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一、引言
自2009年8月同志提出“感知中国”以来,物联网已成为国家战略新兴产业的重要组成内容。2013 年2 月,国务院提出了关于推进物联网有序健康发展的指导意见。物联网是继互联网之后的又一次信息技术浪潮,具有广阔的应用前景和难得的发展机遇。在教育领域,自2010年7月教育部批准30余所高校院系建设物联网工程专业以来,2011年,教育部又批准了27所高等院校设立物联网工程的申请;2013年4月,我校物联网工程专业获得教育部批准。在学科发展方面,中国电子学会物联网专家委员会、教育部电子信息与电气学教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会一直高度关注物联网及相关专业建设。全国高校物联网及相关专业教学指导小组组织高校在物联网专业的知识体系、课程体系、工程实践和人才培养等方面进行了一系列的探索,国内高校也根据自身的情况对物联网工程专业的课程体系进行了探索。作为国家倡导的新兴战略性产业,物联网备受各界重视,并成为就业前景广阔的热门领域,该专业主要就业于与物联网相关的企业、行业,从事物联网的通信架构、网络协议和标准、信息安全等的设计、开发、管理与维护,就业口径广,需求量十分大。但是,在众多高校积极申报的专业的同时也面临一个十分严峻的问题,物联网目前属于新兴产业,中国高校刚刚开始开设物联网工程专业,没有成熟的经验可以借鉴。本文通过分析物联网工程专业的知识体系、主要知识领域,提出了物联网工程专业课程体系的基本思路,以期为兄弟院校物联网相关专业课程规划抛砖引玉。[1]
二、物联网专业涉及的关键技术
物联网是互联网的拓展应用和网络延伸,它利用多种不同的感知技术对现实物理世界进行感知后,通过网络完成对数据的传输,然后进行数据挖掘、分析、决策,最终实现人与人、人与物、物与物之间的信息交流,最终达到对物理世界进行管控、决策的目的。因此,常规意义上物联网可以分为三个层次:感知层、网络层和应用层。[2]
1、感知层关键技术
感知层是物联网发展和应用的基础,RFID技术、传感和控制技术、 短距离无线通讯技术是感知层涉及的主要技术,主要负责物品的标识、信息感知采集。该层的关键技术包括:传感器网络、射频技术、传感器技术。
2、网络层关键技术
网络层将建立在现有的移动通讯网和互联网基础上,其主要功能是直接通过现有的互联网或移动通信网(如GSM、CDMA)、 无线接入网(WiMAX)、无线局域网(WiFi)、卫星网等基础网络设施,负责物联网感知层感知信息的接入、融合、交换与传递,是实现数据交互、物物相连的关键,在物联网三层架构中起到承上启下的作用。物联网最终将实现异质网络互联互通,因此通信技术将是网络层的核心技术,包括蓝牙、ZigBee、WiFi、GSM、CDMA、GPRS 等相关技术。
3、应用层关键技术
应用层对网络层传输过来的信息进行处理,主要由业务支撑平台、服务支撑平台、网络管理和信息处理等平台构成,共同完成对信息的分析、计算、存储、挖掘等处理操作,供决策者使用和决策。应用层核心技术包括中间件技术、云计算、海量数据存储、挖掘、检索以及虚拟技术等。
三、物联网工程专业核心课程构成
物联网是典型的交叉学科,涉及到网络工程、自动化、电子工程、计算机、通信工程、信息安全等多个学科。由于物联网产业涵盖面宽,应用广泛,所以物联网工程专业包含的知识点较多,课程涉及基础课模块、感知类课程模块、网络与通信类课程模块与数据处理与领域应用类课程模块。
基础类课程为:数理类课程,如高等数学、概率论与数理统计、线性代数、离散数学、大学物理等;电路类课程,如数字逻辑、电路与电子技术、高频电子线路等;程序算法类课程,如C语言程序设计、Java语言程序设计、数据结构与算法等。
感知类课程为:RFID原理及应用、传感器原理及应用、模式识别与状态监控、微机原理与接口技术、数据获取与信息处理系统等。
网络与通信类课程为:计算机网络、通信原理、物联网通信技术、无线传感器网络、短距离无线与移动通信网络、物联网数据库技术等。[3]
数据处理与领域应用类课程为:物联网工程导论、操作系统、嵌入式系统设计、物联网信息安全、海量数据存储、物联网工程设计与实施、物联网系统综合设计、移动应用开发、智能物流等。
四、物联网工程专业课程体系构建
物联网工程专业是以应用为驱动的专业,专业人才的培养根据专业共性和我校其他相关优势专业的特点,以达到能服务区域经济发展为目的。因此我校物联网工程专业确立了以智能物流和智能家居两个应用方向,在后期应用类课程突出物联网技术在这两个方向的工程应用,且物联网专业建设要紧密联系社会、学生、专业发展的需求,统筹兼顾其“专业新、对应产业链长、相关技术门类差异大”的特点,深入研究,准确定位,根据计算机类专业工程教育关于课程体系的总体要求和专业的目标定位设置科学的课程体系,注重课程体系的交叉融合。本专业将相关主干学科的核心课程和专业课程统筹结合,与物联网专业知识体系相对应,将专业课程按照以上不同类型进行了梳理,制定出了初步的课程体系,具体层次关系如图1所示。
图1 物联网工程专业课程体系结构图
五、结束语
物联网工程专业是面向国家战略性新兴产业发展的需要而设置的,作为为国家培养人才的高校,应站在国家发展战略的视野来看待专业建设。根据本文提出的物联网的技术体系、培养目标和课程体系,我校在物联网工程专业的建设过程中,高度凝炼专业特色,认真把握本专业综合性强,学科交叉等特点,加强师资队伍和实验室等建设,改革人才培养方案,强化实践教学,以推进物联网工程专业建设与人才培养。
参考文献
[1]吴国民.地方工科院校物联网工程专业人才培养的研究[J].现代计算机.2011(07):35~37
[2]马忠梅,孙娟,李奇.物联网工程专业课程体系与实践探讨[J].单片机与嵌入式系统应用,2011,(10):1~4.
近些年来计算机专业毕业生存在“就业难”的现象,很大一部分毕业生就业不是在自己的专业方向,另一方面相关的企业招不足需要的人才,存在着供需结构性失衡。国内外各类涉计算机专业的高校和学术团体都在积极探索计算机专业人才培养模式的改革,但由于受传统教育思想以及教学计划和本专业理论体系的影响,制订的专业教学计划仍然没有脱离原课程体系的框架,既要培养学生较强的实践能力,又要有完整的知识体系,使得一些理论深、难度大的课程在教学计划中仍占有较大的比重,一些应用性较强新兴发展的课程难以全面进入教学计划。这样一来造成了既没有达到让学生理论扎实又没有培养好熟练的实践能力,从而出现了一方面社会对计算机专业人才的大量需求,而另一方面大量的计算机专业的毕业生无法找到在本专业工作的机会。同时大学的各个专业都把计算机课程列为基础课程,计算机专业毕业生不再具有多大的专业优势。这些都对计算机专业的发展构成了挑战。
一、计算机专业面临的挑战
随着我国高等院校的数量逐年增加,在校生总数达到前所未有的数量,设有计算机专业的学校已经从20世纪60年代的50余所发展到今天的近千所,建立软件专业的学校600多所。除了计算机系(学院)外,很多学校还建立了软件职业学院、网络学院、信息工程学院等院系。随着信息技术在各行业的应用,极大地推动了人们学习计算机技术的热情,同时也给计算机专业带来巨大的挑战,信息技术的全球化,使得各国纷纷在信息产业的各个方面抢占技术制高点,谋划布局新的技术创新点。挑战催生动力,创新获得优势。在此形势下,迫使我们努力思考:计算机专业如何改变以适应发展带来的挑战?
二、物联网技术给计算机专业发展带来的新机遇
物联网的概念是在1999年提出的。IOT(The Internet Things)也就是“物物相连的网络”。“物联网”是在“互联网”的基础上,将其用户端延伸和扩展到任何物品和物品之间,进行信息交换和通信的一种网络。通过射频识别、红外感应、全球定位系统、激光扫描、各种传感器等信息感知设备,按照设定的协议,把任何物品与互联网相连接,进行信息传输、计算、处理、知识挖掘,以实现智能识别、定位、跟踪、监控和管理,达到对物理世界实时感知控制、实时管理和科学决策的目的,实现人与人、人与物、物与物之间的信息交互和无缝连接。
物联网技术作为我国国家新型战略产业的一项支撑技术,相关的研究活动和产业应用已经成为企业研究应用的一个热点。各高校也积极设置、建设相关的专业,“物联网工程”、“物联网技术”、“物联网应用”、“传感网技术”、“智能电网”等涉物联网的相关专业应运而生,同时还有很多的院校正在积极筹备和申请进入这个行列。
物联网技术涉及的原有专业非常多,有计算机,电子、传感器,自动化,自动控制、通信等等,还有相关的行业应用特点,使得物联网技术成为一个涵盖面广,应用广泛的一个大领域。而计算机专业20多年的发展使得其变成了一个常规专业,基本上90%以上的院校都有计算机相关专业,99%以上的院校都有计算机课程。计算机专业的毕业生风光不再了,生源萎缩了,计算机专业如何在物联网大发展的形势下,进行创新获得新的生机与活力。需要将计算机专业特点和物联网的知识体系联系起来,找准自身定位,立足学生的长远发展,进行课程创新,教学计划更新。物联网工程导论是一门物联网技术的导入课,以宏观的应用视角对物联网技术的特点、发展、应用、展望进行论述,可以作为计算机专业的一个扩展,为进入物联网研究作导入。
三、物联网工程导论的课程特色
物联网工程导论课程的综合性强。作为典型的交叉学科,物联网工程导论涉及的概念、原理、技术众多,涉及计算机、通讯、电子、自动化的多个学科,具有很强的综合性。其理论体系中很多应用原理都牵涉到复杂的学科联系,很多概念也较宏观 ,这在教学上对教师的知识面要求很高。
但在强调物联网工程导论的融合背景的同时,应该看到它又是一门理论和应用关系十分密切的综合性很强的课程 , 与计算机技术有着密不可分的联系,具有较强的实践性。要求学生不仅应该知道课程所涉及内容的来源和背景 , 掌握该课程的基础知识和基本技能 , 同时还要求学生能够应用所学理论通过设计编程实现,比如在课程中学习的多种编码方法,都需要编程实现。
于此同时,物联网工程导论课程内容与很多计算机专业课有着紧密的联系,如互联网络、传感器、自动控制、数据挖掘等内容,它的发展具有深厚的信息技术基础,广泛应用于工业、农业、安保、智能家居、军事等领域。物联网不是互联网的简单接入和应用,它将催生很多具有“计算、通信、控制、协同和自治”特征的智能设备和应用,必将引发计算机、网络与信息技术在更大范围更多领域更深层次的应用,带动广泛的学科交叉与融合,为计算机与信息技术的研究与发展提供更大的空间。
四、教学方法研究与设计
(一)强调学科背景,激发学习兴趣
物联网工程导论课程中运用了大量的计算机知识以及广泛的应用前景,有众多现实的应用例子,接受起来比较容易。很容易通过现实例子和应用展望激起学生的学习兴趣。此外,由于物联网工程导论所阐述的内容基本都是宏观概念,部分学生在学习的过程中,会下意识地觉得物联网太大,是搞科学研究人员学习的内容,对就业没有什么太大的作用。这势必会影响到学生正常的学习态度,从而影响整个课程的学习效果。
因此,我们设计在第一次课时,结合物联网的学科特点以及与计算机的联系,强调随着通信和网络技术的发展 , 人类已进入了信息化的社会, 大学生需要具有全面信息观念和较好的信息处理能力,物联网工程导论正是信息技术发展的前言。因此 , 学好这门课程就显得尤为必要和重要,从而让学好这门课程成为大学生自觉的行动。
(二)因材施教,打通学科联系
物联网工程导论目前主要是针对计算机相关专业大三的学生开设,此时的学生电路、数据结构等课程已于大二上全部学习结束,与物联网工程导论同时开设的是一些专业课程,如网络工程、信息系统等。如果这时过于强调物联网工程导论中的理论知识,一方面,由于学生对理论课程的学习早已结束,部分知识已经淡忘,另一方面,刚开始接触计算机的专业课程,兴趣难免转移。为此,针对学生特点,对授课内容做了如下调整:
