浅谈物联网通信技术课程教学

贾应彪

摘要:《物联网通信技术》是物联网工程专业的核心专业课程。在应用型本科院校,如何更好地进行该课程的教学,一直是教学过程中函待解决的一个难点。该文先分析了物联网通信技术及相关课程的设置,然后针对笔者在教学过程中遇到的问题,在培养学生的学习兴趣,采用多样化教学方法,梳理课程知识点,改善实验设置等方面进行了一些有益探索。

关键词:物联网工程;通信技术;课程教学

中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2018)21-0169-02

1 概述

物聯网是继计算机、互联网+与移动通信网后世界信息产业发展的又一浪潮,在智慧工业、智慧城市、智慧农业等多个领域具有广泛应用前景。物联网又被称作传感网,它指世界上的万事万物,小到纽扣、钥匙,大到车辆、建筑物,嵌入微型感应芯片后可变得“智能化”,再借助通信技术进行相互连接,物体和物体、物体和人就可以实现“交流”。可以说,物联网是集成了传感技术、通信技术与计算机网络技术的创新型应用技术,其中通信技术是实现物联网应用的基础,贯穿于信息的采集、传输、处理全过程。

2 物联网通信技术及相关课程开设

我国高校从2011年开始正式设置物联网工程专业,该专业主要是培养具备从事物联网领域的系统设计、分析与开发研究的基本理论、知识、技能、方法及相关知识,具有从事物联网方面工程开发和研究工作等能力的工程技术应用型人才。《普通高等学校本科专业目录和专业介绍(2012年)》和2018年新出的《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》均在物联网工程专业课示例中把《物联网通信技术》作为物联网工程专业的核心专业课程[]。与众多高校一样,笔者所在学校也把该课程作为物联网工程专业的核心课程,开设于第四学期。

物联网中所采用的通信技术以承载数据为主,具有非常丰富的技术内涵,因此物联网通信技术教学内容的组织与安排是以物联网的三层结构为主线,以感知控制层、 汇聚层及网络传输层所需的通信承载网为线索,以数据通信基础为前提,包含了短距离通信技术、长距离通信技术、无线传感器网络、通信组网、交换技术及移动通信技术等多个方面的内容。

由于物联网中的通信技术牵涉内容多,因此该课程的学习需要具备一定的数学、电子理论基础,存在一个与其他课程的前后衔接问题[1]。课程学习始于数据通信基础,要想学懂数据通信基本原理,尤其是在分析信息传输的有效性指标(如带宽)时,需要对信号进行时频分析,而时频分析需要《信号系统》课程相关知识,而要学懂《信号系统》,前面更加需要《高等数学》《复变与积分变换》等课程相关知识作为基础。此外,在研究各种无线通信技术时,肯定要牵涉到各种调制、解调技术,而要想理解调制、解调的思想、原理及实现技术,《通信原理》《模拟电子线路》和《通信电子线路》等课程的相关知识也必不可少。

显然,作为计算机类专业,在全国高等教育处于大量压缩专业课学分的大背景下,物联网工程专业不可能全部开设上面所列的《物联网通信技术》的先修课程。综合考虑,我校采用曾宪武版的《物联网通信技术》教材,该教材有较多篇幅介绍数据通信的基本原理,因此,在学生掌握了一定的《信号系统》和《电路电子学》知识后,就可以进行本课程的学习。此外,考虑到传感网络在物联网领域的特殊重要性,加上物联网通信技术牵涉内容过多,因此,我校把无线传感网络单独作为一门课列出来,作为本课程的后修课程。

3 授课过程中遇到的问题及对策

3.1 学生对课程重要性认识不到位

原因分析:在应用型本科院校,越来越强调对学生工程实践、动手能力的培养。在“应用型”大前提下,有部分学生往往比较轻视理论课程,或是对理论知识的学习认识不够。对于《物联网通信技术》这类偏重理论的课程,学生虽然能认识到通信技术是物联网的基础,但觉得在物联网系统开发的具体工程实践中可以通过调用接口函数来实现设备之间的通信,完全没必要了解具体的通信技术,至于通信的基本原理,更加作用不大。因此,如何调动学生对课程的学习积极性,对任课教师是个很大的挑战。

对策:首先,要让学生觉得课程对以后的学习工作有用,对此,在课程开始,任课教师就向学生强调,本课程学习是为后面的无线传感网络和物联网应用系统设计等课程奠定基础。此外,在教学过程中科学地调整课程各知识点的教学内容及学时数,实践新型教学模式,更注重实践,重在提高学生的动手能力、独立解决问题能力的课时数。笔者收集整理了不少物联网系统开发中的通信技术应用案例,以模拟实训为重要载体,进行专题化介绍,加强对学生运用通信技术知识的实践能力培养,为后续进行物联网系统开发打下基础。

