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“物联网技能导论”课程的教学内容探讨

发布时间:2019-01-05 01:06:07 文章来源:未来智讯    
    “物联网技能导论”课程的教学内容探讨作者: 吴治海   摘要:“物联网技能导论”是面向物联网专业本科生开设的第一门物联网课程,目的是让学生对物联网技能有初步的认识,激发其专业兴趣。但是,由于物联网技能横跨电子科学与技能、信息与通讯工程、计算机科学与技能、抑制科学与工程四大一级学科,其内容极其庞杂。因此,如何选择“物联网技能导论”的讲课内容,对于激发学生的专业兴趣,使学生树立学习的信心,具有重要的意义。最初阐述物联网的基本观念,在此基础上剖析物联网的内在层次结构,进而根据短课时、多内容的特点选择主要的讲课内容。
  关键词:物联网;导论;层次结构;教学内容
  作者简介:吴治海(1981-),男,安徽亳州人,江南大学物联网工程学院,副教授。(江苏 无锡 214122)
  基金项目:本文系江南大学本科教育教学改革研讨项目“物联网新专业实验实践性环节设置策略研讨”(项目编号:JGB2011057)、“物联网新专业人才培养与家当联合模式研讨”(项目编号:JGB2011053)的研讨成果。
  中图分类号:G642.421 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)31-0070-02
  近来几年,物联网(Internet of Things,IOT)观念的提出及其技能的飞速发展引起了世界各国的广泛关注,被称为继计算机与互联网之后世界信息家当发展的第三次浪潮。为了能在这一技能领域占据重要位置,许多国家提出了相应的物联网发展战略。如美国的“智慧地球”、日本的“u-Japan”、韩国的“u-Korea”、欧盟的“欧盟物联网行动打算”、中国的“感知中国”等。发展物联网技能的基础与核心是培养物联网方向的专业人才,为此,国内各大高校相继开设了物联网工程专业并起初招收第一届本科生,如哈尔滨工业大学、华中科技大学、西北工业大学、北京科技大学、江南大学、南京邮电大学等。但是,物联网工程的新专业属性,决定其人才培养方案的制订、课程的设置以及教学方法的实施等,目前仍处于“摸着石头过河”的探索性阶段。然而,国内目前已开设物联网工程专业的大局部高校,都将“物联网技能导论”作为本专业的第一门课程,旨在向学生总体介绍物联网的观念、内涵、关键技能、发展现状以及主要应用等,以激发学生的学习兴趣,并使学生树立学习的信心。因此,“物联网技能导论”课程的讲授成功与否关系到物联网人才培养的质量,进而影响到中国物联网技能发展的进程。
  一、物联网的观念及内在层次结构
  目前,关于物联网的定义有多种,然而被大多数学者认同的一个定义为:物联网,即通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、气体感应器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息的交换与通信,以实现智能化的识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。简而言之,物联网便是“物物相连的互联网”。使用通俗的语言,能够这样表述物联网的内涵:使用传感器获取物理对象的信息、使用网络传输信息、使用计算机处理信息、使用抑制器设计反馈抑制策略、利用执行器对物理对象进行抑制与管理等各类操作。由此能够绘制出物联网中的信息流(如图1所示)。因此,从抑制学科的角度来说,物联网是一个典型的网络化抑制系统(Networked Control Systems,NCS)。从物联网的定义以及图1中展示的物联网中的信息流向,能够概述出物联网的层次结构:感知层、网络层、处理层与抑制层(如图2所示)。其每层的功能分辨为信息的获取、信息的传输、信息的处理与信息的反馈。这四层结构的划分是对传统的物联网三层结构,即感知层、网络层与应用层的进一步细分,性子上是一致的。从这四层结构的划分不难看出,物联网技能涉及信息技能领域的四大一级学科,即电子科学与技能、信息与通讯工程、计算机科学与技能以及抑制科学与工程。因此物联网是一个多学科交叉的技能,这使得物联网的内容极为丰富。但另一方面,这种交叉性也增加了“物联网技能导论”课程的讲课难度,对教师的专业素质提出了更高的要求。因此,如何选择讲课的重点,既让学生感受到物联网技能的重要性,激发他们的学习兴趣,又使他们面对繁杂的内容而不畏惧,树立学好物联网技能的信心,具有重要的意义。
  二、“物联网技能导论” 教学内容选择