首先由于物联网工程导论涉及的内容很多、逻辑性很强,必须合理地筛选授课内容。在侧重基本概念、基本原理和基本方法原则指导下,重点讲授基础的或者带有普遍意义的知识点。在教学的过程中注意将授课内容与计算机学科联系,如算法对程序设计的作用,施工技术对网络性能的影响等。
其次强调概念、理论的物理意义,联系应用以培养学习兴趣。由于本课程的理论是通过多门学科交叉而来的,过度关注理论往往会使得学生感觉抽象、枯燥,渐渐造成学习兴趣的下降。针对这种情况,应在保证基本概念以及简单理论说明的前提下,淡化学科区分和界限,强调融合应用。同时增加课堂演示性实验和课后实验环节来保证学生对课程知识的理解。
(三)创新教学手段,培养学生职业技能
著名《学会生存》一书中指出:教育既有培养创造精神的力量,也有压抑创造精神的力量,这就说明了教学方法,对学生的学习效果的重要性。为此在物联网工程导论的授课过程中,除了采用传统的老师讲,学生听的授课方式,更注重发挥学生的主体作用,采用了自主学习、课堂讨论、小组研究、企业参观等手段。
如:对于RFID模块开发,首先由授课老师开发一个案例进行演示讲解,进行学生分组,布置开发作业在课后进行分析开发,然后再在课堂上分组上台进行展示解说 , 并让下面的同学提出问题 , 在互动的过程中加深对该RFID模块开发的理解,最后布置课后实践,要求学生全部会简单开发。通过自学、讨论、实践三个环节,使得学生们的学习热情很高, 纷纷花大力气查阅相关资料,积极讨论,学生的积极性得到空前激发,对所学内容有了较深的理解。
五、结束语
物联网工程导论是物联网专业的一门基础课程,也是最近几年快速发展的一个课程,笔者从计算机专业的特点以及物联网的快速发展的现状,分析了该课程的特点,从教学内容,教学方法、教学手段、学生职业能力培养、学生创业能力等方面阐述了自己的思考体会,期望能对计算机专业的发展做一些专业扩展,使计算机专业的学科建设适应社会对信息化的需求。
参考文献:
作者简介:桑潇(1985-),女,山东寿光人,天津科技大学计算机科学与信息工程学院,研究实习员。(天津 300222)
基金项目:本文系天津市普通高等学校本科教学质量与教学改革研究计划批准“十二五综投”建设专业教改项目“依托优势学科构建行业特色鲜明的物联网专业应用型人才培养模式”(项目编号:C03-0809)的阶段性研究成果。
中图分类号:G645 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)13-0176-02
以互联网技术为基础进行延伸和扩展,能够实现任何物品之间的信息交换和通信的物联网,是新一代信息技术的引领者和国家重点支持的战略性新兴产业。从物联网的技术架构上看,主要包括感知层、网络层和应用层。感知层主要是利用传感器、射频识别技术(RFID)等获取和采集物体的信息;网络层主要是传递和处理所获取的信息;应用层主要是通过与不同行业需求相结合实现其智能化应用,因而物联网的行业特性主要是通过其在不同行业的应用体现的,我国的《物联网“十二五”规划》中提出了智能农业、工业、物流、交通等九个物联网示范产业。综上所述,物联网是一个融合了传感器、通信、嵌入式系统、网络等多个技术领域,横跨多个产业的新兴产业。[1]
物联网专业多学科交叉的特点决定了物联网产业所需的高级工程应用型人才既要具有宽基础、强实践等普通理工科专业人才要求的素质,还需掌握不同应用领域的知识,成为理论基础扎实、实践应用能力强、掌握多学科知识的复合型专业人才。
一、我国高校物联网相关专业的发展现状
2010年初,教育部允许高校进行物联网相关专业申报后,经过层层筛选,共有37所高校获批设立物联网相关专业,主要包括“物联网工程”、“智能电网”和“传感网技术”专业,除了个别高校设置“智能电网”和“传感网技术”专业外,其余多数高校开设了“物联网工程”专业。在第一批高校获批之后,其他高校也陆续加入了申报物联网相关专业的行列中。
此外,各高校也以不同形式积极推进物联网相关专业的发展,例如北京邮电大学与无锡的产业合作以及南京邮电大学成立的首家物联网研究院等都积极推动了物联网在各高校的专业发展。
虽然国内各高校都积极致力于物联网专业的申报和建设,但它们大都存在配套教材建设滞后、师资力量薄弱、实验室配套设施不完善等问题,[2]尤其是物联网相关专业建立时间短,精通多学科相关技术人才匮乏,成为物联网专业建设和发展的主要制约因素之一。我国首批获准设立物联网相关专业的三十多所高校大都推迟招生的一个重要原因就是师资力量薄弱,缺少相应的师资队伍支撑整个专业的发展。因此,建立一支结构合理、融合多学科门类知识、实践应用能力强的师资队伍成为物联网专业发展亟待解决的问题之一。[3]
二、高校物联网相关专业师资队伍的建设特点
由于物联网本身的特点和其人才培养目标的特殊性,物联网师资队伍的建设既要体现一般工程应用专业理论基础扎实、实践应用能力强的特点,又要符合专业自身的发展规律,具体来说物联网师资队伍的建设具有以下特点:
1.融合多学科,突出行业特色
依据专业发展定位和人才培养方案,融合多学科的专业人才和优秀教师,这是物联网多学科交叉的内在要求。由于物联网应用领域范围广,横跨众多产业,高校无法全部涉猎,将物联网相关专业的发展与学校优势学科相结合,依托优势学科雄厚的师资力量,整合跨学科的专业人才和优秀教师,突出专业建设的行业特色,可以使专业发展的定位更加明确,人才培养方案的制订更加具有针对性,提升在高校中的竞争优势。例如农业大学可以致力于智能农业方面的开发与研究,邮电大学可以从事物联网技术在通信工程方面的应用开发。
2.注重应用意识,培养实践能力
由于物联网相关专业的人才培养目标是高级工程应用型人才,因而对教师的实践应用能力提出了更高的要求,有学者认为物联网作为应用性极强的学科,必须建立品牌化的师资队伍,除了传授基础理论知识外,更要注重从应用入手培养企业和社会需要的人才。
3.外引内培并举,师资结构多元化
各高校物联网专业的建立时间短、师资水平要求高、人才稀缺,新专业师资队伍的建设大都处在摸索阶段,想要建立与高级工程人才培养相适应的物联网师资队伍,需要各高校在结合自身实际情况的基础上依据物联网学科的特点组合和优化师资队伍结构,按照“用好现有教师队伍,引进高层次物联网人才,吸收工程技术人员,整合多学科优秀师资”的思路,[4]多渠道引进高层次、具有实践经验的急需人才,培养和提升现有师资,使物联网多元化的师资队伍建设更加符合专业建设和人才培养需求。
三、物联网专业师资队伍的构建
1.多渠道外引,改善师资力量薄弱现状
由于物联网的一些关键支撑技术如传感器、两化融合、云技术等尚处在发展阶段,因而在物联网相关专业的课程设置中除了部分课程,例如网络层中的大部分知识可以沿用传统网络工程的知识内容外,许多关键技术和理论知识需要重新进行课程规划与配备相应的专业教师,而单纯依靠高校现有的师资力量显然无法满足新专业的发展需求,这就需要通过多渠道引进具有实践经验的物联网人才促进新专业的建设和发展。
(1)引进高层次人才,发挥其在教师团队中的核心引领作用。物联网作为一门综合性、交叉性、应用性较强的学科,其人才匮乏的一个重要原因在于缺少能将多种新技术进行融合和聚合的高级人才,但各高校并不缺少精通单项技术的教师和学者,因而通过引进精通物联网多种技术的高层次人才,并以此为核心整合现有教师队伍中擅长物联网不同领域的人才,可以形成集体协作的教师团队,推动物联网相关专业的建设和科研项目的集成创新。以天津科技大学计算机科学与信息工程学院为例,学院除了创造优越环境引进“海河学者”等高层次人才培养物联网相关专业的带头人外,还聘请物联网领域的专家和学者参与专业培养目标、课程设置、培养方案等的制订,在物联网师资队伍的建设中起到了核心领导作用,并通过整合教师团队提升了凝聚力。
(2)深化校企合作,注重团队的引进,提高师资队伍的工程实践水平。由于现阶段工程应用人才的实践操作能力与企业需求存在较大差距,尤其是物联网作为新兴产业人才缺口较大,根据教育部信息中心的数据统计,仅智能农业一项,物联网的人才需求上千万,[5]这种状况使部分企业关注的焦点不再局限于成熟型人才,而是通过企业项目团队与学校的交流合作培养企业需要的人才,按照统筹规划和企业实际情况,团队中的工程技术人员灵活确定时间来校授课和进行研究合作。此种方式既能提高工程应用型人才的教育质量,也能帮助企业在较短时间内培养其所需要的人才。
以校企合作为平台,以团队形式引入企业的高级工程人才,创新了智力引进模式,易于形成人才集聚效应,从而提高师资队伍的整体水平。以天津科技大学为例,近两年通过与IBM、甲骨文公司的合作,探索与企业项目团队合作,形成了相对稳定的兼职教师队伍,带动了师资队伍实践能力的提高,推动了学科整体建设,培养的人才的工程应用能力有了不同程度的提高。
(3)依托优势学科,整合物联网师资队伍结构。物联网行业特性主要体现在不同行业领域中的应用,因此在众多高校争相设立物联网专业的竞争中,依托学校优势学科突出行业特色,定位好专业发展方向,避免学科重复建设,才能使专业人才的培养更具优势和特色,提升毕业生的社会竞争力。
以天津科技大学为例,食品工程与生物技术学院拥有教育部重点实验室和研究中心以及国家级教师团队,依托这些优势学科和教学资源探索物联网技术在食品安全、食品溯源等方面的推广应用既可以通过学科交叉融合拓宽培养方向,又能够顺应国家《食品工业“十二五”发展规划》中提出的利用物联网技术,推进关于食品安全的可追溯体系建设的发展战略,服务社会经济的发展。因而在物联网相关专业培养方案的制定中,学校增加了食品与文化等特色课程,引入本校食品安全领域的专家为学生授课,统筹协调师资,优化了物联网师资队伍的结构。
2.机制化内培,提升现有教师队伍的素质和水平
多种渠道引进物联网领域的人才在一定程度上带动了高校相关专业师资水平的提高,但由于物联网产业的高端人才和专家目前处于稀缺状态,短时间内大量引进存在一定困难并且伴随相应的人力资源成本和风险,因而需要在创造优越环境吸引人才的同时注重现有师资队伍的培养和水平的提高。
(1)依托地区产业资源优势,增加教师基层实践经验,提高工程实践能力。与高校专业发展时间短的状况不同,物联网多种技术的开发和应用在一些科研院所与重点企业中则相对成熟。1999年我国中科院就启动了物联网核心传感网技术研究,是目前世界上少数能够实现产业化的国家之一。以天津滨海新区为例,《天津市物联网产业发展“十二五”规划》将滨海新区物联网产业示范区作为重点发展的特色产业基地,聚集了大唐、中兴等物联网领军企业和研发中心。天津科技大学作为滨海新区唯一整建制普通高等院校,依托滨海新区物联网产业资源优势,派遣教师深入企业实践,联合企业加强共性技术研究,增加了教师的工程实践经验。为了保障师资队伍工程实践能力的不断提高,学校将企业实践作为一项长效机制对教师进行考核,从制度上予以保障。
(2)选拔优秀青年教师系统深造,培育专业骨干和带头人。物联网师资队伍的构建不仅要重视内部结构的优化及整体水平的提高,更要关注专业带头人和骨干教师的培育,尤其是青年骨干教师的培训和系统深造,可以为专业建设储蓄后备人才资源,提供不竭的发展驱动力。通过选拔专业素质过硬的教师与其他高校、科研机构的交流合作,为青年骨干教师的培养搭建平台,鼓励青年教师开辟新的研究领域或承担新的研究课题,这也是突破物联网高级人才匮乏瓶颈的重要途径之一。
四、结束语
物联网作为战略新兴产业和信息时代的最终发展趋势,将对未来社会生活的各方面产生重要影响。为了抢占竞争优势,各高校争相设立物联网相关专业,但专业师资匮乏成为目前制约物联网发展的关键因素。通过多渠道外引、机制化内培,建立行业特色鲜明的物联网师资队伍,一方面可以使师资队伍的建设符合物联网专业建设的特点,符合社会经济发展的需求,另一方面可以突出行业特色,实行错位竞争,避免学科重复建设和资源浪费,提升社会竞争力。
参考文献:
[1]谢晓燕.物联网行业发展特征分析[J].企业经济,2012,(9):98-101.
