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【关键词】物联网;高校;物联网专业建设;方向
1.前言
现如今,随着物联网的发展,物联网已经成为全球信息化过程中继电脑与网络的第三次信息革命,近年来需求旺盛且发展前景非常好,因此颇受关注,国内很多高校积极开设物联网专业,对于他们来说,如何定位物联网专业建设的发展方向关系到物联网专业人才的培养及未来的发展。
2.物联网概述
上世纪末,美国麻省理工学院率先将物联网概念提了出来。简单地说,物联网就是物与物彼此相连的网络,延展了传统上对于网络的定义,立足于网络,借助RFID技术与各种信息传感设备、无线通信技术等和网络进行连接,从而达到了智能化追踪、识别、定位、监管物品的目的。
现如今,物联网已经在很多领域都得到了普遍的应用,例如工程管理、工农业生产、安全控制、商品流通等领域。总的来说,物联网呈现出三大特征:首先是全面感知,利用各种通信设备与技术,在世界任何地方与任何时间都能够得到相关物品的信息。其次是传递非常可靠,借助互联网,能够在第一时间将与物品相关的资料信息都传达给控制人员。最后是实现了智能化,借助计算机分析处理相关的数据资料,从而达到智能掌控的目的。
3.当前高校物联网专业建设的状况及存在问题
物联网是近年来才发展起来的新兴产业,在未来有着广阔的发展空间,无疑能够对我国的经济发展起着关键性的推动作用。教育部于2010年7月份向社会公布了37所具有开设物联网相关专业的本科院校,江南大学于07年6月份成为了国内首所物联网工程学院。发展至今,我国开设物联网专业的高校数量在不断增加。尽管,当前国内众多高校都掀起了开设物联网专业的热潮,但是不可否认的是,由于物联网属于新兴行业,发展还不成熟,各大高校物联网专业建设也存在着很多问题,例如:
3.1 对于物联网的人才培养及科目开设方向的定位,各大高校的意见不一。
3.2 并未对物联网这一学科进行明确的定位,认为向学生传授越多知识越好,使得学生虽然懂得很多,但却未能精通。
3.3 不能为学生提供一个实践的综合场所。
3.4 相关专业的教研人员严重匮乏,未能提供有针对性的优秀教材。
以上四个问题是当前国内众多高校物联网专业建设存在的问题,各高校要想使物联网专业建设实现质的飞跃,一定要全力克服以上问题。
4.高校物联网专业建设的挑战
现如今我国高校物联网专业建设有三大挑战,只有妥善解决好这迎接并战胜这些挑战,各高校物联网建设才会获得好的成就。
第一大挑战是要妥善处理专业整合这一问题。物联网涉及的领域非常广,因此物联网专业往往会与其它一些专业有着较大的联系,例如电子科学计算、信息与通信工程技术等等。高校物联网专业建设必须要加强众多专业的合作,合理调配学校所具有的教学资源。
第二大挑战是要储备师资力量。上面提到师资力量匮乏是国内众多高校物联网专业建设存在的问题,物联网涉及的专业多,一些高校原本并没有开设相关专业,因此出现师资匮乏的情况,为此高校要储备师资力量,引进专业人才,培训现有教学人员。
第三大挑战是妥善处理资金与设备投入问题。对于各高校来说,新开设一个专业往往需要相应的教学设备支持,尤其是物联网专业,需要各种试验设备,例如通信类设备、电子设备等等。为此学校可以通过校企合作的方式转移设备投入,在外部建立实验基地。或者是鼓励师生开展设备研究,自主解决设备匮乏问题。
5.高校物联网专业建设的人才培养与科目开设方向
要解决当前我国各高校物联网建设存在的问题,应对专业建设过程的挑战,就必须要对其物联网专业建设的发展方向有一个明确的定位。
5.1 高校物联网专业建设人才培养方向
笔者认为,各高效物联网专业建设的人才培养应该朝着下面几个方向发展:
(1)复合专业型人才
物联网涉及的领域非常广,为此人才培养必须朝着复合专门型的方向发展。物联网的各个环节都需要进行传感、运输、处理等工作,为此物联网对于不同方向的专门人才的需求量非常大。
(2)创新型人才
物联网属于创新行业,对它实现的每一次革新都推动了经济与技术的发展,发展的关键就在于应用创新,物联网不仅仅自身能够孕育重大的科技创新,同时它还能够促进其他产业实现创新,为此,各高校培养的物联网专业人才必须是具有创新精神与能力的创新型人才。
(3)应用型人才
物联网技术和电脑、互联网等的发展轨迹相一致,都是需要在实践中获得成长。但需要注意的是,作为新兴产业,物联网发展的时间还比较短,还有很多地方需要不断地完善,为此要求各高校师生要持续进行专业实践,健全物联网专业。高校培养的物联网专业人才必须是具有实践能力的应用型人才。
(4)协作型人才
如上所述,物联网这个系统是非常复杂的,涉及的领域非常广,为此往往要有很多不同专业方向的人配合,为此对于项目成员的协作能力要求较高。高校在培养物联网专业人才的过程中,要注重对学生交流能力、协作能力的培养,并且要强调团队精神的建设。
5.2 高校物联网专业建设科目开设方向
笔者认为,各高校物联网专业建设的科目开设可以定位为下面几个方向:
(1)传感器与嵌入式系统方向
针对的是物联网技术的“传感”领域,学生需要掌握有线/无线传感器节点硬件和协议栈软件设计与实现、无源/有源 RFID 标签与读卡器设计技术、低功耗技术、嵌入式系统、信息安全和轻量加密技术等知识。
(2)物联网传输网络方向
针对物联网技术的“传输”领域,学生需要掌握一些信息传输与管理技术,例如网络管理、无线通信技术、传感技术、网络通信技术等。
(3)物联网数据管理与信息处理方向
针对物联网技术的“处理”领域,学生需要掌握数据挖掘、互联网监控、分布式与并行计算、大规模异构资料分析等技术。
(4)物联网应用与信息服务方向
针对物联网技术的“应用”领域,学生需要掌握应用体系与软件开发技术、最新服务方式等技术,要求学生能够根据各个物联网应用系统的实际需求开展自主研发活动。
上面所述物联网专业的四个方向并非相互独立的,他们可以共同使用基础课程平台,同时对自己所学专业方向有所侧重。
6.结语
物联网是当前我国重点发展的一个产业,国家也采取的一系列的措施支持物联网产业的发展,在未来物联网具有广阔的发展潜力,各高校要积极探索物联网专业建设方案,为国家的经济建设提供高质量的物联网专业人才。
参考文献
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基金项目:本文为2014年湖北省教育厅科学技术研究指导性项目《高职院校的物联网专业建设》的研究成果(编号:B2014231)。
作者简介:
2月17日,中国政府网公布《国务院关于推进物联网有序健康发展的指导意见》,提出到2015年,突破一批核心技术,初步形成物联网产业体系。为实现目标,将加强财税政策扶持、完善投融资政策,鼓励金融资本、风险投资及民间资本投向物联网应用和产业发展。
物联网是新一代信息技术的高度集成和综合运用,具有渗透性强、带动作用大、综合效益好的特点,推进物联网的应用和发展,有利于促进生产生活和社会管理方式向智能化、精细化、网络化方向转变,对于提高国民经济和社会生活信息化水平,提升社会管理和公共服务水平,带动相关学科发展和技术创新能力增强,推动产业结构调整和发展方式转变具有重要意义。目前,在全球范围内物联网正处于起步发展阶段,物联网技术发展和产业应用具有广阔的前景和难得的机遇。我国在物联网技术研发、标准研制等方面已初步具备基础,但也存在关键核心技术有待突破、产业基础薄弱、网络信息安全存在潜在隐患等问题。
意见提出,到2015年,我国要实现物联网在节能环保、商贸流通、交通能源等经济社会重要领域的规模示范应用,突破一批核心技术,培育一批创新型中小企业,打造较完善的物联网产业链,初步形成满足物联网规模应用和产业化需求的标准体系,并建立健全物联网安全测评、风险评估、安全防范、应急处置等机制。
意见指出,将建立健全有利于物联网应用推广、创新激励、有序竞争的政策体系,抓紧推动制定完善信息安全与隐私保护等方面的法律法规。建立鼓励多元资本公平进入的市场准入机制。加快物联网相关标准、检测、认证等公共服务平台建设,完善支撑服务体系。加强知识产权保护,加快推进物联网相关专利布局。同时,将加强财税政策扶持,鼓励金融资本、风险投资及民间资本投向物联网应用和产业发展。
