物联网技术基础与实践范文
时间:2023-10-11 17:24:52
导语:如何才能写好一篇物联网技术基础与实践,这就需要搜集整理更多的资料和文献,欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文,供你借鉴。
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关键词:物联网;数据分析;网络拓扑;节点管控
中国分类号:TP311・1文献标识码:A文章编号:10053824(2013)03003004
0引言
物联网(internet of things, IoT)是指将各种信息感知设备及系统通过接入网络与互联网结合起来而形成的巨大的智能网络[12]。物联网作为一次技术革命,代表了通信技术和计算技术的未来,被称作继计算机和互联网之后,世界信息产业的第三次浪潮[3],受到了世界各国政府和科研机构的广泛关注[4]。
作为物联网的主要支撑技术之一[5],信息处理软件直接影响着物联网的用户体验及其进一步发展[67]。但是已有的物联网数据处理软件的功能较为单一,可扩展性不足,应用领域受限。为了改善物联网数据处理软件的功能性和扩展性,为用户提供快速、高效的物联网实时管控方案,本文设计并实现了一种模块化的多功能的物联网数据分析与处理软件。该软件采用模块化设计,以VC++ 6.0作为主控模块实现环境,便于在Windows系统环境下方便地使用本软件;服务器采用Apache Tomcat 6.0搭建;数据库模块基于MySQL 6.0实现,以保证软件的易扩展性和稳定性;拓扑显示模块采用Flex和flash player ActivX 10.0进行开发,以改善用户体验。
1软件的总体设计
1.1主要功能
本软件旨在为用户提供一套快速、高效的物联网实时数据处理与管控方案,其主要功能包括以下几个方面。
1)网络数据解析和处理功能:软件可对物联网数据进行协议解析、分析、处理和存储等操作,并同相邻网络层设备进行数据交互。
2)网络数据的存储功能:软件可通过数据库读写操作,将网络重要历史数据存储于远程数据库中,并可进行读取等操作,为物联网网络管理人员提供便利。
3)网络拓扑显示功能:软件采用FLEX技术绘制目标物联网网络拓扑,并通过定时发送拓扑数据请求实现网络拓扑状态图的实时更新,提供了优越的用户体验。
4)网络信息查询和控制功能:本软件集成了网络节点信息的显示、查询能力,用户可对网络节点相关状态进行针对性的查询;同时,提供网络属性调整和节点控制功能,用户可根据实际需要修改网络节点参数,控制网络运行情况。
1.2软件系统总体架构
本软件系统运行于C/S架构的服务器平台上,作为远端服务器控制软件完成网络监听与数据包接收、网络数据分析处理、网络拓扑状态显示以及节点信息查询与控制等物联网管控工作。系统总体组织架构图如图1所示。
图1软件总体架构图软件功能模块主要由6个部分组成,分别是网络通信模块、参数设置模块、数据处理模块、拓扑显示模块、信息查询模块和数据库交互模块,如图2所示。其中,网络通信模块完成底层的网络通信工作;参数设置模块接收并设定用户输入的软件工作基本参数;数据处理模块负责数据包的解析、判别和数据分类处理工作;拓扑显示模块负责为用户提供网络拓扑和节点简要信息的显示;信息查询模块为用户提供网络节点详细属性的查询和节点控制;数据库模块负责完成网络数据的存储和查询等工作。
图2软件系统功能模块1.3软件系统工作流程
本软件功能模块间的数据流关系如图3所示。各模块间通过相应接口完成网络数据的上传、分析与处理和控制命令的下发操作。首先,软件接收来自网络的各类型数据,并对其进行分类与解析。随后,软件将数据处理结果通过数据库模块进行存储。在此基础上,拓扑显示模块和信息查询模块分别通过查询/更新数据库进行信息显示和用户控制指令的下发操作。数据处理模块和数据库模块扫描数据库中的相应表项,提取控制信息后通过网络通信模块下发至目标网络。
图3软件工作流程图2主要功能模块的实现
2.1网络通信功能模块
网络通信模块是本软件的底层数据通信模块,该模块采用完成端口模型(I/O completion port, IOCP)作为本软件的网络服务引擎,由于IOCP规定了并行线程的数量,并使用线程池对线程进行管理,从而避免了反复创建线程和线程调度的开销,提高了本软件的并行处理能力。该模块通过构造完成端口模型类(IOCPModeSvr),使用CreatIOCompletionPort()函数创建完成端口对象;构造ListenProc()函数监听来自物联网感知层网络网关节点的连接请求;使用bool CIOCPModeSvr::SendMsg()函数响应上层控制命令的下发要求,向客户端发送控制命令帧。
2.2数据分析与处理功能模块
数据处理模块是物联网数据分析与处理软件的关键组成模块之一。该模块接收来自底层网络模块的数据帧,并进行分类、分析、处理及重构等操作,为上层数据应用奠定数据预处理基础。通过创建DataProc类实现该模块,具体包括:
1)通过内联函数checkType()快速解析由底层网络上传的数据帧的协议类型与数据类型;
2)构造getInt()、getRangeString()等函数完成数据帧的数据进制与格式转换;
3)使用ProcessRecvData()函数分析数据帧,重构出信息处理所需数据;
4)完成相应数据处理功能,主要包括数据聚类、数据计算、数据范围判断、数据异常的处理、反馈数据帧的构造。
2.3参数设置模块
参数设置模块是物联网数据分析与处理软件的系统参数初始化模块,该模块读取用户设置的软件运行参数,并对软件进行相应运行参数初始化。该模块响应用户参数设置操作,读取参数并判断参数是否有效。若参数设置有效,则对软件相应运行参数进行修改,同时显示软件当前连接状态,界面实现如图4所示。
图4参数设置界面
2.4数据库与Web服务器
本软件采用MySQL数据库进行原始数据的存放,其中已经直接保存了经由数据分析与处理模块上传的全部数据,主要数据表包括:表node_topu_stat,用以存储网络所有原始拓扑信息;表node_info_stat,存储网络节点上传的状态信息;表control_stat,负责存储用户的查询和控制指令。由于上层的拓扑展示模块所需要的是最新的数据信息,因而需要Web服务器模块将冗余的原始数据进行初步处理,为拓扑显示模块提供无冗余的信息,以实现基于拓扑图的物联网实时监控。首先,通过对数据库中各分类表加入触发器实现数据的初步提取。其次,在本模块中,数据处理模块所生成的最新数据进一步转换为能够表示拓扑图的XML文件,即将节点所上传的邻居表转换为节点与边的关系。本系统中使用了Web服务器所能支持的JSP技术实现了实时访问数据库生成转换数据的功能,拓扑控制模块直接访问该页面的地址,即可实现拓扑数据的获取,如图5所示。
图5数据库与Web服务器2.5拓扑显示模块
网络拓扑显示模块是与用户进行交互的主要模块,用户通过点击“网络拓扑”访问拓扑展示模块。该模块通过定时向Web服务器数据处理模块发起拓扑数据请求实现网络拓扑的实时更新。通过向数据处理模块获取拓扑XML数据,图形界面将其转化为拓扑图中的“节点”与“边”的实际图形对象,并将其他附加数据作为标签保存在给节点,方便用户查看。模块工作流程及实现界面分别如图6和图7所示。
图6拓扑显示模块图7拓扑显示界面2.6信息查询与控制
本模块中的查询控制功能是指对物联网可控节点发送控制指令。查询控制指令与拓扑数据一样,需要经过数据库作为中转,整个中转回传的代码构成了控制模块。控制指令需要根据实现指定的通信协议发送。在控制指令的收集窗口中,用户可以进行相应的选择,控制模块负责将用户在窗体中的选择输出至与数据库相连的JSP页面,并由JSP页面将其存入数据库中。网关通过定期与服务器通信获得最新的操作指令,将其转换为控制指令最终发送至物联网节点,实现界面如图8所示。
3结束语
本文设计并实现了一种多功能物联网数据分析与处理软件。该软件通过网络监听、数据分析处理、网络拓扑显示以及节点信息查询与控制等功能模块实现对物联网数据的有效处理。通过将该软件移植于实际物联网应用环境,验证了该软件能够快速、高效地处理网络数据,且易于扩展,为多模异构网络条件下的物联网创新应用平台构建提供了新的思路。
图8信息查询与控制界面
参考文献:
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关键词:物联网技术;计算机网络工程专业;学科建设
