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關鍵詞:物聯(lián)網(wǎng)專業(yè);知識體系;培養(yǎng)方案;高校教育
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:2095-1302(2014)10-00-03
0 引 言
物聯(lián)網(wǎng)技術目前成為全球各行業(yè)各領域研究和應用的熱點,它能給我們的經(jīng)濟、生活帶來巨大的變革。隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起,對人才的需求必然會有一個飛躍性的增長。專家預測10年內就可能會大規(guī)模普及,產(chǎn)生一個上萬億元規(guī)模的高科技市場,因此社會對物聯(lián)網(wǎng)技術方面的人才需求巨大[1]。國家教育部從2010年3月,了《關于戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關專業(yè)申報和審批工作的通知》,隨后我國有數(shù)百所大學申報和準備申報物聯(lián)網(wǎng)或傳感網(wǎng)專業(yè)。
信息獲取、信息傳輸和信息處理,這三個部分構成了信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱,他們也是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的三個組成部分。電子、通信、計算機是物聯(lián)網(wǎng)三大支柱中的必備學科。其中每一個學科都有一套人才培養(yǎng)的知識體系,而每一個學科又有多個方向。而物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)需要這三個學科知識的支撐,所以物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)可選擇的基礎、專業(yè)課程眾多,所涉及的應用更是無處不在,在教學上往往會希望面面俱到但是又無所適從[2]。如何根據(jù)具體情況做出取舍是一個值得探討的課題。
各院校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的課程體系設計不盡相同,有的甚至差異很大[3-6]。絕大部分院校的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課課程體系只是對物聯(lián)網(wǎng)工程涉及的多學科領域現(xiàn)有課程進修簡單的裁剪和疊加,再增加物聯(lián)網(wǎng)導論等專業(yè)核心課程,這類課程體系沒有體現(xiàn)出物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的特色。因此有必要從物聯(lián)網(wǎng)技術自身發(fā)展、物聯(lián)網(wǎng)相關企業(yè)人才需求和學生自身素質全面發(fā)展三個角度,對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案進行分析探討[7]。
許昌學院2013年通過國家教育部審批通過,開始招收物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的學生,在探索物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)方案的過程中,我們也借鑒了許多高校的經(jīng)驗和做法,也尋求了多家企業(yè)的合作,目前對該專業(yè)的課程設置也有了自己的看法和思考。我們可以從物聯(lián)網(wǎng)技術體系架構和人才就業(yè)方向入手,探究不同人才培養(yǎng)就業(yè)方向在體系架構中所需要的核心技術和課程,從而理清思路,為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)方案和課程體系的設置提供參考。
1 物聯(lián)網(wǎng)技術體系框架
圖1 物聯(lián)網(wǎng)技術體系框圖
物聯(lián)網(wǎng)的整體架構如圖1所示,從圖中可以看出,物聯(lián)網(wǎng)按照網(wǎng)絡架構可以分為應用層、網(wǎng)絡層和感知層。圍繞著這三層,可以探討其中所需要的核心知識,從而得出物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學生所需的知識體系。
2.1 感知層
感知層的主要作用是信息的感知和采集,主要由感知器件來實現(xiàn)各類信息的采集,如各種傳感器、RFID、各種二維碼、紅外和智能裝置等。
在這一層中,需要具備的知識主要包括:
各種傳感器的功能、性能、結構、特性和工作原理等內容;
RFID、條形碼等的相關知識;
各種智能終端的特點、結構、工作原理等。
根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的特點,不需要對傳感器的具體細節(jié)做過多的認識和學習,只需要簡單了解和使用即可,所以不需要開始相關的傳感器原理等課程。但是傳感器所采集到的信息需要有相應的硬件進行收集處理并上傳至網(wǎng)絡層進行發(fā)送,可以說嵌入式是整個物聯(lián)網(wǎng)的基礎部分,所以有必要開設嵌入式相關的課程。
與嵌入式相關的硬件主要包括:單片機、ARM和FPGA三種。
2.1.1 單片機
單片機的使用非常廣泛,而且在后續(xù)網(wǎng)絡層中所使用的CC2530 ZigBee模塊中也包括單片機模塊,因此,單片機課程應成為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)所必開的課程。與之相配套的課程包括:C語言程序設計、電路和電子學和數(shù)字電路。有些學校還開設有計算機組成原理和微機原理與接口技術,筆者認為,這兩門課程可以選擇一門進行開設。
計算機組成原理主要面向計算機專業(yè)的學生進行考取研究生需要,并且它可以讓學生從計算機整體的結構、功能和組成角度認識和理解整個處理器、存儲器和輸入輸出系統(tǒng)之間是如何協(xié)同工作的。微機原理與接口技術主要面向接口,但是其中接口的內容可以放到單片機課程中進行講解和實踐,而匯編語言的相關內容在計算機組成原理課程中也可以進行補充和加強,所以筆者建議只需選用計算機組成原理課程進行開設即可。
2.1.2 ARM
ARM是一個總稱,其中也包含系列產(chǎn)品,對于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的學生來說,ARM也是其知識體系中必備的一項內容。單片機無法運行操作系統(tǒng),因此在有些情況下需要用到更高級的處理器。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關和許多高級的電子產(chǎn)品都需要用到它。開設與嵌入式相關的課程還需要開設Linux操作系統(tǒng),有必要對Linux的使用和主要組成有一個清晰的認識和掌握。另外還有嵌入式應用層開發(fā)的高級語言,如C++等。
2.1.3 FPGA
FPGA是一個提高性的內容,如果偏電子設計與開發(fā)的學??梢钥紤]開設,或者可以為學生開設相關的選修課程,增加學生的知識面和視野。但是由于這門課程的難度要高于前兩部分,所以筆者認為可以根據(jù)學校的特點和學生接受能力進行取舍,它可以不算作物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學生所必備的知識體系成員。
2.1.4 RFID技術和條形碼技術
對于RFID而言,是目前應用最為普遍的物聯(lián)網(wǎng)應用技術,所以它理所當然成為物聯(lián)網(wǎng)學生知識體系中不可或缺的部分,因此建議開設RFID技術與應用課程,除了講解RFID原理之外,還要針對RFID的應用進行相應的開發(fā)和實踐。
2.2 網(wǎng)絡層
網(wǎng)絡層主要負責將感知層采集到的信息進行傳輸。目前常用的網(wǎng)絡協(xié)議包括:ZigBee、藍牙、Wi-Fi和433等,所使用的通信網(wǎng)絡主要有2G/3G/4G電信網(wǎng)和傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)。所以在這一層次上,需要學習的內容主要包括ZigBee技術、無線傳感器網(wǎng)絡技術、通信原理、計算機網(wǎng)絡等內容。
針對無線網(wǎng)絡,除了ZigBee之外,還有Wi-Fi、藍牙和其他無線傳輸技術,如300 MHz、433 MHz、915 MHz無線通信技術,對它們的特點和應用也應當給予適當?shù)闹v解。尤其目前藍牙4.0技術已經(jīng)得到了比較大的改進,蘋果新推廣的ibeacon技術有可能會對藍牙技術起到大力推廣的作用,所以對這幾種技術應當讓學生都有所接觸和認識。在課程中可以體現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)導論、無線傳感器網(wǎng)絡中進行講解。另外在課程設計和實踐活動中,可以對這些技術予以應用加深學生的理解和掌握。
2.3 應用層
物聯(lián)網(wǎng)目前的應用非常廣泛,但是就應用層技術而言主要是應用層軟件的開發(fā),所以物聯(lián)網(wǎng)工程學生應該掌握的主要技術應該包括Java技術和移動平臺應用程序開發(fā)技術,但是偏硬件和體系構成的學生可以淡化這兩個內容的學習,偏軟件的學生應該加強這兩項技術的訓練。
