“物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)探究

1、<p>　　“物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)探究</p><p>　　摘 要：物聯(lián)網(wǎng)工程作為高校的新興專(zhuān)業(yè)，如何提高學(xué)生實(shí)踐能力，培養(yǎng)社會(huì)所需的專(zhuān)業(yè)人才已成為首要問(wèn)題。文章從物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀與問(wèn)題出發(fā)，提出了創(chuàng)新物聯(lián)網(wǎng)通通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的策略。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教改方法 </p><p>　　中圖分類(lèi)號(hào)：

2、G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-4107（2016）05-0032-02 </p><p>　　一、物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)課程的特點(diǎn) </p><p>　　物聯(lián)網(wǎng)是智能感知與識(shí)別技術(shù)、普適計(jì)算、云計(jì)算、泛在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的融合應(yīng)用，被稱為是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮[1]。物聯(lián)網(wǎng)在智慧交通管理、智慧城市、國(guó)防軍事、環(huán)境監(jiān)測(cè)和醫(yī)療衛(wèi)生等諸多領(lǐng)域具有十分廣闊的應(yīng)用前景

3、。2011年，物聯(lián)網(wǎng)工程作為專(zhuān)業(yè)正式進(jìn)駐高校，目前已有百余所高校開(kāi)設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)，如何培養(yǎng)社會(huì)所需的物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)人才是至關(guān)重要的問(wèn)題。物聯(lián)網(wǎng)本身并非僅是一門(mén)單純的技術(shù)，而是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，涵蓋了多領(lǐng)域的技術(shù)與知識(shí)，融合多種異構(gòu)通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，所涉及的通信技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)眾多，包括屬于WPAN的藍(lán)牙和IEEE 802.15.4、屬于WLAN的wifi、屬于蜂窩通信的GSM、GPRS和CDMA等技術(shù)，以及如何在這些技術(shù)的基礎(chǔ)上構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與

4、現(xiàn)有的因特網(wǎng)集成[2]。 </p><p>　　物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)與傳統(tǒng)專(zhuān)業(yè)不同之處即在于物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)更注重學(xué)生的創(chuàng)新、實(shí)踐與協(xié)作能力的培養(yǎng)。物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)的性質(zhì)也決定了實(shí)踐教學(xué)成為該專(zhuān)業(yè)教學(xué)體系中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，為后期的傳感器網(wǎng)絡(luò)和硬件課程設(shè)計(jì)等課程奠定了基礎(chǔ)，物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)直接影響后續(xù)課程的開(kāi)展，為此實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究和探討十分重要。 </p><p

5、>　　二、物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀 </p><p>　?。ㄒ唬熧Y力量薄弱 </p><p>　　物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)課程以互聯(lián)技術(shù)為主線，融合現(xiàn)有無(wú)線通信、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)等課程的相關(guān)內(nèi)容和最新的前沿技術(shù)。因而，不僅需要實(shí)驗(yàn)教師具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，而且還要有較強(qiáng)的實(shí)踐動(dòng)手能力。而物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)作為新興專(zhuān)業(yè)，全面掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的人員又非常少，再加上對(duì)實(shí)驗(yàn)教師的培養(yǎng)又不夠，缺少參加培訓(xùn)和深造訪學(xué)

6、的機(jī)會(huì)，因而，實(shí)驗(yàn)教師師資力量薄弱嚴(yán)重影響了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)展。 </p><p>　?。ǘ?shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容不一致 </p><p>　　由于物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)包括的教學(xué)內(nèi)容很多，如：各種短距離無(wú)線通信（藍(lán)牙、Zigbee等技術(shù)）、蜂窩通信以及如何在這些技術(shù)的基礎(chǔ)上構(gòu)造統(tǒng)一開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)并與現(xiàn)有的因特網(wǎng)無(wú)縫集成[3]。如果將所有內(nèi)容都泛泛地講，學(xué)生很難真正地掌握每項(xiàng)技術(shù)，所以必須要有所側(cè)重，各高校講

7、授內(nèi)容的側(cè)重點(diǎn)不同，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容也不一致。這里我們將重點(diǎn)放在無(wú)線通信原理和短距離通信技術(shù)上，需要在IEEE 802.15.4/Zigee的基礎(chǔ)上設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使學(xué)生能夠結(jié)合之前的課程，利用無(wú)線通信技術(shù)完成相應(yīng)的功能，提高實(shí)踐動(dòng)手能力。 </p><p>　　（三）實(shí)驗(yàn)室建設(shè)不完善 </p><p>　　實(shí)驗(yàn)室作為物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的實(shí)踐平臺(tái)，其實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)管理手段都具備一定的先進(jìn)性和科