现代社会发展过程中,对于计算机网络专业人才的培养力度不断加大,究其原因,科学技术创新速度加快,若国内科技产业发展水平不高,则会直接影响我国在国际范围内的地位与经济实力,也同样会制约国家发展与进步。为此,对于计算机网络专业技术人才的需求量必然会增加。在这种情况下,国内高校对于计算机网络专业人才教育与培养给予了高度的重视,要想培养出专业的计算机人才,大部分高等院校计算机网络工程专业的建设都引入了物联网技术,并且确定了该专业建设方向与目标。
1计算机网络工程建设现状
目前,国内已高度重视物联网技术在计算机网络工程建设中的应用,但是通过计算机网络工程的建设状况可以发现,计算机网络工程在实际建设方面仍存在诸多不完善的地方。其中,绝大部分高等院校专业课程体系并不健全,而且教学规划并不科学与合理,物联网技术方面的师资严重不足,甚至在实验室设备方面也有待完善。以上问题都对国内物联网技术专业人才的教育以及培养产生了直接的影响[1]。除此之外,还有很多高校对于计算机网络工程课程并不重视,形式化严重。根据上述研究与分析可以发现,这也是国内计算机人才缺失的根本原因。为此,要想实现高等院校对物联网技术的充分利用,确保计算机网络工程项目得以科学合理地建设,就必须要高度重视专业人才的培养,有效采用正确方法,不断增强高等院校观念与意识。因为高等院校是计算机专业人才集中的场所,因而必须要发挥自身的主导性作用,以保证学生能够更主动地探索计算机网络工程的建设途径,实现该专业的全面可持续发展。
2基于物联网技术的计算机网络工程专业建设路径
2.1物联网发展方向的确定
物联网技术与互联网技术之间存在紧密的联系,在物联网技术当中包含互联网技术,同样也包含射频标签与传感器网络技术,有效地实现了物和物以及人和物之间的智能化沟通与对话,同时构建现代化网络信息系统[2]。以物联网技术为切入点展开分析,要想实现物联网技术的全面发展,就一定要有计算机设计作为重要基础,因为计算机学科是推动物联网知识完善的前提。站在物联网技术结构角度分析,物联网技术可以细化成三个层次,即感知层、网络层与应用层。实际研究结果表明,传统计算机网络工程专业的建设更关注对学生计算机软件开发与应用的引导,通常都是将设计和搭建作为核心,营造计算机网络的教学氛围。在教育教学实践中,物联网技术在计算机网络工程建设中并未得到充分运用,反而是传统的计算机网络工程专业更为突出[3]。所以,要想将物联网技术的作用充分发挥出来,那么专业工作人员不仅仅需要掌握与物联网技术相关的知识以及资料,同样也应确定物联网技术未来发展的具体方向,正确认识物联网技术在计算机网络工程中的重要作用,同时补充应用层以及感知层的知识内容。在此基础上,专业人员还需要合理借鉴传统计算机网络工程具备的优良特点,有机融入物联网技术,进而不断调整并改善计算机网络专业的课程内容,全面培养物联网技术的专业人才。
2.2计算机网络工程专业人才的全面培养
现阶段,我国社会的局势变化速度较快,而在发展的过程中高度重视各方面人才培养,特别是计算机专业人才培养,已逐渐成为国民关注的重点。但是,因为不同高等院校的侧重点存在差异,因而在计算机网络工程教学方面同样存在不同之处[4]。在这种情况下,培养计算机网络工程专业人才时,教育部门必须要构建更为健全的教育教学机制,同时配备充足软件设施以及硬件设施。另外,因物联网技术的实践应用范围较广,所以高等院校在计算机网络工程教学实施的过程中,必须要深入分析物联网技术,同时构建独具特色的教学模式,必须保证计算机网络工程教学形式改革的合理性,并且因地制宜,才能够更进一步创新教学的内容和方法,以保证调动起计算机专业学生学习的积极性,更积极地参与实践教学。这样一来,基于物联网技术构建计算机网络技术工程并培养专业人才才能够取得更为理想的成绩。
2.3网络工程培养模式的建立与健全
要想进一步提高计算机网络工程项目的建设效率,高等院校则需要在实践过程中形成更加完整与健全的网络工程培养模式。根据实践研究结果可以发现,网络工程的培养模式的具体组成有四个部分,即人才专业地位、创新能力的培养、人才培养模式的评价机制以及知识结构[5]。而在以上四个组成部分当中,创新能力与人才培养模式的评价机制占据重要的地位。究其原因,高等院校只有全面创新自身的思想观念,才能够与时展需求相适应,进而构建更具特色优势的网络模式,正确指导并教育计算机网络专业学生,全面培养学生的创新思维能力与自主学习能力。也只有人才培养模式评价机制更加完善,才能够及时发现高等院校培养模式存在的问题,及时采取措施予以弥补。科学合理的教学模式可以为学生提供高质量的教学内容,培养学生的综合能力。以某高等院校为例,其内部设立了“食品营养与安全”以及“工业发酵微生物”等重点实验室以及教育部,并且在食品科学以及生物工程等相关领域取得了理想的研究成果。基于该院校所具备的优势学科,即食品与生物工程,计算机学院网络工程专业就可以将食品安全和生物发酵控制物联网作为应用领域,与食品学院以及生物学院中的专业教学资源相互结合,拓展网络工程专业培养的方向。而在诸多学科交叉与融合的基础上,将轻工行业物联网的应用作为主要特色,构建计算机网络工程专业培养机制。
3基于物联网技术的计算机网络工程专业建设优化策略
物联网技术的运用并不仅局限在计算机网络工程建设过程中,同样可以将其融入到其他专业当中。为此,各高等院校应积极构建更具特色与优势的网络工程建设培养系统[6]。与培养的实际状况以及资料数据相互结合,确定物联网技术的具体培养目标,全面创新课程体系。除此之外,还应与时俱进,充分考虑科学技术发生的变化,适当调整计算机教学大纲,有效补充传统教学方案内容,以保证为学生创造更加理想的学习条件,确保教育教学的特色,在毕业以后学生能够彰显自身实力,提高就业能力以及市场竞争实力。
3.1计算机网络工程专业培养目标
基于物联网技术,计算机网络工程专业的建设应将现代信息处理技术作为重要对象,全面培养学生的科学素养,以保证学生可以在毕业以后将物联网技术应用在轻工行业、科研单位以及信息产业中,成长为更具专业行业知识与技能的应用型人才。在此过程中,需有效培养学生的通信技术、传感技术以及网络技术等基本理论以及应用能力,以实现系统化地集成和技术的开发、应用、推广,提高自身的物联网工程实践水平。对于学生的专业能力培养需要满足以下要求:(1)掌握计算机科学和技术、网络工程等方面的理论以及方法,并具备丰富的基础理论知识;(2)全面掌握传感器技术以及无线通信等相关物联网感知层关键技术的知识以及技能;(3)具有各种类型网络系统运维能力,并具备较高水平的分析、开发以及设计的能力,同时软件编程的能力要突出;(4)可以从事轻工行业中物联网领域的科学研究;(5)深入了解计算机网络与物联网行业的发展动态以及技术标准,熟悉与掌握资料查询以及文献检索的基本方法,能够通过互联网的合理运用获得所需信息内容,并具备信息获取的能力[7]。
3.2计算机网络工程专业的主干课程
对于计算机网络工程专业而言,其物联网方面的课程设置应将专业的培养目标作为重点方向,全面提升学生的动手能力,强化其创新思维。而学生则能够在学习计算机网络和物联网基本理论与知识的过程中,掌握网络分析以及设计方法,同样具备灵活应用物联网的技能。在物联网当中,感知层的作用就是感知并采集现实世界当中的信息,所以,网络工程专业的物联网课程设置应将当前计算机物理层课程作为重要基础,有效结合通信原理、射频技术、传感器技术以及无线通信等多方面的课程内容,使学生能够更深入地理解与物联网感知层相关的理论知识。而针对物联网的网络层,在传统网络工程专业中,已涵盖大部分知识内容,只需将无线传感网络与自组网的理论课程融入其中,即可有效增强学生对于物联网网络层的理解与认知。对于物联网的应用层,其重要的作用就是可以考虑各个行业发展的具体需求构建信息管理平台,同时充分结合行业应用的具体特点,集成相关的内容服务。与应用层特点相互结合,各个院校能够与自身的优势学科相互结合,进而设置具有独特行业特色的物联网信息处理技术、物联网应用程序设计以及无线自组网的应用等相关课程教学[8]。与物联网安全技术相关的课程并不仅仅包含物联网中的三个层次,同样也包含嵌入式知识课程内容。综合性考虑既有网络工程专业课程设置,计算机网络工程专业的物联网课程所包含的内容主要有:网络程序的设计、物联网应用程序的设计、计算机组成原理、离散数学、物联网安全技术、数据结构、数据库原理、网络系统的集成、计算机网络、网络管理、物联网信息处理技术、射频技术和无线通信等。
3.3计算机网络工程专业的专业实验
通过设置专业实验,能够全面培养学生计算机网络技术以及物联网技术的学习与开发能力,并构建综合性平台,以保证学生自身的动手能力与创新能力得到全面提升,使其更加熟悉与了解网络工程以及物联网原理与实践应用。网络工程专业实践环节主要包含了五个部分,即毕业实习阶段、计算机基础练习阶段、课程设计阶段、生产实习阶段与毕业设计阶段。而对于专业实验而言,则主要有面向对象课程的设计、无线传感器网络课程的设计、物联网综合应用课程的设计以及数据结构和C语言课程的设计等。
