摘要：针对物联网工程专业计算机组成原理课程在教学中面临的新问题，分析物联网工程专业的人才培养目标及物联网行业的特点，阐述面向物联网工程专业的计算机组成原理课程教学改革方法，提出基于分流培养模式的层次化教学内容设置方案。
关键词：物联网；计算机组成原理；分流培养；教学改革
中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2016）50-0103-02
一、引言
计算机组成原理课程是计算机类专业本科阶段最重要的核心基础课之一，在整个计算机类专业教学中起着重要的承上启下的作用。该课程对于学生完整地理解计算机系统的层次结构，系统地建立计算机整机的概念，培养学生对计算机系统分析、应用、设计及开发的能力，都具有非常重要的作用。目前，国内重点高校的计算机组成原理课程主要是面向计算机科学与技术、软件工程和网络工程等专业的学生，相关教学改革研究也主要是针对上述计算机类专业展开的，很少针对物联网工程专业展开计算机组成原理课程教学改革研究。然而，教育部自2010年批准设置物联网工程专业以来，国内很多高校陆续开设了物联网工程专业，我校于2014年也开设物联网工程专业。针对新开设的物联网工程专业的培养方案、人才培养目标及物联网行业的特点，有必要对计算机组成原理课程的教学改革展开新的研究，以使本课程更好地为物联网工程专业学生后m课程的学习打下坚实的基础。本文针对物联网工程专业的人才培养方案与人才培养目标，基于物联网行业的整体发展趋势和人才市场的需求，通过分析当前物联网工程专业的专业特点，并总结目前物联网工程专业在教学过程中存在的问题，构建适用于物联网工程专业的计算机组成原理课程的教学内容。在设置教学内容时把握内容的基础性和新颖性，既注重基础的、核心教学内容的完整性，又要考虑物联网工程专业的特点。同时，又要跟上现代计算技术的发展水平和实际情况，增加新进而实用的相关知识点。既要考虑教学内容的完整性，又要考虑到教学学时的有限性，设计部分培养和训练学生自主学习的内容，从而构建课堂学习与自主学习相融合的教学内容，最终形成一套基于分流培养模式的层次化教学内容。
二、物联网工程专业计算机组成原理课程面临的新问题
物联网工程专业以培养能够系统地掌握物联网的相关理论、方法和技能，具备通信技术、网络技术、传感技术等信息领域宽广的专业知识的高级工程技术人才。物联网涵盖了传感器技术、射频识别技术、嵌入式系统技术、数据库技术、通信技术、互联网技术以及云计算技术等，是一门具有涉及领域广、学科交叉性强和工程实践性强等特点的学科，物联网系统更是新一代信息技术的高度集成和综合运用。因此，面向物联网工程专业，本课程的授课内容还需要考虑以下二个方面的问题。
1.物联网工程专业对嵌入式相关内容有较高要求。英特尔构架事业部副总裁兼嵌入式与通信事业部总经理唐迪曼指出“物联网的核心基础：嵌入式”。指出物联网是嵌入式计算系统一种新的应用，比较传统的嵌入式系统应用，物联网应用的层次更加丰富和复杂，既有表现在传感层上的实时应用，还有在计算和网络应用层上的海量的数据处理和分析工作。物联网作为新一代信息技术的重要组成部分，是互联网与嵌入式计算系统发展到高级阶段的融合。嵌入式计算技术已经成为物联网行业的关键技术。然而，传统面向计算机科学与技术专业和软件工程专业的计算机组成原理的大部分内容是面向复杂指令系统计算机类而设置的，而面向嵌入式类的，如面向精简指令系统计算机类的授课内容几乎没有涉及。而我校物联网工程专业在本课程的后续课程中有很多与嵌入式相关的课程。
2.物联网工程专业的培养方案及前后课程设置与其他计算机类专业不同。随着半导体工艺技术的飞速进步和体系结构的不断发展，多核/众核处理机硬件日趋普及，使得昔日高端的并行计算机呈现出普适化的发展趋势，并行计算系统已成为各类计算系统的基础。然而，我校物联网工程专业的培养方案与计算机科学与技术专业的培养方案不同，在本课程之前并未设置汇编语言与接口技术课程，本课程之后也没有计算机系统结构、编译原理等课程。因此，需要结合物联网工程专业培养方案的实际情况，根据前后课程的设置来构建本课程的授课内容。例如，原先在计算机系统结构课程中介绍的新进技术，如多处理器、多核、流水线技术等有必要有取舍地引入到本课程中来。因此，我们有必要结合物联网工程专业的培养方案、人才培养目标和物联网的行业特点，对本课程的教学内容的设置进行进一步深入研究。