8、學(xué)性，要充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的功能。開(kāi)設(shè)物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求較高，需要在各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)上做軟件開(kāi)發(fā)，而各硬件節(jié)點(diǎn)又極易出現(xiàn)各種問(wèn)題，使得許多時(shí)間浪費(fèi)在硬件檢測(cè)上，為此需要加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)室的管理，確保每個(gè)硬件都正常運(yùn)行。 </p><p>　　三、物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與創(chuàng)新 </p><p>　　為了進(jìn)一步提高學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力，培養(yǎng)出社會(huì)所需要的物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)人才，需要在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中

9、不斷的探索與創(chuàng)新，下面從以下幾個(gè)方面進(jìn)行探討。 </p><p>　?。ㄒ唬﹥?yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容 </p><p>　　從這幾年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)來(lái)看，這里采用總―分―總的方式來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，具體各類(lèi)型實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容如圖1所示，將實(shí)驗(yàn)類(lèi)型分為綜合演示實(shí)驗(yàn)、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。為了激起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，首先向?qū)W生演示一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)綜合系統(tǒng)，讓學(xué)生對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)效果有個(gè)整體的把握；其次再對(duì)系統(tǒng)中的各個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行操作，由

10、于學(xué)生剛接觸傳感器節(jié)點(diǎn)，入手比較困難，這里采用先講解主要接口函數(shù)和方法，在此基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行更改并完成相應(yīng)的功能；最后，要求學(xué)生將所學(xué)到的知識(shí)綜合到一起，完成一個(gè)綜合型實(shí)驗(yàn)，通過(guò)zigbee無(wú)線通信完成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞睦L制以及對(duì)各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)信息顯示。 </p><p>　　1.綜合演示實(shí)驗(yàn)。作為物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)課程的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)，主要目的讓學(xué)生對(duì)本課程有個(gè)整體的了解，激起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，因此在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，首先需要向?qū)W生介紹

11、各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的組成和作用，以及軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境IAR，使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)環(huán)境有所了解，在此基礎(chǔ)上演示“物聯(lián)網(wǎng)綜合演示系統(tǒng)”，此演示系統(tǒng)可在PC機(jī)上通過(guò)zigbee技術(shù)對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理和維護(hù)，通過(guò)數(shù)字和圖表的方式，可多方位顯示無(wú)線傳感網(wǎng)的狀態(tài)及控制傳感網(wǎng)上的設(shè)備。 </p><p>　　2.基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的實(shí)驗(yàn)需要在實(shí)驗(yàn)箱上完成，各高校配備的實(shí)驗(yàn)箱不同，每種實(shí)驗(yàn)箱都有不同的核心板、不同的程序，但是基本

12、原理是一致的。這里我們?cè)谟布鲜褂肅C2530作為實(shí)現(xiàn)嵌入式Zigbee應(yīng)用的片上系統(tǒng)，學(xué)生需要在掌握CC2530工作原理的基礎(chǔ)上，完成前兩個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的串口通信和無(wú)線通信。首先利用CC2530實(shí)現(xiàn)串口通信，由于許多實(shí)驗(yàn)的結(jié)果需要在PC機(jī)上顯示，需要通過(guò)串口線將數(shù)據(jù)從傳感器節(jié)點(diǎn)傳到PC機(jī)串口，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中學(xué)生通過(guò)按傳感器節(jié)點(diǎn)上不同的按鍵向PC機(jī)傳送不同數(shù)據(jù)，同樣，PC機(jī)也可通過(guò)串口線向傳感器節(jié)點(diǎn)傳送不同命令；其次利用CC2530

13、的無(wú)線通信功能，完成兩個(gè)或者多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)互傳數(shù)據(jù)的功能，可令一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)作為發(fā)送端，發(fā)送操作命令，另一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)作為接收端接收命令完成相應(yīng)功能。 </p><p>　　由于物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)主要以講解短距離、低成本、低功耗的zigbee無(wú)線通信技術(shù)為主，這里利用TI公司提供的Z-Stack協(xié)議棧完成相應(yīng)無(wú)線通信實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在掌握了Z-Stack協(xié)議棧的體系結(jié)構(gòu)后，利用協(xié)議棧中提供的各種接口函數(shù)，完成相應(yīng)的功能。首