另外,目前提得比較多的云計算和大數(shù)據(jù)的內容,也應體現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學生的知識體系之中。云計算其實應該是云服務,它主要包括三個方面的內容,即IaaS、PaaS和SaaS。在這三個內容中,PaaS是目前云服務所用到最多的技術,所以要讓物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的學生對這項技術有所了解,從而為后續(xù)物聯(lián)網(wǎng)應用服務開發(fā)開拓更寬廣的思路。
就目前物聯(lián)網(wǎng)的主要應用案例來看,每個案例往往是這三層的綜合,所以物聯(lián)網(wǎng)工程的學生的知識體系在這三層中離開了哪一層都不完整。我們從這三層出發(fā),梳理出了大致的脈絡,有了比較清晰的思路,再根據(jù)所定位的學生的就業(yè)方向予以加入相關的專業(yè)知識或者根據(jù)學生的培養(yǎng)定位增刪一些相關的內容,即可確定相應的培養(yǎng)方案。
3 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才就業(yè)方向分析
在人才需求方面,各地政府紛紛上馬物聯(lián)網(wǎng)項目,急需大量的物聯(lián)網(wǎng)人才。由于物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的一些課程涵蓋了電子、通信和計算機三個學科領域,所以學生的就業(yè)范圍比較廣泛,但是也有有人提出質疑,認為物聯(lián)網(wǎng)三個學科都有所涉及但是哪一個學科都沒有學精,所以就給物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學生的就業(yè)規(guī)劃提出了問題。
目前許多高校往往會結合自身的原有學科特點,對某一方面有所側重,關鍵是看學生的培養(yǎng)目標,并且要和當?shù)氐慕?jīng)濟特點相結合,有所側重,也就是要瞄準行業(yè)應用而開展,這樣才能做到有的放矢。
也有專家提出來了相應的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學生就業(yè)可從事的行業(yè)主要有[8]:
物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設計架構師、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)管理員、網(wǎng)絡應用系統(tǒng)管理員等核心職業(yè)崗位以及物聯(lián)網(wǎng)設備技術支持與營銷等相關職業(yè)崗位;
物聯(lián)網(wǎng)終端系統(tǒng)的設計與開發(fā);
物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)開發(fā)工程師,進行物聯(lián)網(wǎng)相關軟件系統(tǒng)的設計與開發(fā);
無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)的設計和管理;
物聯(lián)網(wǎng)在智能系統(tǒng)、普適計算、工業(yè)控制、信息處理、通訊和管理等領域的應用開發(fā)和工程實現(xiàn);
高等院校和科研院所與物聯(lián)網(wǎng)相關的教學科研工作。
從以上專家所列出的就業(yè)方向來看,可以將就業(yè)方向也歸納為硬件、網(wǎng)絡和應用三個大類,這和以上根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)基本架構所描述的知識體系基本吻合。
物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的人才有自身特有的素質構成,與計算機、通信和自動化專業(yè)的學生比較起來,主要有以下特點[9]:
計算機專業(yè)的學生要么側重于計算機軟硬件技術的研究與應用,要么側重于計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)的組網(wǎng)、管理或者開發(fā),但缺少物聯(lián)網(wǎng)工程應用中所必須的傳感、控制、通信等領域的知識。
通信專業(yè)側重于使學生掌握基本的通信原理,但對物聯(lián)網(wǎng)中所涉及的傳感、嵌入式和應用開發(fā)涉及較少。
自動化專業(yè)雖然對物聯(lián)網(wǎng)中必須的傳感和控制技術等有所側重,但是對于計算機應用開發(fā)領域涉及較少。
由此可見,對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的人才而言,是適應物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的特點而具備更綜合的專業(yè)素質。
4 知識體系基本構成
通過以上的分析,綜合物聯(lián)網(wǎng)體系架構和人才就業(yè)方向的定位,另外與二本層次學生的特點相結合,可以歸納出物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學生的知識架構,歸納總結如下:
基礎知識相關課程:數(shù)學(高等數(shù)學、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計)、英語、電工與電子學(在這門課中包含有電路分析和模擬電路)、數(shù)字電路、C語言、數(shù)據(jù)結構、計算機網(wǎng)絡、計算機組成原理。
專業(yè)必備知識:物聯(lián)網(wǎng)導論、Linux操作系統(tǒng)、Java語言程序設計、RFID技術與應用、傳感器原理與應用、單片機、嵌入式技術、通信原理、無線傳感網(wǎng)絡、云計算和移動互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)。
專業(yè)實訓課程:安卓系統(tǒng)開發(fā)、ZigBee課程設計、RFID課程設計、無線傳感網(wǎng)課程設計。
另外可增加:印制電路板設計、數(shù)字信號處理、EDA等相關課程,以擴展學生的學習視野和基本技能。
5 實踐教學的開展
實踐教學模塊有基礎實踐教學部分和專業(yè)實踐教學部分?;A實踐教學部分由“基礎實驗―綜合設計―應用創(chuàng)新”三個層次組成。第一層主要培養(yǎng)學生的基本技能,以電子技術學習為主。通過電子技術的學習使學生掌握元器件的辨別和使用,結合專業(yè)課程的教學,進行課程實驗,掌握基本知識和基本技能等;第二層主要包括各門課程的課程設計、電子綜合設計以及先進設計工具 EDA技術,旨在培養(yǎng)學生的綜合設計能力、團隊合作能力以及創(chuàng)新意識;第三層是應用創(chuàng)新層,引導學生參加大學生電子設計競賽、挑戰(zhàn)杯作品大賽和科研項目等。
專業(yè)實踐教學部分注重物聯(lián)網(wǎng)的核心技術――嵌入式系統(tǒng)技術。通過開設硬件設計一條線課程(單片機、嵌入式、RFID技術、傳感器網(wǎng)絡)和軟件設計一條線課程(C 語言、面向對象程序設計、嵌入式操作系統(tǒng)、移動互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)),使學生系統(tǒng)掌握嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件設計技術,掌握物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡協(xié)議棧和實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)通信。
6 結 語
物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)由于涵蓋的學科范圍廣,在學生知識體系構建方面需要花費較大力氣進行研究,從物聯(lián)網(wǎng)自身的體系架構來探討物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才所必須的知識體系,在滿足基礎知識體系的前提下,結合相應的就業(yè)方向,增加適當?shù)奶厣n程,構建出適應各個學校特色的培養(yǎng)方案,從而培養(yǎng)出適應行業(yè)需求的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才。
參考文獻
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研究了借助計算思維的定義理念推動物聯(lián)網(wǎng)工程教育問題。一方面分析了當前國內高校的物聯(lián)網(wǎng)工程教育現(xiàn)狀及原因;另一方面對計算思維的定義進行了分類闡述,認為物聯(lián)網(wǎng)工程教育要引入計算思維以發(fā)揮其指導優(yōu)勢。指出具有計算思維的物聯(lián)網(wǎng)工程教育的關鍵是培養(yǎng)基于物理空間與信息空間一體化的“想象力”和“實現(xiàn)能力”。最后,給出了培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)工程“實現(xiàn)能力”的方法,具體包括按物聯(lián)網(wǎng)理論技術體系展開實踐教學、設計“思考”型課堂、強化物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的作用。
