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物联网实践能力培养的研究与探索

更新时间：2019-12-22 15:12:27 大小：1M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：物联网 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

针对当前物联网实践教学过程中存在的专业师资匮乏、实验内容陈旧、实验设备脱节等现实问题,以西安交通大学陕西省网络重点实验室、国家级实验教学示范中心(计算机教学实验中心)为实践基地,以物联网开放专题实验为切入点,提出了一种以项目为导向,以硬件积木为工具,融合课堂教学和视频教学的物联网实践能力培养的教学模式.经过实践验证,该模式能够有效提升学生的项目实践能力、团队协作能力和自主学习能力,充分激发了学生的主观能动性和创造性,成为物联网人才培养的有效方法.

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ISSN 1002-4956

CN11-2034／T

实

验

技

术

与

管

理

第 35卷第 10 期 2018 年 10 月

Vol .35 No .10 Oct .2018

Experimental Technology and Management

DOI ：10 .16791／ .cnki .sjg .2018 .10 .004

实验室创新

物联网实践能力培养的研究与探索

安

健¹，任东胜¹，桂小林¹，李远康²

（1 .西安交通大学电子与信息工程学院，陕西西安 710049 ；

2 .西安交通大学教师教学发展中心，陕西西安 710049）

摘

要：针对当前物联网实践教学过程中存在的专业师资匮乏、实验内容陈旧、实验设备脱节等现实问题，以

西安交通大学陕西省网络重点实验室、国家级实验教学示范中心（计算机教学实验中心）为实践基地，以物联

网开放专题实验为切入点，提出了一种以项目为导向，以硬件积木为工具，融合课堂教学和视频教学的物联

网实践能力培养的教学模式。经过实践验证，该模式能够有效提升学生的项目实践能力、团队协作能力和自

主学习能力，充分激发了学生的主观能动性和创造性，成为物联网人才培养的有效方法。

关键词：物联网；实践教学；能力培养；视频教学

中图分类号：TP393

文献标识码：A

文章编号：1002-4956（2018）10-0015-04

Research and exploration on training of practical ability of Internet of things

An Jian ，Ren Dongsheng ，Gui Xiaolin ，Li Yuankang

（1 .School of Electronics and Information Engineering ，Xi’an Jiaotong University ，Xi’an 710049 ，China ；

2 .Teachers’ Teaching Devlopment Center ，Xi’an Jiaotong University ，Xi’an 710049 ，China）

Abstract ：In view of the practical problems existing in the practice teaching of the Internet of things such as the

lack of professional teachers ，obsolete experimental content and disjointed experimental equipment ，by taking

the Shanxi provincial key laboratory of Internet of Xi’an Jiaotong University and the national experimental

teaching demonstration center （Computer Teaching Experimental Center） as the practice base ，and with the

opening of a special experiment on the Internet of things as a breakthrough point ，this paper puts forward a

roject oriented teaching model of the Internet of things with the practical ability training ，hardware blocks as

a tool and integration of classroom teaching and video teaching .It is proved by practice that this model can

effectively improve the students’ roject practical ability ，team cooperation and self-learning ability ，fully

stimulate their subjective initiative and creativity ，and become an effective method for the talent training of

Internet of things .

Key words ：Internet of things ；experimental teaching ；ability training ；video teaching

物联网作为 7大新兴战略性产业之一，已列入国

家“十二五”和“十三五”发展规划，受到工业界、学术界

的广泛关注。目前，物联网人才的缺乏已成为制约其

产业深度发展的关键瓶颈之一。物联网作为一门新型

交叉学科，涉及计算机、通信技术、电子技术等专业知

识，单纯的理论学习很难将多学科融合在一起，所以实

践是其人才培养过程中的核心方法^[1]。但现有物联网

实验教学过程中存在着脱离实际应用、操作细节不易

展示等问题，且多为验证性实验。在这种实验教学模

式下，学生很难调动起学习的积极性和创造性，很难学

到操作的技术细节，也不能融会各个学科的知识^[2-3]。

这种局限性也会影响到学生的今后工作，导致了物联

网人才培养与社会需求的脱节。

收稿日期：2018-04-25 修改日期：2018-06-07

基金项目：国家自然科学基金项目（61502380）；教育部产学合作协同育

人项目（201701003024 ，201702007040）

作者简介：安健（1983— ），男，山西晋中，博士，高级工程师，主要从事物

联网实验教学、服务计算与群智计算等方向的研究 .