3.2 部分学生理论课程学习比较吃力

状况分析:笔者所带班上就有几位学生反映,对编程类这些实践课程还是比较感兴趣,毕竟在学习过程中看得见,摸得着,编好程序代码,什么样的输入,就能得到什么样的输出结果。然后,对于通信技术这类偏理论性课程,学的比较吃力,由于理论知识比较枯燥,很容易跟不上教学进度,一旦松懈下来,后面就是听天书了。

对策:对于这些理论学习比较薄弱的学生,笔者积极尝试帮助他们寻找学习乐趣和学习办法。向学生介绍了一些通俗易懂的通信技术相关读物,这些书籍行文风格风趣、幽默,善用白话风格的语言、生活中的例子甚至漫画式的插图来将通信的知识娓娓道来,有利于学生理解晦涩、枯燥的技术问题。如:《大话通信:通信基础知识读本》《大话移动通信》《大话TD-SCDMA》等等,这些书籍,可以为初学者打开了一扇深入学习通信技术的大门,作为课程学习的有益补充。庆幸的是,这些书籍,学校图书馆均有多本藏书,学生较容易免费获得资源。此外,利用学生习惯使用微信、爱上网逛论坛的特点,给学生介绍一些好与通信技术有关的微信公众号和专业论坛。通信技术的微信公众号上有不少有关通信理论和技术的文章,能提供相当多的学习资源,而通信专业论坛,如通信人家园,上面更是资源众多。网络资源,可以为学生打开了一扇学习的新窗,进一步丰富他们的专业知识。

3.3 课程内容涉及的知识点比较多,而课时数相对较少

分析:物联网应用到多种通信技术,常见的有线通信技术主要有RS-232、RS-485、USB、ETH、USB、CAN,常见的无线通信技术主要有蓝牙技术、红外技术、WiFi、ZigBee、GPRS、3G、4G、NB-IoT。在有限的教学课时内(《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》建议该课程开设课时为56),要想向学生详细介绍各种通信技术的原理及协议标准明显是不可能的。若是介绍得面面俱到,就只能泛而不深,成了简单的科普介绍。因此,需要在教学模式和教学方法上做些尝试。

对策:解析知识框架,对课程内容进行优化。在课程教学过程中,没必要追求给学生讲清楚那些高大上的技术体系标准,而是从简单的通信模型和基本的通信原理开始,再进入具体的通信系统。改变一般课程教学内容独立设计模式,以知识整合为课程建设的核心,把教学内容设置成模块化的工作任务,按照“学习结果导向”进行课程穿播,融教、学为一体,注重通信技术在物联网领域实践应用,达到训练学生基本技能,提高学生掌握所学物联网通信技术应用能力的目的。

3.4 实验教学有待进一步改善

现状分析:由于物联网通信技术教学内容过多,各高校授课重点有所偏差,开设的实验也各不相同。物联网工程专业都是依托其他专业建设起来,实验設备和实验条件有所欠缺。

对策:依托本校实验教学条件,优化实验教学内容。参照文献[2]的思想,我校物联网通信技术实验也采用综合演示实验-基础实验-设计实验的形式。第二阶段的综合演示实验主要是利用学院已建设好的通信综合实验室,把综合演示实验作为本课程的首个实验,让学生对通信网络有初步的认识,也让学生对数据通信的整个通信环节有个初步的了解,从发送方的信源编码、加密、信道编码、数字调制,再到接收方的解调、信道译码、解密、信源译码。第二阶段的基础实验主要是基于通信原理实验箱进行,主要让学生掌握信源编码、信道编码、调制解调的基本工作原理。第三阶段的设计性实验主要在物联网综合训练实验室进行,让学生通过一个简单的物联网系统实现流程(硬件系统已设计好,程序框架也给出,主要是让学生修改部分通信参数和功能),加深对通信技术的理解与掌握。

4 小结

物联网通信技术作为物联网工程专业的核心专业课程,其学习效果直接影响学生后续课程的学习。本文针对课程教学过程中面临的各种问题,从学生学习兴趣的培养、课程学习方法的改进、课程内容的优化以及实验教学的调整几个方面进行了分析,希望能为各高校物联网通信技术课程的建设提供一些参考。

参考文献:

[1] 石柯,秦磊华.物联网通信技术课程建设研究[J].计算机教育,2014(11):64-67.

[2] 吕兴凤,陆军,徐辉. “物联网通信技术”课程实验教学探究[J]. 黑龙江教育(高教研究与评估),2016(5):32-33.

【通联编辑:梁书】

《浅谈《物联网通信技术》课程教学》转载自《电脑知识与技术》学术期刊,2018年21期 ,作者:贾应彪。

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