物联网工程专业课程设置与实践教学体系设计

物联网工程专业课程设置与实践教学体系设计
摘要：物联网工程是全新的专业，建立符合物联网学科特点、满足实际要求的培养方案、教学计划和教学模式，是保障培养物联网专业合格人才的关键。

结合对高等学校物联网工程专业规范的解读以及对物联网工程专业的理解，文章介绍吉林大学计算机科学与技术学院物联网工程专业的课程设置与实践教学体系的设计，阐述方案制订的思路。

关键词：物联网工程专业；培养方案；专业课程；实践教学体系
0 引言
物联网工程专业是教育部根据国家经济发展战略需要，于2010年设立的新专业，专业归类于计算机科学与技术。

2010年，30所高校被批准开设物联网工程专业，2011-2013年，又有270多所学校陆续被批准开设此专业。

物联网工程专业成立之初，其知识体系、培养目标、培养计划和培养模式基本上是空白。

因此，建立符合物联网学科特点并满足实际要求的培养方案、教学计划和教学模式，是保障物联网专业合格人才培养的关键。

在教育部高等学校计算机科学与技术专业教学指导分委员会的指导下，首批开设物联网工程专业的高等院校相关专家组成了“物联网工程专业教学研究专家组”。

在他们辛勤并卓有成效的工作下，《物联网工程专业发展战略研究报告暨专业规范（试行）》（简称《专业规范》）与《高等学校物联网工程专业实践教学体系与规范（试行）》（简称《体系与规范》于2012年制订发布。

两个规范的发布使各高校物联网工程专业的办学有了一个初步的依据与准则，但对这两个规范的解读，各个高校有自己的理解与认识，不尽相同。

吉林大学是首批获得物联网工程专业招生资格的30所高校之一。

从2011年起，我们每年招收物联网工程专业本科生60名，2015年将产生首批毕业生。

吉林大学物联网工程专业的培养方案有两个版本，第一个版本于2011年制订，第二个版本在第一版的基础上作出了一些调整，于2013年底完成制订。

新培养方案结合了吉林大学计算机科学与技术专业的特色以及物联网工程专业学科交叉和实践性强的特点。

1 课程设置的总体思路
物联网产业是战略新兴产业，涉及的理论与技术涵盖面广，应用领域几乎无所不在。

日前，国外尚无同类专业，因此在物联网人才培养方面，国外的经验无从借鉴。

专业设立之初，国内院校都在探索，没有成型的培养方案可作参考。

根据我们的理解，物联网专业的基础是计算机学科，不仅包含信息网络方面的理论和技能，还应该具有电子科学与技术、通信工程等相近学科的部分知识与技能。

物联网工程专业毕业生应该具备从事物联网应用领域的研究、设计、开发、操作等工作所需的专业基本能力。

专业课程设置与实践教学体系的设计要围绕专业基
本能力的培养展开。

我们依托计算机科学与技术学科建设物联网工程专业，确定物联网工程专业人才应该具备《高等学校计算机科学与技术专业人才专业能力构成与培养》定义的计算机专业人才的专业基本能力，包括汁算思维能力、算法设计与分析能力、程序设计与实现能力、系统能力等。

同时，我们还应该从物联网工程专业的特色出发，深刻认识这些能力在本专业的特色需求。

据此，结合吉林大学计算机科学与技术专业、网络与信息安全专业的已有本科培养方案与教学模式，根据物联网工程专业知识体系特点，我们研究制订了物联网工程专业课程，见表l
从培养方案中可看出，我们对原计算机科学与技术专、业课程体系进行了精简，在保留计算机专业核心课程的前提下，增加了物联网工程专业的核心课程，包括物联网工程概论、传感器原理及应用、RFID原理及应用、无线传感网原理及应用、无线组网技术、智能信息处理技术、单片机与控制、物联网信息安全、物联网应用系统分析与设计。

培养方案中的课程设置涵盖了《专业规范》中列出的核心知识点，但核心专业课的设置与规范中有些许差别。

2 对课程设置的解读
《专业规范》把物联网工程导论、传感器原理及应用、RFID原理及应用、传感网原理及应用、物联网通信技术、海量数据存储、数据处理与智能决策、物联网控制、物联网信息安全、物联网工程设计与实施10门课程作为专业核心课程。

