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关键词:物联网;导论;层次结构;教学内容
作者简介:吴治海(1981-),男,安徽亳州人,江南大学物联网工程学院,副教授。(江苏 无锡 214122)
基金项目:本文系江南大学本科教育教学改革研究项目“物联网新专业实验实践性环节设置策略研究”(项目编号:JGB2011057)、“物联网新专业人才培养与产业结合模式研究”(项目编号:JGB2011053)的研究成果。
中图分类号:G642.421 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)31-0070-02
最近几年,物联网(Internet of Things,IOT)概念的提出及其技术的飞速发展引起了世界各国的广泛关注,被称为继计算机与互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。为了能在这一技术领域占据重要位置,许多国家提出了相应的物联网发展战略。如美国的“智慧地球”、日本的“u-Japan”、韩国的“u-Korea”、欧盟的“欧盟物联网行动计划”、中国的“感知中国”等。发展物联网技术的基础与核心是培养物联网方向的专业人才,为此,国内各大高校相继开设了物联网工程专业并开始招收第一届本科生,如哈尔滨工业大学、华中科技大学、西北工业大学、北京科技大学、江南大学、南京邮电大学等。然而,物联网工程的新专业属性,决定其人才培养方案的制订、课程的设置以及教学方法的实施等,目前仍处于“摸着石头过河”的探索性阶段。但是,国内目前已开设物联网工程专业的大部分高校,都将“物联网技术导论”作为本专业的第一门课程,旨在向学生整体介绍物联网的概念、内涵、关键技术、发展现状以及主要应用等,以激发学生的学习兴趣,并使学生树立学习的信心。因此,“物联网技术导论”课程的讲授成功与否关系到物联网人才培养的质量,进而影响到中国物联网技术发展的进程。
一、物联网的概念及内在层次结构
目前,关于物联网的定义有多种,但是被大多数学者认同的一个定义为:物联网,即通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、气体感应器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息的交换与通讯,以实现智能化的识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。简而言之,物联网就是“物物相连的互联网”。使用通俗的语言,可以这样表述物联网的内涵:使用传感器获取物理对象的信息、使用网络传输信息、使用计算机处理信息、使用控制器设计反馈控制策略、利用执行器对物理对象进行控制与管理等各类操作。由此可以绘制出物联网中的信息流(如图1所示)。因此,从控制学科的角度来说,物联网是一个典型的网络化控制系统(Networked Control Systems,NCS)。从物联网的定义以及图1中展示的物联网中的信息流向,可以概括出物联网的层次结构:感知层、网络层、处理层与控制层(如图2所示)。其每层的功能分别为信息的获取、信息的传输、信息的处理与信息的反馈。这四层结构的划分是对传统的物联网三层结构,即感知层、网络层与应用层的进一步细分,本质上是一致的。从这四层结构的划分不难看出,物联网技术涉及信息技术领域的四大一级学科,即电子科学与技术、信息与通信工程、计算机科学与技术以及控制科学与工程。因此物联网是一个多学科交叉的技术,这使得物联网的内容极为丰富。但另一方面,这种交叉性也增加了“物联网技术导论”课程的讲课难度,对教师的专业素质提出了更高的要求。因此,如何选择讲课的重点,既让学生感受到物联网技术的重要性,激发他们的学习兴趣,又使他们面对繁杂的内容而不畏惧,树立学好物联网技术的信心,具有重要的意义。
二、“物联网技术导论” 教学内容选择
目前国内已出版发行的“物联网技术导论”教材有十多本。[1-12]通过浏览这些教材的目录,不难发现物联网内容极其庞杂,主要涉及传感器技术、无线传感器网络、射频识别技术、短距离无线通信技术、远程通信技术、无线单片机、嵌入式系统、云计算技术、机器学习、模式识别、数据挖掘、智能信息处理技术、物联网控制技术、物联网安全技术、物联网技术标准、物联网应用等。依据物联网的四层结构,可以将上述内容进行如下层次归类:感知层包括传感器技术、无线传感器网络与射频识别技术;网络层包括短距离无线通信技术与远程通信技术;处理层包括云计算技术、机器学习、模式识别与数据挖掘;控制层包括物联网控制技术;物联网安全技术、物联网技术标准与物联网应用横跨物联网的四层结构。但另一方面,作为一门导论课,一般来说讲课时间会限制在20课时以内。试图在较短的时间内把上述内容完全彻底讲一遍是不现实的,因此需要选择重点内容进行讲解,目标是让学生对物联网的整体架构、关键技术有一个整体上的清晰认识。那么如何选择主要内容呢?以江南大学已经实施两年的“物联网技术导论”课程教学方案为例,结合物联网的四层结构,来分配每讲的主要内容。目前江南大学“物联网技术导论”课为16课时,除去最后一次考核占用的2课时,还有7讲14课时。下面,结合物联网的四层内在结构,详细叙述每讲的主要内容。
第一讲——绪论。介绍物联网的基本定义、内在结构、研究现状、发展动态、主要应用领域。重点讲解物联网的基本定义与内在结构,讲解时应播放一段物联网应用案例的视频,增加学生对物联网内在结构的整体认识。
第二讲——感知层技术一。介绍智能传感器技术,包括传感器技术、微控制器接口、无线单片机、嵌入式系统。重点介绍传感器工作原理、比较CC2430和CC2530功能差异、嵌入式智能传感器的一般结构、标准接口与串行接口。
第三讲——感知层技术二。介绍无线传感器网络。由于无线传感器网络具备了一个简单的物联网系统的架构,对本讲内容的讲解可以大大提高学生对物联网内在结构的认识。主要讲授无线传感器网络的定义、体系结构、特征、协议栈结构、主要支撑技术,如定位技术、时间同步、数据融合、安全技术等。可以结合无线传感器网络在智能农业当中的应用来讲解本部分内容。
第四讲——感知层技术三。介绍射频识别技术。由于射频识别技术也具备了一个简单的物联网系统的架构,所以对本章内容的讲解可以进一步增强学生对物联网内在结构的认识。主要讲解射频识别的组成、分类、工作原理、技术标准、与传统自动识别技术的区别以及安全问题。可以结合射频识别技术在门禁系统当中的应用来讲解本部分内容。
第五讲——网络层技术。介绍短距离无线通信技术和远程通信技术。重点介绍Zigbee技术、WiFi技术、蓝牙技术、超宽带技术和3G无线远程通信技术,简单介绍多路访问技术和多路复用技术。应结合具体的应用来讲解Zigbee技术、WiFi技术和蓝牙技术。
第六讲——处理层技术。主要介绍云计算技术、机器学习、模式识别与数据挖掘。重点介绍它们的含义、基本结构和主要方法。在介绍基本结构时应画出结构方图,使其技术原理清晰明了。
第七讲——控制层技术。重点介绍控制的思想,即反馈。可以结合具体的例子来讲解,如倒立摆的控制,让学生主观感受反馈的作用,但要避免复杂的数学公式。也可以适当介绍控制学科的前言问题,如网络化控制系统与多智能体系统,让学生深刻感受到控制技术在物联网技术当中的地位。
以上七讲基本包含了物联网技术的主要内容。通过这七讲的学习,学生基本上对物联网架构和关键技术有了一个整体上的认识。由于不同高校开设物联网工程专业的院系有所不同,教师的专业背景也有所不同。但是,确保学生正确认识物联网技术的一个基本要求是教师向学生完整地介绍物联网的四层结构。任何一层的缺失都将导致学生对物联网概念和内涵认识的不准确,影响其以后的学习效果。
三、结语
本文在阐述物联网内在层次结构的基础上,结合“物联网技术导论”课程课时短、内容多的特点,详细介绍了如何在有限的课时内分配主要的物联网技术的知识点。由于“物联网技术导论”是一门新的课程,目前还没有成熟的课程教学方案,因此,本专业的高校教师要善于结合自己的专业知识和教学经验,编写符合中国国情的“物联网技术导论”教材,探寻一条符合中国学生的“物联网技术导论”课程教学方法,进而培养出基础扎实、技术熟练的物联网专业人才,推动“感知中国”战略的进程。
参考文献:
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1.引言
物联网即物物相连,是互联网的延伸和扩展。而物联网工程专业作为2010年国家教育部公布的新增的专业,旨在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[1]。
物联网的体系结构主要分为三层:底层为感知层,主要由大量的感知设备组成,物联网通过感知层便能延伸到万物;中间层为网络层,最关键核心的位置,其作用是“传送”消息,为传感层和应用层搭建了桥梁;最高层为应用层,作用是实现处理,用于对下层的数据进行融合处理,实现对物体的实时性控制和管理。
2.课程开设的必要性及课程安排
2.1课程开设
从物联网的架构体系中可以看出,物联网技术也是交叉于电子、通信、网络、计算机学科的综合技术。而物联网工程作为新增专业,任何学校的专业课程体系都处在探索研究阶段,然而把通信原理作为物联网工程专业的核心课程是获得一致肯定的。
通信原理课程作为物联网工程专业的通信类核心课程,是为让学生对信号产生、传输、调制和解调有基本的认识,能够熟知整个通信系统的工作过程。一方面该课程理论性强,概念繁多,知识抽象,公式复杂,知识体系交叉于高数、电路等课程,难度大,课程枯燥,难以调动学生积极性。另一方面物联网工程专业学生由于需要学习电子、网络、计算机、通信相关课程,因此很难有足够的学时学习通信相关的所有课程,对于大多数学生的要求也不能如通信工程专业学生一样。因此如何把通信原理课程合理的讲解,让学生能够深入浅出的明白通信理论是需要物联网专业老师不断探讨改进。
2.2课程建设
2.2.1理论课程
