《物联网技术导论》课程实验教学初探

引言

物联网被认为是继计算机、互联网之后的第三次信息浪 潮。2009年8月温家宝总理在无锡考察传感网产业发展时提 出“感知中国”后，物联网的探索逐渐成为国家战略。2010年 3月底，教育部批准30所高校第一批开设物联网工程专业, 没有物联网专业的学校也相继开设了物联网相关的课程。我校 于2010年招生时就将物联网及相关课程加入了计算机科学技 术、网络工程专业的培养方案，并于本学期首次开设了《物联 网技术导论》课程。本课程的特点是理论性强，通过实验课 加强学生对于物联网理论内容的理解，才能很好地培养学生 分析问题、解决问题的能力和专业实践能力，加强实践教学是 培养应用型人才的重要途径。研究《物联网技术导论》课程的 实验内容，对培养物联网应用人才具有重大的意义。

1研究现状及存在问题

《物联网技术导论》是本学期为2010级计算机科学技术 专业新开设的一门专业任选课。课程的目标是使学生可以对物 联网技术的相关知识有一个全面、系统的认识；具备规划设 计与构建出一些简单的物联网应用系统的能力；具备运用理论 知识解决实际问题的基本素质。

现在开设物联网课程的学校很多，主要从理论上讲解物 联网中的无线传感器网络、RFID(射频识别)技术等，项目 组对市面上的物联网技术课程及实验的教材及几个学校的实 验教学做了调查，主要发现有以下几个问题：

1.1课程内容差异很大，实验内容不统一

物联网是一个相对比较新的技术，很多理论还没有完全 沉淀下来，形成非常统一的理论体系。不同的学校不同的教材讲授的内容有很大差异，相对于实验内容也就有不同的安排。

1.2开设的专业不同，实验内容的重点不一

物联网技术是一个综合性比较强的新技术，涉及到计算 机技术、通信技术、自动控制技术等，造成了不同专业都开物 联网课程的现状。通信技术相关专业讲解的重点在于物联网 通信传输、通信协议分析等，自动控制相关专业讲解的重点在 于物联网芯片的研究设计等。计算机相关专业讲解的重点在 于物联网相关算法、应用开发等。开设专业的不同，导致了实 验内容的重点不一。如北京科技术大学王志良教授出版的实训 教程［1］有大量的硬件设计指导等。

1.3不同学校配备的实验箱不同，实验操作不一致

对于物联网课程的实验大部分都是基于实验箱进行操作 的，不同的学校配备的实验箱基本都不同。每种实验箱都有 不同的核心板，不同的程序，操作起来都有自己的步骤［%本 系关于物联网的实验箱共有3套，即使是同一种类型的实验, 软硬件环境，实验效果也都不同，这也给实验的选择、融合 带来一定的难度。

1.4学生层次不同，实验内容的难易度设置问题

物联网实验需要大量的硬件编程基础，这些基础都是通 过以前课程的学习积累的。有的学生基础好些，如果实验内 容过浅，就不能满足学生对知识的渴望，设置过难又使基础 不好的学生失去信心。

基于以上问题的分析，我们在实验内容的选择上要以符 合专业需求为主要方向，找出实验教学的重点，体现实验的 层次性等，为培养物联网方向的应用人才奠定基础。

2实验内容研究

主要研究《物联网技术导论》课程的基础实验与应用实 验内容，以符合专业需求为导向，整合现有实验箱实验的基础上，在各个实验中拟设置选学内容，以满足不同层次学生 的要求，同时为学生深入学习物联网相关课程打下坚实基础。

拟选取以下6组实验：

建立实验环镜

实验为1学时，主要是认识实验设备，安装配置IAR、 KeilC开发环境。

数据感知实验

实验为3学时，主要物联网感知层的实验，包括温湿度 传感器、超声波传感器、酒精传感器的实验，使学生通过各 种传感器感知信号及编程方法。选学内容设置为光电传感器、 压力传感器。

ZlgBee组网实验

实验为4学时，主要是让学生熟悉ZlgBee协议栈原理、 工作流程，掌握点对点、星状网通信原理及相关程序应用分析。 选学内容为树状通信实验等。

( 4)网关通信实验

实验为2学时，使学生掌握网关上各种通信接口如串口， 网口、GPRS的使用及程序分析修改。

(5)认识RFID系统实验

实验为2学时，使学生掌握RFID的基本原理，学会 RFID模块的使用方法及相关程序分析。选学内容为超高频 RFID模块分析等。

( 6)物联网应用实验

实验为4学时，是物联网应用层的实验，主要是对智能 家居系统、智能超市系统和智能仓储系统从系统功能、架构、 原理上进行分析，并通过各种模拟系统进行实际分析等。选 学内容为智能农业等。

实验的总学时为16学时，我们的重点放在无线传感器网 和物联网应用上。

3实验教学方法与手段

3.1启发式教学

为了培养学生的创新能力，激发学生学习兴趣，改变以 往填鸭式教学方法，在实验中，先讲解实验内容和实验要求 等基本内容后，再将本次实验的结果展示出来，然后引导学 生观察、发现问题，由教师以点拨、提问和探讨的方式加以 解决。实验中根据学生的实际情况，这种变学生被动为主动 参与的教学方法在调动学生的学习主动性及创新能力的培养 上均收到了良好的效果。

3.2层次教学

根据实验教学的进度和实验深度要求的不同，把实验分 成不同的层次，有助于引导学生由浅入深地学习。在物联网 实验教学中分成两个方面的层次。

第一个层次，是从必学到选学将实验内容分成必学和选 学，必学是所有学生都要学习的内容。选学内容是对本实验 更有兴趣的学生学习的内容。

第二个层次，是将必修实验再分为使用、验证分析、综 合设计3个层次。

在教学前期适合于做一些使用层次要求的实验，如建立 实验环镜、传感器和ZigBee网等，通过全面使用物联网系统 使学生对传感器、ZigBee等操作有全面的感性认识。在有一 定的操作和理论基础时可做验证分析层次的实验，从外部观 察验证传感器、ZigBee的原理、编程、实现过程。如学完进 程就可通过在实际的操作系统上编程使用系统调用来观察操 作系统的进程调度结果，并根据结果分析不同的调度策略。 在验证分析的基础上就可做设计实现层次的实验，要求学生 在模拟操作系统上自己编程实现操作系统的功能模块，并观 察自己所设计的功能模块的工作情况。让学生对物联网功能有 一个使用、探索验证、自己设计逐步深入的学习过程。

4实验考核

考试是引导学生学习、了解教师教学效果的一个重要方 法。许多高校计算机科学技术专业硬件课程实验教学和课堂 教学的比例超过20%，但学生的成绩仅凭试卷考试来确定, 忽略了实验教学成绩，这是不全面的。因此需要完善学生成 绩评定，充分调动学生对实验教学的积极性，达到学生实验 动手能力的成绩在总评成绩中占一定比例。在平时的实验教学 中，应该告知学生实验成绩在总评成绩中的比例，要求学生重 视实验报告，启发学生创新思维，鼓励学生认真总结实验经验, 杜绝抄袭他人现象。几年来在计算机科学技术专业硬件实验 教学成绩占课程总评成绩的20%〜30%是比较恰当的。

5结语

本文对《物联网技术导论》实验课程的内容、实验教学 方法与手段、实验考核等方面所作的分析，可为高校建设物联 网技术导论课程提供一些参考。物联网技术导论的实验教学 是培养实用性和创新性的高素质物联网技术人才的重要途径 和手段。因此，实验教学是当前需要认真研究和探讨的问题。

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