三、基于分流培养模式的层次化教学内容设置
在我校原有课程内容的基础上，我们借鉴了南京大学计算机系统基础课程的部分授课内容，同时结合物联网工程专业的人才培养目标和我校物联网工程专业培养方案，采用了“计算机组成与设计：硬件/软件接口”一书的部分内容，将本课程由原来的9个部分优化为7个部分，去除了原有课程中外部设备部分内容。并将原先第2部分（计算机中数据信息的表示）和第3部分（运算方法和运算器）的内容进行合并，弱化了运算部件设计部分的内容，此部分内容可在实验课程或后续计算机组成与设计课程中重点讲解。同时，将系统总线和输入输出系统进行了合并，并增加了异常控制流部分内容。优化后的授课内容如下：第1部分是计算机系统概述，第2和第3部分分别介绍高级语言程序中的数据和语句所对应的底层机器级表示，展示的是高级语言程序到机器级语言程序的对应转换关系，即数据的机器级表示与处理和指令系统；第4部分和第5部分着重介绍与程序的运行密切相关的硬件部分―中央处理器和存储器的组织，即中央处理器和层次结构存储系统；第6部分介绍打断程序正常运行的事件机制―异常控制流；第7部分主要介绍程序中I/O操作的实现机制。其中，每个部分又包含了3个层次：基础与核心、专业特色和新进技术和知识点强化。
1.基础与核心：本部分内容主要包括计算机系统最基础与最核心的内容，是本门课程重点讲授的内容，与原有课程的教学内容基本上相同，但结合物联网工程专业的培养需求，做了部分优化。
2.专业特色与新进技术：本部分内容结合物联网工程的专业特色，考虑了嵌入式计算系统在物联网应用系统中核心与基础地位，设置了部分以ARM和MIPS为实例的内容。同时，考虑到并行计算系统的重要性及我校物联网工程专业后续课程中没有计算机系统结构课程，引入了部分新进技术，如流水线方式下指令的执行和并行与存储器层次结构。
3.知识点强化：本部分内容贯穿整个教学内容，是训练和强化学生建立整机概念的重要环节。拟以高级语言程序的开发和运行过程为主线，将该过程中每个环节所涉及的硬件和软件的基本概念P联起来，以使学生建立起一个完整的计算机系统层次结构及其相互转换关系，并建立起整个专业课程之间的相互关系。同时，对指令在硬件上的执行过程和指令的底层硬件执行机制有一定的认识和理解，从而增强学生在程序的调试、性能优化、移植和健壮性保证等方面的系统能力，并为后续的相关课程打下基础。最后，考虑到课时的限制，我们设置了部分培养和训练学生自主学习能力的内容，主要包括数字逻辑电路、汇编语言、基于FPGA的数字系统开发基础等内容。
四、结束语
计算机组成原理课程的地位决定了合理设置本课程教学内容的重要性。在面向新开设的物联网工程专业时，需要考虑新专业的培养方案、人才培养目标以及物联网行业的特点，同时要考虑新技术的发展，并结合物联网专业学生的实际情况来设置合理有效的教学内容。
参考文献：
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关键词：网络管理与安全课程群；综合课程设计；项目角色划分；协同设计
中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1671-0568（2013）29-0094-03
作者简介：徐慧，女，博士，讲师，研究方向为网络与服务管理；邵雄凯，男，博士，教授，硕士生导师，教学副院长，研究方向为计算机网络、移动数据库技术和Web信息服务；陈卓，女，博士，教授，硕士生导师，研究方向为信息安全；阮鸥，男，博士，讲师，研究方向为网络安全。
作为一所地方工科院校，湖北工业大学（以下简称“我校”）目前面向本科生稳步推进“721”梯级、分类、多元人才培养模式改革：针对70%左右的本科生，以就业为导向，实施以培养实践动手能力为主体、创新创业精神为两翼的高素质应用型人才培养模式；针对20%左右的本科生，培养具有一专多能、湖北工业经济发展急需的复合型中坚人才；针对10%左右的本科生，扎实推进卓越工程师项目计划，培养高素质创新型的、未来湖北工业经济发展的领军人物。在这一背景下，网络工程专业与物联网工程专业在培养方案设置和修订的过程中，考虑利用科研平台、培训、竞赛等方式，切实加强实践环节的设计，进一步推进我校“721”人才培养模式改革，并以此为契机，进行培养和提高学生的创新精神和实践动手能力的教学改革与实践。本文旨在讨论网络工程专业与物联网工程专业的网络管理与安全综合课程设计的改革实践。
