关键词：物联网；教学模式；教学方法；教学实践
作者简介：施炯（1982-），男，浙江余姚人，浙江万里学院电子信息学院，讲师；杨亚萍（1967-），女，浙江宁波人，浙江万里学院电子信息学院，副教授。（浙江 宁波 315100）
基金项目：本文系宁波市服务型教育重点专业子项目物联网工程专业实践教学体系建设（文件号：甬教计[2009]359号文件）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）28-0106-02
“十二五”期间，从全国到浙江省宁波市，以物联网为特征的产业导向是产业结构优化调整的一项重要内容和重要举措，对于提高总体的经济实力和技术水平具有举足轻重的作用。在此背景下，浙江万里学院（以下简称“我校”）于2011年7月申报了物联网工程专业，并于2012年2月在《教育部关于公布2011年度高等学校本科专业设置备案或审批结果的通知》（教高[2012]2号）中得到了批复，浙江省首批物联网工程专业高校达到四所，浙江万里学院成为目前浙江除杭州外唯一拥有物联网工程本科专业的高校。物联网工程这个新专业与实际紧密结合，应用范围涉及到了社会的各行各业。[1，2]正是由于其处于初始阶段，且与现有专业相关的技术知识体系存在较大的差异性，使得该专业的教学模式不能照搬现有专业的教学模式，[3]而必须探索新的教学模式和方法，以适应社会对于物联网工程专业人才的需求。[4]
一、“物联网工程导论”课程目标
“物联网工程导论”是物联网工程专业学生学习的第一门专业基础课，其主要目的是使学生了解物联网的基本概念和相关技术，对物联网在各个领域的典型应用有所认识，[5]在此基础上了解物联网系统的整体框架，明确物联网工程各个专业课程的意义和课程之间的关系，为后续的学习打好基础，同时激发学生的学习兴趣。因此，设计“物联网工程导论”课程时，不应该把重点放在核心原理上，而应该注重基本概念的理解和对物联网系统的认识。[6]
二、“物联网工程导论”教学模式和教学内容
物联网工程专业是一个新的本科专业，包含的技术和概念较多，如何精心设计课程内容来帮助学生理解相关的知识，激发其学习后续课程的兴趣，是教学工作的关键。因此，为了培养学生主动学习的能力和学习兴趣，提出了“内外结合、联系实际、项目驱动”的教学模式和方法，即教师授课与专家讲座相结合，课堂教学与实际产品体验相结合，以项目为驱动，推动整个课程的教学。
1.课程总体教学规划
在内容上，“物联网工程导论”课程侧重于物联网的应用、技术、服务、知识体系以及作为物联网工程师的合格人才标准，涉及到的技术包括RFID技术、WSN技术、常见组网技术和应用开发技术等。在授课方式上，采用课堂讲解与企业参观相结合、学校老师和业内知名专家相结合的方式。通过这种课程安排，自下而上对物联网的应用案例、技术支撑、知识体系进行讲解和讨论，一方面让学生对企业实际的物联网项目和人才需求有所认识；另一方面，使得学校在物联网工程专业人才培养方面，形成以本地物联网企业的实际情况为依据，以地方物联网产业的发展为依托，树立应用创新型人才培养的目标，强调应用创新和实践创新的结合，从而创建以培养应用创新能力为核心的实践教学体系。
2.课程内容分析
以课程总体教学规划为基础，设计了“物联网工程导论”课程的内容，详细安排如表1所示。
第一讲主要介绍物联网在国内外发展的近况，了解物联网发展需要经历的几个阶段和我国目前物联网发展所处的阶段，了解物联网在各行业的应用和发展前景。第二讲安排宁波市智慧城市建设领域专家为学生讲课，让学生了解智慧城市的发展历史，了解智慧城市的整体架构，理解物联网与智慧城市的关系，熟悉宁波市智慧城市建设的现状和发展前景。在此基础上，第三讲安排学生参观宁波市智慧城市建设应用成果展示厅，亲身体验物联网技术在智慧城市建设中的各项成果和应用。在研讨课环节，引入物联网产品创意设计比赛，以小组为单位，根据前两次课对智慧城市应用领域的学习和参观，设计一款理想中的物联网产品，比赛分为初赛和决赛环节，在初赛中表现出色的团队进入决赛。在“物联网应用体验——手机控制家电”环节，利用学院已有的实验条件，向学生介绍手机控制家电的原理，熟悉控制信号的流程，了解应用程序和硬件之间的接口和开发流程，同时提供手机客户端的应用程序，使得学生可以现场安装，现场体验，激发学生的兴趣。在物联网设计作品与分析环节，以高年级同学进行电子设计大赛的成果为基础，展示与物联网相关的作品，通过视频和现场演示等多种手段，向同学们展示触手可及的物联网产品，解开物联网技术的面纱，排除技术等因素给学生带来的困惑。
三、“物联网工程导论”教学实践
以“内外结合、联系实际、项目驱动”的教学模式和方法为参考，采用“走出去、请进来”的策略，结合“项目驱动”的物联网产品创意比赛，进行了“物联网工程导论”课的实际教学。
1.走出去——智慧城市建设应用成果展厅参观
宁波市是我国首批进行智慧城市建设的试点之一，物联网为智慧城市建设提供了坚实的技术基础；反过来说，智慧城市是物联网技术的重要应用领域。从已经举办两届的“中国宁波智慧城市技术与应用”展会来看，很多基于物联网的产业和应用都已经服务于智慧城市的方方面面，物联网为智慧城市提供了城市的感知能力，并使得这种感知更加深入和智能，从而实现市政、民生、产业等方面的智慧管理。
利用宁波的地域优势，在“物联网工程导论”课程中引入智慧城市建设应用成果展厅参观的环节，有利于学生更好地理解和体验多种物联网关键技术的应用场景。在参观过程中，学生对智慧城市应用成果展厅中展示的云计算技术、互联网技术、物联网技术和RFID技术表现出极大的兴趣。通过实物展示、应用系统演示、现场体验、动态更新等多种形式，学生形象直观地了解了智慧城市建设十大应用体系的建设成果，其中包括智慧社会管理、智慧公共服务、智慧健康保障、智慧交通、智慧物流、智慧贸易、智慧制造、智慧能源、智慧文化服务、智慧安居服务首批共36个应用成果，为后续的物联网产品创意比赛提供了灵感和素材。
2.请进来——智慧城市建设专家讲座
由于物联网工程是新建专业，因此，在人才培养方向方面，需要充分考虑宁波本地经济对物联网人才培养的需求，及时了解本地物联网产业的发展趋势，适时地调整专业方向，合理设置培养目标、课程体系和教学内容，以更好地服务于区域物联网产业链。在“物联网工程导论”课程中引入专家讲座的环节，既有利于学生熟悉物联网相关的专业背景知识，又能够使学生了解企业实际的项目和用人需求，尽早树立自身的职业规划。
在本课程的教学过程中，邀请了浙江思创理德物联网（宁波）科技有限公司总经理黄生颜女士来我校授课。思创理德物联科技有限公司是中瑞思创科技股份有限公司旗下专注于物联网应用集成和市场开发的子公司，已成功开发并逐步推广服装供应链管理、数字化仓储管理、工厂精益管理、行业服务平台管理、防伪防窜货管理等系列RFID解决方案和关键产品。黄经理在向同学们介绍基于RFID技术的服装供应链管理的同时，引入了企业实际项目的运转和人才需求的现状，描述了物联网产业蓬勃发展的前景，鼓励同学们认真学好相关的专业课程，从而在毕业时能够成为一名满足企业需求的物联网工程专业人才，为宁波智慧城市建设和物联网产业的发展贡献力量。
3.项目驱动——物联网产品创意比赛
通过之前物联网产生的背景和发展前景的学习，结合专家对于智慧城市建设的介绍和对智慧城市建设应用成果的体验，在研讨课环节，引入物联网产品创意设计比赛，让同学们以物联网相关技术为基础，设计一款产品，解决日常生活中碰到的问题。
在实施过程中，让同学们以小组为单位，由组长负责协调，各成员进行项目的创意、调研和设计，最终形成产品文档和展示材料。在产品展示环节，组员以PPT、视频和实物演示等多种手段，对小组设计的产品进行详细的讲解，内容主要包括创意来源、用户场景、产品功能、技术规范和产品前景。在项目的评分规则上，主要包含创意、影响力和执行力这三个部分，占的比重分别为50%、30%和20%。其中，“创意”是指产品或者服务是否具有创新性和突破性，是否具有全新的功能或者在很大程度上提升了已有的功能；“影响力”是指产品或者服务的影响力有多大，是否会被大量的用户和机构所采用；“执行力”是指设计的产品或服务是否具有较好的商业可行性。在评分环节，每个小组对除自己以外的每个项目进行打分，各个小组的最后得分为总分取平均。
研讨课环节一方面增强了学生们对于课程的参与度，另一方面通过小组头脑风暴和讨论，培养了学生的团队合作精神和集体荣誉感，极大地提升了其对于本专业后续课程学习的兴趣。
4.课程评价
在合作式学习模式的基础上，参考学生在课程过程中的参与程度以及课堂表现，课程的评价包含自我评价、小组评价、项目评价和教师评价。其中，小组评价在小组内部产生，主要参考组员在物联网产品创意比赛过程中的投入和参与程度。项目评价主要参考小组项目的评分，即其他各小组对本组项目的综合评价。教师评价主要参考学生的出勤率、课堂参与度。这种评价方式已经在我校其他“项目化”课程及合作式课程中实施，从学生的反馈来看，这种综合、全面的评价方法比传统、单一的评价方法更加合理，它有效地减少了学生的逃课现象，提高了学习的自主性和参与度，增强了学习的兴趣。
四、教学效果
在浙江万里学院物联网工程新专业建设过程中，探索了“物联网工程导论”课程的教学模式和教学方法，并付诸了实践。从目前来看，学生通过该课程的学习，培养了专业的学习兴趣，增强了专业的学习热情，为后续课程的开展打好了基础。从培养学生的角度来看，物联网技术在飞速发展，对于物联网课程教学的探索也没有终点，必须总结现有的经验，不断改进和完善。
参考文献：
[1]吴功宜.对物联网工程专业教学体系建设的思考[J].计算机教育，2010，（2l）：26-29.
