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關鍵詞:物聯網;導論;層次結構;教學內容
作者簡介:吳治海(1981-),男,安徽亳州人,江南大學物聯網工程學院,副教授。(江蘇 無錫 214122)
基金項目:本文系江南大學本科教育教學改革研究項目“物聯網新專業實驗實踐性環節設置策略研究”(項目編號:JGB2011057)、“物聯網新專業人才培養與產業結合模式研究”(項目編號:JGB2011053)的研究成果。
中圖分類號:G642.421 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)31-0070-02
最近幾年,物聯網(Internet of Things,IOT)概念的提出及其技術的飛速發展引起了世界各國的廣泛關注,被稱為繼計算機與互聯網之后世界信息產業發展的第三次浪潮。為了能在這一技術領域占據重要位置,許多國家提出了相應的物聯網發展戰略。如美國的“智慧地球”、日本的“u-Japan”、韓國的“u-Korea”、歐盟的“歐盟物聯網行動計劃”、中國的“感知中國”等。發展物聯網技術的基礎與核心是培養物聯網方向的專業人才,為此,國內各大高校相繼開設了物聯網工程專業并開始招收第一屆本科生,如哈爾濱工業大學、華中科技大學、西北工業大學、北京科技大學、江南大學、南京郵電大學等。然而,物聯網工程的新專業屬性,決定其人才培養方案的制訂、課程的設置以及教學方法的實施等,目前仍處于“摸著石頭過河”的探索性階段。但是,國內目前已開設物聯網工程專業的大部分高校,都將“物聯網技術導論”作為本專業的第一門課程,旨在向學生整體介紹物聯網的概念、內涵、關鍵技術、發展現狀以及主要應用等,以激發學生的學習興趣,并使學生樹立學習的信心。因此,“物聯網技術導論”課程的講授成功與否關系到物聯網人才培養的質量,進而影響到中國物聯網技術發展的進程。
一、物聯網的概念及內在層次結構
目前,關于物聯網的定義有多種,但是被大多數學者認同的一個定義為:物聯網,即通過射頻識別、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器、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,進行信息的交換與通訊,以實現智能化的識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。簡而言之,物聯網就是“物物相連的互聯網”。使用通俗的語言,可以這樣表述物聯網的內涵:使用傳感器獲取物理對象的信息、使用網絡傳輸信息、使用計算機處理信息、使用控制器設計反饋控制策略、利用執行器對物理對象進行控制與管理等各類操作。由此可以繪制出物聯網中的信息流(如圖1所示)。因此,從控制學科的角度來說,物聯網是一個典型的網絡化控制系統(Networked Control Systems,NCS)。從物聯網的定義以及圖1中展示的物聯網中的信息流向,可以概括出物聯網的層次結構:感知層、網絡層、處理層與控制層(如圖2所示)。其每層的功能分別為信息的獲取、信息的傳輸、信息的處理與信息的反饋。這四層結構的劃分是對傳統的物聯網三層結構,即感知層、網絡層與應用層的進一步細分,本質上是一致的。從這四層結構的劃分不難看出,物聯網技術涉及信息技術領域的四大一級學科,即電子科學與技術、信息與通信工程、計算機科學與技術以及控制科學與工程。因此物聯網是一個多學科交叉的技術,這使得物聯網的內容極為豐富。但另一方面,這種交叉性也增加了“物聯網技術導論”課程的講課難度,對教師的專業素質提出了更高的要求。因此,如何選擇講課的重點,既讓學生感受到物聯網技術的重要性,激發他們的學習興趣,又使他們面對繁雜的內容而不畏懼,樹立學好物聯網技術的信心,具有重要的意義。
二、“物聯網技術導論” 教學內容選擇
目前國內已出版發行的“物聯網技術導論”教材有十多本。[1-12]通過瀏覽這些教材的目錄,不難發現物聯網內容極其龐雜,主要涉及傳感器技術、無線傳感器網絡、射頻識別技術、短距離無線通信技術、遠程通信技術、無線單片機、嵌入式系統、云計算技術、機器學習、模式識別、數據挖掘、智能信息處理技術、物聯網控制技術、物聯網安全技術、物聯網技術標準、物聯網應用等。依據物聯網的四層結構,可以將上述內容進行如下層次歸類:感知層包括傳感器技術、無線傳感器網絡與射頻識別技術;網絡層包括短距離無線通信技術與遠程通信技術;處理層包括云計算技術、機器學習、模式識別與數據挖掘;控制層包括物聯網控制技術;物聯網安全技術、物聯網技術標準與物聯網應用橫跨物聯網的四層結構。但另一方面,作為一門導論課,一般來說講課時間會限制在20課時以內。試圖在較短的時間內把上述內容完全徹底講一遍是不現實的,因此需要選擇重點內容進行講解,目標是讓學生對物聯網的整體架構、關鍵技術有一個整體上的清晰認識。那么如何選擇主要內容呢?以江南大學已經實施兩年的“物聯網技術導論”課程教學方案為例,結合物聯網的四層結構,來分配每講的主要內容。目前江南大學“物聯網技術導論”課為16課時,除去最后一次考核占用的2課時,還有7講14課時。下面,結合物聯網的四層內在結構,詳細敘述每講的主要內容。
第一講——緒論。介紹物聯網的基本定義、內在結構、研究現狀、發展動態、主要應用領域。重點講解物聯網的基本定義與內在結構,講解時應播放一段物聯網應用案例的視頻,增加學生對物聯網內在結構的整體認識。
第二講——感知層技術一。介紹智能傳感器技術,包括傳感器技術、微控制器接口、無線單片機、嵌入式系統。重點介紹傳感器工作原理、比較CC2430和CC2530功能差異、嵌入式智能傳感器的一般結構、標準接口與串行接口。
第三講——感知層技術二。介紹無線傳感器網絡。由于無線傳感器網絡具備了一個簡單的物聯網系統的架構,對本講內容的講解可以大大提高學生對物聯網內在結構的認識。主要講授無線傳感器網絡的定義、體系結構、特征、協議棧結構、主要支撐技術,如定位技術、時間同步、數據融合、安全技術等。可以結合無線傳感器網絡在智能農業當中的應用來講解本部分內容。
第四講——感知層技術三。介紹射頻識別技術。由于射頻識別技術也具備了一個簡單的物聯網系統的架構,所以對本章內容的講解可以進一步增強學生對物聯網內在結構的認識。主要講解射頻識別的組成、分類、工作原理、技術標準、與傳統自動識別技術的區別以及安全問題。可以結合射頻識別技術在門禁系統當中的應用來講解本部分內容。
第五講——網絡層技術。介紹短距離無線通信技術和遠程通信技術。重點介紹Zigbee技術、WiFi技術、藍牙技術、超寬帶技術和3G無線遠程通信技術,簡單介紹多路訪問技術和多路復用技術。應結合具體的應用來講解Zigbee技術、WiFi技術和藍牙技術。
第六講——處理層技術。主要介紹云計算技術、機器學習、模式識別與數據挖掘。重點介紹它們的含義、基本結構和主要方法。在介紹基本結構時應畫出結構方圖,使其技術原理清晰明了。
第七講——控制層技術。重點介紹控制的思想,即反饋。可以結合具體的例子來講解,如倒立擺的控制,讓學生主觀感受反饋的作用,但要避免復雜的數學公式。也可以適當介紹控制學科的前言問題,如網絡化控制系統與多智能體系統,讓學生深刻感受到控制技術在物聯網技術當中的地位。
以上七講基本包含了物聯網技術的主要內容。通過這七講的學習,學生基本上對物聯網架構和關鍵技術有了一個整體上的認識。由于不同高校開設物聯網工程專業的院系有所不同,教師的專業背景也有所不同。但是,確保學生正確認識物聯網技術的一個基本要求是教師向學生完整地介紹物聯網的四層結構。任何一層的缺失都將導致學生對物聯網概念和內涵認識的不準確,影響其以后的學習效果。
三、結語
本文在闡述物聯網內在層次結構的基礎上,結合“物聯網技術導論”課程課時短、內容多的特點,詳細介紹了如何在有限的課時內分配主要的物聯網技術的知識點。由于“物聯網技術導論”是一門新的課程,目前還沒有成熟的課程教學方案,因此,本專業的高校教師要善于結合自己的專業知識和教學經驗,編寫符合中國國情的“物聯網技術導論”教材,探尋一條符合中國學生的“物聯網技術導論”課程教學方法,進而培養出基礎扎實、技術熟練的物聯網專業人才,推動“感知中國”戰略的進程。
參考文獻:
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1.引言
物聯網即物物相連,是互聯網的延伸和擴展。而物聯網工程專業作為2010年國家教育部公布的新增的專業,旨在培養能夠系統地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、傳感技術等信息領域寬廣的專業知識的高級工程技術人才[1]。
物聯網的體系結構主要分為三層:底層為感知層,主要由大量的感知設備組成,物聯網通過感知層便能延伸到萬物;中間層為網絡層,最關鍵核心的位置,其作用是“傳送”消息,為傳感層和應用層搭建了橋梁;最高層為應用層,作用是實現處理,用于對下層的數據進行融合處理,實現對物體的實時性控制和管理。
2.課程開設的必要性及課程安排
2.1課程開設
從物聯網的架構體系中可以看出,物聯網技術也是交叉于電子、通信、網絡、計算機學科的綜合技術。而物聯網工程作為新增專業,任何學校的專業課程體系都處在探索研究階段,然而把通信原理作為物聯網工程專業的核心課程是獲得一致肯定的。
通信原理課程作為物聯網工程專業的通信類核心課程,是為讓學生對信號產生、傳輸、調制和解調有基本的認識,能夠熟知整個通信系統的工作過程。一方面該課程理論性強,概念繁多,知識抽象,公式復雜,知識體系交叉于高數、電路等課程,難度大,課程枯燥,難以調動學生積極性。另一方面物聯網工程專業學生由于需要學習電子、網絡、計算機、通信相關課程,因此很難有足夠的學時學習通信相關的所有課程,對于大多數學生的要求也不能如通信工程專業學生一樣。因此如何把通信原理課程合理的講解,讓學生能夠深入淺出的明白通信理論是需要物聯網專業老師不斷探討改進。
