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1、CPS技术与创客实践CPS Technologies and Maker Practice课程代码：学分：2学时：32 （其中：课堂教学学时：17实验学时：15上机学时：0课程实践学时：0）先修课程：C语言适用专业：全校各专业教材：无一、课程性质与课程目标（一）课程性质本课程是面向全校各专业学生的公共选修课程。信息物理系统（Cyber-Physical Systems, CPS） 代表了当前信息领域主流的应用架构，该架构在环境感知的基础上，深度融合了计算、通信和控制 能力，实现一套可控可信可扩展的网络化物理设备系统。掌握CPS中的核心技术，就具备了用信息 技术开发、服务各类工业应用的基本能力，
2、因此CPS技术教学是实施“新工科”教学的关键。创客 教育是CPS体系教育的落地点，创客教育中所包括的环境感知、机器人控制、网络通信、数据计算 与处理、应用软件开发等内容，正好对应了 CPS系统的感知、通信、计算、应用、控制各个层面, 因此以开放式的创客教育构建CPS系统，可以让学生全面掌握IT应用开发技术，理解信息技术与 现代新兴工业的融合。本课程以创客教育的形式实施CPS技术教学，其主要内容包括Arduin。下位 机开发教学、Windows上位机开发教学、移动应用开发教学以及团队式创新设计，通过实施本课程 的教学，能有效提升全校各专业学生的创新能力与“互联网+”能力，为进一步扩大各类创新竞赛
3、的 参加比例与参与水平奠定技术基础。（二）课程目标1.知识方面课程目标1.1：掌握CPS系统的概念、组成以及关键技术：课程目标1.2：掌握Arduin。开发技术，掌握环境感知与电机控制；课程目标13掌握Windows主机开发技术，掌握串口通信与网络服务封装；课程目标1.4：掌握Android移动开发技术，掌握远程调用Web服务；2.能力与素质方面课程目标2.1：能根据应用开发需求，选择开发技术以及开发工具；课程目标2.2：深刻理解CPS系统中感知、通信、计算、控制之间的关系；课程目标2.3：能够独立开发小规模的CPS应用；课程目标2.4：具备自我查找资料，解决软件开发中出现问题的能力：课程目标
4、2.5： 了解软件开发文档的撰写要求并能够按规范撰写；注：工程类专业通识课程的课程目标应覆盖相应的工程教育认证毕业要求通用标准;二、课程内容与教学要求（按章撰写）第一章绪论（一）课程内容LCPS系统概述。2 . CPS开发技术概述。3 .典型CPS应用案例。4 .创客概述及创客作品展示（二）教学要求1 . 了解CPS系统基本概念、组成结构；2 . 了解主流的CPS应用开发技术与工具；3 .能够从CPS架构角度理解行业应用案例；4 .理解创客行为及创客所需具备的基本素质（三）重点与难点1 .重点重点是CPS系统各组成层次之间的关系。2 .难点难点是CPS应用开发技术与工具很多，需要广泛阅读，才能
5、够掌握。第二章Arduino开发基础（一）课程内容1. Arduino开发环境配置。2. Arduino基本语法。3. 各类模拟、数字传感器的使用。4. 控制直流电机与舵机。5. Arduino中的网络通信.（二）教学要求1 .掌握Arduino工程结构与基本语法；2 .能够用Arduino实现环境感知与设备控制；3 .掌握与上位机的通信方法：（三）重点与难点1 .重点重点是掌握Arduino对各类传感器以及电机的控制；2 .难点难点是传感器种类较多，需要深入学习。第三章Windows主机开发基础（-）课程内容1 .C#基础教学。2 .用C#控制Arduino板。3 .基于 C#创立 Wcbs
6、crvicco4 .基于C#创立WCF应用。5 .基于C#构建语音处理应用。6 .基于C#构建图像/视频处理应用。（二）教学要求1 .掌握C#的开发环境配置以及基本语法；2 .能够用C#实现Arduino控制，并将其封装为Web服务来发布;3 .结合语音/图像/视频处理，初步了解如何提升应用的智能化；（三）重点与难点1 .重点重点是掌握用C#封装Web服务，为进一步实现Arduino的远程控制奠定基础；2 .难点难点是低年级本科生，计算机开发能力弱，这局部的开发技术要求相对较高。第四章Android开发基础（一）课程内容Android Studio 环境配置。1. Android工程结构。2.