[2]熊聪聪,畅卫功,刘尧猛,等.物联网技术下计算机网络工程专业建设的探讨[J].中国轻工教育,2012,(4):9-11.
[3]王红旭,孙玉宝.论物联网在高校的发展前景[J].现代计算机,
2 物联网工程专业的研究内容
2.1 物联网的体系结构
物联网的概念是1999年美国Auto-ID中心首先提出的,最初的定义是通过射频识别等信息传感设备把所有物品与互联网连接起来,实现智能化识别和管理。现在普遍认为物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体,让所有能够被独立寻址的普通对象实现互联互通,具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化特征的网络。从物联网的定义可以看出要实现物联网需要具有感知、通信与计算能力的智能信息传感设备等实现全面感知,借助现有的互联网和电信网来进行数据的可靠传输,以及数据的智能处理,进而实现人与人、物与物、人与物之间的互联互通和智能信息服务。物联网的体系结构可以根据信息生成、传输、处理和应用划分为4个层次:感知识别层、网络层、管理服务层和综合应用层。其中感知层是物联网信息的来源,包括各种类型的传感器、RFID标签和读写器、智能手机、智能家电以及智能测控设备等;网络层实现数据的传输,包括有线和无线网络的接人层、会聚层和核心交换层;管理服务层实现数据存储、处理的和智能决策服务等,包括中间件、数据存储与处理、数据挖掘与智能决策等;综合应用层实现不同行业的综合应用,包括智能物流、智能电网、智能交通、智能环保、智能医疗等。物联网4层体系结构如图1所示。
2.2 物联网关键技术和研究内容
由物联网的4层体系结构图可以看出:感知层是物联网应用的基础,位于物联网应用的最底层,也是物联网区别于传统互联网的重要方面之一。感知层主要涉及RFID技术、无线传感器网络和控制技术、短距离无线通讯技术等主要关键技术。物联网的应用层与具体的应用领域不同存在很大的差异,需要根据具体的应用来设计。物联网网络层的数据传输技术、无线通信技术以及管理服务层涉及的数据存储、云计算、数据挖掘等各种支撑技术都是物联网应用和研究过程中涉及的主要技术和内容。
由于物联网的研究内容比较宽泛而且涉及多学科的交叉,开设物联网相关专业的高校现有学科基础、专业设置以及研究内容的侧重点都会有所不同,因此在物联网工程专业的课程设置以及培养方案方面会存在的一定的差异。由物联网的4层体系结构,可以根据实际情况对物联网工程专业设置不同的研究方向,如电子技术和嵌入式技术基础较好的高校可以侧重于感知层设计和应用,计算机技术基础较好的高校可以侧重于物联网应用层和信息服务层,网络技术和通信技术基础较好的高校可以侧重于网络层和管理服务层,还有各相关交叉专业设置较为全面、研究基础较好的高校则可以在物联网的各层都平衡发展。具体设置什么样研究方向和培养方案,各高校需要根据自身的学科专业基础和特点以及高校的行业背景,设置具有自己特色和优势的培养方案和侧重研究方向。安徽理工大学是一所具有煤炭行业背景和医学特色的理工类高校,目前设有相关的专业有:计算机科学与技术、电子技术与仪器、网络信息安全、自动化、电子信息工专业提供论文写作、写作论文的服务,欢迎光临dylw.net程、通信工程、电气工程及其自动化等,具有较好的相关专业建设基础,尤其是面向煤矿自动化和信息化应用领域有着较强的优势。因此,基于学校的行业背景和专业基础现状,物联网工程专业的侧重点是物联网的感知层设计和应用,兼顾管理服务层的相关技术研究,如中间件等。重点应用领域是矿山物联网以及智能移动医疗,结合现有的网络信息安全和计算机科学与技术等相关专业,制定符合学校实际和充分利用现有教学资源的物联网工程专业的培养方案。
3 物联网工程专业培养目标和课程设置
3.1 物联网工程专业培养目标
在高等学校本科人才培养目标的前提下,根据物联网专业的研究内容和市场需求定位,物联网工程专业培养目标是:具有宽厚扎实的基础知识,系统地掌握物联网的相关理论、方法和技能,具备网络技术、传感技术、射频识别技术、嵌入式技术、通信技术以及计算机技术等信息领域宽广的专业知识,具有综合运用所学知识解决物联网中信息获取、传输、处理问题的能力,能够从事物联网的通信架构、网络协议和标准、无线传感器、电子标签射频识别、信息安全等产品及系统的科学研究、工程设计、产品开发、技术管理与设备维护等工 作。
通过相关课程的学习,掌握必需的传感器、电子、通信、单片机、RFID技术等知识和专业技能;掌握基本物联网节点、网关、网络协议栈,有线和无线网络技术原理,无线自组织组网、有线和无线网络拓扑以及网络安全技术等基础理论和关键技术;熟练并系统地掌握物联网应用系统集成、物联网硬件与软件设计、互联网应用等,具有综合应用所学知识解决物联网工程中实际问题的能力,包括:工程设计、设备制造、网络运营和技术管理中的实际问题等能力;掌握基于无线传感器网络的物联网业务的开发、测试、推广等知识,具有较强的综合应用信息网络相关知识解决问题的能力、综合试验能力与工程实践能力;熟悉矿山物联网的架构、应用环境和关键技术,并能够进行系统设计和开发;熟悉物联网在智能医疗领域的应用技术,并在现有医院信息系统的基础上,进行移动医疗的智能终端、医疗传感设备、中间件、数据存储、应用系统的设计和开发等。此外,还应具有较强的创新意识、创造性思维能力,能综合运用多学科知识、技术和现代工程工具,将所学内容应用到其他行业和应用领域。
3.2 物联网工程专业课程设置
由于物联网工程专业是综合多学科的新兴专业,在课程的设置和教学内容的安排上还不够成熟和稳定,还处于探索阶段。需要根据专业培养目标和实际教学情况,不断地调整和优化课程的设置。目前,物联网专业课程设置基本上在现有较成熟的计算机科学技术和电子信息类专业的基础上,增加与物联网相关的核心课程,但侧重点是物联网技术及应用。结合学校相关专业课程设置现状,物联网专业课程分为以下几个主要模块:(1)公共基础模块;(2)专业必修课程模块:(3)专业核心课程模块;(4)专业任选课程模块;(5)跨学科课程模块;(6)实践课程模块;(7)素质拓展模块。各模块包含的主要课程如表1所示。
在课程的设置上既考虑了物联网专业的核心研究内容和专业特色,同时考虑到物联网专业是一门新兴的专业,还没有专门的硕士和博士学位点,目前基本上都是作为计算机或相关学科的一个研究方向,而计算机专业研究生入学考试的专业课实现国家统一命题,因此,在课程的设置上要能够和计算机科学与技术专业核心课程实现无缝对接,使得物联网工程专业培养的学生能够轻松实现进一步深造的愿望。基于这样的一种现状,学校物联网工程专业在必修课程模块和核心课程模块中分别开设了数据结构、计算机组成原理、计算机网络、操作系统等相关的课程,同时开设了物联网导论、无线传感器网络、RFID原理与应用,能够满足学生专业学习和考研深造的需要。为了突出物联网专业知识,在专业任选课程模块中开设了大量与物专业提供论文写作、写作论文的服务,欢迎光临dylw.net联网和计算机相关和当前最为热门的课程,充分体现了该专业方向的知识面宽、技术先进等特点。跨学科课程模块的设置为进一步拓宽学生的知识面,了解煤矿行业的生产背景和主要技术装备,为以后从事煤矿物联网和数字矿山建设打下基础。实践课程模块的设置是培养学生动手能力和学习兴趣的重要教学环节,是达到学以致用的主要途径,是整个教学过程不可缺少的内容。素质拓展模块通过组织多种形式和内容的第二课堂教学活动,以培养学生创新精神和实践能力,促进个性发展,提高综合素质。
4 人才培养和教学资源建设
4.1 物联网工程专业人才培养
高等学校的使命是培养人才,高校需要根据市场的需求和自身优势以及综合其他因素来确定人才的培养模式。因此,对人才培养目标的定位能够全面反映高校对合格人才的理解和时代需求。安徽理工大学是行业特色鲜明、理工类为主的综合型大学,学校人才培养目标是:结合煤炭行业特色,培养“厚基础、高素质、强能力、善创新”的创新型人才和高级专门人才。在人才培养过程中要构建多元化、多目标的培养模式,同时充分考虑学生就业、创业和继续深造等不同要求,努力形成特色鲜明、层次清晰、模式多元、制度配套、保障有力的本科人才培养体系。在学校人才培养目标的指导下,借助现有相关专业的培养模式和经验,并结合物联网工程专业的特点,对物联网工程专业的人才培养采用校企联合培养的模式。
安徽理工大学是第二批“卓越工程师教育培养计划”高校,目前在计算机科学与技术专业以及其他电子信息类专业的卓越工程师培养计划和方案制定过程中积累了一定的经验,其核心培养方式是采取的3+X培养模式,主要措施是其中3年时间在学校进行相关基础课和理论课的学习,至少1年时间采取校企联合培养模式,通过将企业纳入到人才培养主体地位,可以进行订单式培养,大大增强学生对企业需求的了解和实践动手能力。真正体现“卓越计划”的3个特点,即行业企业深度参与培养过程;学校按通用标准和行业标准培养工程人才;强化培养学生的工程能力和创新能力。物联网工程专业主要是培养工程类的专门型应用人才,可以按照“卓越工程师”的培养模式进行培养。一方面是在现有教学资源的基础上,加强物联网专业基础理论和专业核心课程内容的教学,另一方面加强实践教学环节,尤其是引入相关企业的参与。目前,我校已与安徽徽斯顿电子科技有限公司以及安徽科艾网络技术有限公司签订了战略合作协议,联合培养物联网专业人才,由参与的公司提供相关课程的教学和实践环节的平台,并且公司有优先挑选优秀毕业生的权利。另外,安徽理工大学与附属医院安徽淮南东方医院集团也签订了合作协议,共同研究和制订数字移动医疗系统方案。移动数字医疗系统的实施可为学校物联网专业教师和学生提供了参与设计和开发的机会,同时也会为学生的培养提供很好的实习场所和平台。另外,安徽理工大学与两淮煤矿企业都建立了很好的合作关系,有着很好的合作基础,双方都在积极准备联合培养矿山物联网建设人才,进行校企深度合作,为拓展学校物联网专业人才培养提供了很好的实践和就业机会。此外,学校还与一些经济发达地区的相关企业建立实习基地,如上海、深圳、无锡、芜湖等,为学生进入工作岗位前提供深入企业实习机会,为进一步就业打下了坚实的基础。校企合作模式的效果已经在学校的一些专业取得了很好的效果,校企合作是物联网专业人才培养较为理想的模式。