4结语
综上所述,在物联网时代背景下,物联网技术将被广泛应用在社会各个领域当中,而人才培养是推动该行业发展的根本要素,所以,要想满足物联网行业对于复合型人才的实际需求,有必要深入分析并探讨物联网技术基础上的计算机网络工程专业建设,同时应有效结合传统的网络工程专业和学校内部优势学科,在有机整合跨学科专业资源的基础上,积极成立更具行业特色的应用创新人才的培养模式。本文针对计算机网络工程专业的物联网人才培养目标、主干课程以及创新能力培养方式以及培养模式评价机制展开了深入探讨,进一步推动了高等院校网络工程专业的全面可持续发展,同样也使得高等院校计算机网络专业的发展方向更加明确与合理。
参考文献
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一、专业人才培养目标的确定
《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010―2020年)》(以下简称《刚要》)明确指出,“加强学校之间、校企之间、学校与科研机构之间合作以及中外合作等多种联合培养方式,形成体系开放、机制灵活、渠道互通、选择多样的人才培养体制。”
本研究以《刚要》为指导方针,依托国家实行“大交通”的行业背景和目前高职院校现有办学条件,将物联网技术与应用高职本科专业人才培养目标确定为:适应社会经济发展和物流行业发展需要,面向物流行业物联网管理与技术应用岗位,培养了解物联网相关法规和发展动态,懂得现代物流管理相关知识、物联网基本理念和物联网核心技术原理,能够熟练运用计算机、网络信息技术和物联网应用软件从事物联网系统规划、管理与应用等工作,具备规划、运行和维护物联网的基本能力、物联网项目实施管理能力的专业基础扎实、综合素质优良、职业道德高尚、操作能力和专业发展能力突出、专业特长鲜明的高素质高技能物联网复合应用型人才。
二、“校企融合”专业办学模式
1.建立多方参与的专业指导委员会
聘请行业、企业专家建立具有职业特色的专业指导委员会,广泛吸纳行业、企业全方位、全过程参与专业的人才培养工作。专业指导委员会定期或不定期针对行业发展变化、职业岗位需求、职业能力要求对专业发展方向、专业人才培养定位、专业课程体系进行把脉,确保专业建设和发展方向与职业岗位紧密对接。
专业指导委员会将在专业建设、课程建设、教材开发、师资队伍培养、教学方式方法改革等方面制定和实施科学的质量评价标准,建立行业企业参与的质量评价机制。
2.实行柔性化教学改革
聘请高层次专家团队和客座教授,把企业、行业的新知识、新理念、新技术带入课堂,不断更新和拓展教学内容。以现有校外实习实训基地为基础进行深层次的产学融合,实现校企共赢。
与相关行业协会形成紧密互动,在技能证书和员工培训、科研、实习、招聘等方面为行业发展、企业发展提供服务。
三、“四融合”人才培养模式
1.人才培养目标与行业企业需求相融合
依托物流行业,根据行业企业物联网复合应用型人才需求制定专业人才培养目标,对行业企业发展和人才需求的变化做出及时响应,以需求为导向修订专业人才培养目标,使专业人才培养目标与行业企业需求深度对接。
2.课程体系与职业标准相融合
基于物流领域的物联网技术与应用高职本科专业课程体系的构建应综合考虑国家物流师职业标准和物联网技术与应用职业标准,依据职业标准制定专业职业能力标准。专业职业能力标准包括:专业基础能力、专业核心能力、专业拓展能力,并以专业职业能力标准为依据设计课程体系。
3.教学过程与工作过程相融合
以“工作过程”为导向开发项目课程。课程开发来源于企业典型工作岗位,课程内容来源于实际工作任务和工作情境,将教学过程和真实工作过程进行“融合”。
4.理论教学与实践教学相融合
理论知识来源于实践积累和总结,又反过来指导实践,实践是培养学生职业能力的有力支撑。因此,不但要在课程内、课程间、学期间将理论教学与实践教学内容相融合,设计课内实践、集中实践、课外实践,还要在课程考核中实行课程内、课程间、学期间专业系列化课程的理论教学与实践教学“双合格”考核制度。
四、课程体系构建
基于物流行业的物联网技术与应用高职本科专业,课程体系要充分考虑专业的理论基础和物流行业发展需要,因此课程设置需要整合相关交叉专业的特点,以“宽、专、交”的知识体系为目标,注重课程体系的交叉融合。针对本专业人才培养目标,加强与物流企业的互动合作,以工作任务为中心、以项目课程为主体,通过职业岗位调研、职业能力探析、职业情景搭建,引入行业企业技术标准,构建“物流企业管理与物联网技术应用相结合”的课程体系。
课程体系结构主要划分为通识课程、专业课程及实践课程三大类。其中,专业课程根据专业知识学习的承接性和重要性又分为专业基础课程、专业核心课程、专业拓展课程,突出“复合应用型”人才培养。如图1所示。实践课程为凸显高职类院校应用型本科专业特色,与本科院校物联网相关专业实行“差异化经营”,加大了实践课程比重,将实践课程又分为课内实践课程、集中实践课程、课外实践课程,在课程体系设计中具体体现与本科院校相区别的“理实交互”特色,即课程内部理实交互、课程之间理实交互、课程体系理实交互。
图1 课程体系结构图
1.通识课程
通识课程主要包括:政治与国防教育、体育、高等数学、线性代数、大学英语、计算机应用等。通过通识课程的学习,使学生具备当代大学生应有的思想政治觉悟,对事物有着正确的审美观,有良好的身体素质,健康的心理,积极向上的精神,对英语、计算机应用、网络技术等现代信息技术有较好掌握,并能熟练应用。
2.专业课程
专业课程主要包括专业基础课程、专业核心课程和专业拓展课程三部分。
2.1专业基础课程
专业基础课程主要包括:计算机硬件技术基础、计算机网络基础、数据库原理与应用、管理信息系统、物流经济学、管理学原理、C语言程序设计、现代物流管理、物联网导论,使学生达到本专业培养目标所必须的专业基础知识。
2.2专业核心课程
专业核心课程包括:物联网技术原理与应用、传感器原理与应用、无线通信原理与应用、物联网信息管理与维护、物联网终端设备选配、数据备份与恢复技术、嵌入式应用系统、射频识别技术与应用、物联网安全与管理、物流信息技术、ERP原理与应用、二维条形码技术原理与应用、仓储与配送管理、物流供应链管理、物联网应用案例、多媒体技术与应用等,使学生达到本专业培养目标所必需的核心知识。
2.3专业拓展课程
专业拓展课程包括:物流统计、市场营销、运筹学、电子商务物流、物联网英语、管理与沟通等,使学生在达到专业培养目标所需知识的基础上,具有一定的知识拓展和能力上升空间。
3.实践课程
实践课程包括:课内实践课、课外实践课和集中实践课。集中实践课主要包括:管理基本技能实训、供应链业务实训、ERP业务实训、职能仓储管理实训、智能物流供应链管理实训、车辆调度实训、立体苦点、线、面业务实训、企业物联网构建方案设计等。通过实践课程,使学生具备本专业培养目标的核心能力。
篇4
关键词:物联网;实践教学;项目实训
中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1009-3044(2012)12-2922-03
1背景
物联网源于传感网和射频识别技术,通过网络技术将传感网信息和RFID信息进行远距离识别和处理。国际电信联盟在2005年了针对物联网的年度报告“Internet of Things”,报告指出RFID和智能计算等技术开启全球物品互连的时代,信息与通信技术的发展已经从任何时间、任何地点连接任何人,发展到连接任何物体的阶段,物联网时代即将来临[1]。一般认为物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息载体,让所有能被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。普通对象设备化,自治终端互联化和普适服务智能化是其三个重要特征[2]。
近年来物联网在学术界和产业界来得到广泛关注,2008年国际上召开了第一届国际物联网学术交流会[3],欧洲物联网研究项目组2009年11月物联网战略路线图,促进射频识别和物联网产业在欧盟发展,欧盟委员会提出针对物联网行动方案,明确表示在技术层面将给予大量资金支持。2009年8月总理在无锡考察传感网产业发展时要求尽快建立中国的传感信息中心,或者叫“感知中国”中心。物联网可广泛应用于产业,环境和社会领域。典型应用案例包括物流业务,制造业的产品跟踪,食品药品安全,环境监控,绿色节能,社会服务等多个方面。当前无线射频识别产业市场规模超过100亿元。我国有1600多家企事业单位从事传感器的研制、生产和应用,年产量达24亿只,市场规模超过900亿元,其中,微机电系统(MEMS)传感器市场规模超过150亿元;通信设备制造业具有较强的国际竞争力。建成全球最大、技术先进的公共通信网和互联网。机器到机器(M2M)终端数量接近1000万,形成全球最大的M2M市场之一。据不完全统计,我国2010年物联网市场规模接近2000亿元[4]。