一、网络管理与安全综合课程设计的定位
按照“721”梯级、分类、多元人才培养模式改革思路，我校依据学科专业特点探索实施“实验教学――实习实训――毕业设计（论文）――创新教育――课外科技活动――社会实践”六元结合的实践教学体系。在这一实践教学体系的规划下，网络工程专业与物联网工程专业的人才培养方案都明确规定六大内容的基本要求和学分，并分为基础层次（基础课程实验、生产劳动、认知实习等）、提高层次（学科基础实验、课程设计、专业实习或生产实习、学年论文等）、综合层次（设计性实验及科研训练、学科竞赛、毕业实习、毕业设计或论文等）三个层次，从低年级到高年级前后衔接，循序渐进，贯穿整个本科生培养过程，旨在增强本科生的创新意识，提高他们的实践能力。
面向网络工程专业本科生的网络管理与安全课程群，主要包括“信息安全概论”、“应用密码学”、“计算机网络管理”、“网络防御技术”、“网络性能分析”和“网络安全编程与实践”这六门专业课程。在课程安排上，“信息安全概论”课程首先引入信息安全的基本概念和基本原理，包括消息鉴别与数字签名、身份认证、操作系统安全、数据库安全技术以及数据的备份与恢复等知识点；而“应用密码学”课程则介绍密码学基本概念、基本理论以及主要密码体制的算法与应用；更进一步，“计算机网络管理”课程以协议分析为导向讲授网络管理的相关理论，包括功能域、体系结构、协议规范、信息表示等知识点；“网络防御技术”课程以统一网络安全管理能力作为培养目标，阐述网络攻击的手段和方法以及网络防御的基本原理；在此基础上，“网络性能分析”课程着重讨论网络性能管理的理论与应用；“网络安全编程与实践”课程讨论网络安全编程实现的基本技术。值得注意的是，网络工程专业的网络管理与安全课程群建设成果，目前正在为面向物联网工程专业的相关课程体系设置与教学方法改革所借鉴。
网络管理与安全综合课程设计介于实践教学体系中提高层次到综合层次的过渡阶段，作为网络工程专业与物联网工程专业本科生第四学年实践能力培养的一个重要环节，有利于深入培养相关专业本科生的网络管理与安全综合实践能力。
二、基于项目角色划分的实施方案
为了培养网络工程专业与物联网工程专业本科生的工程实践能力，网络管理与安全综合课程设计实施过程的改革思路是：采用自主团队方式，选择并完成一个网络管理与安全项目。对于相关专业本科生而言，因为是自由组成团队，项目角色划分显得尤为重要。在这一背景下，提出基于项目角色划分的网络管理与安全综合课程设计实施方案。
网络管理与安全综合课程设计并不是要求本科生在短时间内便可以完成一个很大的网络管理与安全项目，主要是希望他们能够利用已有网络管理与安全课程群的知识基础，按照软件工程的思路合作完成一个规模适中的网络管理与安全项目，提高网络管理与安全综合实践能力。基于不太大的项目规模，网络管理与安全综合课程设计的项目角色划分与相应职责见表1。
三、网络工程专业与物联网工程专业的协同设计
作为一所地方工科院校，我校自2008年开始面向本科生开设网络工程专业，并于2012年面向本科生开设物联网工程专业，同时已获批“湖北省高等学校战略性新兴（支柱）产业人才培养计划本科项目”。网络工程专业与物联网工程专业虽然是两个不同的专业，却具有一定的关联性，如何保证网络管理与安全综合课程设计的实施方案对于这两个专业的协同设计，是专业改革实践过程中需要考虑的问题。图1给出网络管理与安全综合课程设计在实施过程中网络工程专业与物联网工程专业的协同设计方案：
如图1所示，网络工程专业的网络管理与安全综合课程设计的选题主要包括四个方向，即“信息安全与密码学”、“网络防御技术”、“计算机网络管理”与“统一网络安全管理”。其基本的选题思路在于帮助本科生熟悉常用的网络管理与安全编程开发包，并掌握网络管理与安全项目实践的基本技术，为将来从事网络管理与安全方面的研发工作打下一定的基础，各方向的参考选题见表2。