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[3]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.
[4]秦磊华，张海珍，石柯，等.物联网导论课程实验教学探究[J].实验室研究与探索，2012，31（6）：150-151，167.
1.1研究对象
作为“智慧中国”的重要组成部分，物联网技术受到越来越广泛的关注。为适应这种发展趋势，培养社会所需的具有综合能力的物联网工程人才，教育部在2010年将“物联网工程”设置为独立的一个专业。物联网技术导论作为物联网工程专业的核心课程，是物联网专业学生接触的第一门专业课程。主要讲授物联网从感知层，传输层，数据处理层到应用层的整体技术流程，以及每层的关键核心技术，对学生建立正确的专业概念，整体的专业技术框架有重要意义。
1.2实践教学中的现有问题
目前对物联网技术导论课程的教学方法主要是以讲授为主，平时留有课后作业，课程考核方式以期末闭卷考试为主，期末卷面成绩占总评成绩的70%。该教学模式在教学实践中出现以下问题：（1）单一讲授的教学模式不能适应物联网多学科交叉、密切联系行业的特点。学生反映物联网涉及学科非常多，仅每个学科简单理论概念的讲解，就已经非常庞杂，学生很难把握其脉络。且现有技术的应用与行业背景密切联系，单纯的理论讲授效果不佳。反映在课堂提问中学生往往答非所问，或者完全无法理解题目意思。（2）一考定论，平时不学，考前突击现象突出。但是由于知识点繁杂，突击背诵效率不高，且不及格率较高。（3）死记硬背现象突出，对技术理解不深。对于物联网产业环境和应用流程的理解和技术在应用中的创新上，有的教学方法和教材均不能提供有效的支撑。在平时的考查中，我们发现学生对死记硬背的技术点掌握得尚可，但是碰到综合应用题，大部分同学就不知所措。面对以上主要问题，现有的物联网技术导论课程教学方法和思想必须改变。否则，不光是导论课应有的目的不能达到，还直接影响后续物联网专业课程的教学。
1.3国内研究现状
目前对物联网技术导论课程的改革成果总体来说并不多，公开文献较少，这与物联网工程本身是新专业，物联网导论课程本身涉及技术较多，知识体系复杂都有关系。已有的一些改革方案如下：文献[1]提出物联网导论的课堂要引入启发式教学法，即将课程内容归纳提炼，提出问题启发学生思考。其次，采用案例式教学法，把生活中物联网的实际应用案例渗透到整个教学内容中。还强调应用交互式教学法，运用多媒体教学环境辅助教学，例如播放物联网相关理论与技术相关视频和短片，加强互动，提高学习兴趣，拓展知识面。文献[2]提出适当增删教学内容，讲授内容忌深、忌细，引导学生转变学习方法，促进良好学习习惯的养成，注重培养学生的综合能力。文献[3]提出改进课程大纲设计、提升教师能力、改进教学资源等多个方面，以提升物联网导论课的教学质量。文献[2]与文献[3]所提措施，对物联网技术导论课和其他课程都适用。实际上，在已进行的几届学生的教学中，我们已经使用过上述方法，事实证明，此类广泛适用于一般课程的方法并不能解决物联网技术导论课程中的具体问题。而文献[2]所提改进课程大纲、教学资源等，其实是涉及到物联网技术体系架构的问题，已经有教育部牵头的教学指导组在负责梳理，本文暂不讨论。文献[1]提出了一些比较具有操作性的课程教学方法，总结起来就是提问启发，案例讲解，多媒体互动教学。实际上我们在授课的时候已经使用了这些方法，但是教学效果仍然不够理想。例如：提问启发，如果问题简单，学生还基本能够回答，如果问题真的是启发式问题，而且是书上和网上都查不到现成答案的问题，则大部分学生表现出完全没有思路，更不要说回答问题。案例和多媒体互动在本校理工类课程中的使用也已十分广泛，物联网技术导论课程也不例外。上课过程中也给同学们播放了相关视频短片，行业应用短片，对比没有播放这些案例的情况，学生的理解程度确实有所提高，但是提高幅度也比较有限。如果是跟播放视频直接相关的设计类问题，学生根据视频还能回答部分内容，但是要求学生从该视频的技术方案做延伸，更换应用场景，则大部分学生又非常茫然。例如：课程中有播放精细化农业的相关技术解决方案，从感知、传输到最后数据处理与反馈服务都做了说明。学生观看后，如果问该应用领域问题，比如前端要用什么传感器，部署在哪里，学生还能回答。但是，要学生变化技术的应用场景，将技术应用在另一森林防火场景中时，部分学生还能把类似要用的传感器列举出来，但是不知如何部署。这说明要加深学生对物联网知识体系的理解程度，仅靠观看案例、提问启发是不够的，物联网技术导论课程的教学改革还需要进一步深入。
2过程与实践化的课程改革方法
2.1原因分析
根据课下座谈，统计课程出勤率，考试通过率等方式获取的信息，我们认为影响学习效果的主要原因有二：其一，理论和实践相脱节，虽然已经用案例视频，多媒体互动等教学方式，但明显还不足以让学生理论联系实际。其二，虽然有课程作业，平时提问和抽查，但是平时努力学习的学生仍然只占少数，大部分学生的学习积极性不高。针对这两个主要问题，我们提出过程与实践化课程教学改革方法。
2.2方法的具体内容
对学习自觉性强的学生，提供多种课外实践参观机会，帮助学生理解技术在实际中的应用，理论与实践融合；对学习自觉性差的同学，采用过程化考试方法，督促其平时努力学习。（1）实践化教学：物联网是多交叉学科，知识点非常多，光靠课堂教学肯定不能尽善尽美，所以要加入实践教学环节。①在课外布置思考与设计题目，指导学生自学，并自主解答问题、动手设计简单的物联网应用。如果有较为优秀的学生，让其在课堂上讲解自己的设计方案。②建立完善的课程考核体系，增加实践能力考核环节。将作业、演讲、课外参加的比赛情况等都当作考核方式，按合理比例计入总评成绩。改变以往期末卷面考试这种单一的考核方式。③在条件允许的情况下，可建立物联网实训实验室，并配备相应的器材等。我们与四川省成都市物联网产业联盟形成良好合作关系，借他们的物联网技术展示厅让学生实地了解物联网技术及其应用。（2）过程化考核：以上考核方式加上学院的过程化考试系统，分阶段进行上机考试，最大程度避免一考定论、突击应付等不合理现象。目前的具体操作是：当讲完一阶段（感知，传输，处理）即上机考试本阶段技术要点，成绩以比例计入总分，最后课程完结还有一次总体性考试，4次考试成绩的加权总和才是本门课程的考试成绩，并算上平时作业、提问等平时成绩作为最后总评成绩。这样一来，12周课程，每隔三周就有一次阶段考试，加上平时的抽查与作业，有效督促了学生的平时学习。
2.3方法实施的效果
2011年本学院设定物联网专业，2012年开始开设物联网技术导论课程，2013年进入实践化教学，14年引入过程化考核，图1显示了历年课程的考试情况，以60分以下为不及格，80分以上为良好。图1很清楚的显示，刚开始时物联网技术课程的不及格率高达约30%，后来引入实践化教学后下降至12%，到最后引入过程化考核后直接下降到7%左右，而良好率逐年上升，连续2年保持在70%左右，达到了改革的目的。
3总结与展望
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究项目“物联网新专业实验实践性环节设置策略研究”（项目编号：JGB2011057）、“物联网新专业人才培养与产业结合模式研究”（项目编号：JGB2011053）的研究成果。
中图分类号：G642.421 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）31-0070-02
最近几年，物联网（Internet of Things，IOT）概念的提出及其技术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产业发展的第三次浪潮。为了能在这一技术领域占据重要位置，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“欧盟物联网行动计划”、中国的“感知中国”等。发展物联网技术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开始招收第一届本科生，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。然而，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。但是，国内目前已开设物联网工程专业的大部分高校，都将“物联网技术导论”作为本专业的第一门课程，旨在向学生整体介绍物联网的概念、内涵、关键技术、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，“物联网技术导论”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术发展的进程。
