物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程建設探討

引言

物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)是將各種信息傳感設備，如射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等裝置與互聯(lián)網(wǎng)絡結(jié)合起來而形成的一個巨大網(wǎng)絡。物體通過智能感應裝置，再經(jīng)過傳輸網(wǎng)絡到達指定的信息載體，再經(jīng)過全面感知、可靠傳送和智能處理，最終實現(xiàn)物與物、人與物之間的自動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)技術是未來科技的制高點，是我國新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的方向之一！在國家出臺的“十二五"規(guī)劃中，物聯(lián)網(wǎng)將重點投資智能電網(wǎng)、智能交通、智能物流、智能家居、環(huán)境與安全檢測、工業(yè)與自動化控制、醫(yī)療健康、精細農(nóng)牧業(yè)、金融與服務業(yè)、國防軍事等十大領域。2010年,教育部公布了通過審批的140個高等學校戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關本科新專業(yè)，在新增本科專業(yè)名單中，“物聯(lián)網(wǎng)”成為最大熱門，各高校紛紛開設相關專業(yè)。然而，有關物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)或方向的知識體系、課程體系、工程實踐和人才培養(yǎng)等，目前還較為薄弱，專業(yè)課程建設任重道遠。

1  物聯(lián)網(wǎng)技術的層次結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)可以描述為由傳感網(wǎng)絡獲取環(huán)境物理信息，通過通信網(wǎng)絡進行傳輸，通過云計算平臺進行信息處理的復雜系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)的技術構(gòu)成主要體現(xiàn)在感知層、網(wǎng)絡層、服務層和應用層四個層次上「知。其中，感知層和網(wǎng)絡層的知識結(jié)構(gòu)偏硬件層次，服務層和應用層的知識結(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,任何一個物體都要通過感知設備獲取相關信息，同時需要傳遞感應到的信息給所有需要的設備或系統(tǒng)。感知層通過傳感器、條碼、射頻識別、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、標識、音頻、視頻數(shù)據(jù)等。通過傳感器網(wǎng)絡可使傳感器之間互聯(lián)互通并傳遞感應信息。

由于物聯(lián)網(wǎng)世界里的對象是實體，因此感知到的信息量將會是巨大的、各式各樣的，通過某種程度的網(wǎng)關將信息進行過濾、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)絡上傳遞。網(wǎng)絡層可將傳感器網(wǎng)絡與移動通信技術、互聯(lián)網(wǎng)技術相融合，以便把采集和感知到的信息無障礙、高可靠、高安全性地進行傳送,從而實現(xiàn)更加廣泛的互聯(lián)功能。

服務層主要是為了使不同的服務提供模式得以實施，同時把物聯(lián)網(wǎng)世界中的信息處理方面的共性功能集中優(yōu)化，使應用系統(tǒng)無需因為物聯(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)務應用系統(tǒng)，支持物聯(lián)網(wǎng)的應用。

應用層根據(jù)用戶的需求可以構(gòu)建面向各類行業(yè)實際應用的管理平臺和運行平臺，并根據(jù)各種應用的特點集成相關的內(nèi)容服務E,從而支持物聯(lián)網(wǎng)技術在智能交通、智能醫(yī)療、智能家居、智能物流、智能電力等行業(yè)的應用。

2  物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程建設

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,建立基礎教學體系；各院?？筛鶕?jù)自身行業(yè)應用背景優(yōu)勢建立具有各自應用方向特點的課程和實訓。

2.1  物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)培養(yǎng)目標

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

物聯(lián)網(wǎng)學科專業(yè)培養(yǎng)的學生要德智體全面發(fā)展、知識結(jié)構(gòu)合理、具備扎實的電子技術、現(xiàn)代傳感器和無線網(wǎng)絡技術、物聯(lián)網(wǎng)相關高頻和微波技術,要具有有線和無線網(wǎng)絡通信理論、信息處理、計算機技術、系統(tǒng)工程等基礎理論，掌握物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的感知層，網(wǎng)絡層、服務層與應用層關鍵設計等專門知識和技能，并且具備在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)領域跟蹤新理論、新知識、新技術的能力以及較強的創(chuàng)新實踐能力。

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 程學科知識要求為目標的課程體系，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領域:通識基礎類知識領域、專業(yè)技術類知識領域和綜合管理類知識領域，各院校應根據(jù)自身情況選擇合適的方向來建立相應的課程體系。其中，通識基礎類知識領域和綜合管理類知識領域各院校相對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)技術類知識領域的課程體系情況。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術的四個層次結(jié)構(gòu)，圖2分別按照感知識別、網(wǎng)絡構(gòu)建、管理服務和創(chuàng)新應用等四個方面給出了相對應的知識領域與知識點。

依照上述課程體系，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的課程結(jié)構(gòu)可以由五個部分組成:公共基礎課程、學科基礎課程、物聯(lián)網(wǎng)基礎課程、物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程和實踐實訓課程。其中，公共基礎課程和學科基礎課程可以參照現(xiàn)有的理工科專業(yè)設置。

物聯(lián)網(wǎng)基礎課程一般包括物聯(lián)網(wǎng)工程導論、物聯(lián)網(wǎng)工程概論以及模擬電子技術、數(shù)字電子技術、電路分析基礎與實驗、信號與系統(tǒng)等其它基礎課程等。

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程應根據(jù)院校自身特點按不同培 養(yǎng)方向來設置相應課程。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、嵌入式系統(tǒng)、無線傳 感器網(wǎng)絡、RFID技術等課程；傳輸與網(wǎng)絡方向?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、移動通信、網(wǎng)絡管理與安全等課程;軟件與服務方向?qū)I(yè)課程一般包括云計算與物聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)與信息服務、Android操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫原理與技術、軟件工程等課程。

實踐實訓課程的設置首先要求學生學習掌握基礎課程與專業(yè)課程所對應的電子電工基礎實驗、計算機軟件編程設計與嵌入式硬件設計應用等一系列實驗課程。在此基礎上，再結(jié)合院校自身的行業(yè)優(yōu)勢,通過建設物聯(lián)網(wǎng)演示實驗室、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)應用。

3  結(jié)語

大力發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)技術是我國新興戰(zhàn)略型產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的方向之一，將對我國國民經(jīng)濟增長發(fā)揮巨大的推動和輻射作用。隨之誕生的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)這一新興本科專業(yè)學科,其專業(yè)課程建設必須適應行業(yè)應用需求，應具有發(fā)展變化的動態(tài)特性。本文根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術體系結(jié)構(gòu)與專業(yè)培養(yǎng)目標,討論了物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的課程體系與結(jié)構(gòu),并針對不同專業(yè)方向，給出了相關課程設置的建議，以期對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的發(fā)展起到一定的促進作用。

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