物聯(lián)網(wǎng)校企合作實訓(xùn)教學方案改革與實踐

尹向東 張新林 陳旭日

摘 要：該文通過分析目前物聯(lián)網(wǎng)的市場應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)主要是在線監(jiān)測與控制、傳輸與組網(wǎng)兩個方向，根據(jù)市場的應(yīng)用需求，結(jié)合高校物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)專業(yè)實訓(xùn)教學的特點和發(fā)展現(xiàn)狀，并且與相關(guān)企業(yè)合作進行了物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)教學方案設(shè)計，包括物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與控制實訓(xùn)方案，物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)與通信實訓(xùn)方案；在這些方案的基礎(chǔ)上，通過兩個方向的校企合作實訓(xùn)項目的訓(xùn)練，使學生可以熟練掌握市場上企業(yè)所需要的物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)技術(shù)，并且通過熟練所學技術(shù)在實訓(xùn)教學中有好的實踐。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) 校企合作 實訓(xùn)教學 教學改革

中圖分類號：G4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）05（b）-0147-02

目前，我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成了面向應(yīng)用的較為成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，如我們熟知的智能化樓宇、智慧城市、現(xiàn)代智慧農(nóng)業(yè)、車聯(lián)網(wǎng)、城市智能交通、智能家居、智能金融、綠色能源等等[1]。根據(jù)中國物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心2014年度的研究報告，中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的市場規(guī)模前景巨大，到2015年物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的規(guī)模預(yù)計將會達到7500億元，年增長率達30%左右[2]。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用已經(jīng)漸漸滲透到社會的各行各業(yè)，包括了我們生活中的方方面面。

如此巨大的市場，帶來了巨大的人才需求，2008年以來，教育部設(shè)立了我國第一批高校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)，就不完全統(tǒng)計，目前國內(nèi)已經(jīng)有100多所本科院校，400多所高職院校開設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的專業(yè)[3]。通過筆者近幾年的觀察和調(diào)研，發(fā)現(xiàn)各個高校在物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)教學方面都比較成熟，有詳細的教學培養(yǎng)方案、課程體系，各個物聯(lián)網(wǎng)方向的基礎(chǔ)實驗室也紛紛建設(shè)完成，取得了較好的教學效果。另一方面，物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)方面卻不盡如人意，大多數(shù)高校由于缺乏合適的教學環(huán)境，大多都是采用演示系統(tǒng)進行教學，學生僅僅是在電腦觀看，進行參觀，自己不能親身進行操作，沒有實際項目的訓(xùn)練，很難達到發(fā)展迅速的市場企業(yè)的人才需求[1]。

因此，作為高校教育工作者，亟需探索一個在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的校企合作實訓(xùn)教學方案，筆者通過多年的教學實踐，就上述的問題做一些探討。

1 物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)教學背景分析

眾所周知，物聯(lián)網(wǎng)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層[4]，因此，現(xiàn)在應(yīng)用較為廣泛的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也可以分為三大類：（1）感知層應(yīng)用技術(shù)：用來感知外部客觀世界，采集各種信息，包括傳感器技術(shù)、掃描二維碼技術(shù)、RFID技術(shù)、定位系統(tǒng)技術(shù)；（2）網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用技術(shù)：用于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連，將世界上各種各樣的網(wǎng)絡(luò)連接起來，主要包括網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)中間件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)安全等等；（3）應(yīng)用層技術(shù)：用于實現(xiàn)面向終端用戶的各種應(yīng)用，實現(xiàn)資源共享以及協(xié)同工作，包括各種操作系統(tǒng)開發(fā)、軟件開發(fā)平臺、大數(shù)據(jù)、云計算、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、算法研究、高級語言程序開發(fā)等等[5]。