一、物联网的概念及内在层次结构
目前，关于物联网的定义有多种，但是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讯，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，物联网就是“物物相连的互联网”。使用通俗的语言，可以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、使用控制器设计反馈控制策略、利用执行器对物理对象进行控制与管理等各类操作。由此可以绘制出物联网中的信息流（如图1所示）。因此，从控制学科的角度来说，物联网是一个典型的网络化控制系统（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，可以概括出物联网的层次结构：感知层、网络层、处理层与控制层（如图2所示）。其每层的功能分别为信息的获取、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，本质上是一致的。从这四层结构的划分不难看出，物联网技术涉及信息技术领域的四大一级学科，即电子科学与技术、信息与通信工程、计算机科学与技术以及控制科学与工程。因此物联网是一个多学科交叉的技术，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“物联网技术导论”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术的重要性，激发他们的学习兴趣，又使他们面对繁杂的内容而不畏惧，树立学好物联网技术的信心，具有重要的意义。
二、“物联网技术导论” 教学内容选择
目前国内已出版发行的“物联网技术导论”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，主要涉及传感器技术、无线传感器网络、射频识别技术、短距离无线通信技术、远程通信技术、无线单片机、嵌入式系统、云计算技术、机器学习、模式识别、数据挖掘、智能信息处理技术、物联网控制技术、物联网安全技术、物联网技术标准、物联网应用等。依据物联网的四层结构，可以将上述内容进行如下层次归类：感知层包括传感器技术、无线传感器网络与射频识别技术；网络层包括短距离无线通信技术与远程通信技术；处理层包括云计算技术、机器学习、模式识别与数据挖掘；控制层包括物联网控制技术；物联网安全技术、物联网技术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，目标是让学生对物联网的整体架构、关键技术有一个整体上的清晰认识。那么如何选择主要内容呢？以江南大学已经实施两年的“物联网技术导论”课程教学方案为例，结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“物联网技术导论”课为16课时，除去最后一次考核占用的2课时，还有7讲14课时。下面，结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、研究现状、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整体认识。
第二讲——感知层技术一。介绍智能传感器技术，包括传感器技术、微控制器接口、无线单片机、嵌入式系统。重点介绍传感器工作原理、比较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——感知层技术二。介绍无线传感器网络。由于无线传感器网络具备了一个简单的物联网系统的架构，对本讲内容的讲解可以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、主要支撑技术，如定位技术、时间同步、数据融合、安全技术等。可以结合无线传感器网络在智能农业当中的应用来讲解本部分内容。
第四讲——感知层技术三。介绍射频识别技术。由于射频识别技术也具备了一个简单的物联网系统的架构，所以对本章内容的讲解可以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、工作原理、技术标准、与传统自动识别技术的区别以及安全问题。可以结合射频识别技术在门禁系统当中的应用来讲解本部分内容。
第五讲——网络层技术。介绍短距离无线通信技术和远程通信技术。重点介绍Zigbee技术、WiFi技术、蓝牙技术、超宽带技术和3G无线远程通信技术，简单介绍多路访问技术和多路复用技术。应结合具体的应用来讲解Zigbee技术、WiFi技术和蓝牙技术。
第六讲——处理层技术。主要介绍云计算技术、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，使其技术原理清晰明了。
第七讲——控制层技术。重点介绍控制的思想，即反馈。可以结合具体的例子来讲解，如倒立摆的控制，让学生主观感受反馈的作用，但要避免复杂的数学公式。也可以适当介绍控制学科的前言问题，如网络化控制系统与多智能体系统，让学生深刻感受到控制技术在物联网技术当中的地位。
以上七讲基本包含了物联网技术的主要内容。通过这七讲的学习，学生基本上对物联网架构和关键技术有了一个整体上的认识。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。但是，确保学生正确认识物联网技术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概念和内涵认识的不准确，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，结合“物联网技术导论”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术的知识点。由于“物联网技术导论”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结合自己的专业知识和教学经验，编写符合中国国情的“物联网技术导论”教材，探寻一条符合中国学生的“物联网技术导论”课程教学方法，进而培养出基础扎实、技术熟练的物联网专业人才，推动“感知中国”战略的进程。
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[11]暴建民.物联网技术与应用导论[M].北京：人民邮电出版社，
关键词：物联网；教学改革；教学实践；考核
作者简介：闻继伟（1981-），男，江苏无锡人，江南大学物联网工程学院，讲师。（江苏 无锡 214122）
基金项目：本文系江南大学青年科研基金资助项目“基于T-S模型的非线性系统滚动时域控制与滤波研究”（项目编号：JUSRP11233）的研究成果。
中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）34-0080-02
物联网自诞生以来，就引起了人们的极大关注，它将新一代的信息技术充分运用于各行各业之中，通过网络化、信息化的手段将人类生存的物理世界和网络信息空间有效互联，形成“物联”。物联网不是某一门学科发展到一定阶段自然衍生出的一门新的分支学科，有相对完整、独立的体系，而是新兴的、聚合性的应用技术，涵盖了诸多学科的知识，具有形式多样、技术复杂、牵涉面广的特点，且本身还在不断发展和完善中。