在全国范围的物联网技术发展热潮下,物联网技术人才紧缺问题日益突出。我国物联网技术的发展从根本上取决于相关人才的素质和结构。产业的竞争从根本上就是人才的竞争,未来中国物联网产业的强劲发展,需要大力培养物联网技术专门人才,不断提高相关人才的素质和知识结构,以及不断的完善人才的合理结构与供应体系。物联网技术也必将成为我国信息领域的一个关键学科,在未来我国信息产业的发展与升级中发挥核心的作用。
2物联网专业定位与培养目标
物联网行业作为一项战略性新兴产业,其繁荣发展需要大量精通物联网信息技术的科学技术人才。我国非常重视物联网产业的发展,被列为国家五大新兴战略性产业之一,一些城市也把物联网产业列为新的经济增长点。物联网产业具有产业链长、涉及多个产业群的特点,物联网产业的长足发展将直接推动物联网工程专业类毕业生的就业工作。面对国家产业发展的战略重点和激烈的人才竞争,面向市场需求,加大物联网工程技术人才培养力度,已经成为当前高等教育改革与发展的一项重要和紧迫任务。
物联网工程专业面向现代信息处理技术,针对国民经济信息化建设和发展的需要,本专业培养的学生要求德智体全面发展,具备扎实的计算机科学技术、现代传感器和无线网络技术、射频与微波技术、有线和无线网络通信理论、信息处理、系统工程等基础理论和技术,能够系统地掌握物联网专业的相关基础理论、科学方法和实践技能,并且具备在本专业领域跟踪新理论、新知识、新技术的能力以及较强的创新实践能力的复合型高级工程技术人才。
物联网工程专业本科生培养的基本思路是强化基础、注重实践。针对物联网产业的人才需求,本科生阶段强调宽口径培养,不具体细分专业培养方向,但考虑专业方向课程模块设置,从而使得毕业生既具备扎实的专业基础和宽广的知识面,又比较深入地认识某类系统和应用领域。物联网工程专业的基础课程应涵盖计算机科学与技术基础、通信技术、无线传感器网络技术、物联网工程基础、电子信息技术基础以及数学、外语等基础课程。物联网工程专业的专业课程应覆盖物联网系统设计与开发、网络工程、数字化技术、信息安全技术、嵌入式系统、软件开发技术等。
本专业以通信技术、计算机网络和无线传感器网络为重点专业方向,学生主要学习传感器技术和计算机通信网方面的基础理论、组成原理和设计方法,受到物联网技术实践的基本训练,经过系统化学习和实践锻炼,学生应该具备从事物联网的设计、开发、调试和工程应用的基本能力。
3物联网专业实践课程建设
我校在2011年申请物联网工程专业并获得批准,成为国内较早开展物联网专业教学的高校。我校物联网工程专业依托计算机系下进行建设,相关基础专业如计算机科学技术,软件工程,电子工程,通信工程等已经发展多年,拥有相关的软硬件条件,具有实践环节教学经验,是物联网工程专业建设的基础。
当前高等教育必须把加强学生能力培养放到首位[5],物联网专业特点主要体现综合性,实践性和工程性,物联网综合性体现在涵盖范围广,涉及具体产业多,与产业接触紧密。为了达到培养目标,培养学生实践动手能力尤为重要。物联网实践课程需要以专业基础课程为基础,面向真实完整的物联网工程项目设计实践内容。在实践学习中以团队协作作为主要学习方式,从具体的实践活动中训练动手能力和协作开发项目能力。作为从2010年才开始设置的新型专业,关于物联网专业教学研究成果还相当匮乏,本节结合当前物联网专业发展和行业技术发展的实际情况,对物联网专业实践环节的教学内容与教学方法进行探索。
3.1专业实践教学内容设计
目前国内物联网专业主要依托计算机学院来建设,因此计算机专业核心课程尤其是程序设计、数据结构、操作系统、计算机网络以及组成原理也应是必修课程。物联网专业核心课程包括物联网导论,无线传感器网络,射频与无线通信等。实践环节课可设置在基础理论课之后,在二年级可以开始展开基础的实践课程教学,然后逐步进入到结合实际的物联网项目实训环节,在实训环节中,通过引入企业实际物联网项目对学生进行训练。物联网涵盖范围非常广泛,综合了计算机,微电子,通信等多个领域知识,其中部分新型技术难度较大。在实践环节中一般不需要学生深入理解无线传感器网络,射频识别等电路基础,能够在了解基本结构基础上进行开发设计即可。实践环节更多注重于物联网的实际应用,通过应用项目实例来加深对物联网的认识,锻炼动手能力,培养合格的物联网专业人才。根据物联网体系的层次划分,从物联网应用层案例,物联网网络层案例以及感知层案例出发设计对应的实践内容,最后通过对实际项目分析学习项目设计规划能力,如表-1所示。
针对实践教学内容,采用课程实践与项目实训相结合的方式。对核心课程的教学实践安排在每门基础课程理论课程同步进行,通过基础性实践来强化理论课程知识理解和实践能力提高。在基本实践环节之后进行综合实训实践过程,学生以团队方式参与具有企业实际背景的物联网项目实例,训练物联网工程设计规划和实施能力,并参观企业真实物联网项目工程。
具体专业课程与实践环先后关系可见图1,在图1中可知物联网综合实践环节是在专业课程基础上的进一步提高,是训练学生动手能力提高实践能力的关键一环。
选择合适的实践内容之后需要采用一定的教学方法进行实践教学。与专业课程的理论学习不同实践教学更注重培养学生的实际动手能力。
3.2专业实践课程教学方法探讨
物联网专业培养人才应该紧密结合工程实际,目前校企合作物联网建设迅速开展,我们也将努力和物联网企业合作,加强产学研合作,进行联合人才培养。通过多种渠道建立健全物联网实训项目库,如高校中一卡通、校园百事通等物联网建设项目。实践教学在物联网专业建设中具有举足轻重的作用。通过实践教学培养学生的创新能力和实践设计能力,可采用的实践教学方法包括:
1)项目实例驱动教学法
物联网工程专业是培养物联网项目集成方向的工程技术与管理人才,物联网实践教学内容必须紧密结合实际,立足业界需求。在实践教学中,针对基础课程的实践教学可以分解项目原型到各门课程中;在物联网综合实训实践中,以企业物联网项目具体案例在分析。针对学生实际能力,可以通过简化需求来降低难度,但所有实践项目必须结合实际。教师通过对企业物联网项目的分析讲解来帮助学生对项目的认识,学生通过团队合作以小组形式参与实训项目开发。通过项目实例驱动,提高学生学习兴趣,锻炼实际的动手能力。
2)跨年级结合的创新实践教学
由于物联网综合实践环节设计内容多,难度大,对其中部分大型实训项目可以采用跨年级段合作训练的方式,发挥传帮接代的优点。如高年级的同学负责项目的需求分析,项目规划设计等方面工作,而低年级同学从程序设计出发,完成其中的部分功能,通过参与大型创新实训过程可以提高自己的动手实践能力,学习项目设计和管理能力。这种滚动式结合方式不仅提高学生水平,还可以使得实践环节的实训项目可以持续开发。不断提高实践环节的难度,使之更切合工程实际。
4结束语
物联网产业需要大量的专业型人才。如何培养适合产业需求的人才还处在尝试阶段,借鉴相关专业培养经验,对物联网专业建设尤其是物联网专业实践环节建设进行了探讨。我们认为加强物联网实践环节建设,必须加强校企合作,通过引入实践物联网项目来设计合理的实践内容。将基础实践环节和项目实训相结合,采用科学的教学方法引导学生自主学习,提高实践能力,培养合格的物联网专业人才。目前物联网专业建设还处于起步阶段,这方面经验还非常缺乏,如何合理制定实践环节培养方案还需要进一步的深入研究。
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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
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【关键词】专业建设 人才培养 课程体系 实践教学
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2016)09-0212-01
物联网是我国战略性新兴产业,人才需求与缺口巨大。国内高校物联网工程专业的开设时间较短,专业建设经验积累较少,急需对物联网工程专业人才培养与教学体系进行研究。我校物联网工程专业于2011年经教育部批准设立,由计算机科学与软件学院负责具体专业建设与人才培养工作。现就专业建设的相关内容进行以下阐述。
一、人才培养目标
