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【關鍵詞】物聯網;高校;物聯網專業建設;方向
1.前言
現如今,隨著物聯網的發展,物聯網已經成為全球信息化過程中繼電腦與網絡的第三次信息革命,近年來需求旺盛且發展前景非常好,因此頗受關注,國內很多高校積極開設物聯網專業,對于他們來說,如何定位物聯網專業建設的發展方向關系到物聯網專業人才的培養及未來的發展。
2.物聯網概述
上世紀末,美國麻省理工學院率先將物聯網概念提了出來。簡單地說,物聯網就是物與物彼此相連的網絡,延展了傳統上對于網絡的定義,立足于網絡,借助RFID技術與各種信息傳感設備、無線通信技術等和網絡進行連接,從而達到了智能化追蹤、識別、定位、監管物品的目的。
現如今,物聯網已經在很多領域都得到了普遍的應用,例如工程管理、工農業生產、安全控制、商品流通等領域。總的來說,物聯網呈現出三大特征:首先是全面感知,利用各種通信設備與技術,在世界任何地方與任何時間都能夠得到相關物品的信息。其次是傳遞非常可靠,借助互聯網,能夠在第一時間將與物品相關的資料信息都傳達給控制人員。最后是實現了智能化,借助計算機分析處理相關的數據資料,從而達到智能掌控的目的。
3.當前高校物聯網專業建設的狀況及存在問題
物聯網是近年來才發展起來的新興產業,在未來有著廣闊的發展空間,無疑能夠對我國的經濟發展起著關鍵性的推動作用。教育部于2010年7月份向社會公布了37所具有開設物聯網相關專業的本科院校,江南大學于07年6月份成為了國內首所物聯網工程學院。發展至今,我國開設物聯網專業的高校數量在不斷增加。盡管,當前國內眾多高校都掀起了開設物聯網專業的熱潮,但是不可否認的是,由于物聯網屬于新興行業,發展還不成熟,各大高校物聯網專業建設也存在著很多問題,例如:
3.1 對于物聯網的人才培養及科目開設方向的定位,各大高校的意見不一。
3.2 并未對物聯網這一學科進行明確的定位,認為向學生傳授越多知識越好,使得學生雖然懂得很多,但卻未能精通。
3.3 不能為學生提供一個實踐的綜合場所。
3.4 相關專業的教研人員嚴重匱乏,未能提供有針對性的優秀教材。
以上四個問題是當前國內眾多高校物聯網專業建設存在的問題,各高校要想使物聯網專業建設實現質的飛躍,一定要全力克服以上問題。
4.高校物聯網專業建設的挑戰
現如今我國高校物聯網專業建設有三大挑戰,只有妥善解決好這迎接并戰勝這些挑戰,各高校物聯網建設才會獲得好的成就。
第一大挑戰是要妥善處理專業整合這一問題。物聯網涉及的領域非常廣,因此物聯網專業往往會與其它一些專業有著較大的聯系,例如電子科學計算、信息與通信工程技術等等。高校物聯網專業建設必須要加強眾多專業的合作,合理調配學校所具有的教學資源。
第二大挑戰是要儲備師資力量。上面提到師資力量匱乏是國內眾多高校物聯網專業建設存在的問題,物聯網涉及的專業多,一些高校原本并沒有開設相關專業,因此出現師資匱乏的情況,為此高校要儲備師資力量,引進專業人才,培訓現有教學人員。
第三大挑戰是妥善處理資金與設備投入問題。對于各高校來說,新開設一個專業往往需要相應的教學設備支持,尤其是物聯網專業,需要各種試驗設備,例如通信類設備、電子設備等等。為此學校可以通過校企合作的方式轉移設備投入,在外部建立實驗基地。或者是鼓勵師生開展設備研究,自主解決設備匱乏問題。
5.高校物聯網專業建設的人才培養與科目開設方向
要解決當前我國各高校物聯網建設存在的問題,應對專業建設過程的挑戰,就必須要對其物聯網專業建設的發展方向有一個明確的定位。
5.1 高校物聯網專業建設人才培養方向
筆者認為,各高效物聯網專業建設的人才培養應該朝著下面幾個方向發展:
(1)復合專業型人才
物聯網涉及的領域非常廣,為此人才培養必須朝著復合專門型的方向發展。物聯網的各個環節都需要進行傳感、運輸、處理等工作,為此物聯網對于不同方向的專門人才的需求量非常大。
(2)創新型人才
物聯網屬于創新行業,對它實現的每一次革新都推動了經濟與技術的發展,發展的關鍵就在于應用創新,物聯網不僅僅自身能夠孕育重大的科技創新,同時它還能夠促進其他產業實現創新,為此,各高校培養的物聯網專業人才必須是具有創新精神與能力的創新型人才。
(3)應用型人才
物聯網技術和電腦、互聯網等的發展軌跡相一致,都是需要在實踐中獲得成長。但需要注意的是,作為新興產業,物聯網發展的時間還比較短,還有很多地方需要不斷地完善,為此要求各高校師生要持續進行專業實踐,健全物聯網專業。高校培養的物聯網專業人才必須是具有實踐能力的應用型人才。
(4)協作型人才
如上所述,物聯網這個系統是非常復雜的,涉及的領域非常廣,為此往往要有很多不同專業方向的人配合,為此對于項目成員的協作能力要求較高。高校在培養物聯網專業人才的過程中,要注重對學生交流能力、協作能力的培養,并且要強調團隊精神的建設。
5.2 高校物聯網專業建設科目開設方向
筆者認為,各高校物聯網專業建設的科目開設可以定位為下面幾個方向:
(1)傳感器與嵌入式系統方向
針對的是物聯網技術的“傳感”領域,學生需要掌握有線/無線傳感器節點硬件和協議棧軟件設計與實現、無源/有源 RFID 標簽與讀卡器設計技術、低功耗技術、嵌入式系統、信息安全和輕量加密技術等知識。
(2)物聯網傳輸網絡方向
針對物聯網技術的“傳輸”領域,學生需要掌握一些信息傳輸與管理技術,例如網絡管理、無線通信技術、傳感技術、網絡通信技術等。
(3)物聯網數據管理與信息處理方向
針對物聯網技術的“處理”領域,學生需要掌握數據挖掘、互聯網監控、分布式與并行計算、大規模異構資料分析等技術。
(4)物聯網應用與信息服務方向
針對物聯網技術的“應用”領域,學生需要掌握應用體系與軟件開發技術、最新服務方式等技術,要求學生能夠根據各個物聯網應用系統的實際需求開展自主研發活動。
上面所述物聯網專業的四個方向并非相互獨立的,他們可以共同使用基礎課程平臺,同時對自己所學專業方向有所側重。
6.結語
物聯網是當前我國重點發展的一個產業,國家也采取的一系列的措施支持物聯網產業的發展,在未來物聯網具有廣闊的發展潛力,各高校要積極探索物聯網專業建設方案,為國家的經濟建設提供高質量的物聯網專業人才。
參考文獻
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[2]陳清利.物聯網時代的高等教育現狀與對策分析[J].太原師范學院學報(社會科學版),2012(04).
[3]劉鵬.物聯網工程專業創新人才培養探索[J].計算機教育,2012(21).