2.2課程建設
2.2.1理論課程
結合我校物聯網工程的教學計劃,通信原理的課時為:52理論學時+34實驗學時,該課程前期并未開設信號與系統課程。在通信原理課程前期,如何讓學生理解信號、理解通信系統成為了主要問題。針對學生這一特點,筆者主要將通信原理課程的學習分為四個階段:
一階段:讓學生認識信號,熟悉基本信號函數,了解通信系統的整個原理過程,知道學習重點所在。學時安排為8學時。
二階段:通過電路引入通信系統的數學模型,讓學生能夠理解信號在時域與頻域的不同特性,能看懂信號的波形與頻譜。學時安排在12學時。
三階段:前兩階段都是為了學生能夠入門通信系統,本階段是課程的核心所在,該階段的學習任務是調制系統、模擬數字信號轉換、信號在信道的傳輸特性以及信號的解調。安排學時在24學時。
四階段:這一階段主要是為學生介紹通信相關的技術,由于涉及的內容復雜,對大多數學生只要求了解,讓有興趣的學生可以深入研究,主要內容包括同步技術、復用和多址技術等。安排學時為8學時。
2.2.2實驗課程
在傳統的通信原理實驗中,常常是使用示波器,函數發生器,頻譜儀進行信號的波形及頻譜的觀察和分析,然而硬件設備也存在著不足,首先硬件設備費用高、使用壽命短,其次硬件設備局限性大,只能完成指定的實驗范圍;另外,由于實驗設備在使用過程容易受外界干擾,如電磁干擾、無線干擾等,常常致使信號容易發生失真,不易準確觀察等缺陷。因此,實驗課程不再使用傳統的示波器和頻譜儀進行實驗,而是采用MATLAB軟件進行實驗。
MATLAB是由美國Mathworks研發的軟件,主要用于算法開發、數據分析以及數據的可視化,主要由Simulink和MATLAB兩部分組成。MATLAB是當下使用最為廣泛的數學仿真軟件之一,而在通信原理中,可以利用MATLAB的函數庫、模塊庫功能,在可視化環境中觀察信號處理的過程,將抽象的波形變換、頻譜搬移在可視化環境表現出來,讓學生能真實理解通信過程,加強學生的學習熱情,提高教學質量。MATLAB能對所有的數字信號和模擬信號進行仿真。
MATLAB軟件仿真與傳統實驗相比,就是將由傳統的硬件設備完成的實驗變成由計算機的軟件代替完成。傳統實驗中,我們將電子元器件組合成通信系統,然后利用信號發生器、示波器、頻譜儀進行信號的觀察分析,而在MATLAB中我們利用程序言語將系統的通信模塊、函數庫進行調用,然后在圖形界面中進行信號的顯示分析。因此,MATLAB相對于傳統實驗的優點主要有以下三點:(1)軟件實驗室建設快速,成本大大降低;(2)軟件實驗更加精確,不易受外界環境因素影響實驗結果,也不易因為誤操作導致設備損壞;(3)MATLAB可以完成大多數通信原理實驗,并且實驗過程可以設定不同實驗參數以方便對實驗結果進行對比分析,能達到更好的實驗效果,加深學生對通信過程的理解。
實驗學時共34學時,采用MATLAB軟件進行實驗,編程語言采用c語言。由于學生具備c言語編程基礎,因此對軟件的使用可以很快掌握。具體的實驗課程安排見表1。
3.小結
通信原理作為物聯網工程的專業必修課,在教學過程中存在著學生基礎知識薄弱,教學難度大特點。因此,學校在安排課程時應結合學生的特點,因地制宜的安排學習內容,可適當降低理論難度,重點是讓學生理解通信系統的過程,對通信有整體認識。由于我校物聯網工程專業依附于計算機學院下,物聯網工程專業偏向于軟件應用的特點,可在課程中結合MATLAB軟件,讓學生可以通過軟件仿真實驗去理解通信過程,并在學習過程引入合適的項目作為向導,讓學生知道通信技術在物聯網中的重要性,因此更好的激發學生的學習熱情。
關鍵詞:課程體系;教學模式;平臺建設;分層/分類培養
中圖分類號:G642 文獻標識碼:B 文章編號:2095-1302(2014)01-0077-03
0 引 言
物聯網是繼計算機、互聯網、移動通信網之后的又一次信息產業浪潮。代表了未來網絡的發展趨勢與方向,政府大力支持物聯網的發展,企業和教育界、科技界共同推動,物聯網產業已經成為國家戰略性新興產業,需要大量熟悉和精通物聯網的專業人才[1,2]。在此背景下,北京聯合大學自動化學院對2011版自動化專業培養計劃進行了修訂,在 “智能測控技術”專業方向的基礎上建立了“信息處理與物聯網技術”方向[3]。
1 專業現狀與背景分析
原“智能測控技術”專業方向以信息的采集和處理為主,課程主要包括檢測技術、傳感器原理及應用、智能儀器、計算機控制技術以及LabVIEW技術等,是傳統的專業方向,課程的覆蓋面較窄,偏重于系統前端的硬件采集原理,系統的概念較為薄弱;從人才培養的角度來看,已經滿足不了厚基礎、寬口徑的人才需求,學生掌握知識的集成度不高。為了既保持傳統的經典知識內容,又要為課程體系增加新的特色和先進內容,將傳統的專業方向賦予時代意義,使學生們真正學以致用,“信息處理與物聯網技術”專業方向應運而生。
“智能測控技術”和“信息處理與物聯網技術”并不是割裂的,前者是后者的基礎,后者是前者的延續和拓展。從技術的角度上講,物聯網分成三個層次[4,5],即感知層、網絡層、應用層,形成了物聯網的體系架構。物聯網的感知層涉及到傳感網技術,會有多種傳感器應用其中,正是“智能測控技術”方向的核心內容;物聯網的應用層是多種信息的智能處理技術,也是“智能測控技術”方向的主要內容,它們被物聯網網絡層連接,即新的專業方向加入無線傳感網等新知識、新技術,形成物聯網系統體系的概念。
我們的教學理念在于從一個大系統的角度看待物聯網,利用物聯網實現系統的集成創新應用和信息化服務。以物聯網體系框架為依托,實現信息的采集、傳輸、有用信息的提取和整理、以及完成相應的控制和信息應用,重點突出無線傳感網和應用層設計,及物聯網的行業應用和信息化服務。因此本課程體系的設置將突出系統網絡架構、選擇物聯網關鍵技術,并將物聯網技術與經典的檢測及控制方法相結合,實現物聯網的多領域應用[6,7]。以物聯網為載體,培養學生的創新意識,增強學生的實踐動手能力,提高學生專業綜合素質。
2 課程體系設置
“信息處理與物聯網技術”專業方向設置在自動化學院,因此它的應用特色非常鮮明。課程體系的設置如圖1所示,加強了實驗/實踐環節的內容設置。其中,理論教學是基礎,對物聯網的體系結構、關鍵技術和相關領域的典型應用形成完整的闡述,實驗教學作為理論課程的延伸,是抽象到具體的過程,試驗環節的設置按照物聯網的體系結構,完成由下而上的知識獲取和驗證;物聯網作為一種實用技術,讓學生去感受、去體驗、去親自動手設計和實現一個系統更是至關重要的。通過實踐環節中的認識實踐,學生去企業參觀感受,體會知識的力量和企業文化,培養對專業的認知和信心;工作實踐則更近了一步,利用假期時間到相關企業中從事基礎和簡單的專業工作,深化所學知識的專業應用技能;請工程師或行業企業從業者走進學校的課堂,結合實際的應用案例,為學生出題和指導,進行專業綜合訓練,為學生的實際設計能力和實際動手能力培養打造了平臺,提供了方向。理論教學、實驗教學、案例教學和各個實踐環節相結合,增加課程的實用性。為應用型人才的培養奠定了基礎。
2.1 理論課程
集成了多種新知識和新技術的應用,涉及的知識點眾多,作為系統的學習和設計,理論教學中課程內容的銜接、承上啟下的課程安排非常重要;理論課程包括基礎課程(也稱為學科大類課程)和專業課程[1]。
本專業方向偏重于傳感檢測、無線網絡的設計以及行業應用,尤其是工業物聯網的兩化(信息化、自動化)融合,因此在限選課中還有相關行業技術應用課程:虛擬儀器技術、現場總線技術等。任選課作為專業限選課的補充,完善物聯網的設計和應用。
通過理論課的學習,學生將會對知識融會貫通,對信息處理和物聯網的應用體系和架構充分了解,具有物聯網系統的理念和基本的組網設計能力。但是在實際應用中,需要將多門課程、甚至多學科的知識融為一體,去設計、安裝、調試、運行一套系統。這種靈活運用所學知識于實際系統的能力,是真正的學以致用的體現。因此實驗室建設、實驗基地建設和實驗項目開發,對于學生消化、理解理論知識和培養實際動手能力至關重要。
2.2 實驗室建設
圖2所示是物聯網專業方向的實驗室建設框架,實驗室建設與課程設置緊密相連,并考慮到學生的分層教學以及科研平臺的擴展性。利用已申請的中央財政支持地方高校專項資金,正在籌建支撐“物聯網技術及應用”、“無線通信和無線網絡基礎”及“物聯網應用層系統設計”等課程的課內實驗平臺,包括三個模塊:第一是物聯網技術基礎實驗模塊; 第二是無線傳感網開發設計模塊;第三是物聯網技術沉浸式體驗模塊。其中第一和第二模塊在教學上采用學生熟悉的C或C++語言實現節點和無線網的設計,網關采用Linux、andor兩種操作系統,學生可以根據自己的基礎和喜好選擇;第三模塊是智能家居(體驗)實驗室,根據家居實景建立的物聯網系統,可以實現燈光、安防、煙感、窗簾、空調等家居設備的遠程控制。此系統采用最適合無線傳感網絡的Tiny OS操作系統,可以作為學生初識物聯網系統的感性認識體驗模塊,也可以作為教師、學生進行科研開發的平臺。目前在建實驗室物流綜合實驗室和未來超市都是物聯網在行業中的具體應用,提供學生進行專業綜合訓練。
課程的實驗內容全部以實際系統為主,綜合訓練學生的系統設計、軟件編程和系統調試能力,包括對傳感/變送器的選取、信號的采集與處理方法、無線傳感網組網技術、物聯網應用層設計、針對不同領域執行器的選擇等;并將先進的虛擬儀器技術與物聯網應用相結合作為物聯網的信息處理方式,培養學生設計智能儀器的開放性創新能力。通過實際項目訓練,學生可以完成從了解任務的需求、根據需求制定系統方案、在最佳性價比的基礎上選型系統的硬件配置、組網,到應用所學知識編制合理的軟件程序,并具有系統調試、通過系統運行結果分析問題、定位問題、以及解決問題的專業核心能力。
2.3 實踐基地建設