物联网工程专业前承计算机、通信与网络、电子等传统信息学科,衔接移动互联网、云计算、智能嵌入式设备等新兴技术学科,体现出“学科复杂交叉,技术高度集成,应用综合广泛”的特征。在充分研究了物联网专业特色和计算机类学院开办该专业的优势与特色的前提下,将该专业的人才培养目标定位为:培养掌握数学等相关自然科学基础知识以及物联网相关的计算机、网络、传感和软件工程方面的基本理论、基本知识、基本技能和基本方法,具有较强的物联网系统集成与应用开发能力和良好外语运用能力,能够在工业生产、商贸流通、民生服务等领域中从事物联网相关技术的研发及物联网系统分析、设计、开发、管理与维护等工作的高级工程技术人才。
通过研究与制定物联网专业人才培养目标,逐步发现并总结出4个专业人才培养的基本要求,即知识要求、能力要求、素质要求和职业素养要求。在制定和实施人才培养方案过程中重点围绕这4个方面进行。
1.知识要求
掌握英语、数学和计算机科学与技术等方面的基本理论和基本知识,具有扎实的自然科学基础、较好的外语综合能力,掌握计算机网络、传感器技术、无线通信网络、物联网数据处理等的基本知识和基本技能,具有较宽广的专业知识面,较强的工作适应能力。掌握本专业所需的计算机、软件、通信与网络相关学科的基本理论和基本知识,系统地掌握物联网技术领域的基本理论、基本知识,掌握物联网感知与标识的基本理论与技术、物联网数据处理技术;掌握数据传输与安全技术;掌握物联网系统的硬件、软件设计和开发知识。
2.能力要求
具备进行物联网设备的使用、设计和制造能力,具有典型物联网系统的维护和管理能力,具备较好的软件编程能力以及网络系统分析、设计能力,有从事物联网相关软硬件产品的开发能力,具备在物联网系统及其应用方面进行设计、集成与研发的能力;有获取最新科学技术知识和信息的能力;能够熟练阅读英文专业科技文献、并运用英语进行沟通和交流的能力;了解相关的技术标准,具有一定的国际视野和跨文化的交流、竞争与合作的能力。
3.素质要求
了解物联网的理论前沿、应用前景和最新发展动态,具有获取新知识的基本能力,了解国家科学技术政策、创新创业政策、知识产权、网络安全等方面的法律、法规,具有高度的社会责任感,具有全球视野及可持续发展理念;具有锲而不舍、追求真理的精神。
4.职业素养要求
职业素养包括:职业认知、职业道德和职业规划能力。了解从事物联网相关行业的技能要求、工作内容,行业规范和章程,及发展远景等内容。职业素养的培养和养成,对于学生本身,行业和全社会健康和可持续发展都有重大的意义。
为实现上述专业人才培养目标,物联网工程专业的培养模式采取“宽口径、厚基础、重实践”的理念与方式。所谓“宽口径”是指专业领域毕业生既具备服务管理机构、服务产业所需求的知识结构和能力,又能够胜任相关产品研发的工作。“厚基础”是指建立公共基础课、学科基础课、专业基础课、公共选修课、基础教育平台的基础知识结构。“重实践”体现在增加本专业学生的实验、实习的时间和机会,鼓励动手实践,理论应用于实际,解决企业和社会的实际问题。
二、专业课程体系
对物联网工程技术体系与层次化认知是课程体系建设的前提和基础。专业课程建设首先研究物联网技术体系和关键技术,对物联网技术体系进行层次化建模与分析,按照自底向上方式建立对应的层次化认知模型,完成物联网理论与技术的层次化渐进式的认知方案的设计,建立分阶段的认知能力评价标准作为认知里程碑。抓住能够体现物联网专业特色的专业核心课和实践环节作为课程体系建设的突破口,重点建立了分层次的物联网专业课程群和具备顶层设计的实践教学体系。
我们以《普通高校本科专业目录和专业介绍(2012年)》和教育部高等学校计算机科学与技术专业教学指导分委员会对物联网工程专业知识体系与课程体系的规范为依据,参照培养目标和培养要求,确定了专业核心课程及主要实践性教学环节,并根据课程与实践内容的内在逻辑划分为4个专业课群组,与物联网技术体系的各个层次形成对应关系:硬件平台类课程(感知层)、通信网络类课程(网络层)、数据处理类课程(公共管理层)、应用开发类课程(应用层)。各课程群组中的具体课程与实践环节如下:
?S硬件平台类:微机原理与接口技术(45学时)、传感器节点与RFID技术(45学时)、嵌入式系统开发与应用(45学时)、物联网感知综合课程设计、嵌入式系统综合课程设计。
?S通信网络类:计算机网络(60学时)、物联网通信技术(30学时)、物联网数据传输技术(30学时)、异构网络互联与融合(30学时)应用网络程序分析与设计实习,物联网传输综合课程设计。
?S数据处理类:物联网数据处理技术(45学时),物联网数据处理课程设计、云计算与云存储技术(45学时)、物联网信息安全技术(30学时)、物联网安全与管理课程设计。
?S应用开发类:面向对象程序设计(45学时)、数据库系统原理(45学时)物联网应用开发技术(45学时),物联网应用系统分析(30学时)、面向对象程序设计课程设计、数据库课程设计、物联网应用开发课程设计、物联网综合应用设计。
篇7
关键词:物联网;人才培养;改革创新
中图分类号:G424 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2015)24-0181-03
1人才培养模式改革综述
随着我国科技的快速发展以及智能信息一体化进程的不断推进,物联网行业如雨后春笋,成为新型信息技术行业中的一支主力军,造成物联网工程方向的人才严重缺乏。如今无论是高职院校,还是本科院校,都开设了物联网工程方向的专业,主要为物联网行业培养和输送高素质的技能型人才与应用型人才,为推动科技发展打造物联网精英。然而,就我国目前情况来看,还尚未形成高等院校、企业、毕业生三方共赢的良好局面,具体表现在两个方面:一方面,很多物联网企业通过招聘,但很难招到适合企业岗位需求的毕业生;另一方面,许多高校物联网专业的毕业生没有意识到企业岗位的用人需求,毕业生没有动手能力,也无实践经验,最终导致就业率非常低。那么高校物联网工程方向人才的培养效果,和物联网企业需求之间的差距越来越大,其根本原因就是人才培养模式和培养方法的守旧与落后,缺少专业与课程的改革与创新。如今,大多数高校物联网工程类专业还主要以理论教学和实验室为中心的传统的人才培养模式,这使学生的实践能力和职业技能的培养大大受到限制,最终对该专业人才培养的质量与特色产生很大的影响,无法适合物联网企业的需求。针对物联网企业招人难以及物联网专业毕业生就业难的问题,可以看出很多高校的高等教育与企业实际出现了严重的脱节。鉴于此,本人针对此问题,以我校为例,依托校企合作,进行共建专业,共建实验室,对物联网专业人才培养模式进行创新与改革,培养出“素能本位,理实一体”的专业人才,既有利于为物联网企业培养高素质应用型与技能型人才,也拓宽了物联网专业毕业生的就业渠道。
2物联网专业建设
物联网专业经过多年建设,现已成为我校的品牌专业之一,建有“电工电子实验实训中心”、“现代通信实验实训中心”以及“中央财政支持楼宇智能化专业实训基地”等。另外,学校还拥有多个校内外实习实训基地。其中“现代物联网实验实训中心”和“软件实训中心”是我院与多个物联网设备有限公司合作建成了实验实训中心,并科大讯飞等知名企业签订了合作办学协议。该中心引进了目前社会上先进的物联网设备(福建新大陆产品),及教学用软件(青岛东信科技产品),从而做到了“学生在校所学内容和实践环节与社会使用同步”,开创了教学(理论+实验)—实践(实训+实习)—就业零距离的教学模式。目前物联网技术尤其是互联网+技术已经成为当前物联网技术的主流,物联网技术的应用也在紧锣密鼓地进行。我国发展物联网技术还存在巨大的市场潜力,目前物联网技术企业严重缺乏产品技术支持,产品技术维护维修等一线岗位应用型人才,随着物联网技术的更新发展,网络设备的使用量逐年增多,社会急需大量的网络设备维护人员以及物联网方向的技术人员,这为物联网专业的毕业生提供了更加广阔的就业空间。为适应市场需求,我院抓住此契机,在2011年,物联网专业与多个物联网设备有限公司共同申报并获批专业人才培养计划,2012年开始招生,实现校企合作,共同培养人才,旨在培养物联网应用及其设备维护方向技术人才。
2.1前期调研等情况
我校物联网专业先后派出三批骨干教师赴南京、无锡、北京进行物联网行业情况的学习和调研,并参加中国物联网行业协会举办的会议。并且在2012年12月,由专业带头人带队,先后去无锡贝浮特通信有限公司考察,就无线通信产品的研发等问题达成合作意向,随后赴江苏经贸职业学院和南京邮电大学参观物联网实验室与实训基地的建设,学习并交流经验,为我校与相关物联网设备有限公司合作办学、合作共建实验室打下坚实的基础。
2.2实验室建设