基金項目:本文為2014年湖北省教育廳科學技術研究指導性項目《高職院校的物聯網專業建設》的研究成果(編號:B2014231)。
作者簡介:
2月17日,中國政府網公布《國務院關于推進物聯網有序健康發展的指導意見》,提出到2015年,突破一批核心技術,初步形成物聯網產業體系。為實現目標,將加強財稅政策扶持、完善投融資政策,鼓勵金融資本、風險投資及民間資本投向物聯網應用和產業發展。
物聯網是新一代信息技術的高度集成和綜合運用,具有滲透性強、帶動作用大、綜合效益好的特點,推進物聯網的應用和發展,有利于促進生產生活和社會管理方式向智能化、精細化、網絡化方向轉變,對于提高國民經濟和社會生活信息化水平,提升社會管理和公共服務水平,帶動相關學科發展和技術創新能力增強,推動產業結構調整和發展方式轉變具有重要意義。目前,在全球范圍內物聯網正處于起步發展階段,物聯網技術發展和產業應用具有廣闊的前景和難得的機遇。我國在物聯網技術研發、標準研制等方面已初步具備基礎,但也存在關鍵核心技術有待突破、產業基礎薄弱、網絡信息安全存在潛在隱患等問題。
意見提出,到2015年,我國要實現物聯網在節能環保、商貿流通、交通能源等經濟社會重要領域的規模示范應用,突破一批核心技術,培育一批創新型中小企業,打造較完善的物聯網產業鏈,初步形成滿足物聯網規模應用和產業化需求的標準體系,并建立健全物聯網安全測評、風險評估、安全防范、應急處置等機制。
意見指出,將建立健全有利于物聯網應用推廣、創新激勵、有序競爭的政策體系,抓緊推動制定完善信息安全與隱私保護等方面的法律法規。建立鼓勵多元資本公平進入的市場準入機制。加快物聯網相關標準、檢測、認證等公共服務平臺建設,完善支撐服務體系。加強知識產權保護,加快推進物聯網相關專利布局。同時,將加強財稅政策扶持,鼓勵金融資本、風險投資及民間資本投向物聯網應用和產業發展。
2012年,國家發改委聯合其他部委在7個領域開展國家物聯網重大應用示范工程,國家集裝箱海鐵聯運物聯網應用示范工程位列其中。該應用示范工程以現代物聯網技術為支撐,加強集裝箱海鐵聯運信息共享,提高業務協同水平和服務效能,建立鐵路、水運業務銜接聯動機制,實現了港口、鐵路集裝箱聯運全過程物流信息的無縫銜接。
關鍵詞:高等院校;物聯網;專業教育;普及教育;網絡科普
基金項目:2013年保定市社科基金項目“高等院校物聯網教育探究”(項目編號:201301039)
中圖分類號:G64文獻標識碼:A
收錄日期:2014年4月30日
一、簡介
物聯網的概念最早于1999年由麻省理工學院的Ashton教授提出,是指利用傳感器技術、RFID標簽、嵌入式系統技術等,將各種信息傳感設備與互聯網結合起來而形成的一個巨大網絡。其目的是將所有物品都與網絡連接在一起以用于識別和管理。物聯網應用廣泛,遍布智能交通、環境保護、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工業檢測等多個領域。近年來,美國已將物聯網上升為國家創新戰略重點之一,歐盟制定了促進物聯網發展的十四點行動計劃,日本的U-Japan計劃將物聯網作為四項重點戰略領域之一,韓國的IT839戰略將物聯網作為三大基礎建設重點之一,發達國家緊緊抓住稍縱即逝的發展機遇,積極提升物聯網的戰略地位,在物聯網領域取得了令人矚目的研究成果和技術運用,物聯網在世界范圍內的發展可以說是一日千里。
我國于2009年8月提出“感知中國”以來,物聯網被正式列為國家五大新興戰略性產業之一,在中國受到了極大的關注。據預測,2020年前全球物聯網產值將是因特網的30倍,僅中國物聯網產業的整體產值將超過5萬億元,目前我國已經形成擁有從材料、技術、器件、系統到網絡的完整產業鏈,物聯網產業規模已經達到數千億的規模。物聯網已經成為政府積極研究與推進的產業,工信部有關人士表示,因各地政府均需開展物聯網項目,物聯網人才非常缺乏。
二、物聯網教育現狀
物聯網相關產業的飛速發展以及其所帶來的信息產業化革命已經越來越多地被人們所了解,但是高等院校物聯網教育卻非常混亂。一部分學者認為物聯網產業雖然已經提升到了國家發展的高度,但也只是屬于交叉學科,可利用多學科融合實現,沒有必要形成專門的專業。另有持不同觀點的學者認為,應隨著國家產業結構的調整,根據社會對人才的需求來設置新的專業,不必拘泥于傳統的專業結構。
在高等教育領域,國內多所知名高校、沿海經濟發達地區的高等院校和具有戰略眼光的個別高等院校都適時地抓住了這個時機,紛紛研究、籌備、申請開設物聯網教學,推進在我國高等教學領域的物聯網研究。2010年7月9日,教育部公布了新一批大學專業,其中就包括物聯網工程。據統計,2010年共有700多所本科院校申報物聯網相關專業,最終30所獲批;2011年又增加30多所高校。
盡管高等院校開辦物聯網相關專業的熱情高漲,但是目前大多數高校的物聯網專業不但課程未形成體系,師資力量比較匱乏,實驗條件建設也需要進一步規范。
并且,物聯網這個早已經誕生并走過17年歷程的“舊的新概念”在高等教育領域還遠遠沒有深入人心。我國物聯網普及教育水平目前處于初級階段,只限于政府的相關部門、物聯網相關的企業、部分知名院校和開設物聯網專業的院校、沿海發達地區和為數不多的學者中間。這種物聯網教育力度必然導致我國物聯網人才教育培訓的滯后,導致我國在今后國際間物聯網領域的激烈競爭中后勁不足甚至明顯下降,進而影響到全國經濟發展的后勁。
三、物聯網專業教育
物聯網在我國發展時間不長,涉及電子信息、通信、自動控制、計算機等學科,大量高等院校盲目開設物聯網工程專業,目的性和社會導向性都還不是很清晰,無論從實踐還是理論研究上,物聯網專業目前都還處于探索階段。
我學院結合專業特色,考慮多年教育教學實際情況,在進行物聯網專業教育時,重點會考慮以下三個問題:第一,平衡人才培養目標與人才培養需求之間的關系:物聯網屬于交叉學科,知識體系還不清晰,邊界難以界定,社會對該類人才知識技能的需求也不甚明確,因此必須謙虛謹慎的開展物聯網教育,從社會需求的體系結構和專業技能出發,仔細審定培養計劃和方案,使畢業生能和社會接軌;第二,平衡學生書面學習和學生個人發展的問題:物聯網知識面寬、跨學科廣,在構建物聯網教學知識體系和培養學生個人能力的同時,不能只考慮知識的寬度,還要考慮到專業知識的深度,根據區域定位、行業發展、企業需求來分方向、有重點的培養人才;第三,平衡原有學科與物聯網教育的關系:高等院校在進行物聯網教育時,不能僅僅追求潮流,要結合原有學科辦學基礎,充分發揮原有學科辦學優勢。在計算機科學與技術、電子信息等原有學科的基礎上,深入開展物聯網專業教學。所以,我學院根據未來物聯網的發展趨勢,整合校內現有的師資和實驗設備,在日常的教學活動中,融入進了物聯網相關教學科目,為區域物聯網產業發展提供了人才支持。為了使學生能系統的掌握物聯網的相關理論、方法和技能,具備通信技術、網絡技術、傳感技術等專業知識,我院在發展初期,開展了網絡工程、軟件工程相關專業,開設程序設計語言、數據結構、操作系統、數據庫系統、電路分析基礎、模擬電子技術、數字電路與邏輯設計、微機原理與接口技術、計算機網絡、嵌入式系統、計算機控制系統、單片機等課程。學生畢業之后,可以就業于與物聯網相關的企業,從事物聯網網絡協議、通信架構、信息安全等方向的設計、開發、管理維護工作,也可以在高校或者科研機構從事科研和教學工作。
四、物聯網網絡科普探究
高等院校的大學生是將來國家發展的主要力量和動力源泉,除了在高等院校中開展物聯網專業教育外,還要大力推進物聯網網絡科普教育。通過網絡科普促進學生主動的去了解物聯網,提升廣大學生對物聯網的興趣,幫助學生認識到物聯網在身邊的應用,從而促使物聯網在學生中的推廣和普及,使更多的學生投入到物聯網的建設和發展中,從而有效促進各個行業的物聯網發展,進而促進中國科技、經濟、政治、社會、文化的發展,提高人民的生活水平。
在互聯網技術飛速發展的今天,以科普網站的形式對大眾進行物聯網應用的普及更具有廣闊性和靈活性。因此,為大眾提供一個具有時效性并能呈現出個性化的物聯網網絡體驗成為對物聯網科普體驗的一個挑戰,同時對提升大眾對物聯網的認識和了解具有非常重要的時代意義。傳統的科普模式對物聯網普及來說具有很大的局限性,缺乏時效性,所以在新一代物聯網普及的體驗中,需采用一系列物聯網體驗新形式,如視頻紀錄片、趣味實驗室、交互體驗館、發展時間軸等。
面對高等校園的物聯網普及教育,我們主要通過以下四個方面進行物聯網的網絡普及工作:通過建立網站進行了視頻紀錄片、趣味實驗室、交互體驗館、發展時間軸,將物聯網的發展歷史、目前發展狀況、將來應用前景全面的展現出來,普及給高等院校的廣大學生群體,使高校學生的素質得到全面提高。