物聯網工程技術是集成的信息/控制服務系統,可以應用于不同的行業和領域。據報道目前物聯網專業的人才缺口近20萬,因此培養適合于企業的應用型人才就是物聯網專業的人才培養目標。產學研的辦學模式是企業和學校快速溝通、共建共贏的很好方法。在課程建設、實驗室建設的同時,積極與企業聯系,建設校外實踐教學基地是專業方向建設的重要環節。同時在我們的教學計劃中還有工作實踐的內容,建設實踐基地也為學生的工作實踐提供了場所和條件。利用北京市高新企業多,許多區縣建立數字北京、智慧北京的物聯網項目的機會,與企業和公司合作,進行橫向項目的開發和實踐基地的建設。選派學生到相應的公司企業進行畢業設計,不但使學生掌握了物聯網技術、熟悉了企業的運行模式,還可以為企業提供專業的人才,實現企業與學生的雙向選擇。
3 教學模式的探索
物聯網教學涉及的知識點眾多,學生直接進行理論課的學習難免感覺枯燥和凌亂;但物聯網的應用可以無所不在、生動有趣,這樣的特點決定了我們在教學時可以先引起學生的興趣,讓他們明白所學可以如何用。因此在課程的安排上首先是導論和浸入式體驗的認識實踐,然后才是相關專業課的學習和實驗,并在第六個學期進行工作實踐,加深專業知識的應用,第七學期開設專業綜合訓練,學生進行設計性、應用性訓練,形成物聯網系統。圖3所示是學校物聯網方向的教學進程圖。
4 結 語
物聯網技術的課程設置應當具有以下特色:
第一是先進。課程設置針對目前最熱門的集成技術應用—物聯網系統的設計及應用,是傳感技術、計算機技術、網絡技術和信息控制技術的發展方向,體現了先進技術的特質;
其次就是實用。課程設置和內容將重點突出實用性,理論是基礎,實用是根本。強調實驗環節,以增強學生的實踐動手能力和畢業后對崗位的適應能力為宗旨,突出重點,強調實用。
第三是靈活。不但體現在課堂上課程設置的靈活性,也顯示了物聯網學習的靈活性。以物聯網體系框架為依托,重點突出無線傳感網和應用層設計及工業物聯網的應用。學生可以根據實際系統的需要靈活配置。強調培養學生靈活思維,突出創造性和創新意識,是學生綜合素質的體現。
最后是深入。課程的工程性、實用性、設計性很強,也有許多公司會舉辦大型的物聯網設計大賽,因此可以為有興趣的同學開辟第二課堂,通過指導學生參加相關專業的科技競賽帶動大家的學習熱情,深入理解本門課的內容。
參 考 文 獻
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物聯網技術是在計算機技術和互聯網技術之后的信息產業第三次革命浪潮。它通過感知識別技術,按照事先約定好的協議,能夠實現人與物、人與人、物與物之間的相互聯系,現在被廣泛的應用于醫療產業、智能交通、智能消防、智能環境檢測和政府工作等方面。在公認的情況下物聯網被分為三個層次:底層是感知數據的感知成;在中間的一部分是傳輸數據的網絡城;在最上層的部分是對內容信息進行處理的應用程序。物聯網是三網融合的延伸和擴展,互聯網是本技術的核心和基礎。
通信工程軟件工程電子工程科學技術和工科專業等是物聯網專業網絡實驗的主要內容。相比于學校的工科學院,一些高等的職業師范學校就缺少或是沒有完全掌握這種通過物聯網培養專業人才的技術。在國際上對互聯網專業人才的鑒定是從四個方面進行的,一是計算思維能力;二是程序設計的實現能力;三是對計算機算法設計與分析能力;四是對物聯網系統的認知、分析、設計和開發能力。下圖1為在物聯網專業課程中計算機網絡課程在其中所占地位。
圖 1 計算機網絡課程在物聯網專業中的核心地位
在我們列出圖1中可以發現物聯網專業課程大致可分為兩類,分別是基本理論與專業基礎和工程與技術實踐。而基本理論與專業基礎類是為了使學生具備計算機思維和使學生更好的認知互聯網,對日后的開發打下堅實的基礎。而工程與技術實踐的主要內容是培養學生通過社會需求的導向來更好的應用和掌握物聯網開發的方向和能力。物聯網技術的本質問題是如何才能更方便更有效的利用系統來實現對不同行業的互聯網服務,而它的根本目標是怎樣才能構建出高效率,低成本的自動化系統。中國專家吳功宜的觀點是互聯網專業技術是由計算機科學技術衍生出來的,他的主要目的是為社會培養工程與技術人才,所以專業實踐課程是物聯網專業課程的關鍵。隨著社會的發展,社會對計算機科學所需的人才也提出了客觀的需求,物聯網專業人才能夠充分的理解物理空間與信息空間的一體化趨勢,并且他們具有這種科學思維和科技創新的能力,能夠更好的應用服務于社會。
2網絡教學原則
網絡教學原則是網絡教學的目的和過程客觀的制定的教學經驗總結。對普通的網絡教學具有普遍適用的指導意義。一般從以下幾個方面來制定:第一是真實性原則。在網絡教學中通過網絡多媒體等虛擬現實技術,創造出與實際學習環境相似的學習環境,即實現情景學習。第二點是開放型學習原則,導師把各種學習資源開放的展現,給學員構造出自主學習環境,并且只需為學生提供出學習建議和學習方向,利用物聯網的高包容性,高便捷性,高覆蓋性的特點,使學生能夠及時得到教學資源,開展學習。第三點是隨機學習原則。在建立的虛擬網絡系統中構建一種隨機學習機制。就是圍繞一點,可以通過不同的方式進行學習,并且提供多次的學習機會,是學員能夠根據自己的興趣愛好,選擇合適他們的學習方法,從而使他們獲得更多的知識。第四點是探索學習原則。在網絡教學的過程中應該以引導為主,應該注意時刻調動學員的積極性,是他們自己學習,強調學習的主動性。通過這種方式培養的學生自主學習能力和科技創新能力以及推測,預測能力會遠超常人。
3網絡課程教學實踐
3.1激發同學的專業學習積極性
在物聯網教學實驗中有一門物聯網技術導論課程,是學習物聯網專業的基礎課,在專業課程的學習中具有非常非常重要的作用,是學生邁向物聯網的敲門磚。在筆者的實際教學課程中,第一節課是用來調動學員的積極性和提高學生們的學習興趣。通常在這節課中一般用以下幾點來提高學生的學習興趣。一是向學員們展現物聯網對我們生活的影響和在物聯網的影響下,我們的生活有了什么改變?讓學生充分的體會到物聯網是如何改變我們的生活,使我們的生活變得更加便利,從而提高學生的積極性。二是為同學們分析現狀,讓他們充分的認識到自己的不足和強勢之處,使他們更清楚四年大學生活對他們的影響,讓他們充分認識到這四年大學生活是人生中的第二次充電站,這關乎他們未來的生活水平和幸福指數,鼓勵他們克服現有的迷茫,從而獲得一個充實而美好的大學生活。三是與同學們討論如何在以后的學習過程中如何使他們一直保證一個較高的學習興趣,可以組織學生參加一些活動,或者向有經驗的老教師進行他們的教學方法,再或者多與志同道合的同學交流,時刻對物聯網技術進行高度關注,通過組織或協助學生參加物聯網技術競技大賽的方式提高他們的積極性。
3.2為學生創造充分的學習空間
在實地教學課程中,有意者去布置一些相對簡單的互聯網選題,且提前布置下去,使他們有充分的時間來查閱相關的資料,做成課件,鼓勵他們在課堂上自行講解分享,為他們營造出充分自由的學習空間,培養同學的自主學習能力和表達能力。比如可以通過一些新興的技術如:云計算,遙感技術,位置服務或者可穿戴技術等專題,讓他們展開自由的學習討論,讓他們自行分組學習,結果會非常理想。讓同學從對云計算一無所知到有模糊的認識,再到最后演講時頭頭是道,能夠對云計算整體進行定義和分析,這就是質的變化。
3.3為學生推薦有較高閱讀價值的資料
學生在實際學習過程中可能會花費很多時間去學習一些不是很重要的東西,這時就需要教師對他們進行協助,所以學生的導師就需要為他們指明學習的方向。一開始導師可以向他們推薦一些經典的資料,做到授之以魚。由于導師對互聯網有較深的了解,他們對一些知識也有更深刻的認識,所以在導師有意的指導之下,學生通過閱讀或實際關鍵資料可以達到快速提升自己能力的作用。在教學的過程中要注意到時代的發展,對于物聯網的影響,比如物?網發展的趨勢,新技術和一些新應用新的發展方向。當遇到一些新奇或者是有意義的資料及時整理出來,并且發在網絡課程上,讓學員們進行學習。在實際教學過程中,要有意的把自己整理的資料視頻或者電子書文件向同學推薦。如講物聯網安全問題時向學生推薦美國著名的密碼學專家 BruceSchneier 的經典著作《Applied Cryptography》和《Secrets and Lies: Digital Security in a NetworkedWorld》,在對云計算進行講解時,可以向學生推薦美國著名作家尼古拉斯?卡爾的著作《IT 不再重要――互聯網大轉換的制高點:云計算》,在對物聯網發展社會背景進行講解時,我們可以向學生推薦爾?蓋茨的《未來之路》。
當學生對一些基礎已經完全了解后,如果他們想繼續深造,可以教給他們一些獲取信息的方法,途徑,做到授之以漁。使用最多的方法是交給他們在搜索引擎中選擇關鍵詞或關鍵字搜索法。在百度,搜狗等搜索引擎中輸入關鍵字,在搜索結果中選擇他們自己感興趣的內容。還有一種方法就是利用微信公眾號如“物聯網頭條”“物聯網智庫” ,這些公眾號會時常更新,大概每天都會有4-5條關于互聯網的最新資訊或者是關于互聯網的原創觀點,可以使同學們在茶余飯后的零碎時間進行興趣學習。通過瀏覽這些文件或資料,提高他們的學習能力,開闊他們的眼界,增強他們的專業學習興趣。
3.4 各學科老師進行交叉學科合作
這個方案主要是針對導師來進行,因為對于物聯網專業,不僅學生要提升,導師也要提升。導師的自我提升也有非常重要的作用,在實踐過程中,導師可以通過閱讀來實現提高自己知識面或者眼界的作用。可以通過在網上搜索相關的教材資料文獻或者在網上查找視頻等方法進行自我提升。有一點在教師的提升中有至關重要的作用,那就是交叉學科教師合作。基于物聯網專業的交叉學科教師合作,能夠使教師與時代與時俱進,使他們不局限在自己的小天地內,融入到大的時代背景當中,使他們能夠各方面全面發展。教師合作可以開展長期的科學研究,也可以形成小組合作或持久的穩定合作關系,這不僅能使教師之間的知識更加融洽,也可以使教師之間的關系更加的和諧,使教師在教學過程中游刃有余,觸類旁通。
3.5參加物聯網科技創業大賽
