8bf81cc5da50e2524d7fe5.html,2010-12-01/2013-09-06.

[4] 王志良，闫纪铮.普通高等学校物联网工程专业知识体系和课程规划[M].西安：西安电子科技大学出版社，2012.

[5] 包依勤.基于智能终端应用的计算机专业课程建设探讨[J].物联网技术，2012,(7):66-71.

[6] 胡忠望.“物联网工程”新专业课程体系的设计[J].中国电力教育，2010,(22)：109-110.

StudyofCurriculumSystemof“InternetofThings”BasedonAndroid

SUN Xing-hua,LIANG Jun-hua

(School of Information Science and Engineering,Hebei North University,Zhangjiakou,Hebei 075000,China)

According to the knowledge system of Internet of Things and based on the development technology of Android and Internet of Things,the paper comes up with the objectives of talents training in Internet of Things Engineering,tries to establish the curriculum system of Internet of Things and makes an analysis of some of the courses in this system.The curriculum system of Internet of Thing on the basis of Android provides a new idea which could be the main direction of talents training in this aspect.

Android;Internet of Things;curriculum system;practice teaching

2013-08-17

谷歌公司Android创新(开发)课题项目；中华人民共和国科技部项目(2012BAH05F04)

孙兴华(1977-)，男，内蒙古通辽人，河北北方学院信息科学与工程学院副教授，教育学硕士，主要研究方向为物联网。

G 642.4

A

2095-462X(2013)06-0096-04

http://www.cnki.net/kcms/detail/13.1415.C.20131126.0914.025.html

(责任编辑乔志杰)