《物联网应用系统设计》课程建设的探索与实践

计划、组织、实施、评价的能力；培养学生科学思维、协作，创新，以适应学生职业生涯发展需要的能力。

通过课程教学，在社会能力上，则努力要求学生做到良好的与人沟通和团队协作的能力；培养个体的自信心、进取心和责任心；能够满足客户需求、按时完成项目的能力；学会计划、组织、领导和控制能力；养成守时、自强、坚韧、创新和务实的作风。

四、课程设计最大限度满足企业人才知识技能需求并且注重与学生现有知识和能力的衔接

从物联网相关企业人才需求的调研及分析中，我们不难发现，企业需要的是具有一定电子及物联网专业技术知识和专业能力的、同时具有较强自主学习能力的、肯钻研而且肯付出敢于突破企业瓶颈的员工。

高职学生进入学校进行专业学习的时间最多也就是4～5个学期。要把他们从入校时对电子专业及物联网技术一无所知到走出校门时培养成为能够满足物联网及电子类相关企业需求的专业技术人才，这无论是对于专业建设和课程建设都是一个挑战。为此，如何能够寻找出一条学生可以接受，教学上可以实施，学生所学的知识和能力又被企业认可的关键知识和技能路径，将成为我校应用电子专业（物联网方向）办学成功的标志。

按照这种思路，采用倒推的办法，在第一学年就完成了基础专业知识的教学，它们包括：《电子技术与实践》、《C语言程序设计》、《电子线路CAD》、《单片机应用技术》等。而第三学期则学习完《传感器技术与应用》、《嵌入式技术与应用》、《无线射频识别技术》等物联网相关课程以后，在第四学期引入《物联网应用系统设计》课程。此时的学生对单片机、传感器和嵌入式系统应用有一定的了解和实践，对串口通信也有基础锻炼，但学生平均专业知识和技能的掌握相对而言不够巩固，运用点对点和点对多点的有线通信、扩展到无线通信、路由功能以及Zigbee协议栈的无线传感网络（WSN），使学生有一种登梯而上、循序渐进的知识和能力的成长过程，学习兴趣和效果得到体现。

此外，物联网技术运用的实质是将传感器的数据通过有线和无线通信将数据传输给后台，后台根据应用策略，进行分析、判断和控制等手段对收到的传感器数据进行响应。在此之前，传感器和后台数据库都已经属于成熟的技术范畴，系统难度最大的相对而言就是数据的无差错通信。数据通信是物联网能够形成的唯一桥梁，也是物联网相关企业在这方面的技术力量相对薄弱的地方，所以，拥有各种数据通信的技术能力的企业，在市场运营中，就会有非常强的竞争性，因此，有线无线数据通信技术是企业渴望自己的技术员工所拥有的核心技术能力之一。

《物联网应用系统设计》课程设计正是出于考虑到学生现有能力和企业核心竞争能力的无缝衔接，从有线到无线到网络通信的构架展开的。本课程是物联网应用系统技术的综合体现，也是对学生入校以来所学物联网知识及技能的检验和提升。在实际的课程建设和教学实施过程中，我们采用的是温故而知新的策略以求达到完美衔接的效果。尽管学生现有的专业知识和专业能力能够达到岗位专业基本要求的比例通常比较低，可喜的是，随着学校层面、老师及学生等各方面积极因素的不懈努力，学生们综合的专业知识和技能的平均水平正逐年向好。

五、课程、实训和教学方法的选择与构建

课程内容和实训内容的选择源于企业具体的实践项目，也是按照技术的演进自然而然形成的。基本思路如下：从有线到无线；从近程到远距；从仿真实现到软硬件实战；从独立的点到点对点连成的线，再从线与线的连接形成到面，最后从不同的面构成立体的信息采集、通信网络传输、智能监控的物联网模式。此外考虑到本专业是从电子类背景走向物联网，因此课程的重点放在了传感节点，近程有线和无线传输，包括传感器网络的数据通信上，而对于后台远端的应用层及数据库设计基本上就没有涉及，所以，课程的项目应用重心在培养学生们对传感器硬件的底层驱动、传感网络的数据传输，数据通信协议应用等。

由于现在的传感器件、模拟器件、数字器件的驱动都是需要通过编程序才能完成，因此，电子类的学生需要掌握的不再仅仅是模拟数字电路了，如果软件编程能力不行，对个人就业能力来讲，就显得格外单薄，几乎很难找到理想的工作岗位，软件已经成为应用电子技术专业（物联网方向）学生不可或缺的重要专业技能之一，所以，本课程的实践或实训内容的前几个模块，如节点对节点有线或无线数据通信，节点对PC机串口有线或无线数据通信等，就是有针对性的锻炼和提升学生们的逻辑思维和软硬件应用开发能力的，总之就是培养和训练电子（或物联网相关）类学生做到“硬件须更好，软件也不差”的理想境界。

（一）以实战应用系统为主线，展开课程

为了培养学生理论应用于实践的能力，课程设计以实战应用系统为主线，展开教学，目前主要设计了三个应用系统，表2给出了物联网应用系统设计课程的教学内容设计。

基于总线模式的智能家居监控系统。利用学生对单片机应用技术、嵌入式应用技术、无线射频识别技术与应用、传感器技术与应用课程的基础学习，以Keil系统集成应用为工具，引导学生进行项目编程；完成串口点对多点通信技术；完成基于485总线的点对多点通信技术；进行通信协议设计；深入理解物联网体系架构以及物联网应用系统开发环境。

