《CPS技術(shù)與創(chuàng)客實(shí)踐》課程教學(xué)大綱（本科）

1、CPS技術(shù)與創(chuàng)客實(shí)踐CPS Technologies and Maker Practice課程代碼：學(xué)分：2學(xué)時(shí)：32 （其中：課堂教學(xué)學(xué)時(shí)：17實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：15上機(jī)學(xué)時(shí)：0課程實(shí)踐學(xué)時(shí)：0）先修課程：C語言適用專業(yè)：全校各專業(yè)教材：無一、課程性質(zhì)與課程目標(biāo)（一）課程性質(zhì)本課程是面向全校各專業(yè)學(xué)生的公共選修課程。信息物理系統(tǒng)（Cyber-Physical Systems, CPS） 代表了當(dāng)前信息領(lǐng)域主流的應(yīng)用架構(gòu)，該架構(gòu)在環(huán)境感知的基礎(chǔ)上，深度融合了計(jì)算、通信和控制 能力，實(shí)現(xiàn)一套可控可信可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)化物理設(shè)備系統(tǒng)。掌握CPS中的核心技術(shù)，就具備了用信息 技術(shù)開發(fā)、服務(wù)各類工業(yè)應(yīng)用的基本能力，

2、因此CPS技術(shù)教學(xué)是實(shí)施“新工科”教學(xué)的關(guān)鍵。創(chuàng)客 教育是CPS體系教育的落地點(diǎn)，創(chuàng)客教育中所包括的環(huán)境感知、機(jī)器人控制、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)計(jì)算 與處理、應(yīng)用軟件開發(fā)等內(nèi)容，正好對(duì)應(yīng)了 CPS系統(tǒng)的感知、通信、計(jì)算、應(yīng)用、控制各個(gè)層面, 因此以開放式的創(chuàng)客教育構(gòu)建CPS系統(tǒng)，可以讓學(xué)生全面掌握IT應(yīng)用開發(fā)技術(shù)，理解信息技術(shù)與 現(xiàn)代新興工業(yè)的融合。本課程以創(chuàng)客教育的形式實(shí)施CPS技術(shù)教學(xué)，其主要內(nèi)容包括Arduin。下位 機(jī)開發(fā)教學(xué)、Windows上位機(jī)開發(fā)教學(xué)、移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)教學(xué)以及團(tuán)隊(duì)式創(chuàng)新設(shè)計(jì)，通過實(shí)施本課程 的教學(xué)，能有效提升全校各專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力與“互聯(lián)網(wǎng)+”能力，為進(jìn)一步擴(kuò)大各類創(chuàng)新競(jìng)賽

3、的 參加比例與參與水平奠定技術(shù)基礎(chǔ)。（二）課程目標(biāo)1.知識(shí)方面課程目標(biāo)1.1：掌握CPS系統(tǒng)的概念、組成以及關(guān)鍵技術(shù)：課程目標(biāo)1.2：掌握Arduin。開發(fā)技術(shù)，掌握環(huán)境感知與電機(jī)控制；課程目標(biāo)13掌握Windows主機(jī)開發(fā)技術(shù)，掌握串口通信與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)封裝；課程目標(biāo)1.4：掌握Android移動(dòng)開發(fā)技術(shù)，掌握遠(yuǎn)程調(diào)用Web服務(wù)；2.能力與素質(zhì)方面課程目標(biāo)2.1：能根據(jù)應(yīng)用開發(fā)需求，選擇開發(fā)技術(shù)以及開發(fā)工具；課程目標(biāo)2.2：深刻理解CPS系統(tǒng)中感知、通信、計(jì)算、控制之間的關(guān)系；課程目標(biāo)2.3：能夠獨(dú)立開發(fā)小規(guī)模的CPS應(yīng)用；課程目標(biāo)2.4：具備自我查找資料，解決軟件開發(fā)中出現(xiàn)問題的能力：課程目標(biāo)