上述三大類的技術(shù)，用于在學生的具體實訓(xùn)中，可以大致分成以下兩個方向。

1.1 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與控制

目前物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)一個重要方面就是關(guān)于各種傳感器的應(yīng)用，包括工業(yè)數(shù)據(jù)的采集與控制、農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的采集與控制、環(huán)境數(shù)據(jù)的采集與控制、社區(qū)數(shù)據(jù)的采集與控制，與之相對應(yīng)的典型應(yīng)用包括智能制造、智能農(nóng)業(yè)、智慧環(huán)境監(jiān)測、智慧樓宇、智慧城市等等。主要有以下幾方面的技術(shù)：（1）大型數(shù)據(jù)庫技術(shù)；（2）傳感器制造；（3）傳感器數(shù)據(jù)傳輸；（4）傳感器節(jié)能技術(shù)；（5）前端軟件數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)與通信

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用另一個重要方面就是組網(wǎng)與通信，實現(xiàn)各個節(jié)點間數(shù)據(jù)交換，將節(jié)點數(shù)據(jù)高效地傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫服務(wù)器，與之對應(yīng)的典型應(yīng)用包括智能交通、智能物流、車聯(lián)網(wǎng)、自動定位系統(tǒng)等等。主要有以下幾方面的技術(shù)：（1）大量傳感器節(jié)點的優(yōu)化部署；（2）動態(tài)環(huán)境中自組網(wǎng)技術(shù)；（3）M2M公網(wǎng)通訊設(shè)備制造；（4）WMMP（Wireless Machine-to-Machine Protocol，無線機器通信協(xié)議）應(yīng)用[6]。

2 物聯(lián)網(wǎng)校企合作實訓(xùn)教學方案設(shè)計

通過上節(jié)的分析，我們知道物聯(lián)網(wǎng)的市場應(yīng)用主要是在數(shù)據(jù)采集與控制、組網(wǎng)與通信兩個方向，因此我們與南京物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)合作，圍繞這兩個方面進行物聯(lián)網(wǎng)校企合作實訓(xùn)教學方案設(shè)計。

2.1 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與控制實訓(xùn)方案

（1）需求分析階段（10學時）。

①應(yīng)用行業(yè)知識（2學時，課堂教學）；②系統(tǒng)基礎(chǔ)知識及接口定義（4學時，課堂教學）；③項目總體方案（4學時，實踐）；④項目系統(tǒng)實施計劃及各關(guān)鍵點技術(shù)方案（6學時，實踐，生成項目需求設(shè)計文檔）。

（2）傳感器數(shù)據(jù)采集傳輸及控制信號設(shè)計（60學時，電子技術(shù)專業(yè)方向）。

①傳感器工程應(yīng)用接入基礎(chǔ)理論及應(yīng)用技術(shù)（10學時，課堂教學及實驗）；②工業(yè)控制類嵌入式知識理論及應(yīng)用技術(shù)（6學時，課堂教學及實驗）；③傳感器的工作原理與特點、項目傳感器種類及型號選型（4學時，課堂教學及實踐，寫出相關(guān)選型報告）；④傳感器接入及數(shù)據(jù)解析工程技術(shù)（6學時，課堂教學實踐）；⑤傳感器接入板電路原理圖及PCB板設(shè)計（10學時，課堂教學實踐）；⑥傳感器接入程序設(shè)計（12學時，實踐，要求有程序源碼及實物作品）；⑦數(shù)據(jù)WSN傳輸原理與應(yīng)用（4學時，課堂教學及實踐）；⑧數(shù)據(jù)采集終端的WSN系統(tǒng)程序設(shè)計（8學時，實踐，要求有程序源碼及測試結(jié)果報告）。

（3）數(shù)據(jù)庫組件設(shè)計（60學時，計算機與科學技術(shù)、軟件工程專業(yè)方向）。

①數(shù)據(jù)存儲及管理設(shè)計理論（40學時，課堂教學）；②數(shù)據(jù)庫組件設(shè)計（20學時，實踐，要求有程序源碼及測試結(jié)果）。

（4）上層應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計（60學時，計算機與科學技術(shù)、軟件工程專業(yè)方向）。

①應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計概要（20學時，課堂教學）；②上層應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計（40學時，實踐，要求有程序源碼及運行結(jié)果展示）。

（5）總結(jié)及評估（20學時）。

①項目調(diào)試及實現(xiàn)（16學時，實踐，要求生成項目結(jié)題報告，包括文檔及作品）；②作品演示及點評（4學時，作品演示和老師點評）。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)與通信實訓(xùn)方案