结合我校物联网工程的教学计划,通信原理的课时为:52理论学时+34实验学时,该课程前期并未开设信号与系统课程。在通信原理课程前期,如何让学生理解信号、理解通信系统成为了主要问题。针对学生这一特点,笔者主要将通信原理课程的学习分为四个阶段:
一阶段:让学生认识信号,熟悉基本信号函数,了解通信系统的整个原理过程,知道学习重点所在。学时安排为8学时。
二阶段:通过电路引入通信系统的数学模型,让学生能够理解信号在时域与频域的不同特性,能看懂信号的波形与频谱。学时安排在12学时。
三阶段:前两阶段都是为了学生能够入门通信系统,本阶段是课程的核心所在,该阶段的学习任务是调制系统、模拟数字信号转换、信号在信道的传输特性以及信号的解调。安排学时在24学时。
四阶段:这一阶段主要是为学生介绍通信相关的技术,由于涉及的内容复杂,对大多数学生只要求了解,让有兴趣的学生可以深入研究,主要内容包括同步技术、复用和多址技术等。安排学时为8学时。
2.2.2实验课程
在传统的通信原理实验中,常常是使用示波器,函数发生器,频谱仪进行信号的波形及频谱的观察和分析,然而硬件设备也存在着不足,首先硬件设备费用高、使用寿命短,其次硬件设备局限性大,只能完成指定的实验范围;另外,由于实验设备在使用过程容易受外界干扰,如电磁干扰、无线干扰等,常常致使信号容易发生失真,不易准确观察等缺陷。因此,实验课程不再使用传统的示波器和频谱仪进行实验,而是采用MATLAB软件进行实验。
MATLAB是由美国Mathworks研发的软件,主要用于算法开发、数据分析以及数据的可视化,主要由Simulink和MATLAB两部分组成。MATLAB是当下使用最为广泛的数学仿真软件之一,而在通信原理中,可以利用MATLAB的函数库、模块库功能,在可视化环境中观察信号处理的过程,将抽象的波形变换、频谱搬移在可视化环境表现出来,让学生能真实理解通信过程,加强学生的学习热情,提高教学质量。MATLAB能对所有的数字信号和模拟信号进行仿真。
MATLAB软件仿真与传统实验相比,就是将由传统的硬件设备完成的实验变成由计算机的软件代替完成。传统实验中,我们将电子元器件组合成通信系统,然后利用信号发生器、示波器、频谱仪进行信号的观察分析,而在MATLAB中我们利用程序言语将系统的通信模块、函数库进行调用,然后在图形界面中进行信号的显示分析。因此,MATLAB相对于传统实验的优点主要有以下三点:(1)软件实验室建设快速,成本大大降低;(2)软件实验更加精确,不易受外界环境因素影响实验结果,也不易因为误操作导致设备损坏;(3)MATLAB可以完成大多数通信原理实验,并且实验过程可以设定不同实验参数以方便对实验结果进行对比分析,能达到更好的实验效果,加深学生对通信过程的理解。
实验学时共34学时,采用MATLAB软件进行实验,编程语言采用c语言。由于学生具备c言语编程基础,因此对软件的使用可以很快掌握。具体的实验课程安排见表1。
3.小结
通信原理作为物联网工程的专业必修课,在教学过程中存在着学生基础知识薄弱,教学难度大特点。因此,学校在安排课程时应结合学生的特点,因地制宜的安排学习内容,可适当降低理论难度,重点是让学生理解通信系统的过程,对通信有整体认识。由于我校物联网工程专业依附于计算机学院下,物联网工程专业偏向于软件应用的特点,可在课程中结合MATLAB软件,让学生可以通过软件仿真实验去理解通信过程,并在学习过程引入合适的项目作为向导,让学生知道通信技术在物联网中的重要性,因此更好的激发学生的学习热情。
关键词:课程体系;教学模式;平台建设;分层/分类培养
中图分类号:G642 文献标识码:B 文章编号:2095-1302(2014)01-0077-03
0 引 言
物联网是继计算机、互联网、移动通信网之后的又一次信息产业浪潮。代表了未来网络的发展趋势与方向,政府大力支持物联网的发展,企业和教育界、科技界共同推动,物联网产业已经成为国家战略性新兴产业,需要大量熟悉和精通物联网的专业人才[1,2]。在此背景下,北京联合大学自动化学院对2011版自动化专业培养计划进行了修订,在 “智能测控技术”专业方向的基础上建立了“信息处理与物联网技术”方向[3]。
1 专业现状与背景分析
原“智能测控技术”专业方向以信息的采集和处理为主,课程主要包括检测技术、传感器原理及应用、智能仪器、计算机控制技术以及LabVIEW技术等,是传统的专业方向,课程的覆盖面较窄,偏重于系统前端的硬件采集原理,系统的概念较为薄弱;从人才培养的角度来看,已经满足不了厚基础、宽口径的人才需求,学生掌握知识的集成度不高。为了既保持传统的经典知识内容,又要为课程体系增加新的特色和先进内容,将传统的专业方向赋予时代意义,使学生们真正学以致用,“信息处理与物联网技术”专业方向应运而生。
“智能测控技术”和“信息处理与物联网技术”并不是割裂的,前者是后者的基础,后者是前者的延续和拓展。从技术的角度上讲,物联网分成三个层次[4,5],即感知层、网络层、应用层,形成了物联网的体系架构。物联网的感知层涉及到传感网技术,会有多种传感器应用其中,正是“智能测控技术”方向的核心内容;物联网的应用层是多种信息的智能处理技术,也是“智能测控技术”方向的主要内容,它们被物联网网络层连接,即新的专业方向加入无线传感网等新知识、新技术,形成物联网系统体系的概念。
我们的教学理念在于从一个大系统的角度看待物联网,利用物联网实现系统的集成创新应用和信息化服务。以物联网体系框架为依托,实现信息的采集、传输、有用信息的提取和整理、以及完成相应的控制和信息应用,重点突出无线传感网和应用层设计,及物联网的行业应用和信息化服务。因此本课程体系的设置将突出系统网络架构、选择物联网关键技术,并将物联网技术与经典的检测及控制方法相结合,实现物联网的多领域应用[6,7]。以物联网为载体,培养学生的创新意识,增强学生的实践动手能力,提高学生专业综合素质。
2 课程体系设置
“信息处理与物联网技术”专业方向设置在自动化学院,因此它的应用特色非常鲜明。课程体系的设置如图1所示,加强了实验/实践环节的内容设置。其中,理论教学是基础,对物联网的体系结构、关键技术和相关领域的典型应用形成完整的阐述,实验教学作为理论课程的延伸,是抽象到具体的过程,试验环节的设置按照物联网的体系结构,完成由下而上的知识获取和验证;物联网作为一种实用技术,让学生去感受、去体验、去亲自动手设计和实现一个系统更是至关重要的。通过实践环节中的认识实践,学生去企业参观感受,体会知识的力量和企业文化,培养对专业的认知和信心;工作实践则更近了一步,利用假期时间到相关企业中从事基础和简单的专业工作,深化所学知识的专业应用技能;请工程师或行业企业从业者走进学校的课堂,结合实际的应用案例,为学生出题和指导,进行专业综合训练,为学生的实际设计能力和实际动手能力培养打造了平台,提供了方向。理论教学、实验教学、案例教学和各个实践环节相结合,增加课程的实用性。为应用型人才的培养奠定了基础。
2.1 理论课程
集成了多种新知识和新技术的应用,涉及的知识点众多,作为系统的学习和设计,理论教学中课程内容的衔接、承上启下的课程安排非常重要;理论课程包括基础课程(也称为学科大类课程)和专业课程[1]。
本专业方向偏重于传感检测、无线网络的设计以及行业应用,尤其是工业物联网的两化(信息化、自动化)融合,因此在限选课中还有相关行业技术应用课程:虚拟仪器技术、现场总线技术等。任选课作为专业限选课的补充,完善物联网的设计和应用。
通过理论课的学习,学生将会对知识融会贯通,对信息处理和物联网的应用体系和架构充分了解,具有物联网系统的理念和基本的组网设计能力。但是在实际应用中,需要将多门课程、甚至多学科的知识融为一体,去设计、安装、调试、运行一套系统。这种灵活运用所学知识于实际系统的能力,是真正的学以致用的体现。因此实验室建设、实验基地建设和实验项目开发,对于学生消化、理解理论知识和培养实际动手能力至关重要。
2.2 实验室建设
图2所示是物联网专业方向的实验室建设框架,实验室建设与课程设置紧密相连,并考虑到学生的分层教学以及科研平台的扩展性。利用已申请的中央财政支持地方高校专项资金,正在筹建支撑“物联网技术及应用”、“无线通信和无线网络基础”及“物联网应用层系统设计”等课程的课内实验平台,包括三个模块:第一是物联网技术基础实验模块; 第二是无线传感网开发设计模块;第三是物联网技术沉浸式体验模块。其中第一和第二模块在教学上采用学生熟悉的C或C++语言实现节点和无线网的设计,网关采用Linux、andor两种操作系统,学生可以根据自己的基础和喜好选择;第三模块是智能家居(体验)实验室,根据家居实景建立的物联网系统,可以实现灯光、安防、烟感、窗帘、空调等家居设备的远程控制。此系统采用最适合无线传感网络的Tiny OS操作系统,可以作为学生初识物联网系统的感性认识体验模块,也可以作为教师、学生进行科研开发的平台。目前在建实验室物流综合实验室和未来超市都是物联网在行业中的具体应用,提供学生进行专业综合训练。
课程的实验内容全部以实际系统为主,综合训练学生的系统设计、软件编程和系统调试能力,包括对传感/变送器的选取、信号的采集与处理方法、无线传感网组网技术、物联网应用层设计、针对不同领域执行器的选择等;并将先进的虚拟仪器技术与物联网应用相结合作为物联网的信息处理方式,培养学生设计智能仪器的开放性创新能力。通过实际项目训练,学生可以完成从了解任务的需求、根据需求制定系统方案、在最佳性价比的基础上选型系统的硬件配置、组网,到应用所学知识编制合理的软件程序,并具有系统调试、通过系统运行结果分析问题、定位问题、以及解决问题的专业核心能力。
2.3 实践基地建设
物联网工程技术是集成的信息/控制服务系统,可以应用于不同的行业和领域。据报道目前物联网专业的人才缺口近20万,因此培养适合于企业的应用型人才就是物联网专业的人才培养目标。产学研的办学模式是企业和学校快速沟通、共建共赢的很好方法。在课程建设、实验室建设的同时,积极与企业联系,建设校外实践教学基地是专业方向建设的重要环节。同时在我们的教学计划中还有工作实践的内容,建设实践基地也为学生的工作实践提供了场所和条件。利用北京市高新企业多,许多区县建立数字北京、智慧北京的物联网项目的机会,与企业和公司合作,进行横向项目的开发和实践基地的建设。选派学生到相应的公司企业进行毕业设计,不但使学生掌握了物联网技术、熟悉了企业的运行模式,还可以为企业提供专业的人才,实现企业与学生的双向选择。