“物联网技术概论”作为一门新的基础课程，虽开设不久，在教学过程中已存在不少问题，导致很多学生一方面心有诸多疑惑，另一方面又对这门课程不够重视。如何合理开展教学改革，提高“物联网技术概论”课程教学的质量，使其符合大一新生的培养要求，切实能使学生有所收获，已成为该课程教改亟待解决的问题。为此，本文首先分析了“物联网技术概论”课程的特点，然后分别从内容、方法、实践和考核等几个方面分析了课程教学中存在的问题，并提出了相应的解决方案。
一、“物联网技术概论”课程的特点
物联网是一次技术革命，代表未来计算机和通信技术的走向，其发展依赖于诸多工程领域的技术创新，[1]遍及日常家居、智能交通、节能环保、科学研究、公共卫生、工业监控、健康护理等多个领域，因此更强调工程应用。该课程内容丰富、涉及面广，涵盖了自动控制、信息技术、微电子和计算机等学科，因此有必要在学生进入具体学科知识的学习之前，让其对物联网有宏观上的了解，建立对物联网的基本认识，为后续课程的学习打好基础。
目前，我国政府也高度重视物联网的研究与发展，2009年，总理在视察无锡时强调选择新兴战略性产业的重要性，提出了“感知中国”的战略构想，表示要大力发展物联网技术。[2]因此，物联网专业的学生掌握物联网基本原理及其应用对其今后就业或进一步从事相关领域的科学研究具有十分重要的意义。
二、“物联网技术概论”课程教学中存在的问题
1.教材内容涉及面较广，授课学时相对较少
本课程以江南大学彭力教授编写的《物联网技术概论》作为教材，全书共10章，涉及物联网概述、RFID技术、无线通信系统、无线单片机技术、传感器技术、无线传感器网络技术、短距离无线通信技术、远程通信技术、智能信息处理技术、物联网技术的应用等方方面面。[3]
鉴于这门课程本身的特点，如果没有相当的工程经验，授课时势必以描述性的内容居多，容易使学生产生厌倦情绪。且由于课程仅有16个课时，很多内容只能如蜻蜓点水般一带而过，这样就会导致部分内容讲解不透彻，教师飞快的讲，学生却反映听不太懂，一知半解，始终只有一些朦胧模糊的概念，收不到良好的教学效果。
2.教学与实践脱离，学生缺乏感性认识
尽管在编排教材时编者安排了关于物联网应用的章节，教师在制作PPT时也加入了众多图文并茂的内容，然而在讲解基本原理时又回归到了传统的教学模式，把重点放在讲授原理上，且限于课时，往往有所疏漏，至于实践环节则几乎忽略不计。虽然学生通过死记硬背可以掌握一些知识，但也只是为了应付考试，这并不是我们设置这门入门课程的初衷。
3.考核形式单一
在目前的教学模式下，学生的学习效果通常是由考试来衡量，考核的角度主要是知识，而忽略了能力和品质。尽管教师主观上并不希望出现这样的局面，但闭卷形式本身的局限性成了决定性的因素；同时，以往考核只注重标准化，而忽略了学生对问题有不同的理解、看法。这种传统平面式的教学考核制度，使被衡量对象的真实成绩得不到确认，从而使学生产生了对考核的失望与迷惘。
目前，本课程的考核形式仍为笔试，考核成绩满分为100分，60分为及格。其中平时作业成绩占考核成绩的40%，期末考试成绩占考核成绩的60%。这种考核方式简单、易于操作，也能在一定程度上检验学生掌握书本知识的情况，但同时也比较片面、死板，导致学生轻视实践、不能理论联系实际和解决实际问题。
三、关于“物联网技术概论”课程教革的几点设想
上文分析了“物联网技术概论”课程的教学现状和存在的问题，笔者结合自身在教学实践中的实际情况，总结教育教学方法，就本课程的教学内容、教学手段、课余实践和考核方式提出了一些改进的设想。
1.合理编排教学内容，源于课本但要高于课本
物联网内涵丰富，但经过深入分析，仍可将其划分为四大部分：[4]一是传感网络，即以二维码、射频标签、传感器、智能终端等为载体标签事物；二是传输网络，即通过互联网、无线传感网、移动通信网络等传输数据；三是处理网络，即通过网格云计算等计算网络工具实现数据处理；四是应用网络，即通过手机、PC机等终端设备实现各种应用。这四大部分相对独立又相互联系，每一部分本身又蕴含着丰富的内容，在相对较短的学时内不可能实现融会贯通，这里涉及到广博与精深对立统一的问题。考虑到这门课程属于入门课程，不妨以理解基本概念、基本原理为主，对于一些专业性较强的知识不用太过苛求，可留予后续课程。这就犹如挖井一般，只有口子开得大，才能挖得深。本课程教学的目的在于让学生全面了解物联网专业所涉及的概念、原理、技术、应用等整体知识概貌，以便于日后选择一个专业方向展开更为深入、细致的学习。
为了使授课不致于因宽泛而流于肤浅，在讲解各部分内容时都应尽量结合实际问题。首先给出其产生背景，使学生知其然更知其所以然，以此激发学生的听课热情与积极性。以介绍RFID技术为例，RFID远距离射频识别技术在岗亭士兵枪支防抢盗系统中已经得到了成功的应用。士兵的枪支上安装有一个有源电子标签，该标签不断地主动向外界发出信号，当信号被安装在岗亭上方的读卡器读到之后，就进行信息处理，通过转换器传到后台监控中心，后台监控中心有一系列的软件控制体系，再配合报警系统，可实现实时的报警。
此外，还可以在课堂上安排一些与物联网有关的趣味小故事，以增强学生的学习兴趣。如美国麻省理工学院的科学家开发了一款新纤维材料，可制成有听觉的衣物。利用这种材料做成的衣服能够监测外界的声音，还能自行发出声音，而且这种衣服还可以实时记录演讲，或是用于监测使用者的身体状况。
2.改进教学手段，活跃课堂气氛
改进教学方法，提高教学效率，要根据教材内容、教学要求、教学手段和教育对象等因素而定。在教学手段上，可借助于多媒体教室和教学课件。值得注意的是，切忌照搬教科书内容，教师的讲课应来源于课本但是要高于课本，教师每年讲课的内容都应紧跟学科前沿的发展变化，因此，教师首先应当是个学者，能够享受挑战和创新的乐趣，而且能与学生进行有说服力的交流。其次如果条件许可，可以结合多媒体、传感器实物来教学，淡化理论推导，注重应用实例。[5]
此外，为了在课堂上能更好地启发学生思考，在利用现代多媒体手段的同时，要注意调整讲课节奏，不能一味地翻PPT，滔滔不绝，海阔天空，要注意学生听课的表情，通过课堂提问等方式，即时了解学生情况。采用板书也可以适当缓和讲课节奏，实现传统与现代教学方法的优势互补，以收到最好的教学效果。
3.适当安排课外实践活动
物联网专业刚形成不久，课程中实训项目并不多，学院购买的传感器实验平台以传感器实验箱为主。为了弥补课时不足带来的缺憾，可以鼓励学有余力的学生获取自己动手操作的机会，通过接触实物，获得各种直观感受，提高学习的兴趣，有利于更深刻地理解所掌握的知识和技能，同时也培养了学生热爱劳动、吃苦耐劳的精神。
要适当转变教学策略，课堂教学的模式化往往无法避免，很多教师，尤其是刚走上讲坛不久的新教师，往往机械地重复教科书中的知识，将复杂的脑力劳动变成了简单的体力劳动；而课外实践活动完全不同于课堂教学，它与工程实际相结合，教师与学生亲密接触，在活动中会遇到很多意想不到的问题，有时教师也不尽了解，这时，教师切忌不懂装懂，“弟子不必不如师，师不必贤于弟子”，教师也是学习者，应和学生共同学习、研究，做到教学相长。
4.改变考核方式，培养创新意识
本课程是概论课程，考核方式可以不拘泥于传统的笔试，随着教学内容、教学方法的变化而变化，让学生将所掌握的知识与个人技能水平充分发挥出来。不要片面追求卷面分数的高低，而应注重对学生能力的考查。可以采用以卷面考核为重点，学生自评、小组互评、教师评价相结合的多元化评价体系。笔试是为了促进学生更好地巩固所学知识，克服概念混淆，增强逻辑思维能力，同时也可以了解教学中的薄弱环节，以便今后改进和完善；学生自评、小组互评、教师评价则是为了体现民主与公平原则，引导学生重视理论联系实际，对培养学生的应用能力有着重要作用。
四、结语
高等学校教学改革的目的是为社会培养“高层次、高素质、多样化、创造性的人才。“物联网技术概论”是一门新的课程，目前课程的教学还处在摸索、创新阶段。课程教师要善于结合自己的专业进行创新，致力于提高学生的思维能力，去探索获得良好教学成果的途径和方法，为物联网专业学生打好坚实的基础，使他们更有信心应对将来的各种挑战。
参考文献：
[1]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.
[2]刘云浩.物联网导论[M].北京：科学出版社，2011.
[3]彭力.物联网技术概论[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.