4.2 物联网工程专业教学资源建设
物联网专业人才的培养,除了有定位准确的培养目标和合适的培养模式之外,还需要有配套的软硬件教学资源的支撑,教学资源是培养合格人才的重要保证。一个专业办学水平的高低往往与该专业的师资、实验室、教材、实习场所等建设水平有关。对于物联网专业这样一门新兴专业,面临的专业教学问题更为严重和急迫。学校在物联网专业建设过程中,相应地采取了一些有效措施来保证高水平的教学资源。
(1)物联网专业师资队伍的建设。这是所有教学资源中最为重要的部分,没有好的师资很难想象能够培养出优秀的人才。因此,学校和学院都非常重视教师的培养,培养的方式主要是从学院中挑选出一部分对物联网感兴趣而且嵌入式技术以及软件开发能力过硬的教师组建成物联网科研团队和教学团队,通过申专业提供论文写作、写作论文的服务,欢迎光临dylw.net请物联网相关课题展开物联网理论和应用研究,目前已有2项物联网相关的国家自然科学基金项目,5项省部级物联网应用课题,多项企业物联网应用横向课题,通过科研课题工作的深入展开和研究,大大提高了教师对物联网理论的理解和实践应用水平,对推动物联网专业的教学水平起到明显的促进作用。除此之外,学院利用寒暑假时间组织部分教师到北京、无锡、长沙等地参加“全国高校物联网专业教学和研讨”“高级物联网开发工程师物”等教学和专业技术的培训,通过培训进一步提高教师的物联网教学水平和专业技能,然后再通过校内的研讨和讲座带动更多教师物联网专业水平的提高。
(2)教材建设也是办好专业必不可少的环节。由于物联网专业是新建专业,虽然已经出版了一些不错的物联网方面的图书,但适合作为本科教学的好教材还是凤毛麟角,而且大多是技术类或普及类。因此,在教材的建设方面还有很多的工作需要做。我们根据开设的课程和目前已有教材的现状,挑选出相对较好的基本教材和参考书,通过大家阅读讨论,然后根据制定的教学计划,来确定讲授的内容和学生需要自学的内容,并整理教学讲义和课件,为后续教材建设做好准备。通过这一环节,充分提高了对教学内容细节的掌握和理解,也对物联网技术掌握得更为全面。
(3)实验室建设是实践教学环节的有力保障。为了能够满足物联网实验教学的需求,学院对物联网实验室建设投入了大量的建设经费,实验室采购了北京西普阳光教育科技有限公司的SimpleRFID射频识别实验教学系统,并向安徽福讯信息技术有限公司订制了无线传感网络教学系实验系统。在物联网实验建设过程中,物联网专业教学团队全程参与整个实验室建设过程,对系统的安装、调试、运行都进行全面掌握;专业提供论文写作、写作论文的服务,欢迎光临dylw.net并邀请物联网实验系统开发的T程技术人员给教师做专门的技术培训和讲座,进一步提高了教师的理论水平和实践水平。通过师资、教材和实验窜3个环节的建设,目前学校已经具有较高水平的物联网专业教学团队和完善的教学配套资源,完全能够按照既定的教学目标和计划来进行物联网专业人才的培养。当然,任何一个新的专业的开设,都需要一定时间的建设和完善,在建设的过程中要不断探索和完善,并借鉴其他高校的成功经验,及时修正不合理的方面。
5 结语
物联网工程专业的人才培养和教学资源建设,是所有高校物联网工程专业在办学过程中需要考虑和解决的问题,而特色人才培养模式和高水平教学资源建设是办好物联网专业的前提,因此,各个高校应根据各自不同的办学基础和行业特点,着眼于市场需求和自身的办学优势,在体现物联网工程专业共同特点的基础上,要突出物联网工程专业的行业特色,这样培养出的人才更能满足市场需求和具有更宽的就业面。
参考文献:
[1]吴功宜,吴英.物联网工程导论[M].北京:机械工业出版社,2012:1-5.
[2]刘云浩.物联网导论[M].北京:科学出版社,2011:3-6.
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1007-9599 (2012) 13-0000-02
一、引言
物联网(InternetofThings)是将各种信息传感设备,如射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等装置与互联网络结合起来而形成的一个巨大网络。物体通过智能感应装置,再经过传输网络到达指定的信息载体,再经过全面感知、可靠传送和智能处理,最终实现物与物、人与物之间的自动化信息交互与智能处理[1]。2011年,在工业和信息化部出台的“物联网十二五发展规划”中,明确指出,物联网已成为当前世界新一轮经济和科技发展的战略制高点之一,发展物联网对于促进经济发展和社会进步具有重要的现实意义。2010年,教育部公布了140个高校新设本科专业,重点培养与国家确定的战略性新兴产业相关的专业。其中,“物联网”专业排名居首,国内许多高校纷纷开设或准备开设物联网专业。
二、物联网工程专业的课程体系
从物联网的技术构成上来看,主要包含感知层、网络层、服务层和应用层。[2][3]因此,物联网专业涉及多个专业方向,其基础教学体系的建立也需要多个专业的汇聚。对于不同的大专院校,由于自身的情况、特点以及优势不同,可以建立不同的具有各自特点的理论课程以及实训课程。物联网工程专业面向现代信息处理技术,以培养从事物联网专业领域的研发、设计、工程及制造等方面的高级工程技术人才。因此,物联网工程专业或方向应建立以提升工程素质为根本、以培养物联网工程能力为核心、以掌握物联网工程学科知识要求为目标的课程体系。[4]
如图1所示。
图1物联网工程专业的课程体系
三、物联网工程导论实践教学
物联网工程导论是物联网工程专业的核心课程之一,同时也是本专业的入门课程。对于刚刚进入大学的本科新生来说,这是他们进入大学后学习的第一门专业课程。新入学的学生对物联网这一新生事物了解的程度较差,头脑中没有相关的概念。因此,物联网工程导论课程授课的主要内容应以介绍物联网基本原理及知识和物联网的一些常见应用为主,在教学中以建立完整的知识框架结构作为中心点。通过教学活动,使学生能够对整个物联网专业的内容有一个较为清晰的认识,对整个学科的课程体系有一个初步了解,包括核心课程的简要内容和在专业中的作用和地位、相互关系等。这样可以尽量减少他们在今后四年学习中的迷茫和困扰,因此,在教学过程中需要注意以下几点:
(一)适当增删教学内容,讲授内容忌深、忌细
在教学内容的选择上应以面向应用为指导思想对教学内容进行适当的补充或删减。教学过程中切忌讲的过深过细,要让学生了解并掌握本学科的基本内容和研究方法。本课程作为物联网工程专业的引导性课程,基本上涵盖了物联网这一学科知识体系的各个主要方面。因此,在授课过程中,在介绍每一方面内容时,应从宏观层面入手,对学生做一个较高层次的高级科普。讲课内容要能反映物联网科学技术和产品的最新发展,在使学生了解相关概念和术语的基本含义的基础上,同时更多的了解最新流行电子产品的功能和基本原理;这些内容比较适合一年级大学生的思维方式和知识背景,有利于提高他们对物联网知识的理解能力;通过本课程的讲授,引导学生思考物联网在发展和应用中存在的问题,从而培养学生对物联网工程专业的兴趣,为更好的学习相关的其他课程奠定一个良好的基础。
(二)引导学生转变学习方法,促进良好习惯的养成
大学新生入学后,学校一般会安排入学后的专业教育,但是由于时间较短,效果有限。很多学生仍然不太适应大学的学习生活方式。因此,物联网工程导论作为新生入学后学习的第一门专业核心课程,教师在授课中不仅要介绍物联网的基本知识,还要着重引导学生的学习方法,促进学生养成良好的学习习惯。使学生能够很快适应大学的学习方式。
中学阶段,学习的主要方式就是大量而紧凑的课堂教学。学生的学习时间由学校安排,老师实施灌输式教学。老师教学生是“手拉手”领着教,老师对于课程的安排非常详细和周到,使得同学们养成了依赖老师的习惯,在学习过程中只会去被动的记忆和背诵。到了大学,老师的课堂讲授相对减少了很多,在课堂上的不会讲授全部的教学内容,而是以自学为主。课外时间都是自己安排,自己找老师讨论问题,自己去图书馆看书,自己找志同道合的人研究问题。学习过程中也不再采用题海战术和死记硬背的方法,需要学生勤于思考,勇于实践,尤其对于物联网专业而言,很多知识需要通过实践才能真正理解和掌握。
根据中学和大学学习特点的不同,在本课程的教学中,教师在授课过程中,要结合本专业的基础知识去引导学生转变学习方法。一方面,要和学生一起分析中学和大学的学习特点,使学生明白二者的不同,从而主动的去适应大学的学习方式;另一方面,通过读书报告、专题讨论、课程实践等方式,训练学生适应新的学习方式。要使同学们明白,除了要认真听老师的讲课,认真阅读教材和参考书,加强实践环节的学习,除此之外,更重要的是还要有个人的独立思考和积极探索的精神。
(三)教学的重点在于学生能力的培养
