物联网工程专业教学体系的研究与实践(论文)

PAGE物联网工程专业教学体系的研究与实践《物联网工程》是国家倡导开办的战略性新兴产业相关的本科专业，研究探索物联网工程专业的知识体系、课程大纲、教学计划、课堂教学、实验实训、人才培养是物联网学科建设的基本内容，我们北京科技大学作为国家批准的首批物联网专业和《教育部特色建设专业》的办学单位，面对专业知识体系不明确、教学大纲制定的困惑、课程内容繁杂、没有教材等诸多办学问题，组织团队，大胆探索，积极实践，开展了如下工作。提出了物联网专业的知识体系和课程规划主持召开了2次全国性的物联网教学研讨会议，依靠集体智慧，探索并提出了物联网专业的知识体系和课程规划。为全国高校物联网办学积极创造条件，提供科学依据，引领全国物联网专业的办学道路。2011年6月，我们在北京科技大学主持举办了“全国高校物联网知识体系与课程规划研讨会”，与全国高校教师一起，共同思考研讨物联网学科知识体系和课程设计问题，提出了一种物联网专业的知识体系结构，出版了《普通高等学校物联网工程专业知识体系和课程规划》一书，并被国内许多学校所采用，对全国物联网办学有着积极的指导作用。2012年7月，我们又在北京科技大学主持召开了“全国物联网教学与专业建设研讨会”，就物联网办学现状，物联网学科内涵与教材建设；实验内容与实训平台；课堂教学与教学实践；产学研联合办学等内容，进行了深入研讨。会上，王志良教授（我们）提出了12门的物联网专业必修课程，并且建议分为优先开设、建议开设和选修开设三个不同层次，结合各个学校的实际情况进行讲授。得到了与会代表的积极响应。引领了全国物联网办学的潮流。课程体系建设研究我们提出了物联网工程专业应当开设的12门专业必修课程体系，并且建议分为优先开设、建议开设和选修开设三个不同层次，结合各个学校的实际情况进行讲授。我们提出的12门物联网专业的必修课程如下：1《RFID技术》2《WSN无线传感器网络》3《M2M技术》4《物联网终端（嵌入式）技术》5《物联网组成原理》6《物联网综合实训》7《短距无线与异构组网技术》8《物联网安全》9《云计算》10《物联网工程与平台综合技术》11《大数据技术》12《物联网系统调控方法》我们提出，物联网的专业必修课程应以12门为宜，而且应该分为三个层次。层次一，应为基本技术层次或称为技术单元（或课程群）是高职院校与大学本科重点讲授的课程，主要应包含以下课程：（1）《RFID技术》；（2）《WSN无线传感器网络》；（3）《M2M技术》；（4）《物联感知与终端技术（嵌入式）》；（5）《物联网组成原理》；层次二，应为关键技术层次或称为联接技术单元（或课程群），在实际教学中对本科生的讲授不宜太深，对研究生则要重点讲授，主要应包含以下课程：（6）《短距无线技术》；（7）《异构组网技术》；（8）《物联网安全》；（9）《云计算》；层次三，应为前沿技术层次或称为系统技术（或课程群）。在教学中对本科生的教授应以概念、应用为主，不要太深，研究生层次则需要深入讲授。这些课程主要是：（10）《物联网工程与平台综合技术》；（11）《大数据技术》;（12）《物联网系统调控方法》；以上想法是基于物联网技术的发展也分为三个层次，即，基本技术；关键技术；前沿技术。这些技术大约经过5-10年的研究和应用方可成熟。通过物联网教学实践的深入和物联网从业者的不断思考、实践和归纳，这三个层次的技术会不断成熟，其对应的课程会不断前移，也可能会有新的组合。今天，我们应该有个基本的思考，作为我们科研教学的基本原则和出发点。2012年7月23日，对于我们提出的对于物联网专业核心课程分为优先开课、建议开课、选修开课三个先后层次进行教学的思路，来自52所高校的58名教师进行了投票遴选，结果如表1所示。表1物联网必修课程与教材建设的遴选序号优先建议选修必修课程名称1RFID技术与应用51612WSN无线传感器网络48403M2M技术301854物联感知与终端技术（嵌入式）42405物联网组成原理50006物联网通信技术(短距无线技术)361027异构组网技术82528物联网安全193359云计算723610物联网工程与平台综合技术10121411大数据092612物联网系统调控方法01023大胆探索，开发物联网专业的基本课程内容作为第一批开办物联网工程专业的院校，基本课程的设置无任何借鉴，我们从物联网的本质出发提出并归纳了《物联网工程导论》、《物联网组成原理（概论）》、《物联网综合实训》三门物联网基本课程。