在已建设的实验室中,其中包含网络实验室、软件实验室、物联网实验室、楼宇智能化实验室以及与物联网相关的一些实验室,其中网络实验室能实现网络系统的仿真、设计,为物联网专业学生提供了一个演示平台,提高动手能力与设计能力;软件实验室与物联网实验室为我校与多个物联网设备有限公司合作共建,专为我院开设物联网方向提供服务,学生在此实验室可开展物联网设备的维护及优化实习实训,提高动手实践能力,为学生走上工作岗位实现无缝对接;另外,目前已具备的单片机实验室、PLC实验室等也为现有专业包括后期物联网方向的发展提供了一个平台。学校以中央财政支持专业——楼宇智能化实训基地为平台。2012年以来,经过与多个物联网相关公司的反复沟通和深入交流,现已就共建专业、共建实习实训基地(实验室)、合作就业等达成共识,建立了长期合作关系,签订了框架协议。同时,合作就业工作稳步推进,其中有已有物联网以及相关公司已决定在2015届毕业生中招收学员进行培训,并在我校开始开班授课,对学生进行专业培训,为该公司物联网技术储备人才,并计划在以后每届接收物联网专业毕业生约几十人左右。
2.3师资队伍
目前电子、计算机等专业方向拥有一支专业基础扎实、爱岗敬业、具有丰富实践经验的教师队伍,专兼职教师共五十多人,具有高级职称的教师十几人。物联网技术作为综合型专业方向可整合我系师资资源进行课程教育。2013年,先后派出多批教师去多家物联网设备有限公司参加技术培训与暑期社会实践与企业挂职锻炼,物联网专业教育的核心团队已初步形成。同时,结合物联网工程人才培养计划,利用合作关系,聘请企业技术人员进行物联网一些专业课程教育,这也符合应用型或技能型人才培养的需求。同时,建立“校企互聘互管”的制度,一线专业教师进入企业锻炼,承担企业的项目与产品的研发以及社会服务项目,必须到学校科研处签订相关的协议备案,作为后期晋升高一级职称评审以及评先评优的条件之一。兼职教师的考核管理纳入企业管理机制,完善教师的奖励制度、考核制度与评聘制度等。物联网方向的设立将为地方及周边省市培养高级应用人才。本专业的学生,不仅可以满足合肥市及安徽省物联网人才需求,而且可以覆盖长三角经济圈甚至全国乃至全球。
3物联网专业人才培养模式改革的具体措施
3.1校企深度合作机制的建设
全力发挥物联网行业(中国物联网行业协会)、物联网企业(多家物联网设备有限公司)优势,同时,将学校的人才输出、技能培训、研发、技术服务等功能充分挖掘以满足企业的需求,实现共赢局面,形成行业、企业、学校“三位一体”的合作教学模式,搭建校企合作组织机制,制定并完善校企合作管理制度,建设良好的校企合作运作机制,为物联网专业人才的培养模式的改革与创新打下坚实的基础。
3.2创新人才培养模式
物联网的人才培养模式分为本科四年制和高职三年制两类,三年制是在四年制的基础之上,缩减部分公共课课程与专业选修课程。下面以本科四年制为例,重点讲述人才培养模式的创新之处,四年制采用“3+1”的培养方式,其中3年在校集中学习,主要学习基础科学知识、核心工程基础知识以及专业工程基础知识三方面的知识、锻炼工程技术能力以及培养综合素质。另外,累计1年的时间在企业实习并做毕业设计,重点培养、锻炼和应用个人素质和发展能力、协作能力和在企业与社会环境下的综合工程能力。前四学期“重基础”,完成对学生专业基础知识和基本技能的培养。通过强化数理基础模块和注重专业基础模块教学,促进学生创新思维的形成和创新方法、创新工具的掌握;让学生更早了解工程背景,为专业后续模块学习和工程能力培养打好基础。第五、六学期开始进行“工程应用能力”的培养,即一方面使学生深入学习专业课程、专业方向课程;另一方面加强与企业的合作,通过让学生在企业进行专业课程设计、项目训练、专业实习等环节,将物联网行业所需要的专业能力融入人才培养体系;培养学生综合运用多学科知识、各种专业技能和现代工程工具解决工程实际问题的能力和综合素质;培养学生的自主学习能力、创新意识和探索未知领域的兴趣。第七、八学期“强工程”,学生利用一年时间到企业进行实践实训、毕业实习和做毕业设计(论文),通过上述工程实践环节,强化学生从事工程实践所需的专业技术能力,进一步锻炼学生的工程实践能力和独立工作能力。毕业设计(论文)的选题要求来源于企业。
3.3校企合作,进行项目课程的开发与改革
要想实现人才培养模式的创新,归根结底要在课程中去落实,要在教材中去落实,要在教学过程中去落实。根据我校物联网专业教师于2014年去南京参加全国物联网专业课程体系研究论文发现,很多高校的物联网专业的都没有一个合适的课程体系,体系的建立没有依据;针对这种课程体系建设出现的问题,我校以课程项目开发与改革作为突破口,实施教学内涵的建设。在进行物联网行业市场需求调研时,组织企业的专家、课程专家、专业教师进行多方位的课程项目的开发。以工作就业为主线贯穿整个课程的设置,以职业能力发展、工作任务的完成为出发点编写课程内容,以物联网服务为载体进行教学项目的设计,将理论与实践进行整合,完成理论与实践的一体化教学,体现“理实一体”的教学原则,另外,学生一边完成教学项目一边构建理论知识,以提高学生的学习兴趣以及其职业能力。最后让学生在学校的最后一年,进入相关物联网企业各项目组,进行项目训练,实地锻炼。
3.4校企合作建设实训基地
实践教学可以提高学生的技能水平、实践能力和创新能力,水平和能力的提高在很大程度上要依赖于实训基地。而物联网设备的投入非常大,仅仅依靠学校自身是远远不够的,因此,通过校企合作进行物联网类专业实训基地的建设是一种重要的解决办法。我院物联网专业与广州粤嵌、福建新大陆等多家物联网企业共同建设校内实训基地——物联网实验室,在该实验室,学生可完成初步技能训练、技术理论知识与技术实践知识整合、特殊训练等功能。
3.5通过校企合作打造一支“双师型”师资队伍
学校制定了相关措施,建设“双师型”师资队伍,鼓励专业教师通过企业实践、社会服务、培训考证等相关途径往“双师型”教师转型,提高教学水平与教学效果。物联网方向的师资队伍由本校“双师型”教师与企业聘请的兼职教师组成。另外,学校制定了企业兼职教师管理方法,做到有章可循;制定了企业兼职教师的任职条件、聘用程序、管理要求及教学工作规范等相关文件;并采取相应的激励措施,充分调动了企业兼职教师的积极性,为学校的专业建设与课程建设出谋划策。
4总结
校企合作是人才培养的重要途径,校企合作能否深入、长效的开展,要依据良好的合作机制与科学的管理模式。以各种平台为基础,不断创新,与外部企业搭建各类校企合作平台,引进多家大型物联网企业加入校内实训基地的合作共建,通过学院院长、系主任、教研室主任、企业管理与技术人员等多方共同制订实践教学计划,以企业产品发展设计实训项目,充分显示实训基地的应用功能,积极培养“卓越物联网工程师”,大力发展各项教学的内涵建设,最终打造出以物联网专业为核心的特色办学模式,并向其他专业辐射,实现与物联网企业进行零距离接轨的培养模式。
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【项目来源】黑龙江省教育厅高职高专院校科研项目;项目名称:高职高专物联网专业人才培养方案的研究;项目编号:12515157
物联网(Internet of Things,IOT)是指通过射频识别(RFID)、传感器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物体与互联网连接起来,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网概念的引入,把互联网的应用延伸和扩展到了任何物体与物体之间,进行信息交换和通信。物联网是继计算机互联网与移动通信网络之后的又一次信息产业革命。
物联网概念是1999年由麻省理工学院自动标识中心(MIT AutoID Center)提出的。2005年,国际电信联盟(ITU)了一份题为《The Internet of Things》的年度报告,正式将“物联网”命名为“the Internet of Things”。2009年8月,总理考察中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心,明确要求尽快建立中国的传感信息中心,也就是“感知中国”中心。笔者从微控制器应用到ARM&Linux嵌入式系统,又回归到微控制器的研究教学,亲历近30年国内嵌入式应用的发展历程。下面就物联网工程专业、物联网课程体系和物联网实践3方面介绍国内现阶段的情况,望和大家一起探讨。
在教育部首批战略性新兴产业相关本科新专业中,物联网相关专业就有700多所学校申报,最终28家IOT、5家WSN获批,共33所高校。其中70%设在计算机学院。在2011年3月28日又批了第二批27所高校的物联网专业,这样全国现共有62所高校开设物联网专业。
物联网网络架构由感知层、网络层、应用层组成。计算机学院在物联网技术的网络层和应用层领域具有很好的研究基础,而感知层更多依赖的是软硬件结合的嵌入式系统技术。物联网的传感器接口、RFID读写都涉及嵌入式技术,但实际上新技术含量很少,可看作是一个新袋子。