教育部在教高[2007]2号文件中明确提出要求:努力提高大学生的学习能力、创新能力、实践能力、交流能力和社会适应能力[5]。众所周知,我国的高考竞争非常激烈,因此在中学阶段,对于绝大多数学生而言,把时间全部用在了知识学习和完成各种各样的作业题、模拟题和考试题上是唯一的选择,而对于自身综合素质与能力的培养无暇顾及。从中学进入大学,学生的学习方式有了根本的变化,因此学生要利用好业余时间,有意识地培养和提高自身的综合能力与素质,主要包括以下几个方面:
学习能力:即自学的能力。对中学生来说,学习就是按照学校的安排,在课堂上接受教师的知识传授,课下完成老师布置的作业。而在大学中,需要学生自主地安排学习计划、主动地获取知识,不仅仅在课堂上进行知识的学习,在课下的时间还要去读书、去思考、去实践,逐步的提高自己的自学能力。
创新能力:所谓创新,就是用新思想、新方法和新技术解决工作中遇到的各种问题。作为大学生,只有具有良好的创新意识和能力,才能面对在未来学习和工作中面临的各种挑战,有效的解决遇到的各种问题。
实践能力:实践能力是指在工作当中运用自身的知识去分析问题和解决问题的能力。对于工科专业的本科学生,实践能力的强弱尤为重要,因此,在大学阶段,应该着重加强诸如课程设计、实验、实习、大学生科技竞赛等环节的学习和训练,以提高自身的实践能力。
交流能力:交流能力指一个人与他人有效地进行信息交流的能力。在现代社会,交流能力是个人素质的重要体现,它代表了一个人的知识、能力和品德。本科学生无论毕业后无论进入那一个行业,都是在一个团队进行自己的工作,因此,如何与团队内外人员的进行良好的交流对于自己的研究和工作是至关重要的。
四、结语
综上所述,物联网导论课程在本科教学的整个过程中有着重要的作用。通过本课程的教学,使学生对物联网专业的基本知识有了一个初步的认识,并在学习的过程中逐步去适应大学的学习方法,为后续专业课程的学习也打下了一个良好的基础。同时,在学生的思想当中逐步树立起培养自身综合素质的意识,最终成长为一个高素质的大学本科毕业生。
参考文献:
[1]张小平.物联网知识讲座(一)[J].物联网技术,2011,1(5):91-92
[2]沈苏彬,范曲立.物联网的体系结构与相关技术研究[J].南京邮电大学学报:自然科学版,2009,29(6):1-11
作者简介:吴韶波(1970-),女,江苏常熟人,北京信息科技大学信息与通信工程学院,副教授;文江川(1977-),男,江西永新人,北京信息科技大学信息与通信工程学院,讲师。(北京 100101)
基金项目:本文系北京信息科技大学重点教改项目(项目编号:2012JGZD04)的研究成果。
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2014)02-0111-01
导论课程是为了帮助刚刚进入大学的新生,在进行专业知识学习之前,使其了解所学专业、解读所就读的专业是什么,包括哪些专业课程、如何学习和运用专业知识、就业及考研去向等方面的问题,帮助其顺利完成学业的一门专业基础课程。目的在于通过导论课程的学习,使学生对所学习的专业有整体认识,对专业技术领域有一个初步的了解,明确各门专业课之间的联系,为学生后续四年的知识学习、能力提高、素质培养以及毕业后从事科学研究、技术开发或经营管理等工作打下坚实基础,是培养学生专业兴趣、激发学习的动力、引导学习的方法、规划学习计划和未来就业十分有效的方式和重要的手段。
一、导论课程教学中存在的问题
物联网工程专业是自2010年才陆续开设的新专业,涉及多领域技术,学科交叉,具有深厚的理论与广泛的实践相结合的特征。“物联网工程导论”是物联网工程专业的入门课程,从物联网的应用、技术、服务、知识体系等角度阐述本专业包括的内容。在该课程的教学过程中发现存在着以下问题:
1.课程内容多,技术广,综合性强
物联网被誉为信息产业的第三次浪潮,涉及计算机科学与技术、电子科学与技术、通信工程、自动化、智能科学与技术等多领域、综合叉学科,被广泛应用于智能交通、智慧城市、智慧医疗、工业监测、物流等方面。由于物联网工程专业的教学内容涉及内容多,技术广,对教学内容的有效综合和整体优化势在必行。
2.学生有兴趣,热情高,基础缺乏
“物联网工程导论”课程在大学一年级新生入学后开设,学生对新知识、新技术具有强烈的好奇心。通过对北京信息科技大学2013级物联网工程专业新生进行统计,96.8%的学生对物联网技术有前期调研,但对物联网工程专业的具体教学内容了解较少,实践动手能力普遍欠缺。教师综合运用教学手段,突出物联网工程专业课程体系知识脉络,引导学生采用正确的学习方法开展专业课程的学习,培养其职业素养和职业道德,将为学生今后的学习与工作打下良好基础。
3.专业领域新,对师资队伍要求高
物联网技术作为新兴的研究领域,高校在新办物联网工程专业的过程中存在着涉及的专业知识广,交叉性强;课程体系尚处在摸索阶段,有待不断完善;学科建设不成熟;全面掌握物联网技术实践教学的师资队伍严重缺乏等问题。这对任课教师提出了更高要求,教师需不断更新专业认知,扩充知识结构,并加强工程实践能力培养。
4.教学方法单一,考评方式片面
“物联网工程导论”课程涉及知识内容丰富,对各部分知识点的要求掌握的程度各不相同。导论课程面向一年级新生开设,学生的基础和知识掌握程度参差不齐,若采用单一授课的方式,可能达不到预期教学效果。再者,若考评只采用传统的“期末考试成绩+平时成绩”进行考量的方式,很难全面体现学生对新知识的掌握程度和相关能力的提高,或将束缚学生的思维,使学生对后续课程产生为难情绪或消极的负面影响,甚至厌学。
二、导论课程教学的几点思考
针对以上在“物联网工程导论”课程的教学中存在的问题,对物联网技术本身特点以及物联网专业新生特点进行分析总结和实际授课情况,建议从以下几方面进行改进:
1.解析专业知识框架,优化教学内容
“物联网工程导论”课程应从宏观上介绍了物联网工程领域的相关知识内容,综合性较强。通过对物联网基本概念、知识体系进行整体介绍,使学生既对涉及到的广泛技术有了解、有兴趣,又不会被庞大的众多学科内容吓倒,形成对“物联网工程”基本模型和基本问题的初步且宏观的科学认识。目前,绝大多数的物联网导论书籍对于物联网专有的RFID技术、无线传感器网络以及M2M等技术介绍比较详细,其他必须的计算机、通信和控制方面的内容则很少提及。因此,应贯穿“全局指导局部”的方针构建基本知识框架,对教学内容进行整体的优化,保证后续教学能围绕物联网的需求进行;剖析物联网技术与相关学科之间相互交叉、互相作用、互相促进的关系,引导学生采用正确的学习方法开展专业课程的学习,强调基础知识,注重技术应用,让学生了解物联网技术发展的前沿技术和巨大的创新机遇以及极其广阔的发展空间。
2.教学方式多样化,鼓励创新思维
物联网技术发展迅速,正不断应用于很多领域中,因此,导论课程的教学可以采用多样化的教学方式融于整个授课过程中。
作为实践性很强的工科学科,感性认识可以加深对物联网工程理论知识的理解。采用案例式教学,如:在介绍物联网与传感器采集数据的关系时,教室可以带领学生参观智能家居的样板间,让学生亲身感受如何采集温度、湿度、光照等信息,如何传输这些数据并对家电进一步控制。也可以综合考虑课程侧重内容以及学生的兴趣点,归纳提炼出研究的方向,采用研究式教学,启发学生思考,鼓励学生通过查阅资料、对比分析等方式来解决问题和提出自己的想法,以达到培养学生分析和解决实际问题的能力和创新思维的目的。最后,课程也可以不局限于课内教学,教师可充分利用网络教学资源进行教学辅助,突破传统导论课教学在时间与空间上的局限性。
3.强化实践教学,紧跟领域前沿研究新技术
“物联网工程导论”课程内容多,除了介绍计算机、电子、通信、控制等有关专业基础外,还涉及到大量全新而复杂的新技术。对于刚进入该专业的新生来说,从书本中很难明确自己今后的学习和研究方向,也很难将抽象的书面知识与实际应用相结合。因此,教师应适当辅以实践教学环节,并通过参观与专业相关的实验室、物联网应用样板间、开展物联网技术现场教学与实践活动,拉近学生与物联网技术应用之间的距离。注重实际应用,帮助学生理解抽象的概念,让学生既能提升对课程的兴趣,又可及时掌握技术发展的最新动态。这样有利于学生从技术层面整体把握物联网,对其后续专业课程的学习和理解起到较好的引导作用。通过进入实验室体验学术研究的过程,也能激发学生对高水平研究与应用的热情。
4.建立综合考评体系,考评方式全面灵活
导论课程的考评可分为期末考试、实践报告、研究报告等多个组成部分。期末考试可采用开卷形式,基于课程内容涉及的基本理论、基础知识进行测试,同时也避免了学生死记硬背。研究报告可以小组形式进行提交,根据选定的研究方向从查阅文献、自主思考、组织讨论到形成结果、汇报总结,明确小组中每名学生的工作与贡献。实践报告指学生通过参观与实践,对物联网新技术应用的进一步理解,包括基本的原理、实践操作、方案改进等,培养学生系统获得新知识、新技术的能力,扩展知识面,鼓励创新思维。
三、结束语
“物联网工程导论”课程肩负着引导物联网工程专业新生了解专业技术发展,激发专业课程学习兴趣,掌握自主获取知识方法,引导正确学习方法的重任。本文首先根据物联网技术及专业新生的特点,讨论了“物联网工程导论”教学中存在的若干问题,从教学模式、实践教学、考评机制等三个方面给出了对于本课程教学的有关新思考,力争提高学生的学习兴趣,指导后续课程的学习,培养出具有自主学习、创新思维和较强实践能力的物联网工程专业人才。
参考文献:
[1]邱秧琼,宋扬,顾征,等.工程导论:工科大学生的必修课[J].高等工程教育研究,2009,(1).