關鍵詞:
計算思維;物聯(lián)網(wǎng)工程;教育;實現(xiàn)能力
2005年,國際電信聯(lián)盟(ITU)了一份題為《TheInternetofthings》的年度報告,將物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展定位為任何時刻、任何地點、任意物體之間互聯(lián)和無所不在的網(wǎng)絡以及無所不在的計算[1]。此后,世界各國先后將物聯(lián)網(wǎng)作為一項戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)大力發(fā)展,并將物聯(lián)網(wǎng)技術的培養(yǎng)需求滲透到高等院校等教育領域。據(jù)統(tǒng)計,我國教育部2010年批設的新增高等學校戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)本科專業(yè)中,物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)相關專業(yè)數(shù)量高達37個,占新增設總專業(yè)數(shù)量的26.4%[2]。物聯(lián)網(wǎng)工程是我國高?,F(xiàn)階段開設的主要物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)之一,覆蓋了計算機、通信、電子、控制技術、信息網(wǎng)絡等多個學科領域,因其廣泛的社會需求和強勁的發(fā)展勢頭受到高校和企業(yè)的重點關注[3-5]。計算思維(ComputationalThinking)最早是由美國卡內基•梅隆大學的周以真(JeannetteM.Wing)教授于2006年提出,在國內外引起了強烈反響。不僅催生了美國CPARH計劃和CDI計劃,也使得國內高等教育界“九校聯(lián)盟(C9)”倡議在高校計算機基礎教學中培養(yǎng)計算思維[6]。在我國,計算思維是當前高校教育界廣為關注的熱點并正在被推進到多種計算機相關學科的教學活動中。本文認為計算思維應該是高等院校所有課堂教學都應該廣泛采用的工具,將計算思維的理念引入物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的教學中將具有顯著的現(xiàn)實意義。綜合社會經(jīng)濟、文化、科技以及國家發(fā)展定位,物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)強調注重工程實踐性與應用創(chuàng)新性,計算思維助推物聯(lián)網(wǎng)工程教育面臨著兩大挑戰(zhàn):(1)如何把計算思維真正融入物聯(lián)網(wǎng)教學活動并形成整體,將它作為一個問題解決的有效工具切實發(fā)揮作用,指導物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的課程內容設置和教學方案設計;(2)如何確定引入計算思維的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的實踐教學體系與理論技術體系的關系,在確保物聯(lián)網(wǎng)工程學科理論體系完整厚實的前提下,探索有效的實踐教學途徑,以增強物聯(lián)網(wǎng)學科的工程應用性。本文主要探討如何利用計算思維來指導物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的人才培養(yǎng)教育問題。
一、高校物聯(lián)網(wǎng)工程教育現(xiàn)狀及分析
物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是計算機科學與技術、網(wǎng)絡工程、電子技術、信息工程、通信工程及其它邊緣科學交叉滲透、相互融合的基礎上發(fā)展起來的一門新型應用型學科。相對于一些傳統(tǒng)的工程學科專業(yè),高校對于新增設的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)在教育培養(yǎng)方面存在很多的不足,具體表現(xiàn)在課程體系不夠健全、師資力量比較匱乏、實驗條件建設不完善,各項教育尚處于探索階段,并因此導致物聯(lián)網(wǎng)工程的畢業(yè)生實踐動手能力弱、行業(yè)應用背景知識缺乏、工程能力不夠、項目經(jīng)驗不足等問題,嚴重地制約了我國高等院校的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的建設發(fā)展。經(jīng)過調查統(tǒng)計,現(xiàn)階段高等院校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的教育問題集中體現(xiàn)在以下幾點:(1)物聯(lián)網(wǎng)屬于跨專業(yè)學科,知識體系邊界難以界定,課程主要教學內容是物聯(lián)網(wǎng)交叉學科知識的一個“壓縮餅干”,大量教材基本上是有關領域的濃縮版;(2)缺乏科學的思維方式作指導,對于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的課程總體定位和教學方法設計不甚明確,盲目開展教學活動;(3)實踐環(huán)節(jié)過多地強調工具的使用,導致“狹義工具論”。過分依賴現(xiàn)有的教學實驗平臺和教學實踐體系,缺乏跨學科、融合性的實踐教學方案。針對上述存在的問題,本文將其原因概括為以下幾個方面:(1)高等院校長期積淀的傳統(tǒng)教育理念和教育體制;(2)課程內容的總體設計和教學方案設計缺乏針對性;(3)工程應用背景知識和行業(yè)項目知識匱乏;(4)教學實踐環(huán)節(jié)以及實訓平臺建設相對薄弱等等。其根本原因是教育定位及教學設計出現(xiàn)了偏差,缺乏類似“計算思維”等先進理念的指導。本文認為,我國高等院校在開展物聯(lián)網(wǎng)工程教育的同時,要深入理解并貫徹計算思維的理念,充分發(fā)揮它科學指導工程教育的思維優(yōu)勢,培育具有扎實的理論知識、過硬的工程技術的高信息素養(yǎng)型的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才。
二、計算思維
國際上廣泛認同的計算思維定義來自周以真教授:“計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統(tǒng)設計,以及人類行為理解的涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動[7]”。抽象和自動化是計算思維的本質內容,這一觀點與當前國際上物聯(lián)網(wǎng)工程的教育特點是一致的。因此本文認為,面向國內高校的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教育尤為需要引入計算思維這一科學思維理念來指導教學。計算思維包含“建模方法”、“關注點分離方(SeparationofConcerns,SoC)法”、“遞歸方法”、“啟發(fā)式推理”等多種內容,它能夠以“發(fā)現(xiàn)問題、尋求解決問題的思路、分析比較不同方案到最后驗證方案”的主線方式,讓學生主動地、實踐地去學習物聯(lián)網(wǎng)工程的理論、技術和經(jīng)驗,培養(yǎng)學生的問題求解能力。在文獻[8]的基礎上,本文將計算思維的定義進行了分析并加以歸納總結。
三、計算思維與物聯(lián)網(wǎng)工程教育
將計算思維融入物聯(lián)網(wǎng)工程教育旨在助力我國高等院校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的建設,并有望解決當前物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教學活動中存在的問題,因此探索建立有效的基于計算思維的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)教育策略意義重大。本文從物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)“計算思維能力”的特色需求著手,研究以計算思維理念為指導的物聯(lián)網(wǎng)工程教育的培養(yǎng)關鍵。
(一)有物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)“計算思維能力”的特色需求
依托計算機科學與技術學科建設物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè),物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才應該具備《高等學校計算機科學與技術專業(yè)人才專業(yè)能力構成與培養(yǎng)》[9]定義的計算機專業(yè)人才的專業(yè)基本能力,同時還應該從物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的特色出發(fā),深刻認識計算思維能力、算法設計與分析能力、程序設計與實現(xiàn)能力以及系統(tǒng)能力在本專業(yè)的特色需求。物聯(lián)網(wǎng)計算模式的變革在于物理空間與信息空間的一體化,物理世界與信息世界的整合統(tǒng)一。從計算思維培養(yǎng)的角色要求物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才的教育過程中應該注意使學生充分理解物理空間與信息空間的一體化,并在利用這樣的無縫連接方面具有足夠的“想象力”與“實現(xiàn)能力”。