由于物聯網專業具有應用的特性,所以我們不能讓學生僅僅的停留在理論學習當中,應該鼓勵激勵他們在生活實踐中得以運用。我們可以與校領導進行協商,舉辦一些科技創新大賽,或者鼓勵學生參加國家級別的科技創新競賽,使他們在競爭的過程中獲得更多的知識,使他們所學的理論知識更好的應用于實踐。這種競爭模式可以充分的激發學生的思維,培養他們的動手能力,使其在日后的學習中有明確的方向和目標。并且在參加競賽的過程中,學生應該與指導教師進行積極的協商,向導師介紹自己的創新思想并尋問可行性,這樣可以避免走很多彎路。
4網絡課程實驗教學體系
4.1 CDIO教學理念
CDIO 代表構思(conceive)、設計(Design)、實現(Implement)和運作(Operate),它生命周期的載體是從產品研發到產品運行。他的主要作用是用來培養學生在實際生活中主動實踐的工程能力。網絡課程內容橫穿大學四年本科學習,所以在不同階段融入不同的網絡實驗課程,具有必要性。在實際的教學過程當中,在多數情況下使用讓學生們進行小組討論學習的方式進行科研或者是掌握學習內容。
4.2過程的實驗考核
關于高校的計算機課程教學過程的評定,實驗課程成績占據了非常大的比重。但是隨著時代的發展,高校越來越注意對人才的多元化培養,所以如果再采用傳統的總結性評語,就很難對學員進行全面的分析評價,所以為了使學生的評價更加的客觀和公正,就引入了基于云計算在線的測試形式和通過計算機網絡課程進行綜合評價的方式。前者是考驗學生對靜態網絡的認識,而后者是全面考核學員的創新和系統集成的。在二者的有效結合之下,會在很大程度上綜合反應出學生的學習情況和能力水平。
4.3 基于行業案例的實驗模式
由于物聯網具有可靠傳輸智能處理全面感知特性,在電網交通物流等方面被廣泛的應用,所以智慧城市是物聯網發展的趨勢。為了保證智慧城市的正常運行,就需要很多使用物聯網的人才進行維護,所以在教學過程中可以對這一方面進行針對性的教學。比如蕪湖市的智慧城市創建目標就是建設創新和諧幸福優美的智慧型城市。他的主要任務是實施“1336”工程,即“一個中心、三項工程、三大體系、六大基地”。 而為了完成這個目標就需要專業對口的人才,所以這些目標也為人才提供了良好的就業平臺。在日常的教學過程中有針對性的為學生講解或者推行這些方面。在工程訓練,畢業設計,專業實習等環節,有意識的加強相關內容,帶領學生參觀相關的企業或者是學術論壇,這樣不僅能提高學生的專業水平,還能促進學生就業水平。
關鍵詞:物聯網工程專業;知識結構;現狀
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2013)09-0142-03
知識結構是指一個人經過專門學習培訓后所擁有的知識體系的構成情況與結合方式。合理的知識結構應該是一個多元的、復合的、動態的、協同的結構體系。是擔任現代社會職業崗位的必要條件,是人才成長的基礎。作為一名高校教育工作者,必須更好地研究所在專業的學生的知識結構,以更好地培養出知識結構合理、能根據當今社會發展和職業的具體要求,將自己所學到的各類知識,科學地組合起來的,適應社會要求的人才。
物聯網則是近年來信息產業界提出的重要概念,被稱為繼計算機、互聯網之后,世界信息產業的第三次浪潮。
一、物聯網工程專業學生知識結構的組成要素
物聯網工程專業學生應具有扎實的自然科學基礎和較好的人文社會科學基礎及外語綜合運用能力,要系統地掌握本專業所需的相關學科的基礎理論和基礎知識,掌握物聯網感知與標識的理論與技術及信息處理技術,其組成要素如圖1所示(見上頁)。
二、物聯網工程專業學生知識結構的現狀分析
作為一個戰略性新興產業相關專業,物聯網工程專業的課程體系,師資力量、實驗條件等還有待進一步完善。這里,主要分析本專業學生的知識結構上存在的一些問題。
(一)數學與物理等基礎學科知識不足
由于多年來計算機學院各專業學生的就業形勢較好,一些用人單位只要求畢業生具有良好的計算機操作和維護能力,這種使得部分在校學生只重視“計算機操作”,而對于數學和物理等基礎學科應付了事。物聯網工程專業作為我校計算機學院的新開設的專業,也同樣存在上述問題。但是,根據目前物聯網工程專業的就業需求和一些物聯網工程的實際項目的開發需求,物聯網工程專業必然會用到大量的數學和物理等基礎學科的知識。如:要求能夠運用數學語言,描述工程實際問題,并建立適當的數學模型進行科學和工程的分析和處理。這就要求學生具備良好的數學基礎知識,并能把數學知識運用的物聯網工程專業的實際應用中。
(二)人文社會科學基礎教育薄弱
目前,理工科大學生普遍存在重理輕文的心理,物聯網工程專業的學生也不例外。而且,一般理工科院校的課程體系設置過分強調理工科方面的專業基礎知識和專業課程,忽視人文社會科學基礎課程的安排。在這種課程體系的培養下,大學生的知識結構往往是不合理的。從而,培養學生的人文社科基本素養,并將這些基本素養與物聯網工程專業知識素養結合起來,形成一個全面的、合理的知識結構。
(三)動手能力不強
物聯網工程專業涉及的學科領域不僅僅是計算機科學與技術,還涉及到數學、物理、電子科學與技術、通信工程等學科領域,這是一門新興的學科,學校的辦學條件、實驗設備相對其他專業滯后,能讓學生動手設計與組裝的元器件很少,加之學生本身的主觀因素,中學階段在高考“指揮棒”的壓力下只攻讀考試學科,很少實踐,因此,動手能力較差是普遍現象。而本專業卻非常需要學生具備較強的創新實踐能力,這與目前的學生實際情況形成了較大的反差。在這種狀況下,如不能充分利用現有實驗室設備,改善實驗環境,并加強學生的工程實踐鍛煉,學生的動手能力的差距將更大。
(四)外文專業文獻資料的閱讀能力較弱
由于學生大多注重專業課程的學習,忽視了人文基礎學科包括外語工具學科的學習,因而,外文水平不高的現象也頗為普遍,無論是閱讀理解能力還是寫作翻譯能力都不盡人意。尤其表現在外文專業文獻資料的閱讀上,理工科學生很少接觸相關專業外文文獻資料的閱讀,而且在通用英語教學中未涵蓋很多專業英語的詞匯,此外,一些專業名詞翻譯成中文后含義模糊,難以理解。這樣就導致了學生們外文專業文獻資料的閱讀能力普遍較弱。這與一名優秀的工程技術人才的要求是不相稱的。因此,筆者認為,要提高物聯網工程專業學生的外文專業文獻資料的閱讀能力,首先應引導他們提高認識,激發學習興趣,多讀多練;其次,可在一些專業課程的教學中使用雙語教學,使學生們在專業課的學習中逐步掌握大量專業英語詞匯,由此可達到事半功倍的效果。
三、思考或建議
要改善和優化物聯網工程專業學生的知識結構,培養高素質的具有創新精神的物聯網工程專業人才。必須從課程體系,師資力量、教學方法、實驗條件等方面人手,切實推進教育改革與教學改革。
(一)構建動態課程體系
課程體系是實現人才培養目標和使命的主要載體,是學生知識結構優化的重要保證。構建一個合理的動態物聯網工程課程體系是計算機教育本身發展的要求。合理的動態課程體系要求課程內容充分滿足通識教育的要求。同時,能夠培養學生具有應對社會變化、科技更新的適應能力。動態課程體系還應正確把握“量”與“度”,整合、重組教學內容,既注重基礎,又能夠將現代科技發展的新動態、新成就融合到課程知識中。此外,動態課程體系還須突出工程實踐教學體系,以培養學生的創新精神和工程實踐能力。總之,應當基于上述思想,深入分析研究課程設置、時間順序、課程內容、教材內容的動態更新,以構建合理的動態課程體系。
(二)提高教師綜合素質
優化學生的知識結構,關鍵在教師。要提高教師的綜合素質,首先,要樹立辦學以教師為本的理念。尊重教師,尊重教師的勞動,積極引導教師愛崗敬業,樂教奉獻;其次,要著力提高教師的職業素質和工程實踐能力,有計劃地選派教師尤其是青年教師出國進修或訪學,分期分批安排教師到企業、行業參加工程實踐,增強教師培養學生實踐的指導水平和能力;再次,要不斷完善對教師工作業績考核的評價體系。全面、合理、客觀地評價教師的工作績效。既要注重科研成果,更要看重教師的實際教學水平、教學實際。
(三)改進教學手段與方法
應遵循“以學生為主體、教師為主導”的原則,積極引導學生自主學習、創新學習;要充分利用現代教學手段諸如多媒體教學、構建網絡平臺等,把抽象的知識形象化、枯燥的知識生動化;在實踐教學中突出“做中學”的理念,實行校內教師和企業導師共同培養的做法,提高學生的工程實踐能力;根據計算機技術快速發展的特點,學校教育管理部門要給教師提供更多的相互交流、共同切磋教藝的機會,并充分利用教學課件可復制特點,合作制作一些可動態更新的優秀的教學課件,達到資源共享的目的,同時也利于教學水平的共同提高。
(四)建立工程實踐中心,提高學生動手能力
為提高學生的動手能力,更好地培養出高素質物聯網工程人才,目前我校已在原有的實驗室條件基礎上,申報了物聯網工程實踐教育中心,以期為物聯網工程專業學生提供一個培養平臺。該平臺建設依據所需要培養的工程師的層次和目標分為三個層次:綜合系統設計實踐平臺主要為物聯網工程專業學生提供初始工程實踐能力的培養提供系統的培養平臺。課題工程設計主要為特別優秀、具有專門才能的學生提供平臺,該層次平臺主要結合科研課題而建設,平臺會隨著課題的不同而有所變化。產品及技術研發平臺主要針對公司的產品開發,完全將物聯網工程專業教育融入到系統設計和產品開發中。通過構筑課程綜合、工程設計、技術研發三個層次的平臺,可推進工程實踐與創新教育實踐的融合,構建創新型人才培養的實踐教學體系。
(五)實施企業階段實踐方案
實踐教學是全日制本科院校培養合格的工程技術人員的極其重要的環節。實行校企合作是物聯網工程專業“產學研”結合的有效途徑,也是校企雙贏的重要舉措。因此,實施企業階段的實踐方案是一個重要的教學環節。是學生熟悉企業需求、培養鍛煉實際工程能力的核心步驟之一。在確定具體的實習實踐內容時主要采取以下方式:①企業和學校(校內導師)共同協商一個工程領域的課題;②企業依據自身發展需要,通過立項合同的形式,與學校(校內導師)研發一個具體的項目;③安排實習生到企業從事實際的產品調研、研發、調試、運行、生產、管理或服務等工作。通過企業階段實習實踐,培養學生的系統集成能力、解決實際問題能力、技術創新能力、適應需求變化能力,以及初步的企業管理能力等。
