引 言

1999 年提出物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）概念，到2009 年 IoT 被正式列為中國五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一。作為新工科的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)，其課程內(nèi)容包括“感知 - 傳輸 - 應用”三個層次相關的技術 。感知層包括傳感器、嵌入式技術、射頻識別等，網(wǎng)絡層包括傳感網(wǎng)絡、物聯(lián)網(wǎng)通信技術、計算機網(wǎng)絡等 [2-3]，應用層主要是工程應用、行業(yè)產(chǎn)業(yè)相關應用 [4]。經(jīng)過了近 10 年的發(fā)展，IoT 的應用越來越廣泛，已覆蓋智能家居、智能交通、智慧醫(yī)療、可穿戴設備、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等領域，如圖 1 所示，都在引領行業(yè)創(chuàng)新與變革。

高校作為專業(yè)人才的發(fā)源地，人才培養(yǎng)應以社會需求為導向，特別是對實踐性和創(chuàng)新性要求很強的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè) [2]， 從學生大一入校開始，就灌輸給學生 IoT 技術的應用前景， 使他們有意識地愛上 IoT 技術，激發(fā)他們的動力和明確學習的方向 [4-5]。再通過后期專業(yè)課程層層遞進、循序漸進地培養(yǎng)， 使學生具有較強的應用能力，能跟上物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的步伐。

1 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)存在的問題

河池學院于 2014 年開始招收物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學生。在學科建設上沒什么經(jīng)驗可借鑒，摸著石頭過河地走了一遍流程。經(jīng)過近5年的積淀，尤其在應用型和新工科的理念推動下，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設取得了不少進步。2018 年 11 月順利地通過了新設本科新專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工程的專業(yè)評估。但是物聯(lián)網(wǎng)工程畢竟是一門新專業(yè)，具有很強的學科性 [1]，整個課程內(nèi)容、課程建設、師資力量等方面還是存在以下一些問題和不足。

1.1 IoT 技術內(nèi)容多且雜

IoT 技術是一門綜合性很強的技術，包括軟件和硬件技術。老師給學生上物聯(lián)網(wǎng)導論課時，就給學生打過“預防針”，告訴學生課程有點多、內(nèi)容有點雜，叫學生做好心理準備。隨著專業(yè)課的深入，發(fā)現(xiàn)這些課程不僅有點雜，而且還有點亂。學生 4 年內(nèi)需要掌握硬件和軟件兩個方面的知識。

硬件方面主要是常見電子測量工具的使用、簡單電路的調(diào)試、PCB 電路原理圖設計與焊接、主流單片機（51， CC2530，CC2420，STM32，Arduino，F(xiàn)PGA）最小系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)、傳感器和 RFID 數(shù)據(jù)采集與傳輸技術能力、短距離（藍牙，WiFi，ZigBee）和長距離（NB-IoT，LoRa 3G、4G 和 5G）無線通信網(wǎng)絡設計能力、各種下載工具的調(diào)試安裝能力。

軟件方面包括軟件開發(fā)環(huán)境和編程語言。IoT 技術經(jīng)常使用到的軟件環(huán)境有 VC++，Visual Studio 2015，Keil μVision，Quartus Ⅱ（包括仿真工具 ModelSim、插件 Qsys 和 Nios Ⅱ ），IAR Embedded，Linux 操作系統(tǒng)，Android 操作系統(tǒng)，μC/OS 操作系統(tǒng)，TinyOS 操作系統(tǒng)，ZigBee 協(xié)議棧， Arduino 和 Ecilpse 等。編程語言有 C 語言、C++ 語言、nesC 語言、Java 語言、Python 和 Verilog HDL 語言等。

這些內(nèi)容就像一座座大山，老師和學生都感覺壓力山大， 苦不堪言，迫切地需要教學改革，將這些內(nèi)容糅合到一起， 形成教師易于傳授知識和學生容易理解和掌握的體系。

就無線傳感器網(wǎng)絡這門實驗課程而言，目前使用的開發(fā)平臺有 CC2420，CC2430 和 CC2530。CC2420 和 CC2430 運行的開發(fā)環(huán)境是 TinyOS系統(tǒng)，采用的語言是 nesC語言。但是這兩個芯片也有差別，CC2420只是一個射頻收發(fā)模塊， 不帶處理功能，需要結合 51內(nèi)核單片機（MSP430）才能用 ； 而 CC2430是集成了 51處理器和射頻模塊。引腳和 RF的變化使得 CC2420的設計不能在 CC2430平臺上使用。CC2530 是 CC2430升級版，但是運行環(huán)境是在 IAR環(huán)境下進行。同樣的 CC2430和 CC2530的設計也是不兼容的。這三個平臺可以選擇一個來開發(fā)就可以，但筆者所在學校，這幾個平臺 都采購了，需要將這些平臺充分利用起來，這無疑增加了教 學的難度。