2012年,国家发改委联合其他部委在7个领域开展国家物联网重大应用示范工程,国家集装箱海铁联运物联网应用示范工程位列其中。该应用示范工程以现代物联网技术为支撑,加强集装箱海铁联运信息共享,提高业务协同水平和服务效能,建立铁路、水运业务衔接联动机制,实现了港口、铁路集装箱联运全过程物流信息的无缝衔接。
关键词:高等院校;物联网;专业教育;普及教育;网络科普
基金项目:2013年保定市社科基金项目“高等院校物联网教育探究”(项目编号:201301039)
中图分类号:G64文献标识码:A
收录日期:2014年4月30日
一、简介
物联网的概念最早于1999年由麻省理工学院的Ashton教授提出,是指利用传感器技术、RFID标签、嵌入式系统技术等,将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。其目的是将所有物品都与网络连接在一起以用于识别和管理。物联网应用广泛,遍布智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业检测等多个领域。近年来,美国已将物联网上升为国家创新战略重点之一,欧盟制定了促进物联网发展的十四点行动计划,日本的U-Japan计划将物联网作为四项重点战略领域之一,韩国的IT839战略将物联网作为三大基础建设重点之一,发达国家紧紧抓住稍纵即逝的发展机遇,积极提升物联网的战略地位,在物联网领域取得了令人瞩目的研究成果和技术运用,物联网在世界范围内的发展可以说是一日千里。
我国于2009年8月提出“感知中国”以来,物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一,在中国受到了极大的关注。据预测,2020年前全球物联网产值将是因特网的30倍,仅中国物联网产业的整体产值将超过5万亿元,目前我国已经形成拥有从材料、技术、器件、系统到网络的完整产业链,物联网产业规模已经达到数千亿的规模。物联网已经成为政府积极研究与推进的产业,工信部有关人士表示,因各地政府均需开展物联网项目,物联网人才非常缺乏。
二、物联网教育现状
物联网相关产业的飞速发展以及其所带来的信息产业化革命已经越来越多地被人们所了解,但是高等院校物联网教育却非常混乱。一部分学者认为物联网产业虽然已经提升到了国家发展的高度,但也只是属于交叉学科,可利用多学科融合实现,没有必要形成专门的专业。另有持不同观点的学者认为,应随着国家产业结构的调整,根据社会对人才的需求来设置新的专业,不必拘泥于传统的专业结构。
在高等教育领域,国内多所知名高校、沿海经济发达地区的高等院校和具有战略眼光的个别高等院校都适时地抓住了这个时机,纷纷研究、筹备、申请开设物联网教学,推进在我国高等教学领域的物联网研究。2010年7月9日,教育部公布了新一批大学专业,其中就包括物联网工程。据统计,2010年共有700多所本科院校申报物联网相关专业,最终30所获批;2011年又增加30多所高校。
尽管高等院校开办物联网相关专业的热情高涨,但是目前大多数高校的物联网专业不但课程未形成体系,师资力量比较匮乏,实验条件建设也需要进一步规范。
并且,物联网这个早已经诞生并走过17年历程的“旧的新概念”在高等教育领域还远远没有深入人心。我国物联网普及教育水平目前处于初级阶段,只限于政府的相关部门、物联网相关的企业、部分知名院校和开设物联网专业的院校、沿海发达地区和为数不多的学者中间。这种物联网教育力度必然导致我国物联网人才教育培训的滞后,导致我国在今后国际间物联网领域的激烈竞争中后劲不足甚至明显下降,进而影响到全国经济发展的后劲。
三、物联网专业教育
物联网在我国发展时间不长,涉及电子信息、通信、自动控制、计算机等学科,大量高等院校盲目开设物联网工程专业,目的性和社会导向性都还不是很清晰,无论从实践还是理论研究上,物联网专业目前都还处于探索阶段。
我学院结合专业特色,考虑多年教育教学实际情况,在进行物联网专业教育时,重点会考虑以下三个问题:第一,平衡人才培养目标与人才培养需求之间的关系:物联网属于交叉学科,知识体系还不清晰,边界难以界定,社会对该类人才知识技能的需求也不甚明确,因此必须谦虚谨慎的开展物联网教育,从社会需求的体系结构和专业技能出发,仔细审定培养计划和方案,使毕业生能和社会接轨;第二,平衡学生书面学习和学生个人发展的问题:物联网知识面宽、跨学科广,在构建物联网教学知识体系和培养学生个人能力的同时,不能只考虑知识的宽度,还要考虑到专业知识的深度,根据区域定位、行业发展、企业需求来分方向、有重点的培养人才;第三,平衡原有学科与物联网教育的关系:高等院校在进行物联网教育时,不能仅仅追求潮流,要结合原有学科办学基础,充分发挥原有学科办学优势。在计算机科学与技术、电子信息等原有学科的基础上,深入开展物联网专业教学。所以,我学院根据未来物联网的发展趋势,整合校内现有的师资和实验设备,在日常的教学活动中,融入进了物联网相关教学科目,为区域物联网产业发展提供了人才支持。为了使学生能系统的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、传感技术等专业知识,我院在发展初期,开展了网络工程、软件工程相关专业,开设程序设计语言、数据结构、操作系统、数据库系统、电路分析基础、模拟电子技术、数字电路与逻辑设计、微机原理与接口技术、计算机网络、嵌入式系统、计算机控制系统、单片机等课程。学生毕业之后,可以就业于与物联网相关的企业,从事物联网网络协议、通信架构、信息安全等方向的设计、开发、管理维护工作,也可以在高校或者科研机构从事科研和教学工作。
四、物联网网络科普探究
高等院校的大学生是将来国家发展的主要力量和动力源泉,除了在高等院校中开展物联网专业教育外,还要大力推进物联网网络科普教育。通过网络科普促进学生主动的去了解物联网,提升广大学生对物联网的兴趣,帮助学生认识到物联网在身边的应用,从而促使物联网在学生中的推广和普及,使更多的学生投入到物联网的建设和发展中,从而有效促进各个行业的物联网发展,进而促进中国科技、经济、政治、社会、文化的发展,提高人民的生活水平。
在互联网技术飞速发展的今天,以科普网站的形式对大众进行物联网应用的普及更具有广阔性和灵活性。因此,为大众提供一个具有时效性并能呈现出个性化的物联网网络体验成为对物联网科普体验的一个挑战,同时对提升大众对物联网的认识和了解具有非常重要的时代意义。传统的科普模式对物联网普及来说具有很大的局限性,缺乏时效性,所以在新一代物联网普及的体验中,需采用一系列物联网体验新形式,如视频纪录片、趣味实验室、交互体验馆、发展时间轴等。
面对高等校园的物联网普及教育,我们主要通过以下四个方面进行物联网的网络普及工作:通过建立网站进行了视频纪录片、趣味实验室、交互体验馆、发展时间轴,将物联网的发展历史、目前发展状况、将来应用前景全面的展现出来,普及给高等院校的广大学生群体,使高校学生的素质得到全面提高。
(一)物联网科普认知形式――视频纪录片。视频纪录片,顾名思义是指通过动态视频的方式对所需内容进行写实记录,纪录片的核心为真实,力求以真实事件为落脚点,并进行适当的艺术加工,以展现真实为本质,并以此增加人们的相应知识,引发其思考。
在物联网科普网站增加视频纪录片的科普形式,主要依赖于现有的物联网知识。首先,整理互联网中现有的物联网技术相关知识的视频,对其进行细致的分类整理,以“树”图的形式将相应知识视频归类放置。这将极大地增加网站知识划分的清晰度,同时相较于以时间顺序放置相应视频纪录片,“树”图的形式更有利于学习者对知识的分块学习,使其能够轻松找到自己所需知识,并发现自己的知识漏洞;其次,整理理论知识库中相关零散内容,制作成视频上传,并将其补充到相关模块中。
通过视频纪录片的形式增加学习者对于物联网技术相关知识的视觉认知,可以帮助学习者增加对于视频中相应知识的记忆程度,有效的帮助其培养良好的记忆能力。而相较于一般文字内容,视频纪录片包含了图像、声音、文字等多重内容,能够使学习者大脑的视觉、听觉等中枢都处于记忆的兴奋状态,这样,相关知识在大脑中就会留下更加深刻的印象。同时,视频纪录片能够引起学习者对于新知识的兴趣,有效增加其好奇度,从而产生主动学习的渴望,并能够很好地避免传统学习过程中的单一、无趣。