物聯網工程專業是順應國家戰略性新興產業的發展需要而設置的專業。構建合理的物聯網工程專業的知識結構是培養該專業人才的前提,也是緊跟經濟社會發展的必然要求。我們必須以科學發展的眼光,面向未來,面向新興產業的發展前景,積極、謹慎地構建合理的物聯網工程專業的知識結構、課程體系,不斷探索新興產業所需人才的培養途徑,為國家現代化建設輸送更多物聯網工程技術的優秀人才。
參考文獻:
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隨著物聯網技術和產業的發展,必將引發新一輪信息技術革命和產業革命,對經濟發展和社會生活都將產生深遠影響。物聯網是指將物體通過多種信息傳感設備、按約定的協議實現人與人、人與物、物與物全面互聯,可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。其主要特征是通過射頻識別、傳感器等方式獲取物理世界的各種信息,結合互聯網、移動通信網等網絡進行信息的傳送與交互,采用智能計算技術對信息進行分析處理,從而提高對物質世界的感知能力,實現智能化的決策和控制。
物聯網產業是國家確定的戰略性新興產業之一,加快發展物聯網產業,對于促進我市產業轉型升級具有重要意義。一是迅速提升信息產業整體創新能力,促進創新型城市建設;二是加速推進工業化與信息化融合,促進經濟發展方式轉變;三是強力帶動其他特色新興產業發展,促進經濟全面發展;四是有利于改善民生,提高市民生活質量,構建和諧社會。各級各部門一定要充分認識推進物聯網產業發展的重要意義,采取有力措施,加大工作力度,不斷擴大物聯網研發應用范圍,為建設繁華舒適、現代一流的省會城市奠定堅實基礎。
二、總體思路和發展目標
(一)總體思路。充分發揮我市毗鄰區位優勢、省會政治經濟文化中心優勢、雄厚的產業基礎優勢和科技資源優勢,以轉變經濟發展方式、調整優化產業結構、服務民生為目標,以政府為主導、企業為主體、示范工程為牽引、社會參與為基礎,采取需求拉動和技術推動的互動發展模式,努力把物聯網產業培育成為我市新的經濟增長點,推動經濟社會加快發展。
(二)發展目標。年,物聯網產業銷售收入達到300億元以上,重點示范行業效果明顯,重點示范區特色鮮明,城市民生智能化水平顯著提高,成為我市重要戰略性新興產業。重點建設4個物聯網技術創新平臺,培育10個龍頭帶動企業,扶持50個特色鮮明的創新型企業,推動3個物聯網產業基地建設,實施三類應用示范工程。力爭在物聯網關鍵技術方面形成有效技術支撐,通信設備、衛星導航、行業應用、物聯網服務等領域形成產業規模。
三、重點任務
(一)規劃整合物聯網產業鏈
加快物聯網產業布局規劃,引導產學研金介積極參與,推進產業技術創新聯盟,促進RFID傳感器、二維條碼、短距無線通信、IPV6云計算等一批關鍵技術及自主創新產品的研發和成果產業化,形成物聯網產業聚集效應。推進物聯網產業鏈整合,集中精力打造從傳感器、芯片、軟件、終端、整機、網絡到業務應用的完整產業鏈,形成優勢互補、協同發展、相對完善的產業體系。
(二)加快建設物聯網技術創新平臺
1中國電子科技集團物聯網研發中心。堅持“需求拉動、技術推動”原則,以中國電子科技集團第13所、第54所為核心,聯合我市物聯網相關企業、科研院所,建設國內一流水準的物聯網產業研究機構。整合多方優勢資源,加快網絡與寬帶接入、基礎材料與芯片、傳感器網絡、無線通信、衛星導航、信息安全等物聯網關鍵核心技術的研發、生產和應用,積極參加標準制定,推進技術產業化以及重大試點示范項目建設,支撐全市物聯網產業發展。
2航天信息物聯網應用工程中心。依托航天信息股份有限公司聯合建設物聯網應用工程中心,加強射頻識別、物聯網信息安全等領域的重大技術研究,推動科技成果轉化和集成創新,加快物聯網應用技術發展。
3市物聯網共性支撐技術研究中心。依托駐石高校,大力研發適用于物聯網的可編程技術、測試技術、情境感知和環境建模技術等共性技術。加強現代信息通訊技術、計算機及網絡技術、先進微電子技術、新材料、新能源等基礎支撐技術的研究與應用。面向生產制造、社會管理和公共服務,提供物聯網應用解決方案、計算處理、信息交換、數據存儲和資源互調共享等共性技術服務。
4市物聯網軟件及系統集成技術研究中心。依托軟件產業基地和軟件高新技術企業,針對多網融合需求,加大應用管理和服務軟件,以及信息服務平臺技術的開發力度;重點發展物聯網信息安全軟件、產品和專業化服務;重點發展物聯網系統集成和運行維護服務,支持企業面向行業應用開展物聯網技術服務,以推動物聯網應用的快速發展。
(三)培育扶持物聯網產業龍頭企業
加大政策、資源投入,重點培育與扶持具有整體設計與制造能力的企業以及將物質、能源和信息三大資源進行系統集成的企業,加大物聯網關鍵核心技術與產品的研發力度,使其發展成為物聯網產業的龍頭企業,進而帶動物聯網產業的發展。
(四)積極推動物聯網產業基地建設
依托現有產業基礎,重點規劃布局,以物聯網產業龍頭企業為核心,吸引相關企業,加快成果轉化和產業聚集,發揮核心帶動作用。重點推動建設三個物聯網產業基地,一是以中電科集團第13所和54所為依托,打造物聯網產業元器件生產制造及系統集成基地;二是以軟件園為依托,打造物聯網產業軟件開發基地;三是以東部產業新城和正定新區建設為契機,以行業應用為突破,打造華北地區物聯網行業應用示范基地。
(五)組織實施物聯網產業示范工程
1重點產業示范工程。以提高重點產業的資源利用率和運營效率為目標,將物聯網技術逐步滲透融入到工業、農業、電力等重點產業運營管理的各個環節,加快兩化融合,抓緊實施智能生產、運營、管理源等示范工程。
生物醫藥產業。利用電子標簽技術、溫濕度傳感器以及各類監控設備,開發和實施生物醫藥產業在生產、流通、庫存、消費等環節的智能監管和安全溯源系統,實現對在產、庫、途、用、售、監管“六在環節”可視全程追蹤溯源。
智能商貿流通。利用射頻識別RFID紅外感應器、全球定位系統、地理信息系統、激光掃描器等設備,開發和實施商貿流通產業在物品流轉、庫存管理、消防管理、停車誘導等方面的應用系統,打造智能商貿流通業綜合信息平臺,實現智能化管理,提高運營效率,樹立全新商貿流通品牌。
智能物流。通過RFID技術在多式聯運、大型物流園區、城市配送、冷鏈物流等方面的應用,探索利用物聯網技術對物流環節的全流程管理;開發面向物流行業的公共信息服務平臺,開發適用于各種物流環境的特種電子標簽、物流裝備、讀寫器、中間件、管理系統等產品。
智能旅游。結合旅游現狀,將傳感器技術、射頻識別技術、定位技術等物聯網技術運用到旅游景點信息管理、商場酒店信息管理、智能導游、電子地圖以及特色名優產品防偽等領域,為消費者提供更為便捷安全的服務,優化商務旅游環境,進一步提升旅游形象。
2公共安全示范工程。圍繞公共安全的監測、保護和預防,將無線傳感器網絡技術、地理信息技術等運用到生態環境監測、公共安防監控等領域。無人維護、條件惡劣生態環境監測中,無需人工干預的條件下實現生態監測、數據存儲與交互,提高生態監測實時性、可靠性。
食品安全溯源。將物聯網技術與食品生產企業原有的生產管理系統、供應鏈管理系統相融合,開發涵蓋生產、加工、存儲和運輸全過程的食品溯源系統,快速、自動、準確地采集各個環節的信息,實現對食品生產、流通、消費的全程監控。
城市水環境監控。運用無線傳感器網絡技術,對重點水源保護區域進行實時在線監測和動態跟蹤保護,進一步減少和遏制水體污染事故發生。
大氣環境監控。將傳感技術、無線通信技術與大氣監測儀器設備相融合,實現對大氣的連續監測和遠程監控,及時掌握監測區域的氣象狀況,預警、預報重大大氣污染事故,定點監測污染區域的發展態勢。
地下管網監控。將傳感器(壓力傳感器、加速度傳感器、氣體傳感器和溫度傳感器)定位技術、地理信息技術等相結合,實現對自來水、天然氣等地下管網的線實時監測,有效破解地下管網監測難題,及時、精確發現施工破壞、泄漏等不安全因素,提高地下管網運行的安全性,降低維護成本。
公共安防監控。將智能傳感設備、無線通信技術等運用到公共安防監控領域,機場、學校、商場、重點商貿市場等公共場所以及突發事件中運用物聯網技術與系統,實現實時監控監測、人員定位、智能分析判斷、防火防盜防惡性事件等功能,提升公共安全監控系統的數字化、網絡化、智能化水平,保障城市安全。
3公共服務示范工程。圍繞改善生活、方便百姓的目標,推動物聯網技術融入百姓日常生活的多個領域。優先選擇智能交通、智能社區、智能醫療保健等領域開展試點示范工程。
智能交通。利用傳感技術、電子結算技術以及各類監控設備、顯示設備,開發和實施智能交通指揮系統、停車誘導系統、智能車庫系統,打造智能交通信息平臺,實現智能化采集、實時交互路況信息以及車輛管理信息,提高交通運行效率,緩解城市交通壓力。加緊實施基于物聯網的泛在交通智能感知和調度系統項目、道路停車自動收費項目、公交二維碼系統,積極聯合相關企業、研究單位,開發全面智能交通解決方案。
智能社區。通過傳感技術、射頻識別技術、定位技術、地理信息技術與互聯網、電信網以及廣播電視網相融合,整合運用到小區周界安防、車輛出入與停放管理以及社區醫院、超市等領域,實現社區內不同服務體系之間的互聯互通,打造便捷、舒適及安全的生活居住環境。
智能醫療保健。推進物聯網技術在電子病歷、健康檢測與實時監護等領域的運用,重點推進小區健康信息化平臺建設,切實增強對特定人群生理特征的全天候監測和與醫院的實時交互能力,不斷提高遠程醫療能力,提升醫療衛生系統的運行效率,減輕病人負擔。
(六)突出帶動電子信息產業發展
加快物聯網新技術推廣應用、新產品產業化步伐,整合本地區現有資源,積極引進大公司、大集團,加大與的區域合作力度,促進成果在市的應用推廣。
四、保障措施
(一)成立組織機構,加強組織領導
1成立物聯網產業發展協調領導小組。由市政府主要領導掛帥,常務副市長為副組長,有關部門領導為成員,負責指導我市物聯網產業發展規劃工作,研究制定相關政策措施,調動各方積極性推動產業發展,協調解決產業發展及技術應用等方面的重大問題。領導小組辦公室設在市發展改革委。