1.2 知識體系沒有形成一種融合貫通的思路

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)是一個比較新的專業(yè)，這幾年教材出版物確實不少。有些比較經(jīng)典的教材，為保證知識點的完整性，不同課程的教材內(nèi)容之間會有部分重疊，比如 C 語言、Java 語言和 C# 等程序設計語言的前幾個章節(jié)都會講述數(shù)據(jù)類型、變量和函數(shù)的定義等。這無可厚非，因為有很多學者可以不學習 C 語言直接開啟面向?qū)ο蟮膶W習。數(shù)字電路和計算機組成原理等課程，前面的章節(jié)也會介紹數(shù)制、數(shù)制之間的轉換和編碼等知識 ；計算機網(wǎng)絡課程的物理層技術和通信原理課程內(nèi)容也有部分重疊。

也有些教材都是介紹性的，比如很多物聯(lián)網(wǎng)通信技術這門課程的教材，包括物聯(lián)網(wǎng)概述、物聯(lián)網(wǎng)體系架構、感知層通信技術、短距離無線通信技術、無線傳感器網(wǎng)絡和計算機網(wǎng)絡等技術。這一門課就涵蓋太多的技術，盤根錯節(jié)地羅列出讓人眼花繚亂的知識，似乎面面俱到，其實很多知識在物聯(lián)網(wǎng)導論課程上就已經(jīng)介紹過，知識體系沒有融會貫通。

1.3 物聯(lián)網(wǎng)師資力量匱乏

物聯(lián)網(wǎng)屬于新工程專業(yè)，前期基礎比較薄弱，師資力量嚴重匱乏，在制定培養(yǎng)方案和教學計劃時，專業(yè)總學時數(shù)和專業(yè)核心課程的安排受到了相應的限制，經(jīng)常會出現(xiàn)從現(xiàn)有師資力量、團隊和知識能力結構的實際情況出發(fā)，形成對長遠發(fā)展和建設不太有利的情況。

2 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系改革目標

在“井噴式”的 IoT 技術發(fā)展下，為了追趕上 IoT 發(fā)展的步伐，以培養(yǎng)學生的工程應用能力和創(chuàng)新能力、提升學生就業(yè)水平為導向，以培養(yǎng)學生的設計能力、研究能力、實踐能力和創(chuàng)新能力為目標，建立網(wǎng)絡教學、課堂教學深度改革， 延續(xù)深度校企合作，采用“產(chǎn)學研”相結合的課內(nèi) + 課外的實踐教學模式，把課程體系改革、科研訓練和課程設計融為一體，著重學生“研究能力、創(chuàng)新能力和工程實踐能力”的培養(yǎng)，同時解答培養(yǎng)目標和課程體系的確定、破除專業(yè)藩籬、確定專業(yè)建設的核心、解答實驗與實踐環(huán)節(jié)怎么開展等的專業(yè)謎思。

3 應用型課程體系改革的措施

3.1 項目驅(qū)動，突出應用

針對 IoT 技術內(nèi)容多且雜的問題，課程教學中，以實際應用為背景，整合跨課程、跨章節(jié)的知識點，采用項目驅(qū)動化方式的案例教學模式。

在學習嵌入式 STM32 開發(fā)時，可以使用具有 ARM 內(nèi)核的 STM32 系列 CPU、配合圖形化操作的 STM32CubeMX 使用，就能構建如智慧農(nóng)業(yè)、遠程抄表、公交系統(tǒng)、智慧路燈、智慧垃圾桶等項目的教學案例項目。再結合 ZigBee、藍牙或WiFi 技術，通過串口與 STM32 進行通信，進行數(shù)據(jù)傳輸或組網(wǎng)。這種跨平臺、跨系統(tǒng)、跨課程的開發(fā)，整合了大量信息， 有利于學生的快速成長。

在學習數(shù)字電路 FPGA開發(fā)基本實驗課程后，可以適當?shù)亟柚?Qsys，SOPCBuilder插件和 NiosⅡ軟件來設計綜合項目。SOPCBuilder可以實現(xiàn) IP核的硬件框架。NiosⅡ提供軟核處理過程，采用 C 語言編寫實現(xiàn)，降低了開發(fā)的難度 ； 同時提供尋址方式、讀寫時序和總線，總線包括地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線 [6-7]。這些擴展的項目對后續(xù)計算機組成原理課程有很好的導入作用，保證課程的延續(xù)性 [6]。

