物联网课程教学大纲与计划

一、课程定位与教学背景物联网作为“万物互联”的核心支撑技术，已深度渗透到智能家居、工业制造、智慧城市等领域。本课程面向物联网工程、电子信息工程、计算机科学与技术等相关专业本科阶段开设，是融合电子技术、通信技术、计算机技术的专业核心课程。课程旨在帮助学生建立物联网系统的全局认知，掌握从感知层数据采集到应用层服务开发的全流程技术，为从事物联网系统设计、开发、运维等岗位奠定理论与实践基础。二、教学目标（一）知识目标1.理解物联网的定义、发展历程与技术架构（感知层、网络层、应用层）；2.掌握感知层核心技术：传感器原理与选型、RFID/EPC系统架构、ZigBee/BLE等短距离通信协议；3.熟悉网络层关键技术：无线/有线通信网络（如LoRa、NB-IoT、5G）、IPv6与物联网寻址、边缘计算与云计算协同；4.掌握应用层开发方法：物联网平台（如ThingsBoard、华为OceanConnect）部署、数据可视化、AI算法在物联网场景的轻量化应用；5.了解物联网安全体系：设备认证、数据加密、隐私保护策略。（二）能力目标1.能独立完成小型物联网系统的需求分析、方案设计与原型开发（如环境监测、智能安防系统）；2.具备跨层技术调试能力：感知层设备组网、网络层通信故障排查、应用层服务优化；3.能运用团队协作完成复杂物联网项目（如工业物联网产线监控），并通过文档撰写（需求说明书、技术报告）清晰表达设计思路；4.具备技术迭代意识，能跟踪物联网前沿技术（如6G、数字孪生）并探索其应用场景。三、课程内容模块设计（一）理论教学模块（总课时：32课时）模块主题核心内容课时分配-------------------------------------------------------------------------------------------------------物联网基础理论物联网定义、发展阶段、典型应用场景（智能家居、车联网、农业物联网）；

技术架构（感知-网络-应用层）与标准化体系（IEEE、ETSI、ITU-T）。4感知层技术传感器原理（温湿度、加速度、气体传感器）与接口（I2C、SPI、UART）；

RFID系统（电子标签、读写器、中间件）；

ZigBee/BLE协议栈与组网。8网络层技术短距离通信（ZigBee、WiFi、蓝牙）与长距离通信（LoRa、NB-IoT、5G）；

IPv6与物联网寻址（ULID、EUI-64）；

边缘计算（雾计算）与云计算协同架构。8应用层技术物联网平台架构（设备管理、数据存储、API接口）；

数据可视化（ECharts、Grafana）；

轻量化AI（TensorFlowLite）在物联网的应用（如设备故障预测）。8物联网安全设备身份认证（PSK、X.509证书）；

数据传输加密（TLS/DTLS）；

隐私保护（差分隐私、联邦学习）。4（二）实践教学模块（总课时：32课时）实践以项目驱动为核心，分“基础实验-综合项目-企业实训（可选）”三级递进：1.基础实验（12课时）实验1：传感器数据采集与传输（温湿度传感器+STM32/Arduino，数据上传至串口/云平台）；实验2：RFID识别系统搭建（读写器配置、电子标签读写、数据解析）；实验3：ZigBee组网与数据透传（协调器、路由器、终端节点配置，多节点数据采集）。2.综合项目（16课时）项目主题：智能家居系统（或工业物联网产线监控、农业环境监测）实施阶段：需求分析：明确系统功能（如家居设备远程控制、能耗监测），绘制用例图；方案设计：感知层设备选型（传感器、执行器）、网络层通信协议（WiFi+MQTT）、应用层平台（ThingsBoard）；开发调试：硬件组装（传感器与单片机连接）、固件开发（Arduino代码）、平台配置（设备接入、仪表盘设计）；验收优化：系统功能测试、性能优化（如低功耗设计）、技术报告撰写。3.企业实训（4课时，可选）邀请物联网企业工程师（如华为、阿里云生态伙伴）开展“行业解决方案”讲座，或通过远程平台参与企业真实项目的简化版开发（如智慧园区设备管理模块）。四、教学进度计划（16周，周课时4）周次教学主题教学形式核心任务/成果-----------------------------------------------------------------------------------------1-2物联网基础理论与架构理论+案例（智慧城市）完成《物联网技术发展报告》读书笔记3-4感知层技术（传感器+RFID）理论+实验1实现温湿度传感器数据采集5-6感知层技术（ZigBee/BLE）理论+实验3完成ZigBee三节点组网7-8网络层技术（通信协议+边缘计算）理论+小组汇报（5G在物联网的应用）提交“通信协议对比分析报告”9-10应用层技术（平台+数据可视化）理论+实验（平台部署）完成ThingsBoard设备接入与仪表盘设计11-12物联网安全理论+案例（摄像头隐私泄露事件分析）设计“智能家居安全方案”13-16综合项目开发项目驱动（分组）完成智能家居系统原型与技术报告五、教学方法与考核体系（一）教学方法1.案例教学：以“智能家居系统”为贯穿案例，拆解各层技术应用（如感知层用温湿度传感器，网络层用WiFi+MQTT，应用层用手机APP控制）；2.项目驱动：将实践环节拆解为“基础实验-模块集成-系统开发”三级项目，学生分组承接，教师提供“技术锦囊”（如常见故障排查手册）；3.翻转课堂：提前发布预习资料（如“IPv6寻址原理”视频），课堂由学生讲解+教师补充，提升自主学习能力；4.校企协同：邀请企业工程师分享“物联网项目全流程（从需求到交付）”，或引入企业真实项目的简化版作为综合项目主题。（二）考核体系过程性考核（40%）：实验报告（20%，含基础实验+综合项目阶段性报告）、课堂表现（10%，含小组汇报、课堂问答）、团队协作（10%，组内互评+教师评价）；终结性考核（60%）：期末项目设计（70%，含系统功能完整性、技术创新性、文档规范性）+理论考试（30%，侧重技术原理与架构分析）。六、教材与教学资源（一）推荐教材1.《物联网工程导论》（刘云浩著）：系统讲解物联网架构与关键技术，案例丰富；2.《物联网技术与应用》（黄玉兰著）：侧重工程实践，含大量实验指导；3.《BuildingtheInternetofThings》（Chandrakasan等著）：英文原著，涵盖前沿技术（如边缘AI）。（二）在线资源慕课平台：中国大学MOOC《物联网技术与应用》（西安电子科技大学）、Coursera《InternetofThings:TechnologiesandApplications》；工具资源：ArduinoIDE、ThingsBoard开源版、华为OceanConnect开发者平台；行业案例：阿里云“城市大脑”、海尔“COSMOPlat”工业互联网平台技术白皮书。七、教学保障与持续改进（一）师资要求主讲教师需具备“双师型”能力：既熟悉物联网理论（如参与过相关科研项目），又有工程实践经验（如主导过物联网项目开发）；实践环节配备1-2名实验指导教师，需熟练掌握传感器、单片机、云平台等工具的调试方法。（二）实验室建设硬件：传感器实验箱（含温湿度、气体、加速度传感器）、RFID读写器、ZigBee开发套件、物联网网关（支持多协议转换）；软件：ArduinoIDE、Python开发环境、ThingsBoard开源版、MQTT.fx调试工具。（三）教学改进机制每学期末开展“教学