1、以綜合型項目開發為驅動的物聯網教學模式探索一、背景物聯網將物理世界網絡化、 信息化， 對傳統的分離的物理世 界和信息空間實現互連和整合， 代表未來網絡的發展趨勢。 繼計 算機、互聯網之后，物聯網引領了信息產業革命的又一次浪潮。 目前，物聯網理論與技術已成為各國競爭的焦點和制高點。 2005 年11月在突尼斯舉行的信息社會世界峰會WSIS上國際電信聯盟ITU發布了ITU互聯網報告2005物聯網報告指出，無所不在 的“物聯網”通信時代即將來臨， 世上萬物從輪胎到牙刷都可通 過因特網主動交換，RFID傳感器、納米、智能嵌入技術更加廣 泛的應用。IBM大中華區首席執行官錢大群在2009IBM論壇上公布

2、了名為“智能的地球”的最新策略。IBM希望“智能的地球” 策略能掀起互聯網浪潮之后的又一次科技革命。 歐洲智能系統集 成技術平臺（EPoSS 于 2008 年在Internet of Things in 2020 報告中分析預測了未來物聯網發展階段。 2009年，歐盟執委會 發表題為 Internet of Things-An action plan for Europe的物聯網行動方案， 描繪了物聯網技術應用的前景。 韓國通信委 員會于 2009 年出臺了物聯網基礎設施構建基本規劃，目標 是要在已有的RFID/USN應用和實驗網條件下構建世界最先進的 物聯網基礎設施、發展物聯網服務、研發物聯

3、網技術、營造物聯 網擴散環境等。 2009年 8 月，溫家寶同志在無錫微納物聯網工 程技術研究中心視察并發表重要講話， 表示中國要抓住機遇， 大 力發展物聯網技術， 并提出要在無錫建設“感知中國”中心。 物 聯網產業發展研究（ 2010）報告指出未來 10 年，中國物聯網 產業將經歷應用創新、技術創新、服務創新 3 個階段，形成公共 管理和服務、企業應用、個人和家庭應用三大細分市場。中國物 聯網產業的總體規模，預計到 2015 年將超過 1萬億、 2020年將 超過 5 萬億。隨著國家對物聯網產業的重視， 物聯網相關人才的 培養顯得日益緊迫， 2010年 7月，教育部正式公布了 30所高校 新

4、設立的物聯網工程專業。 同時，更多院校利用網絡工程等專業 開始以物聯網方向等形式進行招生。 物聯網專業作為一個涉及到 計算機科學與技術、軟件工程、通信工程、電子工程、網絡工程 等多專業學科的交叉專業， 畢業學生可能從事傳感器制造、 網絡 融合、集成應用開發等多領域的工作，其涵蓋學科的多樣性、系 統集成的復雜性都比較高，對學生的要求也相對較高。二、存在問題目前，在物聯網專業的課程體系結構中， 盡管各個高校不斷 創新，但依然存在著一系列問題：（ 1）學校的物聯網教育跟不 上企業現實的需求， 太多的基礎教育課時使得學生沒有時間接觸 新技術。（ 2）教材落后于物聯網的發展，課程講授脫離物聯網 工程的實

5、際， 課程體系設計不是以職業化為導向， 而是以專業學 術發展和研究為導向。（ 3）缺乏同物聯網專業相適應的培養方 案和教學大綱； 大綱同傳統計算機網絡方向基本一致， 缺乏層次 性、特色性與實用性。（ 4）培養出的學生脫離應用實際，學校過分的強調學習， 掌握知識卻忽略了實踐， 結果是培養出來的學 生懂的理論知識多， 但實際動手能力不強， 普遍不熟悉國際物聯 網標準及相關國際規范。 基于以上的原因， 當前網絡人才的培養 偏重于學科性， 而直接面向產業發展、 適應企業需求且具有實際 工程能力的人才缺失， 這造成了學生進入企業需要一個“轉型” 過程，實際上造成了企業需要人才的“滯后”。 目前社會上出現

6、 大量的繼續教育機構，專門為企業培養具有較強工程實踐能力、 熟悉就業單位生產模式并具有扎實理論基礎的專門人才， 從中獲 得高額利益。這些機構的絕大部分生源來自于高校的高年級學 生。一個從正規高校畢業的學生， 竟然需要經過一個沒有穩定師 資和固定實驗基地和場所的社會機構“再培養”才能被社會承 認。正是在這樣的背景下， 大連理工大學作為首批設立物聯網專 業的學校，經過三年多的教學實踐摸索，以培養能力為導向，改 革教學方式，注重實踐環節，建立與工業界接觸的渠道，從多方 面培養物聯網的“卓越人才”， 力求解決課堂與實踐相脫節的問 題。特別是在教學內容方面， 不斷推動教學模式從傳統的單一型 內容向綜合型

