物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程建設(shè)探討

引言

物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)是將各種信息傳感設(shè)備，如射頻識(shí)別(RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等裝置與互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來而形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)。物體通過智能感應(yīng)裝置，再經(jīng)過傳輸網(wǎng)絡(luò)到達(dá)指定的信息載體，再經(jīng)過全面感知、可靠傳送和智能處理，最終實(shí)現(xiàn)物與物、人與物之間的自動(dòng)化信息交互與智能處理。

2009年8月，溫家寶總理視察無錫物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究院，并做出重要指示：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是未來科技的制高點(diǎn)，是我國新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的方向之一！在國家出臺(tái)的“十二五"規(guī)劃中，物聯(lián)網(wǎng)將重點(diǎn)投資智能電網(wǎng)、智能交通、智能物流、智能家居、環(huán)境與安全檢測(cè)、工業(yè)與自動(dòng)化控制、醫(yī)療健康、精細(xì)農(nóng)牧業(yè)、金融與服務(wù)業(yè)、國防軍事等十大領(lǐng)域。2010年,教育部公布了通過審批的140個(gè)高等學(xué)校戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)本科新專業(yè)，在新增本科專業(yè)名單中，“物聯(lián)網(wǎng)”成為最大熱門，各高校紛紛開設(shè)相關(guān)專業(yè)。然而，有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)或方向的知識(shí)體系、課程體系、工程實(shí)踐和人才培養(yǎng)等，目前還較為薄弱，專業(yè)課程建設(shè)任重道遠(yuǎn)。

1  物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的層次結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)可以描述為由傳感網(wǎng)絡(luò)獲取環(huán)境物理信息，通過通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，通過云計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行信息處理的復(fù)雜系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)構(gòu)成主要體現(xiàn)在感知層、網(wǎng)絡(luò)層、服務(wù)層和應(yīng)用層四個(gè)層次上「知。其中，感知層和網(wǎng)絡(luò)層的知識(shí)結(jié)構(gòu)偏硬件層次，服務(wù)層和應(yīng)用層的知識(shí)結(jié)構(gòu)偏軟件層次。其具體層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在物聯(lián)網(wǎng)中,任何一個(gè)物體都要通過感知設(shè)備獲取相關(guān)信息，同時(shí)需要傳遞感應(yīng)到的信息給所有需要的設(shè)備或系統(tǒng)。感知層通過傳感器、條碼、射頻識(shí)別、多媒體信息采集等手段來感知與采集物理世界中發(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括各類物理量、標(biāo)識(shí)、音頻、視頻數(shù)據(jù)等。通過傳感器網(wǎng)絡(luò)可使傳感器之間互聯(lián)互通并傳遞感應(yīng)信息。

由于物聯(lián)網(wǎng)世界里的對(duì)象是實(shí)體，因此感知到的信息量將會(huì)是巨大的、各式各樣的，通過某種程度的網(wǎng)關(guān)將信息進(jìn)行過濾、協(xié)議轉(zhuǎn)換、信息壓縮和加密等，可使得信息更優(yōu)化和安全地在公共網(wǎng)絡(luò)上傳遞。網(wǎng)絡(luò)層可將傳感器網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相融合，以便把采集和感知到的信息無障礙、高可靠、高安全性地進(jìn)行傳送,從而實(shí)現(xiàn)更加廣泛的互聯(lián)功能。

服務(wù)層主要是為了使不同的服務(wù)提供模式得以實(shí)施，同時(shí)把物聯(lián)網(wǎng)世界中的信息處理方面的共性功能集中優(yōu)化，使應(yīng)用系統(tǒng)無需因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)的出現(xiàn)而作大的修改，以便能夠更充分地利用已有業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，支持物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。

應(yīng)用層根據(jù)用戶的需求可以構(gòu)建面向各類行業(yè)實(shí)際應(yīng)用的管理平臺(tái)和運(yùn)行平臺(tái)，并根據(jù)各種應(yīng)用的特點(diǎn)集成相關(guān)的內(nèi)容服務(wù)E,從而支持物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能交通、智能醫(yī)療、智能家居、智能物流、智能電力等行業(yè)的應(yīng)用。

2  物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程建設(shè)

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)是多專業(yè)的融合與提升，需要多專業(yè)的匯聚，取其共性,建立基礎(chǔ)教學(xué)體系；各院校可根據(jù)自身行業(yè)應(yīng)用背景優(yōu)勢(shì)建立具有各自應(yīng)用方向特點(diǎn)的課程和實(shí)訓(xùn)。

2.1  物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)面向現(xiàn)代信息處理技術(shù)，培養(yǎng)從事物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)分析、科技開發(fā)及研究方面的高等工程技術(shù)人才。