3 教学模式的探索
物联网教学涉及的知识点众多,学生直接进行理论课的学习难免感觉枯燥和凌乱;但物联网的应用可以无所不在、生动有趣,这样的特点决定了我们在教学时可以先引起学生的兴趣,让他们明白所学可以如何用。因此在课程的安排上首先是导论和浸入式体验的认识实践,然后才是相关专业课的学习和实验,并在第六个学期进行工作实践,加深专业知识的应用,第七学期开设专业综合训练,学生进行设计性、应用性训练,形成物联网系统。图3所示是学校物联网方向的教学进程图。
4 结 语
物联网技术的课程设置应当具有以下特色:
第一是先进。课程设置针对目前最热门的集成技术应用—物联网系统的设计及应用,是传感技术、计算机技术、网络技术和信息控制技术的发展方向,体现了先进技术的特质;
其次就是实用。课程设置和内容将重点突出实用性,理论是基础,实用是根本。强调实验环节,以增强学生的实践动手能力和毕业后对岗位的适应能力为宗旨,突出重点,强调实用。
第三是灵活。不但体现在课堂上课程设置的灵活性,也显示了物联网学习的灵活性。以物联网体系框架为依托,重点突出无线传感网和应用层设计及工业物联网的应用。学生可以根据实际系统的需要灵活配置。强调培养学生灵活思维,突出创造性和创新意识,是学生综合素质的体现。
最后是深入。课程的工程性、实用性、设计性很强,也有许多公司会举办大型的物联网设计大赛,因此可以为有兴趣的同学开辟第二课堂,通过指导学生参加相关专业的科技竞赛带动大家的学习热情,深入理解本门课的内容。
参 考 文 献
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物联网技术是在计算机技术和互联网技术之后的信息产业第三次革命浪潮。它通过感知识别技术,按照事先约定好的协议,能够实现人与物、人与人、物与物之间的相互联系,现在被广泛的应用于医疗产业、智能交通、智能消防、智能环境检测和政府工作等方面。在公认的情况下物联网被分为三个层次:底层是感知数据的感知成;在中间的一部分是传输数据的网络城;在最上层的部分是对内容信息进行处理的应用程序。物联网是三网融合的延伸和扩展,互联网是本技术的核心和基础。
通信工程软件工程电子工程科学技术和工科专业等是物联网专业网络实验的主要内容。相比于学校的工科学院,一些高等的职业师范学校就缺少或是没有完全掌握这种通过物联网培养专业人才的技术。在国际上对互联网专业人才的鉴定是从四个方面进行的,一是计算思维能力;二是程序设计的实现能力;三是对计算机算法设计与分析能力;四是对物联网系统的认知、分析、设计和开发能力。下图1为在物联网专业课程中计算机网络课程在其中所占地位。
图 1 计算机网络课程在物联网专业中的核心地位
在我们列出图1中可以发现物联网专业课程大致可分为两类,分别是基本理论与专业基础和工程与技术实践。而基本理论与专业基础类是为了使学生具备计算机思维和使学生更好的认知互联网,对日后的开发打下坚实的基础。而工程与技术实践的主要内容是培养学生通过社会需求的导向来更好的应用和掌握物联网开发的方向和能力。物联网技术的本质问题是如何才能更方便更有效的利用系统来实现对不同行业的互联网服务,而它的根本目标是怎样才能构建出高效率,低成本的自动化系统。中国专家吴功宜的观点是互联网专业技术是由计算机科学技术衍生出来的,他的主要目的是为社会培养工程与技术人才,所以专业实践课程是物联网专业课程的关键。随着社会的发展,社会对计算机科学所需的人才也提出了客观的需求,物联网专业人才能够充分的理解物理空间与信息空间的一体化趋势,并且他们具有这种科学思维和科技创新的能力,能够更好的应用服务于社会。
2网络教学原则
网络教学原则是网络教学的目的和过程客观的制定的教学经验总结。对普通的网络教学具有普遍适用的指导意义。一般从以下几个方面来制定:第一是真实性原则。在网络教学中通过网络多媒体等虚拟现实技术,创造出与实际学习环境相似的学习环境,即实现情景学习。第二点是开放型学习原则,导师把各种学习资源开放的展现,给学员构造出自主学习环境,并且只需为学生提供出学习建议和学习方向,利用物联网的高包容性,高便捷性,高覆盖性的特点,使学生能够及时得到教学资源,开展学习。第三点是随机学习原则。在建立的虚拟网络系统中构建一种随机学习机制。就是围绕一点,可以通过不同的方式进行学习,并且提供多次的学习机会,是学员能够根据自己的兴趣爱好,选择合适他们的学习方法,从而使他们获得更多的知识。第四点是探索学习原则。在网络教学的过程中应该以引导为主,应该注意时刻调动学员的积极性,是他们自己学习,强调学习的主动性。通过这种方式培养的学生自主学习能力和科技创新能力以及推测,预测能力会远超常人。
3网络课程教学实践
3.1激发同学的专业学习积极性
在物联网教学实验中有一门物联网技术导论课程,是学习物联网专业的基础课,在专业课程的学习中具有非常非常重要的作用,是学生迈向物联网的敲门砖。在笔者的实际教学课程中,第一节课是用来调动学员的积极性和提高学生们的学习兴趣。通常在这节课中一般用以下几点来提高学生的学习兴趣。一是向学员们展现物联网对我们生活的影响和在物联网的影响下,我们的生活有了什么改变?让学生充分的体会到物联网是如何改变我们的生活,使我们的生活变得更加便利,从而提高学生的积极性。二是为同学们分析现状,让他们充分的认识到自己的不足和强势之处,使他们更清楚四年大学生活对他们的影响,让他们充分认识到这四年大学生活是人生中的第二次充电站,这关乎他们未来的生活水平和幸福指数,鼓励他们克服现有的迷茫,从而获得一个充实而美好的大学生活。三是与同学们讨论如何在以后的学习过程中如何使他们一直保证一个较高的学习兴趣,可以组织学生参加一些活动,或者向有经验的老教师进行他们的教学方法,再或者多与志同道合的同学交流,时刻对物联网技术进行高度关注,通过组织或协助学生参加物联网技术竞技大赛的方式提高他们的积极性。
3.2为学生创造充分的学习空间
在实地教学课程中,有意者去布置一些相对简单的互联网选题,且提前布置下去,使他们有充分的时间来查阅相关的资料,做成课件,鼓励他们在课堂上自行讲解分享,为他们营造出充分自由的学习空间,培养同学的自主学习能力和表达能力。比如可以通过一些新兴的技术如:云计算,遥感技术,位置服务或者可穿戴技术等专题,让他们展开自由的学习讨论,让他们自行分组学习,结果会非常理想。让同学从对云计算一无所知到有模糊的认识,再到最后演讲时头头是道,能够对云计算整体进行定义和分析,这就是质的变化。
3.3为学生推荐有较高阅读价值的资料
学生在实际学习过程中可能会花费很多时间去学习一些不是很重要的东西,这时就需要教师对他们进行协助,所以学生的导师就需要为他们指明学习的方向。一开始导师可以向他们推荐一些经典的资料,做到授之以鱼。由于导师对互联网有较深的了解,他们对一些知识也有更深刻的认识,所以在导师有意的指导之下,学生通过阅读或实际关键资料可以达到快速提升自己能力的作用。在教学的过程中要注意到时代的发展,对于物联网的影响,比如物?网发展的趋势,新技术和一些新应用新的发展方向。当遇到一些新奇或者是有意义的资料及时整理出来,并且发在网络课程上,让学员们进行学习。在实际教学过程中,要有意的把自己整理的资料视频或者电子书文件向同学推荐。如讲物联网安全问题时向学生推荐美国著名的密码学专家 BruceSchneier 的经典著作《Applied Cryptography》和《Secrets and Lies: Digital Security in a NetworkedWorld》,在对云计算进行讲解时,可以向学生推荐美国著名作家尼古拉斯?卡尔的著作《IT 不再重要――互联网大转换的制高点:云计算》,在对物联网发展社会背景进行讲解时,我们可以向学生推荐尔?盖茨的《未来之路》。
当学生对一些基础已经完全了解后,如果他们想继续深造,可以教给他们一些获取信息的方法,途径,做到授之以渔。使用最多的方法是交给他们在搜索引擎中选择关键词或关键字搜索法。在百度,搜狗等搜索引擎中输入关键字,在搜索结果中选择他们自己感兴趣的内容。还有一种方法就是利用微信公众号如“物联网头条”“物联网智库” ,这些公众号会时常更新,大概每天都会有4-5条关于互联网的最新资讯或者是关于互联网的原创观点,可以使同学们在茶余饭后的零碎时间进行兴趣学习。通过浏览这些文件或资料,提高他们的学习能力,开阔他们的眼界,增强他们的专业学习兴趣。
3.4 各学科老师进行交叉学科合作
这个方案主要是针对导师来进行,因为对于物联网专业,不仅学生要提升,导师也要提升。导师的自我提升也有非常重要的作用,在实践过程中,导师可以通过阅读来实现提高自己知识面或者眼界的作用。可以通过在网上搜索相关的教材资料文献或者在网上查找视频等方法进行自我提升。有一点在教师的提升中有至关重要的作用,那就是交叉学科教师合作。基于物联网专业的交叉学科教师合作,能够使教师与时代与时俱进,使他们不局限在自己的小天地内,融入到大的时代背景当中,使他们能够各方面全面发展。教师合作可以开展长期的科学研究,也可以形成小组合作或持久的稳定合作关系,这不仅能使教师之间的知识更加融洽,也可以使教师之间的关系更加的和谐,使教师在教学过程中游刃有余,触类旁通。
3.5参加物联网科技创业大赛
由于物联网专业具有应用的特性,所以我们不能让学生仅仅的停留在理论学习当中,应该鼓励激励他们在生活实践中得以运用。我们可以与校领导进行协商,举办一些科技创新大赛,或者鼓励学生参加国家级别的科技创新竞赛,使他们在竞争的过程中获得更多的知识,使他们所学的理论知识更好的应用于实践。这种竞争模式可以充分的激发学生的思维,培养他们的动手能力,使其在日后的学习中有明确的方向和目标。并且在参加竞赛的过程中,学生应该与指导教师进行积极的协商,向导师介绍自己的创新思想并寻问可行性,这样可以避免走很多弯路。
4网络课程实验教学体系