7、內容的過渡。圖 1 為自主開發的物聯網實驗平臺。三、教學模式探索以物聯網感知技術課程為例。 在傳統模式下， 根據課程進度 與課程體系將教學安排分成三部分：（ 1）感知節點的嵌入式與 基礎通信部分。該部分主要是從嵌入式基礎入手，掌握I/O 、中 斷、串口、定時器、“看門狗”等基礎編程，并進一步理解無線 通信協議棧的體系與配置方法。（ 2）不同類型感知節點的應用 程序部分。 該部分根據培養學生不同的感知節點， 開發相應的應 用層程序，使得感知節點可以正常采集數據， 例如溫濕度、 光照、 人體紅外、干簧管、超聲波等。（ 3）網關的嵌入式操作系統及 軟件部分。該部分主要培養學生在不同嵌入式操作系統下

8、（linux Andriod WinCE ,開發人機接口軟件以及網關功能程序的能 力。可見，如此之多的內容按照“目錄式”教學進度執行，教學 周期將非常長，而幾部分之間的聯系會變得松散、不緊密。而且 在實際教學過程中， 由于學時和進度的限制， 很多時候不得不使 得學生“被動”的在接納， 幾乎無法調動學生自主學習的能力和 積極性。因此，教學團隊針對這些現實問題，大膽進行嘗試，即 在不講授基礎知識的情況下， 直接設立綜合型項目， 以學生為主 體進行開發。這也是借鑒國外頂級大學本科生教學的一些理念， “說明書中的內容不應該出現在課堂”。 這樣不僅能調動學生自 主學習的積極性， 也使得教學內容更為緊湊。

9、 我們設置了 9 個綜 合型實踐內容：數字大棚、精確定位、公共安防、家庭醫療、智 能交通、環境監測、智能控制、異構網絡和云計算。在課程中， 可以將學生分為團隊， 進行不同內容的系統開發。 以數字大棚內 容為例。 首先由學生團隊確定自行查找相關資料， 了解什么是數 字大棚以及智慧農業？該系統需要包含哪些組件？從而確定系 統開發所涉及的硬件與軟件。比如，經過某組學生的調研，他們的系統需要實現大棚溫濕度數據、 光照強度數據顯示、 入侵報警 和遠程控制等基本功能， 并提供歷史數據記錄顯示等功能。 需要 的硬件環境有：計算機、ARM1開發板、人體紅外節點、光照節 點、繼電器節點、協調器節點。軟件開發方面

10、需要在ARM1開發板上使用 Linux2.28+Qt4.7 運行庫作為網關系統的載體， 并使用 QtCreater 開發及調試網關應用圖形界面。傳感器節點使用 ZStack-CC2530-2.2.0-1.3.0 協議棧， IAR 作為開發環境。在確 定開發的軟硬件環境后， 學生團隊需要自行根據技術手冊、 參考 書等進行每一階段的開發。比如如何連接硬件、如何在 ZStack 協議棧中添加驅動， 何如在協議棧中添加應用層代碼， 網關是如 何采集到傳感器數據的，如何設計出美觀的 Qt 圖形界面等。如 圖 2。再以公共安防為例。 經過另一組學生的團隊調研， 該系統需 要實現如燃氣檢測、 紅外檢測、蜂鳴

11、報警和短信報警的基本功能， 并提供簡單的日志記錄服務。 需要的硬件環境有： 計算機、 ARM11 開發板、人體紅外節點、GPRS節點、可燃氣體節點、蜂鳴器節 點、協調器節點。軟件開發方面同樣需要在 ARM1開發板上使用 Linux2.28+Qt4.7 運行庫作為網關系統的載體，并使用 QtCreater 開發及調試網關應用圖形界面。傳感器節點使用 ZStack-CC2530-2.2.0-1.3.0 協議棧， IAR 作為開發環境。如圖 3。可見兩組綜合實驗在軟件方面基本一致， 而硬件只是在傳感 器類型上有所不同，因此在開發過程中兩個團隊會產生共性問 題，這時需要指導教師針對共性問題進行統一講解。 而兩個團隊 項目的不同之處，也會使得團隊之間無法過多依賴，注入“水 分”。四、培養階段性成果經過3年來的教改探索， 教學團隊克服了學時受限且沒有可 參考成熟教學方案的不利條件， 跨越式地提出了以綜合工程模式 為導向的教學體系； 以最大限