[关键词]物联网技术；课堂教学；教学创新；专业基础
[DOI]1013939/jcnkizgsc201615126
2011年起，高职院校开始物联网应用技术专业的招生，经过三届学生的培养积累了一定的经验，由于物联网技术是近几年快速发展的技术，无论是技术本身还是高校相关专业建设与教学经验都处在探索与实践之中，特别是高职院校，由于师资与实训资源的短缺，对相关物联网专业的建设有更多的困惑。
绍兴职业技术学院从2012年开始招收物联网应用技术专业学生，已毕业一届另有一届学生进入顶岗实习阶段，从这些学生的反应来看，普遍认为《物联网技术概论》这门课十分重要，是这门课让学生认识和了解到了物联网技术相关知识和应用前景，特别是增强了学生对未来就业的信心，提升了对专业学习的兴趣，同时也提出了创新改革的建议，这些都是做好《物联网技术概论》课程教学的动力。《物联网技术概论》是一门物联网技术从业人员的知识普及课程，知识涉及面广而杂，对学生学习的背景知识要求高，而高职学生素质相对较差，在这现实情况下，如何开展好此课程的教学将直接影响后面专业课程学习，因此《物联网技术概论》课程的教学创新研讨有着十分重要的现实意义。
1学情与课程
11学情分析
高等职业院校目前在中国高校中已占据半边江山，高校大规模的扩招带来最明显的特点是生源质量激剧下降，特别是民办高职院校的生源质量更加突出，绍兴职业技术学院作为民办院校深有感受，具体表现如下：
一是不少学生进学校抱的是来玩的心态，家长只是让孩子在学校度过这三年时光罢了。二是高考成绩明显下降，高中根本就没有学到什么东西。三是为了达到招生数量，招收大量文科生来读工科专业。四是招生中出现大量调剂生，进校后学生读的不是自己喜欢的专业，导致学生对所读专业无兴趣。五是受到社会新读书无用论的影响，学生没有学习的动力。绍职院物联网专业每届招生二个班的规模，学生素质不高，特别是文科性占据近半，另外，由于物联网技术是较新的技术和专业，社会对其认知相对少和肤浅，早期招生调剂生比较多，对专业不了解更谈不上以后的就业对象在何处，学生比较迷茫。
12课程背景
高职物联网应用技术专业培养的是产业链上生产一线的具有一定物联网基础理论知识，掌握物联网技术应用技能的专业人才。以就业为导向职业能力培养为目标是高职人才培养的基本思路，人才培养目标从分析职业就业岗位能力需要出发，依据物联网专业人才多类就业岗位的能力要求来确定课程体系与教学内容。物联网技术是综合性技术，它涉及计算机、通信、控制、电子和软件等技术，涉及的知识面广而深，专业课的开设一般会重点放在某一方向，不可能涉及物联网技术的方方面面，更何况高职院校本来学制就短，有效课程学时更少，因此完全有必要开设一门课，较全面介绍物联网所涉及的主要技术和应用，《物联网技术概论》就是这一思想的结果，由这门课来开启学生对物联网的学门，通过此课程来认知和了解物联网的主要技术和行业应用，启发和引导学生对学习物联网的兴趣，展示给学生未来就业的前景与希望。
2课程定位与教学内容
21课程定位
物联网应用技术专业的课程体系随人才培养方案的制订而构建。以“岗位―能力―课程”的思路来搭建课程体系体现职业能力培养的特点。整个课程体系由四大模块组成：一是通识课程；二是专业基础课；三是专业核心课程；四是专业拓展课程，以知识渐进的方式组合而成。课程背景论述中已说明《物联网技术概论》主要是为了解决学生对众多物联网技术知识的普及和了解，提高学生对专业的认识与兴趣，是一专业知识的入门课，所以该课程是专业基础课，处在通识课程之上专业课程之下，起到专业学习承下启上的重要作用。此课程虽定位为专业基础课，但与一般的专业基础课如《电子技术基础》之类的还是有很大的区别，实际上是后面众多专业课的浓缩简介以及未能开设相关课程的介绍，信息量相当大，需要一定的电子技术和计算机等相关的背景知识为前提，由此一般放在第二学期开课比较合适，但也有的学校如无锡职院已从第二学期调整到了第一学期。
22教学内容
物联网技术目前还处在快速发展与变化之中，很多技术也不是十分成熟，无论是其内涵与外延也不是十分清晰。但是从目前大家所熟悉而常见的来说一般从物联网三层体系结构的角度来考虑。每一层都涉及大量相关技术，如以感知层来举例，感知层主要是解决物体识别与信息采集并转发，核心技术有传感技术、射频识别技术、条码识别技术、MEMS系统、目标定位和近距离无线传输等多类型技术。三层体系所涉及的技术都比较复杂，那么如何选择课程教学内容将是很关键的问题，作为专业基础知识普及入门性质的《物联网技术概论》，主要以学生易掌握、提兴趣、开阔眼界为目标出发，宜采用知识范围涉及较广的教材作为学生的课程教材，当前此类教材已相当丰富，但内容千差万别各有侧重，经过多方调研和认真对比，绍职院选用了由清华大学刘云浩教授编著的《物联网工程导论》，此教材是国内同类中较早推出的教材，教材内容较全面地覆盖了物联网所涉及的相关技术并包含有一定数量的应用案例。当然对于高职学生是不能完全参照讲解的，具体讲课务必按学生情况进行一定程度的取舍。
3教学手段与方法
《物联网技术概论》属于理实一体的课程，从教学内容上看偏重于理论知识的传授，传统的课堂教学以老师主讲学生在课堂被动听的方式进行，应当说这种形式对于理论课的教学有着较好的效果。但是在高职民办院校，学生的生源素质相对较差，学生对理论知识的讲授不同程度上有些抵触心理，从经验来看，学生一次二学时的上课，老师讲解不超过一学时为好，因此，在教学上采用了多种手段来调节和缓解学生的课堂状态。一是在讲解理论知识时，多用日常学生生活中案例来说明，如讲到RFID时用学生证和身份证来说明，这样就容易吸引学生的注意力。二是多用视频和图片等多媒体的形式来讲解，如讲到移动通信技术时采用动画和视频来说明基本工作原理，这样贴近学生的爱好又容易理解移动通信的基本原理。三是充分利用互联网的优势，在讲解完理论知识后，布置课堂作业，安排学生上网查找相关资料补充学习。四是针对课程部分内容组织学生分组讨论，教师适度参与。五是适当安排学生现场参观与交流，然后结合参观交流时所见所闻来讲述相关物联网技术。多种课堂教学手段的应用，大大调动了学生的学习兴趣和学习动力，把相对枯燥的理论教学扭转为形式多样生动活泼的形式，受到学生一致好评，教学效果良好。
教学计划中的三分之一课时用于实训教学。实训分两块，一是校内实训室进行，二是校外协作企业展开。本课程以传授知识为主的课程，实训教学是作为知识引领的补充手段。校内实训室主要让学生了解如RFID，无线传感器网络、传感器和网络传输方面的一些实训设备，以感性认识为主。校外实训主要到校企合作的企业参观体验，如到绍兴科创中心参观物联网产业应用，到诸几智慧农业示范区参观智能农业应用等。通过这种开放式课内外结合的实训形式，有效地推动了学生的好奇性和兴趣，大大增加了学生对未来专业课学习的动力和就业前景的向往。
4考核与分析
课程考核是检验课堂教学质量的最终环节，本课程的教学考核采用过程性与终结性两种考核的结合。二类考核如何划分比例可视情处理，但从课程教学的手段和方式来看，应更加重视过程性考核，本课程过程性考核可以包括以下几个方面：校内实训评价、校外实训评价、课内（外）作业评价、学习态度等几个主要方面。终结性考核是期未完成教学要求后的知识检查，可以采用多种形式进行，在最近三届学生的终结性考核中，采用了大作业与卷面考试二种方式进行摸索，从学生反馈的情况来看，比较喜欢大作业作为期终考试，但这种方式容易给学生造成易过好学的懒汉心理。卷面考试可以有开卷和闭卷两种形式，分别在二届学生中进行了尝试，由于理论知识的理解掌握还是有一定难度的，因此试卷的难易程度要控制好。
《物联网技术概论》课程在绍职院历经了三届学生的课堂教学，应当说是在前进中的探索与实践。第一届有近一半的文科生，期终考试采用了大作业的形式，从上交的作业来看总的来说表现良好，但深入后发现大多原封不动地抄袭于网上资源。后二届采用了卷面考试方式，相对难一些，出现部分学生的不及格。从课程教学整体分析，学生通过一学期的物联网相关知识普及性学习，对物联网技术有了一个较全新的认识和了解，大大缩短了学生与物联网专业的心理距离，关键是提高了对专业学习的兴趣，为后面进一步的专业学习课打下了良好基础。
