王曉曄 溫顯斌 肖迎元

（天津理工大學，天津 300384）

一、引言

我校在2011年申請下了物聯(lián)網工程專業(yè)，依托在計算機學院。目前，國家對于物聯(lián)網專業(yè)并沒有統(tǒng)一的教材和課程要求，因此，需要進行相關的課程設置和建設。

二、物聯(lián)網的層次結構

從技術架構上來分析，物聯(lián)網可分為三個層次結構，分別是感知層、網絡層和應用層。感知層是最底層，它的功能類似于人類的五官一樣，主要進行物品的識別、信息的采集和信息的傳輸。其中物品識別設備有二維碼標簽和RFID標簽的讀寫器；信息采集主要依靠數(shù)碼相機、攝像頭等圖像和視頻采集系統(tǒng)，各種物理參量的采集系統(tǒng)主要涉及傳感器技術；信息的傳輸主要涉及藍牙、紅外、WIFI和Zigbee等短距離無線通信技術。感知層是核心層，沒有了感知層，物聯(lián)網技術就無從談起。

三、物聯(lián)網專業(yè)的培養(yǎng)目標

通過本專業(yè)的培養(yǎng)，學生應該具備良好的人文素養(yǎng)和職業(yè)道德，具有系統(tǒng)、扎實的計算機理論基礎、較寬廣的物聯(lián)網相關的計算機、通信和傳感的基本理論、基本知識、基本技能和方法，在物聯(lián)網的信息處理、物聯(lián)網網絡技術、感知層技術等方面具備工程實踐特色，具備從事物聯(lián)網應用系統(tǒng)設計、開發(fā)、調試、運行維護等基本能力的應用型高級專門人才。從培養(yǎng)目標來看，將感知層相關課程作為一個課程群來建設符合整體課程建設的需要。

四、感知層的課程內容

由以上分析可知，感知層技術包括射頻技術、傳感器技術和無線組網技術等，因此相應教學內容應該使學生能夠熟練掌握和運用這些核心技術。

我院感知層課程群主要包括：RFID射頻技術、傳感器技術、短距離無線通信技術、單片機原理及應用，通過這幾門課程的學習，基本能夠完成物品的識別、物理參量的采集和信息的傳輸功能，其中單片機作為感知層的控制部件，對信息的采集和傳輸之間的協(xié)調起到了不可或缺的作用。

1.理論教學內容設置

物聯(lián)網工程專業(yè)是在無線通信技術、計算機技術、傳感器技術和自動控制技術的日益成熟下迅速發(fā)展起來的，因此說與其相關的基本上在其他專業(yè)都有開設，但是根據(jù)物聯(lián)網工程的專業(yè)性質又需要做相應的調整，因此感知層課程群的設置和內容如表1所示。

單片機作為感知層的核心部件主要實現(xiàn)對各種物理信息的定時采集、顯示和傳輸，同時對某些執(zhí)行部件的操作進行控制。因此單片機的教學內容主要側重于硬件基礎電路的設計和相應配套軟件的設計，并且加大在應用系統(tǒng)開發(fā)上的教學力度。

1）原位處理池對于滲瀝液氨氮的去除效果很好，最高能達到95%以上，總氮去除率大體上也在50%以上，COD去除效果在30%以上。

表1 理論教學課程和內容

作為物聯(lián)網工程的專業(yè)課程，如果傳感器原理單純講述傳感器技術，則顯得教學知識落后于物聯(lián)網感知層的技術發(fā)展，所以在講述傳感器技術的同時，加強傳感器檢測電路設計的講解，通過Proteus軟件繪制傳感器應用電路的原理圖，結合虛擬儀器Labview軟件，可以實現(xiàn)對所設計的傳感器進行輸出信號的顯示和各種性能評估。

物聯(lián)網另一個重要技術是短距離無線傳輸通信技術，主要實現(xiàn)采集信息的傳輸，除了講解藍牙、紅外、WIFI等技術的概念和應用之外，將把重點內容放在Zigbee的工作原理、自組網技術和應用開發(fā)上，因為ZigBee技術作為一種短距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線網絡，以其經濟、可靠、高效等優(yōu)點在物聯(lián)網技術中有著良好的應用前景。

RFID射頻技術的飛速發(fā)展對于物聯(lián)網領域的進步具有重要的意義，在教學內容上，以提高學生的職業(yè)能力為主要目標，突出實踐環(huán)節(jié)，使學生全面了解RFID的工作原理，通過相關項目的立題，掌握構建RFID應用系統(tǒng)的核心技術。