作为专业入门的16学时《物联网工程导论》从激发学生对本专业的学习热情出发，介绍了物联网的基本知识、相关技术和实践应用，明确了物联网的知识体系与课程安排；同时开创性地论述了物联网工程师的职业道德规范，提出品德与技术并举，培养物联网人才。《物联网组成原理（概论）》作为专业课程的深入学习，开设在基础课程学完之后，详细讲解物联网的关键技术和安全技术。《物联网综合实训》从TinyOS、NS2及云计算的系统实验和RFID、ZigBee和M2M的基础实验出发，到智能家居和智能交通的综合实训，和物联网的理论技术知识相结合，构成了物联网工程的完整知识体系。基本课程通过三届学生的教学实践，逐渐摸索出课程内容的把握，得到学生的好评。编写4本物联网专业教材，并被全国52所高校采用作为教材或教学参考书。积极投身于课程体系建设，我们团队成员编写教材，已经出版：《物联网工程概论》（第3次印刷）、《物联网工程实训教程》（与《概论》配套）、《物联网：现在与未来》（第2次印刷）、《物联网工程导论》（第2次印刷）等多部教材。并且已经被全国50多所高校（山东大学、吉林大学、四川大学、哈尔滨工业大学等高校）物联网及其相关专业选为教材或教学参考书。提出实验箱-实训平台—企业实习的三位一体的实践实训体系利用实验箱训练学生的物联网知识点和知识单元技术，利用物联网智能家居实训平台训练学生的综合运用知识的技能，带领学生到微软、研华等大型企业参观、实习，增强学生的适应社会、实际运用知识的能力。适应信息技术和物联网的发展趋势，我们自己开发了RFID制作实验（包含硬件、软件、文档说明书、开发环境），要求每位学生必须实际动手制作一个单片计算机与RFID物体识别单元相结合的物联网终端实验；并邀请微软公司的专任讲师来讲解Win8操作系统和应用开发技术。使得同学们在计算机软硬件、物联网基础技术（RFID、WSN、M2M）等技能方面打下扎实基础。与微软、IBM、富士通、研华等政产学研联合办学相结合，进一步摸索建立物联网工程专业实验平台。在做好物联网工程专业教育教学的同时，积极接待前来我校学习的其他物联网办学的高校教师，互相交流，无私地向他们赠送教材，教学课件，多次在全国物联网会议上介绍我们的办学体会，得到许多同行的好评。倡导开放的产学研结合物联网专业办学模式为了促进物联网工程本科专业学生实践动手能力，北京科技大学相继与微软、IBM、富士通、研华自动化等知名企业建立合作培养机制，2011年4月13日，在长沙举行“全国高校物联网及相关专业教学指导小组第三次工作会议”中，富士通半导体与北京科技大学签署了联合实验室合作协议。2011年12月，北京科技大学和微软联合推出WindowsPhone训练营，通过微软专家引领大家在新设备上实战开发WindowsPhone7应用程序，帮助学生掌握未来最有前途的技能，让他们为未来的就业做好准备。该训练营共吸引了60名北科大的学生和教师，参加学生涵盖了物联网、计算机、信息安全、智能、通信、测控、自动化和电子专业的本科生和研究生，经过紧张的学习和实践，同学们掌握WindowsPhone应用程序的开发流程的同时，完成了47个应用程序，并把自己完成的应用程序发布到微软的应用市场。2011年教育部高等教育司启动纳入原“教育部—IBM精品课程”的“教育部—IBM专业综合改革项目”，该项目由IBM提供相关技术资料，派遣工程技术人员协助建设，包括北京大学等一共27门课程获得资助建设，其中北京科技大学的“物联网技术与应用”是该项目物联网方向唯一获奖课程。物联网学科的办学离不开社会支持，因此对于社会大众的物联网知识的普及教育，是一个艰难而又长期的过程，本项目第一申请人作为北京科技大学计算机与通信学院物联网与电子工程系主任，教育部高等学校电气与电子专业教学指导分委员会物联网教学指导小组委员，工信部物联网专家委员会《物联网技术丛书》编委会成员，北京市十二五物联网产业规划首席科学家，中国电子商务物联网技术产品应用专业委员会常务理事、专家组成员，一直努力进行物联网知识的推广普及工作。我们在中央广播电视大学开放大学讲坛，录播“物联网——第三次科技浪潮”，同时在超星图书馆举办的物联网论坛中录播物联网视频。应用成果1）主持召开了2次“物联网工程专业教学和学科建设全国会议”，组织大家研讨物联网知识体系、核心课程建设等物联网专业必须面对的问题，引领物联网专业建设的办学道路。