  目前国内已出版发行的“物联网技能导论”教材有十多本。[1-12]通过浏览这些教材的目录,不难发现物联网内容极其庞杂,主要涉及传感器技能、无线传感器网络、射频识别技能、短距离无线通讯技能、远程通讯技能、无线单片机、嵌入式系统、云计算技能、机器学习、模式识别、数据挖掘、智能信息处理技能、物联网抑制技能、物联网平安技能、物联网技能标准、物联网应用等。依据物联网的四层结构,能够将上述内容进行如下层次归类:感知层包括传感器技能、无线传感器网络与射频识别技能;网络层包括短距离无线通讯技能与远程通讯技能;处理层包括云计算技能、机器学习、模式识别与数据挖掘;抑制层包括物联网抑制技能;物联网平安技能、物联网技能标准与物联网应用横跨物联网的四层结构。但另一方面,作为一门导论课,一般来说讲课时间会限制在20课时以内。试图在较短的时间内把上述内容完全彻底讲一遍是不现实的,因此需要选择重点内容进行讲解,指标是让学生对物联网的总体架构、关键技能有一个总体上的清晰认识。那么如何选择主要内容呢?以江南大学已经实施两年的“物联网技能导论”课程教学方案为例,联合物联网的四层结构,来分配每讲的主要内容。目前江南大学“物联网技能导论”课为16课时,除去最终一次考核占用的2课时,还有7讲14课时。下面,联合物联网的四层内在结构,详细叙述每讲的主要内容。
  第一讲——绪论。介绍物联网的基本定义、内在结构、研讨现状、发展动态、主要应用领域。重点讲解物联网的基本定义与内在结构,讲解时应播放一段物联网应用案例的视频,增加学生对物联网内在结构的总体认识。
  第二讲——感知层技能一。介绍智能传感器技能,包括传感器技能、微抑制器接口、无线单片机、嵌入式系统。重点介绍传感器事务原理、对照CC2430和CC2530功能差异、嵌入式智能传感器的一般结构、标准接口与串行接口。   第三讲——感知层技能二。介绍无线传感器网络。由于无线传感器网络具备了一个大略的物联网系统的架构,对本讲内容的讲解能够大大提高学生对物联网内在结构的认识。主要讲授无线传感器网络的定义、体系结构、特征、协议栈结构、主要支撑技能,如定位技能、时间同步、数据融合、平安技能等。能够联合无线传感器网络在智能农业当中的应用来讲解本局部内容。
  第四讲——感知层技能三。介绍射频识别技能。由于射频识别技能也具备了一个大略的物联网系统的架构,所以对本章内容的讲解能够进一步增强学生对物联网内在结构的认识。主要讲解射频识别的组成、分类、事务原理、技能标准、与传统自动识别技能的区别以及平安问题。能够联合射频识别技能在门禁系统当中的应用来讲解本局部内容。
  第五讲——网络层技能。介绍短距离无线通讯技能和远程通讯技能。重点介绍Zigbee技能、WiFi技能、蓝牙技能、超宽带技能和3G无线远程通讯技能,大略介绍多路访问技能和多路复用技能。应联合具体的应用来讲解Zigbee技能、WiFi技能和蓝牙技能。
  第六讲——处理层技能。主要介绍云计算技能、机器学习、模式识别与数据挖掘。重点介绍它们的含义、基本结构和主要方法。在介绍基本结构时应画出结构方图,使其技能原理清晰明了。
  第七讲——抑制层技能。重点介绍抑制的思维,即反馈。能够联合具体的例子来讲解,如倒立摆的抑制,让学生主观感受反馈的作用,但要避免复杂的数学公式。也能够适当介绍抑制学科的前言问题,如网络化抑制系统与多智能体系统,让学生深刻感受到抑制技能在物联网技能当中的地位。
  以上七讲基本包含了物联网技能的主要内容。通过这七讲的学习,学生基本上对物联网架构和关键技能有了一个总体上的认识。由于不同高校开设物联网工程专业的院系有所不同,教师的专业背景也有所不同。然而,确保学生准确认识物联网技能的一个基本要求是教师向学生完整地介绍物联网的四层结构。任何一层的缺失都将导致学生对物联网观念和内涵认识的不正确,影响其以后的学习效果。
  三、结语
  本文在阐述物联网内在层次结构的基础上,联合“物联网技能导论”课程课时短、内容多的特点,详细介绍了如何在有限的课时内分配主要的物联网技能的知识点。由于“物联网技能导论”是一门新的课程,目前还没有成熟的课程教学方案,因此,本专业的高校教师要善于联合自己的专业知识和教学经验,编写适合中国国情的“物联网技能导论”教材,探寻一条适合中国学生的“物联网技能导论”课程教学方法,进而培养出基础扎实、技能熟练的物联网专业人才,推动“感知中国”战略的进程。
  参考文献:
  [1]刘云浩.物联网导论[M].北京:科学出版社,2010.
  [2]曾园园.物联网导论[M].北京:中国铁道出版社,2012.
  [3]张凯,张雯婷.物联网导论[M].北京:清华大学版社,2012.
  [4]张翼英,杨巨成,李晓卉.物联网导论[M].北京:中国水利水电出版社,2012.
  [5]张飞舟.物联网技能导论[M].北京:电子工业出版社,2010.
  [6]王汝传,孙力娟.物联网技能导论[M].北京:清华大学出版社,
  2011.
  [7]桂小林.物联网技能导论[M].北京:清华大学出版社,2012.
  [8]黄东军.物联网技能导论[M].北京:电子工业出版社,2012.
  [9]王志良,石志国.物联网工程导论[M].西安:西安电子科技大学出版社,2011.
  [10]吴功宜,吴英.物联网工程导论[M].北京:机械工业出版社,
  2012.
  [11]暴建民.物联网技能与应用导论[M].北京:人民邮电出版社,
  2011.
  [12]闫连山.物联网(通讯)导论[M].北京:高等教育出版社,2012.
  (责任编辑:王意琴)
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