李建波 张真真 潘必超

摘要：分析了物联网人才需求与现状，指出物联网专业教学存在知识体系庞杂、设备贵而多、专业教材跟不上时代快速发展需求等问题，进而提出了物联网专业教学改革思路，引入窄带物联网NB-IoT技术、确定教学改革目标和需要完成的指标，把物联网专业课程中传感层、传输层、应用层做成一个个应用场景，加深学生专业认知，对接企业需求。

关键词：NB-IoT;物联网;教学改革

1 物联网人才需求与现状

中国产业信息网2020年5月份报道，2020年2月NB-IoT中国连接数突破 1亿，2020年全球NB-IoT市场规模约为1071亿美元，其中中国NB-IoT市场规模约为525亿美元[1]。

随着物联网技术的不断发展，社会对物联网专业人才的需求也在不断地提高。我国一些具备一定教学基础的学校开设了物联网应用技术专业，并在物联网教育方面投入了大量的师资力量以及硬件资源，已经取得了很大的成效。但是就我国实际情况来说，在物联网专业建设方面依然处于发展的阶段，在人才培养上存在一定的问题。

1.1 知识体系庞杂

物联网专业课程包含有基础课：大学英语、高等数学、毛概、体育等;专业基础课：物联网导论、数字电路、模拟电路、Java程序设计、C语言程序与设计、传感器技术概论、单片机应用技术;专业核心课：嵌入式系统技术、云平臺开发、无线传感网络、TCP/IP网络与协议、RFID技术、标准与中间件技术等。

1.2 设备贵而多

物联网专业多学科交叉，涉及计算机软件专业、电子专业、通信专业等多方面专业知识，常用设备有条形码、RFID射频、传感器、服务器等，对专业教师知识能力要求高，同时要求实验老师较强的管理能力。

1.3 物联网专业教材跟不上时代快速发展需求

物联网专业教材已经很多，诸如物联网技术概论、物联业导论、传感器原理及其应用、射频识别（RFID）原理与应用、物联网综合应用实训、Android物联网应用程序开发等，已经取得很大效果。但是与飞速发展的经济需求相比，还存在重理论轻实践的问题，而且存在最新技术介绍不足的缺口，而且缺口日益增大。

总的来说，多学科交叉、软硬件强耦合的特点，给专业学生的学习带来了较大的压力，学生反映教学是知识点堆砌，找不到完整知识体系，从而导致教学效果并不理想。通过调查可以看出，物联网专业在我国建立的时间还是相对较短，专业老师大多是由计算机、电子以及通信等方面组建起来的，在教学中往往因为设备、教材等原因并没有安排学生进行有效的实验项目，使得物联网教学注重理论知识的讲述，在实践教学上不足。

西北民族大学数学与计算机科学学院郭晓然提出综合性创新性实验教学改革的思路[2];河北经贸大学刘晓爽提出基于MOOC的混合式教学模式研究[3];青岛理工大学琴岛学院王青芝提出基于物联网的跨专业融合教学系统[4];武汉软件工程职业学院韦凡提出以实用性为目的开展项目化教学，让学生实际工作中需要的技能和知识[5]。

针对问题、总结前人经验，我们确定教学改革关键点第一做好知识点的整合与优化工作，做好教材规划;第二选择合适的平台和项目，能够突出物联网专业的特色，能够综合表现物联网专业整体概念;第三做好师资队伍的建设，提高物联网专业师资力量。学生通过实际的情景实践对物联网专业建立综合的整体的认识。

2 物联网专业教学改革

2.1 选取合适知识点

物联网通信技术有很多种，从传输距离上区分，可以简化分为两类：一类是短距离无线通信技术，代表技术有ZigBee、Wi-Fi、Bluetooth、Z-wave等，目前非常成熟并有各自应用的领域;另一类是长距离无线通信技术，宽带广域网例如电信CDMA、移动、联通的3G/4G无线蜂窝通信和低功耗广域网即LPWAN。

NB-IoT窄带物联网（Narrow Band Internet of Things），是一种全新的蜂窝物联网技术，是3GPP组织定义的可在全球范围内广泛部署的低功耗广域网，基于授权频谱的运营，可以支持大量的低吞吐率、超低成本设备连接，并且具有低功耗、优化的网络架构等独特优势。

在2018年3月召开的3GPPRAN第79次全会上，3GPP正式明确了“5GNR与eMTC/NB-IoT将应用于不同的物联网场景”，绘制了物联网发展蓝图，eMTC/NB-IoT已经被认可为5G的一部分，并将与5GNR长时间共存，意味着NB-IoT将在5G时代扮演更加重要的角色。

2.2 选择合适的平台和项目

NB-IoT聚焦于低功耗广覆盖（LPWA）物联网市场，具备覆盖广、连接多、成本低、功耗低、架构优等特点，主要应用场景有智能抄表、智能路灯控制、智能井盖、智能环境监测、智慧农业。将NB-IoT引入教学，以NB-IoT为纽带，将传感器、单片机、Android应用程序等课程紧密联系起来，选题农业大棚监控，进行远程采集温度、湿度、压力，形成项目化教学案例，为物联网专业建设提供引导，制定课程标准、设计教学方案和合理安排实践环节。

围绕中国电信窄带物联网NB-IoT，融合到物联网专业课程中，调整专业人才培养方案，完成窄带物联网NB-IoT相关教学资料，诸如窄带物联网NB-IoT应用技术课程标准、制定教学方案、制作电子课件、制定实验指导书、制定实训指导书等。具体指标：

解析窄带物联网NB-IoT通信协议，赴电信研究院，讨论NB-IoT实训云平台事宜，诸如实训云的功能架构、运行模式、教学功能元素完善、部署及运行环境等问题;

窄带物联网NB-IoT开发板研制，开发板上NB-IoT模块放置，传感器选型与布局、按键模块、指示灯模块、液晶显示模块等;

窄带物联网NB-IoT演示场景设计，对上的协议，诸如服务器接口、消息传递;对下的协议：完成空气温度、湿度、气压、土壤湿度等传感器接口。首先应用到农业大棚，采集温湿度、土壤湿度，通过NB-IoT模块上传，然后在云端进行处理，并网页显示。