5结论
《物联网技术概述》这门课在物联网应用技术专业中处于比较重要的位置。经过几届学生的教学摸索与实践，探索出了本课程理实一体化的教学设计与思路，针对民办高职学生生源素质不高，结合绍职院专业建设现实，选好合适教学内容，通过五种课堂教学形式，激活了学生对本课程的学生兴趣，也提升了对专业的认可度，从毕业和顶岗实习的学生反馈情况看，收到了较好效果。
参考文献：
[1]张新物联网应用技术实训教学探索与实践[J].中国市场，2016（2）：113-115
[2]曹建峰物联网导论课程的构建与实施[J].物联网技术，2014（5）：86-87
文章编号：1004-4914（2017）05-223-01
随着物联网技术的发展以及社会对物联网技术的认可，开设物联网应用技术专业的高职院校也逐渐增多，物联网应用技术专业发展态势较好。《物联网工程项目应用》课程是连接物联网理论知识与工程实践的纽带，我们通过调研各院校同专业课程体系发现物联网工程项目应用课程已成为各院校物联网应用技术专业的必备课程。虽然各院校对应此课程的名称有所区别，但内容大同小异，这也就说明大家对于该课程的重要性具有统一的认知，但是该课程相对于传统课程在课程内容、教学方法、实训实验课程等方面还存在明显不足。我们所在学校已连续四年开设了《物联网工程项目应用》课程，在课程内容设置、教学方法以及实训实验课程设置方面已进行了一些探索，积累了部分经验。
一、课程特点及课程定位
《物联网工程项目应用》是集无线传感器网络技术、综合布线技术、嵌入式开发技术于一体的综合应用课程，是将理论知识转化为实用技能的纽带课程。该课程最大的特点就是学科交叉，从单片机编程到上位机开发、从设备安装到设备布线、从方案设计到整体项目调试，每一步都对学生的基础知识和知识面有较高的要求。并且由于物联网工程均要落实到具体的应用，所以要求学生对于行业规范标准要有一定的认知。总的来说，此课程具有面向应用、注重实践、强调实用技能的特点。
高职院校《物联网工程项目应用》课程一般?_设在第四学期，此课程的前导课程有《电子技术基础》、《无线传感器网络技术》、《嵌入式开发》、《传感器技术》和《网络综合布线》，通过这些课程的学习，学生能够掌握物联网工程项目所需的理论知识和基本技能，为后面工程应用做好铺垫。《物联网工程项目应用》这门课程不仅仅是物联网技术技能的出口，同时也是连接理论知识和实际工程项目的桥梁，在整个课程体系中具有非常重要的作用。
二、课程理论教学设计
《物联网工程项目应用》课程的特点使得此课程理论内容覆盖范围较广，所以在进行理论教学时要考虑到学生知识基础和学校实训条件。通过上文介绍，我们通过对学生前导课程的学习，基本能够掌握物联网工程应用的理论知识。我们物联网工程实训平台为凌阳公司生产的物联网智能家居实训平台，智能家居工程作为物联网工程的典型代表，具备物联网工程的大部分特点，同时涵盖市场需求较大，所以《物联网工程项目应用》课程以智能家居工程项目应用为主，理论内容包括智能家居理论基础、智能家居相关技术、控制设备理论、安防报警及监控理论和工程案例分析。课程涉及到的传感器知识、编程知识等内容将在授课过程中进行穿插讲解，这样方便学生活学活用，效率较高。
针对理论课程存在理解困难、复杂枯燥等问题，我们利用分组教学、角色扮演等方法来提高课堂的互动和趣味性。将完整的物联网工程分解为一个个小工程，由同学扮演甲方和乙方，在提出需求和解决问题的过程中融入理论知识，不仅增强了学生的互动，同时也让学生掌握了理论知识，效果较好。
三、课程实训教学设计
课程的实训教学与理论教学相互联系又存在很大不同，本课程的实训教学特别重视对学生实用技能的培养，通过物联网项目的设计、安装、调试来锻炼学生对完整工程项目的把控能力。为完成课程目标，我们将此课程的实训分为两部分内容：上位机软件实训和智能家居平台实训。
1.上位机软件实训。上位机软件是物联网工程项目不可缺少的部分，目前主流的上位机大部分采用C#开发，但是随着工业智能化改造的加快，工业物联网也有了越来越多的需求，工业组态屏这一新型应用也逐渐普及。为适应产业需求，我们在进行上位机软件实训的时候，在不影响学生学习的基础上，适当的调整了C#开发时间，增加了组态屏上位机软件开发的课程，让学生能够尽快的接触新应用，为以后的岗位需求做好铺垫。
2.智能家居平台实训。智能家居平台实训是本课程实施的核心，主要可以分为终端节点实训和综合项目实训两部分。其中终端节点实训包括光照探测器、温湿度探测器、烟雾探测器、灯光控制器、家电控制器等16个实训项目，通过这些实训学生能够掌握常用传感器、控制器的基本原理和使用方法，能够具备独立调试设备、网络布线以及参数配置的能力。综合项目实训包括门禁控制系统、灯光控制系统、智能安防系统、智能监控系统和情景模式控制系统等五部分内容，每个实训项目都是综合传感器、控制器和上位机软件的完整项目，学生从项目的设计、安装到实施都亲历亲为，在这个过程中学生能够锻炼解决问题的能力、学会团队协作同时也能够积累部分项目经验。我们在指导学生实训的同时，注重培养学生文档写作能力，让学生注重保存过程材料，积极撰写项目实施方案，从多方面锻炼学生的能力。
关键词：物联网工程；TCP/IP协议；教学模式；应用驱动
近年来，物联网（Intemet of Things）受到国内外工业界和教育界的重点关注。物联网的概念由美国麻省理工学院于1999年提出，主要通过射频识别（RFID）技术、无线传感器、激光扫描仪、全球定位系统等信息传输设备，按照无线传输协议，将物品连接到互联网进行信息传输，从而实现“物物相连”的应用目标。与传统互联网不同，物联网更强调全面感知，即通过RFID、无线传感器等感知体采集信息，同时通过无线网络进行可靠传输，智能处理捕获的信息，真正实现物与物的沟通。物联网被认为是继计算机、互联网、移动通信之后的新一代信息产业化浪潮，深刻影响着人们的生活、工作方式，目前已在智能家居、环境监测、工业监控等领域成功应用。
在教育部首批战略性新兴产业相关本科新专业中，物联网工程相关专业建设是信息技术与社会需求发展的必然要求，同时为计算机教育和计算机应用型人才培养提供了新的方向。该专业旨在培养能系统掌握物联网相关理论和技能，具备通信、网络、传感技术等专业知识的高级工程技术人才。截止到2012年秋，全国经教育部批准开设物联网工程专业的本科院校有135所。目前，物联网工程相关专业的课程设置、培养模式、实验配置、教材建设等内容尚处于探索和完善阶段，同时，物联网技术领域需要的从业人员数量急剧上升。
由于在技术特点方面，物联网是互联网、无线网络、嵌入式软件、传感器技术的集成和整合，重点涉及高频技术和通信协议栈等核心技术，对从业人员的知识储备和实践能力要求较高。但目前，国内相关专业多专注于单项技术的培育，对上述多种技术的聚合存在较大欠缺，需要根据物联网技术的特点，对其课程内容进行升级和扩容。
TCP/IP协议分析是计算机网络、通信相关专业的专业课，也是物联网工程专业的核心课程之一。作为计算机网络原理的后续课程，该课程侧重于讲述TCP/IP协议族的基本原理和核心技术，使学生对网络互连的原理有更深刻的认识。对于物联网，核心技术已由传统的互联网转向无线网络和无线通信，如zigBee无线网络协议和IPv6协议。因此，对于物联网工程专业，TCP/IP协议分析不仅要讲述经典TCP/IP协议，更要侧重物联网环境下的无线网络协议。显然，要对TCP/IP协议分析的教学模式进行改革，使其满足物联网工程专业的培养需要。
1、教学现状分析
TCPflP协议分析的主体是对TCP/IP协议族中各层协议的详细介绍，增强学生对TCP/IP协议复杂机理的直观理解。根据作者实践教学总结，目前该课程存在如下问题。
1.1 授课内容偏重理论，与先期课程重叠过多
TCP/IP协议分析的核心是TCP/IP 4层模型及相关通信方式、时序等规则，一定程度上与计算机网络原理课程重复，单纯的理论阐述会导致学生失去兴趣。此外，抽象讲解各种协议的实现细节容易重复，如每个协议的组成部分几乎一致，简单重复很容易使学生感觉枯燥。