7、 Android的布局设计与基本Widget编程。3. Android远程调用Web服务。4. Android 中的 Sqlite 编程。（二）教学要求.掌握构建基本Android工程的能力：1 .掌握Web服务调用，可以远程控制Arduino：2 .掌握Listview的界面数据展示以及数据源的获取；（三）重点与难点.重点重点是理解Android工程结构以及Web服务调用；.难点难点是Android系统的Widget较多，课堂不能逐一教学，需要课后花时间自学扩展。三、本课程开设的实践工程编号上机工程名称学时类型要求支撑的课程目标1小车走迷宫4综合必做2自主创意开发12综合必做注：1.“类型”
8、填验证性、综合性、设计性等；2.“要求”填必做、选做。上机1：小车走迷宫上机目标：综合运用Arduino的环境感知与电机控制来解决问题上机要求：每组（2人）提供一辆智能小车，地图上有多个叉路口，要求自行编程完成小车从起点正确走到终点。上机2：自主创意开发上机目标：综合运用卜位机、上位机、远程终端开发技术，解决某一领域的问题上机要求：学生团队自主提出课题，自行设计解决方案、搭建软硬件环境、完成相关实验/开发/测试、处理数据并总结结果。四、教学形式与学时分配章（按序填写）教学形式及学时分配主要教学方法支撑的课程目标课堂教 学实验上机课程 实践小计第一章、绪论1学时1学时讲授、实践1.1掌握CPS系
9、统的概念、组成以及关键技术：2.1能根据应用开发需求，选择开发技术以及开发工具：第二二、Arduino开发基础4学时4学时讲授、实践1.2掌握Arduino开发技术，掌握环境感知与电机 控制：2.2深刻理解CPS系统中感知、通信、计算、控 制之间的关系；2.4具备自我杳找资料，解决软件开发中出现问 题的能力：第三章、Windows主机开发基础6学时6学时讲授、实践1.3掌握Windows主机开发技术，掌握串口通信 与网络服务封装；2.1 能根据应用开发需求，选择开发技术以及开 发工具：2.2 深刻理解CPS系统中感知、通信、计算、控 制之间的关系;2.4 具备自我查找资料,解决软件开发中出现问
10、 题的能力：第四章、Android开发基础6学时6学时讲授、实践1.4掌握Android移动开发技术，掌握远程调用Web服务：2.1 能根据应用开发需求，选择开发技术以及开 发工具；2.2 深刻理解CPS系统中感知、通信、计算、控 制之间的关系；2.4 具备自我查找资料，解决软件开发中出现问 题的能力：实践环节一、小车走3学时3学时实践1.2掌握Arduino开发技术，掌握环境感知与电机控制；迷宫24具备自我查找资料，解决软件开发中出现问题的能力：实践环节二、自主创意开发12学时12学时实践2.1 能根据应用开发需求，选择开发技术以及开 发工具；2.2 深刻理解CPS系统中感知、通信、计和、控
11、 制之间的关系：2.3 能够独立开发小规模的CPS应用；2.4 具备自我查找资料，解决软件开发中出现问 题的能力：2.5 了解软件开发文档的撰写要求并能够按规范 撰写：合计17学时15学时32学时五、主要教学方法课程采用线上线下混合式教育，线下是课堂教学，学生在教师授课的同时可以同步操作，以及 根据教师给出的任务开展团队式自主创新；线上教育依托计算机学院在“学堂”网站已建设的“移 动互联网开发”课程（该课程中的移动远程控制技术，是本课程的局部教学内容），以及新建完成的 “物联网创客教育虚拟仿真实训系统”,利用这两个教育资源，学生可以课外自主学习移动开发技术、 物联网创新开发技术，并通过虚拟仿真
12、实验加深技术理解，体会创客技术在物联网产业创新中的应 用。线下的课程专用教室地点为计算机楼308室，由计算机学院专门建设用于本课程教学，有60个 学生座位，每个座位均具有电源和网线接口，便于学生在课堂上携带笔记本同步操作。六、课程考核考核形式考核要求考核权重备注平时大作业布置三次大作业，主要汇报课 程的三大局部学习内容；60%期末测试（工程设计和作品）学生2人为一个团队，以“互 联网”与其他行业的融合或者 “人工智能”为主题，自主构 思课题，提出设计方案，规划 实验或者仿真进行方案验证， 通过方案验证后完成课题开 发，学生须提交最终报告。40%合计100%注：1.分学期设置和考核的课程应按学期
13、分别填写上表。2 .考核形式主要包括课堂表现、平时作业、阶段测试、期中考试、期末考试、大作业、小 论文、工程设计和作品等。3 .考核要求包括作业次数、考试方式（开卷、闭卷）、工程设计要求等。4 .考核权重指该考核方式或途径在总成绩中所占比重。六、参考书目及学习资料（书名，主编，出版社，出版时间及版次）1. Banzi M. Getting Started with ArduinoM. Make:Books, 2008.2. Oxer J, Blcmings H. Practical Arduino: Cool Projects for Open Source HardwarefM/ Pract
14、ical Arduino : cool projects for open source hardware. Apress, 2010.3. Meier R. Professional Android 4 application development!M|. John Wiley & Sons, 2012.4. Firtman M. Programming the mobile webM. OReilly Media, Inc., 2010.5. Deitel P J, Deitel H. C# 6 for Programmers （6th Edition）M. Prentice Hall Press, 2016.6. Neuburg M. Programming iOS 5: Fundamentals of iPhone, iPad, and iPod touch Development!Ml. OReilly Media, Inc., 2012.七、大纲说明（内容可包括课程基本要求、习题要求及其它一些必要的说明）1 .采用教师讲授、学生同步操作的教学手段，以讲练结合为主，多种教学手段综合运用；2 .采用团队式开放设计，学生两人一组，自行完成设计、开发。2018年4月25日