物联网主要涵盖RFID(>5.5)、无线传感器网络(>8.5)、M2M智能手机(
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关键词:物联网;高职院校;课程体系;专业方向
中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2013)32-7368-03
物联网(The Internet of things)的概念是1999年提出的,是将所有物品通过射频识别(RFID)、全球定位系统、红外感应器和激光扫描器等信息传感设备与互联网连接起来[1],进行通讯和信息交换,实现智能识别、定位、跟踪和管控的一种新兴信息技术。它有两层意思:第一,互联网仍是物联网的核心和基础,是互联网的延伸和扩展;第二,引入了人与物之间的交流,实现相互之间的信息交换和通信。作为新一代信息技术,物联网是继计算机、移动互联网之后又一次信息产业发展的浪潮。2009年11月,总理发表了《让科技引领中国可持续发展》的讲话,指示要突破物联网、传感网关键技术,物联网产业随机被列入国家五大新兴产业之一。2012年2月,我国工信部了《物联网“十二五”发展规划》。
截止2010年3月,已有近700所高校向教育部提交了设立物联网相关专业的申请。其中37所院校获准开设物联网相关专业,并从2011年起开始招生。从目前的发展趋势来看,物联网涉及到国民经济的各行各业和社会生活的各个领域,它不仅是技术问题,还包括社会和企业管理等多方面,因此,该领域需要大量既懂技术又会管理的人才。作为培养高级技术应用型人才的高职院校,应适应时代和科技发展,探索物联网相关课程的教学设置,重点培养物联网应用的相关人才。
1 高职物联网专业人才培养目标
通过调查、专家座谈和查阅资料等多种途径,对物联网技术应用领域的市场需求、岗位设置、工作任务性质及职能要求等进行调研,确定了高职物联网技术应用专业人才的就业岗位,明确了人才培养目标。物联网技术应用专业主要面向物联网感知设备应用、物联网通讯设备应用、物联网开发和集成、物联网管理和服务等就业岗位[2],培养物联网建设技术人员、物联网产品应用技术人员、物联网应用软件开发技术人员、物联网应用系统集成、管理和维护人员等。因此,面向技术应用的高职物联网专业人才培养的目标是:具有扎实的专业基础知识、良好的团队合作精神、较强的分析和解决实际问题能力,并且掌握物联网相关知识,具备物联网建设、应用、管理和维护等能力的高级技能型人才。
2 高职物联网专业人才的知识和能力要求
物联网的产业链主要涉及对物的感知、对数据的传输和处理三个环节。每个环节需要不同的技能和知识,对学生的能力要求也都不同。其中,对物的感知主要是通过传感器等设备来获取对物的感知信息,涉及到物联网中的硬件系统[3],需要硬件电路设计和制造人员以及电子设备技术人员。获取物的感知信息后,通过网络进行数据传输,这个环节主要涉及通讯和计算机网络技术,需要计算机网络通信人员。最后的数据处理环节对数据进行整合、分析,进而实现应用,主要涉及系统分析,需要系统设计、应用和管理人员。因此,高职物联网专业人才的培养工作,应根据物联网产业链的不同环节对人才的不同需求而有针对性的进行。
3 高职物联网专业课程体系建设
课程体系的建设关系到人才培养目标的实现,是专业建设和发展的关键环节。高职院校在构建课程体系时要对物联网技术应用人才的岗位进行调研与分析,以市场需求为导向,从物联网技术架构出发,考虑应用方向与应用领域,与典型企业合作,根据企业实际的物联网工程项目的实施来构建相应的课程体系。
高职物联网课程体系建设由三大课程模块组成,即公共基础课程、专业基础课程和专业核心课程,三大课程模块是相互依存的有机整体。下面以物联网的三层技术架构,即感知层、网络层和应用层为主线,以各种公共课程为基础,结合当前高职院校实际,分析高职物联网课程设置,如图1所示。
1) 感知层:是物联网识别物体、获取信息的来源。由各种感知设备构成,包括二维码标签、温湿度传感器、RFID标签和读写器、GPS、摄像头等传感器设备。在该层课程设置方面,应与硬件技术相关的学科作为专业基础课,如:电子线路基础、计算机操作系统等,与传感器技术、信息获取等软件技术相关的学科作为专业核心课,如:传感器技术、RFID技术及应用、嵌入式应用系统开发等。
2) 网络层:是整个物联网的中枢部分,负责传递和处理感知层获取的信息[4]。由各种网络组成,包括互联网、云计算平台、网络管理系统、广电网等。高职物联网专业在该层的课程设置要以计算机网络和通信等基础知识作为专业基础课程,如:通信原理、计算机网络基础等,以网络应用与管理等技术作为专业核心课程,如:无线网络技术、物联网组网技术、网络设备配置与管理等。
3) 应用层:是用户和物联网进行交互的接口,与行业需求紧密结合,实现物联网技术的智能应用。与之对应的课程设置应以各种面向对象的编程语言和工具为专业基础课程,如:C语言程序基础、数据库原理与应用等,以面向智能应用的相关技术作为专业核心课程,如:智能家居应用技术、制造业ERP技术应用、物联网系统集成与管理等。
4 高职物联网专业方向设置
物联网涉及领域广泛,包括大量学科和技术,如:计算机科学与工程、电子信息与通讯、自动控制、遥感与遥测、精密仪器、电子与电气工程、电子商务等。根据高职院校专业招生情况,现将高职物联网专业方向设置如下:
4.1 物联网自动控制
培养目标:面向机械电子行业,培养具有扎实的机械及电子理论知识、较强的实践能力、良好的团队协作能力,熟练掌握传感器技术、单片机技术、电子电工技术、嵌入式系统开发技术等,具备在物联网相关机械和电子类企业工作的高素质技能人才。
专业基础课程:电子线路基础、计算机操作系统、单片机原理等。
专业核心课程:射频识别技术及应用、传感器技术、单片机技术及应用、嵌入式系统开发技术、无线传感网络、微波与天线技术等。
4.2 物联网网络信息系统
培养目标:面向计算机网络和信息系统行业,培养具有扎实的计算机网络和信息管理系统理论知识,较强的实际动手能力、可持续发展的创新精神,熟练掌握物联网信息系统的设计、开发、使用、维护和系统集成等知识,并且能完成物联网信息系统集成及相关技术与产品的应用推广[5],能在各种物联网开发、应用领域工作的应用技能型人才和管理人才。
专业基础课程:计算机网络基础、软件工程、通信原理、数据结构、管理信息系统、数据库原理及应用、物联网网络安全技术等。
专业核心课程:C语言程序基础及设计、Java程序设计、数据库开发及应用、管理信息系统应用等。
4.3 智能车联网
培养目标:面向未来智能汽车行业,培养具有扎实的专业理论知识、良好团队协作能力、较强的实践能力,掌握智能车联网基础知识和原理,具备车联网组建、管理、应用和维护,车联网设备营销与技术支持等能力的高素质技能型人才[6]。
专业基础课程:车载技术、网络通信技术、蓝牙技术、无线网络技术、交通导航与信息服务、智能交通管理等。
专业核心课程:RFID技术与高频技术、传感器网络与检测技术、GPS定位技术、网络设备配置与调试、短距离无线通信技术、移动互联网通信技术等。
4.4 智能农业管理
培养目标:面向未来智能农业生产和管理行业,培养具有扎实的智能农业管理理论知识、良好的团队合作能力、较强的分析和解决问题能力,掌握智能农业管理相关知识和原理,具备农业管理信息采集及处理、农业生产经营管理、智能粮库管理、农业生态智能监测等能力的高素质应用型人才。
专业基础课程:农业设施智能化管理、生态环境监测与治理、灌溉技术应用、地理地质信息应用技术、智能粮库管理技术等。
专业核心课程: RFID技术与高频技术、传感器网络与检测技术、无线网络技术、网络设备配置调试与管理、短距离无线通信技术、数据库原理及应用、大数据处理和存储技术等。
4.5 智能医疗服务
培养目标:面向未来智能医疗系统行业,培养具有扎实的智能医疗服务基础知识、优良的医德医风、良好的协作能力和心理素质,掌握智能医疗设备和信息系统的使用和维护、智能医疗档案管理等能力的新型高素质技能人才。
专业基础课程:基础医学、预防医学、管理学、卫生统计学、流行病学等。
专业核心课程:RFID技术与高频技术、无线网络技术、传感器网络与检测技术、智能医疗档案管理系统等。
5 结束语
本文在分析物联网发展形势的基础上,首先明确了高职物联网专业人才培养的目标,从物联网产业链的三个环节出发,分析了高职物联网专业人才的知识和能力要求。结合当前高职院校实际,以物联网的三层技术架构为主线,研究了高职物联网专业课程体系建设,最后设置了五个专业方向和相关课程。
参考文献:
[1] 李春杰,李丹,陆璐.信息技术专题研究[M].吉林:吉林大学出版社,2012.