由此可见,视频纪录片的科普形式将有效并极大地促进人们对于相关知识的学习能力,在物联网技术科普网站中是必要,也是必然包含的。
(二)物联网科普体验形式――趣味实验室。在传统的物联网普及过程中,我们往往过于重视知识的给予量,而忽视学习者对于所学知识的掌握程度。浇灌式的普及方式虽然能在一定程度上增加学习者所得知识的宽度及广度,但盲目地增加量,只能让知识如云烟,一瞬即逝,根本无法达到学习的目的。既是物联网科普知识,就应更加注重知识的学习成果,只有真正帮助学习者记住知识,了解其内容及原理,体会其本质,才能使学习者真正记住所学,并将其应用到日后的学习生活中。
在物联网技术科普网站增加趣味实验室的科普形式,主要是通过对一些简单的知识提供一些相应的实验方法、环境与成果,向学习者展示相应知识的应用方法与结果,同时鼓励其亲自动手尝试,在此,可以通过增加学习者在网站中的经验值等方式达到鼓励其参与趣味实验室的目的。此外,趣味实验室还着重于实验的趣味性,所提供的实验在保证对物联网体验的练习与体会的基础上,适当增加了与实际生活的联系,以及与时下热点元素的融合,增加了学习者的学习兴趣。
(三)物联网科普交流形式――交互体验馆。网站的交互性是网站与用户交流互动的关键所在,对于物联网技术科普网站,交互体验更是重中之重。
物联网的交互体验是形式多样的,主要设计为:(1)科普互动游戏,提升公众对科学的兴趣;(2)虚拟现实技术,带给人直观的体验感受;(3)远程观测技术,拉近用户与科学的距离。以此为基础,并结合物联网技术的特性,推陈出新,才能够让用户对物联网的体验效果更好。
交互体验馆的设计在物联网技术中最热门、最具前景、最前沿三个方向上开展,让大众在交流与互动中体验物联网技术为生活提供的方便,并在接近真实的体验中学习、理解科普知识。
除此之外,交互体验馆设计是在以下几点基础之上进行的:(1)专业人员对相关技术进行实现。制作人员的技术水平决定了交互体验馆的效果,所以专业的技术人员进行视频、flash、3D动画的制作将交互体验馆的创意发挥到了极致;(2)物联网技术相关内容的正确性。科普网站保证了物联网知识的专业性和正确性,没有出现专业性的错误,给大众传播错误的科普信息,达到了科普工作的基本要求;(3)人性化的设计。交互体验馆以人性化的设计完成物联网技术的宣传,大众在人性化的交互体验中,更加轻松地体验到了物联网技术在生活中具有的重要意义。
(四)物联网科普记录形式――发展时间轴。物联网技术是一门新兴的科学,它兴起时间不长,却以惊人的速度发展,网站以时间作为轴线,进行物联网知识的普及,以此提出并设计了发展时间轴的概念,为科普知识的记录与传播带来新的色彩。
1、形式的简述。以时间轴为主线,以物联网技术发展的重大变革时间为分割点,进行重大事件标注,点击查看物联网技术发展详情,为大众带来按时间顺序排列信息技术发展史的全新体验。
2、展现形式。以3D动画+flash形式制作时间轴,炫丽的动画、新颖独特的3D效果,使大众得到全新的感官体验,在这种多层次的体验中了解物联网技术发展过程中的伟人和重大变革实践,体会一种全新的物联网技术科普盛宴。
3、内容的设计形式。发展时间轴汇集了大量物联网技术科普内容,囊括了物联网技术发展史中所有重大事件,将物联网发展过程中的各类信息传播给大众,使大众对物联网技术有一个全面且详细的认识,克服了发展内容与时间上联系的障碍。
综上所述,新时期的物联网网站科普工作将以新的形式展开,如果一直沿袭科普网站的传统形式,则大众在浏览网站的过程中得不到深刻的印象,那么他们的科学素养就得不到真正的提高。因此,广大科普工作者在新时期的科普工作中应当以创新的形式、开放的内容以及特色的人性化体验来促进大众进入一个全新的科普新环境,全面提升大众对物联网的科学文化素养。
五、总结与展望
物联网目前发展势头强劲,有着良好的发展趋势,受到国家高度重视。虽然物联网产业有着庞大的发展空间,但是就目前而言物联网还是一个处于研究发展的概念产品,属于交叉学科,在高等院校中物联网教育混乱,没有形成自己的知识体系与结构。我院根据多年教育教学工作经验,融合全校师资力量,在学生中开展了物联网专业教育与物联网普及教育,得到了良好的效果。在今后的教育教学实践工作中,应更加用心的探索物联网教育的方法与对策,加大力度在高等院校中进行物联网教育,推进高等院校中物联网教育的发展。
主要参考文献:
[1]王红旭,孙玉宝.论物联网在高校的发展前景[J].现代计算机,2011.1.
关键词:物联网;无线传感网络;射频识别;安卓平台
中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2015)22-0011-02
物联网专业是一个新兴的、综合性很强的专业,涉及到微电子技术、控制工程、通信技术、计算机技术等多领域。2010年,教育部批准第一批40所高校开办物联网工程专业;2011年初,批准第二批27所高校开办物联网工程专业;2012年2月,再次批准80所高校开办物联网工程专业;教育部先后进行了3批物联网相关专业审批,约200所高职高专办“物联网应用技术”专业,我校也于2012年成功申报物联网应用技术专业。
教育部和天津市教委联合举办2012年、2013年、2015年3届全国高职物联网技能大赛,都由我校来承担此项赛事项目,对职业院校物联网专业教学改革起到巨大的引领和带动作用,促进专业体系建设、优化教学内容、改进教学手段、提高专业教学师资队伍素质、加强学院实训基地建设,构建以职业技能竞赛为平台、培养学生技能为核心的实践教学体系。
1 历届全国高职物联网技能大赛分析
1.1 2012年全国高职物联网技术应用赛项
2012年大赛,主要考察高职学生在RFID技术、二维码技术、网络技术与信息系统等领域的应用实践能力,检验高职学生在物联网组建、物联网应用系统开发等方面的关键技能和职业素养,以及对质量、效率、成本和规范的意识。大赛促进专业教学内容更新与教学方法改革,深化校企合作,引导专业教学方向调整,以适应物联网产业快速发展及高度关注物联网应用技术的趋势。
2012年全国高职物联网技术大赛,主要还是对物联网专业基础知识结构进行考察,围绕着专业的基本理论、简单应用设计大赛试题,考查选手使用传感器、二维码、一维码、Zigbee、RFID等基本应用的开发能力,对物联网三层架构:感知层、传输层、应用层的专业基础技能进行考察。可以说本届大赛促进社会对物联网应用技术相关职业岗位的了解,提高社会对高职专业人才的认可度,提高学生的就业能力水平。
1.2 2013年全国高职物联网技术应用赛项
2013年大赛内容模拟学生“e动校园生活”的一天,集物联网时代的移动支付、智慧生活等主题应用。从本届大赛内容上看,不仅包括对物联网基础技术考察,更多融合物联网工程专业的很多生活中应用,更加有深度和广度,具有很强的实用性和时代特征,本届大赛促进专业的教学改革与专业建设,展示物联网技术应用领域快速增长的人才需求;促进物联网技术(包括自动识别、网络传输、应用开发等)的普及。
1.3 2015年“物联网技术应用赛”赛项
2015年大赛内容对物联网工程应用实训系统的操作,涵括了智慧社区、智能环境监控、智能商业、智能农业等物联网主题应用。可以看出,本届大赛主要对物联网技术应用的范围进行很大扩展,从2013年的生活领域应用扩展到专业领域应用,包括商业、农业、环保领域等等。通过竞赛,提高学生在物联网组建、物联网产品配置与应用、物联网应用系统开发等方面的关键技能和职业素养,进一步促进专业教学内容更新与教学方法改革,深化校企合作,引导专业教学方向调整,高度关注物联网应用技术的趋势。
2 全国高职物联网技能大赛引领和带动物联网专业建设
传统物联网专业建设本着专业的知识体系来进行课程设置,物联网知识体系可分为感知层、传输层、应用层三层,针对三层设置了相关的教学课程。
这3届全国物联网技能大赛,极大地拓展高职院校对物联网专业的认知,不再单纯的认为物联网就是多个专业课程的简单堆砌,而是专业课程之间有着很强的内在联系,有着自身专业的核心思想、理念、技术,明确地提出高职院校物联网专业的建设方向,与现有相关专业进行整合而不是孤立的发展物联网专业。
