許東濱 梁明輝 王曉東 劉雅楠

[摘要] 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專業(yè)作為新興學科，以醫(yī)學生培養(yǎng)為目標的物聯(lián)網(wǎng)實驗室建設和實驗教學還處于摸索階段，該文根據(jù)該校的專業(yè)特色和教學需求，從實驗室建設原則、實驗室資源建設、物聯(lián)網(wǎng)實驗課程體系設計3個方面，詳細介紹了該校物聯(lián)網(wǎng)實驗室的建設經(jīng)驗，并對生物醫(yī)學工程專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實驗課程體系進行了設計，最后對物聯(lián)網(wǎng)師資人才培養(yǎng)和校企合作形式進行了討論，具有一定的借鑒作用。

[關(guān)鍵詞] 物聯(lián)網(wǎng)；實驗室建設；生物醫(yī)學工程；實驗課程設計

[中圖分類號] R642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 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

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（IOT，Internet of Things）是基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)新興發(fā)展一門多學科交叉融合的熱門學科，自出現(xiàn)以來就得到各國政府的重視和扶持。2015年李克強總理在政府工作報告中就指出：在互聯(lián)網(wǎng)+時代背景下，物聯(lián)網(wǎng)更加成為產(chǎn)業(yè)升級的引擎，擁有合格的物聯(lián)網(wǎng)工程應用專業(yè)人才成為企業(yè)實現(xiàn)升級轉(zhuǎn)型，增強市場競爭力的關(guān)鍵[1]。

生物醫(yī)學工程（Biomedical Engineering，BME） 是醫(yī)學與工學高度綜合和交叉的學科。主要研究領域涵蓋基因工程、醫(yī)學影像技術(shù)，醫(yī)療器材設計和維修，以及醫(yī)用軟件研發(fā)等各個方面。其主要目的是從工學角度，利用現(xiàn)代科學，研究人體結(jié)構(gòu)，開發(fā)醫(yī)療設備，為了解生命規(guī)律和防病治病提供技術(shù)手段?，F(xiàn)在已有多所醫(yī)學院校開設了生物醫(yī)學工程專業(yè)，并致力于培養(yǎng)出兼具工程技術(shù)研發(fā)和生物醫(yī)學基礎能力的研究性人才[2]。

生物醫(yī)學工程專業(yè)本身具有高度的前沿性和先進性，要求不斷調(diào)整課程設置以適應社會的需求和時代的發(fā)展[3]。該校自2012年開設生物醫(yī)學工程專業(yè)，2016年基本完成物聯(lián)網(wǎng)實驗室建設工作。該論文主要結(jié)合該校的生物醫(yī)學專業(yè)培養(yǎng)方案，對物聯(lián)網(wǎng)實驗室的建設過程和實驗課程設計進行了詳細的說明和探討，希望對其他院校進行相關(guān)建設提供借鑒[4]。

1 實驗室建設的目標和原則

1.1 實驗室建設與學校人才培養(yǎng)目標相適應

每所大學都有區(qū)別于其他大學的優(yōu)勢或特色，因此在對于人才培養(yǎng)的目標定位也都有所不同。比如我校作為醫(yī)學院校，同時又是應用型本科院校，主要培養(yǎng)的是醫(yī)學相關(guān)的應用型人才，所以在物聯(lián)網(wǎng)實驗室建設過程中，需充結(jié)合學校特色，因此學院實驗室的建設應該以滿足基礎實驗、 實訓為主， 旨在滿足培養(yǎng)學生的實際動手能力。同時實驗室建設應傾向于醫(yī)療設備方向。

1.2 實驗室建設應具有先進性

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為一門新興的信息技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)，其發(fā)展速度迅猛是毋容置疑的，針對物聯(lián)網(wǎng)教學本身就具有滯后性的特點，物聯(lián)網(wǎng)實驗室建設就應該在滿足基本教學的同時，具備先進性的特點。課堂理論與先進應用形式相結(jié)合，才能做到教學上事半功倍。