(二)培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)工程“實現(xiàn)能力”的方法
(1)專業(yè)理論與技術體系
物聯(lián)網(wǎng)工程教育在引入計算思維理念后,應該在物聯(lián)網(wǎng)工程課程原有的培養(yǎng)目標上增加兩個方面的內容:一是培養(yǎng)學生計算思維的意識與能力;二是掌握計算思維解決問題的一般步驟和方法。所以物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的教育在傳統(tǒng)定位的基礎上要進一步擴展,不僅要讓學生掌握相關的學科知識和專業(yè)理論,還要強調培養(yǎng)學生具有一定的專業(yè)領域跟蹤新理論、新知識、新技術的能力以及較強的工程應用和創(chuàng)新實踐能力。CDIO(ConceiveDesignImplementOperate)工程教育模式[10]是近年來國際工程教育改革的最新成果,它涵蓋了從研發(fā)到運行的整個產(chǎn)品生命周期,是一種主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的工程學習方式。本文認為,計算思維驅動的高校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設應該結合CDIO教育理念,綜合考慮物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)所涉及的學科領域和知識范圍,設置該專業(yè)的理論與技術體系。與物聯(lián)網(wǎng)各層理論與技術對應,物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的實踐教學體系設計也應該配合加強學生對于感知層、傳輸層、數(shù)據(jù)處理層和應用層理論和技術的認識、理解和應用。
(2)設計“思考”型課堂
計算思維強調問題求解能力。根據(jù)計算思維求解角度的定義[11],物聯(lián)網(wǎng)工程的學習、規(guī)劃和調度問題可以利用啟發(fā)式推理方法尋求解答。設計具有啟發(fā)性和探索性的教學課堂是計算思維對于當前物聯(lián)網(wǎng)工程教育的新要求。本文提倡在高等院校的日常教學活動中,摒棄傳統(tǒng)老套的知識講述方法,嘗試融入新的理論講授形式,如利用思維導圖對知識進行歸納和演繹、利用框架流程圖對知識進行總結和概括,尤其要突顯出對于計算思維能力的引導。善于采用啟發(fā)誘導式教學方式培養(yǎng)學生的主動思考能力和擴散思維能力。例如驗證碼的教學,課堂可以設計為:Yahoo公司免費郵箱面臨的垃圾郵件問題→人機辨識問題→學生討論解決方法→解決方案:驗證碼(CAPTCHA)→LuisVonAhn設計思想→問題延伸:未來的驗證碼和發(fā)展趨勢。這種基于計算思維的引導教學方法不僅適用于理論課程的課堂教學,也可以設計用于實驗教學之中。以基于FPGA的嵌入式設計實驗為例,學生首先要在PC機上利用可編程芯片設計工具EDA進行功能仿真,然后利用物理芯片進行功能測試。這類實驗設計過程可以完整地體現(xiàn)芯片的設計、制造、調試、運行以及維護的全部工程流程。因此,物聯(lián)網(wǎng)工程的教學設計要充分體現(xiàn)理論聯(lián)系應用的“思考”型課堂,進一步激發(fā)學生的興趣和主動性,培養(yǎng)具有良好問題求解能力的物聯(lián)網(wǎng)人才。
(3)強化物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的作用
物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的工程教育環(huán)境需要采用新的視角加以構建。在傳統(tǒng)教育策略,如加大實驗室經(jīng)費投入、強化教師實踐考核指標的基礎上,現(xiàn)今高等院校要尋求依托企業(yè)搭建物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的教育環(huán)境。一條完整的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈條包括:感知和控制器件(如RFID、各類傳感器、執(zhí)行器等)提供商,感知層末端設備(傳感節(jié)點、網(wǎng)關等底層組網(wǎng)/自組網(wǎng)設備)提供商,網(wǎng)絡(固網(wǎng)和移動網(wǎng)等通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)、PLC等電力通信網(wǎng)、專網(wǎng)等)提供商,軟件與系統(tǒng)解決方案(包括從底層微操作系統(tǒng)、微中間件和處理層的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、中間件以及應用軟件)提供商,系統(tǒng)集成商以及專業(yè)運營和服務提供商??梢酝ㄟ^吸引和鼓勵上述各種類型的物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)參與到物聯(lián)網(wǎng)實踐教學體系建設過程,高校可以與企業(yè)合作,共同構建物聯(lián)網(wǎng)CDIO實驗培訓基地,簽單定點培養(yǎng)并輸送優(yōu)秀畢業(yè)生進企業(yè),切實在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)和物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)人才需求之間搭建橋梁。
四、結束語
計算思維是目前國際教育界廣為關注的熱點,已經(jīng)被推進到許多計算學科的教學過程中。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是近年來國內高校新增設的本科專業(yè),其人才培養(yǎng)教育體系尚未健全。為此,本文研究了借助計算思維的定義理念推動物聯(lián)網(wǎng)工程教育問題。通過分析計算思維的定義和特點,提出引入計算思維的物聯(lián)網(wǎng)工程教育關鍵在于提高學生關于物理空間與信息空間一體化的“想象力”和“實現(xiàn)能力”。最后具體闡述了如何強化物聯(lián)網(wǎng)工程“實現(xiàn)能力”的幾點方法。
作者:蔡婷 陳昌志 單位:重慶郵電大學移通學院計算機系 重慶郵電大學軟件學院
參考文獻
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【關鍵詞】物聯(lián)網(wǎng);實踐教學;創(chuàng)新實踐;綜合實驗室
1引言
我國“十三五”規(guī)劃指出,要積極推進物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展,加快物聯(lián)網(wǎng)感知設施規(guī)劃布局,發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)開環(huán)應用。作為物聯(lián)網(wǎng)人才培養(yǎng)主體的高等院校,更要積極推進物聯(lián)網(wǎng)及相關專業(yè)的建設與發(fā)展,主動探索物聯(lián)網(wǎng)人才的培養(yǎng)模式、課程設置和實踐教學體系,創(chuàng)新培養(yǎng)方式與思路,加強產(chǎn)學研合作培養(yǎng),不斷提高物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和動手實踐能力,為我國物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的蓬勃發(fā)展提供合格與優(yōu)秀的物聯(lián)網(wǎng)人才。實踐教學作為高校教學的重要組成部分,是培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究和工程技術人才的關鍵環(huán)節(jié),如何創(chuàng)造性地開展物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的實驗實踐教學成為各高校積極研究的熱點。其中,建設以物聯(lián)網(wǎng)項目開發(fā)與實踐為導向的物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新實驗室平臺,集中物聯(lián)網(wǎng)相關專業(yè)的優(yōu)勢設備和技術并高度融合,打通物聯(lián)網(wǎng)感知層、網(wǎng)絡層和應用層,做出綜合性設計性的項目,以培養(yǎng)復合型的物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新實踐技術人才,逐漸成為眾多高校的共同做法。本文結合物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展和社會對物聯(lián)網(wǎng)人才的需求,分析了物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實踐教學存在的問題,就如何進行高校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)創(chuàng)新型實踐教學建設與管理進行了深入思考,探討了高素質綜合性物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究與工程實踐人才的合理培養(yǎng)方法與建議。