通过对技能大赛使用设备进行认真分析、研究,了解物联网专业在当前社会各个领域的应用情况,物联网应用的前沿技术信息,感知未来的发展方向。对物联网专业建设指出明确的培养方向,经过3年的教学应具备哪些素质和技能。以本校为例,通过参加这3届全国物联网技能大赛促进物联网专业进行深入建设:
1)结合本校在电子专业优势和计算机专业特点进行深入分析,与物联网专业进行深度结合,利用电子系嵌入式实训室、传感器实训室等现有设备重点培养学生感知终端的操作和应用,包括各种传感器的使用,如温度传感器、压力传感器、光传感器等,嵌入式芯片开发和应用技术,要求学生掌握一定的电子设备知识、数字和模拟电子知识、嵌入式开发知识等内容。
2)结合计算机专业软件开发、网络技术的优势,重点培养学生在实训室物联网应用层的软件开发和设计能力,充分利用Android移动操作系统实训室、移动终端平台实验室,锻炼学生在Android移动终端的程序设计、开发能力,具备一定的开发水平。
3)基于物联网技能大赛背景,侧重物联网基本架构及应用架构,专业建设可容纳6个班的实验场地,随着专业规模的扩大,实验场地也将及时增加。实验室的建设将包含4个平台:基础实验平台,云信息处理平台,综合实训开发平台,创新实训平台。
3 全国高职物联网技能大赛改革专业课程和课程内容
全国物联网技能大赛对高职院校物联网专业课程建设,课程内容的设定有着深远而积极的影响。2012年物联网大赛内容主要是对物联网专业基本技术的考核,即物理网专业核心技术的应用,包括传感器、二维码、一维码、Zigbee技术、RFID技术等基本技术,可以说这些技术早已经广泛应用在超市、商业街区、局域网等方面,但是并没有得到重视、认同,原因在于物联网的基础应用领域早已存在多年,并没有更多新技术的产生,更没有在社会多领域的应用和普及,所以大多数人都不知道物联网。
2013年物联网大赛内容有突破性进展,在硬件设备种类上有很多更贴近生活,例如:无线射频IC卡、RFID电子标签、智能电表、智能窗帘、感应式门禁、火焰探测器、烟感探测器等,这些设备都会在生活中的某个领域得到广泛使用,有了这些实际应用设备作为开发对象,再有2012年物联网中的部分设备让很多高职院校对物联网应用前景、应用领域都有深刻认知,在广大职业院校引起强烈反响。很多高职院校在大赛结束后,组建专门团队学习研究物联网专业的课程,对课程内容进行调整,转变教学方式。
2015年物联网大赛在2013年基础上有新的变化,把这2年来物联网应用领域进行大规模扩展,涵盖智能社区、智能环境监控、智能商业、智能农业、智能楼宇等物联网主题,对于物联网专业的人才需求有很大促进作用;同时,大赛上物联网设备种类进行一步扩展,出现Zigbee无线传感网络,智能网关、LED电子屏等,前2届物联网大赛设备也都出现,与计算机无线网络进行互连互通,桌面软件开发、移动终端软件开发的综合性、难度有很大提升,可以说是真正的实现多种设备的“物联网”,整合到统一的开发平台,成为一套综合性的物理网管理平台。
物联网技能大赛出现各类设备、仪器,考核的内容引领着专业课程建设,改变教学内容,在课程设置和课程内容上进行全面优化,围绕着物联网核心技术、重要知识点重新安排专业课程,尤其是安排大量的实验、实训环节,重点培养学生的实践动手能力,不再以“感知层”、“传输层”、“应用层”进行课程设置,而是以“核心技术课程实验实训”、“开发技术课程实验实训”、“物联网平台综合实训”为主。
1)核心技术课程实验实训,主要是传感器技术实验、RFID射频识别实验、Zigbee网络技术实验等物联网核心技术课程实验。
2)开发技术课程实验实训,Android移动终端技术实训、嵌入式技术实验、移动终端平台实训等。
3)物联网平台综合实训,智能社区实训、智能家居实训、智能温室控制实训、物联网RFID智能车辆管理实训等,既包括对核心技术的应用也包括对开发技术的使用。
例如,本校在举办物联网大赛后进行课程改革,设立物联网综合实训课程,主要采用技能大赛中的各种物联网设备,对竞赛试题进行改造进行实训。其中智能家居实训内容:智能家居是以住宅为平台,利用综合布线技术、网络通信技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成,通过手机、PDA、互联网用户可以控制家用设备、执行场景操作,使多个设备形成联动。主要功能为楼宇对讲、安防视频监控室内灯光、窗帘控制、家电控制、远程操控访客环境、灾害远程监控与报警、老人健康监测、家庭能源管理、社区信息查询与服务。智能家居是物联网技术的综合应用,涵盖有电子技术、传感器技术、单片机、无线传感、RFID技术、嵌入式网关、中间件、电机控制、计算机、网络通信、音视频多媒体技术。
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[4] 周亮,张克功.高职院校物联网技术专业建设研究[J].职教通讯,2015(6).
(长沙民政职业技术学院物联网工程系,湖南 长沙 410004)
【摘要】物联网是我国战略性新兴产业,它把新一代IT技术充分运用在各行各业之中。为了适应新一代信息技术对人才的需求,高职院校开设物联网应用技术专业目的是培养高端技能型、应用型和可持续发展的物联网技术技能人才。本文从物联网应用技术专业课程体系现状入手分析了物联网人才培养目标、主要就业岗位,以物联网体系架构为核心,探索更合理的物联网应用技术专业课程体系。
关键词 高职院校;物联网应用技术;体系架构;课程体系
0 前言
物联网技术是是继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业第三次浪潮,通过射条码与二维码、射频标签、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器和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,具有十分广阔的行业前景。自2010年7月教育部首次批准多所高校建设物联网技术专业以来,国内高校都在根据自身的情况对物联网专业的知识体系、专业课程体系和人才培养等方面进行了一些探索,但目前物联网属于新兴产业,各高校基本上也都是依托自己原有的相关院系与专业开始设立物联网相关专业,没有成熟的经验可以借鉴。如何建立科学的物联网专业课程体系和人才培养方案等问题成为阻碍各院校专业发展的一个难点。本文致力于分析物联网应用技术专业人才培养目标和主要就业岗位等,力求归纳联网应用技术专业建设的专业共性基础,构建了以“物联网体系架构”为核心的物联网应用技术专业课程体系。
1 高职物联网应用技术专业主要就业岗位分析
高职物联网应用技术专业是一门交叉学科,应用非常广泛,专业培养应具有物联网技术能力、应用创新能力、跨专业的复合型的技术技能人员,工作重点在应用、服务和生产领域。通常可将本专业对应主要的岗位划分为物联网系统集成和测试工程师、物联网系统销售和技术支持工程师、物联网系统开发工程师等三大基本岗位:
物联网系统集成、测试工程师:系统集成、测试工程师的工作任务主要是负责系统的软件、硬件和传感装置集成,进行调试,发现并改进单元设计过程中的错误,负责无线网络与移动设备的构建组网等工作。
物联网系统销售、技术支持工程师:系统销售、技术支持工程师的工作任务主要是负责建立客户关系,能根据客户的需求,为客户推荐其感兴趣的产品,突出产品优势;根据客户需求进行物联网相关产品的配置、安装;负责物联网系统的日常和维护,进行一些基本的故障维修;负责传感器的采购、售前、售后维护等技术工作;负责物联网应用系统硬件和软件的日常维护工作。
物联网系统开发工程师:系统开发工程师的主要工作任务是应用流程设计、开发和测试;编写各种设计文档;嵌入式系统的解决方案研究、项目设计方案、系统开发和集成、工程设计和施工指导;RFID解决方案研究、项目设计方案、系统开发和集成、工程设计和施工指导。
2 高职物联网应用专业人才培养目标分析
