许东滨 梁明辉 王晓东 刘雅楠

[摘要] 物联网技术专业作为新兴学科，以医学生培养为目标的物联网实验室建设和实验教学还处于摸索阶段，该文根据该校的专业特色和教学需求，从实验室建设原则、实验室资源建设、物联网实验课程体系设计3个方面，详细介绍了该校物联网实验室的建设经验，并对生物医学工程专业物联网实验课程体系进行了设计，最后对物联网师资人才培养和校企合作形式进行了讨论，具有一定的借鉴作用。

[关键词] 物联网；实验室建设；生物医学工程；实验课程设计

[中图分类号] R642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1672-5654（2018）01（c）-0147-03

Internet of Things Laboratory Construction and Its Application in the Experimental Curriculum Design for Biomedical Engineering

XU Dong-bin， LIANG Ming-hui， WANG Xiao-dong， LIU Ya-nan

Imaging and Biological Experiment Center， Medical Technological School of Qiqihar Medical College， Qiqihar， Heilongjiang Province， 161006 China

[Abstract] Internet of things， as en emerging discipline， and the Internet of things laboratory construction and laboratory teaching aimed at medical students culture are still in the exploration phase， and the paper introduces the construction experience of internet of things laboratory from the three aspects of construction principle of laboratory， laboratory resource construction and Internet of things laboratory curriculum system design according to the professional features and teaching demands of our school in detail， and designs the Experimental curriculum for biomedical engineering and finally discusses the training of teachers and talents of internet of things， and cooperation form of schools and enterprises， which is worth reference.

[Key words] Internet of things； Laboratory construction； Biomedical engineering； Experimental curriculum design

物联网技术（IOT，Internet of Things）是基于互联网技术新兴发展一门多学科交叉融合的热门学科，自出现以来就得到各国政府的重视和扶持。2015年李克强总理在政府工作报告中就指出：在互联网+时代背景下，物联网更加成为产业升级的引擎，拥有合格的物联网工程应用专业人才成为企业实现升级转型，增强市场竞争力的关键[1]。

生物医学工程（Biomedical Engineering，BME） 是医学与工学高度综合和交叉的学科。主要研究领域涵盖基因工程、医学影像技术，医疗器材设计和维修，以及医用软件研发等各个方面。其主要目的是从工学角度，利用现代科学，研究人体结构，开发医疗设备，为了解生命规律和防病治病提供技术手段。现在已有多所医学院校开设了生物医学工程专业，并致力于培养出兼具工程技术研发和生物医学基础能力的研究性人才[2]。

生物医学工程专业本身具有高度的前沿性和先进性，要求不断调整课程设置以适应社会的需求和时代的发展[3]。该校自2012年开设生物医学工程专业，2016年基本完成物联网实验室建设工作。该论文主要结合该校的生物医学专业培养方案，对物联网实验室的建设过程和实验课程设计进行了详细的说明和探讨，希望对其他院校进行相关建设提供借鉴[4]。

1 实验室建设的目标和原则

1.1 实验室建设与学校人才培养目标相适应

每所大学都有区别于其他大学的优势或特色，因此在对于人才培养的目标定位也都有所不同。比如我校作为医学院校，同时又是应用型本科院校，主要培养的是医学相关的应用型人才，所以在物联网实验室建设过程中，需充结合学校特色，因此学院实验室的建设应该以满足基础实验、 实训为主， 旨在满足培养学生的实际动手能力。同时实验室建设应倾向于医疗设备方向。

1.2 实验室建设应具有先进性

物联网技术作为一门新兴的信息技术和网络技术，其发展速度迅猛是毋容置疑的，针对物联网教学本身就具有滞后性的特点，物联网实验室建设就应该在满足基本教学的同时，具备先进性的特点。课堂理论与先进应用形式相结合，才能做到教学上事半功倍。

1.3 实验室建设要具备开放性。

物聯网实验室的开放性不只是说物联网设备要满足开放性实验的需求，其意义还要求物联网设备的集成程度不能太高，学生不能只看到实验现象，还需要结合实验涉及的硬件设备结构，了解工作的原理及进行可能的故障排查。

1.4 实验室建设要具备可扩展性。

物联网定义本身就是一个物与物相连的网，这就要求物联网设备可以灵活接入网络，并能够进行通信互联，所以实验室建设上不能仅限于满足单一的功能，而是可以通过设备内的模块组合以及设备间的通信互联，完成综合性、设计性的实验需求。同时为了满足技术的更新换代需要以及规模扩展需要，设备应具有通用接口，而且设备本身从硬件和软件上，就应该具有一定的可扩展性。

1.5 实验室的建设要充分利用现有的实验设备资源

物联网专业与电子电路、单片机嵌入式、通信系统等知识紧密相关，所以物联网的实验室建设，可以充分利用现有的实验室资源，比如信号发生仪器、示波器、单片机、传感器、电机驱动模块等仪器，这样不但提高了仪器的利用率，同时在仪器使用的过程中，也可以帮助学生将不同科目的知识融会贯通，提高综合能力和科研意识[5]。

2 实验室资源建设

该校在物联网实验室平台选购的是北京精仪达胜科技有限公司制造的EL-NC900物联网综合实训平台。该平台主机采用当前最流行的低功耗、小封装的Cortex-M3芯片做主控芯片，同时采用CC2420 Zigbee模块芯片作为无线通讯模块，性能稳定且功耗极低。可确保短距离通信的有效性和可靠性。

