物联网实验教学研究

安静宇，尚长春，柴钰

摘要：目前无线移动通信技术和高性能微型设备设计技术及发展比较迅速，有线网和无线网、固定网和移动网等多种网络互联为一体，利用生活周边的设备及家电设备，能够智能地提供适用于用户的信息及计算功能。

关键词：实验室建设；物联网；实验课改革

中图分类号：TP311 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）37-0224-02

一、引言

目前无线移动通信技术和高性能微型设备设计技术及发展比较迅速，有线网和无线网、固定网和移动网等多种网络互联为一体，利用生活周边的设备及家电设备，能够智能地提供适用于用户的信息及计算功能。該实训课所使用的实验平台采用全开放式的模块化设计，功能丰富，并且学生可以在此基础上进行二次开发，做设计型实验，同时也完全能够满足实验教学的要求，可以激发学生的创新思维，并且经济实用。

二、物联网的发展现状

物联网这个概念从1995年首次提出来之后，美国、欧盟、日本等国家都先后制定了发展计划，我国在1999年也开始对物联网进行研究，并在2011年制订了物联网发展“十二五”计划。目前许多国家都在研究无线传感器网络，并开发了在实际传感器节点中运行的多种协议。目前比较流行的传感器硬件有柏克莱开发的“Mica Mote”，英特尔公司的“IMot”，加州大学的“IBadge”和麻省理工学院的“U-AMPS”系列，以及韩佰电子开发的无线传感器节点“ZigbeX”。由于传感器节点要考虑电能资源的限制，所以大部分传感器把Atmega 128低功率处理器作为中央处理器使用，在RF通信端，使用低功率短距离无线通信芯片CC1000或CC2420。

三、物联网课程研究内容

物联网课程内容涉及电子、通信、计算机软硬件等多个学科领域，综合了无线通信、嵌入式系统、信号处理、数据融合和分布式系统等多种技术。把课程开设好，一方面提高了学生的创新能力和动手能力，使学生不仅能很好的完成相关课程的课程设计以及毕业设计，而且能够广泛的适用于电子和信息相关专业的就业需求，另一方面，教师通过系统的方法对实验教学内容、方法和手段进行创新，使整个专业的教学水平得以提升，同时，满足了高校专业教学实验和科学研究的要求。因此物联网课程的开设将为我校师生提供一个良好的学习、研究、教学及实践的平台。

在物联网实验课程的教学上，我们分为四个层次：第一层为基础实验，主要实验围绕实验箱进行，通过实验模块让学生感知物联网，使学生对物联网有感性的认识，并且熟悉开发环境以及编程语言，实验内容涵盖物联网的所有基础知识，这部分内容是后续实验的基础，学生只有掌握好基础知识才能，继续开展以后的实验。第二层为综合实验，这部分实验要求学生在基础知识掌握扎实的基础上进行，实验内容要求能融会贯通各个知识点，是对基础知识的应用。第三层次为设计型实验，这部分实验要求学生应用所学物联网课程知识，结合所学其他专业课的知识对系统进行分析和设计。第四层为创新型实验，这部分实验要求选拔校内优秀学生和创新实验室的学生，结合课程和科研项目来进行自主实验，实验室为学生开放，老师负责指导。

物联网实验课程需要有前导课程，需要建立完善、有层次的系统教学体系。电子技术初级课程，内容包括初级电子技术设计，元器件的识别和焊接技术，仪器仪表的使用，模电、数电主要面对1～2年级的学生。电子技术中级课程，主要面对2～3年级的学生，课程内容包括高性能单片机、电路板设计、微型计算机系统设计与实现、传感器的应用。电子技术高级课程，主要面对3～4年级的学生以及DSP、ARM和FPGA技术的应用与设计。

四、物联网课程的教学目标及教学模式

经过几年的努力和校、院等各方面的支持，物联网实验教学已取得了一定的成绩。为了适应科技的发展和新技术的学习及应用，为了使学生在传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络、无线通信技术及分布式信息处理技术等知识综合和创新能力的提高，不断对课程内容进行更新，着眼于大学生科研能力的系统培养，通过开设综合的、与电子信息相关专业知识的选修课，使我校毕业的相关专业学生具备了本专业所需的相应科研能力，为我校实验教学的发展提供了宝贵经验。目前开设的实验课程大部分是基础实验，主要是围绕实验箱进行的，为了培养学生的动手能力和创新精神，需要为学生开设设计性实验，并且要求成本较低。开设物联网课程的主要目的是培养学生的综合素质，使学生对相关课程包括嵌入式知识、无线通信知识以及信号处理和数据融合的知识进一步达到融会贯通。作为一门专业的课程，我们不仅要完成最基本的培养目标，更要培养高层次的学生。而开设不同层次的选修课是完成这个目标的最好方法。

教学模式要从传统的以教为主转变为以学生动手为主，要注重学生到底在实验中学到了什么，注重培养学生的创新能力。传统的实验教学模式是：上课老师先讲，讲完之后学生做实验，实验内容和实验模式是固定的。现代教育理论认为，在教学中要以学生为主体，要在教师的引导下，提高学生的独立思考能力，多开设计性课程，让学生主动去探索新知识。

五、物联网专业在实验教学中存在的问题

现在许多高校的物联网教学都把实验箱作为教学平台，实验模式比较死板，只针对固定的几个实验，学生只是机械地学习，时间长了就会失去兴趣，另外也缺乏对于学生创新能力的培养，不能够与实际应用相结合，与最初开设物联网专业的目的出现了冲突。

六、结语

物联网技术越来越多的应用在现代生活中，其中无线传感器网络技术在节能减排、环境监测、工业控制、城市管理等领域拥有了巨大的应用前景。目前无线传感器网络技术正在高速发展，是中国少有的与国际保持同步发展水平的技术之一，而且学习和掌握新技术发展方向和技术理念是现代化高等教育的核心理念。物联网教学的改革不仅要从教学方法还要从教学目的以及与实践相结合方面进行改革。

参考文献：

[1]王保云.物联网技术研究综述[J].电子量与仪器学报，2009，23（12）：1-7.

[2]李文仲，等.ZigBee无线网络技术入门与实战[M].北京航空大学出版社，2008.

[3]翟刚，刘盛德，胡咸斌，等.ZigBee技术及应用[M].北京航空大学出版社，2007.

[4]康东，勇鹏.射频识别（RFID）核心技术与典型应用开发案例[M].北京：人民邮电出版社，2008.

[5]陈积明，林瑞仲，孙优贤.无线传感器网络的信息处理研究[J].仪器仪表学报，2006，27（9）：1107-1111.

作者简介：安静宇，西安科技大学，工程训练中心。