2物聯(lián)網(wǎng)實踐教學存在的主要問題
物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)是一個新興的工程實踐性很強的復合型專業(yè),涉及學科與專業(yè)知識較復雜,目前許多高校的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)正處在由規(guī)模擴張轉向內涵建設的探索階段,普遍存在著對物聯(lián)網(wǎng)實踐教學定位不清楚、實踐教學師資與經(jīng)驗不足、缺乏專業(yè)綜合實踐課程、綜合性實驗場所與設備短缺等問題。
2.1定位不清楚
許多高校由于師資或對物聯(lián)網(wǎng)認識的不足,對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實踐教學定位不清楚,不了解企業(yè)對物聯(lián)網(wǎng)工程實踐人才的實際需求,重理論講解,輕實驗實踐,導致學生專業(yè)技能不強,動手能力差,創(chuàng)新實踐能力不足。
2.2實踐教學師資與經(jīng)驗不足
長期以來,由于設備場所不足、工作繁瑣不受重視、缺乏專業(yè)技能培訓或與企業(yè)需求脫節(jié)等方面的原因,實踐教學師資不足問題一直是困擾高校實驗實踐類教學的難題。尤其是對于物聯(lián)網(wǎng)專業(yè),由于物聯(lián)網(wǎng)項目跨專業(yè)較分散,能指導物聯(lián)網(wǎng)綜合實驗實訓的綜合型教師更是緊缺。實驗實踐項目大多是各專業(yè)方向的傳統(tǒng)基礎項目的簡單疊加,開設時間短,缺乏實踐經(jīng)驗,不能與時俱進,與實際物聯(lián)網(wǎng)項目開發(fā)相脫離,實踐方式方法缺乏創(chuàng)新。
2.3缺乏專業(yè)綜合實踐課程
物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)涉及電子、通信、計算機、自動化、網(wǎng)絡、軟件等多個專業(yè)內容。大部分高校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)相關課程的實驗室都是獨立設置,相互割裂的,涉及多個課程的物聯(lián)網(wǎng)項目綜合實踐類實驗課程太少或者是幾個課程的簡單拼湊,缺乏物聯(lián)網(wǎng)綜合設計與實踐項目,使得物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學生對物聯(lián)網(wǎng)缺乏整體的認識,對個人今后想要從事的專業(yè)方向拿捏不準,不利于高素質綜合性物聯(lián)網(wǎng)人才的培養(yǎng)。
2.4綜合性實驗場所與設備短缺
物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)綜合性或設計性實踐實驗課程與活動要依托專門的物聯(lián)網(wǎng)綜合創(chuàng)新實驗室才能正常開展,然而大多高校的物聯(lián)網(wǎng)綜合性實驗室只是相關專業(yè)方向實驗室場所與設備的簡單拼湊,缺少專門的場所與綜合型的物聯(lián)網(wǎng)實驗與開發(fā)平臺,難以開展物聯(lián)網(wǎng)綜合開發(fā)與設計項目的實驗實踐活動,使得培養(yǎng)具有高素質綜合型的物聯(lián)網(wǎng)科技創(chuàng)新與實踐人才更加困難。
3物聯(lián)網(wǎng)實踐教學的建議
物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實踐教學上的種種不足總結起來就是教學軟件和硬件平臺的問題。面對物聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展和社會對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)技術人才的迫切需求,要立足高校自身現(xiàn)實,建議重點從以下幾個方面著手加強物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)創(chuàng)新型實踐教學。
3.1明確物聯(lián)網(wǎng)實踐教學的目的
物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)工程實踐性很強,要充分認識到物聯(lián)網(wǎng)實踐教學是整個物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教學體系中的重中之重。高校要認真調研企業(yè)對物聯(lián)網(wǎng)工程實踐人才的需求,產(chǎn)學研融合,使學生在專業(yè)實踐過程中深入理解鞏固所學的理論知識,并學以致用,將知識轉化成技能。培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力,進一步培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)項目綜合開發(fā)與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。
3.2建設完善物聯(lián)網(wǎng)實踐教學師資隊伍
大多數(shù)高校的物聯(lián)網(wǎng)教研室的教師是從電子、通信、計算機、自動化、網(wǎng)絡、軟件等已有專業(yè)教師組成的,面對物聯(lián)網(wǎng)涉及學科的復雜性和物聯(lián)網(wǎng)技術高速融合發(fā)展的大趨勢,要積極完善物聯(lián)網(wǎng)教師培訓與引進機制,保持物聯(lián)網(wǎng)教師隊伍的知識與能力的先進性。加強師資培訓,保證物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的教師能夠及時了解掌握物聯(lián)網(wǎng)最新技術動態(tài);調研企業(yè)實際需求,與企業(yè)形成長期有效的合作機制;積極聘任企業(yè)專家授課,建立產(chǎn)學研相結合的師資培訓體制。
3.3搭建物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新型實踐教育平臺
搭建物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新型實踐教育培養(yǎng)平臺,是進行物聯(lián)網(wǎng)綜合能力培養(yǎng)和提高學生創(chuàng)新實踐能力的重要手段,包括硬件建設和軟件建設兩方面。3.3.1建設物聯(lián)網(wǎng)綜合創(chuàng)新實驗室建設物聯(lián)網(wǎng)綜合創(chuàng)新實驗室,配置綜合型集成化的物聯(lián)網(wǎng)實驗與開發(fā)平臺,向學生開放,構建以學生為中心的創(chuàng)新實踐教育平臺,為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學生進行科研訓練、科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽、職業(yè)技能大賽、專業(yè)社團活動等提供良好的開發(fā)實踐環(huán)境和條件。3.3.2制定科學合理的實驗室管理制度“無規(guī)矩不成方圓”,要制定科學合理的規(guī)章制度,以及采用先進的信息化手段輔助,來保證物聯(lián)網(wǎng)綜合創(chuàng)新實驗室的安全高效地開放運行,更好地為培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新實踐能力服務。
3.4完善物聯(lián)網(wǎng)實踐教學體系設計
在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實踐教學體系設計中要以企業(yè)級的實際物聯(lián)網(wǎng)項目設計開發(fā)為導向,力求貼近實際,在完成基礎教學實踐的前提下,重點突出綜合性、設計性、創(chuàng)新性實驗實踐課程的設計與實施;建立物聯(lián)網(wǎng)項目綜合實踐類實驗課程,提高學生項目實踐能力。如圖1所示,物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實踐教學體系中包括:基礎課程實驗、綜合設計實驗、科技創(chuàng)新比賽與科研訓練、畢業(yè)設計等實踐教學方式,由基礎實驗實訓技能的培養(yǎng)到綜合項目設計的引導,由簡單到復雜,由認知到創(chuàng)新,逐步提升學生的專業(yè)能力。
3.5創(chuàng)新評價與激勵機制