基于无线模式的智能家居监控系统。通过学习以nRF24L01为主导的无线通信芯片，学会SPI总线的编程与数据通信；理解无线路由协议；理解无线通信协议；了解Bluetooth蓝牙技术、WiFi技术和GPRS技术。

基于Zigbee模式的智能家居监控系统。使用Zigbee无线硬件平台；运用IAR系统集成开发工具完成Zigbee无线软件应用；利用物联网传感器及检测技术；理解Zigbee协议栈结构及原理；通过学习CC2530原理及应用；构建物联网智能家居监控系统；了解物联网数据安全、云计算和融合技术等。

（二）以项目团队为抓手，提升动手实践能力，展开实训

通过本院物联网研究所、本专业教研团队和物联网企业专家等构成的团队对课程设计进行专门的分析和论证，构建出以下的实训内容：

基于TI公司的Zigbee无线传感网芯片，运用IAR开发工具，训练学生进行物联网芯片内部的关键功能的驱动编程，如定时、中断、通信、低功耗等等；

学习并分析Zigbee协议栈，训练学生构建基础的无线传感网络的数据通信应用实践，完成基于Zigbee的点对点和点对多点的数据通信；

最后，给出一个简易智能家居监控系统，训练学生团队完成一个相对真实的物联网应用系统环境，包括传感采集、无线传输和控制执行系统。

按照上述的分析和论证，如表3所示，给出了物联网应用实训课程的具体内容。

（三）以检查—反馈为主导的教学方法和手段

以项目驱动为依托，将知识点穿插其中进行学习，在完成项目的过程中，自然而然地将知识点的内容学习和吸收。项目驱动法是将项目任务进行分解，抓住关键的、核心的任务进行讲解、分析、引导、演示、讨论、互动，引领学生完成复杂的项目任务，并且拓展相关子任务让学生自主完成，然后核查完成的结果。

应用多媒体将课件、录像、动画等教学资源和教学内容生动地展示给学生。激发了学生的兴趣，也极大地有助于学生对知识的理解和掌握，更加加深对知识点的理解、记忆和运用。

运用课堂五步教学法，即“讲解”、“跟进”、“核查”、“巩固”、“提高”五个步骤，实现教、学、做一体化。在此过程中，运用理论和实践相结合的理念，手把手地引导学生完成核心项目任务；添加巩固知识、能力锻炼的任务，要求学生个体自主完成项目分支任务，将教、学、做有机结合，使学生在教学过程中，既要动脑又要动手，不断认知，完成了知识和技能在不断的教学实践中，逐渐地完成从感性认识到理性认识的升华。

六、课程建设成效

学生经过本课程118个学时（68课时学习+50课时实训）的实际学习训练，采用项目驱动的方式，个体学习操作配合团队合作学习操作的模式，将教、学、做三位一体且集教学和学生能力培养相融合的模式，最大化地增强学生的学习能力与学习效果，努力将应用电子技术（物联网方向）专业学生中不小于40%或更多的同学初步具备物联网系统基础构建模式的能力，能够独立理解互联网络的原理实现和实施部分或大部分相关辅助开发的工作，初步学会使用模块化编程的方法等多种知识和技能。学生的专业学习兴趣的提高，专业知识和专业能力初步满足物联网市场人才招聘的要求，其中10%左右的同学就业于物联网研发岗或研发辅助岗，企业用人单位对学生的评价和用人需求越来越好，教师团队和教师教学水平也得到充分提高，教学资源、教学网站等已初步构建。

通过不断的努力课程建设逐步系统和完善，主要的成果有：课程实战项目；用于实训的应用项目基本完成过半；课件也在不断更新完善之中；课程教案基本成型；课堂教学效果正不断改善，实训内容已经趋于成熟，建设了教学题库，学生的学习兴趣和实践能力也随之增加，已经有部分优秀毕业生进入物联网企业的研发岗位，还有一些同学进入技术支持以及服务岗位。与此同时，初步建设了课程教学指导应用网站。

当然，由于此门课程设计的知识和能力要求都比较高，教师团队也是在不断学习、不断摸索和不断的成长过程中。特别是在项目编程实践软硬件实现上，常常遇到这样或那样的问题，一些看起来微乎其微的小问题，到最后真正解决问题时，仍然耗费教师巨大的精力和时间成本。

《物联网应用系统设计》课程还是处在起步和发展阶段，后续要做的工作非常多，最关键的工作就是每一个项目的设计、仿真、编程、软硬件联合调试、系统应用实现；还有课程课件的精细化设计安排；技术知识模块的深入学习与消化；课程视频的拍摄与上网等等，未来之路仍然是任重而道远。

七、结束语

本文根据物联网企业人才招聘目标岗位技术需求与学情、教情分析，构建物联网应用系统设计课程的设计原则和目标，通过对专业知识、专业能力、专业目标岗位进行分析，课程设计的内容最大限度地注重学生现有知识技能水平与课程需求知识技能水平的衔接，构建出以项目为载体的课程内容和实训内容。运用不断改进的教学手段和方法，力求使学生在完成本课程的教学实践后，其知识和能力水平接近或达到中小物联网相关企业专业技术人才岗位需求的标准。

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