14、先利用Z-Stack完成傳感器節(jié)點(diǎn)間的通信以及串口通信，由于有CC2530做基礎(chǔ)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)掌握起來(lái)要容易些；另外利用Z-Stack實(shí)現(xiàn)星狀網(wǎng)絡(luò)，獲取節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)地址形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)做好鋪墊。 　　3.綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。為了是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更豐富，這里首先引用一個(gè)或多個(gè)傳感器模塊，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，可將此部分的功能直接提供給學(xué)生，因?yàn)樵诤罄m(xù)的傳感器原理課程中還要詳細(xì)講解數(shù)據(jù)采集的原理。有了這些基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可完成一個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)，可利用Z-Sta

15、ck無(wú)線通信，將各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)以無(wú)線方式發(fā)送到協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器通過(guò)串口通信傳到主機(jī)，在主機(jī)上對(duì)相應(yīng)信息進(jìn)行顯示以及繪制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌c此同時(shí)，主機(jī)可通過(guò)串口向傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送各種命令，完成控制功能。 </p><p>　?。ǘ┘訌?qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)師資隊(duì)伍建設(shè) </p><p>　　物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)作為新興專(zhuān)業(yè)，很多都是新技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)涵蓋的內(nèi)容又很廣泛，需要教師不斷地學(xué)習(xí)和探討，為此可定

16、期組織教師集體備課，討論理論課和實(shí)驗(yàn)課的主要教學(xué)內(nèi)容以及之間銜接問(wèn)題。另外也可聘請(qǐng)有實(shí)際經(jīng)驗(yàn)、有一定教學(xué)能力的企業(yè)技術(shù)人員對(duì)學(xué)生和教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教師業(yè)務(wù)水平。 </p><p>　?。ㄈ┩晟茖?shí)驗(yàn)室建設(shè) </p><p>　　物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)課所需的實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要包括各種傳感器節(jié)點(diǎn)，這些部件具有體積小、易攜帶、易損壞等特性。因此，要對(duì)這些節(jié)點(diǎn)進(jìn)行很好的管理，每位學(xué)

17、生固定使用某些部件，可把這些部件貼上相應(yīng)的標(biāo)簽，另外，需要配備額外的節(jié)點(diǎn)供學(xué)生使用，一是為了及時(shí)更換損壞的節(jié)點(diǎn)，二是供學(xué)生課后使用。也可設(shè)置開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間，增加學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手的時(shí)間和機(jī)會(huì)，充分發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性和創(chuàng)新性，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。 </p><p>　　（四）創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式與考核制度 </p><p>　　物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)涉及的內(nèi)容比較多，對(duì)學(xué)生的要求也很高，考慮到每個(gè)

18、學(xué)生的基礎(chǔ)不同，這里采用以小組為單位的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在一個(gè)小組中可能有的同學(xué)理論基礎(chǔ)很扎實(shí)，有的同學(xué)編程能力比較強(qiáng)，這樣他們可以互相學(xué)習(xí)，盡快地掌握相應(yīng)技術(shù)，即培養(yǎng)了學(xué)生的合作能力，又提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。 </p><p>　　對(duì)于成績(jī)分布方面，物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)課程的總成績(jī)應(yīng)由理論成績(jī)和實(shí)驗(yàn)成績(jī)兩部分組成，這里需要增加實(shí)驗(yàn)成績(jī)的比例，提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的重視程度，實(shí)驗(yàn)成績(jī)至少需要站總成績(jī)的30%。對(duì)于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的考核，應(yīng)更

19、加注重學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手和研發(fā)能力，要杜絕拷貝抄襲的現(xiàn)象，為此不能采用傳統(tǒng)的考核方式，需要制定新的考核方法。對(duì)于學(xué)生的每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，應(yīng)該從各個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，包括實(shí)驗(yàn)課的課前預(yù)習(xí)情況、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的運(yùn)行情況和學(xué)生實(shí)際解決能力，對(duì)于在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中勇于創(chuàng)新的學(xué)生，可將其實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目作為范本進(jìn)行演示，這樣既給優(yōu)秀學(xué)生提供了展示自己的機(jī)會(huì)，又大大激勵(lì)了其他學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。 </p><p>　　物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)課程作為物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)主干課

20、程，物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程作為硬件綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，其實(shí)驗(yàn)效果直接影響后續(xù)課程的開(kāi)展，為了進(jìn)一步提高學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力，我們需要在實(shí)踐中不斷探索、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，建立起一套完善的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。本文針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的不足，從實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)師資建設(shè)、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和考核方面進(jìn)行了分析，希望能為各高校物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)課程提供一些參考。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： <

21、;/b></p><p>　　[1]安健，桂小林，楊麥順.物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)初探 </p><p>　　[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2014，（33）. </p><p>　　[2]桂小林.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專(zhuān)業(yè)課程體系探索[J].計(jì)算機(jī)教 </p><p>　　育，2010，（16）. </p><p>　　[3]余