1.2 教学内容单一，缺少源代码分析
通过分析TCP/IP的源代码，有助于观察协议实现细节，深化对协议的理解，提高网络编程与内核开发技能，使学生具备根据需求修改协议栈的基本能力。然而，在实践教学中我们发现，绝大多数TCP/IP协议分析教材集中于对协议的抽象分解，如采用示意图的方式描述帧的封装过程，在实验教学中多采用数据包捕获软件分析协议的运行机理。这样无法使学生真正理解网络协议，将实际网络协议的修改和应用与源码的实现细节进行有效结合，造成理论与实践应用脱节。以帧的封装为例，Linux下数据包的统一数据结构为“struct sk_buff”，所谓的封装和解封是该结构体中头尾2个指针的移动，这个机制简单，但充满了技巧，如果不阅读源代码，理论和应用之间始终存在隔阂。对于已经引入Linux TCP/IP协议栈源代码的教师来说，如何有效组织上万行的协议栈源代码是重要问题。在教学中抽取出具有代表性的代码段，需要根据不同学生的基础条件反复凝练，还要兼顾学生的学习热情，激发自主学习意识。
1.3 几乎不涉及无线网络理论的讲授
现行教材几乎全部以经典IPv4为授课内容，部分教材扩展到IPv6，对网络层以下涉及甚少，基本默认以IEEE 802，3标准（以太网）为例阐述。而在近些年的实际应用中，无线网越来越成为业界的技术亮点，各种成熟的网络产品纷纷延伸至无线网平台。无线网标准主要以IEEE 802.11和802.15为代表，在实现细节以及协议规则方面与以太网有较大差别，为提高传输效率，在网络层和传输层需要有相应的改变。通用的IP和TCP协议显得过于冗余且针对性不强，无法应对无线网高容量、短延时、低速率的应用需求。这就决定了现有教学内容无法直接应用于物联网工程专业。同时，现有的绝大多数实验组网设备不适宜无线网络架构，因此，无法提供这方面的实验平台。此外，无论是经典的LinuxTCP/IP代码分析，还是无线网络协议的理论学习，均缺乏相应的操作性强的实验指导教材，这也不利于学生的学习和理解。
2、教学模式改革
依照物联网工程专业的培养目标，TCP/IP协议分析课程改革遵循“应用为先导、工程为特色、实践能力为培养重点”的教学理念，按照如下思路进行实践。
2，1 应用驱动型的启发式教学模式
根据物联网的应用特点，明确“TCP/IP协议分析”课程以应用为驱动，促进学生从应用的角度学习。教师有意识地根据物联网不同的技术需求，引导学生对经典的TCP/IP协议知识进行重构，从而培养富有探索精神的思维模式和创新精神。
在具体教学中，以Linux协议栈代码分析为主，TCP/IP协议的大多数原理在先导课程“计算机网络原理”中已经教过，所以课堂教学一半时间讲述理论细节，其余时间辅以代码分析。例如，Linux平台下“struct sk buff”作为数据包的统一结构体，涵盖了经典协议栈里的诸多选项，此时，我们除了引导学生对代码进行分析外，还应启发学生思考如何删减和添加哪些选项，才能保证实现无线网络高容量、短延时等应用要求。然后以ZigBee协议为代表，抽选出该协议下的帧结构以及相应的实现代码，并以此展开ZigBee协议的若干细节，比如NPDU中载荷选项的构成、序列信息的作用以及半径域选项的意义。通过对比学习，学生们可以轻松地过渡到物联网技术氛围。又如，Linux平台下传输层的主要实现函数为“tcp v4 do rcv（ ）”，主要工作是遍历后备队列链表，将合适的数据包添加至完成队列，并作校验。教师除了带领学生对此函数进行详细分析外，还要指出zigBee协议中传输层功能很小，甚至已经合并到网络层，引导学生思考原因，以及哪些功能可以保留，哪些是冗余，并对比经典TCP协议的滑动窗口机制，分析物联网应用环境下应如何实现拥塞控制。再如，在经典TCP/IP协议中，路由是IP层的核心功能，常用的路由协议如OSPF、RIP等多考虑广域网的情况，但在物联网应用中，这些协议显然都不适合。此时我们引导学生思考，如何通过在路由选择格式、地址转换计算、算法的实时性、安全性等方面的调整，以指定适宜短距离无线通信的路由选择协议。尽管一两节课的时间不足以将改进的细节讨论完善，但通过这样的学习，使学生既达到了掌握经典TCP/IP协议理论的目的，也明白了物联网与常用网络协议的异同，为课下自学以及后续课程的学习打下良好的基础。
2.2 理论与工程产品相结合的教学方法
TCP/IP协议内容庞杂，涵盖面广，协议细节繁琐，根据教学实践，如果直接照本宣科，学生容易厌倦，教学效果不好。对于物联网工程专业的学生，我们在授课时加入了大量的无线网络理论，加大IPv6讲授部分，这些内容在“计算机网络原理”课程中一笔带过，实践中学生的反响非常强烈，听课兴趣明显增加。例如在网络层的授课内容中，我们加入了配置无线网网关的内容，首先从实际无线路由的网关配置演示，扩展到zigBee无线网关协议转换的实现，并给出了无线网关射频部分（物理层）接收到数据报文后进行有效载荷等选项的格式转换细节，直到最终交由802.3以太网网卡处理。数据最终还是返回到熟悉的以太网，但学生对无线网关的数据传输原理有了更深入的理解。
此外，我们在教学中增加了物联网相关工具箱的应用。目前主要使用ZigBee工具箱做教学对象。由于现在主流ZigBee工具箱体积小、便于携带，且都具备在线调试功能，因此很容易在课堂进行变量观察，对上述新添加的无线网的理论进行实时验证。同时，工具箱大多配备图形、汉字LCD显示器和各类语音接口，便于学生直观感受。此外，zigBee工具箱大多开放源代码，理论授课完全可以伴随代码分析。理论讲授、工具箱验证、代码分析构成了我们教学方法的“三重奏”。
2.3 仿真软件与编程实践相结合的教学手段
由于物联网系统需要配备多个传感器、无线网关和终端，设备成本较高，因此可采用以仿真软件为主的教学手段。目前我们主要采用NS2软件，可以方便地设定各类通信环境和不同的区域网络类型，构建虚拟的无线与有线耦合的通信网络模型，可以观察不同协议的运作流程。例如，我们采用NS2仿真zigBee协议体系中树形路由的分布式地址分配方式，构造了不同类型的无线网络节点接入方式，并可以得到直观的性能分析定量数据。基础实验以数据包捕获软件为主，这类软件有助于学生直观地了解协议实现细节，不用在开始就纠缠具体的代码。目前我们实验主要采用的是锐捷公司的协议分析器，界面简单直观，所支持的协议类型全面。此外，我们推荐学生在课余学习中使用Sniffer软件，这也是一款轻量级的捕获软件，便于安装在学生电脑中。
显然，单纯的捕获并分析数据包只能从宏观角度理解网络协议的原理，如想与物联网的应用性接轨，则应在实验教学中适当引入网络编程。这里的网络编程并不是指内核（协议栈）开发，而是指从应用层编程人手模拟部分协议。由于Linux内核编程的基础知识要求较多，而LinuxSocket编程易学易用，因此我们在教学中引入后者作为实验技术。例如，讲完ICMP协议后，我们会在课堂上讲授基于Linux c的ping程序的主干代码，然后在实验中根据无线网关和无线地址分配的机理，要求学生进行相应的修改。又如，讲完TCP的ACK、RST、SYN等报文格式后，我们利用Linux c编写端口扫描程序，并指导学生进行调试。引入Linux c网络编程的直接好处是，学生不再认为TCP8P协议分析是纯理论，产生了浓厚的学习兴趣，同时Linux c编程能力也得到了很好的锻炼。
3、结语
目前，物联网工程专业的课程建设尚处于起步和摸索阶段。对于该专业的每门课程都要以物联网本身的技术特点和应用需求作为导向，进行教学模式调整，这样才有助于实现该专业的培养目标。作为该专业的核心课程，TCPhP协议分析在今后的教学中不仅要完成经典网络协议原理的讲授，更要考虑无线网络的特殊需求以及对学生实践能力的培养。
参考文献：
[1]冯翔，姜鑫，昊永和，物联网教育应用的标准建设研究[J]，华东师范大学学报；自然科学版，2012（2）：42-51。
