开源硬件引入物联网工程专业实践教学.doc

开源硬件引入物联网工程专业实践教学 　　摘 要：针对物联网工程专业的实践教学实际情况，分析、探索开源硬件平台在物联网工程教学的不同层次的应用模式，利用开源硬件积木式、易扩展等特点继续扩大开源硬件的课程应用范围，使得最终建立具有学习一致性并可柔性扩展的实践教学模式 关键词：开源硬件 Arduino Yun 实践教学 中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）01（a）-0158-02 1 物联网工程专业实践教学 我国物联网产业的蓬勃发展一方面带动了旺盛的物联网人才需求，另一方面也对物联网人才的素养提出了更高要求。因此各大高校在设置物联网工程专业的人才培养目标时，也极力贴合物联网产业的需求特点，强调以培养具备实践能力和创新能力的专业复合型人才为目标[1] 为了实现物联网工程应用复合型人才培养的目标，物联网工程专业在教学体系中很重视实践教学，从专业课、课程设计到毕业设计等各个环节都强调以实践锻炼学生实践与创新的综合能力[2]。但是在以往的实际教学操作中，实践教学效果存在以下一些问题 （1）学生的主体性不足。物联网工程专业要求学生掌握微机接口原理、传感器原理及应用、操作系统原理、计算机网络、无线传感器网络等大量专业课程内容。目前的专业课教学过程中，老师一般在完成既定理论知识教学任务后，辅以少量的演示性实验或验证性实验。每门课程使用不同的实验平台，学生需要浪费大量时间熟悉该课程的实验平台。而这往往是前期已经掌握的简单重复性工作，导致大多数学生只能是被动机械地完成学习任务，很难调动学生的学习主动性 （2）连续性和完整性不足。目前最广泛应用的课程模式仍然是各个课程通常各自为政，很少重视课程之间的联系。每门课程各自为政，不同课程的实践教学之间缺少整体的连贯设计，难以体现教学实践难度的递进性，一般学生如果无法在短暂学时内主动消化吸收所学的大量知识，很容易失去学习兴趣 （3）深度参与性不足。物联网工程专业特点要求学生掌握从底层硬件设计、中间层固件设计到应用层软件设计，才能完成一个相对完整的物联网系统设计。如果每次都需要从零开始搭建一套物联网系统，对学生而言工作量巨大，难以在有限的课程实践环节里真正地去参与设计和完成一个系统工作，更不用说在完整性基础上做进一步的创新实践 总之，物联网技术作为新兴的边缘学科，涉及到通信、电子、计算机、自动控制等多个交叉学科。物联网工程专业的课程设置覆盖范围广，课程体系的教学任务重。如何在有限的教学时间内实现学生实践创新能力的提升，是目前实际教学操作中存在的主要问题之一 文章以Arduino Yun为例，试图将开源硬件引入到物联网工程专业的实践教学，建立以学生为主体的一体化柔性教学实践框架，作为理论教学的有效补充，同时探索本科课程实践教学的改进方向 2 开源硬件优势 开源硬件是指免费、公布详细的硬件设计信息的计算机和电子硬件。开源硬件提供了一种快速开发原型系统的方法，使得开发者可以将精力集中于创意与实现，节约学习成本，缩短开发周期。代表性的开源硬件项目比如最著名的开源单片机板Arduino[3]、开源ARM板BeagleBoard、开源手机Openmoko等 开源硬件的出现体现了当今技术创新的新趋势，以Arduino为例，将开源硬件引入到物联网专业课程实践教学具有以下优势[4] （1）上手简单。Arduino的编程语言基于过程语言开发，编程环境简单友好，不需要太多的硬件或编程基础就可以进行快速开发，容易激发学生的学习兴趣 （2）扩展容易。Arduino发展至今，已经积累了丰富的功能扩展模块，如电机驱动模块、Wifi通信模块等。并且模块对应的各种库函数也是开源的，比较容易实现对其进行集成、派生、重载等二次开发 （3）深入探索。以Arduino为例，其硬件原理图、电路图、IDE软件及核心库文件都是开源的，在开源协议范围内可以任意修改原始设计及相应代码。为学有余力的学生进行创新实践留下充分的探索空间 （4）活跃的互联网社区群支持。Arduino开源硬件拥有庞大的社区用户、大量的示例教程和创新项目。以Arduino Yun为例，Temboo云平台为Arduino Yun提供了数百个API可以直接用于应用开发[5]。此外，利用Arduino开发过程中可以与网上众多创客进行交互讨论，获得直接技术支持与创意反馈 3 开源硬件在物联网工程专业实践教学的应用 由于开源硬件具?涞闹种钟攀疲?考虑将开源硬件引入物联网工程专业的实践教学体系。物联网工程专业的实践教学分为知识验证、基础实验、综合实验和创新设计这几个实践层次，如表1所示，始终将Arduino Yun融入贯穿于整个实践教学过程，形成大学4年实践教学环节不断线的培