2成立物聯網專家咨詢委員會。聘請覆蓋技術、經濟、公共管理等領域的國內外物聯網知名專家,負責研究提出我市物聯網產業發展中重大問題的建議,研究論證有關前瞻性的技術應用問題,為我市物聯網產業發展提供理論和智力支撐。
(二)拓寬資金來源,加大資金扶持
1設立市物聯網產業發展專項資金。從市現代產業發展資金中設立2000萬元物聯網產業專項資金,重點支持物聯網產業示范工程、關鍵技術攻關項目和公共服務平臺項目建設。以專項資金為引導,吸引金融資本、產業資本和社會資本向物聯網企業傾斜,資助物聯網企業進行技術創新、技術改造、人才引進與培養等。
2積極爭取國家專項資金支持。鼓勵物聯網企業積極申報或與高校、科研院所聯合申報國家高技術產業化項目、重大技術裝備研制和重大產業技術開發項目、產業技術創新能力建設項目、自主創新成果產業化專項、中小企業專項資金及技術創新基金等各類國家專項,以及省高新技術產業發展項目和重大科技專項,對申報成功并獲得國家、省專項資金的項目,給予10%市級配套資金。
3鼓勵企業上市融資。建立物聯網領域擬上市企業庫,積極幫助擬上市企業做好上市融資工作,切實推動物聯網企業到國內主板、中小板創業板上市融資;鼓勵有條件企業積極到海外市場上市融資;推薦和協助有條件的物聯網企業申請發行企業債券,募集發展資金。
(三)推進聯盟合作,整合多方資源
籌建物聯網產業技術創新戰略聯盟。由政府推動、核心企業牽頭,組建由政府、產業鏈上下游相關企業、科研院所、網絡運營商、中介組織以及產業用戶等多方參與的物聯網產業技術創新戰略聯盟。通過聯盟,發揮政府的政策引導和資源整合作用、產業鏈上下游企業的產業化推進主體作用、科研院所的技術創新源頭作用、應用部門的市場牽引作用,以及網絡運營商的網絡支撐作用,相互支撐、有機結合,推動共性及關鍵技術研發、技術標準制定,推動產業鏈上下游共同發展,提升物聯網項目系統集成能力;通過聯盟,加強與全國各地物聯網產業聯盟、協會組織的交流與合作,切實推進物聯網技術產業化應用、技術標準體系完善與統一工作。
(四)突出政策扶持,優化發展環境
1適時出臺扶持政策。啟動物聯網產業發展政策的研究制定,明確細化扶持重點、扶持資金和具體措施,扎實推進物聯網產業有序發展。各縣(市)區依照全市物聯網產業發展規劃,結合本地產業發展實際,制定相應措施,積極幫助和指導本地物聯網產業發展,確保規劃的順利推進和嚴格實施。
2營造良好政策環境。加大土地支持力度,符合用地標準和要求的前提下,優先安排物聯網工程項目用地;加強知識產權保護與獎勵,充分調動和吸引社會各界的積極性和創新性,保障我市物聯網產業的高水平發展。
(五)培育高端人才,提升創新能力
加大物聯網人才培養力度,大力培養和引進物聯網技術領軍人才和高端人才,加強物聯網產業專業人才培訓,制定物聯網產業人才培養計劃。重點支持駐石高校建設物聯網產業相關的專業和學科體系,使之能夠培養引領物聯網產業與技術升級的高素質人才,為加快我市物聯網產業發展奠定人才基礎。
(六)建立行業統計,提供咨詢服務
關鍵詞:物聯網;實驗室建設;傳感器;射頻識別
中圖分類號:G482 文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2016)11-0110-02
物聯網是通過射頻識別(RFID)、傳感器、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。物聯網是集傳感技術、計算機技術、通信技術等多種學科的綜合應用。物聯網解決的是信息世界與物理世界的互聯互通。目前我國物聯網運用領域包括智能家居、智能農業、智能交通、智能工業、智能環保、智能醫療等。到目前為止國內眾多高校申請和開展了物聯網工程專業的招生和教學工作。高校要想擔當起新形勢下物聯網人才的培養,建設一個設施齊全、技術先進、質量可靠的物聯網實驗室迫在眉睫。中國地質大學長城學院也于2015年招收了第一屆物聯網專業的本科學生。物聯網專業相對其它專業來說更側重實踐性和應用性,因此我們的實驗室建設是我們整個學科建設中的重點工作。
1 物聯網實驗室建設的原則
1.1 與本校的培養目標相適應原則
任何實驗室的建設都要與本校的培養目標相一致,物聯網實驗室也不例外。作為應用型本科院校,主要培養的是應用型人才,而非研究性人才,主要鍛煉學生物聯網應用系統的組網、調試、安裝、售后服務、技術支持,培養物聯網設計、施工與運維人才。因此學院實驗室的建設應該以滿足基礎實驗、實訓為主,旨在滿足培養學生的實際動手能力。
1.2 先進性原則
物聯網是被稱為繼計算機、互聯網之后世界信息產業第三次浪潮,是一個前沿的技術,因此實驗室的建設也應遵循先進性的原則,購置新設備、采用新技術以滿足需求。
1.3 模塊化可擴展原則
物聯網涉及到感知層、網絡層和應用層三個層次,每個層次都有各自的技術,這些技術可以用模塊化的思想實現,各模塊之間要遵循統一的電氣和數據接口,可以自由組合重構物聯網應用系統。
2 物聯網實驗室建設需求分析
2.1 物聯網建設的技術需求
從技術架構上來看,物聯網可分為三層:感知層、網絡層和應用層。
感知層的作用相當于人的眼耳鼻喉和皮膚等感知系統,它是物聯網識別物體、采集信息的手段,其主要功能是識別物體、采集信息、數據匯聚等。感知層由各種傳感器、執行器、短距離無線通信、數據網關等構成,包括:傳感器、二維碼掃描儀、RFID 標簽和讀寫器、攝像頭、GPS 等感知終端;步進電機、直流電機、繼電器、電磁閥等各種執行器;ZigBee、Wi-Fi、IPv6、藍牙等短距離無線通信節點及網關。
網絡層由各種私有網絡、互聯網、有線和無線通信網、網絡管理系統、數據服務器和云計算平臺等組成,相當于人的神經中樞和大腦,負責傳遞和處理感知層獲取的信息。
應用層是物聯網和用戶(包括人、組織和其他系統)的接口,它與行業需求相結合,實現各種物聯網的智能應用,例如智能電網、智能交通、智能家居等。
物聯網實驗室的相關設備需要滿足以上物聯網的三個層次結構中各個組部分的相關實驗。
2.2 物聯網實驗室建設的應用需求
1)滿足物聯網工程專業基礎實驗要求
實驗室建成后需要滿足培養方案上開設課程的相關實驗,這是實驗室建設的基本要求。通過這些基礎實驗使學生能夠更好地理解和掌握專業知識。
2)要滿足學生實訓和參加大賽的要求
在學生完成多門專業技術課程學習后,可以開展綜合實訓課程,讓學生通過項目對前導課程的知識綜合應用、融會貫通,完成知識到技能的轉化,知識點到知識體系的轉化。通過實訓可以鍛煉學生的物聯網應用的工程實踐能力,以便培養出更高水平的物聯網專業學生。
參加物聯網應用設計大賽是鍛煉學生實踐能力的重要方法和手段,通過比賽提高學生對物聯網的興趣和競技能力,豐富教學內容,活躍教學氣氛。
3)滿足學校教師物聯網科研
科研能力也是衡量一個專業建設的重要指標。實驗室建成以后,教師可以利用實驗室開展更多地實驗項目,從而提升教師的科研能力。
3 建設的內容
作為培養應用型人才的學院,學院的應該從培養目標需求實際出發,建立一個先進的滿足教學、實訓和科研的要求的綜合性的實驗室。本實驗室應該包括基礎實驗平臺、云服務平臺和智能化實驗室,物聯網工程實驗室組成結構圖如圖1所示。
3.1 基礎實驗平臺
1)RFID綜合實驗箱是針對物聯網專業的RFID教學實驗而開發的實驗開發平臺。RFID技術是物聯網的核心技術,因此有必要單獨設置購買實驗箱。實驗箱可以包括各種頻段的RFID讀寫器開發板、多種常見RFID標簽、RFID應用模塊、嵌入式系統、PC軟件系統。這五部分構成完整的RFID體系,為學習RFID技術、了解RFID應用、開發RFID智能化設備提供了完整、優質的軟硬件平臺。RFID綜合實驗箱能夠有效地幫助師生全面的了解無線射頻RFID,掌握RFID的組成結構、運行環境以及工作模式,熟悉天線工作原理,掌握RFID射頻信號解碼技術等。
2)物聯網綜合實驗箱
物聯網綜合實驗箱應該能夠提供完整的、層次化的物聯網教學體系,提供從處理器技術、無線組網技術、嵌入式開發、應用層開發與服務、到典型的系統開發實戰。物聯網綜合實驗箱需要滿足以下三層的具體實驗要求。
(1)傳感層:
微控制器應用技術:單片機原理及應用-C51系列、STM32的開發和應用、M4系列。
傳感器技術:常見傳感器原理、數據采集與處理、圖像采集。
RFID技術應用:RFID原理、RFID頻段分析、RFID標簽、二維碼、條形碼技術。
無線傳感網技術:Zigbee、IPv6、藍牙、433M、WiFi、NFC移動支付、RFID移動支付。
物聯網與嵌入式系統開發:基于Cortex-A9,Linux開發、Android開發。
(2)網絡層:
網絡通信:局域網技術、以太網技術、服務器。
移動通信:GPRS通信、3G通信、4G通信、GPS、手機安卓編程。
數據庫:數據庫編程、物聯網數據庫服務。
中間件:SDK、WebService開發。
(3)應用層:
物聯網應用:智能家居應用開發、智慧農業應用開發、智能交通應用開發、食品溯源應用開發、智能倉儲應用開發等。
物聯網安全:無線傳感層通信加密、數據網關通信加密、應用軟件數據通信加密等。
此外綜合實驗箱要能夠支持多種協議,具有豐富的接口以便連接各種設備。支持網關、手機、云服務等多種管理服務平臺,網關支持Android/linux操作系統,運行數據采集控制管理軟件。手機端采用Android系統,可遠程控制的數據采集和控制系統。云服務系統采用B/S架構,可遠程登錄獲取傳感器數據,并且提供開放的API接口,基于這些API接口,用戶可以輕松的進行二次開發。
3.2 物聯網云服務平臺
物聯網云服務是一套針對物聯網的海量數據服務、應用快速開發而設計的系統,旨在提供一個開放的物聯網云服務平臺,使傳感器數據的接入、存儲和展現變得輕松簡單,通過幾步簡單操作就可以完成物聯網應用的快速開發。
真正的物聯網系統,其數據必然是海量的,必須通過大數據技術存儲、分析。系統控制、數據展示也是必須基于云端的,可全球范圍內隨時訪問和操作。