4.1 CDIO教学理念
CDIO 代表构思(conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate),它生命周期的载体是从产品研发到产品运行。他的主要作用是用来培养学生在实际生活中主动实践的工程能力。网络课程内容横穿大学四年本科学习,所以在不同阶段融入不同的网络实验课程,具有必要性。在实际的教学过程当中,在多数情况下使用让学生们进行小组讨论学习的方式进行科研或者是掌握学习内容。
4.2过程的实验考核
关于高校的计算机课程教学过程的评定,实验课程成绩占据了非常大的比重。但是随着时代的发展,高校越来越注意对人才的多元化培养,所以如果再采用传统的总结性评语,就很难对学员进行全面的分析评价,所以为了使学生的评价更加的客观和公正,就引入了基于云计算在线的测试形式和通过计算机网络课程进行综合评价的方式。前者是考验学生对静态网络的认识,而后者是全面考核学员的创新和系统集成的。在二者的有效结合之下,会在很大程度上综合反应出学生的学习情况和能力水平。
4.3 基于行业案例的实验模式
由于物联网具有可靠传输智能处理全面感知特性,在电网交通物流等方面被广泛的应用,所以智慧城市是物联网发展的趋势。为了保证智慧城市的正常运行,就需要很多使用物联网的人才进行维护,所以在教学过程中可以对这一方面进行针对性的教学。比如芜湖市的智慧城市创建目标就是建设创新和谐幸福优美的智慧型城市。他的主要任务是实施“1336”工程,即“一个中心、三项工程、三大体系、六大基地”。 而为了完成这个目标就需要专业对口的人才,所以这些目标也为人才提供了良好的就业平台。在日常的教学过程中有针对性的为学生讲解或者推行这些方面。在工程训练,毕业设计,专业实习等环节,有意识的加强相关内容,带领学生参观相关的企业或者是学术论坛,这样不仅能提高学生的专业水平,还能促进学生就业水平。
关键词:物联网工程专业;知识结构;现状
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)09-0142-03
知识结构是指一个人经过专门学习培训后所拥有的知识体系的构成情况与结合方式。合理的知识结构应该是一个多元的、复合的、动态的、协同的结构体系。是担任现代社会职业岗位的必要条件,是人才成长的基础。作为一名高校教育工作者,必须更好地研究所在专业的学生的知识结构,以更好地培养出知识结构合理、能根据当今社会发展和职业的具体要求,将自己所学到的各类知识,科学地组合起来的,适应社会要求的人才。
物联网则是近年来信息产业界提出的重要概念,被称为继计算机、互联网之后,世界信息产业的第三次浪潮。
一、物联网工程专业学生知识结构的组成要素
物联网工程专业学生应具有扎实的自然科学基础和较好的人文社会科学基础及外语综合运用能力,要系统地掌握本专业所需的相关学科的基础理论和基础知识,掌握物联网感知与标识的理论与技术及信息处理技术,其组成要素如图1所示(见上页)。
二、物联网工程专业学生知识结构的现状分析
作为一个战略性新兴产业相关专业,物联网工程专业的课程体系,师资力量、实验条件等还有待进一步完善。这里,主要分析本专业学生的知识结构上存在的一些问题。
(一)数学与物理等基础学科知识不足
由于多年来计算机学院各专业学生的就业形势较好,一些用人单位只要求毕业生具有良好的计算机操作和维护能力,这种使得部分在校学生只重视“计算机操作”,而对于数学和物理等基础学科应付了事。物联网工程专业作为我校计算机学院的新开设的专业,也同样存在上述问题。但是,根据目前物联网工程专业的就业需求和一些物联网工程的实际项目的开发需求,物联网工程专业必然会用到大量的数学和物理等基础学科的知识。如:要求能够运用数学语言,描述工程实际问题,并建立适当的数学模型进行科学和工程的分析和处理。这就要求学生具备良好的数学基础知识,并能把数学知识运用的物联网工程专业的实际应用中。
(二)人文社会科学基础教育薄弱
目前,理工科大学生普遍存在重理轻文的心理,物联网工程专业的学生也不例外。而且,一般理工科院校的课程体系设置过分强调理工科方面的专业基础知识和专业课程,忽视人文社会科学基础课程的安排。在这种课程体系的培养下,大学生的知识结构往往是不合理的。从而,培养学生的人文社科基本素养,并将这些基本素养与物联网工程专业知识素养结合起来,形成一个全面的、合理的知识结构。
(三)动手能力不强
物联网工程专业涉及的学科领域不仅仅是计算机科学与技术,还涉及到数学、物理、电子科学与技术、通信工程等学科领域,这是一门新兴的学科,学校的办学条件、实验设备相对其他专业滞后,能让学生动手设计与组装的元器件很少,加之学生本身的主观因素,中学阶段在高考“指挥棒”的压力下只攻读考试学科,很少实践,因此,动手能力较差是普遍现象。而本专业却非常需要学生具备较强的创新实践能力,这与目前的学生实际情况形成了较大的反差。在这种状况下,如不能充分利用现有实验室设备,改善实验环境,并加强学生的工程实践锻炼,学生的动手能力的差距将更大。
(四)外文专业文献资料的阅读能力较弱
由于学生大多注重专业课程的学习,忽视了人文基础学科包括外语工具学科的学习,因而,外文水平不高的现象也颇为普遍,无论是阅读理解能力还是写作翻译能力都不尽人意。尤其表现在外文专业文献资料的阅读上,理工科学生很少接触相关专业外文文献资料的阅读,而且在通用英语教学中未涵盖很多专业英语的词汇,此外,一些专业名词翻译成中文后含义模糊,难以理解。这样就导致了学生们外文专业文献资料的阅读能力普遍较弱。这与一名优秀的工程技术人才的要求是不相称的。因此,笔者认为,要提高物联网工程专业学生的外文专业文献资料的阅读能力,首先应引导他们提高认识,激发学习兴趣,多读多练;其次,可在一些专业课程的教学中使用双语教学,使学生们在专业课的学习中逐步掌握大量专业英语词汇,由此可达到事半功倍的效果。
三、思考或建议
要改善和优化物联网工程专业学生的知识结构,培养高素质的具有创新精神的物联网工程专业人才。必须从课程体系,师资力量、教学方法、实验条件等方面人手,切实推进教育改革与教学改革。
(一)构建动态课程体系
课程体系是实现人才培养目标和使命的主要载体,是学生知识结构优化的重要保证。构建一个合理的动态物联网工程课程体系是计算机教育本身发展的要求。合理的动态课程体系要求课程内容充分满足通识教育的要求。同时,能够培养学生具有应对社会变化、科技更新的适应能力。动态课程体系还应正确把握“量”与“度”,整合、重组教学内容,既注重基础,又能够将现代科技发展的新动态、新成就融合到课程知识中。此外,动态课程体系还须突出工程实践教学体系,以培养学生的创新精神和工程实践能力。总之,应当基于上述思想,深入分析研究课程设置、时间顺序、课程内容、教材内容的动态更新,以构建合理的动态课程体系。
(二)提高教师综合素质
优化学生的知识结构,关键在教师。要提高教师的综合素质,首先,要树立办学以教师为本的理念。尊重教师,尊重教师的劳动,积极引导教师爱岗敬业,乐教奉献;其次,要着力提高教师的职业素质和工程实践能力,有计划地选派教师尤其是青年教师出国进修或访学,分期分批安排教师到企业、行业参加工程实践,增强教师培养学生实践的指导水平和能力;再次,要不断完善对教师工作业绩考核的评价体系。全面、合理、客观地评价教师的工作绩效。既要注重科研成果,更要看重教师的实际教学水平、教学实际。
(三)改进教学手段与方法
应遵循“以学生为主体、教师为主导”的原则,积极引导学生自主学习、创新学习;要充分利用现代教学手段诸如多媒体教学、构建网络平台等,把抽象的知识形象化、枯燥的知识生动化;在实践教学中突出“做中学”的理念,实行校内教师和企业导师共同培养的做法,提高学生的工程实践能力;根据计算机技术快速发展的特点,学校教育管理部门要给教师提供更多的相互交流、共同切磋教艺的机会,并充分利用教学课件可复制特点,合作制作一些可动态更新的优秀的教学课件,达到资源共享的目的,同时也利于教学水平的共同提高。
(四)建立工程实践中心,提高学生动手能力
为提高学生的动手能力,更好地培养出高素质物联网工程人才,目前我校已在原有的实验室条件基础上,申报了物联网工程实践教育中心,以期为物联网工程专业学生提供一个培养平台。该平台建设依据所需要培养的工程师的层次和目标分为三个层次:综合系统设计实践平台主要为物联网工程专业学生提供初始工程实践能力的培养提供系统的培养平台。课题工程设计主要为特别优秀、具有专门才能的学生提供平台,该层次平台主要结合科研课题而建设,平台会随着课题的不同而有所变化。产品及技术研发平台主要针对公司的产品开发,完全将物联网工程专业教育融入到系统设计和产品开发中。通过构筑课程综合、工程设计、技术研发三个层次的平台,可推进工程实践与创新教育实践的融合,构建创新型人才培养的实践教学体系。
(五)实施企业阶段实践方案
实践教学是全日制本科院校培养合格的工程技术人员的极其重要的环节。实行校企合作是物联网工程专业“产学研”结合的有效途径,也是校企双赢的重要举措。因此,实施企业阶段的实践方案是一个重要的教学环节。是学生熟悉企业需求、培养锻炼实际工程能力的核心步骤之一。在确定具体的实习实践内容时主要采取以下方式:①企业和学校(校内导师)共同协商一个工程领域的课题;②企业依据自身发展需要,通过立项合同的形式,与学校(校内导师)研发一个具体的项目;③安排实习生到企业从事实际的产品调研、研发、调试、运行、生产、管理或服务等工作。通过企业阶段实习实践,培养学生的系统集成能力、解决实际问题能力、技术创新能力、适应需求变化能力,以及初步的企业管理能力等。
物联网工程专业是顺应国家战略性新兴产业的发展需要而设置的专业。构建合理的物联网工程专业的知识结构是培养该专业人才的前提,也是紧跟经济社会发展的必然要求。我们必须以科学发展的眼光,面向未来,面向新兴产业的发展前景,积极、谨慎地构建合理的物联网工程专业的知识结构、课程体系,不断探索新兴产业所需人才的培养途径,为国家现代化建设输送更多物联网工程技术的优秀人才。
参考文献:
[1]葛海燕.论大学生构建合理的知识结构[J].教育与职业,2007,(35):179-180.