(一)物聯網科普認知形式――視頻紀錄片。視頻紀錄片,顧名思義是指通過動態視頻的方式對所需內容進行寫實記錄,紀錄片的核心為真實,力求以真實事件為落腳點,并進行適當的藝術加工,以展現真實為本質,并以此增加人們的相應知識,引發其思考。
在物聯網科普網站增加視頻紀錄片的科普形式,主要依賴于現有的物聯網知識。首先,整理互聯網中現有的物聯網技術相關知識的視頻,對其進行細致的分類整理,以“樹”圖的形式將相應知識視頻歸類放置。這將極大地增加網站知識劃分的清晰度,同時相較于以時間順序放置相應視頻紀錄片,“樹”圖的形式更有利于學習者對知識的分塊學習,使其能夠輕松找到自己所需知識,并發現自己的知識漏洞;其次,整理理論知識庫中相關零散內容,制作成視頻上傳,并將其補充到相關模塊中。
通過視頻紀錄片的形式增加學習者對于物聯網技術相關知識的視覺認知,可以幫助學習者增加對于視頻中相應知識的記憶程度,有效的幫助其培養良好的記憶能力。而相較于一般文字內容,視頻紀錄片包含了圖像、聲音、文字等多重內容,能夠使學習者大腦的視覺、聽覺等中樞都處于記憶的興奮狀態,這樣,相關知識在大腦中就會留下更加深刻的印象。同時,視頻紀錄片能夠引起學習者對于新知識的興趣,有效增加其好奇度,從而產生主動學習的渴望,并能夠很好地避免傳統學習過程中的單一、無趣。
由此可見,視頻紀錄片的科普形式將有效并極大地促進人們對于相關知識的學習能力,在物聯網技術科普網站中是必要,也是必然包含的。
(二)物聯網科普體驗形式――趣味實驗室。在傳統的物聯網普及過程中,我們往往過于重視知識的給予量,而忽視學習者對于所學知識的掌握程度。澆灌式的普及方式雖然能在一定程度上增加學習者所得知識的寬度及廣度,但盲目地增加量,只能讓知識如云煙,一瞬即逝,根本無法達到學習的目的。既是物聯網科普知識,就應更加注重知識的學習成果,只有真正幫助學習者記住知識,了解其內容及原理,體會其本質,才能使學習者真正記住所學,并將其應用到日后的學習生活中。
在物聯網技術科普網站增加趣味實驗室的科普形式,主要是通過對一些簡單的知識提供一些相應的實驗方法、環境與成果,向學習者展示相應知識的應用方法與結果,同時鼓勵其親自動手嘗試,在此,可以通過增加學習者在網站中的經驗值等方式達到鼓勵其參與趣味實驗室的目的。此外,趣味實驗室還著重于實驗的趣味性,所提供的實驗在保證對物聯網體驗的練習與體會的基礎上,適當增加了與實際生活的聯系,以及與時下熱點元素的融合,增加了學習者的學習興趣。
(三)物聯網科普交流形式――交互體驗館。網站的交互性是網站與用戶交流互動的關鍵所在,對于物聯網技術科普網站,交互體驗更是重中之重。
物聯網的交互體驗是形式多樣的,主要設計為:(1)科普互動游戲,提升公眾對科學的興趣;(2)虛擬現實技術,帶給人直觀的體驗感受;(3)遠程觀測技術,拉近用戶與科學的距離。以此為基礎,并結合物聯網技術的特性,推陳出新,才能夠讓用戶對物聯網的體驗效果更好。
交互體驗館的設計在物聯網技術中最熱門、最具前景、最前沿三個方向上開展,讓大眾在交流與互動中體驗物聯網技術為生活提供的方便,并在接近真實的體驗中學習、理解科普知識。
除此之外,交互體驗館設計是在以下幾點基礎之上進行的:(1)專業人員對相關技術進行實現。制作人員的技術水平決定了交互體驗館的效果,所以專業的技術人員進行視頻、flash、3D動畫的制作將交互體驗館的創意發揮到了極致;(2)物聯網技術相關內容的正確性。科普網站保證了物聯網知識的專業性和正確性,沒有出現專業性的錯誤,給大眾傳播錯誤的科普信息,達到了科普工作的基本要求;(3)人性化的設計。交互體驗館以人性化的設計完成物聯網技術的宣傳,大眾在人性化的交互體驗中,更加輕松地體驗到了物聯網技術在生活中具有的重要意義。
(四)物聯網科普記錄形式――發展時間軸。物聯網技術是一門新興的科學,它興起時間不長,卻以驚人的速度發展,網站以時間作為軸線,進行物聯網知識的普及,以此提出并設計了發展時間軸的概念,為科普知識的記錄與傳播帶來新的色彩。
1、形式的簡述。以時間軸為主線,以物聯網技術發展的重大變革時間為分割點,進行重大事件標注,點擊查看物聯網技術發展詳情,為大眾帶來按時間順序排列信息技術發展史的全新體驗。
2、展現形式。以3D動畫+flash形式制作時間軸,炫麗的動畫、新穎獨特的3D效果,使大眾得到全新的感官體驗,在這種多層次的體驗中了解物聯網技術發展過程中的偉人和重大變革實踐,體會一種全新的物聯網技術科普盛宴。
3、內容的設計形式。發展時間軸匯集了大量物聯網技術科普內容,囊括了物聯網技術發展史中所有重大事件,將物聯網發展過程中的各類信息傳播給大眾,使大眾對物聯網技術有一個全面且詳細的認識,克服了發展內容與時間上聯系的障礙。
綜上所述,新時期的物聯網網站科普工作將以新的形式展開,如果一直沿襲科普網站的傳統形式,則大眾在瀏覽網站的過程中得不到深刻的印象,那么他們的科學素養就得不到真正的提高。因此,廣大科普工作者在新時期的科普工作中應當以創新的形式、開放的內容以及特色的人性化體驗來促進大眾進入一個全新的科普新環境,全面提升大眾對物聯網的科學文化素養。
五、總結與展望
物聯網目前發展勢頭強勁,有著良好的發展趨勢,受到國家高度重視。雖然物聯網產業有著龐大的發展空間,但是就目前而言物聯網還是一個處于研究發展的概念產品,屬于交叉學科,在高等院校中物聯網教育混亂,沒有形成自己的知識體系與結構。我院根據多年教育教學工作經驗,融合全校師資力量,在學生中開展了物聯網專業教育與物聯網普及教育,得到了良好的效果。在今后的教育教學實踐工作中,應更加用心的探索物聯網教育的方法與對策,加大力度在高等院校中進行物聯網教育,推進高等院校中物聯網教育的發展。
主要參考文獻:
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關鍵詞:物聯網;無線傳感網絡;射頻識別;安卓平臺
中圖分類號:TP393 文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2015)22-0011-02
物聯網專業是一個新興的、綜合性很強的專業,涉及到微電子技術、控制工程、通信技術、計算機技術等多領域。2010年,教育部批準第一批40所高校開辦物聯網工程專業;2011年初,批準第二批27所高校開辦物聯網工程專業;2012年2月,再次批準80所高校開辦物聯網工程專業;教育部先后進行了3批物聯網相關專業審批,約200所高職高專辦“物聯網應用技術”專業,我校也于2012年成功申報物聯網應用技術專業。
教育部和天津市教委聯合舉辦2012年、2013年、2015年3屆全國高職物聯網技能大賽,都由我校來承擔此項賽事項目,對職業院校物聯網專業教學改革起到巨大的引領和帶動作用,促進專業體系建設、優化教學內容、改進教學手段、提高專業教學師資隊伍素質、加強學院實訓基地建設,構建以職業技能競賽為平臺、培養學生技能為核心的實踐教學體系。
1 歷屆全國高職物聯網技能大賽分析
1.1 2012年全國高職物聯網技術應用賽項
2012年大賽,主要考察高職學生在RFID技術、二維碼技術、網絡技術與信息系統等領域的應用實踐能力,檢驗高職學生在物聯網組建、物聯網應用系統開發等方面的關鍵技能和職業素養,以及對質量、效率、成本和規范的意識。大賽促進專業教學內容更新與教學方法改革,深化校企合作,引導專業教學方向調整,以適應物聯網產業快速發展及高度關注物聯網應用技術的趨勢。
2012年全國高職物聯網技術大賽,主要還是對物聯網專業基礎知識結構進行考察,圍繞著專業的基本理論、簡單應用設計大賽試題,考查選手使用傳感器、二維碼、一維碼、Zigbee、RFID等基本應用的開發能力,對物聯網三層架構:感知層、傳輸層、應用層的專業基礎技能進行考察。可以說本屆大賽促進社會對物聯網應用技術相關職業崗位的了解,提高社會對高職專業人才的認可度,提高學生的就業能力水平。
1.2 2013年全國高職物聯網技術應用賽項
2013年大賽內容模擬學生“e動校園生活”的一天,集物聯網時代的移動支付、智慧生活等主題應用。從本屆大賽內容上看,不僅包括對物聯網基礎技術考察,更多融合物聯網工程專業的很多生活中應用,更加有深度和廣度,具有很強的實用性和時代特征,本屆大賽促進專業的教學改革與專業建設,展示物聯網技術應用領域快速增長的人才需求;促進物聯網技術(包括自動識別、網絡傳輸、應用開發等)的普及。