自物联网作为国家发展战略以来,物联网技术及应用迎来了高速发展时期,从而导致大量物联网人力资源的短缺。各大高校及职业院校纷纷设立物联网学院、专业或专业方向来培养物联网相关专业人才。各高职院校在进行物联网应用技术专业的人才培养时首先要确定该专业的培养目标,经过对职业主要岗位工作任务、工作内容以及能力要求的详细分析和论证,得到学生培养目标为:本专业面向物联网技术应用领域,从事物联网工程设备安装调试与维护、物联网工程项目规划与施工管理、物联网工程项目技术支持、物联网产品设计与生产管理等技术岗位,培养德智体美全面发展,心理健康。通过对物联网系统的传感层,网络层与应用层等专门知识和关键技术的学习,掌握物联网应用技术各岗位群必备的具备电子技术、现代传感器技术、RFID射频识别技术、无线网络通信技术、物联网安全技术和系统工程等专业基础知识,具有扎实的基础、实践能力,良好的职业道德、职业素养以及创新精神和创新能力的高端技能型、应用型、可持续发展的技术技能人才。
3 以“物联网体系架构”为核心构建的专业课程体系
3.1 物联网的体系构架
物联网应用技术专业是一门典型的交叉学科,涉及电子、通信、计算机和自动控制等多领域相关专业知识,是跨学科的综合应用,物联网分为三个层次:感知层、网络层和应用层,如图1所示:
3.2 专业课程体系的构建
课程的构建是提高教学质量的核心,好的体系架构,才能保证学生在校期间受到有序的、合理的、系统的能力培养,才能保证教学内容、课程建设、教学方法的质量,以便学生在未来的职场具有更强的竞争力。那么如何构建合理的物联网应用技术专业课程体系就是我们急待解决的问题,以物联网体系架构为核心构建物联网应用技术专业课程体系思路如下图2所示:
感知层:感知层主要是物品标识及信息的采集,通常由感应器件和无线传感网络组成,感知层是物联网的核心层。物联网应用技术专业在感知层对应的主要专业课程为:单片机系统分析与调试、电路板测量与绘图、射频技术与应用、无线传感网络技术和条码技术与应用。
网络层:物联网的网络层主要完成信息传递和处理,网络层包括两个部分:接入网和传输网。传输网是由公网与专网组成,常用的传输网络有电信网、广电网、电网、互联网、专用网。接入网是连接感知层的网桥,它将获得的感知层数据进行汇聚,并发送到接入网络。物联网应用技术专业在网络层对应的主要专业课程为、嵌入式系统设计、M2M技术、网络工程与综合布线和物联网管理与信息安全。应用层:物联网的应用层也称之为处理层,主要解决的是信息处理和人机界面的问题。物联网的网络层传输过来的数据在应用层进入各类信息系统进行处理,并通过各种设备与人进行交互。物联网应用技术专业在应用层对应的主要专业课程为:嵌入式面向对象程序设计、Android的应用程序开发和动态网页设计。
4 专业课程体系及进度
根据人才培养目标和主要就业岗位,以物联网体系架构为核心构建物联网应用技术专业课程体系如图3所示,其中还包含了四门专业基础课:C#程序设计基础、物联网技术概论、电路基础与电工技能和电子技术与实践。
5 结束语
作为战略新兴产业,物联网技术已经应用于各行各业,专业前景广阔,其对物联网人才的需求也正在迅猛增加,行业人才需求巨大。培养大量高技术技能性物联网人才是目前高职院校迫在眉睫社会责任,但物联网应用技术专业的人才培养方案尚处在初始阶段,课程体系构建仍在一个探索过程中,需要大家不断的去探讨和改进。
参考文献
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【关键词】 物联网 环境保护 传感器
1 引言
随着社会经济的蓬勃发展,人类面临的环境问题越来越严峻。土地退化、水资源短缺及污染、空气污染、低质量的城市环境基础设施、农村环境退化、环境事故日益频繁、全球环境问题诸如气候变化等。这些环境问题严重威胁着人们的健康,不利于社会的可持续发展。而且,目前我国环境保护领域的信息化程度仍偏低,各地区环保系统相关业务数据共享和服务不对外开放,从而造成各地重复投资。因此未来环境保护工作的重点将是促进环境保护向自动化、智能化、网络化方向发展,环保信息化势在必行。又由于近年来,物联网应用于环境保护领域是信息通信技术发展到一定阶段的必然结果,也是环保领域信息化的必然趋势。
2 物联网概念及相关技术
2.1 物联网的概念
物联网究竟是什么呢?顾名思义,物联网就是“物与物相连的互联网”。物联网(Internet of Things,IOT)概念最早于1999年由美国麻省理工学院提出,目前业界并没有明确统一的定义。早期的物联网是指依托射频识别(RFID)技术的物流网络,然而在20世纪90年代“物联网”的概念才产生,在2005年国际电信联盟(ITU)了互联网研究报告《物联网》后,它才引起各国政府与产业界的重视。早期的物联网并没有像现在这么完善,它仅仅只是依托射频识别(RFID)技术的物流网络,随着技术的完善和应用的发展,物联网的内涵已经发生了较大的变化。
所谓物联网,从狭义上讲,就是传感网,但物联网的概念相对传感网要大一些;从广义上讲,就是社会生态系统的智能化或者说地球的智慧化(所谓智慧地球),即实现所有对象(物品)的智能化识别和管理。物联网的基础是芯片技术、微型传感技术、无线传感器网络技术、智能技术、纳米技术、射频识别技术、MEMS(微机电系统)技术的高度发达和信息高速公路(互联网)的广泛应用。如今的物联网利用技术与智能装置对物理世界进行感知识别,通过网络传输互联,进行计算、处理和知识挖掘,从而世界上所有的人和物在任何时间、任何地点,都可以方便地实现人与人、人与物、物与物之间的信息交互,达到对物理世界实时控制、精确管理和科学决策的目的。
2.2 物联网相关技术
物联网是指在物理世界的实体中部署具有一定感知能力、计算能力和执行能力的各种信息传感设备,通过网络设施实现信息传输、协同和处理,从而实现广域或大范围的人与物、物与物之间信息交换需求的互联。物联网依托传感器、传感器网络技术、射频识别技术、通信网与互联网技术、智能运算技术等,实现全面感知、可靠传递、智能处理。
(1)RFID技术。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无须人工干预,可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,操作快捷方便。RFID是一种简单的无线系统,只有两个基本器件,该系统用于控制、检测和跟踪物体。系统由一个询问器(或阅读器)和很多应答器(或标签)组成。(2)红外感应器。红外感应器是接收信号或刺激并反应的器件,能将待测物理量或化学量转换成另一对应输出的装置。用于自动化控制、安防设备。(3)激光扫描器。激光扫描器是一种远距离条码阅读设备,其性能优越,因而被广泛应用。激光扫描器的扫描方式有单线扫描、光栅式扫描和全角度扫描三种方式。激光手持式扫描器属单线扫描,其景深较大,扫描首读率和精度较高,扫描宽度不受设备开口宽度限制;卧式激光扫描器为全角扫描器,其操作方便,操作者可双手对物品进行操作,只要条码符号面向扫描器,不管其方向如何,均能实现自动扫描,超级市场大都采用这种设备相关的技术和平台的具体介绍有待完善和发展。(4)因特网技术。物联网是在现有计算机互联网的基础上,利用技术实现对物品的电子标识,然后再利用无线通信等技术接人互联网,构造一个覆盖世界上万事万物的网络,并实现网络中物品与物品或人与物品之间的“交流”。因此,因特网技术是物联网的技术基础,或者说,物联网是因特网技术在应用范围上的一个由人及物的拓展,因特网主要解决物联网中传感器节点感知信息的传输与共享问题。(5)实体标记语言(PML)开发技术。实体标记语言(physical markup language,PML)是基于为人们广为接受的可扩展标识语言发展而来的。提供了一个描述自然物体、过程和环境的标准,并可供工业和商业中的软件开发、数据存储和分析工具之用。它将提供一种动态的环境,使与物体相关的静态的、暂时的、动态的和统计加工过的数据可以互相交换。物联网中任何单品的有用信息的描述都可以用实体标记语言这种新型的标准计算机语言书写,它将会成为描述所有自然物体、过程和环境的统一标准而得到非常广泛的应用。
2.3 物联网的组织架构
物联网作为物联网技术在环境保护这一特定领域的应用,其技术应用于传统的物联网既有共同点又有特殊之处,其技术架构可以拓展为3层:感知层、网络层和应用层。用于环保领域的物联网组织架构如图1所示。
