面向物联网人才培养的传感器网络课程群建设

孙　洁

(宁波工程学院　电子与信息工程学院，浙江　宁波　315000)



面向物联网人才培养的传感器网络课程群建设

孙洁

(宁波工程学院电子与信息工程学院，浙江宁波315000)

摘要：无线传感器网络是一种新兴的物联网技术。传感器网络课程群建设，应以计算机组成原理、嵌入式原理与接口、传感器网络三门课程为核心课程，系统化把握课程内容和实验等各环节，培养学生在多学科交叉的新技术领域的动手能力，提高学生就业竞争能力。

关键词：物联网；课程群；传感器网络

一、研究背景

国务院总理温家宝于2009年8月在无锡提出“感知中国”的中心战略，并于2010年“两会”把物联网写入“政府工作报告”，物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一[1]。网络工程专业是在计算机科学与技术、通信工程等专业交叉、融合的基础上发展起来的新专业，1998年被教育部列入本科专业目录，全国已有近 300 所高校设置了该专业。我校电信学院于2010级开始招收网络工程专业学生，并开设物联网方向。该学科方向特点是以培养社会急需的物联网管理、设计、开发人才为目标，强化学生的工程实践能力和创新能力。

随着科学不断地分化与综合，高校课程之间的联系愈加紧密。课程群是从属于某个学科，由三门以上性质相关或相近的课程组成，结构合理、层次清晰、课程间相互连接、合理分工、能满足不同专业教学要求的系统化的课程群体[2]。其基本思想是把内容联系紧密、内在逻辑性强、属于同类能力素质培养范畴的同一类课程作为一个课程群组进行建设，打破课程内容的归属性，从实践能力和综合素质培养目标层次上，把握课程内容的分配、实施等各环节的实现。目前，课程群建设已成为高校课程教学改革的一种有效途径和发展趋势[3]。

近年来，物联网新产品不断问世，国内外各大IT公司纷纷投入巨资加紧研发，相关技术人才需求猛增。在新形势下，高校面临着物联网方向系统课程孤立、课程不全、实践能力弱、创新意识薄弱、与实际应用脱节等缺点，迫切需要建立一个教学群课程体系。为此，我们提出建设传感器课程群的新思路。课程群以计算机组成原理、嵌入式原理与接口、传感器网络三门课程为主要建设对象，研究以应用型人才培养为目标的传感器网络课程群，从理论认知维度和工程素质教育维度来进行课程设计，以应用为主线，紧密结合，相互关联，形成完整的课程群教学系统。

二、传感器网络课程群构架

课程群所含的各门课程应具有相关性和整合性。从内容上看，各门课程相互之间或纵向衔接，承上启下；或横向交叉，相辅相成。我们对课程群的教学构架进行了设计，课程群规划如下图所示：

图　传感器网络课程群规划

目前支撑该课程群的骨干课程包括“计算机组成原理”“嵌入式原理与接口”“传感器网络”，其理论教学目标和工程素质培养目标分别如下：

计算机组成原理课程：该课程是整个课程群的理论基础，系统地阐述单处理器系统的基本原理、体系结构、指令系统、存储系统、输入输出系统的基本原理。理论教学目标是让学生掌握计算机硬件的描述、内部结构的理解、不同层次部件连接和协作，最终形成整机概念。工程素质培养目标是能够设计简单的中央处理单元(CPU)，能够将各个单独的功能芯片通过总线连接起来，形成完整的概念机，实现CPU处理一条指令的完整指令周期。

嵌入式原理与接口课程：嵌入式系统是应用最为广泛的一种单处理器系统，其教学内容是先行课程“计算机组成原理”中形成的整机概念的具体实例。例如，“计算机组成原理”讲述的CPU普适性原理，奠定了理论和逻辑基础；“嵌入式原理与接口”课程将以代表性的 CPU(ARM)为中心，讲述其内部寄存器结构和处理器工作模式。“计算机组成原理”所讲述的输入输出系统原理，将在“嵌入式原理与接口” 课程里具体的中断管理及常用的外围接口控制中，得到直观而具体的体现。本课程对学生的理论要求是掌握一种嵌入式硬件平台的有关知识和技术，由于ARM系列在嵌入式应用领域的广泛应用，我们采用了以ARM系列为中心的课程和实验内容。本课程对学生的工程能力培养体现在：掌握ARM实验平台上设置特殊寄存器来实现通用I/O接口的控制，如LED灯的明灭，串口UART接口的数据传送功能、DMA功能的实现等。