1.3 2015年“物聯網技術應用賽”賽項
2015年大賽內容對物聯網工程應用實訓系統的操作,涵括了智慧社區、智能環境監控、智能商業、智能農業等物聯網主題應用。可以看出,本屆大賽主要對物聯網技術應用的范圍進行很大擴展,從2013年的生活領域應用擴展到專業領域應用,包括商業、農業、環保領域等等。通過競賽,提高學生在物聯網組建、物聯網產品配置與應用、物聯網應用系統開發等方面的關鍵技能和職業素養,進一步促進專業教學內容更新與教學方法改革,深化校企合作,引導專業教學方向調整,高度關注物聯網應用技術的趨勢。
2 全國高職物聯網技能大賽引領和帶動物聯網專業建設
傳統物聯網專業建設本著專業的知識體系來進行課程設置,物聯網知識體系可分為感知層、傳輸層、應用層三層,針對三層設置了相關的教學課程。
這3屆全國物聯網技能大賽,極大地拓展高職院校對物聯網專業的認知,不再單純的認為物聯網就是多個專業課程的簡單堆砌,而是專業課程之間有著很強的內在聯系,有著自身專業的核心思想、理念、技術,明確地提出高職院校物聯網專業的建設方向,與現有相關專業進行整合而不是孤立的發展物聯網專業。
通過對技能大賽使用設備進行認真分析、研究,了解物聯網專業在當前社會各個領域的應用情況,物聯網應用的前沿技術信息,感知未來的發展方向。對物聯網專業建設指出明確的培養方向,經過3年的教學應具備哪些素質和技能。以本校為例,通過參加這3屆全國物聯網技能大賽促進物聯網專業進行深入建設:
1)結合本校在電子專業優勢和計算機專業特點進行深入分析,與物聯網專業進行深度結合,利用電子系嵌入式實訓室、傳感器實訓室等現有設備重點培養學生感知終端的操作和應用,包括各種傳感器的使用,如溫度傳感器、壓力傳感器、光傳感器等,嵌入式芯片開發和應用技術,要求學生掌握一定的電子設備知識、數字和模擬電子知識、嵌入式開發知識等內容。
2)結合計算機專業軟件開發、網絡技術的優勢,重點培養學生在實訓室物聯網應用層的軟件開發和設計能力,充分利用Android移動操作系統實訓室、移動終端平臺實驗室,鍛煉學生在Android移動終端的程序設計、開發能力,具備一定的開發水平。
3)基于物聯網技能大賽背景,側重物聯網基本架構及應用架構,專業建設可容納6個班的實驗場地,隨著專業規模的擴大,實驗場地也將及時增加。實驗室的建設將包含4個平臺:基礎實驗平臺,云信息處理平臺,綜合實訓開發平臺,創新實訓平臺。
3 全國高職物聯網技能大賽改革專業課程和課程內容
全國物聯網技能大賽對高職院校物聯網專業課程建設,課程內容的設定有著深遠而積極的影響。2012年物聯網大賽內容主要是對物聯網專業基本技術的考核,即物理網專業核心技術的應用,包括傳感器、二維碼、一維碼、Zigbee技術、RFID技術等基本技術,可以說這些技術早已經廣泛應用在超市、商業街區、局域網等方面,但是并沒有得到重視、認同,原因在于物聯網的基礎應用領域早已存在多年,并沒有更多新技術的產生,更沒有在社會多領域的應用和普及,所以大多數人都不知道物聯網。
2013年物聯網大賽內容有突破性進展,在硬件設備種類上有很多更貼近生活,例如:無線射頻IC卡、RFID電子標簽、智能電表、智能窗簾、感應式門禁、火焰探測器、煙感探測器等,這些設備都會在生活中的某個領域得到廣泛使用,有了這些實際應用設備作為開發對象,再有2012年物聯網中的部分設備讓很多高職院校對物聯網應用前景、應用領域都有深刻認知,在廣大職業院校引起強烈反響。很多高職院校在大賽結束后,組建專門團隊學習研究物聯網專業的課程,對課程內容進行調整,轉變教學方式。
2015年物聯網大賽在2013年基礎上有新的變化,把這2年來物聯網應用領域進行大規模擴展,涵蓋智能社區、智能環境監控、智能商業、智能農業、智能樓宇等物聯網主題,對于物聯網專業的人才需求有很大促進作用;同時,大賽上物聯網設備種類進行一步擴展,出現Zigbee無線傳感網絡,智能網關、LED電子屏等,前2屆物聯網大賽設備也都出現,與計算機無線網絡進行互連互通,桌面軟件開發、移動終端軟件開發的綜合性、難度有很大提升,可以說是真正的實現多種設備的“物聯網”,整合到統一的開發平臺,成為一套綜合性的物理網管理平臺。
物聯網技能大賽出現各類設備、儀器,考核的內容引領著專業課程建設,改變教學內容,在課程設置和課程內容上進行全面優化,圍繞著物聯網核心技術、重要知識點重新安排專業課程,尤其是安排大量的實驗、實訓環節,重點培養學生的實踐動手能力,不再以“感知層”、“傳輸層”、“應用層”進行課程設置,而是以“核心技術課程實驗實訓”、“開發技術課程實驗實訓”、“物聯網平臺綜合實訓”為主。
1)核心技術課程實驗實訓,主要是傳感器技術實驗、RFID射頻識別實驗、Zigbee網絡技術實驗等物聯網核心技術課程實驗。
2)開發技術課程實驗實訓,Android移動終端技術實訓、嵌入式技術實驗、移動終端平臺實訓等。
3)物聯網平臺綜合實訓,智能社區實訓、智能家居實訓、智能溫室控制實訓、物聯網RFID智能車輛管理實訓等,既包括對核心技術的應用也包括對開發技術的使用。
例如,本校在舉辦物聯網大賽后進行課程改革,設立物聯網綜合實訓課程,主要采用技能大賽中的各種物聯網設備,對競賽試題進行改造進行實訓。其中智能家居實訓內容:智能家居是以住宅為平臺,利用綜合布線技術、網絡通信技術、自動控制技術、音視頻技術將家居生活有關的設施集成,通過手機、PDA、互聯網用戶可以控制家用設備、執行場景操作,使多個設備形成聯動。主要功能為樓宇對講、安防視頻監控室內燈光、窗簾控制、家電控制、遠程操控訪客環境、災害遠程監控與報警、老人健康監測、家庭能源管理、社區信息查詢與服務。智能家居是物聯網技術的綜合應用,涵蓋有電子技術、傳感器技術、單片機、無線傳感、RFID技術、嵌入式網關、中間件、電機控制、計算機、網絡通信、音視頻多媒體技術。
參考文獻:
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(長沙民政職業技術學院物聯網工程系,湖南 長沙 410004)
【摘要】物聯網是我國戰略性新興產業,它把新一代IT技術充分運用在各行各業之中。為了適應新一代信息技術對人才的需求,高職院校開設物聯網應用技術專業目的是培養高端技能型、應用型和可持續發展的物聯網技術技能人才。本文從物聯網應用技術專業課程體系現狀入手分析了物聯網人才培養目標、主要就業崗位,以物聯網體系架構為核心,探索更合理的物聯網應用技術專業課程體系。
關鍵詞 高職院校;物聯網應用技術;體系架構;課程體系
0 前言
物聯網技術是是繼計算機、互聯網與移動通信網之后的世界信息產業第三次浪潮,通過射條碼與二維碼、射頻標簽、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器和氣體感應器等信息傳感設備,按約定的協議,把任何物品與互聯網連接起來,進行信息交換和通訊,以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡,具有十分廣闊的行業前景。自2010年7月教育部首次批準多所高校建設物聯網技術專業以來,國內高校都在根據自身的情況對物聯網專業的知識體系、專業課程體系和人才培養等方面進行了一些探索,但目前物聯網屬于新興產業,各高校基本上也都是依托自己原有的相關院系與專業開始設立物聯網相關專業,沒有成熟的經驗可以借鑒。如何建立科學的物聯網專業課程體系和人才培養方案等問題成為阻礙各院校專業發展的一個難點。本文致力于分析物聯網應用技術專業人才培養目標和主要就業崗位等,力求歸納聯網應用技術專業建設的專業共性基礎,構建了以“物聯網體系架構”為核心的物聯網應用技術專業課程體系。
1 高職物聯網應用技術專業主要就業崗位分析
高職物聯網應用技術專業是一門交叉學科,應用非常廣泛,專業培養應具有物聯網技術能力、應用創新能力、跨專業的復合型的技術技能人員,工作重點在應用、服務和生產領域。通常可將本專業對應主要的崗位劃分為物聯網系統集成和測試工程師、物聯網系統銷售和技術支持工程師、物聯網系統開發工程師等三大基本崗位:
物聯網系統集成、測試工程師:系統集成、測試工程師的工作任務主要是負責系統的軟件、硬件和傳感裝置集成,進行調試,發現并改進單元設計過程中的錯誤,負責無線網絡與移動設備的構建組網等工作。
物聯網系統銷售、技術支持工程師:系統銷售、技術支持工程師的工作任務主要是負責建立客戶關系,能根據客戶的需求,為客戶推薦其感興趣的產品,突出產品優勢;根據客戶需求進行物聯網相關產品的配置、安裝;負責物聯網系統的日常和維護,進行一些基本的故障維修;負責傳感器的采購、售前、售后維護等技術工作;負責物聯網應用系統硬件和軟件的日常維護工作。