4、2.5： 了解軟件開發(fā)文檔的撰寫要求并能夠按規(guī)范撰寫；注：工程類專業(yè)通識(shí)課程的課程目標(biāo)應(yīng)覆蓋相應(yīng)的工程教育認(rèn)證畢業(yè)要求通用標(biāo)準(zhǔn);二、課程內(nèi)容與教學(xué)要求（按章撰寫）第一章緒論（一）課程內(nèi)容LCPS系統(tǒng)概述。. CPS開發(fā)技術(shù)概述。.典型CPS應(yīng)用案例。.創(chuàng)客概述及創(chuàng)客作品展示（二）教學(xué)要求. 了解CPS系統(tǒng)基本概念、組成結(jié)構(gòu)；. 了解主流的CPS應(yīng)用開發(fā)技術(shù)與工具；.能夠從CPS架構(gòu)角度理解行業(yè)應(yīng)用案例；.理解創(chuàng)客行為及創(chuàng)客所需具備的基本素質(zhì)（三）重點(diǎn)與難點(diǎn).重點(diǎn)重點(diǎn)是CPS系統(tǒng)各組成層次之間的關(guān)系。.難點(diǎn)難點(diǎn)是CPS應(yīng)用開發(fā)技術(shù)與工具很多，需要廣泛閱讀，才能夠掌握。第二章Arduino開發(fā)基礎(chǔ)

5、（一）課程內(nèi)容Arduino開發(fā)環(huán)境配置。Arduino基本語法。各類模擬、數(shù)字傳感器的使用?？刂浦绷麟姍C(jī)與舵機(jī)。Arduino中的網(wǎng)絡(luò)通信.（二）教學(xué)要求.掌握Arduino工程結(jié)構(gòu)與基本語法；.能夠用Arduino實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知與設(shè)備控制；.掌握與上位機(jī)的通信方法：（三）重點(diǎn)與難點(diǎn).重點(diǎn)重點(diǎn)是掌握Arduino對(duì)各類傳感器以及電機(jī)的控制；.難點(diǎn)難點(diǎn)是傳感器種類較多，需要深入學(xué)習(xí)。第三章Windows主機(jī)開發(fā)基礎(chǔ)（-）課程內(nèi)容.C#基礎(chǔ)教學(xué)。.用C#控制Arduino板。.基于 C#創(chuàng)立 Wcbscrvicco.基于C#創(chuàng)立WCF應(yīng)用。.基于C#構(gòu)建語音處理應(yīng)用。.基于C#構(gòu)建圖像/視頻處理應(yīng)

6、用。（二）教學(xué)要求.掌握C#的開發(fā)環(huán)境配置以及基本語法；.能夠用C#實(shí)現(xiàn)Arduino控制，并將其封裝為Web服務(wù)來發(fā)布;.結(jié)合語音/圖像/視頻處理，初步了解如何提升應(yīng)用的智能化；（三）重點(diǎn)與難點(diǎn).重點(diǎn)重點(diǎn)是掌握用C#封裝Web服務(wù)，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)Arduino的遠(yuǎn)程控制奠定基礎(chǔ)；.難點(diǎn)難點(diǎn)是低年級(jí)本科生，計(jì)算機(jī)開發(fā)能力弱，這局部的開發(fā)技術(shù)要求相對(duì)較高。第四章Android開發(fā)基礎(chǔ)（一）課程內(nèi)容Android Studio 環(huán)境配置。Android工程結(jié)構(gòu)。Android的布局設(shè)計(jì)與基本W(wǎng)idget編程。Android遠(yuǎn)程調(diào)用Web服務(wù)。Android 中的 Sqlite 編程。（二）教學(xué)要求.