（1）項目需求分析（10學時）。

①背景及應(yīng)用行業(yè)介紹（1學時，課堂教學）；②系統(tǒng)技術(shù)特點及基礎(chǔ)知識（2學時，課堂教學）；③項目總體目標與方案概述（4學時，課堂教學、實踐）；④項目系統(tǒng)實施計劃及各關(guān)鍵點技術(shù)方案及接口定義（3學時，課堂教學、實踐）。

（2）M2M公網(wǎng)通訊設(shè)備的軟硬件設(shè)計（50學時，網(wǎng)絡(luò)工程、通信工程方向）。

①M2M公網(wǎng)通訊設(shè)備基礎(chǔ)理論技術(shù)要點介紹（12學時，課堂教學、實踐）；②GPRS通訊模塊知識簡要介紹（6學時，課堂教學、實踐）；③CDMA通訊模塊知識簡要介紹（10學時，課堂教學、實踐）；④AT指令集的講解及實驗（4學時，課堂教學，實踐）；⑤工業(yè)儀表網(wǎng)關(guān)與GPRS/CDMA模塊間的通訊實驗（8學時，課堂教學、實踐）；⑥工業(yè)儀表網(wǎng)關(guān)控制GPRS/CDMA模式實現(xiàn)UDP/TCP通訊實驗（10學時，實踐）。

（3）感知網(wǎng)接入M2M公網(wǎng)的軟硬件技術(shù)（50學時，網(wǎng)絡(luò)工程、通信工程方向）。

①感知網(wǎng)數(shù)據(jù)采集實驗（16學時，課堂教學、實踐）；②感知網(wǎng)數(shù)據(jù)接入工業(yè)儀表網(wǎng)關(guān)的設(shè)計與實現(xiàn)（16學時，課堂教學、實踐）；③工業(yè)儀表網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)感知網(wǎng)與公網(wǎng)間數(shù)據(jù)連通的設(shè)計與實現(xiàn)（28學時，課堂教學、實踐）。

（4）WMMP高可擴展M2M協(xié)議的研究與應(yīng)用（50學時，可選做）。

①WMMP協(xié)議設(shè)計簡要介紹（4學時，課堂教學）；②WMMP協(xié)議報文格式及通訊流程的介紹（12學時，課堂教學、實踐）；③WMMP協(xié)議中與服務(wù)器通訊流程實驗（12學時，課堂教學、實踐）；④WMMP實現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸實驗（10學時，課堂教學、實踐）；⑤工業(yè)儀表網(wǎng)關(guān)利用WMMP協(xié)議收發(fā)感知網(wǎng)應(yīng)用數(shù)據(jù)設(shè)計與實現(xiàn)（12學時，實踐）。

（5）總結(jié)及評估（12學時）。

①編寫項目結(jié)題報告（8學時，實踐，要求生成項目結(jié)題報告，包括文檔及作品）；②演示及點評作品（4學時，作品演示和老師點評結(jié)合）。

3 結(jié)語

上述兩個方向的校企合作實訓(xùn)項目根據(jù)了不同的專業(yè)特點來設(shè)置，各個與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的專業(yè)可以根據(jù)自身的特點的來進行選擇。通過訓(xùn)練，學生可以掌握目前市場上企業(yè)所需要的物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)技術(shù)，為將來的就業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。

參考文獻

[1] 鄭艷華，揭海，羅瓊.地方高?！拔锫?lián)網(wǎng)工程”本科專業(yè)與方向建設(shè)初探[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2013（35）：255-256.

[2] 2014年中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析報告[R].91資訊，2014.

[3] 趙傳信，王楊，陳付龍.物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實踐課程建設(shè)探討[J].電腦知識與技術(shù)，2012（8）.

[4] 李金泉，尤小梅，趙滿平.以“CDIO”理念為指導(dǎo)，培養(yǎng)學生的實踐能力[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2014（12）.

[5] 張華.探究物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2013（13）：41.

[6] 馬何，英昊，姜紹君，等.物聯(lián)網(wǎng)感知層課程建設(shè)探索[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2012（36）：186.