為加強高校學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育工作,教育部2017年新修訂的《普通高等學校學生管理規(guī)定》規(guī)定學生參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等活動,可折算為學分,計入學業(yè)成績。高??梢栽O置物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學分,設置對應的獎學金或優(yōu)惠政策,用來激勵物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學生積極參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐的熱情,學以致用,帶動學生職業(yè)素質與專業(yè)技能的提高,為物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)提供更多的應用型創(chuàng)新實踐人才。
4結語
本文反思了高校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)創(chuàng)新型實踐教學存在的問題,分別從明確物聯(lián)網(wǎng)實踐教學的目的,建設完善物聯(lián)網(wǎng)實踐教學師資隊伍,搭建物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新實踐教育培養(yǎng)平臺,完善物聯(lián)網(wǎng)實踐教學體系設計,創(chuàng)新評價與激勵機制幾個方面有針對性地提出了一系列合理化建議,以期建立產(chǎn)學研結合的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)培養(yǎng)體系,不斷提高物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)創(chuàng)新型實踐教學的水準?;痦椖浚簽H坊市軟科學研究計劃項目(2015RKX023)資助。
作者:昌厚峰 張寶華 單位:濰坊職業(yè)學院
參考文獻
Abstract: The effective promotion of Internet of Things application skills competition in recent years producing deep influence on practical teaching. Construction of practical training room for Internet of Things based on Skills Competition can help students learning and applying the technology of IOT deeply, improving skills and professionalism effectively.
Key words: skills competition; Internet of Things; construction of practical training room
1 概述
在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)作為“十二五”規(guī)劃七大戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)之一的背景下,高職院校物聯(lián)網(wǎng)應用技術專業(yè)建設從2011年開始陸續(xù)在全國開展,很快形成規(guī)?;?。物聯(lián)網(wǎng)技術涉及計算機軟硬件、電子、通信、網(wǎng)絡等專業(yè),學科交叉性非常強,給專業(yè)教學帶來了不小的困擾。高職院校的根本就是要培養(yǎng)學生的職業(yè)崗位能力,該特點突出體現(xiàn)在實訓實踐教學中。所以,要發(fā)展好物聯(lián)網(wǎng)專業(yè),實訓室的建設顯得至關重要。
全國職業(yè)技能大賽物聯(lián)網(wǎng)技術應用賽項自2012年開始舉辦,近幾年的比賽都是圍繞著物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)最典型的智慧城市、智慧生活、環(huán)境監(jiān)控、智慧農業(yè)等主題進行開展的,內容涉及行業(yè)、生活的各個領域,模擬實際生活、項目中的真實案例,考察學生對物聯(lián)網(wǎng)應用知識的理解、物聯(lián)網(wǎng)設備安裝調試、物聯(lián)網(wǎng)應用開發(fā)等方面的主要技能和職業(yè)素養(yǎng),以及對規(guī)范、質量、成本和效率的意識。在剛剛結束的2016年物聯(lián)網(wǎng)大賽中,更是增加了項目設計分解的內容,選手在比賽時就像在完成一個原始的真實項目,考驗選手在理解客戶需求、現(xiàn)場問題的分析處理、團隊協(xié)作等方面的綜合素質。大賽正朝著多元化、實用化、創(chuàng)新化的方向發(fā)展。
2 物聯(lián)網(wǎng)技能大賽對專業(yè)實踐教學的影響
2.1 以賽促教,教師的實踐教學能力得到提升
物聯(lián)網(wǎng)技能大賽的考點涉及感知層、傳輸層、應用層的各類安裝、部署和開發(fā),需要指導老師根據(jù)學生的個體情況,綜合各種因素指定不同的方向并分配相應的任務,制定科學合理的訓練計劃,由易到難,由模塊練習到系統(tǒng)合練,再到不同應用場景的綜合演練。這就要求指導老師要具備扎實的理論知識和豐富的實踐經(jīng)驗,老師通過指導學生參加技能大賽,自身也得到了鍛煉,提高了自身的實踐能力和教學水平,從而推動了專業(yè)的師資隊伍建設。
2.2 以賽促學,學生的職業(yè)能力得到培養(yǎng)
物聯(lián)網(wǎng)技能大賽不僅可以鞏固學生的理論知識,促進實踐技能的提高,更能喚醒學生的學習興趣和熱情。經(jīng)過大賽磨煉的學生在專業(yè)認知、理論實踐、職業(yè)素養(yǎng)等方面的水平都得到大幅提升,同時為學校贏得了榮譽,給其他同學樹立了榜樣,以一種正能量帶動了追求技能提升的。隨著大賽連續(xù)幾年的積累,學生一屆帶著一屆,自然形成了知識和技能的傳承。
2.3 以賽促改,專業(yè)的教學改革得到推進
近幾年的全國物聯(lián)網(wǎng)技能大賽,拓寬了高職院校對物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)和專業(yè)的認知,不再單純地認為物聯(lián)網(wǎng)就是多個專業(yè)課程的簡單堆疊,而是不同專業(yè)課之間有著很強的內在聯(lián)系,每個專業(yè)課程又有著它專屬的核心理念和技術。高職院校在制定和改革物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)發(fā)展方向的時候,應該立足于現(xiàn)有相關專業(yè),在此基礎上進行整合而不是孤立的發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)。
通過對大賽賽題和設備進行分析研究,可以在一定程度上了解物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)在各領域的應用情況,把握物聯(lián)網(wǎng)技術最前沿的動態(tài),指出物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的建設的方向,推動物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的教學改革。
3 基于技能大賽的物聯(lián)網(wǎng)實訓室建設方案
物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)建設初期,缺少專門的實訓室,主要依托于本?,F(xiàn)有相近專業(yè)的實訓室,如利用計算機軟件實訓室、計算機網(wǎng)絡實訓室、嵌入式開發(fā)實訓室等給物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的學生完成一些計算機、電子、通信類課程的實訓教學。早期的物聯(lián)網(wǎng)實訓室通常由簡單的物聯(lián)網(wǎng)試驗箱組成,試驗箱內部通過模塊化的組件來完成部分物聯(lián)網(wǎng)概念的實驗,如溫濕度傳感器、光照傳感器、RFID模塊、霍爾傳感器、Zigbee模塊、二維碼等。這種實驗方式可以讓學生對物聯(lián)網(wǎng)的基本構成模塊有一個直觀的認識,但是認知深度尤其是系統(tǒng)級的認知是遠遠不夠的。
為了讓學生更好更深層次的理解物聯(lián)網(wǎng),培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應用技能型的專業(yè)人才,高職院校的物聯(lián)網(wǎng)實訓室建設要立足高處,打破專業(yè)模塊的限制,緊密聯(lián)系實際應用將各個學科科學地融合起來開展實踐教學。
近幾年物聯(lián)網(wǎng)技能大賽就是以實際項目案例為藍本,以任務驅動的方式將各學科知識點巧妙地結合在一起,不僅考核學生的專業(yè)理論知識、系統(tǒng)集成開發(fā)能力,而且對團隊協(xié)作和職業(yè)素養(yǎng)也有很高要求?;诩寄艽筚惖奈锫?lián)網(wǎng)實訓室建設方案的設計可以包含以下幾個方面:
1)物聯(lián)網(wǎng)感知區(qū),讓學生更直觀的認知物聯(lián)網(wǎng)