(l)感知层。利用传感器、多跳自组织传感器网络以及任何可以随时随地感知、测量、捕获和传递信息的设备、系统或流程,实现对环境质量、污染源、生态、辐射等环境因素的更透彻的感知。主要包括数据采集、处理技术以及传感器的部署、自组织组网和协同等技术,以传感器等采集感知技术、RFID识别技术以及无线传感器网络技术为代表。(2)网络层。利用无线网、互联网、环保专网、运营商网络,将个人电子设备、组织和政府信息系统中储存的环境信息进行交互和共享,实现更全面的互联互通。需要利用异构的网络接入技术和基础核心网络技术,包括基础NGN核心网和fTTH、3G、WIFi、蓝牙、Zigbee、UWB等接入技术。(3)应用层。主要包括面向环境保护的特定应用服务,以及实现网络层和应用服务间接口和能力调用功能的中间件,完成信息的分析处理和决策,实现特定环境监测的智能化应用和服务任务,以实现环境监测信息的识别、感知、分析和预测,发挥智能作用。
3 物联网在环境保护中的应用及产业化现状
全球面向环境保护的物联网发展还处于初级阶段,但已具备较好的基础。国内外已经有了众多面向环境保护的物联网应用案例,在污染防治、生态保护等领域发挥着巨大作用,如美国部署的用于实时监测城市环境污染数据的“CitySense”监测系统和用于监测大鸭岛海鸟栖息情况的生态监测系统、澳大利亚用于监测蟾蜍分布情况的生态监测系统、我国在无锡部署的太湖水环境监测示范工程等。随着国内外物联网在环境保护领域的大量应用,其各项技术也逐步趋向成熟,同时大量技术的成熟和产品的应用也为面向环境保护的物联网产业的发展奠定了良好的基础。
总体而言,我国面向环境保护的物联网产业环境建设正处于起步阶段。产业链面临着企业分散、规模小、技术能力薄弱等不利因素,全国知名研究机构和物联网行业内的产学研机构正在积极推进面向环境保护的物联网产业环境的发展。
4 物联网在环境保护中面临的问题
(1)关键技术制约物联网的发展。在感知层、网络层、应用层三个方面都存在着相应的关键技术的突破。如传感器的灵敏度和准确度有可能使产生错误的预警,直接造成了不必要的流程;传感网的低速率问题直接影响到大规模布置节点和终端所需要的路由和地址资源;目前物联网的网络层是多运营商、多种通信制式、多网络并存的,使环境信息无法实时进行共享,导致协同能力尚不能满足环境保护的需要;云计算的关键技术突破,对于各种应用领域的建模、数据处理、数据存储安全也有很大的影响。(2)安全性和可靠性有待加强。大多数情况下,环保感知层中的传感器是处于环境恶劣的地方的,有的地方甚至会有化学物质对其进行腐蚀等,另外又有个别不法分子破坏传感器,这都对传感器的可靠性有了进一步的要求,因此,感知层应能适应各种恶劣的应用环境。而网络层容易受到病毒或是黑客的侵入,导致数据的丢失;应用层的数据共享也会使数据的安全性进一步下降。(3)应用与产业化问题。现阶段面向环境保护的物联网应用规模领域较小,一方面形成不了成熟的商业模式,另一方面也不利于市场的培育,因此未来要选择重点领域和重点工程,积极引导面向环境保护的物联网行业示范应用,扩大应用规模,积累技术发展、产业应用、经营管理、政策实施等方面的经验。同时,目前我国面向环境保护的物联网产业链尚未成熟,仍然面临着巨大挑战。首先,是产业链各环节尚未形成共赢商业模式,各环节之间协同能力较差;其次,是产业链环节较长,复杂度高,导致整体成本很难降低;最后,产业链各环节企业相对分散,规模小,尤其是服务环节。因此,面向环境保护的物联网未来发展需要产业链的共同努力,只有在芯片商、传感设备商、系统解决方案厂商、移动运营商等上下游厂商的通力配合下才能实现上下游的联动,从而带动整个产业链,共同推动面向环境保护的物联网的发展。(4)人才相对匮乏。物联网在环境监测方面的应用是一个系统工程,涉及到法律法规、环境管理、化学分析、仪器仪表、自动化控制、信息通信、软硬件技术等多个学科领域。我国的环境保护工作经过十几年的努力虽然已经培养了大批人才队伍,但随物联网、云计算等新兴技术的发展和科学技术的不断提高,各种专业型、复合型的人才比较匮乏,新技术研发、行业应用开发等没有形成规模,这将直接制约环境监测的进一步发展。加大人才培养是物联网时代环境监测的重要任务,目前全国已经有几十所高校新增成立物联网工程等专业,将为我国物联网的发展培养大量人才;同时各单位要注重现有人才的培养,除了能应对现有工作之外,还可以胜任未来挑战性的多种工作。
5 面向环境保护的物联网的发展前景
物联网时代的到来是不可避免的,“智慧地球”、“感知中国”等理念越来越被人们重视,物联网相关的政策、技术、应用等正在加速推进,各行各业正在加快技术创新研究和行业应用实践,所有这些都说明物联网正以势不可挡之势向我们快速走来。在物联网时代即将到来的新一轮产业革命背景之下,污染源自动监控、环境在线监控、卫星遥感等技术手段的应用不仅会改变“废气靠看、废水靠闻、噪声靠听”的落后监管局面,也将会对环境管理理念、方法、体制、机制的变革形成推动力量。推进物联网在环保领域的应用,加快环保信息化的进程,将是利在当代、功在千秋的利民工程,也是当今中国所迫切需要的。我们相信,通过我国政府和行业从业者的不懈努力,抓住物联网时代这个发展契机,我国在环境污染有效控制和环境保护方面一定能取得飞跃式发展。
6 结语
面向环境保护的物联网是新时期物联网背景下环境保护领域信息化的必然趋势,现阶段我国面向环境保护物联网的发展已经具有一定的技术储备,同时也有相当的应用和产业化基础,但是总体而言仍处于起步阶段,在关键技术、标准体系、应用和产业化方面仍存在着一些亟待解决的问题,这些问题的解决需要政府、企业、科研部门以及各个行业的共同努力。面向环境保护的物联网的发展是一个持续长效的工程,也是一个利国利民的工程,在各方力量的不懈努力下必将构建出远大宏伟的面向环境保护的物联网,使其施惠于国,让利于民。
参考文献
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【关键词】物联网 物联网应用技术 专业建设 课程体系
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810(2013)01-0012-03
一 前言
自2010年7月教育部首次批准多所高校(院系)建设物联网技术专业以来,教育部及相关部门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、应用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相关专业的课程体系进行了探索。但物联网目前属于新兴产业,各高校都是刚刚开始设立物联网相关专业,没有成熟的经验可以借鉴。福建信息职业技术学院(以下简称“我院”)成为首批获批物联网应用技术专业的高职院校之一。虽然专业设立起来了,但事实上,对于我院来说,如何建立科学的物联网专业人才培养体系、如何把控物联网人才的培养方向、物联网专业的核心课程如何设计等问题却成为困扰我们的难点。笔者近年来致力于物联网应用技术专业建设,分析物联网应用技术专业的知识体系及核心知识领域,力求归纳物联网应用技术专业建设的专业共性,并结合我院特色,构建了以“三线并重”为核心的物联网应用技术专业课程体系,希望能通过我们的实践,给其他院校一些启发和借鉴,共同推动物联网应用技术专业及课程体系建设的健康发展。
二 物联网应用技术专业设置的必要性和可行性
物联网被公认为是继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业第三次浪潮,开发应用前景巨大。业内专家认为物联网是通过射频识别(RFID)、红外感应器、无线传感器网络(WSN)、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。
《福建省建设海峡西岸经济区纲要(修编)》指出:海西建设的目标之一是“利用现代网络技术,加快宽带通信网、数字电视网和下一代互联网建设,推进‘三网融合’,建设宽带接入网和业务支撑网,统筹3G移动网络建设,积极发展物联网。”
福建的物联网产品在全国城市网络、网格管理、智能监控、食品追溯、水质监测等系统应用较为广泛;与此同时,在电子回执、2.4G射频识别、自助终端、物联网操作系统级中间件平台、智能家居系统等领域的技术研发位居国内领先水平。依托厦门大学、集美大学、福建信息职业技术学院,已经成立了3个RFID应用研究中心,并将技术研发与市场运用紧密地结合在一起。200多亿的销售额使这一产业成为福建新兴产业中的老大,而备受各方的重视。