物聯網系統開發工程師:系統開發工程師的主要工作任務是應用流程設計、開發和測試;編寫各種設計文檔;嵌入式系統的解決方案研究、項目設計方案、系統開發和集成、工程設計和施工指導;RFID解決方案研究、項目設計方案、系統開發和集成、工程設計和施工指導。
2 高職物聯網應用專業人才培養目標分析
自物聯網作為國家發展戰略以來,物聯網技術及應用迎來了高速發展時期,從而導致大量物聯網人力資源的短缺。各大高校及職業院校紛紛設立物聯網學院、專業或專業方向來培養物聯網相關專業人才。各高職院校在進行物聯網應用技術專業的人才培養時首先要確定該專業的培養目標,經過對職業主要崗位工作任務、工作內容以及能力要求的詳細分析和論證,得到學生培養目標為:本專業面向物聯網技術應用領域,從事物聯網工程設備安裝調試與維護、物聯網工程項目規劃與施工管理、物聯網工程項目技術支持、物聯網產品設計與生產管理等技術崗位,培養德智體美全面發展,心理健康。通過對物聯網系統的傳感層,網絡層與應用層等專門知識和關鍵技術的學習,掌握物聯網應用技術各崗位群必備的具備電子技術、現代傳感器技術、RFID射頻識別技術、無線網絡通信技術、物聯網安全技術和系統工程等專業基礎知識,具有扎實的基礎、實踐能力,良好的職業道德、職業素養以及創新精神和創新能力的高端技能型、應用型、可持續發展的技術技能人才。
3 以“物聯網體系架構”為核心構建的專業課程體系
3.1 物聯網的體系構架
物聯網應用技術專業是一門典型的交叉學科,涉及電子、通信、計算機和自動控制等多領域相關專業知識,是跨學科的綜合應用,物聯網分為三個層次:感知層、網絡層和應用層,如圖1所示:
3.2 專業課程體系的構建
課程的構建是提高教學質量的核心,好的體系架構,才能保證學生在校期間受到有序的、合理的、系統的能力培養,才能保證教學內容、課程建設、教學方法的質量,以便學生在未來的職場具有更強的競爭力。那么如何構建合理的物聯網應用技術專業課程體系就是我們急待解決的問題,以物聯網體系架構為核心構建物聯網應用技術專業課程體系思路如下圖2所示:
感知層:感知層主要是物品標識及信息的采集,通常由感應器件和無線傳感網絡組成,感知層是物聯網的核心層。物聯網應用技術專業在感知層對應的主要專業課程為:單片機系統分析與調試、電路板測量與繪圖、射頻技術與應用、無線傳感網絡技術和條碼技術與應用。
網絡層:物聯網的網絡層主要完成信息傳遞和處理,網絡層包括兩個部分:接入網和傳輸網。傳輸網是由公網與專網組成,常用的傳輸網絡有電信網、廣電網、電網、互聯網、專用網。接入網是連接感知層的網橋,它將獲得的感知層數據進行匯聚,并發送到接入網絡。物聯網應用技術專業在網絡層對應的主要專業課程為、嵌入式系統設計、M2M技術、網絡工程與綜合布線和物聯網管理與信息安全。應用層:物聯網的應用層也稱之為處理層,主要解決的是信息處理和人機界面的問題。物聯網的網絡層傳輸過來的數據在應用層進入各類信息系統進行處理,并通過各種設備與人進行交互。物聯網應用技術專業在應用層對應的主要專業課程為:嵌入式面向對象程序設計、Android的應用程序開發和動態網頁設計。
4 專業課程體系及進度
根據人才培養目標和主要就業崗位,以物聯網體系架構為核心構建物聯網應用技術專業課程體系如圖3所示,其中還包含了四門專業基礎課:C#程序設計基礎、物聯網技術概論、電路基礎與電工技能和電子技術與實踐。
5 結束語
作為戰略新興產業,物聯網技術已經應用于各行各業,專業前景廣闊,其對物聯網人才的需求也正在迅猛增加,行業人才需求巨大。培養大量高技術技能性物聯網人才是目前高職院校迫在眉睫社會責任,但物聯網應用技術專業的人才培養方案尚處在初始階段,課程體系構建仍在一個探索過程中,需要大家不斷的去探討和改進。
參考文獻
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【關鍵詞】 物聯網 環境保護 傳感器
1 引言
隨著社會經濟的蓬勃發展,人類面臨的環境問題越來越嚴峻。土地退化、水資源短缺及污染、空氣污染、低質量的城市環境基礎設施、農村環境退化、環境事故日益頻繁、全球環境問題諸如氣候變化等。這些環境問題嚴重威脅著人們的健康,不利于社會的可持續發展。而且,目前我國環境保護領域的信息化程度仍偏低,各地區環保系統相關業務數據共享和服務不對外開放,從而造成各地重復投資。因此未來環境保護工作的重點將是促進環境保護向自動化、智能化、網絡化方向發展,環保信息化勢在必行。又由于近年來,物聯網應用于環境保護領域是信息通信技術發展到一定階段的必然結果,也是環保領域信息化的必然趨勢。
2 物聯網概念及相關技術
2.1 物聯網的概念
物聯網究竟是什么呢?顧名思義,物聯網就是“物與物相連的互聯網”。物聯網(Internet of Things,IOT)概念最早于1999年由美國麻省理工學院提出,目前業界并沒有明確統一的定義。早期的物聯網是指依托射頻識別(RFID)技術的物流網絡,然而在20世紀90年代“物聯網”的概念才產生,在2005年國際電信聯盟(ITU)了互聯網研究報告《物聯網》后,它才引起各國政府與產業界的重視。早期的物聯網并沒有像現在這么完善,它僅僅只是依托射頻識別(RFID)技術的物流網絡,隨著技術的完善和應用的發展,物聯網的內涵已經發生了較大的變化。
所謂物聯網,從狹義上講,就是傳感網,但物聯網的概念相對傳感網要大一些;從廣義上講,就是社會生態系統的智能化或者說地球的智慧化(所謂智慧地球),即實現所有對象(物品)的智能化識別和管理。物聯網的基礎是芯片技術、微型傳感技術、無線傳感器網絡技術、智能技術、納米技術、射頻識別技術、MEMS(微機電系統)技術的高度發達和信息高速公路(互聯網)的廣泛應用。如今的物聯網利用技術與智能裝置對物理世界進行感知識別,通過網絡傳輸互聯,進行計算、處理和知識挖掘,從而世界上所有的人和物在任何時間、任何地點,都可以方便地實現人與人、人與物、物與物之間的信息交互,達到對物理世界實時控制、精確管理和科學決策的目的。
2.2 物聯網相關技術
物聯網是指在物理世界的實體中部署具有一定感知能力、計算能力和執行能力的各種信息傳感設備,通過網絡設施實現信息傳輸、協同和處理,從而實現廣域或大范圍的人與物、物與物之間信息交換需求的互聯。物聯網依托傳感器、傳感器網絡技術、射頻識別技術、通信網與互聯網技術、智能運算技術等,實現全面感知、可靠傳遞、智能處理。
(1)RFID技術。RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術,它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據,識別工作無須人工干預,可工作于各種惡劣環境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽,操作快捷方便。RFID是一種簡單的無線系統,只有兩個基本器件,該系統用于控制、檢測和跟蹤物體。系統由一個詢問器(或閱讀器)和很多應答器(或標簽)組成。(2)紅外感應器。紅外感應器是接收信號或刺激并反應的器件,能將待測物理量或化學量轉換成另一對應輸出的裝置。用于自動化控制、安防設備。(3)激光掃描器。激光掃描器是一種遠距離條碼閱讀設備,其性能優越,因而被廣泛應用。激光掃描器的掃描方式有單線掃描、光柵式掃描和全角度掃描三種方式。激光手持式掃描器屬單線掃描,其景深較大,掃描首讀率和精度較高,掃描寬度不受設備開口寬度限制;臥式激光掃描器為全角掃描器,其操作方便,操作者可雙手對物品進行操作,只要條碼符號面向掃描器,不管其方向如何,均能實現自動掃描,超級市場大都采用這種設備相關的技術和平臺的具體介紹有待完善和發展。(4)因特網技術。物聯網是在現有計算機互聯網的基礎上,利用技術實現對物品的電子標識,然后再利用無線通信等技術接人互聯網,構造一個覆蓋世界上萬事萬物的網絡,并實現網絡中物品與物品或人與物品之間的“交流”。因此,因特網技術是物聯網的技術基礎,或者說,物聯網是因特網技術在應用范圍上的一個由人及物的拓展,因特網主要解決物聯網中傳感器節點感知信息的傳輸與共享問題。(5)實體標記語言(PML)開發技術。實體標記語言(physical markup language,PML)是基于為人們廣為接受的可擴展標識語言發展而來的。提供了一個描述自然物體、過程和環境的標準,并可供工業和商業中的軟件開發、數據存儲和分析工具之用。它將提供一種動態的環境,使與物體相關的靜態的、暫時的、動態的和統計加工過的數據可以互相交換。物聯網中任何單品的有用信息的描述都可以用實體標記語言這種新型的標準計算機語言書寫,它將會成為描述所有自然物體、過程和環境的統一標準而得到非常廣泛的應用。