物聯網云服務平臺可以為老師的實驗教學提供統一的在線化管理平臺,提供靈活的用戶管理和權限控制機制,同時支持大規模并發訪問。因此,整個學院的所有學生,可同時接入平臺開展實驗。老師可隨時上線檢查學生實驗作業、項目設計成果,為學生的實驗和設計提供指導。
物聯網云服務平臺為學生提供在線、支持團體合作的實驗及項目設計平臺。可為每位學生分配一個登陸賬號,實驗結果、數據、項目工程相互獨立,學生可在課堂之外延續實驗。同時,支持項目協作,多個學生可團隊合作,共同完成物聯網應用系統設計
3.3 實驗室智能化建設
為了讓學生對物聯網的應用有更加深刻的認識,在建設的時候需要對實驗室進行智慧化改造,讓學生上課的同時不僅可以體會到智能家居帶來的舒適感還能學習智能家居的構造與設計。集傳感器技術、嵌入式開發、綜合布線、網絡通信、自動控制等技術將家居生活有關的設備、設施集成,從而構建的一個智能、節能的智能家居實訓環境。
智能家居應用系統可實現燈光、窗簾、家電、環境監測、安防、攝像頭等的檢測控制,可個性化定制居家、外出、看書、休閑、娛樂等情景模式,一鍵實現。并支持連接互聯網實現手機、電腦上網的遠程控制。
物聯網實驗室的建立能夠讓學生深層次的接觸物聯網,學習物聯網,研究物聯網,讓學生將理論與實踐相結合,提高學生的實際動手能力和創新能力。可以培養學生合理的知識結構、具備扎實的電子技術、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,掌握物聯網系統的傳感層,傳輸層與應用層關鍵設計等專門知識和技能,并且具備在本專業領域跟蹤新理論、新知識、新技術的能力以及較強的創新實踐能力。
參考文獻:
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關鍵詞:物聯網 展望 智能家居 智能農業 可穿戴
隨著人類進入信息化社會步伐加快,國家最近幾年在很多高校開設物聯網工程專業,但是對很多剛進校的新生,對物聯網工程專業還不太了解。現就將我在我們學校對物聯網工程專業新生專業前景介紹和大家分享。
一、什么是物聯網
簡單的講,有兩層含義,第一,物聯網的核心是互聯網;第二,物聯網是互聯網延伸與發展物物相連的網。
物聯網(Internet of Things,縮寫IOT)是一個基于聯網、傳統電信網等信息承載體,讓所有能夠被獨立尋址的普通物理 對象實現互聯互通的網絡。
物聯網一般為無線網,在物聯網上,每個人都可以應用電子標簽將真實的物體上網聯結,在物聯網上都可以查找出它們的具置。通過物聯網可以用中心計算機對機器、設備、人員進行集中管理、控制,也可以對家庭設備、汽車進行遙控,以及搜尋位置、防止物品被盜等各種應用。
物聯網將現實世界數位化,應用范圍十分廣泛。物聯網的應用領域主要包括以下幾個方面:運輸和物流領域、健康醫療領域、智能環境(家庭、辦公、工廠)領域、個人和社會領域等,具有十分廣闊的市場和應用前景。
二、挑戰和機遇:物聯網應用前景和發展展望
物聯網的發展代表了整個社會信息化的發展方向。就通信產業來說,長期的發展目標是 實現人與人之間無縫的聯系和溝通。這個目標發展到現在,已經基本實現了。那么今后向什么方向發展?2009 年開始,以“物聯網”、“智慧地球”為代表的信息化概念在全球范圍內出現,為通信產業未來的發展指明了方向。 在全球金融危機后期的大背景下,物聯網的本質是行業信息化,各國政府大力推動物聯網發展的動力在于尋找新的經濟增長點和創造就業。在這樣的大背景下,在全球范圍內,運營商 成為了物聯網的重要推動者。 運營商將在物聯網的發展中獲得巨大的利益,同時帶領整個通信產業,朝一個更深入的方向發展。物聯網規模化發展面臨3大挑戰 從整個物聯網的發展情況來看,我們認為物聯網仍然處在一個規模成長前夜的階段。要實現規模化的發展,仍面臨著一系列的瓶頸,需要解決一系列的問題。這些問題概括總結起來就是橫向欠缺整合,縱向亟待深入。與之相對應的還有第三個問題,就是伴隨物聯網進一步的發展和規模化,將會對通信網絡產生壓力,并且產生一系列的新問題,需要對整個基礎網絡針對物聯網進行優化。總的來說,物聯網的規模化發展,面臨的三大挑戰是:第一,需要實現物聯網橫向的整合,打造社會公共的物聯網基礎架構。并在標準化、規范化的基礎上,形成真正的物聯網產業聯盟。第二,需要促進物聯網在各個行業的縱深發展。應抓住新的關鍵技術、政府示范項目以 及新的商業模式等契機,實現重點行業的突破,并由點帶面,促進整個物聯網向各個行業的縱深發展。第三,基礎網絡優化。通信產業界形成共識,就是物聯網的規模化發展,將對基礎網絡產生一系列優化的需求。比如為了滿足龐大的物的數量,要對號碼優化;為了滿足物的低功耗、低移動的影響,要對無線資源進行優化等。挑戰一:橫向整合 從橫向整合的角度來說,基于物聯網這樣一個從感知層到網絡層,再到應用層的端到端的架構, 應該建立公共的分層的物聯網體系架構。 這樣一種社會公共的物聯網基礎架構的優化,有兩個節點非常重要:一個是物聯網業務支撐平臺,或者說物聯網中間件平臺;另外一個是標準化、規范化的物聯網網關產品。物聯網應以平臺和模組為基礎形成一個更加規范化、標準化的物聯網基礎架構,并以此架構為基礎形成整個社會物聯網的分工。 在這個過程中,標準化工作是非常重要的任務。 從國際范圍來看,整個物聯網的規范制訂都處于相對滯后的局面。 物聯網行業規范的制訂是推動物聯網的關鍵, 必須予以充分的重視。物聯網規范的制訂應以物聯網業務支撐平臺為核心,重點是在平臺與終端的接口、平臺與應用的接口的標準化。 在形成一個社會公共的物聯網基礎架構,以及相應規范制訂的基礎之上,形成真正價值鏈分工基礎之上的產業聯盟。 目前國內物聯網的產業聯盟存在的一個突出問題,就是布局分散,缺乏基于價值鏈的分工。雖然大多數廠商宣稱提供端到端方案,但大部分規模較小。 挑戰二:縱向深入 縱向深入方面,應該抓住一系列的機會推動物聯網在各個行業的深化。 首先應該抓住新技術帶來的變革契機,物聯網技術的發展,正在帶來這樣的發展契機。 物聯網通過對傳統產業的變革,在某種程度上,顛覆了傳統服務產業鏈條。新技術變革為運 營商和設備制造商, 占領行業市場提供了良好的契機。這是一個利用新技術所帶來的機遇,突破重點行業的范例。第二,應該抓住政府示范項目的機會。在政府示范項目中,政府關注重點在于整個物聯 網產業鏈的發展, 以及社會公共資源在物聯網領域最優化的投入。 設備制造商和電信運營商 可以通過在政府示范項目充分的合作,形成合力,實現重點行業的突破。中興通訊和上海電信合作,在上海提供了車輛監控系統服務世博會,取得了良好的社會效應。此項目最近剛剛獲得CDG 頒發的物聯網的業務創新大獎。第三,需要在經營模式和商業模式方面實現創新。現在物聯網的發展體現出嚴重的行業 不平衡。 國內發展比較快的幾個行業,都是有巨額投資的行業。大多數沒有錢的行業怎么辦? 未來物聯網向更多行業縱深化發展, 需要由創新模式來帶動。挑戰三:基礎網絡優化 基礎網絡的優化,是整個通信業界尚未解決的問題,也是大家非常關心的問題。基礎網絡優化,前期普遍認為距離實際市場需求較遠, 但是從今年下半年起, 在網絡已經達到幾百萬甚至上千萬物聯網終端在線的情況下,這種需求已經出現了。比如加強網絡終端感知能力的需求,為了規避數據安全風險而進行數據分流的需求等。這些都是現實的需求, 并且正在不斷地細化。 從長遠來看,我們認為物聯網必須在橫向整合、縱向深入以及基礎網絡優化三個重要問題上取得突破,才能取得規模化的發展。物聯網解決方案,經過前期的巨大努力,我國在物聯網領域已經形成了金字塔形的層次結構:處在金字塔頂端的是物聯網業務支撐平臺產品;處在第二層的是標準化、規范化的物聯網通信模塊產品;第三層是關鍵行業應用方案;第四層是物聯網的基礎網絡優化;第五層是技術人才的組織和支持。
物聯網城市
在韓國的松島新城,由美國人投資新建的一座全新的互聯網城市,即一座物聯網城市物聯網如同這座城市的水管那樣重要,公共設施都是智能化的。鑰匙的概念將消失,因為沒有那座房子會忘記自己主人的音容笑貌;人們的習慣:就是咖啡的習慣;窗簾的習慣;音箱的習慣;主人可以用電話遠程控制電燈的開關。這座城和我們一樣的城,這座樓和我們一樣的樓,一旦你步入其中,將超越你的經驗。
物聯網應用之一智能家居
智能家居是利用先進的計算機技術、網絡通訊技術、綜合布線技術、醫療電子技術依照人體工程學原理,融合個性需求,將與家居生活有關的各個子系統如安防、燈光控制、窗簾控制、煤氣閥控制、信息家電、場景聯動、地板采暖、健康保健、衛生防疫、安防保安等有機地結合在一起,通過網絡化綜合智能控制和管理,實現“以人為本”的全新家居生活體驗。
物聯網應用之二智能農業
大家都知道,農業是我國的基礎性產業,不僅解決了我們的溫飽問題,而且還是我們其它產業的重要支撐。國家對發展農業從來沒放松過,特別是科技農業的發展。智慧農業是推動城鄉發展一體化的戰略引擎。
智能農業(或稱工廠化農業),是指在相對可控的環境條件下,采用工業化生產,實現集約高效可持續發展的現代超前農業生產方式,就是農業先進設施與陸地相配套、具有高度的技術規范和高效益的集約化規模經營的生產方式。
可穿戴智能設備
2013年,可穿戴技術的崛起為硬件創新添上了濃墨重彩的一筆。從谷歌眼鏡到Eyephone,從Fitbit到inWatch,從美國到加拿大,從以色列到中國,從大眾化的應用到特定行業的專業工具.來自全球的硬件創新者正在用他們的才智譜寫可穿戴技術的元年。雖然可穿戴技術剛剛起步,完善的產業鏈遠未形成,但可以相信的是:它正在帶領我們以全新的方式認識世界,認識自我;它將成為互聯網時代硬件創新的重要分水嶺
未來世界,我們的手表衣服鞋子襪子,都可以嵌入智能化芯片,多功能和物聯網連接。最近,就是在今年的9月9號-11號,英特爾公司領導就是戴著她們公司開發的智能手鐲在美國舊金山開會時對她們公司開發的可穿戴智能設備進行宣講。可穿戴智能設備做為物聯網設備中的一類,由世界上很有實力的英特爾公司最新推出,在世界上應該算是新生事物,而且有很強的生命力,很有可能像觸屏式蘋果手機在世界上流行起來。目前的可穿戴設備的宣講,可能是我們以后時尚生活的一部分。今天我們對物聯網專業的學習,可能對我們以后一生的生活產生影響。現在全球有22億聯網設備,到2020年也就是還有6年,全球聯網的物體將猛增到500億件。以后不連網將是獨特,連接將是普遍。