【关键词】物联网;物联网工程专业;人才培养
物联网的概念最早于1999年由美国麻省理工学院提出，是指依托射频识别技术和设备将所有物品与互联网连接起来，实现智能化识别和管理而形成的网络。[1]物联网是继计算机、互联网、移动通信后的又一次信息化产业浪潮，将催生一个巨大的新兴产业。产业未兴，人才先行。2010年教育部在高校本科教育阶段设立物联网工程专业，以期为重要战略性新兴产业――物联网相关产业培养高素质人才。物联网技术属于“集成创新型”技术，因此物联网工程专业的人才应该属于“工程应用型”人才[3]。如何实现这一目标是各个高校共同探索的话题。作为一名教师，结合自身实际工作经验，对此有以下几点思考。
1.形成以培养目标为导向的特色课程体系
物联网工程是一门覆盖范围很广的综合交叉学科，涉及计算机科学与技术、电子科学与技术、自动化、通信工程、信息安全、智能科学与技术等诸多科学领域[4]，合理的课程设置有助于师生形成清晰完整的知识结构。要制定合理的课程体系，可以从以下三方面着手：
首先要整体把握物联网的体系架构要对物联网的整体框架和关键技术有整体把握。物联网的架构分为三个层次：感知层、网络层、应用层。信息在感知层采集和获取后，经网络层得以共享并实时交互，最终在到达应用层经过分析处理，最终实现决策和控制。课程体系要涵盖这三个层次，各层次间要能顺利连接。同时物联网关键技术如M2M、传感器、云计算等在整个课程体系中有所体现。
其次要明确专业培养目标。物联网企业的人才需求谱系中不仅包含高层次的研发人员，同时也包含大量物联网产品生产制造与物联网系统集成中设备安装、调试、维保等方面的高端技能型专门人才。因此，物联网工程专业的就业岗位可定位为：物联网电子产品的生产与制造、物联网工程系统集成与项目实施与管理、物联网工程项目售前售后服务与运行维护。物联网工程专业的课程设置要有明确的就业指引。根据岗位要求设置合理课程体系，培养学生核心职业能力。
最后要重建核心课程。目前物联网工程专业课程设置没有专业特色，课程设置大多是将各个交叉学科的相关课程直接设置在物联网工程专业的课程体系之中，比如将计算机专业相关的课程、通信专业相关的课程以及电子技术相关专业的课程组合成物联网工程专业课程。这样设置导致课程体系复杂、内容繁多、缺少层次[5]，教师授课以孤立的学科要求为教学目标进行授课，学生因精力有限很难深入，形成的知识结构混乱，很难加以应用。课程的内容方面，大多是在原传统专业的核心要求上略作删减，导致学生无法获取一些非本课程重点而对后续课程极为重要的知识点。比如物联网工程专业的专业基础课电路与电子学，按照传统电子技术相关专业的要求，耦合电路属于选讲甚至阅读内容，不做考核，许多老师在授课时间有限的情况下会选择学生自学或者只做概述，而对于物联网工程专业的学生来说，这部分内容相当重要，是理解其后续专业课射频识别工作原理的重要知识储备。因此，在确立物联网工程专业课程体系的时候，应充分考虑各学科之间的关联，是否符合物联网专业从上至下的知识结构，而不是简单堆砌，更不是简单取舍。在培养目标的引导下，梳理学生能力形成所需掌握的知识点，将传统相关课程进行重组或拆解，并为之确定新的教学大纲，从而形成具有物联网工程专业特色的新课程，以突显符合培养目标的本专业特色。
2.组建有清晰角色定位和分工的教学团队
师资队伍是专业建设与发展的保障。作为一门新兴学科要发展，物联网工程专业急需一支专业的教师队伍。但物联网涉及学科众多，寻求精通多学科教师又不易实现。面对这种困境，物联网工程专业建立之初，可以尝试鼓励教师在各自的领域深入研究，以实际应用为向导或者以项目任务驱动的方式，组织青年教师学习钻研自己所掌握技术在物联网中的应用方式及其接入点，了解与其他领域知识相结合时所需的核心知识点，以达到熟练掌握和应用某一项物联网关键技术的目的，从而在实际教学中将每个人的技术优势发挥到最佳，使学生能取众师之长，实现成为“卓越物联网工程师[6]”的最终目标。
3.转变教学思维，充分发挥学生主体地位作用
基于问题的学习（简称PBL）于1969年由美国神经病学教授Barrows首创，是以学生组成的学习小组围绕系列复杂问题自主分析，找到解决方案，并学习到所需知识的过程。PBL教学法可以帮助学习者构建广博而灵活的知识基础，培养学生自主学习的能力和实践能力，激发学生的学习兴趣。[9]无论从实践还是理论研究上，物联网工程专业目前都还处于探索阶段[8]，涉及学科知识宽广，相关技术甚至重要术语的定义都在持续更新中，“老师讲授―学生被动接受”的传统方式已经不能满足学习的需要，这要求学生有自主获取新知识的能力和热情。实际教学中可以尝试在物联网工程专业的主干课程如物联网导论中引入PBL教学方法，例如在讲解物联网是什么、物联网体系架构、物联网应用等关键问题时，可以给出问题，让学生通过资料查询、文献检索及其他现代信息技术手段获取相关信息，分组讨论、归纳、整理、分析总结，让学生来充当问题的解决者，教师最后归纳补充，进行重难点讲解。
笔者在讲授物联网工程专业课程物联网导论曾尝试采取这种教学方法，让学生参入到教学过程中来，充分发挥学生主体作用，效果明显。物联网工程专业不同于传统成熟专业，存在很多正在发展未有定论的理论，比如物联网的定义是什么，各种组织给出很多不同的解释，但至今为止，还未有统一的权威释义。学生在寻求答案过程中，不同于被动接受单一答案，可以了解不同定义提出的背景和当时物联网发展的现状等等问题，在理解了别人解释之后经过讨论和思考能够形成自己的“定义”。同时，这一系列的过程让学生了解物联网工程专业的特点，也提醒学生要有知识更新的意识，逐渐培养提升学生自主学习的能力。
4.以课程设计方式，逐步培养学生实践能力
物联网工程专业是由战略性新兴产业催生的新专业，相比传统专业更注重专业实践环节。[10]它集成交叉的特点对学生将所学知识综合运用与实践的能力要求很高。学生不仅要对各种信号的采集、处理、交换、传输的理论与技术熟练运用还要具备较强的综合应用无线传感网络及一定的软件开发能力。在课程的设计上，一方面要加大实验课在教学中的比重。针对专业难点和重点内容，通过验证实验的方式组织教学，让学生通过动手获得新感知新体验，帮助理解和掌握本专业的核心专业技术。另一方面要以课程设计逐步培养学生实践能力。物联网系统的构建从硬件模块的搭建到软件平台的设计不但需要理论知识的贮备，更要求学生具有较强的实践能力。传统的完成理论学习进行毕业设计的方式是难以实现的。结合物联网工程专业的这个特点，给物联网工程专业的专业基础课和专业课设置对应课程设计，例如传感器等课程课程设计完成数据采集模块设计，模拟电路、数字电路等课程完成报警电路设计，无线传感网络等课程完成局域网组网设计、C语言程序设计、Java语言程序、数据结构与算法、数据库等课程设计完成应用软件的设计，最后的专业实训课将所有课程设计整合。合理设计实践节点，以课程设计的方式逐步培养学生实践能力。
物联网工程专业是个知识综合性强，实践和创新应用能力要求高的专业。在物联网的全面应用时代到来之前，高校应在实际教育教学中不断思考与改革，形成学科专业优势，培养符合未来社会发展需求的复合型人才。
参考文献
[1]工业和信息化部电信研究院[R].中国物联网白皮书，2011.
[2]吴功宜.对物联网工程专业教学体系建设的思考[J].计算机教育，2010，11.
[3]王志良，等.物联网工程概论[M].机械工业出版社，2011.
[4]刘涛.高校物联网专业人才培养体系的思考[J].物联网技术，2014（1）：76-78.
[5]沈雪珍，等.基于物联网专业教学的几点思考[J].中国电子商情（科技创新），2013（15）：48.
[6]顾卫杰，等.对不同层次教育的物联网专业定位的思考[J].中国电力教育，2011（27）：182-183.
[7]钮旭光，等.将PBL教学模式引入农业微生物学实验课的几点思考[J].四川教育学院学报，2012，28（8）：25-27.
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