物聯(lián)網(wǎng)學(xué)科專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生要德智體全面發(fā)展、知識(shí)結(jié)構(gòu)合理、具備扎實(shí)的電子技術(shù)、現(xiàn)代傳感器和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)高頻和微波技術(shù),要具有有線和無線網(wǎng)絡(luò)通信理論、信息處理、計(jì)算機(jī)技術(shù)、系統(tǒng)工程等基礎(chǔ)理論，掌握物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的感知層，網(wǎng)絡(luò)層、服務(wù)層與應(yīng)用層關(guān)鍵設(shè)計(jì)等專門知識(shí)和技能，并且具備在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)領(lǐng)域跟蹤新理論、新知識(shí)、新技術(shù)的能力以及較強(qiáng)的創(chuàng)新實(shí)踐能力。

2.2  物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程體系與結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)或方向應(yīng)建立以提升工程素質(zhì)為根 本、以培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)工程能力為核心、以掌握物聯(lián)網(wǎng)工 程學(xué)科知識(shí)要求為目標(biāo)的課程體系，圖2所示是物聯(lián) 網(wǎng)專業(yè)的課程體系圖。

圖2   物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程體系

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程體系涉及三大知識(shí)領(lǐng)域:通識(shí)基礎(chǔ)類知識(shí)領(lǐng)域、專業(yè)技術(shù)類知識(shí)領(lǐng)域和綜合管理類知識(shí)領(lǐng)域，各院校應(yīng)根據(jù)自身情況選擇合適的方向來建立相應(yīng)的課程體系。其中，通識(shí)基礎(chǔ)類知識(shí)領(lǐng)域和綜合管理類知識(shí)領(lǐng)域各院校相對(duì)來說都具有一定的共性，課程體系與結(jié)構(gòu)比較接近，因此，本文著重討論專業(yè)技術(shù)類知識(shí)領(lǐng)域的課程體系情況。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的四個(gè)層次結(jié)構(gòu)，圖2分別按照感知識(shí)別、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、管理服務(wù)和創(chuàng)新應(yīng)用等四個(gè)方面給出了相對(duì)應(yīng)的知識(shí)領(lǐng)域與知識(shí)點(diǎn)。

依照上述課程體系，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的課程結(jié)構(gòu)可以由五個(gè)部分組成:公共基礎(chǔ)課程、學(xué)科基礎(chǔ)課程、物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)課程、物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程和實(shí)踐實(shí)訓(xùn)課程。其中，公共基礎(chǔ)課程和學(xué)科基礎(chǔ)課程可以參照現(xiàn)有的理工科專業(yè)設(shè)置。

物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)課程一般包括物聯(lián)網(wǎng)工程導(dǎo)論、物聯(lián)網(wǎng)工程概論以及模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電路分析基礎(chǔ)與實(shí)驗(yàn)、信號(hào)與系統(tǒng)等其它基礎(chǔ)課程等。

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程應(yīng)根據(jù)院校自身特點(diǎn)按不同培 養(yǎng)方向來設(shè)置相應(yīng)課程。例如,感知與控制方向?qū)I(yè) 課程一般包括物聯(lián)網(wǎng)控制基礎(chǔ)、嵌入式系統(tǒng)、無線傳 感器網(wǎng)絡(luò)、RFID技術(shù)等課程；傳輸與網(wǎng)絡(luò)方向?qū)I(yè) 課程一般包括嵌入式系統(tǒng)、通信原理、數(shù)據(jù)通信與交換技術(shù)、移動(dòng)通信、網(wǎng)絡(luò)管理與安全等課程;軟件與服務(wù)方向?qū)I(yè)課程一般包括云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)與信息服務(wù)、Android操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫原理與技術(shù)、軟件工程等課程。

實(shí)踐實(shí)訓(xùn)課程的設(shè)置首先要求學(xué)生學(xué)習(xí)掌握基礎(chǔ)課程與專業(yè)課程所對(duì)應(yīng)的電子電工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、計(jì)算機(jī)軟件編程設(shè)計(jì)與嵌入式硬件設(shè)計(jì)應(yīng)用等一系列實(shí)驗(yàn)課程。在此基礎(chǔ)上，再結(jié)合院校自身的行業(yè)優(yōu)勢(shì),通過建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)演示實(shí)驗(yàn)室、校企合作等方式開展智能交通、智能電網(wǎng)、智能家居、環(huán)境檢測(cè)以及車聯(lián)網(wǎng)、健康物聯(lián)網(wǎng)、石油物聯(lián)網(wǎng)、礦山物聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

3  結(jié)語

大力發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是我國新興戰(zhàn)略型產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的方向之一，將對(duì)我國國民經(jīng)濟(jì)增長發(fā)揮巨大的推動(dòng)和輻射作用。隨之誕生的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)這一新興本科專業(yè)學(xué)科,其專業(yè)課程建設(shè)必須適應(yīng)行業(yè)應(yīng)用需求，應(yīng)具有發(fā)展變化的動(dòng)態(tài)特性。本文根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系結(jié)構(gòu)與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo),討論了物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的課程體系與結(jié)構(gòu),并針對(duì)不同專業(yè)方向，給出了相關(guān)課程設(shè)置的建議，以期對(duì)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的發(fā)展起到一定的促進(jìn)作用。

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