[2]教育部办公厅关于战略性新兴产业相关专业申报和审批工作的通知[S/OL].[2010-04-21].
http:///edoaS/websitel8/33/infol2681207668076
33.htm.
随着物联网技术和产业的发展,必将引发新一轮信息技术革命和产业革命,对经济发展和社会生活都将产生深远影响。物联网是指将物体通过多种信息传感设备、按约定的协议实现人与人、人与物、物与物全面互联,可进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。其主要特征是通过射频识别、传感器等方式获取物理世界的各种信息,结合互联网、移动通信网等网络进行信息的传送与交互,采用智能计算技术对信息进行分析处理,从而提高对物质世界的感知能力,实现智能化的决策和控制。
物联网产业是国家确定的战略性新兴产业之一,加快发展物联网产业,对于促进我市产业转型升级具有重要意义。一是迅速提升信息产业整体创新能力,促进创新型城市建设;二是加速推进工业化与信息化融合,促进经济发展方式转变;三是强力带动其他特色新兴产业发展,促进经济全面发展;四是有利于改善民生,提高市民生活质量,构建和谐社会。各级各部门一定要充分认识推进物联网产业发展的重要意义,采取有力措施,加大工作力度,不断扩大物联网研发应用范围,为建设繁华舒适、现代一流的省会城市奠定坚实基础。
二、总体思路和发展目标
(一)总体思路。充分发挥我市毗邻区位优势、省会政治经济文化中心优势、雄厚的产业基础优势和科技资源优势,以转变经济发展方式、调整优化产业结构、服务民生为目标,以政府为主导、企业为主体、示范工程为牵引、社会参与为基础,采取需求拉动和技术推动的互动发展模式,努力把物联网产业培育成为我市新的经济增长点,推动经济社会加快发展。
(二)发展目标。年,物联网产业销售收入达到300亿元以上,重点示范行业效果明显,重点示范区特色鲜明,城市民生智能化水平显著提高,成为我市重要战略性新兴产业。重点建设4个物联网技术创新平台,培育10个龙头带动企业,扶持50个特色鲜明的创新型企业,推动3个物联网产业基地建设,实施三类应用示范工程。力争在物联网关键技术方面形成有效技术支撑,通信设备、卫星导航、行业应用、物联网服务等领域形成产业规模。
三、重点任务
(一)规划整合物联网产业链
加快物联网产业布局规划,引导产学研金介积极参与,推进产业技术创新联盟,促进RFID传感器、二维条码、短距无线通信、IPV6云计算等一批关键技术及自主创新产品的研发和成果产业化,形成物联网产业聚集效应。推进物联网产业链整合,集中精力打造从传感器、芯片、软件、终端、整机、网络到业务应用的完整产业链,形成优势互补、协同发展、相对完善的产业体系。
(二)加快建设物联网技术创新平台
1中国电子科技集团物联网研发中心。坚持“需求拉动、技术推动”原则,以中国电子科技集团第13所、第54所为核心,联合我市物联网相关企业、科研院所,建设国内一流水准的物联网产业研究机构。整合多方优势资源,加快网络与宽带接入、基础材料与芯片、传感器网络、无线通信、卫星导航、信息安全等物联网关键核心技术的研发、生产和应用,积极参加标准制定,推进技术产业化以及重大试点示范项目建设,支撑全市物联网产业发展。
2航天信息物联网应用工程中心。依托航天信息股份有限公司联合建设物联网应用工程中心,加强射频识别、物联网信息安全等领域的重大技术研究,推动科技成果转化和集成创新,加快物联网应用技术发展。
3市物联网共性支撑技术研究中心。依托驻石高校,大力研发适用于物联网的可编程技术、测试技术、情境感知和环境建模技术等共性技术。加强现代信息通讯技术、计算机及网络技术、先进微电子技术、新材料、新能源等基础支撑技术的研究与应用。面向生产制造、社会管理和公共服务,提供物联网应用解决方案、计算处理、信息交换、数据存储和资源互调共享等共性技术服务。
4市物联网软件及系统集成技术研究中心。依托软件产业基地和软件高新技术企业,针对多网融合需求,加大应用管理和服务软件,以及信息服务平台技术的开发力度;重点发展物联网信息安全软件、产品和专业化服务;重点发展物联网系统集成和运行维护服务,支持企业面向行业应用开展物联网技术服务,以推动物联网应用的快速发展。
(三)培育扶持物联网产业龙头企业
加大政策、资源投入,重点培育与扶持具有整体设计与制造能力的企业以及将物质、能源和信息三大资源进行系统集成的企业,加大物联网关键核心技术与产品的研发力度,使其发展成为物联网产业的龙头企业,进而带动物联网产业的发展。
(四)积极推动物联网产业基地建设
依托现有产业基础,重点规划布局,以物联网产业龙头企业为核心,吸引相关企业,加快成果转化和产业聚集,发挥核心带动作用。重点推动建设三个物联网产业基地,一是以中电科集团第13所和54所为依托,打造物联网产业元器件生产制造及系统集成基地;二是以软件园为依托,打造物联网产业软件开发基地;三是以东部产业新城和正定新区建设为契机,以行业应用为突破,打造华北地区物联网行业应用示范基地。
(五)组织实施物联网产业示范工程
1重点产业示范工程。以提高重点产业的资源利用率和运营效率为目标,将物联网技术逐步渗透融入到工业、农业、电力等重点产业运营管理的各个环节,加快两化融合,抓紧实施智能生产、运营、管理源等示范工程。
生物医药产业。利用电子标签技术、温湿度传感器以及各类监控设备,开发和实施生物医药产业在生产、流通、库存、消费等环节的智能监管和安全溯源系统,实现对在产、库、途、用、售、监管“六在环节”可视全程追踪溯源。
智能商贸流通。利用射频识别RFID红外感应器、全球定位系统、地理信息系统、激光扫描器等设备,开发和实施商贸流通产业在物品流转、库存管理、消防管理、停车诱导等方面的应用系统,打造智能商贸流通业综合信息平台,实现智能化管理,提高运营效率,树立全新商贸流通品牌。
智能物流。通过RFID技术在多式联运、大型物流园区、城市配送、冷链物流等方面的应用,探索利用物联网技术对物流环节的全流程管理;开发面向物流行业的公共信息服务平台,开发适用于各种物流环境的特种电子标签、物流装备、读写器、中间件、管理系统等产品。
智能旅游。结合旅游现状,将传感器技术、射频识别技术、定位技术等物联网技术运用到旅游景点信息管理、商场酒店信息管理、智能导游、电子地图以及特色名优产品防伪等领域,为消费者提供更为便捷安全的服务,优化商务旅游环境,进一步提升旅游形象。
2公共安全示范工程。围绕公共安全的监测、保护和预防,将无线传感器网络技术、地理信息技术等运用到生态环境监测、公共安防监控等领域。无人维护、条件恶劣生态环境监测中,无需人工干预的条件下实现生态监测、数据存储与交互,提高生态监测实时性、可靠性。
食品安全溯源。将物联网技术与食品生产企业原有的生产管理系统、供应链管理系统相融合,开发涵盖生产、加工、存储和运输全过程的食品溯源系统,快速、自动、准确地采集各个环节的信息,实现对食品生产、流通、消费的全程监控。
城市水环境监控。运用无线传感器网络技术,对重点水源保护区域进行实时在线监测和动态跟踪保护,进一步减少和遏制水体污染事故发生。
大气环境监控。将传感技术、无线通信技术与大气监测仪器设备相融合,实现对大气的连续监测和远程监控,及时掌握监测区域的气象状况,预警、预报重大大气污染事故,定点监测污染区域的发展态势。
地下管网监控。将传感器(压力传感器、加速度传感器、气体传感器和温度传感器)定位技术、地理信息技术等相结合,实现对自来水、天然气等地下管网的线实时监测,有效破解地下管网监测难题,及时、精确发现施工破坏、泄漏等不安全因素,提高地下管网运行的安全性,降低维护成本。
公共安防监控。将智能传感设备、无线通信技术等运用到公共安防监控领域,机场、学校、商场、重点商贸市场等公共场所以及突发事件中运用物联网技术与系统,实现实时监控监测、人员定位、智能分析判断、防火防盗防恶性事件等功能,提升公共安全监控系统的数字化、网络化、智能化水平,保障城市安全。
3公共服务示范工程。围绕改善生活、方便百姓的目标,推动物联网技术融入百姓日常生活的多个领域。优先选择智能交通、智能社区、智能医疗保健等领域开展试点示范工程。
智能交通。利用传感技术、电子结算技术以及各类监控设备、显示设备,开发和实施智能交通指挥系统、停车诱导系统、智能车库系统,打造智能交通信息平台,实现智能化采集、实时交互路况信息以及车辆管理信息,提高交通运行效率,缓解城市交通压力。加紧实施基于物联网的泛在交通智能感知和调度系统项目、道路停车自动收费项目、公交二维码系统,积极联合相关企业、研究单位,开发全面智能交通解决方案。
智能社区。通过传感技术、射频识别技术、定位技术、地理信息技术与互联网、电信网以及广播电视网相融合,整合运用到小区周界安防、车辆出入与停放管理以及社区医院、超市等领域,实现社区内不同服务体系之间的互联互通,打造便捷、舒适及安全的生活居住环境。
智能医疗保健。推进物联网技术在电子病历、健康检测与实时监护等领域的运用,重点推进小区健康信息化平台建设,切实增强对特定人群生理特征的全天候监测和与医院的实时交互能力,不断提高远程医疗能力,提升医疗卫生系统的运行效率,减轻病人负担。
(六)突出带动电子信息产业发展
加快物联网新技术推广应用、新产品产业化步伐,整合本地区现有资源,积极引进大公司、大集团,加大与的区域合作力度,促进成果在市的应用推广。
四、保障措施
(一)成立组织机构,加强组织领导
1成立物联网产业发展协调领导小组。由市政府主要领导挂帅,常务副市长为副组长,有关部门领导为成员,负责指导我市物联网产业发展规划工作,研究制定相关政策措施,调动各方积极性推动产业发展,协调解决产业发展及技术应用等方面的重大问题。领导小组办公室设在市发展改革委。
2成立物联网专家咨询委员会。聘请覆盖技术、经济、公共管理等领域的国内外物联网知名专家,负责研究提出我市物联网产业发展中重大问题的建议,研究论证有关前瞻性的技术应用问题,为我市物联网产业发展提供理论和智力支撑。
(二)拓宽资金来源,加大资金扶持
1设立市物联网产业发展专项资金。从市现代产业发展资金中设立2000万元物联网产业专项资金,重点支持物联网产业示范工程、关键技术攻关项目和公共服务平台项目建设。以专项资金为引导,吸引金融资本、产业资本和社会资本向物联网企业倾斜,资助物联网企业进行技术创新、技术改造、人才引进与培养等。
2积极争取国家专项资金支持。鼓励物联网企业积极申报或与高校、科研院所联合申报国家高技术产业化项目、重大技术装备研制和重大产业技术开发项目、产业技术创新能力建设项目、自主创新成果产业化专项、中小企业专项资金及技术创新基金等各类国家专项,以及省高新技术产业发展项目和重大科技专项,对申报成功并获得国家、省专项资金的项目,给予10%市级配套资金。