该平台的特点是具有一定是集成度，又兼顾模块化的特点，主机与利用率较高的芯片模块集成在一起，通过使能拨码开关和数据线进行通信连接。同时，利用无线通信模块（包括射频模块和ZigBee模块等）将主机与传感器、执行终端相连接。这种设备的优点是利用率高的器件集成起来方便维护，利用率低的传感器和执行器可根据实验需求灵活搭配，使用方便，具有一定的可扩展性，可满足设计性实验需求。

同时。应在PC端配置安装配套的软件，以满足实验仿真的需要。物联网实验室的软件部分主要包括：Keil uVerson 4编程客户端，IOT节点数据监控软件，以及串口调试助手软件。下图1为IOT节点监控软件的界面截图。

同时，为充分发挥物联网实验设备功能，实验室应安装以太网路由器，并为每套设备的PC配置网线和可用IP地址。

3 物联网实验课程体系设计

物联网实验的课程设计需要考慮到两方面的因素：①课程教学目标需要，课程设计的知识点涵盖和难易程度，需要与该专业该课程的教学目标相适应；②硬件平台的限制，这是物联网开课的决定性因素，所以实验室建设应以满足教学为主，兼顾科研开发，还要满足学生参加大赛的需求[6]，同时针对研发和参赛需求，物联网实验平台需要有一定的灵活性和开放性[7]。

在实验课程设计上，根据生物医学工程专业的教学目标，应以“够用”和“适用”为原则，即生物医学工程专业学生对于物联网知识的学习，不应过于追求全面和深入，只需学习物联网的关键技术，并能够动手操作物联网相关设备即可。实验课程设计将重点放在培养学生实际动手能力和帮助学生了解物联网医学应用。

该校现有的培养方案，生物医学工程专业的主要基础课和专业课包括17门考试课和15门考查课。参考物联网专业的课程设置，物联网专业基础课程包括：C语言程序设计、单片机应用、电路基础、数据库管理；专业核心课程包括：物联网概论、传感器技术、物联网网络技术 （无线通讯）、物联网上位机开发、RFID技术应用、物联网中间件技术、 能设备应用开发（基于Android平台）、物联网产品管理与维护[8]。

考虑到生物医学工程专业的培养方案，去除掉两个专业的交叉课程，并精简部分课程，可以在现有课程体系结构下，增设物联网概论、网络技术、数据库管理、传感器技术、嵌入式开发、RFID射频及ZigBee组网技术等课程。同时可以在实践环节，增设课程设计及开放性实验。具体相见图2的体系增设建议。

4 物联网师资人才培养

物联网实验室及课程建设，不局限于配套设施完善和课程体系设计，建设物联网实验室的目的，关键在于如何有效的利用，而实验室的利用主要是教师的课程实践中实现的。物联网作为一个新兴学科，对教师的知识储备和实践能力都有极高的要求。教师只有通过不断地学习、教学和科研实践的积累才能对相关技术有深入理解进而提升应用能力。高校物联网专业教师应该多参加培训、专家讲座、 到企业参观考察，通过多种途径不断学习提高。同时，也可以聘请一些来自企业的人才和行业专家作为兼职指导教师，以促进教师和学生实际应用能力的共同提高[9]。

该校的物联网创新实验室是与北京精仪达胜科技有限公司采用校企合作的模式共同建设共同创建的。一方面是因为企业需要学校培养更多具备物联网知识的生物医学工程人才到公司工作；另一方也是因为实验室建设初期，师资力量较为薄弱，选择有技术实力的企业合作，教学方案设计更能体现物联网应用前景和符合市场的需求，这样既能使学生能够学习到先进的物联网应用技术并积累实践经验，又能使教学信息与市场要求同步，符合产业对人才的要求[10]。

5 结语

随着我国医疗事业的发展，仅具备医学知识的人才已经很难社会的需要，如何培养既具备医学知识又兼具工程知识的复合型人才日渐成为医学生培养的发展方向。该文针对生物医学工程专业的学生，详细阐述了物联网实验室的建设过程，并提出一套较为详尽的物联网实验课程体系设计方案，具有一定的现实意义和可行性。

[参考文献]

[1] 赵辉.“互联网+”背景下的物联网工程专业人才培养模式研究[J].经贸实践，2015（12）：284-285，287.

[2] 章浩伟，秦翥，刘颖.创新实践模式在生物医学工程教学中的探索[J].实验室研究与探索，2013，32（4）：117-120.

[3] 包璇，金力.嵌入式系统课程教学方法初探—以安徽中医药大学生物医学工程专业为例[J].电脑知识与技术，2015， 11（34）：112-113，115.

[4] 陈景贤，陈志生.高校物联网实验室建设与应用[J].实验室研究与探索，2013，32（8）：451-453.

[5] 付永贵.基于分组教学的高校物联网实验室构建研究[J].中国教育信息化，2011（5）：63-65.

[6] 冀松，南晓青.应用型本科院校物联网实验室建设研究—以中国地质大学长城学院为例[J].电脑知识与技术，2016， 12（11）：110-111，120.

[7] 黄峥，古鹏.物联网实验室建设研究与探讨[J].实验技术与管理，2012，29（2）：191-195.

[8] 胥楚贵.应用型本科人才培养模式下的物联网专业建设探究[J].湖北第二师范学院学报，2015，32（8）：41-43.

[9] 林莉，陈丽丽.高校物联网实验室建设规划[J].长春理工大学学报，2012，7（4）：23-24，58.

[10] 崔贯勋，柯柯，黄贤英，等.多元化多业务物联网工程实验室的建设研究[J].计算机教育，2013（23）：62-65.

（收稿日期：2017-10-31）