现代社会发展过程中,对于计算机网络专业人才的培养力度不断加大,究其原因,科学技术创新速度加快,若国内科技产业发展水平不高,则会直接影响我国在国际范围内的地位与经济实力,也同样会制约国家发展与进步。为此,对于计算机网络专业技术人才的需求量必然会增加。在这种情况下,国内高校对于计算机网络专业人才教育与培养给予了高度的重视,要想培养出专业的计算机人才,大部分高等院校计算机网络工程专业的建设都引入了物联网技术,并且确定了该专业建设方向与目标。
1计算机网络工程建设现状
目前,国内已高度重视物联网技术在计算机网络工程建设中的应用,但是通过计算机网络工程的建设状况可以发现,计算机网络工程在实际建设方面仍存在诸多不完善的地方。其中,绝大部分高等院校专业课程体系并不健全,而且教学规划并不科学与合理,物联网技术方面的师资严重不足,甚至在实验室设备方面也有待完善。以上问题都对国内物联网技术专业人才的教育以及培养产生了直接的影响[1]。除此之外,还有很多高校对于计算机网络工程课程并不重视,形式化严重。根据上述研究与分析可以发现,这也是国内计算机人才缺失的根本原因。为此,要想实现高等院校对物联网技术的充分利用,确保计算机网络工程项目得以科学合理地建设,就必须要高度重视专业人才的培养,有效采用正确方法,不断增强高等院校观念与意识。因为高等院校是计算机专业人才集中的场所,因而必须要发挥自身的主导性作用,以保证学生能够更主动地探索计算机网络工程的建设途径,实现该专业的全面可持续发展。
2基于物联网技术的计算机网络工程专业建设路径
2.1物联网发展方向的确定
物联网技术与互联网技术之间存在紧密的联系,在物联网技术当中包含互联网技术,同样也包含射频标签与传感器网络技术,有效地实现了物和物以及人和物之间的智能化沟通与对话,同时构建现代化网络信息系统[2]。以物联网技术为切入点展开分析,要想实现物联网技术的全面发展,就一定要有计算机设计作为重要基础,因为计算机学科是推动物联网知识完善的前提。站在物联网技术结构角度分析,物联网技术可以细化成三个层次,即感知层、网络层与应用层。实际研究结果表明,传统计算机网络工程专业的建设更关注对学生计算机软件开发与应用的引导,通常都是将设计和搭建作为核心,营造计算机网络的教学氛围。在教育教学实践中,物联网技术在计算机网络工程建设中并未得到充分运用,反而是传统的计算机网络工程专业更为突出[3]。所以,要想将物联网技术的作用充分发挥出来,那么专业工作人员不仅仅需要掌握与物联网技术相关的知识以及资料,同样也应确定物联网技术未来发展的具体方向,正确认识物联网技术在计算机网络工程中的重要作用,同时补充应用层以及感知层的知识内容。在此基础上,专业人员还需要合理借鉴传统计算机网络工程具备的优良特点,有机融入物联网技术,进而不断调整并改善计算机网络专业的课程内容,全面培养物联网技术的专业人才。
2.2计算机网络工程专业人才的全面培养
现阶段,我国社会的局势变化速度较快,而在发展的过程中高度重视各方面人才培养,特别是计算机专业人才培养,已逐渐成为国民关注的重点。但是,因为不同高等院校的侧重点存在差异,因而在计算机网络工程教学方面同样存在不同之处[4]。在这种情况下,培养计算机网络工程专业人才时,教育部门必须要构建更为健全的教育教学机制,同时配备充足软件设施以及硬件设施。另外,因物联网技术的实践应用范围较广,所以高等院校在计算机网络工程教学实施的过程中,必须要深入分析物联网技术,同时构建独具特色的教学模式,必须保证计算机网络工程教学形式改革的合理性,并且因地制宜,才能够更进一步创新教学的内容和方法,以保证调动起计算机专业学生学习的积极性,更积极地参与实践教学。这样一来,基于物联网技术构建计算机网络技术工程并培养专业人才才能够取得更为理想的成绩。
2.3网络工程培养模式的建立与健全
要想进一步提高计算机网络工程项目的建设效率,高等院校则需要在实践过程中形成更加完整与健全的网络工程培养模式。根据实践研究结果可以发现,网络工程的培养模式的具体组成有四个部分,即人才专业地位、创新能力的培养、人才培养模式的评价机制以及知识结构[5]。而在以上四个组成部分当中,创新能力与人才培养模式的评价机制占据重要的地位。究其原因,高等院校只有全面创新自身的思想观念,才能够与时展需求相适应,进而构建更具特色优势的网络模式,正确指导并教育计算机网络专业学生,全面培养学生的创新思维能力与自主学习能力。也只有人才培养模式评价机制更加完善,才能够及时发现高等院校培养模式存在的问题,及时采取措施予以弥补。科学合理的教学模式可以为学生提供高质量的教学内容,培养学生的综合能力。以某高等院校为例,其内部设立了“食品营养与安全”以及“工业发酵微生物”等重点实验室以及教育部,并且在食品科学以及生物工程等相关领域取得了理想的研究成果。基于该院校所具备的优势学科,即食品与生物工程,计算机学院网络工程专业就可以将食品安全和生物发酵控制物联网作为应用领域,与食品学院以及生物学院中的专业教学资源相互结合,拓展网络工程专业培养的方向。而在诸多学科交叉与融合的基础上,将轻工行业物联网的应用作为主要特色,构建计算机网络工程专业培养机制。
3基于物联网技术的计算机网络工程专业建设优化策略
物联网技术的运用并不仅局限在计算机网络工程建设过程中,同样可以将其融入到其他专业当中。为此,各高等院校应积极构建更具特色与优势的网络工程建设培养系统[6]。与培养的实际状况以及资料数据相互结合,确定物联网技术的具体培养目标,全面创新课程体系。除此之外,还应与时俱进,充分考虑科学技术发生的变化,适当调整计算机教学大纲,有效补充传统教学方案内容,以保证为学生创造更加理想的学习条件,确保教育教学的特色,在毕业以后学生能够彰显自身实力,提高就业能力以及市场竞争实力。
3.1计算机网络工程专业培养目标
基于物联网技术,计算机网络工程专业的建设应将现代信息处理技术作为重要对象,全面培养学生的科学素养,以保证学生可以在毕业以后将物联网技术应用在轻工行业、科研单位以及信息产业中,成长为更具专业行业知识与技能的应用型人才。在此过程中,需有效培养学生的通信技术、传感技术以及网络技术等基本理论以及应用能力,以实现系统化地集成和技术的开发、应用、推广,提高自身的物联网工程实践水平。对于学生的专业能力培养需要满足以下要求:(1)掌握计算机科学和技术、网络工程等方面的理论以及方法,并具备丰富的基础理论知识;(2)全面掌握传感器技术以及无线通信等相关物联网感知层关键技术的知识以及技能;(3)具有各种类型网络系统运维能力,并具备较高水平的分析、开发以及设计的能力,同时软件编程的能力要突出;(4)可以从事轻工行业中物联网领域的科学研究;(5)深入了解计算机网络与物联网行业的发展动态以及技术标准,熟悉与掌握资料查询以及文献检索的基本方法,能够通过互联网的合理运用获得所需信息内容,并具备信息获取的能力[7]。
3.2计算机网络工程专业的主干课程
对于计算机网络工程专业而言,其物联网方面的课程设置应将专业的培养目标作为重点方向,全面提升学生的动手能力,强化其创新思维。而学生则能够在学习计算机网络和物联网基本理论与知识的过程中,掌握网络分析以及设计方法,同样具备灵活应用物联网的技能。在物联网当中,感知层的作用就是感知并采集现实世界当中的信息,所以,网络工程专业的物联网课程设置应将当前计算机物理层课程作为重要基础,有效结合通信原理、射频技术、传感器技术以及无线通信等多方面的课程内容,使学生能够更深入地理解与物联网感知层相关的理论知识。而针对物联网的网络层,在传统网络工程专业中,已涵盖大部分知识内容,只需将无线传感网络与自组网的理论课程融入其中,即可有效增强学生对于物联网网络层的理解与认知。对于物联网的应用层,其重要的作用就是可以考虑各个行业发展的具体需求构建信息管理平台,同时充分结合行业应用的具体特点,集成相关的内容服务。与应用层特点相互结合,各个院校能够与自身的优势学科相互结合,进而设置具有独特行业特色的物联网信息处理技术、物联网应用程序设计以及无线自组网的应用等相关课程教学[8]。与物联网安全技术相关的课程并不仅仅包含物联网中的三个层次,同样也包含嵌入式知识课程内容。综合性考虑既有网络工程专业课程设置,计算机网络工程专业的物联网课程所包含的内容主要有:网络程序的设计、物联网应用程序的设计、计算机组成原理、离散数学、物联网安全技术、数据结构、数据库原理、网络系统的集成、计算机网络、网络管理、物联网信息处理技术、射频技术和无线通信等。
3.3计算机网络工程专业的专业实验
通过设置专业实验,能够全面培养学生计算机网络技术以及物联网技术的学习与开发能力,并构建综合性平台,以保证学生自身的动手能力与创新能力得到全面提升,使其更加熟悉与了解网络工程以及物联网原理与实践应用。网络工程专业实践环节主要包含了五个部分,即毕业实习阶段、计算机基础练习阶段、课程设计阶段、生产实习阶段与毕业设计阶段。而对于专业实验而言,则主要有面向对象课程的设计、无线传感器网络课程的设计、物联网综合应用课程的设计以及数据结构和C语言课程的设计等。
4结语
综上所述,在物联网时代背景下,物联网技术将被广泛应用在社会各个领域当中,而人才培养是推动该行业发展的根本要素,所以,要想满足物联网行业对于复合型人才的实际需求,有必要深入分析并探讨物联网技术基础上的计算机网络工程专业建设,同时应有效结合传统的网络工程专业和学校内部优势学科,在有机整合跨学科专业资源的基础上,积极成立更具行业特色的应用创新人才的培养模式。本文针对计算机网络工程专业的物联网人才培养目标、主干课程以及创新能力培养方式以及培养模式评价机制展开了深入探讨,进一步推动了高等院校网络工程专业的全面可持续发展,同样也使得高等院校计算机网络专业的发展方向更加明确与合理。
参考文献
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数字化油田是石油工程信息化的高级阶段,是信息化达到网络化、数字化、模型化和科学化的全新标志。石油工程作为一个跨学科、多专业相互配合的技术高度密集型行业,信息化一直伴随着工程行业的发展,并发挥着巨大的作用。近年来,通过应用驱动和技术研发创新引领的互动式发展,基于物联网技术的数字化建设,在石油工程数据采集、远程监测等领域得到广泛应用,本文针对石油工程生产运行与管理实际,拟基于物联网技术,通过构建集可视化、功能化、数字化钻井系统,以满足钻井日常生产运行、生产管理、生产监控、设备管理的需求。
1物联网基本内涵
国内对于物联网的概念是整合了美国的CPS(Cyber-Physical System)、欧盟的IOT(Internet of Things) 和日本的i-Japan的概念,但又不完全和哪一个相同。由于物联网本身与互联网、移动通讯网、传感网等有密切的关系,因此国内不同领域的专家针对物联网的思考出发点各异,事实上我国对物联网还没有一个精准和公认的定义。物联网体系架构大致有三个层次,底层是用来感知数据的感知层,第二层是数据传输的网络层,最上面则是内容应用层。随着“物联网”技术的发展与广泛应用,从工作办公到日常生活应用都与计算机技术和信息化有效结合,包括我们接触与使用的各种设施与物体以及物品,比如交通工具汽车,居住的楼房,出行必需的公路、铁路、机场,乃至手中的钥匙、手上戴的手表等等,只需要安装一个极小的感应芯片,就可以有效利用红外线感应、全球定位系统、激光扫描技术、无线网络信息系统或者射频技术,使之与互联网相连,进而利用能力超强的计算机群实现智能化管理。为有效整合企业的各类服务、降低重复工作的损耗,可以采用基于面向服务架构(SOA)的物联网企业应用框架,并能通过.Net平台和Java 平台两种技术实现。运用该框架、利用射频标识构建的物联网可以对企业各业务流程进行监控,并实现海量数据资源共享和高效利用,从而为企业资源整合提供了一种可行的解决方案。