物联网用途广泛,主要涉及十大重点领域,包括智能电网、智能交通、智能物流、智能家居、环境与安全检测、工业与自动化控制、医疗健康、精细农牧业、金融与服务业、国防军事。未来十年物联网重点应用领域投资可达到4万亿,产出8万亿,形成就业岗位2500万个。产业发展,人才先行,物联网人才需求将急剧增加,需要高校开设并发展物联网相关专业。
作为首批开设物联网应用技术专业的院校之一,我院在近两年的时间里,在专业建设、人才培养方案制定以及课程体系建设方面做了很多工作,为办好“物联网应用技术”新专业打下了良好基础。我们认为新专业将以《国家中长期科学和技术发展规划纲要》为指南,以智能化的物联网系统为载体,围绕“物联网应用集成、物联网应用开发、物联网应用维护”三个主要方向,紧密结合社会发展与经济建设的重大需求与发展战略,整合我校及校内外合作团队的优势资源,建立符合我院特色的“物联网应用技术”专业,为实现福建省政府颁布的《福建省加快物联网发展行动方案(2010~2012年)》目标,为促进信息产业的发展做出贡献。
三 物联网的技术体系
1.感知层
感知层是物联网的“皮肤和五官”,主要功能是识别物体、采集信息。感知层通过传感器、条码识别、射频识别、无线定位等手段感知与采集物理世界中发生的物理事件和数据,这些数据包括各类物理量、标识、音频、视频数据等;
2.网络层
网络层类似于人体结构中的神经系统,主要承担着把采集和感知到的信息无障碍、高可靠性、高安全性地进行传送,实现更加广泛的互联功能。它主要是建立在现有的通讯网(包括有线和无线通信网)、广播电视网和互联网基础上。物联网感知层通过各种接入设备与上述网络相连,它解决的是感知层所获得的数据在一定范围内,尤其是远距离的传输问题。
3.应用层
应用层位于感知识别和网络传输层之上,是物联网智慧的源泉。人们通常把物联网应用冠以“智能”的名称,如智能电网、智能交通、智能家居等,其中的智能就来自这一层。应用层解决数据如何存储(数据库与海量存储技术)、如何检索(搜索引擎)、如何使用、如何不被滥用(数据安全与隐私保护)以及设备的智能控制等问题。
应用层是物联网发展的目的,通过公共中间件、信息开放平台、云计算平台和服务支撑平台等物联网应用技术,实现跨行业、跨应用、跨系统之间的信息协同、共享、互通的功能,从而支持物联网技术在工业、农业、环保、医疗等行业领域的应用。
物联网各层次间既相对独立又紧密联系。公共技术与物联网技术架构的感知层、网络层和应用层都有关系,其包括标识与解析、安全技术、网络管理和服务质量管理等,不属于物联网技术的某个特定层面。为了实现整体系统的优化功能服务于某一具体应用,各层间资源需要协同分配与共享。以应用需求为导向的系统设计可以是千差万别的,也不一定所有层次的技术都需要采用;即使在同一个层次上,对可供选择的技术方案也可以进行按需配置。
四 物联网应用技术专业知识体系
专业知识体系就是把一个专业领域内的专业知识组织成专业干线清晰、知识点层次分明、结构衔接完整的一个知识框架。在分析物联网技术体系的基础上构建物联网应用技术专业的知识体系,物联网应用技术知识结构中的专业知识部分应能体现物联网整体框架及其关键技术。因此,物联网应用技术专业知识体系应包括感知层、网络层、应用层的知识和系统整体架构与优化的知识。对应的核心知识领域为:对应于感知层为射频识别(RFID)技术、传感器技术与无线传感器网络技术等;对应于网络层为通信与网络技术、网络设备配置与管理等;对应于应用层为数据存储与处理技术、应用系统开发和云计算等;对应于物联网整体的框架为信息管理技术、物联网工程布线技术等。
根据上述分析,物联网应用技术专业的知识体系要能实现这样的培养目标:培养造就具有物联网技术基础理论、计算机网络技术、应用系统开发技术等相关专业知识;主要面向物联网工程建设、物联网应用软件开发、物联网产品制造以及物联网技术应用等方面企事业单位,在生产、服务及管理第一线能从事物联网应用集成、物联网应用开发、物联网应用维护等岗位的工作;并在创新和创业意识、团队合作与人际沟通以及资料查询与组织能力等方面有良好的素养,能适应国家战略性新兴产业建设需要,具有职业生涯发展基础,德、智、体、美全面发展的高技能应用型人才。
五 物联网应用技术专业课程体系建设基本思路
本专业课程体系建设充分吸收世界先进的CDIO工程教育理念,以物联网工程项目的规划、设计、实施和管理维护生命周期为载体,建立“做中学”的教育模式,研究开发符合本地区特色的物联网应用技术专业课程体系,培养学生具有较强的自学能力、组织沟通能力和协调能力,并能系统地掌握物联网应用技术。
第一,校企深度合作,面向市场需求,培养学生具备“智能家居、智能交通、产品追溯”三个应用领域的基本应用能力。按照学生职业岗位的能力,从初学到熟练的成长过程,以培养职业岗位技能为目标,基于工作过程进行物联网应用技术专业课程体系的建设。
第二,通过充分的社会调研,联合企业,聘请专家,找出上述三个领域中所有的代表性工作任务,选择完整的、对职业成长起关键作用的、有较大开放性和代表性的工作任务,从中提炼出典型的工作任务,再对所需的职业能力进行教学分析,研究提炼出适应“物联网应用集成、物联网应用开发、物联网应用维护”三个典型工作岗位的课程体系。
第三,通过“校企合作,工学结合”办学模式,进一步了解当前物联网企业的人才需求规格,培养满足企业实际需求的高技能人才,基于“以职业能力为目标、以项目为导向”的人才培养模式;“以服务为宗旨,以就业为导向”的指导思想,建设“教、学、做”三位一体的课程体系。
通过对上述“三个应用领域”、“三个典型工作岗位”及“三位一体的教学模式”的深入研究,结合本地区企业发展方向及学院实际情况,研究建设“三线并重”的物联网应用技术专业课程体系。
物联网应用技术专业课程的设置需要综合考虑相关交叉学科的特点,应尽可能多地覆盖本专业的知识体系,将相关主干学科的核心课程和专业课程进行通盘考虑,打破学科体系的约束,遵循职业教育的特点,根据工作过程和知识结构将上述专业课程分成公共基础课程、职业平台课程、职业能力课程、实验实训课程、能力拓展课程五部分。详细课程分类见附表。
七 结束语
物联网应用技术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知识和福建省物联网领域的区域特色,发挥我院在计算机网络技术等学科的传统优势,使学生有兴趣、有目的、有实践地学习专业领域的知识,逐步地、系统地增长应用实践能力和创新能力。在课程设置中,把行业应用特色纳入个性化课程或专业课中,形成理论型和实践型两套既有共性又有个性的课程体系。该课程体系坚持以“物联网应用集成、物联网应用开发、物联网应用维护”为主导,夯实基础教学,为学生的未来发展创造条件,以方向选修课为平台,拓宽学生的知识和认知视野,妥善化解突出特色和拓宽视野间的矛盾。
参考文献
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关键词 物联网 本科教育 教学设计
物联网技术的发展的发展,它将计算机技术、通信技术以及微电子技术作为基础,它利用射频技术、传感器、分布式计算、无线传输及实时数据交换等技术与互联网形成了一个物物通信的架构和系统。物联网作为第三次信息产业的发展趋势,受到了我国政府、教育、科研、产业界的高度重视,各高校相继申报和试行物联网专业,预示着物联网技术将成为未来发展的战略进程,为人们的生产、生活提供了广阔的发展前景,中国的物联网发展已进入了一个全新的、难得的高速发展时期。
与此同时,以计算机技术与网络技术为基础的物联网工程专业,也面临着如何建设物联网本科专业的严峻问题,从如何设置专业的培养方向,如何对培养的目标和课程教学体系建设,如何将学生的基本能力与社会发展需求相适应,本文将结合高校物联网专业的相关实际进行探讨,以期对相关决策者提供一定的参考与依据。
一、物联网技术的发展现状