[2] 周观民,王东霞.高职物联网应用技术专业建设探索[J].济源职业技术学院学报,2012(6).
[3] 杨从亚.高职物联网专业建设探索[J].职业技术教育,2010(10).
[4] 朱平,顾卫杰.基于技术框架的高职物联网专业课程体系的构建[J].教育与职业,2012(5).
篇10
关键词:物联网;实验教学示范中心;实验室建设;实验室管理;
中图分类号:TP393;G642.0 文献标识码:A 文章编号:2095-1302(2013)07-0073-02
0 引 言
为了顺应国家战略性新兴产业的发展需要,南京邮电大学于2009年9月就成立了全国首家物联网学院,开展物联网专业人才培养和技术研究工作。2010年2月,教育部办公厅下发了 《关于战略性新兴产业相关专业申报和审批工作的通知》,要求加大国家战略性新兴产业人才培养力度,支持和鼓励有条件的高等学校从本科教育入手,加速教学内容、课程体系、教学方法和管理体制与运行机制的改革和创新,积极培养战略性新兴产业相关的专业人才,满足国家战略性新兴产业发展对高素质人才的迫切需求。同年,南京邮电大学物联网学院获批物联网工程和测绘工程两个专业。
物联网专业是由通信、计算机、电子等多个学科融合形成的、应用性非常强的、现有信息技术综合集成化的工程应用学科。物联网产业的发展,关键是要有大批高素质、创新型的专业技术人才,而创新型人才的培养,关键是建立创新型的实验教学体系[1],为培养高素质的创新型人才奠定基础。
1 传统实验教学体系存在的问题
由于物联网专业出现时间短,其实验教师和实验技术人员大都是从其他专业调整过来的,物联网实验教学体系的建设还在探索之中。为此,有必要对现有的传统实验教学体系存在的问题进行分析,探索适合物联网专业的创新型实验教学体系。传统的实验教学体系还存在一些问题[1-4]:
1.1 重理论轻实验
在一些传统的实验教学体系中,实验课程只是被用于理论教学的补充和原理验证,并未得到足够的重视。部分教师本身就缺乏生产或工程一线的实际锻炼,缺乏工程实践经验,难以真正做到联系实际的工程问题展开实验教学。加上实验教学过程中需要用到一系列不同复杂程度的仪器设备,对教师的技能要求也更高,也导致了一些教师在编写课程大纲或建设实验教学体系时,有意无意地缩减一些难度较大的实验环节。
1.2 重验证轻设计
综合性实验和设计性实验相比验证性实验来说,不仅涉及的知识面和仪器设备更多,难度也更大,因此一些传统的实验教学体系受师资力量、仪器设备等的限制,大都侧重验证性实验教学,缺乏足够的综合性实验和设计性实验,而综合性实验和设计性实验是确实培养学生创新能力的重要环节。
针对传统实验教学体系存在的问题,在建设物联网实验教学体系时,必须建设以培养满足物联网产业发展所需的创新型专业技术人才为目标的创新型实验教学体系。作为全国首家物联网学院,南京邮电大学物联网学院在这方面积极努力,研究和探索物联网专业创新型实验教学体系的建设。
2 创新型实验教学体系建设
南京邮电大学物联网学院的创新型实验教学体系建设,主要是从构建满足教学和科研所需的层次化实验教学平台、科学协调理论教学与实验教学的关系、有机结合实验教学与科研项目、通过校企合作促进实践教育等方面来展开工作的。
2.1 建立层次化的实验教学平台
南京邮电大学物联网学院拥有本科、硕士研究生和博士研究生三种层次的学生,每个层次的学生对实验教学、科学研究和实践教育等的要求各不相同。因此,在建设创新型实验教学体系时,不仅需要满足本科生和研究生的实验教学需要,还要为大学生创新、研究生科研创新和师生们的科研项目提供基础平台。这就需要层次化的实验教学平台,分别为基础实验教学、综合性实验教学、大学生科技创新、毕业设计、课程设计、科研项目等提供支撑。
针对物联网专业的特点,创新型实验教学体系的层次化实验教学平台主要由基础实验教学平台、综合实验教学平台、技术研究实验平台和应用示范系统平台等四个部分构成。其中,基础实验教学平台主要以单门专业课程的实验教学为主;综合实验教学平台则以多门课程交叉的综合性或设计性实验为主,同时为大学生科技创新、课程设计、毕业设计等提供支撑;技术研究实验平台则侧重前沿技术的研究与系统开发,主要作为研究生的实验教学平台和师生们的科研实验平台;应用示范系统平台则针对目前物联网产品及相关应用的不完善,通过构建实验室内的物联网应用示范系统,一方面为师生们的研究和科研创新提供实验平台和产品验证,另一方面为科技成果转化提供应用示范。
2.2 科学协同理论教学与实验教学
要建立物联网创新型实验教学体系,就必须要协调好理论教学和实验教学的关系,充分重视理论教学和实验教学的互补关系。根据不同类型实验课的具体情况,采用理论课教师和实验教师共同辅导,并经常性地组织理论课教师和实验教师之间的学术交流和教学研讨等活动。对实验教学难度大的课程,积极组织理论课教师和实验教师一起参加仪器设备厂家的培训和同行交流,提高实验技能。
2.3 实验教学与科研创新有机结合
实验教学是科研创新的基础,而科研创新又能反过来更好地促进实验教学活动的开展。将实验教学与科研创新有机结合,可以更好地促进实验教学和实践教育工作的成效。为此,在学院的统筹安排下,积极组织任课教师、实验室技术人员和学生一起,积极申报各类实验室建设项目、实验室开放项目和大学生科技创新训练计划STITP项目。
2.4 校企合作促进实践教育
物联网产业的发展才刚刚起步,其创新型人才必须符合产业发展的需要。因此,通过校企合作,让学生到相关企业中去锻炼,与企业的生产运行工程技术相结合,从解决企业面临的实际问题出发,提高学生的动手能力和创新能力,可以更好地提高学生的实践能力,同时也为今后的就业和工作技能打下扎实的基础。南京邮电大学物联网学院非常重视校企合作,先后与多家企业建立校外实习基地、研究生工作站和实践教育中心,较好地完成了学生的实践能力培养。
3 结 语
为满足国家战略性新兴产业发展和物联网专业创新人才培养的需要,南京邮电大学物联网学院积极探索创新型实验教学体系的建设。经过3年多的时间,共申请到中央与地方共建高等学校专项基金项目1个,中国电信江苏公司―南京邮电大学校企合作共建实验室项目2个,中央财政支持地方高校发展专项基金项目2个,总建设经费约1 300多万元。正在建设或已建成的实验室包括电信业务开发与测试实验室、物联网技术基础实验室、物联网技术研究实验室、物联网技术及应用研究实验室、电信软件与业务研发实验室、南京邮电大学物联网技术大学生创新活动中心等,初步建成物联网技术基础实验平台、物联网技术综合实验平台、物联网技术研究实验平台和物联网技术应用示范平台。
参 考 文 献
[1] 吴旭,陈仁安,魏德志,等.论高校创新型实验教学体系的构建[J]. 实验室科学,2012,15(1):5-8.
[2] 秦钢年,黄大明,卢福宁,等.构建适应创新型人才培养的实验教学体系[J]. 实验室研究与探索,2012,31(1):101-104.
[3] 蔡苗,蔡红娟,黄松,等.信息类专业平台课程实验教学体系改革的探索与实践[J].实验室研究与探索,2012,31(9):154-156.