7、掌握構(gòu)建基本Android工程的能力：.掌握Web服務(wù)調(diào)用，可以遠(yuǎn)程控制Arduino：.掌握Listview的界面數(shù)據(jù)展示以及數(shù)據(jù)源的獲?。唬ㄈ┲攸c(diǎn)與難點(diǎn).重點(diǎn)重點(diǎn)是理解Android工程結(jié)構(gòu)以及Web服務(wù)調(diào)用；.難點(diǎn)難點(diǎn)是Android系統(tǒng)的Widget較多，課堂不能逐一教學(xué)，需要課后花時(shí)間自學(xué)擴(kuò)展。三、本課程開設(shè)的實(shí)踐工程編號(hào)上機(jī)工程名稱學(xué)時(shí)類型要求支撐的課程目標(biāo)1小車走迷宮4綜合必做2自主創(chuàng)意開發(fā)12綜合必做注：1.“類型”填驗(yàn)證性、綜合性、設(shè)計(jì)性等；2.“要求”填必做、選做。上機(jī)1：小車走迷宮上機(jī)目標(biāo)：綜合運(yùn)用Arduino的環(huán)境感知與電機(jī)控制來解決問題上機(jī)要求：每組（2人）提供一

8、輛智能小車，地圖上有多個(gè)叉路口，要求自行編程完成小車從起點(diǎn)正確走到終點(diǎn)。上機(jī)2：自主創(chuàng)意開發(fā)上機(jī)目標(biāo)：綜合運(yùn)用卜位機(jī)、上位機(jī)、遠(yuǎn)程終端開發(fā)技術(shù)，解決某一領(lǐng)域的問題上機(jī)要求：學(xué)生團(tuán)隊(duì)自主提出課題，自行設(shè)計(jì)解決方案、搭建軟硬件環(huán)境、完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)/開發(fā)/測(cè)試、處理數(shù)據(jù)并總結(jié)結(jié)果。四、教學(xué)形式與學(xué)時(shí)分配章（按序填寫）教學(xué)形式及學(xué)時(shí)分配主要教學(xué)方法支撐的課程目標(biāo)課堂教 學(xué)實(shí)驗(yàn)上機(jī)課程 實(shí)踐小計(jì)第一章、緒論1學(xué)時(shí)1學(xué)時(shí)講授、實(shí)踐1.1掌握CPS系統(tǒng)的概念、組成以及關(guān)鍵技術(shù)：2.1能根據(jù)應(yīng)用開發(fā)需求，選擇開發(fā)技術(shù)以及開發(fā)工具：第二二、Arduino開發(fā)基礎(chǔ)4學(xué)時(shí)4學(xué)時(shí)講授、實(shí)踐1.2掌握Arduino開發(fā)技

9、術(shù)，掌握環(huán)境感知與電機(jī) 控制：2.2深刻理解CPS系統(tǒng)中感知、通信、計(jì)算、控 制之間的關(guān)系；2.4具備自我杳找資料，解決軟件開發(fā)中出現(xiàn)問 題的能力：第三章、Windows主機(jī)開發(fā)基礎(chǔ)6學(xué)時(shí)6學(xué)時(shí)講授、實(shí)踐1.3掌握Windows主機(jī)開發(fā)技術(shù)，掌握串口通信 與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)封裝；能根據(jù)應(yīng)用開發(fā)需求，選擇開發(fā)技術(shù)以及開 發(fā)工具：深刻理解CPS系統(tǒng)中感知、通信、計(jì)算、控 制之間的關(guān)系;具備自我查找資料,解決軟件開發(fā)中出現(xiàn)問 題的能力：第四章、Android開發(fā)基礎(chǔ)6學(xué)時(shí)6學(xué)時(shí)講授、實(shí)踐1.4掌握Android移動(dòng)開發(fā)技術(shù)，掌握遠(yuǎn)程調(diào)用Web服務(wù)：能根據(jù)應(yīng)用開發(fā)需求，選擇開發(fā)技術(shù)以及開 發(fā)工具；深刻理解CP