2.3 物聯網的組織架構
物聯網作為物聯網技術在環境保護這一特定領域的應用,其技術應用于傳統的物聯網既有共同點又有特殊之處,其技術架構可以拓展為3層:感知層、網絡層和應用層。用于環保領域的物聯網組織架構如圖1所示。
(l)感知層。利用傳感器、多跳自組織傳感器網絡以及任何可以隨時隨地感知、測量、捕獲和傳遞信息的設備、系統或流程,實現對環境質量、污染源、生態、輻射等環境因素的更透徹的感知。主要包括數據采集、處理技術以及傳感器的部署、自組織組網和協同等技術,以傳感器等采集感知技術、RFID識別技術以及無線傳感器網絡技術為代表。(2)網絡層。利用無線網、互聯網、環保專網、運營商網絡,將個人電子設備、組織和政府信息系統中儲存的環境信息進行交互和共享,實現更全面的互聯互通。需要利用異構的網絡接入技術和基礎核心網絡技術,包括基礎NGN核心網和fTTH、3G、WIFi、藍牙、Zigbee、UWB等接入技術。(3)應用層。主要包括面向環境保護的特定應用服務,以及實現網絡層和應用服務間接口和能力調用功能的中間件,完成信息的分析處理和決策,實現特定環境監測的智能化應用和服務任務,以實現環境監測信息的識別、感知、分析和預測,發揮智能作用。
3 物聯網在環境保護中的應用及產業化現狀
全球面向環境保護的物聯網發展還處于初級階段,但已具備較好的基礎。國內外已經有了眾多面向環境保護的物聯網應用案例,在污染防治、生態保護等領域發揮著巨大作用,如美國部署的用于實時監測城市環境污染數據的“CitySense”監測系統和用于監測大鴨島海鳥棲息情況的生態監測系統、澳大利亞用于監測蟾蜍分布情況的生態監測系統、我國在無錫部署的太湖水環境監測示范工程等。隨著國內外物聯網在環境保護領域的大量應用,其各項技術也逐步趨向成熟,同時大量技術的成熟和產品的應用也為面向環境保護的物聯網產業的發展奠定了良好的基礎。
總體而言,我國面向環境保護的物聯網產業環境建設正處于起步階段。產業鏈面臨著企業分散、規模小、技術能力薄弱等不利因素,全國知名研究機構和物聯網行業內的產學研機構正在積極推進面向環境保護的物聯網產業環境的發展。
4 物聯網在環境保護中面臨的問題
(1)關鍵技術制約物聯網的發展。在感知層、網絡層、應用層三個方面都存在著相應的關鍵技術的突破。如傳感器的靈敏度和準確度有可能使產生錯誤的預警,直接造成了不必要的流程;傳感網的低速率問題直接影響到大規模布置節點和終端所需要的路由和地址資源;目前物聯網的網絡層是多運營商、多種通信制式、多網絡并存的,使環境信息無法實時進行共享,導致協同能力尚不能滿足環境保護的需要;云計算的關鍵技術突破,對于各種應用領域的建模、數據處理、數據存儲安全也有很大的影響。(2)安全性和可靠性有待加強。大多數情況下,環保感知層中的傳感器是處于環境惡劣的地方的,有的地方甚至會有化學物質對其進行腐蝕等,另外又有個別不法分子破壞傳感器,這都對傳感器的可靠性有了進一步的要求,因此,感知層應能適應各種惡劣的應用環境。而網絡層容易受到病毒或是黑客的侵入,導致數據的丟失;應用層的數據共享也會使數據的安全性進一步下降。(3)應用與產業化問題。現階段面向環境保護的物聯網應用規模領域較小,一方面形成不了成熟的商業模式,另一方面也不利于市場的培育,因此未來要選擇重點領域和重點工程,積極引導面向環境保護的物聯網行業示范應用,擴大應用規模,積累技術發展、產業應用、經營管理、政策實施等方面的經驗。同時,目前我國面向環境保護的物聯網產業鏈尚未成熟,仍然面臨著巨大挑戰。首先,是產業鏈各環節尚未形成共贏商業模式,各環節之間協同能力較差;其次,是產業鏈環節較長,復雜度高,導致整體成本很難降低;最后,產業鏈各環節企業相對分散,規模小,尤其是服務環節。因此,面向環境保護的物聯網未來發展需要產業鏈的共同努力,只有在芯片商、傳感設備商、系統解決方案廠商、移動運營商等上下游廠商的通力配合下才能實現上下游的聯動,從而帶動整個產業鏈,共同推動面向環境保護的物聯網的發展。(4)人才相對匱乏。物聯網在環境監測方面的應用是一個系統工程,涉及到法律法規、環境管理、化學分析、儀器儀表、自動化控制、信息通信、軟硬件技術等多個學科領域。我國的環境保護工作經過十幾年的努力雖然已經培養了大批人才隊伍,但隨物聯網、云計算等新興技術的發展和科學技術的不斷提高,各種專業型、復合型的人才比較匱乏,新技術研發、行業應用開發等沒有形成規模,這將直接制約環境監測的進一步發展。加大人才培養是物聯網時代環境監測的重要任務,目前全國已經有幾十所高校新增成立物聯網工程等專業,將為我國物聯網的發展培養大量人才;同時各單位要注重現有人才的培養,除了能應對現有工作之外,還可以勝任未來挑戰性的多種工作。
5 面向環境保護的物聯網的發展前景
物聯網時代的到來是不可避免的,“智慧地球”、“感知中國”等理念越來越被人們重視,物聯網相關的政策、技術、應用等正在加速推進,各行各業正在加快技術創新研究和行業應用實踐,所有這些都說明物聯網正以勢不可擋之勢向我們快速走來。在物聯網時代即將到來的新一輪產業革命背景之下,污染源自動監控、環境在線監控、衛星遙感等技術手段的應用不僅會改變“廢氣靠看、廢水靠聞、噪聲靠聽”的落后監管局面,也將會對環境管理理念、方法、體制、機制的變革形成推動力量。推進物聯網在環保領域的應用,加快環保信息化的進程,將是利在當代、功在千秋的利民工程,也是當今中國所迫切需要的。我們相信,通過我國政府和行業從業者的不懈努力,抓住物聯網時代這個發展契機,我國在環境污染有效控制和環境保護方面一定能取得飛躍式發展。
6 結語
面向環境保護的物聯網是新時期物聯網背景下環境保護領域信息化的必然趨勢,現階段我國面向環境保護物聯網的發展已經具有一定的技術儲備,同時也有相當的應用和產業化基礎,但是總體而言仍處于起步階段,在關鍵技術、標準體系、應用和產業化方面仍存在著一些亟待解決的問題,這些問題的解決需要政府、企業、科研部門以及各個行業的共同努力。面向環境保護的物聯網的發展是一個持續長效的工程,也是一個利國利民的工程,在各方力量的不懈努力下必將構建出遠大宏偉的面向環境保護的物聯網,使其施惠于國,讓利于民。
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【關鍵詞】物聯網 物聯網應用技術 專業建設 課程體系
【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810(2013)01-0012-03
一 前言
自2010年7月教育部首次批準多所高校(院系)建設物聯網技術專業以來,教育部及相關部門一直高度關注物聯網及相關專業建設。全國高校物聯網及相關專業教學指導小組組織高校在物聯網專業的知識體系、課程體系、應用實踐和人才培養等方面進行了一系列的探索,國內高校也根據自身的情況對物聯網相關專業的課程體系進行了探索。但物聯網目前屬于新興產業,各高校都是剛剛開始設立物聯網相關專業,沒有成熟的經驗可以借鑒。福建信息職業技術學院(以下簡稱“我院”)成為首批獲批物聯網應用技術專業的高職院校之一。雖然專業設立起來了,但事實上,對于我院來說,如何建立科學的物聯網專業人才培養體系、如何把控物聯網人才的培養方向、物聯網專業的核心課程如何設計等問題卻成為困擾我們的難點。筆者近年來致力于物聯網應用技術專業建設,分析物聯網應用技術專業的知識體系及核心知識領域,力求歸納物聯網應用技術專業建設的專業共性,并結合我院特色,構建了以“三線并重”為核心的物聯網應用技術專業課程體系,希望能通過我們的實踐,給其他院校一些啟發和借鑒,共同推動物聯網應用技術專業及課程體系建設的健康發展。
二 物聯網應用技術專業設置的必要性和可行性
物聯網被公認為是繼計算機、互聯網與移動通信網之后的世界信息產業第三次浪潮,開發應用前景巨大。業內專家認為物聯網是通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、無線傳感器網絡(WSN)、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備,按約定的協議,把任何物品與互聯網連接起來,進行信息交換和通訊,以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。