2物联网技术特点、作用与应用
物联网的几个关键环节可归纳为“感知、传输、处理”,实现“及时、精确、全面地获取和处理信息,达到科学决策、降低成本、提高效率、保护环境、增强安全等目标”。其中,传感技术、嵌入式智能技术和网络、通信技术为物联网的l展和广泛应用奠定了基础。
2.1物联网技术的主要特点
物联网的主要特点体现在技术和应用层面上,主要包括:一是感知识别普适化。作为物联网的末梢,自动识别和传感网技术近年发展迅猛,应用广泛。从衣食住行中,仔细观察都能发现大量的感知技术的应用。无所不在的感知与识别将物理世界信息化,对传统上分离的物理世界和信息世界实现高度整合;二是异构设备互联化。硬件和软件平台千差万别,不同型号和类别的RFID标签、传感器、移动数据采集终端、手机、移动PC等实现网际间信息共享和融合;三是联网终端规模化,所有构成要件都作为网络终端纳入系统之中;四是管理调控智能化。物联网将大规模数据高效、可靠地组织起来,为上层行业应用提供智能的支撑平台;五是应用服务协同化,物联网技术覆盖生产运行与管理的各环节,可以有效提高企业整体信息化程度。
2.2物联网技术的作用
通过将物理对象与信息承载体无缝联接,实现虚拟和物理世界的一体化,使得物理对象积极参与业务流程(互动,通信,控制),通过对数据的大规模采集与集成智能运用,最终实现商业价值和社会价值。物联网是一种非常复杂,形式多样的系统技术。根据信息采集、传输、处理和应用的原则,可以把物联网分为感知层、网络层、管理服务层和应用层
3 运用物联网技术构建数字化生产运行管理平台
数字油田是实体油田的虚拟表示,能够汇集油田的自然和人文信息,人们可以对该虚拟体进行探查和互动。从技术架构上来看,运用物联网技术构建数字化钻井生产运行管理平台是一项涉及多学科的复杂的系统工程,需要信息通信技术、石油地质、石油工程、企业管理等有关专业,旨在更加广泛、及时、准确的进行信息采集;深化应用软件实施,更好的完成信息处理及应用,解决各种生产运行与管理问题;建立更为便捷的信息开放和共享平台,更好的实现信息间的互联互通,为生产运行管理提供便利。
3.1 数字化钻井生产运行管理平台
基于上述分析,笔者拟结合石油生产运行与管理实际,提出一种新的运用物联网技术构建数字化生产运行管理平台的实现方案。该系统主要利用数据传感技术、计算机软件开发、数字控制、计算机网络、系统集成及数据共享技术,开发建成集井场数据自动采集、数据加工分析、设备远程控制、远程视频监控及分析决策为一体的生产运行管理平台。
该系统完全遵循物联网技术的三层结构,在感知层中,利用安装在现场的传感设备及视频监控设备,将生产数据和视频图像实时采集并集中起来;在网络层,利用有线或无线通信网络将数据传送至数据中心服务器;在应用层,利用数据库、计算机软件开发、智能计算、云计算等技术对数据进行加工、分析、整理、,并以文字、报表、图形、图像等方式及时显示出来,实现远程监测、控制、辅助分析、生产决策等功能。按物联网分层原理,钻井生产运行管理平台由数据采集子系统、数据传输子系统和生产运行管理子系统三部分组成。
4 应用前景与展望
物联网技术本身不是一个全新的事物,它的核心在于应用创新。以物联网技术为基础,在构建生产运行管理平台应用包括条形码技术、GPS技术、管理软件等物联网范畴的技术过程中,要进一步深化理解“应用为王”思想,通过持续的应用创新,打造出业内领先的数字化生产运行管理平台。
参考文献:
[1]董h,浅谈新一代物联网在电子商务中的应用,条码与信息系统,2012
1 背景
无锡是国务院批准建立的物联网“感知中国”中心,同时也是国家物联网创新示范区。物联网行业是当前最热门、最具竞争力的产业,社会对该专业技术人才的需求十分旺盛。物联网专业培养的学生知识面广、基础扎实、适应性强,具有广阔的就业前景和良好的发展潜力。
在与物联网相关的行业企业中,从事物联网的通信架构、网络协议和标准、无线传感器以及信息安全等产品及系统的科学研究、工程设计、产品开发、技术管理与设备维护等发展强劲。
物联网产业的发展已经写进了政府工作报告中,物联网人才高校培养工作也得到国家大力支持,但是作为一个发展初见端倪的新兴产业,物联网各个环节的发展尚不成熟,人才领域划分和培养方向尚不明朗。在这样的背景下建设高校物联网及相关专业,给全国的高校带来了巨大的挑战。
江南大学作为首批获建物联网工程专业的学校,于2010年6月成立了全国第一个实体建制的物联网工程学院,成为全国建设物联网工程学院和专业的领头羊。江南大学在已有自动化和计算机国家特色与江苏省品牌专业建设成果的基础上,获得国家特色专业建设点、教育部物联网综合建设示范基地、物联网应用技术教育部工程中心等平台,将依托学校生物工程、食品工程、纺织工程等优势学科,彰显轻工特色,采用国际创新型工程教育模式,按照教育部卓越工程师教育培养计划理念,以学生能力培养为目标,培养物联网工程专业的创新、创业人才,力争把江南大学物联网工程专业建设成在全国同类行业院校中处于领先地位、特色鲜明、示范作用强的本科专业,成为轻工行业的高素质应用型人才的培养基地。
2 国内外高校相关专业情况
物联网专业作为一个全新学科,受到教育部和各高校的高度重视。截至2010年3月,全国已有700多所高等院系向教育部提交了增设物联网等相关专业的申请,2010年底包括江南大学在内的34所高校首次获批建设物联网工程专业,2011年更有包括高职大专在内的多所学校开始建立物联网工程专业。
江南大学物联网工程学院是国内建立的第一个实体学院,其物联网工程专业现为国家特色专业建设点,无锡市重点扶持专业。经过两年多的发展,该专业建设思路逐渐清晰,课程体系和实验规划已具雏形,并为众多兄弟院校提供示范。
以物联网为代表的新一代信息产业发展迅猛,无锡领全国之先,最早开始发展物联网信息产业。随着物联网学院的不断壮大,学院改变了原有多学科多专业的划分模式,新成立了自动化系、计算机科学与技术系、信息技术系和传感技术系4个系(见图1),在巩固物联网特色的基础上创新优势,完善了学院内部构架,实现了行政与学术的交融。
目前,物联网相关项目从国家到地方的投入都很大,并配有工信部、发改委等物联网专项,极大推动了政产学研紧密结合,产业化得到大力发展。同时,物联网技术发展很快,涉及多种网络技术,不同网络各有特点,适用于不同的应用环境。所以,教学大纲要求学生掌握多种基础网络技术(3G、GPRS/蓝牙、WIFI、ZIGBEE、专用网络等)和网络问路由与数据处理、无线有线网关设计等新技术,在人才培养上也加大了传感器应用、多网络融合以及云计算方面的培养力度。
3 人才培养模式与课程体系设置
按照国际创新型工程教育模式,学院改革现有专业培养方案,并注重工程实践能力的培养,加强学生创新、创业能力的培养。学生培养具有如下特色:有较扎实的通信、控制和计算机(Communication+Control+Computer,3C)专业基础知识和基本技能;具有独立分析、设计物联网系统的工程能力;独立开展物联网相关项目的设计和研发能力;应用性强,直接面向工程,为国家和地方输送专业人才。
本专业培养从事物联网领域的系统设计、系统分析与科技开发及研究方面的高级工程技术人才,培养的学生德智体全面发展,知识结构合理,具备扎实的电子技术、传感技术、通信网络理论、信息处理技术、计算机技术、系统工程等基础理论,掌握物联网系统的分析与设计等专门知识和技能,具有一定的人文社科、经济管理等方面的综合素质,具备在本专业领域跟踪新理论、新知识和新技术的能力以及较强的创新实践能力。
学生在四年的学习中,一二年级打好扎实的基础,三年级结合所学专业课接触专业应用背景,进入创新基地开展小型课题研发,四年级跟随专业导师构思综合课题,并结合毕业设计开展创新性应用课题研发。物联网专业教学大纲分为6个模块:
1)通识教育课程。
根据学校的统一部署,思想政治理论课根据、教育部文件精神进行安排;大学英语实行分级教学,共分四级;数学物理类课程按照机电类专业要求开设高等数学Ⅰ、线性代数Ⅰ、概率论与数理统计Ⅰ、复变函数与积分变换、大学物理Ⅰ和大学物理实验。
2)学科平台课程。
开设了机电类基础课程工程制图1、程序设计基础C;根据建立物联网学院相近专业公用大平台原则,由电路理论、模拟电子技术、数字电子技术、电子技术实验、微机原理及接口技术、信号与系统、软件技术基础和物联网技术导论几门课程组成全院大平台课程。同时,结合相近的传感网、通信工程和电子信息工程等专业的共性要求,开设了数字信号处理和传感器技术。
3)专业核心课程。
突出体现了物联网专业重点要求的感知层、网络层和应用层3个层次的核心课程,包括传感层的嵌入式系统、无线射频识别技术与应用、检测技术与智能系统、网络层的传感器网络原理及应用、通信原理、控制技术及应用、应用层相关的算法设计以及计算机组成原理等课程。
4)专业选修课程。
在专业核心课程的基础上,确定了几个模块的选修课,要求选修合计不少于28学分,即448学时,整个物联网课程架构以及组织体系见图2。
对于本专业应该了解的计算机技术、通信原理、信号与系统、控制技术和学科前沿进展专题,作为必选课供学生选修,为学生打下较扎实的理论基础,共12学分。
第六学期的计算机网络、面向对象程序设计、移动通信技术和现代物流技术课程组成第一个任选模块,突出物联网专业在网络层的知识的加强,进一步开展网络协议、定位技术和机器学习等知识的教学;第七学期上半学期的物联网体系与标准、物联网中间件技术、M2M技术概论和物品信息制作与识别技术等课程组成第二个任选模块,突出物联网专业在感知层知识的加强,要求任选不少于6学分;第七学期下半学期的工程数据库设计与应用、信息系统集成技术与应用、多网融合系统设计与应用、物联网系统分析与设计等课程为校企共建课程,重点在物联网专业的工程应用方面展开,培养了学生的工程实践能力,要求任选不少于4学分。
5)集中性实践环节。
主要由4部分组成,对于所有IT类学生必备的金工实习、电子工艺实习、电子设计CAD和电子技术课程设计构成第1部分;培养物联网专业学生专业实践能力的算法分析课程设计、软件编程课程设计、嵌入式系统课程设计和物联网应用课程设计构成第2部分;培养学生工程实践能力的企业认知实习、物联网项目工程设计和多网融合系统设计与应用构成第3部分,这一部分与企业共建;培养本科学生综合实践能力的毕业实习和毕业设计构成第4部分,这一部分为校企共建。
6)素质教育课程。