10、S系統(tǒng)中感知、通信、計(jì)算、控 制之間的關(guān)系；具備自我查找資料，解決軟件開發(fā)中出現(xiàn)問 題的能力：實(shí)踐環(huán)節(jié)一、小車走3學(xué)時(shí)3學(xué)時(shí)實(shí)踐1.2掌握Arduino開發(fā)技術(shù)，掌握環(huán)境感知與電機(jī)控制；迷宮24具備自我查找資料，解決軟件開發(fā)中出現(xiàn)問題的能力：實(shí)踐環(huán)節(jié)二、自主創(chuàng)意開發(fā)12學(xué)時(shí)12學(xué)時(shí)實(shí)踐能根據(jù)應(yīng)用開發(fā)需求，選擇開發(fā)技術(shù)以及開 發(fā)工具；深刻理解CPS系統(tǒng)中感知、通信、計(jì)和、控 制之間的關(guān)系：能夠獨(dú)立開發(fā)小規(guī)模的CPS應(yīng)用；具備自我查找資料，解決軟件開發(fā)中出現(xiàn)問 題的能力：了解軟件開發(fā)文檔的撰寫要求并能夠按規(guī)范 撰寫：合計(jì)17學(xué)時(shí)15學(xué)時(shí)32學(xué)時(shí)五、主要教學(xué)方法課程采用線上線下混合式教育，線下是課堂

11、教學(xué)，學(xué)生在教師授課的同時(shí)可以同步操作，以及 根據(jù)教師給出的任務(wù)開展團(tuán)隊(duì)式自主創(chuàng)新；線上教育依托計(jì)算機(jī)學(xué)院在“學(xué)堂”網(wǎng)站已建設(shè)的“移 動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)”課程（該課程中的移動(dòng)遠(yuǎn)程控制技術(shù)，是本課程的局部教學(xué)內(nèi)容），以及新建完成的 “物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)客教育虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)”,利用這兩個(gè)教育資源，學(xué)生可以課外自主學(xué)習(xí)移動(dòng)開發(fā)技術(shù)、 物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新開發(fā)技術(shù)，并通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)加深技術(shù)理解，體會(huì)創(chuàng)客技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中的應(yīng) 用。線下的課程專用教室地點(diǎn)為計(jì)算機(jī)樓308室，由計(jì)算機(jī)學(xué)院專門建設(shè)用于本課程教學(xué)，有60個(gè) 學(xué)生座位，每個(gè)座位均具有電源和網(wǎng)線接口，便于學(xué)生在課堂上攜帶筆記本同步操作。六、課程考核考核形式考核要求

12、考核權(quán)重備注平時(shí)大作業(yè)布置三次大作業(yè)，主要匯報(bào)課 程的三大局部學(xué)習(xí)內(nèi)容；60%期末測(cè)試（工程設(shè)計(jì)和作品）學(xué)生2人為一個(gè)團(tuán)隊(duì)，以“互 聯(lián)網(wǎng)”與其他行業(yè)的融合或者 “人工智能”為主題，自主構(gòu) 思課題，提出設(shè)計(jì)方案，規(guī)劃 實(shí)驗(yàn)或者仿真進(jìn)行方案驗(yàn)證， 通過方案驗(yàn)證后完成課題開 發(fā)，學(xué)生須提交最終報(bào)告。40%合計(jì)100%注：1.分學(xué)期設(shè)置和考核的課程應(yīng)按學(xué)期分別填寫上表。.考核形式主要包括課堂表現(xiàn)、平時(shí)作業(yè)、階段測(cè)試、期中考試、期末考試、大作業(yè)、小 論文、工程設(shè)計(jì)和作品等。.考核要求包括作業(yè)次數(shù)、考試方式（開卷、閉卷）、工程設(shè)計(jì)要求等。.考核權(quán)重指該考核方式或途徑在總成績(jī)中所占比重。六、參考書目及學(xué)習(xí)資

13、料（書名，主編，出版社，出版時(shí)間及版次）Banzi M. Getting Started with ArduinoM. Make:Books, 2008.Oxer J, Blcmings H. Practical Arduino: Cool Projects for Open Source HardwarefM/ Practical Arduino : cool projects for open source hardware. Apress, 2010.Meier R. Professional Android 4 application development!M|. John Wiley & Sons, 2012.Firtman M. Programming the mobile webM. OReilly Media, Inc., 2010.Deitel P J, Deitel H. C# 6 for Programmers （6th Edition）M. Prentice Hall Press, 2016.Neuburg M. Pro