關鍵詞:計算機網絡;專業設置;物聯網
中圖分類號:TP311 文獻標識碼:A 文章編:1009-3044(2016)31-0112-02
1引言
物聯網是1999年提出的,是繼計算機、互聯網與移動通信網之后的又一次信息產業浪潮,是一個全新的技術領域,包含RFID射頻技術、有線傳感技術、無線傳感技術、數據交換與網絡異構、終端管理等關鍵技術。
在國外:美國提出“智慧地球”;2009年10月,歐盟委員會以政策文件的形式對外了物聯網戰略,提出要讓歐洲在基于互聯網的智能基礎設施發展上領先全球;日本在2004年提出了U-Japan計劃,2006年提出了I-Japan戰略2015;韓國在2004年3月提出了U-Korea戰略等。
在國內:2009年8月和12月,提出建立"感知中國"。2011年11月末國家又制定了物聯網十二五發展規劃。近年來,我國中央政府及各地方政府對物聯網產業的政策扶持力度不斷深入,“政策先行、技術主導、需求驅動”成為了我國物聯網發展的主要模式。經過多年的發展,我國物聯網產業規模已經從2009年的1700多億元增長到2014年的6000多億元,預計,2016年物聯網規模將達到8500億元,年復合增長率超過30%。到2020年,物聯網產業規模要比信息互聯網大30倍,是典型的朝陽產業。在這樣的背景下,2011年有近40所知名院校獲批開辦物聯網專業、2012年又有30多所院校獲批開辦物聯網專業,2013年有些中職學校也開始開設物聯網相關方向的專業,我校在《廈門市人民政府關于加強職業培訓促進就業的實施意見》(廈府[2011]219號)文件精神下,結合海峽西岸經濟區建設發展戰略,根據我校辦學及專業的特色和優勢,也在計算機網絡技術專業下與廈門軟件職業技術學院聯合開辦了物聯網方向的5年制高職班)。
1在中職學校開設物聯網專業的意義
中職學校當下的教育目標是將學生造就成為未來社會發展的主體,使學生成為會學習,能工作且自立于社會的人;成為探求新知不斷完善自我、主動適應社會發展和職業變革的人。中職學生有了寬厚的知識和扎實的基礎能力,有了正確的價值觀、人身觀和科學的思維方法,就會極大地促進學生廣泛就業的適應能力,成為一專多能、一專多技的應用型人才。
物聯網產業的發展和普及,急需大量的相關研究人才,高等學校爭相開設的物聯網專業,培養的大都是這一類型的人才,主要為企業培養物聯網技術系統設計,系統及設備的硬件設計制造及軟件代碼編寫等方面的人才。同時,在物聯網技術的創新發展和應用推廣等,還需要大量中低端的應用型技術人才,職業院校的培養目標就是為社會培養這類工程技術類人才。隨著物聯網產業的發展和普及,在工程技術領域,還需要大量的一線技術人才。物聯網技術的發展和物聯網設備的規范和統一,為中職學生成為物聯網工程技術一線技術人才創造了可能,在中等職業學校開設物聯網應用技術專業也成了當務之急的事。
學生在畢業后要能夠依據行業及社會現實,通過對各種信息進行收集分析、整合判斷,對計算機網絡行業的發展趨向有所預測。現在一生從事多種職業已成為普遍現象。這就要求中職畢業生要想得到很好地發展,不僅要對本行業的前景有預測能力,還要對相關行業或可能從事的行業乃至社會的發展做出預測。進而能夠根據行業及社會的發展要求,不斷調適自己,以適應社會,立于不敗之地。
2用物聯網思想向中職計算機網絡技術專業的滲透
2.1入學的專業介紹
現階段的初中生在中考結束,報考中職學校時選擇專業具有盲目性,對將要學習的專業認識嚴重不足。甚至有相當一部分學生對本專業有著認識的誤區,片面地認為學計算機網絡就是“玩”電腦聯網游戲。因此,中職學校在新生入學時,非常有必要向學生介紹計算機網絡專業的內容和特點,同時也把物聯網介紹給學生。從物聯網的技術支持到物聯網的現實應用,讓學生真實地感知“物聯網時代”就像“互聯網時代”一樣已經洶涌澎湃地向我們走來,并且我們所學的計算機網絡專業正是這浪潮的最前峰技術甚至是主力技術。這種學前的引導,對每位選擇計算機網絡專業的學生都是一種激勵。
2.2 學生的專業學習
物聯網技術是通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、無線傳感器網絡、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。技術上,中職學校計算機網絡專業課程與物聯網聯系緊密以及相關聯內容的是多方面的。在信息傳輸技術方面,關于信息的物理傳輸介質、組網技術、信息傳輸方式、路由協議和算法等知識內容都與網絡技術相通;在信息處理技術方面,關于數據存儲技術、數據加密、數據管理技術、數據安全機制、海量數據處理等知識內容也是相類似的。對于文化基礎不是很好的中職生來說是比較難于理解掌握的部分,也是需要我們計算機教師想方設法利用各教學方法手段來完成這個教學目標,以達到良好的教學效果。
應用上,中職學校計算機專業普遍都會開設的圖形圖像設計、網頁制作、動態網頁制作、動畫制作、視頻剪輯等課程的知識內容在物聯網上應用都具有舉足輕重的地位。由于物聯網的真正內涵是讓人們去真正實現“物―物”相連,“物―人―信息―社會”相通,即是讓人們能輕松去“感知”這個物的世界,因此,“交互性”是各種物聯網應用的重要體現。據此,教師在教授像Photoshop、網絡操作系統、網絡設備調試等課程時,應打破以往的教學常規,利用項目教學法、學習德國職業教育模式、校企合作、微課教學、Mooc教學、混合式教學、頂崗實習等模式進行教學,這些對于物聯網即將來臨時代的中職計算機網絡專業的學生來說,是他們職業生涯的珍貴的基石。
2.3 學生的就業指導
職業類院校培養的學生主要從事安裝、調試、維護、生產、營銷和推廣等工作。物聯網是一個智能的網絡,它在現實生活中方方面面的應用,涵蓋了交通、建筑、家居、環境監測、農業、食品安全、健康醫療、軍事車防、電網、物流等很多行業。縱觀物聯網的從業崗位,對于技術人員,尤其是建設調試、維修保養、技術服務、營銷推廣等工作,不需要非常深的理論知識,只需要掌握相關的操作規范與標準,具備最基礎的專業知識,具備相應崗位必備的技能技巧即可以,正符合中職學校學生基礎比較薄弱、學習主動性差、動手能力強、適合奔波式工作的職業特色,所以對于當前人才需求量大的物聯網技術相關行業中必然會有相關崗位需要我們中職學校的計算機網絡專業學生去就職。
3用物聯網思想向中職計算機網絡技術專業的課程調整
3.1 調整網絡技術專業化方向
目前,中職計算機網絡主要有網絡技術專業化方向、網站建設與管理專業化方向。以計算機網絡技術專業化為例,該專業化的學生學習以網絡硬件操作為主線,該專業的畢業生具有網絡基礎知識、網絡操作系統的安裝維護、網絡設備的安裝、調試和配置、中、小型網絡建設、管理和安全維護的能力。能夠從事網絡結構化綜合布線、網絡設備的安裝、配置和調試、網絡運行維護與安全管理工作,也可以從事網絡設備的銷售及售后服務等工作,但對物聯網系統的概念、RFID、各種傳感器、物聯設備的安裝、調試等工作不了解。需要適時調整專業化方向,在課程設置上融入物聯網思想。為物聯網產業時代的到來儲備好人才。
3.2 計算機網絡技術專業化課程設置
中職計算機網絡專業的課程設置分為文化基礎課、專業基礎課程、專業核心課程和專業化課程。原來的網絡技術專業基礎課程由:網絡基礎,計算機組裝與維護,PS圖形圖像處理;專業核心課程有:Acess數據庫、網絡操作系統(Windows Server 2008/Linux)、網頁制作;專業化方向課程有:網絡設備配置與管理、計算機網絡安全基礎、動態網站開發,網絡布線技術。以上專業課程均沒有涉及物聯網思想的內容,因此可以通過修訂人才培養方案和課程標準的途徑,在專業化課程設置時融入物聯網思想相關的課程,如:專業基礎課程加入物聯網技術導論,電工基礎、C/C++程序設計;專業核心課程加入電路分析、傳感器及WSN技術、RFID及二維碼技術、SQL Server安裝配置與管理;專業化方向課程加入.NET應用程序開發、智能家居綜合實訓、安卓物聯網應用程序開發、智慧生活綜合實訓、物聯網工程設計與實施、智能追溯綜合實訓等課程,提升專業課程與物聯網產業的吻合度。
將學生的素質提高和能力培養應貫穿始終。重視文化基礎課教育,促進學生德、智、體、美全面發展,提高學生的基本素質。專業基礎課程、專業核心課程和專業化方向課程應注意培養學生的職業素養,增強學生的企業意識、崗位意識、工程意識和規范意識,同時還要培養團隊合作能力,鍛煉學生的項目組織與管理能力,從而提高學生為物聯網產業服務的能力。
3.3 教師更新物聯網新思想,更新教學內容
當前,物聯網技術正在蓬勃發展,而學生所使用的教材跟不上物聯網產業的發展,更落后于技術、產品的更新換代速度,與生產、生活實際脫節。所以,學校應安排一線教師到物聯網相關企業進行培訓,學習物聯網的新理論、新技術、新方法、新工藝、新設備等新知識;一線教師應把學到的新知識帶回學校并積極開展專業課程教學內容改革,更新教學內容,讓學生能夠跟上物聯網產業發展的步伐,為學生今后能夠順利地在物聯網相關行業、產業找到合適的崗位,并為學生晉升高一級學府學習奠定良好的基礎。
4結束語
總之,物聯網時代已到來了,中職學校作為培養中低端的應用型技術人才的搖籃,要根據時代的發展,用物聯網思想對計算機網絡專業學生進行專業滲透,調整專業的人才培養模式中的專業課程。通過對行業、企業調研,占領人才培養的制高點,緊跟時代步伐,為中職學校計算機網絡專業的改革和發展提供思路和方法,從而使計算機網絡專業的畢業生能順利踏入社會,找到理想的及與所學專業相關的崗位進行就業。
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