根据《专业规范》，我们设计了上述专业课程体系（见表1）。

下面介绍它与《专业规范》建议的不同点以及我们的设计思考。

（1）《专业规范》建议物联网工程导论课程为32学时，我们实施的是20学时。

我们的出发点是，导论课是大一新生上的第一门涉及专业知识的入门课，教师要讲授的不只是专业初步知识，更多的是专业内容、大学学习方法和专业学习方法。

学时太多就意味着过多地讲授专业知识，而对新生来说，在未学习其他必要的先修课的情况下，很难深入理解专业知识。

我们要求讲授此门课程的教师知识面要广，讲课经验丰富，对专业理解深入，且有一定的开发经验。

教师讲授的时候要旁征博引，深入浅出，既能使学生对专业知识感到神奇与敬畏，又不会让他们觉得晦涩难懂。

考虑到物联网工程专业的基础是计算机科学与技术，我们的课程中还要求有两个学时简要介绍计算机导论课的内容。

（2）《专业规范》中的数据处理与智能决策课程是物联网专业的重要课程。

随着物联网技术应用的普及，必然产生各种类型的海量数据，对这些数据的处理会用到较多的智能方法。

我们没置人工智能基础、智能信息处理技术和多传感器融合技术3门课程以覆盖智能数据处理的知识点。

前两门是必修课，后一门为选修课。

（3）针对《专业规范》中的物联网通信技术课程，我们设置了计算机网络
和无线网络技术两门课。

计算机网络是计算机专业的必修课，涵盖有线网络技术；无线网络技术重点讲述无线通信与无线网络。

物联网通信技术中还有一部分内容是工业现场总线，我们把这部分内容加入到计算机网络课程中，要求授课老师至少用4个学时补充这方面知识。

（4）海量数据存储课程我们没有单独开设，其知识点分布在嵌入式数据库、微机技术、云计算技术等课程中。

其他核心专业课程基本按照《专业规范》设置。

3 实践教学体系设置思路
《体系与规范》中指出进行物联网实践教学体系设计需要遵循3个原则：
（l）围绕专业能力的培养设计实践教学体系；
（2）按《专业规范》和物联网理论与技术体系设计实践教学体系；
（3）产学研用合作建设实践教学体系。

另外，《体系与规范》还将实践教学课程分为核心课程实验与综合课程设计两类。

核心课程实验包括传感器原理及应用、RFID原理及应用、传感网原理及应用、物联网通信技术、数据处理与智能决策、物联网控制、物联网信息安全等。

综合课程设计包括嵌入式系统综合课程设计、物联网感知综合课程设计、物联网传输综合课程设计、物联网数据处理综合课程设计和物联网应用系统综合课程设计。

根据规范建议与我们自己的理解，我们将物联网工程专业实验课程内容分为3个主要组成部分：学科基础实验课、软件编程实验课及专业实验课。

其中学科基础实验课包括模拟电路实验、数字电路实验和数据结构课程设计；软件编程实验课包括高级语言程序设计、面向对象程序设计、汇编语言程序设计和数据库课程设计；专业实验课大部分内容是新增的，包括传感器与控制实验、RFID技术实验、无线传感器网络实验、嵌入式系统实验、无线网络组网实验、网络协议分析与故障诊断技术实验、物联网安全实验、云计算实验和物联网综合应用课程设计。

上述3类实验课程多数已在计算机科学与技术专业开设，只有几个实验是为物联网工程专业新增设的。

这些实验课与物联网工程专业课程体系中的专业课程一一对应，实现了对课程体系中核心内容的完整覆盖。

物联网专业的教学特色是在注重理论知识体系架构的同时，加强对学生工程实践能力的培养，强化实践教学。

我们在原有计算机专业的实验实践课程基础上，增加了传感器与控制实验、RFID技术实验、无线传感器网络技术实验、无线网络组网技术实验、物联网安全实验、物联网应用综合实践课程。

为此我们新增了3个实验室，采购了RFID、传感器网络、物联网实训系统等实验设备。

表2是我们设置的物联网工程专业独立实验课（不含课内实验）实践教学体系，对与规范建议的差异作如下说明。

（1）我们设置了单片机与控制实验（课内上机实验），这个实验包含了规范中建议的“传感器原理与应用”与“物联网控制”。

我们认为单独开设“传感器原理与应用实验”内容过于简单，结合传感网又与传感网实验交集，实验安排与设计不好做，而“物联网控制实验”离不开传感器，需要有数据采集作为支撑，所以我们把这两个实验结合在一起。

处理器采用单片机，不增加学生掌握处理器的负担，使学生把主要精力放在传感器自身的原理与使用、控制方法与控制效果的观察体验上。

（2）在智能信息处理技术课程中，我们计划“16学时授课+16学时课内实验”，不单独开设数据处理与智能决策实验课。

实验目的旨在从实际应用出发，引导学生深入理解智能信息处理中的基本概念和原理，掌握典型的智能信息处理技术及其编程实现方法。

（3）在无线网络组网技术实验中，我们重点突出无线通信与无线网络技术；而有线网络实验内容在计算机网络实验课中学习。

这两门实验课涵盖了物联网传输层技术知识点与实践要求
（4）配合云计算技术课程，我们增设了16学时的云计算技术课内实验。

课程实验能使学生加深对云计算系统架构的理解，加强其动手能力，激发学习积极性；同时，学生可以熟悉虚拟化平台和大规模数据处理平台的开发环境及其流程，培养自身开发云计算应用程序的能力
其他实践课程与《系统与规范》中基本一敛，不再赘述。

4 结语
吉林大学的物联网工程专业培养方案在制订与修订过程中，汇集了众多教师与教学管理人员的智慧与心血。

与其他院校物联网工程专业相比较，吉林大学在课程设置与实践教学体系设计上，注重理论知识体系架构的完整，注重增强学生的系统能力与工程实践能力的培养，同时突出了学校在网络安全与智能信息处理方面的优势物联网专业的学生除了学习系统的物联网基本理论、基础知识和实践训练之外，我们还加强了智能感知与智能信息处理技术、物联网安全技术、物联网综合应用设计技术。

这些特点体现在人工智能基础、智能信息处理技术、物联网安全、物联网应用系统分析与设计等课程及相关的实践课程中。