《福建省建設海峽西岸經濟區綱要(修編)》指出:海西建設的目標之一是“利用現代網絡技術,加快寬帶通信網、數字電視網和下一代互聯網建設,推進‘三網融合’,建設寬帶接入網和業務支撐網,統籌3G移動網絡建設,積極發展物聯網。”
福建的物聯網產品在全國城市網絡、網格管理、智能監控、食品追溯、水質監測等系統應用較為廣泛;與此同時,在電子回執、2.4G射頻識別、自助終端、物聯網操作系統級中間件平臺、智能家居系統等領域的技術研發位居國內領先水平。依托廈門大學、集美大學、福建信息職業技術學院,已經成立了3個RFID應用研究中心,并將技術研發與市場運用緊密地結合在一起。200多億的銷售額使這一產業成為福建新興產業中的老大,而備受各方的重視。
物聯網用途廣泛,主要涉及十大重點領域,包括智能電網、智能交通、智能物流、智能家居、環境與安全檢測、工業與自動化控制、醫療健康、精細農牧業、金融與服務業、國防軍事。未來十年物聯網重點應用領域投資可達到4萬億,產出8萬億,形成就業崗位2500萬個。產業發展,人才先行,物聯網人才需求將急劇增加,需要高校開設并發展物聯網相關專業。
作為首批開設物聯網應用技術專業的院校之一,我院在近兩年的時間里,在專業建設、人才培養方案制定以及課程體系建設方面做了很多工作,為辦好“物聯網應用技術”新專業打下了良好基礎。我們認為新專業將以《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》為指南,以智能化的物聯網系統為載體,圍繞“物聯網應用集成、物聯網應用開發、物聯網應用維護”三個主要方向,緊密結合社會發展與經濟建設的重大需求與發展戰略,整合我校及校內外合作團隊的優勢資源,建立符合我院特色的“物聯網應用技術”專業,為實現福建省政府頒布的《福建省加快物聯網發展行動方案(2010~2012年)》目標,為促進信息產業的發展做出貢獻。
三 物聯網的技術體系
1.感知層
感知層是物聯網的“皮膚和五官”,主要功能是識別物體、采集信息。感知層通過傳感器、條碼識別、射頻識別、無線定位等手段感知與采集物理世界中發生的物理事件和數據,這些數據包括各類物理量、標識、音頻、視頻數據等;
2.網絡層
網絡層類似于人體結構中的神經系統,主要承擔著把采集和感知到的信息無障礙、高可靠性、高安全性地進行傳送,實現更加廣泛的互聯功能。它主要是建立在現有的通訊網(包括有線和無線通信網)、廣播電視網和互聯網基礎上。物聯網感知層通過各種接入設備與上述網絡相連,它解決的是感知層所獲得的數據在一定范圍內,尤其是遠距離的傳輸問題。
3.應用層
應用層位于感知識別和網絡傳輸層之上,是物聯網智慧的源泉。人們通常把物聯網應用冠以“智能”的名稱,如智能電網、智能交通、智能家居等,其中的智能就來自這一層。應用層解決數據如何存儲(數據庫與海量存儲技術)、如何檢索(搜索引擎)、如何使用、如何不被濫用(數據安全與隱私保護)以及設備的智能控制等問題。
應用層是物聯網發展的目的,通過公共中間件、信息開放平臺、云計算平臺和服務支撐平臺等物聯網應用技術,實現跨行業、跨應用、跨系統之間的信息協同、共享、互通的功能,從而支持物聯網技術在工業、農業、環保、醫療等行業領域的應用。
物聯網各層次間既相對獨立又緊密聯系。公共技術與物聯網技術架構的感知層、網絡層和應用層都有關系,其包括標識與解析、安全技術、網絡管理和服務質量管理等,不屬于物聯網技術的某個特定層面。為了實現整體系統的優化功能服務于某一具體應用,各層間資源需要協同分配與共享。以應用需求為導向的系統設計可以是千差萬別的,也不一定所有層次的技術都需要采用;即使在同一個層次上,對可供選擇的技術方案也可以進行按需配置。
四 物聯網應用技術專業知識體系
專業知識體系就是把一個專業領域內的專業知識組織成專業干線清晰、知識點層次分明、結構銜接完整的一個知識框架。在分析物聯網技術體系的基礎上構建物聯網應用技術專業的知識體系,物聯網應用技術知識結構中的專業知識部分應能體現物聯網整體框架及其關鍵技術。因此,物聯網應用技術專業知識體系應包括感知層、網絡層、應用層的知識和系統整體架構與優化的知識。對應的核心知識領域為:對應于感知層為射頻識別(RFID)技術、傳感器技術與無線傳感器網絡技術等;對應于網絡層為通信與網絡技術、網絡設備配置與管理等;對應于應用層為數據存儲與處理技術、應用系統開發和云計算等;對應于物聯網整體的框架為信息管理技術、物聯網工程布線技術等。
根據上述分析,物聯網應用技術專業的知識體系要能實現這樣的培養目標:培養造就具有物聯網技術基礎理論、計算機網絡技術、應用系統開發技術等相關專業知識;主要面向物聯網工程建設、物聯網應用軟件開發、物聯網產品制造以及物聯網技術應用等方面企事業單位,在生產、服務及管理第一線能從事物聯網應用集成、物聯網應用開發、物聯網應用維護等崗位的工作;并在創新和創業意識、團隊合作與人際溝通以及資料查詢與組織能力等方面有良好的素養,能適應國家戰略性新興產業建設需要,具有職業生涯發展基礎,德、智、體、美全面發展的高技能應用型人才。
五 物聯網應用技術專業課程體系建設基本思路
本專業課程體系建設充分吸收世界先進的CDIO工程教育理念,以物聯網工程項目的規劃、設計、實施和管理維護生命周期為載體,建立“做中學”的教育模式,研究開發符合本地區特色的物聯網應用技術專業課程體系,培養學生具有較強的自學能力、組織溝通能力和協調能力,并能系統地掌握物聯網應用技術。
第一,校企深度合作,面向市場需求,培養學生具備“智能家居、智能交通、產品追溯”三個應用領域的基本應用能力。按照學生職業崗位的能力,從初學到熟練的成長過程,以培養職業崗位技能為目標,基于工作過程進行物聯網應用技術專業課程體系的建設。
第二,通過充分的社會調研,聯合企業,聘請專家,找出上述三個領域中所有的代表性工作任務,選擇完整的、對職業成長起關鍵作用的、有較大開放性和代表性的工作任務,從中提煉出典型的工作任務,再對所需的職業能力進行教學分析,研究提煉出適應“物聯網應用集成、物聯網應用開發、物聯網應用維護”三個典型工作崗位的課程體系。
第三,通過“校企合作,工學結合”辦學模式,進一步了解當前物聯網企業的人才需求規格,培養滿足企業實際需求的高技能人才,基于“以職業能力為目標、以項目為導向”的人才培養模式;“以服務為宗旨,以就業為導向”的指導思想,建設“教、學、做”三位一體的課程體系。
通過對上述“三個應用領域”、“三個典型工作崗位”及“三位一體的教學模式”的深入研究,結合本地區企業發展方向及學院實際情況,研究建設“三線并重”的物聯網應用技術專業課程體系。
物聯網應用技術專業課程的設置需要綜合考慮相關交叉學科的特點,應盡可能多地覆蓋本專業的知識體系,將相關主干學科的核心課程和專業課程進行通盤考慮,打破學科體系的約束,遵循職業教育的特點,根據工作過程和知識結構將上述專業課程分成公共基礎課程、職業平臺課程、職業能力課程、實驗實訓課程、能力拓展課程五部分。詳細課程分類見附表。
七 結束語
物聯網應用技術專業是以應用為驅動的專業,專業人才的培養根據專業共性知識和福建省物聯網領域的區域特色,發揮我院在計算機網絡技術等學科的傳統優勢,使學生有興趣、有目的、有實踐地學習專業領域的知識,逐步地、系統地增長應用實踐能力和創新能力。在課程設置中,把行業應用特色納入個性化課程或專業課中,形成理論型和實踐型兩套既有共性又有個性的課程體系。該課程體系堅持以“物聯網應用集成、物聯網應用開發、物聯網應用維護”為主導,夯實基礎教學,為學生的未來發展創造條件,以方向選修課為平臺,拓寬學生的知識和認知視野,妥善化解突出特色和拓寬視野間的矛盾。
參考文獻
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關鍵詞 物聯網 本科教育 教學設計
物聯網技術的發展的發展,它將計算機技術、通信技術以及微電子技術作為基礎,它利用射頻技術、傳感器、分布式計算、無線傳輸及實時數據交換等技術與互聯網形成了一個物物通信的架構和系統。物聯網作為第三次信息產業的發展趨勢,受到了我國政府、教育、科研、產業界的高度重視,各高校相繼申報和試行物聯網專業,預示著物聯網技術將成為未來發展的戰略進程,為人們的生產、生活提供了廣闊的發展前景,中國的物聯網發展已進入了一個全新的、難得的高速發展時期。
與此同時,以計算機技術與網絡技術為基礎的物聯網工程專業,也面臨著如何建設物聯網本科專業的嚴峻問題,從如何設置專業的培養方向,如何對培養的目標和課程教學體系建設,如何將學生的基本能力與社會發展需求相適應,本文將結合高校物聯網專業的相關實際進行探討,以期對相關決策者提供一定的參考與依據。