將各子系統(tǒng)模塊根據(jù)實際需求,有選擇性地組合在一起,展示出如智慧農業(yè)、智能小區(qū)、智能超市、環(huán)境監(jiān)測等物聯(lián)網(wǎng)技術的應用實例,讓學生直觀的感受物聯(lián)網(wǎng)技術在實際生活中的應用,激發(fā)學生的學習興趣。
2)學生動手操作區(qū),根據(jù)需求完成設計開發(fā)任務
該區(qū)域提供物聯(lián)網(wǎng)感知層、傳輸層、應用層綜合開發(fā)所需要的系統(tǒng)模塊、網(wǎng)絡設備、開發(fā)環(huán)境、PC等軟硬件設備,面向物聯(lián)網(wǎng)設備安裝配置、嵌入式系統(tǒng)應用開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應用工程實施、物聯(lián)網(wǎng)應用工程維護等職業(yè)崗位,培養(yǎng)學生物聯(lián)網(wǎng)應用技術的實際操作能力和團隊協(xié)作創(chuàng)新能力。具體包括:
① 物聯(lián)網(wǎng)應用環(huán)境的安裝部署:根據(jù)業(yè)務需求和實際的工程應用環(huán)境,利用實訓室提供的硬件設備、工具和技術文檔資料,對應用工程進行安裝調試,實現(xiàn)系統(tǒng)工程互聯(lián)互通。
② 物聯(lián)網(wǎng)感知層開發(fā)調試:根據(jù)業(yè)務需求和實際的工程應用,針對各類傳感器及執(zhí)行器件進行安裝、連接、配置,對無線傳感網(wǎng)模塊進行開發(fā)、調試,實現(xiàn)對感知節(jié)點數(shù)據(jù)的采集和上傳。
③ 物聯(lián)網(wǎng)移動應用開發(fā):基于Android開發(fā)平臺,綜合運用軟件工程、Android、嵌入式數(shù)據(jù)庫等基礎知識,完成Android嵌入式應用程序的開發(fā),考察選手在傳感器技術、二維碼、ModBus協(xié)議等物聯(lián)網(wǎng)技術的綜合移動設計開發(fā)能力。
隨著物聯(lián)網(wǎng)技術和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,必將引發(fā)新一輪信息技術革命和產(chǎn)業(yè)革命,對經(jīng)濟發(fā)展和社會生活都將產(chǎn)生深遠影響。物聯(lián)網(wǎng)是指將物體通過多種信息傳感設備、按約定的協(xié)議實現(xiàn)人與人、人與物、物與物全面互聯(lián),可進行信息交換和通訊,以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)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(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)等網(wǎng)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(xiàn)智能化的決策和控制。
物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)是國家確定的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一,加快發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè),對于促進我市產(chǎn)業(yè)轉型升級具有重要意義。一是迅速提升信息產(chǎn)業(yè)整體創(chuàng)新能力,促進創(chuàng)新型城市建設;二是加速推進工業(yè)化與信息化融合,促進經(jīng)濟發(fā)展方式轉變;三是強力帶動其他特色新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展,促進經(jīng)濟全面發(fā)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(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要意義,采取有力措施,加大工作力度,不斷擴大物聯(lián)網(wǎng)研發(fā)應用范圍,為建設繁華舒適、現(xiàn)代一流的省會城市奠定堅實基礎。
二、總體思路和發(fā)展目標
(一)總體思路。充分發(fā)揮我市毗鄰區(qū)位優(yōu)勢、省會政治經(jīng)濟文化中心優(yōu)勢、雄厚的產(chǎn)業(yè)基礎優(yōu)勢和科技資源優(yōu)勢,以轉變經(jīng)濟發(fā)展方式、調整優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結構、服務民生為目標,以政府為主導、企業(yè)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(fā)展模式,努力把物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)培育成為我市新的經(jīng)濟增長點,推動經(jīng)濟社會加快發(fā)展。
(二)發(fā)展目標。年,物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)銷售收入達到300億元以上,重點示范行業(yè)效果明顯,重點示范區(qū)特色鮮明,城市民生智能化水平顯著提高,成為我市重要戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。重點建設4個物聯(lián)網(wǎng)技術創(chuàng)新平臺,培育10個龍頭帶動企業(yè),扶持50個特色鮮明的創(chuàng)新型企業(yè),推動3個物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)基地建設,實施三類應用示范工程。力爭在物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術方面形成有效技術支撐,通信設備、衛(wèi)星導航、行業(yè)應用、物聯(lián)網(wǎng)服務等領域形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模。
三、重點任務
(一)規(guī)劃整合物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈
加快物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)布局規(guī)劃,引導產(chǎn)學研金介積極參與,推進產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新聯(lián)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(chuàng)新產(chǎn)品的研發(fā)和成果產(chǎn)業(yè)化,形成物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聚集效應。推進物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈整合,集中精力打造從傳感器、芯片、軟件、終端、整機、網(wǎng)絡到業(yè)務應用的完整產(chǎn)業(yè)鏈,形成優(yōu)勢互補、協(xié)同發(fā)展、相對完善的產(chǎn)業(yè)體系。
(二)加快建設物聯(lián)網(wǎng)技術創(chuàng)新平臺
1中國電子科技集團物聯(lián)網(wǎng)研發(fā)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(lián)合我市物聯(lián)網(wǎng)相關企業(yè)、科研院所,建設國內一流水準的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究機構。整合多方優(yōu)勢資源,加快網(wǎng)絡與寬帶接入、基礎材料與芯片、傳感器網(wǎng)絡、無線通信、衛(wèi)星導航、信息安全等物聯(lián)網(wǎng)關鍵核心技術的研發(fā)、生產(chǎn)和應用,積極參加標準制定,推進技術產(chǎn)業(yè)化以及重大試點示范項目建設,支撐全市物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
2航天信息物聯(lián)網(wǎng)應用工程中心。依托航天信息股份有限公司聯(lián)合建設物聯(lián)網(wǎng)應用工程中心,加強射頻識別、物聯(lián)網(wǎng)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(chuàng)新,加快物聯(lián)網(wǎng)應用技術發(fā)展。
3市物聯(lián)網(wǎng)共性支撐技術研究中心。依托駐石高校,大力研發(fā)適用于物聯(lián)網(wǎng)的可編程技術、測試技術、情境感知和環(huán)境建模技術等共性技術。加強現(xiàn)代信息通訊技術、計算機及網(wǎng)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(chǎn)制造、社會管理和公共服務,提供物聯(lián)網(wǎng)應用解決方案、計算處理、信息交換、數(shù)據(jù)存儲和資源互調共享等共性技術服務。