3鼓励企业上市融资。建立物联网领域拟上市企业库,积极帮助拟上市企业做好上市融资工作,切实推动物联网企业到国内主板、中小板创业板上市融资;鼓励有条件企业积极到海外市场上市融资;推荐和协助有条件的物联网企业申请发行企业债券,募集发展资金。
(三)推进联盟合作,整合多方资源
筹建物联网产业技术创新战略联盟。由政府推动、核心企业牵头,组建由政府、产业链上下游相关企业、科研院所、网络运营商、中介组织以及产业用户等多方参与的物联网产业技术创新战略联盟。通过联盟,发挥政府的政策引导和资源整合作用、产业链上下游企业的产业化推进主体作用、科研院所的技术创新源头作用、应用部门的市场牵引作用,以及网络运营商的网络支撑作用,相互支撑、有机结合,推动共性及关键技术研发、技术标准制定,推动产业链上下游共同发展,提升物联网项目系统集成能力;通过联盟,加强与全国各地物联网产业联盟、协会组织的交流与合作,切实推进物联网技术产业化应用、技术标准体系完善与统一工作。
(四)突出政策扶持,优化发展环境
1适时出台扶持政策。启动物联网产业发展政策的研究制定,明确细化扶持重点、扶持资金和具体措施,扎实推进物联网产业有序发展。各县(市)区依照全市物联网产业发展规划,结合本地产业发展实际,制定相应措施,积极帮助和指导本地物联网产业发展,确保规划的顺利推进和严格实施。
2营造良好政策环境。加大土地支持力度,符合用地标准和要求的前提下,优先安排物联网工程项目用地;加强知识产权保护与奖励,充分调动和吸引社会各界的积极性和创新性,保障我市物联网产业的高水平发展。
(五)培育高端人才,提升创新能力
加大物联网人才培养力度,大力培养和引进物联网技术领军人才和高端人才,加强物联网产业专业人才培训,制定物联网产业人才培养计划。重点支持驻石高校建设物联网产业相关的专业和学科体系,使之能够培养引领物联网产业与技术升级的高素质人才,为加快我市物联网产业发展奠定人才基础。
(六)建立行业统计,提供咨询服务
关键词:物联网;实验室建设;传感器;射频识别
中图分类号:G482 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2016)11-0110-02
物联网是通过射频识别(RFID)、传感器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网是集传感技术、计算机技术、通信技术等多种学科的综合应用。物联网解决的是信息世界与物理世界的互联互通。目前我国物联网运用领域包括智能家居、智能农业、智能交通、智能工业、智能环保、智能医疗等。到目前为止国内众多高校申请和开展了物联网工程专业的招生和教学工作。高校要想担当起新形势下物联网人才的培养,建设一个设施齐全、技术先进、质量可靠的物联网实验室迫在眉睫。中国地质大学长城学院也于2015年招收了第一届物联网专业的本科学生。物联网专业相对其它专业来说更侧重实践性和应用性,因此我们的实验室建设是我们整个学科建设中的重点工作。
1 物联网实验室建设的原则
1.1 与本校的培养目标相适应原则
任何实验室的建设都要与本校的培养目标相一致,物联网实验室也不例外。作为应用型本科院校,主要培养的是应用型人才,而非研究性人才,主要锻炼学生物联网应用系统的组网、调试、安装、售后服务、技术支持,培养物联网设计、施工与运维人才。因此学院实验室的建设应该以满足基础实验、实训为主,旨在满足培养学生的实际动手能力。
1.2 先进性原则
物联网是被称为继计算机、互联网之后世界信息产业第三次浪潮,是一个前沿的技术,因此实验室的建设也应遵循先进性的原则,购置新设备、采用新技术以满足需求。
1.3 模块化可扩展原则
物联网涉及到感知层、网络层和应用层三个层次,每个层次都有各自的技术,这些技术可以用模块化的思想实现,各模块之间要遵循统一的电气和数据接口,可以自由组合重构物联网应用系统。
2 物联网实验室建设需求分析
2.1 物联网建设的技术需求
从技术架构上来看,物联网可分为三层:感知层、网络层和应用层。
感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等感知系统,它是物联网识别物体、采集信息的手段,其主要功能是识别物体、采集信息、数据汇聚等。感知层由各种传感器、执行器、短距离无线通信、数据网关等构成,包括:传感器、二维码扫描仪、RFID 标签和读写器、摄像头、GPS 等感知终端;步进电机、直流电机、继电器、电磁阀等各种执行器;ZigBee、Wi-Fi、IPv6、蓝牙等短距离无线通信节点及网关。
网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统、数据服务器和云计算平台等组成,相当于人的神经中枢和大脑,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(包括人、组织和其他系统)的接口,它与行业需求相结合,实现各种物联网的智能应用,例如智能电网、智能交通、智能家居等。
物联网实验室的相关设备需要满足以上物联网的三个层次结构中各个组部分的相关实验。
2.2 物联网实验室建设的应用需求
1)满足物联网工程专业基础实验要求
实验室建成后需要满足培养方案上开设课程的相关实验,这是实验室建设的基本要求。通过这些基础实验使学生能够更好地理解和掌握专业知识。
2)要满足学生实训和参加大赛的要求
在学生完成多门专业技术课程学习后,可以开展综合实训课程,让学生通过项目对前导课程的知识综合应用、融会贯通,完成知识到技能的转化,知识点到知识体系的转化。通过实训可以锻炼学生的物联网应用的工程实践能力,以便培养出更高水平的物联网专业学生。
参加物联网应用设计大赛是锻炼学生实践能力的重要方法和手段,通过比赛提高学生对物联网的兴趣和竞技能力,丰富教学内容,活跃教学气氛。
3)满足学校教师物联网科研
科研能力也是衡量一个专业建设的重要指标。实验室建成以后,教师可以利用实验室开展更多地实验项目,从而提升教师的科研能力。
3 建设的内容
作为培养应用型人才的学院,学院的应该从培养目标需求实际出发,建立一个先进的满足教学、实训和科研的要求的综合性的实验室。本实验室应该包括基础实验平台、云服务平台和智能化实验室,物联网工程实验室组成结构图如图1所示。
3.1 基础实验平台
1)RFID综合实验箱是针对物联网专业的RFID教学实验而开发的实验开发平台。RFID技术是物联网的核心技术,因此有必要单独设置购买实验箱。实验箱可以包括各种频段的RFID读写器开发板、多种常见RFID标签、RFID应用模块、嵌入式系统、PC软件系统。这五部分构成完整的RFID体系,为学习RFID技术、了解RFID应用、开发RFID智能化设备提供了完整、优质的软硬件平台。RFID综合实验箱能够有效地帮助师生全面的了解无线射频RFID,掌握RFID的组成结构、运行环境以及工作模式,熟悉天线工作原理,掌握RFID射频信号解码技术等。
2)物联网综合实验箱
物联网综合实验箱应该能够提供完整的、层次化的物联网教学体系,提供从处理器技术、无线组网技术、嵌入式开发、应用层开发与服务、到典型的系统开发实战。物联网综合实验箱需要满足以下三层的具体实验要求。
(1)传感层:
微控制器应用技术:单片机原理及应用-C51系列、STM32的开发和应用、M4系列。
传感器技术:常见传感器原理、数据采集与处理、图像采集。
RFID技术应用:RFID原理、RFID频段分析、RFID标签、二维码、条形码技术。
无线传感网技术:Zigbee、IPv6、蓝牙、433M、WiFi、NFC移动支付、RFID移动支付。
物联网与嵌入式系统开发:基于Cortex-A9,Linux开发、Android开发。
(2)网络层:
网络通信:局域网技术、以太网技术、服务器。
移动通信:GPRS通信、3G通信、4G通信、GPS、手机安卓编程。
数据库:数据库编程、物联网数据库服务。
中间件:SDK、WebService开发。
(3)应用层:
物联网应用:智能家居应用开发、智慧农业应用开发、智能交通应用开发、食品溯源应用开发、智能仓储应用开发等。
物联网安全:无线传感层通信加密、数据网关通信加密、应用软件数据通信加密等。
此外综合实验箱要能够支持多种协议,具有丰富的接口以便连接各种设备。支持网关、手机、云服务等多种管理服务平台,网关支持Android/linux操作系统,运行数据采集控制管理软件。手机端采用Android系统,可远程控制的数据采集和控制系统。云服务系统采用B/S架构,可远程登录获取传感器数据,并且提供开放的API接口,基于这些API接口,用户可以轻松的进行二次开发。
3.2 物联网云服务平台
物联网云服务是一套针对物联网的海量数据服务、应用快速开发而设计的系统,旨在提供一个开放的物联网云服务平台,使传感器数据的接入、存储和展现变得轻松简单,通过几步简单操作就可以完成物联网应用的快速开发。
真正的物联网系统,其数据必然是海量的,必须通过大数据技术存储、分析。系统控制、数据展示也是必须基于云端的,可全球范围内随时访问和操作。
物联网云服务平台可以为老师的实验教学提供统一的在线化管理平台,提供灵活的用户管理和权限控制机制,同时支持大规模并发访问。因此,整个学院的所有学生,可同时接入平台开展实验。老师可随时上线检查学生实验作业、项目设计成果,为学生的实验和设计提供指导。
物联网云服务平台为学生提供在线、支持团体合作的实验及项目设计平台。可为每位学生分配一个登陆账号,实验结果、数据、项目工程相互独立,学生可在课堂之外延续实验。同时,支持项目协作,多个学生可团队合作,共同完成物联网应用系统设计
3.3 实验室智能化建设
为了让学生对物联网的应用有更加深刻的认识,在建设的时候需要对实验室进行智慧化改造,让学生上课的同时不仅可以体会到智能家居带来的舒适感还能学习智能家居的构造与设计。集传感器技术、嵌入式开发、综合布线、网络通信、自动控制等技术将家居生活有关的设备、设施集成,从而构建的一个智能、节能的智能家居实训环境。
智能家居应用系统可实现灯光、窗帘、家电、环境监测、安防、摄像头等的检测控制,可个性化定制居家、外出、看书、休闲、娱乐等情景模式,一键实现。并支持连接互联网实现手机、电脑上网的远程控制。
物联网实验室的建立能够让学生深层次的接触物联网,学习物联网,研究物联网,让学生将理论与实践相结合,提高学生的实际动手能力和创新能力。可以培养学生合理的知识结构、具备扎实的电子技术、现代传感器和无线网络技术、物联网相关高频和微波技术,有线和无线网络通信理论、信息处理、计算机技术、系统工程等基础理论,掌握物联网系统的传感层,传输层与应用层关键设计等专门知识和技能,并且具备在本专业领域跟踪新理论、新知识、新技术的能力以及较强的创新实践能力。
参考文献:
[1] 陈景贤, 陈志生. 高校物联网实验室建设与应用[J]. 实验室研究与探索, 2013(8).