更进一步，较之网络工程专业，物联网工程专业具有更强的整合性与自身的特色，见图1，物联网工程专业的网络管理与安全综合课程设计的选题主要包括两个方向，即“物联网安全”与“物联网管理”，各方向的参考选题如表3所示。[1，2]
按照我校“721”梯级、分类、多元人才培养模式改革思路，作为实践教学体系中提高层次到综合层次过渡阶段的一个重要环节，网络管理与安全综合课程设计在改革实践过程中，考虑采用基于项目角色划分的实施方案，并尝试实现该方案在网络工程专业与物联网工程专业的协同设计，同时给出这两个专业不同方向的参考选题。
参考文献：
关键词：物联网培养模式校企合作与共建
中图分类号：G712文献标识码：CDOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2013.13.149
1行业背景
从“智慧地球”到“感知中国”，“物联网”成为全球瞩目的关键词，新生事物一旦出现，发展是势不可挡的。物联网是世界信息化发展新的推进，是互联网应用的推广和深化，是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮。目标是实现一个智慧化的世界，让生活更舒适、生产更高效。信息的交互，不再局限于人与人。预计到2023年，500亿个智能物体（smartthings）将连接到网上（人均6个），物联网试图实现人类居住空间的“可知、可思、可控”。可知，知道周围的情况；可思，能够对知道的信息进行智能化分析、综合与决策；可控，能够根据感知信息及智能分析对周围进行优化响应与影响。互联网把人类社会带入了“信息时代”，而物联网的使命则是要把人类带入“智慧时代”。
物联网作为国家十二五期间重点发展的新兴产业之一，近两年发展速度迅猛，在2012年，中国物联网产业市场规模达到3650亿元，比上年增长38.6%，预计至2015年，中国物联网整体市场规模将达到7000亿元，年复合增长率超过30%。各省都高度重视物联网产业的进展，把物联网相关产业和技术运用纳入省“十二五规划”，积极打造“智慧城市”。受政府政策推动作用的影响，国内已有50多个城市提出智慧城市建设，并有28个城市出台具体建设规划及行动方案，将进一步推动物联网的应用。
物联网产业规模巨大、带动力强，已成为国际新一轮信息技术竞争的关键点和制高点，物联网对加快转变经济发展方式具有重要推动作用，是国家战略性新兴产业的重要组成部分，国家《物联网“十二五”发展规划》确定了9个重点发展领域，分别是：智能工业、智能农业、智能物流、智能交通、智能电网、智能环保、智能安防、智能医疗、智能家居。物联网的发展，已经上升到国家战略的高度，必将有大大小小的科技企业受益于国家政策扶持，进入科技产业化的过程中。在深圳第十三届高交会上专家指出，物联网产值将为互联网30倍，未来人才需求量巨大。
目前，物联网产业市场特征总体处于起步阶段，规模化发展估计还有一段时间。物联网产业的发展不是单靠行业、教育、政府哪一方面能够推动的，必须是国家政府主导驱动产业发展、行业应用引导产业发展、公共服务行业（如安防、电力、交通、物流、医疗、家居）优先带动发展。物联网的发展，必将有大大小小的科技企业受益于国家政策扶持，进入科技产业化的过程中。市场力量正在加快进入物联网产业。
2物联网人才需求
产业规模的高速扩展必然带来人才的短缺。更何况物联网专业跨电子、通信、计算机等多个学科领域，寻找多学科都懂的高复合型人才难上加难。通过广泛物联网相关企业调研了解到，企业的技术开发人员仅占30%，需要大量的项目工程实施及维护人员。物联网人才资源紧缺，呈“金字塔结构”的人才资源结构，塔顶部分由领军人才、专业技术人员组成研发团队，底部是众多技术人员和技术操作人员组成应用、服务团队。因此，需要培养大量具有物联网技术能力、应用创新能力、跨专业的复合型人才。
随着全球范围内物联网的快速发展，物联网渐渐成为热门专业，也给教育带来了巨大机遇。截至2012年，全国本科已有近百所、高职有近70所开设，各类院校纷纷申报物联网新专业的情况还在继续，物联网教育市场逐渐变大、变热。
3物联网教育面临问题