以我校陕西省网络重点实验室、国家级实验教学

示范中心（计算机教学实验中心）为实践基地，以物联

网开放专题实验为切入点，提出了一种实践能力培养

^{E-mail ：anjia}万^n＠方^ma数^{il .}据^{xjtu .edu .cn}

实

验

技

术

与

管

理

模式，以项目为导向、以硬件积木为工具，将课堂教学

和视频自学有机结合，调动学生的积极性和创造性，进

一步强化学生的工程实践能力。

积木为工具，融合了课堂教学和视频教学 2种教学方

式。本课程主要面向大三和大四有一定编程能力和物

联网理论基础，且有兴趣提升项目实践能力的学生。

物联网开放实验教学模式框架如图 1所示。

1 传统物联网实验教学存在的问题

物联网工程专业的实验教学目标是培养能够系统

掌握物联网相关理论、方法和技能，具备通信技术、网

络技术、传感技术等专业知识的高级工程技术人才^[4]。

对于物联网工程这一新兴交叉学科，实验教学是其专

业教学的重中之重，也是学生掌握多学科知识的捷径。

而目前高校物联网工程类实验课程的教学流程，大多

为通过 PPT 讲解相关的知识点，然后再通过集成度很

高的模块化实验箱做验证性实验^[5]。现有的实验教学

模式主要存在以下问题和不足^[6]。

图 1 物联网开放实验教学模式框架

（1）当前物联网实验多为验证性实验，很难调动

起学生的积极性和创造性。由于物联网是一个新型的

交叉学科，对于该专业的实验教学应该探索新的思路

和方法，但大多高校仍然沿用计算机类其他专业的实

验教学思路，这种局限性在一定程度上限制了对学生

的能力培养。另外在当前情况下，受限于实验课时和

实验室的硬件条件，又考虑到学生能力的参差不齐，学

生在课上完成设计性和创新性实验的难度很大。

（2）实验教学方法单一、内容比较陈旧重复，使得

学生对实验课难以提起兴趣。目前大多高校的实验课

教学形式都是通过 PPT 或者实验指导书讲解实验原

理和实验步骤，然后学生按照实验指导书机械地重复，

得到最终的结果即为实验成功。在这种教学模式下，

学生只能被动地完成整个实验流程，缺少思考，也不能

提升实践能力。

2 .1 利用硬件积木作为实践工具

物联网把所有物品通过信息传感设备与互联网连

接起来，进行信息交换，以实现智能化识别和管理。而

信息采集、数据交换都需要智能硬件支撑，因此物联网

专业相比计算机类其他学科更注重硬件知识的学习。

物联网使用传感器设备采集信息及蓝牙模块或者

WIFI 模块等来进行数据传输，还需要微控制器对数

据进行处理和监控整个系统的运行逻辑。这样看来物

联网系统与嵌入式系统很相似，但实际上物联网是嵌

入式系统与互联网发展到高级阶段的融合体^[7]。嵌入

式系统将智能微处理器嵌入到物理对象中，实现物理

对象的智能化。而物联网要实现遥控、智控、人 —物交

互、物 —物交互，这就需要融合嵌入式技术与互联网。

目前嵌入式教学仍存在很多难点和问题^[8]，首先

嵌入式专业涉及面太广、综合性太强、入门难度太大。

此外还要求学生有良好的软硬件知识，理解底层硬件

和外设以及内核和驱动的工作原理。与此同时嵌入式

技术发展很快，而教师和实验环境很难同步跟进。因

此对于物联网专业的学生，既要掌握网络知识，编程语

言等软件知识，又要掌握嵌入式等硬件知识存在非常

大的难度。

（3）实验教学内容脱离实际应用，未能与时俱进。

当下很多高校的物联网实验课都是在集成度很高的实

验箱上做验证实验，但实验箱只是一些器件的堆积，缺

乏实际意义，很多学生做完实验也不能体会如何将实验

内容应用到具体实例上。此外，计算机学科，尤其是物

联网这个新兴专业一直都在进化和改变，可是实验课程

往往是一成不变的，学生掌握的很可能是过时的技术和

理念，这些都影响了学生日后的实际工作。

考虑到嵌入式教学存在的难点，以及物联网专业

学生对于硬件学习的需求，本文提出的物联网开放实

验教学模式，采用专为软件开发者设计的智能硬件开

发平台，并将硬件积木作为实践工具^[9]。硬件开发的

门槛很高，作为物联网专业的学生虽不用将硬件开发

掌握到寄存器级别，但也应该熟练掌握单片机及传感

器的使用。智能硬件开发平台降低了硬件开发的入门

难度，诸如树莓派、Arduino 以及英特尔推出的爱迪生

系列都是目前很流行的硬件平台。通过学习，这些硬

件平台可以使学生快速进入硬件开发，即使没有硬件

基础，也能在短时间内开发出软硬结合的智能小设备。

（4）实验教学方式缺少对技术细节，尤其是硬件

细节的展示。物联网专业涉及很多嵌入式和传感器等

硬件知识，而受限于教室环境和师生相对数量，传统的

教学方式很难将硬件的细节做到很好地展示。这不仅

影响学生的学习质量，还有可能因对硬件的违规操作

出现安全问题。

2 物联网开放实验教学模式

万方数据

物联网开放实验教学模式以项目为导向、以硬件

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