[2] 林莉, 陈丽丽. 高校物联网实验室建设规划[J]. 长春理工大学学报, 2012(4).
关键词:物联网 展望 智能家居 智能农业 可穿戴
随着人类进入信息化社会步伐加快,国家最近几年在很多高校开设物联网工程专业,但是对很多刚进校的新生,对物联网工程专业还不太了解。现就将我在我们学校对物联网工程专业新生专业前景介绍和大家分享。
一、什么是物联网
简单的讲,有两层含义,第一,物联网的核心是互联网;第二,物联网是互联网延伸与发展物物相连的网。
物联网(Internet of Things,缩写IOT)是一个基于联网、传统电信网等信息承载体,让所有能够被独立寻址的普通物理 对象实现互联互通的网络。
物联网一般为无线网,在物联网上,每个人都可以应用电子标签将真实的物体上网联结,在物联网上都可以查找出它们的具置。通过物联网可以用中心计算机对机器、设备、人员进行集中管理、控制,也可以对家庭设备、汽车进行遥控,以及搜寻位置、防止物品被盗等各种应用。
物联网将现实世界数位化,应用范围十分广泛。物联网的应用领域主要包括以下几个方面:运输和物流领域、健康医疗领域、智能环境(家庭、办公、工厂)领域、个人和社会领域等,具有十分广阔的市场和应用前景。
二、挑战和机遇:物联网应用前景和发展展望
物联网的发展代表了整个社会信息化的发展方向。就通信产业来说,长期的发展目标是 实现人与人之间无缝的联系和沟通。这个目标发展到现在,已经基本实现了。那么今后向什么方向发展?2009 年开始,以“物联网”、“智慧地球”为代表的信息化概念在全球范围内出现,为通信产业未来的发展指明了方向。 在全球金融危机后期的大背景下,物联网的本质是行业信息化,各国政府大力推动物联网发展的动力在于寻找新的经济增长点和创造就业。在这样的大背景下,在全球范围内,运营商 成为了物联网的重要推动者。 运营商将在物联网的发展中获得巨大的利益,同时带领整个通信产业,朝一个更深入的方向发展。物联网规模化发展面临3大挑战 从整个物联网的发展情况来看,我们认为物联网仍然处在一个规模成长前夜的阶段。要实现规模化的发展,仍面临着一系列的瓶颈,需要解决一系列的问题。这些问题概括总结起来就是横向欠缺整合,纵向亟待深入。与之相对应的还有第三个问题,就是伴随物联网进一步的发展和规模化,将会对通信网络产生压力,并且产生一系列的新问题,需要对整个基础网络针对物联网进行优化。总的来说,物联网的规模化发展,面临的三大挑战是:第一,需要实现物联网横向的整合,打造社会公共的物联网基础架构。并在标准化、规范化的基础上,形成真正的物联网产业联盟。第二,需要促进物联网在各个行业的纵深发展。应抓住新的关键技术、政府示范项目以 及新的商业模式等契机,实现重点行业的突破,并由点带面,促进整个物联网向各个行业的纵深发展。第三,基础网络优化。通信产业界形成共识,就是物联网的规模化发展,将对基础网络产生一系列优化的需求。比如为了满足庞大的物的数量,要对号码优化;为了满足物的低功耗、低移动的影响,要对无线资源进行优化等。挑战一:横向整合 从横向整合的角度来说,基于物联网这样一个从感知层到网络层,再到应用层的端到端的架构, 应该建立公共的分层的物联网体系架构。 这样一种社会公共的物联网基础架构的优化,有两个节点非常重要:一个是物联网业务支撑平台,或者说物联网中间件平台;另外一个是标准化、规范化的物联网网关产品。物联网应以平台和模组为基础形成一个更加规范化、标准化的物联网基础架构,并以此架构为基础形成整个社会物联网的分工。 在这个过程中,标准化工作是非常重要的任务。 从国际范围来看,整个物联网的规范制订都处于相对滞后的局面。 物联网行业规范的制订是推动物联网的关键, 必须予以充分的重视。物联网规范的制订应以物联网业务支撑平台为核心,重点是在平台与终端的接口、平台与应用的接口的标准化。 在形成一个社会公共的物联网基础架构,以及相应规范制订的基础之上,形成真正价值链分工基础之上的产业联盟。 目前国内物联网的产业联盟存在的一个突出问题,就是布局分散,缺乏基于价值链的分工。虽然大多数厂商宣称提供端到端方案,但大部分规模较小。 挑战二:纵向深入 纵向深入方面,应该抓住一系列的机会推动物联网在各个行业的深化。 首先应该抓住新技术带来的变革契机,物联网技术的发展,正在带来这样的发展契机。 物联网通过对传统产业的变革,在某种程度上,颠覆了传统服务产业链条。新技术变革为运 营商和设备制造商, 占领行业市场提供了良好的契机。这是一个利用新技术所带来的机遇,突破重点行业的范例。第二,应该抓住政府示范项目的机会。在政府示范项目中,政府关注重点在于整个物联 网产业链的发展, 以及社会公共资源在物联网领域最优化的投入。 设备制造商和电信运营商 可以通过在政府示范项目充分的合作,形成合力,实现重点行业的突破。中兴通讯和上海电信合作,在上海提供了车辆监控系统服务世博会,取得了良好的社会效应。此项目最近刚刚获得CDG 颁发的物联网的业务创新大奖。第三,需要在经营模式和商业模式方面实现创新。现在物联网的发展体现出严重的行业 不平衡。 国内发展比较快的几个行业,都是有巨额投资的行业。大多数没有钱的行业怎么办? 未来物联网向更多行业纵深化发展, 需要由创新模式来带动。挑战三:基础网络优化 基础网络的优化,是整个通信业界尚未解决的问题,也是大家非常关心的问题。基础网络优化,前期普遍认为距离实际市场需求较远, 但是从今年下半年起, 在网络已经达到几百万甚至上千万物联网终端在线的情况下,这种需求已经出现了。比如加强网络终端感知能力的需求,为了规避数据安全风险而进行数据分流的需求等。这些都是现实的需求, 并且正在不断地细化。 从长远来看,我们认为物联网必须在横向整合、纵向深入以及基础网络优化三个重要问题上取得突破,才能取得规模化的发展。物联网解决方案,经过前期的巨大努力,我国在物联网领域已经形成了金字塔形的层次结构:处在金字塔顶端的是物联网业务支撑平台产品;处在第二层的是标准化、规范化的物联网通信模块产品;第三层是关键行业应用方案;第四层是物联网的基础网络优化;第五层是技术人才的组织和支持。
物联网城市
在韩国的松岛新城,由美国人投资新建的一座全新的互联网城市,即一座物联网城市物联网如同这座城市的水管那样重要,公共设施都是智能化的。钥匙的概念将消失,因为没有那座房子会忘记自己主人的音容笑貌;人们的习惯:就是咖啡的习惯;窗帘的习惯;音箱的习惯;主人可以用电话远程控制电灯的开关。这座城和我们一样的城,这座楼和我们一样的楼,一旦你步入其中,将超越你的经验。
物联网应用之一智能家居
智能家居是利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、医疗电子技术依照人体工程学原理,融合个性需求,将与家居生活有关的各个子系统如安防、灯光控制、窗帘控制、煤气阀控制、信息家电、场景联动、地板采暖、健康保健、卫生防疫、安防保安等有机地结合在一起,通过网络化综合智能控制和管理,实现“以人为本”的全新家居生活体验。
物联网应用之二智能农业
大家都知道,农业是我国的基础性产业,不仅解决了我们的温饱问题,而且还是我们其它产业的重要支撑。国家对发展农业从来没放松过,特别是科技农业的发展。智慧农业是推动城乡发展一体化的战略引擎。
智能农业(或称工厂化农业),是指在相对可控的环境条件下,采用工业化生产,实现集约高效可持续发展的现代超前农业生产方式,就是农业先进设施与陆地相配套、具有高度的技术规范和高效益的集约化规模经营的生产方式。
可穿戴智能设备
2013年,可穿戴技术的崛起为硬件创新添上了浓墨重彩的一笔。从谷歌眼镜到Eyephone,从Fitbit到inWatch,从美国到加拿大,从以色列到中国,从大众化的应用到特定行业的专业工具.来自全球的硬件创新者正在用他们的才智谱写可穿戴技术的元年。虽然可穿戴技术刚刚起步,完善的产业链远未形成,但可以相信的是:它正在带领我们以全新的方式认识世界,认识自我;它将成为互联网时代硬件创新的重要分水岭
未来世界,我们的手表衣服鞋子袜子,都可以嵌入智能化芯片,多功能和物联网连接。最近,就是在今年的9月9号-11号,英特尔公司领导就是戴着她们公司开发的智能手镯在美国旧金山开会时对她们公司开发的可穿戴智能设备进行宣讲。可穿戴智能设备做为物联网设备中的一类,由世界上很有实力的英特尔公司最新推出,在世界上应该算是新生事物,而且有很强的生命力,很有可能像触屏式苹果手机在世界上流行起来。目前的可穿戴设备的宣讲,可能是我们以后时尚生活的一部分。今天我们对物联网专业的学习,可能对我们以后一生的生活产生影响。现在全球有22亿联网设备,到2020年也就是还有6年,全球联网的物体将猛增到500亿件。以后不连网将是独特,连接将是普遍。
关键词:计算机网络;专业设置;物联网
中图分类号:TP311 文献标识码:A 文章编:1009-3044(2016)31-0112-02
1引言
物联网是1999年提出的,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,是一个全新的技术领域,包含RFID射频技术、有线传感技术、无线传感技术、数据交换与网络异构、终端管理等关键技术。