信息技术的发展可以说是瞬息万变，也给计算机类专业的建设带来许多困难，人才培养方案总是不能完善、适应社会需求方面总是不尽人意。各类院校的物联网专业大都是计算机相关专业基础上开设的。计算机类专业目前存在的一些问题主要表现在：与市场接轨不够，人才培养定位不准，培养目标不突出。人才培养与市场要求有所脱节；培养学生社会认可度不够；教学实践环节差，技能训练不够；师资培训投入不够，师资培养缺乏针对性、连续性、有效性；理论水平、实践操作技能和工程实践能力有待提高；实验实训条件有待完善与加强；校企合作不够深入，多数局限于向企业输送“实习人员”；科研能力薄弱，科研没有起到推动专业发展应有的作用。
蒸蒸日上的物联网产业给物联网教育带来机遇的同时，也给物联网专业培养带来新的挑战。物联网应用是跨专业、跨学科、高难度、深层次的应用，需要计算机、电子电工、通信、自动控制、软件、管理工程等多个学科的融合。因此，物联网专业教育对师资要求高，由于跨专业，跨学科，需要学习、补充新知识，师资培养有一个较长周期。物联网工程实践性强，对实验设备要求高，学生培养成本高，培养成熟的技术人员周期变长。目前物联网专业教育处在四缺状态，缺教材、缺师资、缺设备、缺经验。
因此，高职物联网专业人才培养再按照传统模式，很难做到更好，并且需要投入巨大的人力物力。探索校企合作与共建的人才培养模式是势在必行。
4校企合作与共建模式
物联网人才的培养对物联网产业的发展具有重要的支撑和引领作用，而物联网行业对从业人员的专业和经验要求很高，物联网人才市场需求虽然很大，但综合人才却十分缺乏。为弥补物联网产业发展带来的人才缺口，需要培养大量具有物联网技术能力、应用创新能力、跨专业的复合型人才，为适应信息类物联网应用技术发展的需要，进一步加强校企合作，充分发挥双方各自的优势，实现互惠互利、资源共享，加快物联网人才的培养。
4.1共同制定人才培养方案
物联网应用领域广博、技术精深，各高职物联网专业的建设应该结合区域经济和学校自身特色，实施校企合作与共建人才培养模式。学校深入了解企业需求，进行广泛的物联网人才需求调研，校企共同分析岗位职业能力，抽取出高职学生能胜任的岗位职业能力，按照企业需求，校企双方共同制定物联网应用技术专业人才培养方案。
4.2共同参与培养过程
根据人才培养方案要求，确定教学实施安排。理论课原则上在校内由专职教师完成。校企共同实施实践教学部分；企业给学校师生提供实践实训机会；共同制订考核标准，对学生学习及实践技能进行考核。学生毕业后优先到该企业就业。
4.3校企共建实验室
整合教育资源，集中校内优势资源，优化教学资源配置，建立校外企业实践基地、校内技术公关研究室。校企共建物联网实验实训室，除满足专业教学外，重点突出学校自身特色和行业优势。协商物联网企业将部分体验设备放在学校，学校给企业冠名。企业不用占场地，学校还能用于教学。共建国内某行业领先水平的实验实训室，企业承揽相关项目时，可带客户来学校参观。也可以为教师、学生物联网创新应用提供实验支持。
4.4师资队伍共建
为培养工程实践能力强、具有创新能力、研究型工程师素质的教师队伍，学校定期组织老师参加物联网相关培训。安排老师到物联网企业锻炼是很好的举措；企业为学校提供机会让老师在企业挂职锻炼，并为企业发展建设提供规划策划、管理咨询等方面的服务，配合企业做好职工教育培训工作，提供新职工岗前技能培训、职工岗位技能培训、新技能新技术培训和技能大赛赛前培训等。学校可邀请或聘任企业的管理人员、专业技术人员担任特聘教授或实习指导教师，为学校专业建设、人才培养、课程改革等提供建设性意见。通过师资队伍共建，使老师能把握市场、提高科研能力和社会服务能力，也提高了企业员工的整体水平。
4.5共同组建科研创新团队
校企共同组建科研创新团队。学校选派优秀教师和业务骨干参与企业科研项目论证、技术援助和学术研讨。校企双方就有资源互补优势的研发项目开展联合攻关，并联合向政府有关管理部门申请相应的科学技术研究经费。
4.6共同实施企业项目
物联网产业的蓬勃发展，使物联网企业人力资源紧缺状况凸显，各种领域的物联网应用逐渐铺开，物联网工程实施人手不够。学校有丰富的人力资源，学校可选派老师和一些优秀的学生参与到企业的项目实施过程，独立承担或协助完成相应的任务。以项目的实施驱动校企合作的深入。为企业解决了廉价劳动力问题，学生、老师也得到了锻炼，对学校、学生、企业都是有益的。
5结束语