一、物聯網技術的發展現狀
物聯網技術的發展與我國的信息化建設息息相關,任何一項技術的出現及發展都必須與其社會發展背景相適應。經過很長一段時間的發展,信息技術作為推動物聯網技術發展的強力支撐,將伴隨著通信技術、微電子技術的飛速發展而日益成為促進社會經濟發展模式的新動力。中國互聯網信息中心在每年的網絡統計報告中指出,我國網民人數將近5億,位居全球第一位,我國在無線射頻技術、傳感技術等領域的不斷研究和實踐,已初步形成了覆蓋人與物的網絡信息技術系統,為物聯網技術與互聯網的接入提供了延伸和擴展。
通過對人的分析,我們可以概括出物聯網技術的所實現的功能。比如人是通過人的感覺器官來從外界獲得刺激等信息,并通過人的神經系統來講感知到的信息傳遞給大腦,大腦通過分析和處理,將感知的結果又通過神經系統傳遞給人的感官,通過感官的行為來作用于外界的事物。與此相同的是,物聯網技術的實質就是通過多種技術來實現對外界的信息的獲取,并傳輸給中央處理器,通過處理后將結構或指令傳遞給相關的電子設備或元器件,此項過程的完成是在計算、控制、通信、協調與自治中來實現對智能設備的管理與操作,從而實現對物的實時感知、動態反饋等。
二、物聯網專業與課程體系建設關系研究
(一)物聯網工程專業的設置必須與社會需求相適應
物聯網技術的發展具有“新、長、專”的行業特點,它不僅涵蓋更的新型技術,也與很多產業存在關聯,因此,對其發展必須由技術領域展開,逐步實現物聯網學科體系的全面深化和建設,在課堂體系設置上要根據社會、產業的發展需求,對課程體系的設計要結合國內外的先進的設置理念,十分審慎的規避風險,從而將“源學科”的專業優勢發揮出來。
(二)對未來社會就業崗位及就業能力進行相適應
物聯網工程專業不僅具有信息技術的特征,同時與工程技術緊密相關,對學科的分類與定位也是當前爭論的焦點。我們知道,物聯網技術的發展,主要依靠信息技術的傳遞來實現人、機、物的信息交換,從而將其歸屬于計算機學科比較合理。
(三)對物聯網技術專業與計算機專業之間的融合
物聯網技術是建立在計算機技術的基礎之上,必然要與計算機技術的學科產生交叉和影響,因此,在對其專業設置時,要從學科關系上確立計算機專業的地位,并對教材建設、師資配備上保持一定的相適應。
三、物聯網專業本科段的培養目標
制定合格的專業培養目標不僅關系到學生未來就業的成敗,同時對于提升院校的教育教研水平至關重要。為此,物聯網專業在培養目標上應該從以下幾個方面著手。
(一)課程體系建設方面
物聯網專業的課程設置必須遵循學生德、智、體、美全面發展的要求,在計算機技術、通信技術、軟件技術等領域里培養扎實的基礎,具備相應的職業道德,具備一定的工程技術理論知識,具備一定處理設計、集成、應用等一體化的技術能力。在課程開設方面要將高等數學、概率與數理統計、電路分析基礎、場論與復變函數、高頻電子技術、計算機語言程序設計技術、以及電磁場與電磁波、微波技術與天線等專業技術作為基礎理論課程。
(二)實踐實習是物聯網技術專業建設中的重要環節
通過對電子電工實驗室建設,為學生的實習與實操提供訓練場地,物聯網技術與工程技術具有緊密的聯系,特別是軟件課程設計、硬件課程實踐,對各種電子技術、高頻技術、以及通信原理技術都需要在其相應的實驗室進行實踐和操作,唯有此,才能為社會提供高水平、高能力的綜合性技能型物聯網人才。
(三)加強對物聯網專業的師資建設
師資力量是關系到專業開設成敗的重要方面,各高等院校在人才的引進與調度上要結合課程開設實際,特別是對于電子信息工程專業的高職稱的人才應該作為物聯網專業人才引進的重點。
總之,物聯網專業的發展必將對國家的發展戰略起到重要的推動作用,加強對物聯網專業的學科建設,著眼于未來,將計算機技術、信息技術、傳感器技術等學科的綜合優勢轉化為提高學生的綜合能力,為社會培養更多物聯網人才。
參考文獻:
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信息產業持續十年的高速發展,手機、互聯網已和大多數人的生活密不可分。就在人們不斷質疑信息產業的成長性時,以物聯網、云計算、智慧地球等為代表的新一代信息技術應用蓬勃發展,推動著以綠色、智能和可持續發展為特征的新一輪科技革命和產業革命的來臨。物聯網已經成為我國戰略性新興產業,全國掀起了快速發展的物聯網熱潮。許多高校開設了物聯網技術專業,主要是面向現代信息處理技術,培養從事物聯網領域的系統設計、系統分析與科技開發及研究方面的工程技術人才。具體的課程內容涵蓋了電子技術、現代傳感器和無線網絡技術、物聯網相關高頻和微波技術、有線和無線網絡通信理論、信息處理、計算機技術、系統工程等基礎理論課程,以及物聯網系統的傳感層、傳輸層與應用層關鍵設計等專業核心的知識和技能。在此基礎上,所開設的《物聯網技術與應用》課程內容涵蓋了物聯網、無線射頻識別(RFID)技術和無線傳感器網絡(WSN)的基本概念、原理、應用,主要包括了物聯網概述、物聯網體系結構及其信息技術、RFID技術、RFID的頻率標準與技術規范、RFID電子標簽應用、無線傳感器網絡、云計算、物聯網安全技術、物聯網的應用等內容。課程內容相對于計算機專業和電子技術專業的學生來講,學生都可以學懂該課程的內容,但是,相當非計算機專業的大學生若按照該內容開設該門課程,學生學起來就困難重重。
2《.物聯網技術與應用》課程作為公共課程開設的思路
該門課程作為計算機公共課程開設,能讓非計算機專業的學生能聽懂和學到物聯網的基本知識,了解物聯網基本應用,就必須在課程內容的選擇時,做較深入的探討,拋開物聯網技術開發或標準制定等內容,通過應用案例的研究展示,告訴學生該如何理解和應用物聯網技術,是“為應用而應用”。該門課程核心觀點認同物聯網存在的必要性,認為其發展大有前途。從物聯網應用案例的各個角度展開,形成一些明確的、共識性的觀點:①物聯網的廣泛應用將是繼計算機、互聯網與移動通信網之后的又一次信息革命,或稱為信息產業革命的第三次浪潮;②互聯網與物聯網的整合,改變了人類的生產和生活,實現全球“智慧”狀態;③物聯網帶來了新的產業革命,可利用物聯網信息通信技術改變未來產業發展模式和結構;④作為信息技術與網絡技術,物聯網可廣泛應用于各行各業,實現信息的共享、反饋;⑤物聯網將是一個新興產業,物聯網產業是具有萬億元級規模的產業;⑥當前我國物聯網發展的障礙集中于安全、成本、效率、標準化、整體規劃等方面。
3《.物聯網技術與應用》課程融合學科開設探索
針對當前物聯網大多數都是針對技術的開發,主要是計算機專業或應用電子技術專業等專業的學生學習,而對于一些非計算機專業的學生來講,不需要深入了解傳感器、網絡構架等專業內容,只需要知道物聯網在本專業中怎么樣使用和能做什么用,所以,針對非計算機專業的學生,通過該門課程的學習,希望可以深入淺出地解答物聯網中很多尚未清理的疑問,比如,物聯網是什么?物聯網能做什么?物聯網、云計算、傳感網等熱門詞匯是什么關系?物聯網有哪些關鍵技術、輔助技術?物聯網的產業鏈怎么構成?物聯網在社會、經濟以及人們的日常生活中如何應用?物聯網的產業未來發展的前景如何?能在物聯網產業中扮演怎樣的角色?物聯網產業發展對未來職業有何影響?等等。通過深入分析《物聯網技術與應用》課程的技術內容和廣泛的應用范圍,結合不同學科的大學生所掌握的知識結構特點,理清了針對非計算機專業的學生如何調整該門課程的教學內容。課程內容為48學時,分三大部分。第一部分,主要以物聯網為主線,描述物聯網的認知、物聯網關鍵技術的特征結構及應用領域[2]、物聯網產業鏈;第二部分,詳細介紹物聯網在供應鏈管理中應用、物聯網在智能電網中應用[3]、物聯網在物流管理中應用[4]、物聯網在農產品產業鏈中應用、物聯網在社會經濟領域中的應用;第三部分,主要介紹物聯網技術發展的新趨勢和新特點,以及新時期對物聯網專業技術人才培養工作的需要,從爭奪國際經濟科技制高點的角度探討了物聯網標準體系及建設重點、物聯網技術的發展方向以及物聯網產業發展及對未來職業的影響。具體課程內容見表1。本課程作為新技術的介紹課程,注重的是物聯網的含義、架構和運營過程的理解,并了解物聯網在各行業的應用,是拓寬知識視野,提高信息素養的素質教育課,無須太多技術背景。在第二部分的應用篇,可以針對不同專業學生,老師可以選擇性地有詳有略地講解。該門課程可以在工科類和經管類專業中先行開設,例如:物流專業、營銷專業、自動化專業等專業課程拓展,從而為未來物聯網的普遍實施奠定理論基礎和實踐經驗。
4.結語