按照江南大学本科生素质学分管理办法等有关规定,开设军事理论、军训、形势与政策、社会实践等素质教育课程,共计13学分。本专业的培养方案本着“卓越工程师”目标设置,重点突出工程应用背景。在方案设置中,我们引入CDIO理念,以工程教育背景设置教学计划。在第6学期的13-21周,学生将被安排在企业培养,进行物联网项目工程设计,工程设计的进行方式将参考CDIO模式进行。在第7学期,继续加强学生理论与实践的结合能力的培养,课程的设置专门引入了校企共建课程共4个学分的选修课程,且开设了多网融合系统设计与应用实践环节,用于提升学生的工程实践能力。第8学期所有的教学培养将在企业进行,即教学计划学期为2.5(基础学习)+0.5(企业实习)+0.5(专业学习)+0.5(校企项目研发),累计有1学年的培养由校企共同完成,最终实现教育部重点推出的“卓越工程师”计划。
4 物联网工程专业本科人才培养新方案的特色
物联网工程专业培养方案以模块化的方式组织,突出了工科本科学生在通识教育和素质教育方面应掌握的知识;学科平台和专业核心课程构成了物联网专业学生最核心基础知识的培养;专业选修和集中性实践环节则突出了物联网专业的应用性能力要求。
结合国际先进教学理念和卓越工程师教学培养精神,引入CDIO理念,在培养方案中突出了工程培养理念。第6学期16-21周的培养在企业进行,由校企联合培养,以企业的实际工程背景进行针对性的物联网项目工程设计;同时,在第7学期所开设的第3个任选模块是校企联合培养方式,根据工程实际安排教学课程内容,由企业副高以上职称的企业老师和高校教师联合授课,形成“理论学习+专业学习+CDIO实践+企业实践”培养模式,打通理论与实践教学培养通道。
4.1 专业特色课程设置
1)无线传感器网络技术。
该课程围绕传感器技术原理、数据调制和通信原理、IEEE802.15.4通信协议标准、网络结构和拓扑控制、微功耗节点和网关、时钟同步技术、无线定位技术和算法、网络协议分析、中间件和数据库技术、路由算法和加密安全等技术展开。
2)短距离通信与嵌入式网络。
该课程是物联网的基础,应该包括电磁波理论、无线通信加密理论、短距离无线通信标准、通信质量分析、MAC算法设计、数字调制和解调、嵌入式操作系统、简单网络协议栈结构、网络中继和转发等。
3)无线射频识别技术。
该课程包括高频电路、数据通信基础、频谱资源和管理、协议标准体系、防碰撞技术、标签和读卡器设计、数据库和WebService等技术。
4)物联网系统集成技术。
该课程结合应用背景,从物联网工程角度出发,按照感知、传输和应用3大层次展开物联网系统集成技术的讲述。课程内容包括:硬件系统集成、软件系统集成、软件工程设计方法、接口技术、总线技术、系统优化等技术。
4.2 专业特色实践
针对物联网专业面向应用的特点,其实验和实践一般可以按照认知实验、验证实验和综合实践逐级深化规模、不断复杂,最终设计和实现一个有创意的智能系统。
1)应用认知实验。
该实验结合各种物联网典型应用,按照物联网体系架构组织可视化强的特点进行实验。学生从中体验物联网概念和技术,激发学习兴趣。
2)专业实验。
该实验体系分为无线传感网(WSN)实验、无线射频识别(RFID)实验、嵌人式和短距离通信网络实验等。
3)综合应用创新实验。
目前,我国环境保护方面信息化程度仍然比较低,远远的不能适应我国保护环境的需要以及经济发展的脚步,同时各个地方的环保产业缺乏沟通、信息不共享,这造成了环境产业各自为政,一些基础设施重复建设,耗费巨大。因此将环境保护产业向智能化、自动化、网络化的方向发展成为当前环境工程建设当中的重点,环境工程信息化势在必行。将物联网技术应用到环境工程领域当中可以有效的整合基础的环境设施,提高环保产业的设施的利用率,可以说,将物联网技术应用到环境工程当中是环保领域信息话的必然趋势[1]。
1 物联网技术概况
物联网,又叫做传感网,其思想是通过射频识别等信息传感设备将所有的物品和互联网连接起来,从而实现智能化识别和管理。比如,当司机开车操作失误时候,会自动警告。物联网能够全面的感知世界,随时随地的采集各种动态对象信息,并通过以太网、无线网实时的传送感知的信息,最终能够智能化的管理控制物体,真正达到人和物之间的沟通。
物联网包括应用层、网络层、感知层三层体系架构。感知层通过传感器、REID电子标签等感知设备识别和采集各种信息[2]。网络层则通过无线网、移动网等传输网络传输感知层所采集到信息。应用层主要分析处理信息,实现在特定环境下智能化应用和服务任务,分析预测各种可能状况,从而发挥职能作用。
2 面向环境工程的物联网应用
目前,面向环境工程的物联网发展还处于初级阶段,但是已经具备了较好的基础。国内外已经有了很多的面向环境工程的物联网应用的案例。物联网技术在防治污染、保护生态等领域发挥着巨大的作用。随着物联网技术在环境工程当中的大量的实践应用,其各项技术也开始逐步的成熟,同时其他相关技术的发展也为物联网技术的应用奠下良好的基础[3]。目前,物联网技术已经应用到了污染源监控、环境在线监控和环境卫生遥感等领域,丰富了我国环境监测的手段。下面主要介绍下物联网技术在环境工程在线监控当中的应用。
⑴物联网技术在环境在线监控当中的应用。环境在线监控系统设计的关键技术的选取是传感器和服务器等硬件设备之间的相互通信技术以及关于数据库的选取,ZigBee具有复杂度低、功耗小、成本低、操作灵活等特点,在本系统当中,就是采用ZigBee技术来实现传感器和服务器之间相互的通信。选取SQL Server数据库作为系统数据库,SQL Server数据库具有操作简单、扩展性好、良好的交互性特点,同时能够灵活的处理和分析数据的特性,能够对不断变化的复杂的环境系统做出响应。本文中基于物联网的在线监控系统主要包括了感应端和服务端,整体的实现原理图如下图所示:
物联网环境监测系统有机的将空间参数、互联网和用户三者结合起来。感应端主要通过温湿度传感器、光照传感器、酒精传感器等进行数据的采集,然后通过ZigBee协议将采集到的数据传送到协调器,通过有线传输将协调器和IOT_SERVICE联系起来,进一步将数据传送到Tomcat服务器,serlet处理完数据后,上传到远程的某个JSP页面当中,用户可以随时查看。用户可以通过输入正确的网址,在客户端查看所需要的HTML页面,若是想要控制感应端的传感器,只需要在相应的JSP页面发送固定的socket套接字,通过IOT_SERVICE中间件和ZigBee网络,这些套接字供传感器识别,然后执行相应的操作。
⑵物联网产业化发展方向。虽然物联网技术在环境工程当中已经取得了不小的成果,但是在其发展过程当中仍然具有许多的问题。比如,物联网的建设模式、管理等方面还缺乏准确的认识,对于网站也缺乏统一的规划。物联网未来要向深度和广度发展,要继续扩大物联网的应用范围,提高物联网的技术水平。目前我国物联网在环境工程当中的应用主要集中在检测污染物、监测环境质量,随着物联网技术不断成熟,标准的体系也不断的完善,未来的空间环境监测、电磁核辐射监测、固体化学废弃物监测等领域还有待挖掘。
3 结论
物联网在环境工程当中的应用事新时期物联网背景下环境保护领域信息化的必然趋势,现阶段,我国在物联网发展上已经储备了一定的技术,同时也有了相当的应用以及产业化的基础,但是,总体而言,我国的物联网基础在环境工程当中起步阶段。物联网应用到环境工程当中是一个持续长久的工程,同时也是一个利国利民的工程,必须在各方力量坚持不懈的共同努力之下构建起来,使其惠国惠民,让利于民。
[参考文献]
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二、我省高职院校物联网专业现状
目前我省已有为数不多的几所高职院校开设物联网专业,但由于该专业是新兴专业,没有可借鉴的资料,其专业建设思路基本沿用两种方式:以硬件为主的专业建设和以软件为主的专业建设。其中以硬件为主的专业建设基本沿用自动化或应用电子专业建设模式;以软件为主的专业建设基本沿用软件技术、网络通信技术、嵌入式开发技术专业建设模式。不论哪种模式,其专业建设基本都在探索中不断改进和完善,没有公认的完整、统一的专业课程体系和配套完善的实训体系。
三、我省高职院校物联网专业建设的思路
物联网专业建设的核心是培养适合社会需求的合格的专业的人才,而人才培养的离不开该专业课程体系建设和与之配套的实训体系的建设。
1.以CDIO先进理念为指导,进行专业课程体系建设
CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate),它以产品研发到产品运行的生命周期为载体 ,让学生以主动的、 实践的、 课程之间有机联系的方式学习工程。
(1)以CDIO先进理念为指导,开发课程。课程建设依据CDIO工程教育理念和十二条标准对物联网专业课程体系进行详细的分析,以真实项目开发为导向,以培养学生个人技术能力、团队合作能力及系统构建能力为宗旨,与企业工程师共同开发的“一体化项目学习”课程体系。
(2)以真实项目为载体,组织课程。课程及相关课程体系都以真实项目来驱动知识的学习。通过小型真实项目(二级项目),完成一门课程的学习,通过一体化的大型项目(一级项目),完成整个专业课程体系课程的学习,一级项目和二级项目之间有机衔接,二级项目是一级项目的一部分。
(3)以学生为主体,设计教学。课程建设的教学系统设计要以学生为主体,以学生的学习为中心;要面向高职学生的特点和整体水平进行教学目标设计,以促进课程总体目标的实现;要以建构主义等学习理论指导教学系统的元素设计。
(4)以行动为导向,优化教学。专业课程体系教学活动设计以行动为导向,突出实战化训练的特色教学模式,采用企业管理式的课堂组织结构设计和学习管理模式,学生分组完成课内实训与实战训练。课程教学步骤分为:课前准备、下达任务、完成任务、展示学生作品等四部分。
2.根据物联网系统特点,完善专业实训体系建设
物联网系统由“感知---传输---应用”三层构成。感知层是物联网的核心,是信息采集的关键部分。传输层是整个物联网的中枢,负责传递和处理感知层获取的信息。应用层是物联网和用户的接口,它与行业需求结合,实现物联网的智能应用
(1)以物联网系统构成为主线,搞好物联网实训室建设。依据物联网的构成特点。从专业教学方面考虑,一般的物联网实训体系应具备以下几个核心实训室:基础实训室、感知识别实训室、网络通信实训室、物联应用实训室、物联网综合实训室。
基础实训室,完成物联网专业基础知识的培训。感知识别实训室,主要完成物联网感知层的实训。网络通信实训室,主要完成物联网网络通信的实训。物联应用实训室,主要完成物联网应用层实训。物联网综合实训室,主要完成以上所有技术的综合实训。
(2)以低投入高产出为前提,从优选择物联网实验设备。由于物联网实训设备的投入一般会很大,所以,一个核心的思想就是自己动手尽可能制作一些简单、低价、实用的设备。如果这方面的能力不足就只能购买了,以下是购买的一些比较。
箱式实训设备:这是一种传统实训设备,常用于开发性实训,可支持多个单项实验、实训项目,项目之间关联度不高。优点是投入较小。
沙盘式实训设备:一般用于综合性应用实训,常培养物联网三层结构中相关技术的软件层面综合应用能力。特点是:以特定行业应用为案例,系统展示度较好,学生参与度较低。
产品抽取式设备:一般适用于综合性应用实训,培养学生在物联网三层结构中相关技术的软件综合应用能力以及硬件连接能力。特点是:真实感强,但投入较大。