传感器网络课程：介绍传感器网络的基本概念和主要技术，掌握Zigbee无线传感器网络通信标准，了解传感器网络的支撑技术如定位技术、同步技术、拓扑控制、数据汇聚和服务质量等。对学生的理论要求是掌握和理解无线传感器网络原理、协议等理论知识，并能够进行无线传感器网络的应用、管理、设计和开发；对学生的工程能力培养体现在：由学生组队完成基本传感器网络的开发、完善、部署和测试。每个传感器节点包括传感器和微处理器(CC2530)及相关电路，是一个典型的嵌入式系统。传感器数据的收发以及与PC之间的通信，涉及到CC2530对中断和串口的控制。学生必须经过先行课程“嵌入式原理与接口”的实践和练习，才能无障碍地理解协议代码中通过特殊寄存器控制外围电路的开发方法。在此基础上增加Zigbee组网和传感器数据读写实验等。

为了实现以上课程的理论知识培养及工程素质培养，其他支撑课程包括数字电子技术、通信基础、C语言程序设计等，在上图中都有体现。

三、传感器网络课程群教学内容的关联和衔接

新的课程群的计划和实施是一个不断探索和实验的过程，下表 给出了我们的教学计划以及对应的目标说明等。

表1　对应的课程单元及培养能力

表中可看到核心知识内容在不同课程中相互关联、一脉相承，而后续课程在先行课程的基础上不断深入、增加新的实践内容。形成课程群之后，可以避免课程间的重复内容，注意前后呼应，教学内容和实验也能注意与课程群中其他课程的教学内容相互衔接，形成有机集成的课程系统。

四、结论

无线传感器网络作为物联网领域中的关键技术，—直是各国研究机构的热点研究领域，高校研讨如何培养新技术领域的储备人才具有重要的意义。我们以三门专业骨干课为核心，将相关的课程组合在一起形成课程群，强化重点知识在不同课程的呼应和深入，使理论知识不断在具体课程上得到固化；并结合社会流行的技术和架构，配合物联网热点应用领域对应用型人才的需求，以多重实验对学生进行培训，增强学生动手能力和创新能力，最终提高学生就业竞争能力。

(责任编辑：时锦雯)

参考文献：

[1]温家宝.十一届全国人大三次会议政府工作报告[EB/OL]. 北京:新华社, 2010. http://www.gov.cn/2010lh/content_1555767.htm.

[2]吴开亮.关于高师院校课程群建设的探讨[J].江苏高教,1999(6):69-71.

[3]龙春阳. 课程群建设: 高校课程教学改革的路径选择[J]. 现代教育科学: 高教研究, 2010 (2): 139-141.

The Construction of Sensor Network Curriculum Group for Specialty of Internet of Things

SUN Jie

(Ningbo University of Technology，Ningbo 315000，China)

Abstract：Wireless sensor network is the enabling technologies of the application of Internet of Things (IOT). In order to systematically train student specialized in the area, this paper develops the sensor network curriculum group, with the computer composition principle, embedded system，interface, and sensor networks as the core curriculum. The curriculum group aims at managing the courses and experiment systematically, and training the students’ practical ability, and thereby improving students' employment competitiveness.

Key Words：IOT;curriculum group;sensor network

中图分类号：G642.0

文献标识码：A

文章编号：1671-9719(2016)4-0078-02

作者简介：孙洁(1977-)，女，甘肃人，博士，讲师，研究方向为物联网和传感器网络。

收稿日期：2016-02-23修稿日期：2016-03-20