在国外:美国提出“智慧地球”;2009年10月,欧盟委员会以政策文件的形式对外了物联网战略,提出要让欧洲在基于互联网的智能基础设施发展上领先全球;日本在2004年提出了U-Japan计划,2006年提出了I-Japan战略2015;韩国在2004年3月提出了U-Korea战略等。
在国内:2009年8月和12月,提出建立"感知中国"。2011年11月末国家又制定了物联网十二五发展规划。近年来,我国中央政府及各地方政府对物联网产业的政策扶持力度不断深入,“政策先行、技术主导、需求驱动”成为了我国物联网发展的主要模式。经过多年的发展,我国物联网产业规模已经从2009年的1700多亿元增长到2014年的6000多亿元,预计,2016年物联网规模将达到8500亿元,年复合增长率超过30%。到2020年,物联网产业规模要比信息互联网大30倍,是典型的朝阳产业。在这样的背景下,2011年有近40所知名院校获批开办物联网专业、2012年又有30多所院校获批开办物联网专业,2013年有些中职学校也开始开设物联网相关方向的专业,我校在《厦门市人民政府关于加强职业培训促进就业的实施意见》(厦府[2011]219号)文件精神下,结合海峡西岸经济区建设发展战略,根据我校办学及专业的特色和优势,也在计算机网络技术专业下与厦门软件职业技术学院联合开办了物联网方向的5年制高职班)。
1在中职学校开设物联网专业的意义
中职学校当下的教育目标是将学生造就成为未来社会发展的主体,使学生成为会学习,能工作且自立于社会的人;成为探求新知不断完善自我、主动适应社会发展和职业变革的人。中职学生有了宽厚的知识和扎实的基础能力,有了正确的价值观、人身观和科学的思维方法,就会极大地促进学生广泛就业的适应能力,成为一专多能、一专多技的应用型人才。
物联网产业的发展和普及,急需大量的相关研究人才,高等学校争相开设的物联网专业,培养的大都是这一类型的人才,主要为企业培养物联网技术系统设计,系统及设备的硬件设计制造及软件代码编写等方面的人才。同时,在物联网技术的创新发展和应用推广等,还需要大量中低端的应用型技术人才,职业院校的培养目标就是为社会培养这类工程技术类人才。随着物联网产业的发展和普及,在工程技术领域,还需要大量的一线技术人才。物联网技术的发展和物联网设备的规范和统一,为中职学生成为物联网工程技术一线技术人才创造了可能,在中等职业学校开设物联网应用技术专业也成了当务之急的事。
学生在毕业后要能够依据行业及社会现实,通过对各种信息进行收集分析、整合判断,对计算机网络行业的发展趋向有所预测。现在一生从事多种职业已成为普遍现象。这就要求中职毕业生要想得到很好地发展,不仅要对本行业的前景有预测能力,还要对相关行业或可能从事的行业乃至社会的发展做出预测。进而能够根据行业及社会的发展要求,不断调适自己,以适应社会,立于不败之地。
2用物联网思想向中职计算机网络技术专业的渗透
2.1入学的专业介绍
现阶段的初中生在中考结束,报考中职学校时选择专业具有盲目性,对将要学习的专业认识严重不足。甚至有相当一部分学生对本专业有着认识的误区,片面地认为学计算机网络就是“玩”电脑联网游戏。因此,中职学校在新生入学时,非常有必要向学生介绍计算机网络专业的内容和特点,同时也把物联网介绍给学生。从物联网的技术支持到物联网的现实应用,让学生真实地感知“物联网时代”就像“互联网时代”一样已经汹涌澎湃地向我们走来,并且我们所学的计算机网络专业正是这浪潮的最前峰技术甚至是主力技术。这种学前的引导,对每位选择计算机网络专业的学生都是一种激励。
2.2 学生的专业学习
物联网技术是通过射频识别(RFID)、红外感应器、无线传感器网络、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。技术上,中职学校计算机网络专业课程与物联网联系紧密以及相关联内容的是多方面的。在信息传输技术方面,关于信息的物理传输介质、组网技术、信息传输方式、路由协议和算法等知识内容都与网络技术相通;在信息处理技术方面,关于数据存储技术、数据加密、数据管理技术、数据安全机制、海量数据处理等知识内容也是相类似的。对于文化基础不是很好的中职生来说是比较难于理解掌握的部分,也是需要我们计算机教师想方设法利用各教学方法手段来完成这个教学目标,以达到良好的教学效果。
应用上,中职学校计算机专业普遍都会开设的图形图像设计、网页制作、动态网页制作、动画制作、视频剪辑等课程的知识内容在物联网上应用都具有举足轻重的地位。由于物联网的真正内涵是让人们去真正实现“物―物”相连,“物―人―信息―社会”相通,即是让人们能轻松去“感知”这个物的世界,因此,“交互性”是各种物联网应用的重要体现。据此,教师在教授像Photoshop、网络操作系统、网络设备调试等课程时,应打破以往的教学常规,利用项目教学法、学习德国职业教育模式、校企合作、微课教学、Mooc教学、混合式教学、顶岗实习等模式进行教学,这些对于物联网即将来临时代的中职计算机网络专业的学生来说,是他们职业生涯的珍贵的基石。
2.3 学生的就业指导
职业类院校培养的学生主要从事安装、调试、维护、生产、营销和推广等工作。物联网是一个智能的网络,它在现实生活中方方面面的应用,涵盖了交通、建筑、家居、环境监测、农业、食品安全、健康医疗、军事车防、电网、物流等很多行业。纵观物联网的从业岗位,对于技术人员,尤其是建设调试、维修保养、技术服务、营销推广等工作,不需要非常深的理论知识,只需要掌握相关的操作规范与标准,具备最基础的专业知识,具备相应岗位必备的技能技巧即可以,正符合中职学校学生基础比较薄弱、学习主动性差、动手能力强、适合奔波式工作的职业特色,所以对于当前人才需求量大的物联网技术相关行业中必然会有相关岗位需要我们中职学校的计算机网络专业学生去就职。
3用物联网思想向中职计算机网络技术专业的课程调整
3.1 调整网络技术专业化方向
目前,中职计算机网络主要有网络技术专业化方向、网站建设与管理专业化方向。以计算机网络技术专业化为例,该专业化的学生学习以网络硬件操作为主线,该专业的毕业生具有网络基础知识、网络操作系统的安装维护、网络设备的安装、调试和配置、中、小型网络建设、管理和安全维护的能力。能够从事网络结构化综合布线、网络设备的安装、配置和调试、网络运行维护与安全管理工作,也可以从事网络设备的销售及售后服务等工作,但对物联网系统的概念、RFID、各种传感器、物联设备的安装、调试等工作不了解。需要适时调整专业化方向,在课程设置上融入物联网思想。为物联网产业时代的到来储备好人才。
3.2 计算机网络技术专业化课程设置
中职计算机网络专业的课程设置分为文化基础课、专业基础课程、专业核心课程和专业化课程。原来的网络技术专业基础课程由:网络基础,计算机组装与维护,PS图形图像处理;专业核心课程有:Acess数据库、网络操作系统(Windows Server 2008/Linux)、网页制作;专业化方向课程有:网络设备配置与管理、计算机网络安全基础、动态网站开发,网络布线技术。以上专业课程均没有涉及物联网思想的内容,因此可以通过修订人才培养方案和课程标准的途径,在专业化课程设置时融入物联网思想相关的课程,如:专业基础课程加入物联网技术导论,电工基础、C/C++程序设计;专业核心课程加入电路分析、传感器及WSN技术、RFID及二维码技术、SQL Server安装配置与管理;专业化方向课程加入.NET应用程序开发、智能家居综合实训、安卓物联网应用程序开发、智慧生活综合实训、物联网工程设计与实施、智能追溯综合实训等课程,提升专业课程与物联网产业的吻合度。
将学生的素质提高和能力培养应贯穿始终。重视文化基础课教育,促进学生德、智、体、美全面发展,提高学生的基本素质。专业基础课程、专业核心课程和专业化方向课程应注意培养学生的职业素养,增强学生的企业意识、岗位意识、工程意识和规范意识,同时还要培养团队合作能力,锻炼学生的项目组织与管理能力,从而提高学生为物联网产业服务的能力。
3.3 教师更新物联网新思想,更新教学内容
当前,物联网技术正在蓬勃发展,而学生所使用的教材跟不上物联网产业的发展,更落后于技术、产品的更新换代速度,与生产、生活实际脱节。所以,学校应安排一线教师到物联网相关企业进行培训,学习物联网的新理论、新技术、新方法、新工艺、新设备等新知识;一线教师应把学到的新知识带回学校并积极开展专业课程教学内容改革,更新教学内容,让学生能够跟上物联网产业发展的步伐,为学生今后能够顺利地在物联网相关行业、产业找到合适的岗位,并为学生晋升高一级学府学习奠定良好的基础。
4结束语
总之,物联网时代已到来了,中职学校作为培养中低端的应用型技术人才的摇篮,要根据时代的发展,用物联网思想对计算机网络专业学生进行专业渗透,调整专业的人才培养模式中的专业课程。通过对行业、企业调研,占领人才培养的制高点,紧跟时代步伐,为中职学校计算机网络专业的改革和发展提供思路和方法,从而使计算机网络专业的毕业生能顺利踏入社会,找到理想的及与所学专业相关的岗位进行就业。
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