1.3 實驗室建設要具備開放性。

物聯(lián)網(wǎng)實驗室的開放性不只是說物聯(lián)網(wǎng)設備要滿足開放性實驗的需求，其意義還要求物聯(lián)網(wǎng)設備的集成程度不能太高，學生不能只看到實驗現(xiàn)象，還需要結(jié)合實驗涉及的硬件設備結(jié)構(gòu)，了解工作的原理及進行可能的故障排查。

1.4 實驗室建設要具備可擴展性。

物聯(lián)網(wǎng)定義本身就是一個物與物相連的網(wǎng)，這就要求物聯(lián)網(wǎng)設備可以靈活接入網(wǎng)絡，并能夠進行通信互聯(lián)，所以實驗室建設上不能僅限于滿足單一的功能，而是可以通過設備內(nèi)的模塊組合以及設備間的通信互聯(lián)，完成綜合性、設計性的實驗需求。同時為了滿足技術(shù)的更新?lián)Q代需要以及規(guī)模擴展需要，設備應具有通用接口，而且設備本身從硬件和軟件上，就應該具有一定的可擴展性。

1.5 實驗室的建設要充分利用現(xiàn)有的實驗設備資源

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)與電子電路、單片機嵌入式、通信系統(tǒng)等知識緊密相關(guān)，所以物聯(lián)網(wǎng)的實驗室建設，可以充分利用現(xiàn)有的實驗室資源，比如信號發(fā)生儀器、示波器、單片機、傳感器、電機驅(qū)動模塊等儀器，這樣不但提高了儀器的利用率，同時在儀器使用的過程中，也可以幫助學生將不同科目的知識融會貫通，提高綜合能力和科研意識[5]。

2 實驗室資源建設

該校在物聯(lián)網(wǎng)實驗室平臺選購的是北京精儀達勝科技有限公司制造的EL-NC900物聯(lián)網(wǎng)綜合實訓平臺。該平臺主機采用當前最流行的低功耗、小封裝的Cortex-M3芯片做主控芯片，同時采用CC2420 Zigbee模塊芯片作為無線通訊模塊，性能穩(wěn)定且功耗極低。可確保短距離通信的有效性和可靠性。

該平臺的特點是具有一定是集成度，又兼顧模塊化的特點，主機與利用率較高的芯片模塊集成在一起，通過使能撥碼開關(guān)和數(shù)據(jù)線進行通信連接。同時，利用無線通信模塊（包括射頻模塊和ZigBee模塊等）將主機與傳感器、執(zhí)行終端相連接。這種設備的優(yōu)點是利用率高的器件集成起來方便維護，利用率低的傳感器和執(zhí)行器可根據(jù)實驗需求靈活搭配，使用方便，具有一定的可擴展性，可滿足設計性實驗需求。

同時。應在PC端配置安裝配套的軟件，以滿足實驗仿真的需要。物聯(lián)網(wǎng)實驗室的軟件部分主要包括：Keil uVerson 4編程客戶端，IOT節(jié)點數(shù)據(jù)監(jiān)控軟件，以及串口調(diào)試助手軟件。下圖1為IOT節(jié)點監(jiān)控軟件的界面截圖。

同時，為充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)實驗設備功能，實驗室應安裝以太網(wǎng)路由器，并為每套設備的PC配置網(wǎng)線和可用IP地址。

3 物聯(lián)網(wǎng)實驗課程體系設計

物聯(lián)網(wǎng)實驗的課程設計需要考慮到兩方面的因素：①課程教學目標需要，課程設計的知識點涵蓋和難易程度，需要與該專業(yè)該課程的教學目標相適應；②硬件平臺的限制，這是物聯(lián)網(wǎng)開課的決定性因素，所以實驗室建設應以滿足教學為主，兼顧科研開發(fā)，還要滿足學生參加大賽的需求[6]，同時針對研發(fā)和參賽需求，物聯(lián)網(wǎng)實驗平臺需要有一定的靈活性和開放性[7]。