采用項目式的案例教學，讓學生樹立項目開發(fā)的整體過程思維，將理論與實踐有機融合，結合豐富的教學案例，激發(fā)學習積極性。

3.2 知識體系的融合

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)從 2014 年開始招生，人才培養(yǎng)方案已經(jīng)進行了 2014 版、2016 版和 2018 版的 3 次修訂，幾乎每兩年一次大改，期間每個學期都會有微小的調(diào)整，在課程體系上做了銜接。針對教材內(nèi)容重疊的問題，以人才培養(yǎng)方案和專業(yè)培養(yǎng)質(zhì)量為依據(jù)，以教研室為單位開展課程內(nèi)容的銜接， 將整個專業(yè)的課程形成一個完整的體系，減少大量重復內(nèi)容所占課時，把課時集中在核心內(nèi)容上，以提高整體效果。

3.3 充分利用實驗室資源，強化實踐教學

從 2014 年增設物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)開始，學校就在廣州飛瑞敖、武漢創(chuàng)維特、北京凌陽愛普、北科融創(chuàng)和桂林華智等幾家公司采購過教學設備。這些設備主要包括物聯(lián)網(wǎng)綜合試驗箱、射頻識別試驗箱、智能交通沙盤、智慧教室系統(tǒng)、智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)、TinyOS 實驗床、NB-IoT、Arduino 和 FPGA 開發(fā)板等。這些實驗設備幾乎覆蓋了物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的教學計劃， 應當充分利用起來，并探索“實驗室授課模式”，建設新型實驗教學平臺。將課堂搬到實驗室中，隨時隨地讓學生可以動手進行實踐操作，主動進行學習，更好地掌握課程中相互聯(lián)系的知識點，達到培養(yǎng)學生實踐技能的目的。

3.4 改革課堂教學

為了培養(yǎng)學生能夠?qū)W習和掌握物聯(lián)網(wǎng)的基本原理和思想、發(fā)展歷程、發(fā)展趨勢、核心內(nèi)容、典型應用和應用熱點，需要進行課堂教學模式改革，打破章節(jié)之間界限，把邏輯相關的多個知識點進行整合，為在物聯(lián)網(wǎng)課程的系統(tǒng)開發(fā)和應用中，深入利用關鍵技術，設計優(yōu)質(zhì)的應用系統(tǒng)打下基礎。

3.5 設置理論、應用和綜合實踐階段的內(nèi)容

重新梳理和整合課程知識點，按照應用要求和使用前景，分別設置理論基礎部分、工程應用部分和綜合工程實踐三個學習內(nèi)容，對每個知識點要有明確的教學目標、教學重點、教學難點以及教學思考。同時引入一些仿真工具軟件輔助教 學， 如 NS，Protel，LabVIEW，Proteus，Multisim， ModelSim 以及 TOSSIM 等，以工程實踐性很強的案例形式有機地整合到課程體系中。在軟件仿真環(huán)境中進行案例教學，實現(xiàn)起來比較方便，教師易于傳授知識，學生容易理解和掌握，使學生知識體系融合了理論和實踐，并向應用型轉變。

3.6 產(chǎn)學研結合

建立校企聯(lián)合育人機制，與相關企業(yè)制定相關方向的課程體系。圍繞前沿應用技術內(nèi)容進行課程規(guī)劃和設計，注重理論與實踐相結合。改革授課方法 ：邀請企業(yè)專家及高級工程師授課，采用啟發(fā)式、討論式、參與式的教學方法，避免理論灌輸式的教學，提高學生工程應用能力。2018 年，河池學院曾邀請凌陽愛普和華清遠見的工程師給 2015 級物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的學生講授嵌入式開發(fā)的課程，從工程應用的角度給學生上課，受到學生的一致好評。也可以采用教師參加企業(yè)培訓，通過案例講解和動手實踐，使教師能夠深入了解當前真實業(yè)務生產(chǎn)環(huán)境下數(shù)據(jù)的處理流程和工程實踐的開發(fā)。

3.7 充分利用網(wǎng)絡資源緩解師資力量的匱乏

為了有效緩解物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)師資和教學資源匱乏等問題， 建立課程 MOOC 網(wǎng)絡學習平臺。建立和完善教學網(wǎng)站，將國內(nèi)比較知名的相關 IoT 課程網(wǎng)站鏈接到教學網(wǎng)站上，使學生可以利用網(wǎng)絡平臺學習知識、探討問題、設計開發(fā)實際項目。在課堂教學中融入網(wǎng)絡教學，將“雨課堂”和“微助教” 兩個平臺引入課堂教學中，增進教與學的互動性，實現(xiàn)課程網(wǎng)絡化教學，加快信息交流，提高課程學習效果。

4 結 語

針對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)存在的問題，提出課程體系改革目標，給出改革措施。從項目驅(qū)動、強化實踐教學、產(chǎn)學研結合的校企合作培養(yǎng)模式等方面對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系進行改革。在此基礎上，不斷調(diào)整和改進物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)方案和質(zhì)量，使之更好地滿足 IoT 技術的發(fā)展，更好地適應應用型技術的發(fā)展。