2.基于項目驅動的實踐教學

物聯(lián)網工程的專業(yè)性質決定了實驗教學成為該專業(yè)教學體系中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。為了更好地提高學生的綜合素質和實踐能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，本專業(yè)提出了基于項目驅動的物聯(lián)網專業(yè)實踐教學體系[3]。在物聯(lián)網工程專業(yè)的學生進入大二開始學習專業(yè)課時，將學生分成科研小組，每8-10人為一個小組。為了結合目前比較成功的物聯(lián)網應用案例和學生的興趣，由課程教師設計項目的題目，這些題目應該涉及感知層的各門課程，因此需要教師進行大量的前期準備和項目設計的各項工作。

本校物聯(lián)網專業(yè)根據(jù)目前比較成熟的智能家居[4]和RFID射頻系統(tǒng)案例，設計出各個項目小組的題目，以及每門相關課程的子課題，課程與項目的具體關系如圖1所示。

圖1 感知層課程群與實踐項目的關系圖

依據(jù)綜合項目的內容，各門課程又設計了相應的子項目，作為綜合項目的技術支撐。依據(jù)各門課程的教學內容和特點，設計相應的子項目如表2所示。

表2 各門課程子課題設計

3.構建多層次的實踐教學體系

為了激發(fā)學生的學習興趣、提高學生的實踐能力，項目驅動的實踐教學體系采取了循序漸進的實驗項目，爭取在專業(yè)學習的初始階段就給學生建立明確的專業(yè)認知體系和學習目標。實驗項目涉及專業(yè)認識實習、課內實驗、綜合實訓等多個教學環(huán)節(jié)，可以將項目一直持續(xù)到畢業(yè)設計中，貫穿于整個教學體系中。同時，隨著教學工作和實驗室建設的不斷完善，可以設計出更多的項目，供學生選擇。

（1）專業(yè)認識實習方面

我校物聯(lián)網實驗室構建了智能家居模型，布置了如下子系統(tǒng)。

智能安防子系統(tǒng)：在門窗附近安裝了攝像頭和紅外線，同時室內安裝了煤氣探頭、煙霧探頭，作為信息采集器，同時安裝有噴水控制、煤氣控制和電源控制，并有報警裝置和向用戶發(fā)送報警信息功能。

家居環(huán)境子系統(tǒng)：主要包括光敏傳感器、溫濕度傳感器、含氧量、負離子檢測器等信息采集裝置，控制部件包括燈光控制、窗簾控制、空調控制等。

電子管理子系統(tǒng)：主要實現(xiàn)對各種電子設備如電視、音響、計算機的管理和控制。

通過對智能家居模型的認識和控制，使學生能夠直觀的了解物聯(lián)網工程專業(yè)的應用以及需要學習的專業(yè)知識。

（2）課內實驗環(huán)節(jié)

我校建設有傳感器實驗室、Zigbee實驗室、RFID實驗室，可以滿足感知層各門課程的實驗教學環(huán)節(jié)的需要。

傳感器實驗室：可以完成溫濕度、光照、重力傳感、速度、超聲波、磁阻、酒精、壓力、甲烷、一氧化碳、二氧化碳等信息的采集，為了實現(xiàn)二次開發(fā)的需要，還設計了電壓和電流模塊，可以根據(jù)需要自行設計任何的傳感模塊。

Zigbee實驗室：可以自組無線網，實現(xiàn)和上位機的串行通信和無線通信功能，實現(xiàn)綜合實驗的能力。

RFID實驗室：可以進行低頻、高頻、超高頻和2.4G有源RFID低功耗實驗，觸摸屏實驗，通過嵌入式的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了開發(fā)綜合實驗的能力。

（3）綜合實訓環(huán)節(jié)

我校將把各門課程中完成的項目進行整合，構建成智能家居子系統(tǒng)、公交付費子系統(tǒng)、商品管理子系統(tǒng)等綜合實驗系統(tǒng)。通過多層次的實踐教學體系，能夠使學生更加深入的認識和掌握物聯(lián)網工程的專業(yè)知識。

五、結束語

物聯(lián)網工程專業(yè)是一個新興的學科，讓學生深層次的接觸物聯(lián)網，學習物聯(lián)網，通過項目驅動的形式將理論和實踐教學相結合，提高學生的實踐和創(chuàng)新能力，是我們今后要做的主要工作。

[1]寧黎苗，黎紅友，彭艦.物聯(lián)網的智能家居實驗教學系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].實驗科學與技術，2011，9（5）：260-292.

[2]教育部高等學校計算機科學與技術專業(yè)教學指導分委員會.高等學校物聯(lián)網工程專業(yè)實踐教學體系與規(guī)范（試行）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012.

[3]任倩倩，郭亞紅.物聯(lián)網工程專業(yè)項目驅動實驗教學改革探索[J].黑龍江教育，2013（2）：19-20.

[4]楊宏偉，朱紅梅，韓永林.結合智能家居的物聯(lián)網實驗教學探索[J].重慶與世界，2013，30（8）：78-81.