在實驗課程設計上，根據(jù)生物醫(yī)學工程專業(yè)的教學目標，應以“夠用”和“適用”為原則，即生物醫(yī)學工程專業(yè)學生對于物聯(lián)網(wǎng)知識的學習，不應過于追求全面和深入，只需學習物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，并能夠動手操作物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)設備即可。實驗課程設計將重點放在培養(yǎng)學生實際動手能力和幫助學生了解物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學應用。

該?，F(xiàn)有的培養(yǎng)方案，生物醫(yī)學工程專業(yè)的主要基礎課和專業(yè)課包括17門考試課和15門考查課。參考物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的課程設置，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)基礎課程包括：C語言程序設計、單片機應用、電路基礎、數(shù)據(jù)庫管理；專業(yè)核心課程包括：物聯(lián)網(wǎng)概論、傳感器技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡技術(shù) （無線通訊）、物聯(lián)網(wǎng)上位機開發(fā)、RFID技術(shù)應用、物聯(lián)網(wǎng)中間件技術(shù)、 能設備應用開發(fā)（基于Android平臺）、物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品管理與維護[8]。

考慮到生物醫(yī)學工程專業(yè)的培養(yǎng)方案，去除掉兩個專業(yè)的交叉課程，并精簡部分課程，可以在現(xiàn)有課程體系結(jié)構(gòu)下，增設物聯(lián)網(wǎng)概論、網(wǎng)絡技術(shù)、數(shù)據(jù)庫管理、傳感器技術(shù)、嵌入式開發(fā)、RFID射頻及ZigBee組網(wǎng)技術(shù)等課程。同時可以在實踐環(huán)節(jié)，增設課程設計及開放性實驗。具體相見圖2的體系增設建議。

4 物聯(lián)網(wǎng)師資人才培養(yǎng)

物聯(lián)網(wǎng)實驗室及課程建設，不局限于配套設施完善和課程體系設計，建設物聯(lián)網(wǎng)實驗室的目的，關(guān)鍵在于如何有效的利用，而實驗室的利用主要是教師的課程實踐中實現(xiàn)的。物聯(lián)網(wǎng)作為一個新興學科，對教師的知識儲備和實踐能力都有極高的要求。教師只有通過不斷地學習、教學和科研實踐的積累才能對相關(guān)技術(shù)有深入理解進而提升應用能力。高校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教師應該多參加培訓、專家講座、 到企業(yè)參觀考察，通過多種途徑不斷學習提高。同時，也可以聘請一些來自企業(yè)的人才和行業(yè)專家作為兼職指導教師，以促進教師和學生實際應用能力的共同提高[9]。

該校的物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新實驗室是與北京精儀達勝科技有限公司采用校企合作的模式共同建設共同創(chuàng)建的。一方面是因為企業(yè)需要學校培養(yǎng)更多具備物聯(lián)網(wǎng)知識的生物醫(yī)學工程人才到公司工作；另一方也是因為實驗室建設初期，師資力量較為薄弱，選擇有技術(shù)實力的企業(yè)合作，教學方案設計更能體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應用前景和符合市場的需求，這樣既能使學生能夠?qū)W習到先進的物聯(lián)網(wǎng)應用技術(shù)并積累實踐經(jīng)驗，又能使教學信息與市場要求同步，符合產(chǎn)業(yè)對人才的要求[10]。

5 結(jié)語

隨著我國醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展，僅具備醫(yī)學知識的人才已經(jīng)很難社會的需要，如何培養(yǎng)既具備醫(yī)學知識又兼具工程知識的復合型人才日漸成為醫(yī)學生培養(yǎng)的發(fā)展方向。該文針對生物醫(yī)學工程專業(yè)的學生，詳細闡述了物聯(lián)網(wǎng)實驗室的建設過程，并提出一套較為詳盡的物聯(lián)網(wǎng)實驗課程體系設計方案，具有一定的現(xiàn)實意義和可行性。

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（收稿日期：2017-10-31）