2）所提出的《物联网工程专业的知识体系与课程规划》被广泛采用；3）编写了4本物联网专业教材（已经多次印刷），并被全国50多所高校采用作为教材和教学参考书。4）2012年6月，我们（王志良，石志国）作为主讲教师入选教育部视频精品公开课《物联网与科技强国》建设选题（全国物联网专业唯一入选精品课程），2011年教育部高等教育司启动纳入原“教育部—IBM精品课程”的“教育部—IBM专业综合改革项目”，该项目由IBM提供相关技术资料，派遣工程技术人员协助建设，包括北京大学等一共27门课程获得资助建设，其中北京科技大学的“物联网技术与应用”是该项目物联网方向唯一获奖课程。我们所在的物联网工程专业，2011年8月，获得教育部国家级特色专业，是全国第一批6所高校之一，2011年9月，获得北京科技大学教学优秀奖一等奖。5）积极进行产学研结合的物联网办学模式探索，已被聘任为北京市十二五物联网产业规划首席科学家，国家重大专项物联网课题总体组专家，中国电子商务物联网技术产品应用专业委员会常务理事、专家组成员，全国物联网产学研发展联盟（筹备）召集人。6）多次接待、帮助兄弟院校前来交流访问、短期研修，交流传播彼此在物联网办学方面的思路、体会，为国家物联网专业办学做出了积极努力。成果创新点提出了物联网专业的知识体系和课程规划；研究物联网专业的课程体系，具体提出了12门核心课程；编写了4本物联网专业教材（已经多次印刷），并被全国近54家高校采用作为教材或教学参考书。提出了三位一体的物联网实践实训体系：实验箱+实训平台+企业实习。几年来，我们在以下方面进行了探索性的创新研究。提出了物联网专业的知识体系和课程规划（如图1所示），图1物联网工程专业的知识体系1)被国内物联网专业广泛采用。物联网的知识体系由三部分构成：物联网专业基础课（嵌入式、软件知识、网络知识）；物联网技术基础（RFID、WSN、M2M、云计算）和专业课（感知控制方向、网络传输方向、信息处理方向，每个方向开课18学分，学生可以只选择其中一个方向为主攻方向（选课9个学分），其他两个方向各选课4-5个学分）。采用这种知识体系，较好地解决了物联网涵盖知识繁杂带来的内容过多、学时过多、开课困难的挑战。2)提出了物联网专业的课程体系，具体提出了12门核心课程，并建议要分层次分阶段进行开课，得到了国内物联网办学单位的认可。3)积极进行物联网专业的教材建设，编写了4本物联网专业教材（已经多次印刷），并被全国50多所高校采用作为教材或教学参考书。4)提出了三位一体的物联网实践实训体系：实验箱+实训平台+企业实习。利用实验箱训练学生的物联网知识点和知识单元技术，利用物联网智能家居实训平台训练学生的综合运用知识的技能，到微软、研华等大型企业参观、实习，增强学生的适应社会、实际运用知识的能力。适应信息技术和物联网的发展趋势，开发了RFID制作实验，要求每位学生必须实际动手制作一个单片计算机与RFID物体识别单元相结合的物联网终端实验；并邀请微软公司的专任讲师来讲解Win8操作系统和应用开发技术。专家与同行评价典型的评价如下：9-1中国物联网教育领头人、中科院院士姚建铨评价王志良教授主编的“物联网现在与未来”一书是到目前为国物联网技术方面较为全面、深刻的一本书籍，我本人拿到该书已阅全文，认为该书十分难得可贵。（2010。8。29）王志良教授作为物联网教学研究的探索者，在《物联网工程概论》一书中比较深刻的思考了物联网相关技术。作者合理的安排此书的结构，使得初学者可以由浅入深的学习物联网相关知识，并且考虑到物联网工程专业是培养卓越工程师的“实验田”、工程实践性很强的特点，还编写了与此教材专门配套有物联网工程的实践教材（实验、案例和习题解答），不失为当前最好的物联网工程专业教材之一。所以，我建议全国的物联网相关专业都能采用这本书，大家共同研究，共同探讨、共同进步，齐心协力推动我国的物联网工程教育事业的发展（2011年3月）9-2其他同行评价天津大学计算机学院魏建国博士：听了您讲授的物联网课程建设的课，使我受益匪浅。这学期我要在我学院开设一门48学时的物联网概论课程。我非常想获得您关于这门课的课件作为我们教学的参考和指导，不知是否可以？非常感谢您给我们的指导！山东大学栗华教授：关于你的两套书，我们这里都需要，因为我们这里既有一年级的物联网专业导论，又有三年级上学期的物联网技术基础导论，因此希望都能得到您的支持。福州