物联网技术的发展与我国的信息化建设息息相关,任何一项技术的出现及发展都必须与其社会发展背景相适应。经过很长一段时间的发展,信息技术作为推动物联网技术发展的强力支撑,将伴随着通信技术、微电子技术的飞速发展而日益成为促进社会经济发展模式的新动力。中国互联网信息中心在每年的网络统计报告中指出,我国网民人数将近5亿,位居全球第一位,我国在无线射频技术、传感技术等领域的不断研究和实践,已初步形成了覆盖人与物的网络信息技术系统,为物联网技术与互联网的接入提供了延伸和扩展。
通过对人的分析,我们可以概括出物联网技术的所实现的功能。比如人是通过人的感觉器官来从外界获得刺激等信息,并通过人的神经系统来讲感知到的信息传递给大脑,大脑通过分析和处理,将感知的结果又通过神经系统传递给人的感官,通过感官的行为来作用于外界的事物。与此相同的是,物联网技术的实质就是通过多种技术来实现对外界的信息的获取,并传输给中央处理器,通过处理后将结构或指令传递给相关的电子设备或元器件,此项过程的完成是在计算、控制、通信、协调与自治中来实现对智能设备的管理与操作,从而实现对物的实时感知、动态反馈等。
二、物联网专业与课程体系建设关系研究
(一)物联网工程专业的设置必须与社会需求相适应
物联网技术的发展具有“新、长、专”的行业特点,它不仅涵盖更的新型技术,也与很多产业存在关联,因此,对其发展必须由技术领域展开,逐步实现物联网学科体系的全面深化和建设,在课堂体系设置上要根据社会、产业的发展需求,对课程体系的设计要结合国内外的先进的设置理念,十分审慎的规避风险,从而将“源学科”的专业优势发挥出来。
(二)对未来社会就业岗位及就业能力进行相适应
物联网工程专业不仅具有信息技术的特征,同时与工程技术紧密相关,对学科的分类与定位也是当前争论的焦点。我们知道,物联网技术的发展,主要依靠信息技术的传递来实现人、机、物的信息交换,从而将其归属于计算机学科比较合理。
(三)对物联网技术专业与计算机专业之间的融合
物联网技术是建立在计算机技术的基础之上,必然要与计算机技术的学科产生交叉和影响,因此,在对其专业设置时,要从学科关系上确立计算机专业的地位,并对教材建设、师资配备上保持一定的相适应。
三、物联网专业本科段的培养目标
制定合格的专业培养目标不仅关系到学生未来就业的成败,同时对于提升院校的教育教研水平至关重要。为此,物联网专业在培养目标上应该从以下几个方面着手。
(一)课程体系建设方面
物联网专业的课程设置必须遵循学生德、智、体、美全面发展的要求,在计算机技术、通信技术、软件技术等领域里培养扎实的基础,具备相应的职业道德,具备一定的工程技术理论知识,具备一定处理设计、集成、应用等一体化的技术能力。在课程开设方面要将高等数学、概率与数理统计、电路分析基础、场论与复变函数、高频电子技术、计算机语言程序设计技术、以及电磁场与电磁波、微波技术与天线等专业技术作为基础理论课程。
(二)实践实习是物联网技术专业建设中的重要环节
通过对电子电工实验室建设,为学生的实习与实操提供训练场地,物联网技术与工程技术具有紧密的联系,特别是软件课程设计、硬件课程实践,对各种电子技术、高频技术、以及通信原理技术都需要在其相应的实验室进行实践和操作,唯有此,才能为社会提供高水平、高能力的综合性技能型物联网人才。
(三)加强对物联网专业的师资建设
师资力量是关系到专业开设成败的重要方面,各高等院校在人才的引进与调度上要结合课程开设实际,特别是对于电子信息工程专业的高职称的人才应该作为物联网专业人才引进的重点。
总之,物联网专业的发展必将对国家的发展战略起到重要的推动作用,加强对物联网专业的学科建设,着眼于未来,将计算机技术、信息技术、传感器技术等学科的综合优势转化为提高学生的综合能力,为社会培养更多物联网人才。
参考文献:
[1]吴功宜.对物联网工程专业教学体系建设的思考[J].计算机教育,2010(21).
信息产业持续十年的高速发展,手机、互联网已和大多数人的生活密不可分。就在人们不断质疑信息产业的成长性时,以物联网、云计算、智慧地球等为代表的新一代信息技术应用蓬勃发展,推动着以绿色、智能和可持续发展为特征的新一轮科技革命和产业革命的来临。物联网已经成为我国战略性新兴产业,全国掀起了快速发展的物联网热潮。许多高校开设了物联网技术专业,主要是面向现代信息处理技术,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工程技术人才。具体的课程内容涵盖了电子技术、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课程,以及物联网系统的传感层、传输层与应用层关键设计等专业核心的知识和技能。在此基础上,所开设的《物联网技术与应用》课程内容涵盖了物联网、无线射频识别(RFID)技术和无线传感器网络(WSN)的基本概念、原理、应用,主要包括了物联网概述、物联网体系结构及其信息技术、RFID技术、RFID的频率标准与技术规范、RFID电子标签应用、无线传感器网络、云计算、物联网安全技术、物联网的应用等内容。课程内容相对于计算机专业和电子技术专业的学生来讲,学生都可以学懂该课程的内容,但是,相当非计算机专业的大学生若按照该内容开设该门课程,学生学起来就困难重重。
2《.物联网技术与应用》课程作为公共课程开设的思路
该门课程作为计算机公共课程开设,能让非计算机专业的学生能听懂和学到物联网的基本知识,了解物联网基本应用,就必须在课程内容的选择时,做较深入的探讨,抛开物联网技术开发或标准制定等内容,通过应用案例的研究展示,告诉学生该如何理解和应用物联网技术,是“为应用而应用”。该门课程核心观点认同物联网存在的必要性,认为其发展大有前途。从物联网应用案例的各个角度展开,形成一些明确的、共识性的观点:①物联网的广泛应用将是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息革命,或称为信息产业革命的第三次浪潮;②互联网与物联网的整合,改变了人类的生产和生活,实现全球“智慧”状态;③物联网带来了新的产业革命,可利用物联网信息通信技术改变未来产业发展模式和结构;④作为信息技术与网络技术,物联网可广泛应用于各行各业,实现信息的共享、反馈;⑤物联网将是一个新兴产业,物联网产业是具有万亿元级规模的产业;⑥当前我国物联网发展的障碍集中于安全、成本、效率、标准化、整体规划等方面。
3《.物联网技术与应用》课程融合学科开设探索
针对当前物联网大多数都是针对技术的开发,主要是计算机专业或应用电子技术专业等专业的学生学习,而对于一些非计算机专业的学生来讲,不需要深入了解传感器、网络构架等专业内容,只需要知道物联网在本专业中怎么样使用和能做什么用,所以,针对非计算机专业的学生,通过该门课程的学习,希望可以深入浅出地解答物联网中很多尚未清理的疑问,比如,物联网是什么?物联网能做什么?物联网、云计算、传感网等热门词汇是什么关系?物联网有哪些关键技术、辅助技术?物联网的产业链怎么构成?物联网在社会、经济以及人们的日常生活中如何应用?物联网的产业未来发展的前景如何?能在物联网产业中扮演怎样的角色?物联网产业发展对未来职业有何影响?等等。通过深入分析《物联网技术与应用》课程的技术内容和广泛的应用范围,结合不同学科的大学生所掌握的知识结构特点,理清了针对非计算机专业的学生如何调整该门课程的教学内容。课程内容为48学时,分三大部分。第一部分,主要以物联网为主线,描述物联网的认知、物联网关键技术的特征结构及应用领域[2]、物联网产业链;第二部分,详细介绍物联网在供应链管理中应用、物联网在智能电网中应用[3]、物联网在物流管理中应用[4]、物联网在农产品产业链中应用、物联网在社会经济领域中的应用;第三部分,主要介绍物联网技术发展的新趋势和新特点,以及新时期对物联网专业技术人才培养工作的需要,从争夺国际经济科技制高点的角度探讨了物联网标准体系及建设重点、物联网技术的发展方向以及物联网产业发展及对未来职业的影响。具体课程内容见表1。本课程作为新技术的介绍课程,注重的是物联网的含义、架构和运营过程的理解,并了解物联网在各行业的应用,是拓宽知识视野,提高信息素养的素质教育课,无须太多技术背景。在第二部分的应用篇,可以针对不同专业学生,老师可以选择性地有详有略地讲解。该门课程可以在工科类和经管类专业中先行开设,例如:物流专业、营销专业、自动化专业等专业课程拓展,从而为未来物联网的普遍实施奠定理论基础和实践经验。
4.结语