4市物聯(lián)網(wǎng)軟件及系統(tǒng)集成技術研究中心。依托軟件產(chǎn)業(yè)基地和軟件高新技術企業(yè),針對多網(wǎng)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(fā)力度;重點發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)信息安全軟件、產(chǎn)品和專業(yè)化服務;重點發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成和運行維護服務,支持企業(yè)面向行業(yè)應用開展物聯(lián)網(wǎng)技術服務,以推動物聯(lián)網(wǎng)應用的快速發(fā)展。
(三)培育扶持物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)龍頭企業(yè)
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(yè)以及將物質、能源和信息三大資源進行系統(tǒng)集成的企業(yè),加大物聯(lián)網(wǎng)關鍵核心技術與產(chǎn)品的研發(fā)力度,使其發(fā)展成為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的龍頭企業(yè),進而帶動物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
(四)積極推動物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)基地建設
依托現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)基礎,重點規(guī)劃布局,以物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)龍頭企業(yè)為核心,吸引相關企業(yè),加快成果轉化和產(chǎn)業(yè)聚集,發(fā)揮核心帶動作用。重點推動建設三個物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)基地,一是以中電科集團第13所和54所為依托,打造物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)元器件生產(chǎn)制造及系統(tǒng)集成基地;二是以軟件園為依托,打造物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)軟件開發(fā)基地;三是以東部產(chǎn)業(yè)新城和正定新區(qū)建設為契機,以行業(yè)應用為突破,打造華北地區(qū)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應用示范基地。
(五)組織實施物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)示范工程
1重點產(chǎn)業(yè)示范工程。以提高重點產(chǎn)業(yè)的資源利用率和運營效率為目標,將物聯(lián)網(wǎng)技術逐步滲透融入到工業(yè)、農業(yè)、電力等重點產(chǎn)業(yè)運營管理的各個環(huán)節(jié),加快兩化融合,抓緊實施智能生產(chǎn)、運營、管理源等示范工程。
生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)。利用電子標簽技術、溫濕度傳感器以及各類監(jiān)控設備,開發(fā)和實施生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)在生產(chǎn)、流通、庫存、消費等環(huán)節(jié)的智能監(jiān)管和安全溯源系統(tǒng),實現(xiàn)對在產(chǎn)、庫、途、用、售、監(jiān)管“六在環(huán)節(jié)”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(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、激光掃描器等設備,開發(fā)和實施商貿流通產(chǎn)業(yè)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(tǒng),打造智能商貿流通業(yè)綜合信息平臺,實現(xiàn)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(lián)運、大型物流園區(qū)、城市配送、冷鏈物流等方面的應用,探索利用物聯(lián)網(wǎng)技術對物流環(huán)節(jié)的全流程管理;開發(fā)面向物流行業(yè)的公共信息服務平臺,開發(fā)適用于各種物流環(huán)境的特種電子標簽、物流裝備、讀寫器、中間件、管理系統(tǒng)等產(chǎn)品。
智能旅游。結合旅游現(xiàn)狀,將傳感器技術、射頻識別技術、定位技術等物聯(lián)網(wǎng)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(yōu)產(chǎn)品防偽等領域,為消費者提供更為便捷安全的服務,優(yōu)化商務旅游環(huán)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(jiān)測、保護和預防,將無線傳感器網(wǎng)絡技術、地理信息技術等運用到生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、公共安防監(jiān)控等領域。無人維護、條件惡劣生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中,無需人工干預的條件下實現(xiàn)生態(tài)監(jiān)測、數(shù)據(jù)存儲與交互,提高生態(tài)監(jiān)測實時性、可靠性。
食品安全溯源。將物聯(lián)網(wǎng)技術與食品生產(chǎn)企業(yè)原有的生產(chǎn)管理系統(tǒng)、供應鏈管理系統(tǒng)相融合,開發(fā)涵蓋生產(chǎn)、加工、存儲和運輸全過程的食品溯源系統(tǒng),快速、自動、準確地采集各個環(huán)節(jié)的信息,實現(xiàn)對食品生產(chǎn)、流通、消費的全程監(jiān)控。
城市水環(huán)境監(jiān)控。運用無線傳感器網(wǎng)絡技術,對重點水源保護區(qū)域進行實時在線監(jiān)測和動態(tài)跟蹤保護,進一步減少和遏制水體污染事故發(fā)生。
大氣環(huán)境監(jiān)控。將傳感技術、無線通信技術與大氣監(jiān)測儀器設備相融合,實現(xiàn)對大氣的連續(xù)監(jiān)測和遠程監(jiān)控,及時掌握監(jiān)測區(qū)域的氣象狀況,預警、預報重大大氣污染事故,定點監(jiān)測污染區(qū)域的發(fā)展態(tài)勢。
地下管網(wǎng)監(jiān)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(xiàn)對自來水、天然氣等地下管網(wǎng)的線實時監(jiān)測,有效破解地下管網(wǎng)監(jiān)測難題,及時、精確發(fā)現(xiàn)施工破壞、泄漏等不安全因素,提高地下管網(wǎng)運行的安全性,降低維護成本。
公共安防監(jiān)控。將智能傳感設備、無線通信技術等運用到公共安防監(jiān)控領域,機場、學校、商場、重點商貿市場等公共場所以及突發(fā)事件中運用物聯(lián)網(wǎng)技術與系統(tǒng),實現(xiàn)實時監(jiān)控監(jiān)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(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)字化、網(wǎng)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(lián)網(wǎng)技術融入百姓日常生活的多個領域。優(yōu)先選擇智能交通、智能社區(qū)、智能醫(yī)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(jiān)控設備、顯示設備,開發(fā)和實施智能交通指揮系統(tǒng)、停車誘導系統(tǒng)、智能車庫系統(tǒng),打造智能交通信息平臺,實現(xiàn)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(lián)網(wǎng)的泛在交通智能感知和調度系統(tǒng)項目、道路停車自動收費項目、公交二維碼系統(tǒng),積極聯(lián)合相關企業(yè)、研究單位,開發(fā)全面智能交通解決方案。
智能社區(qū)。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(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)以及廣播電視網(wǎng)相融合,整合運用到小區(qū)周界安防、車輛出入與停放管理以及社區(qū)醫(yī)院、超市等領域,實現(xiàn)社區(qū)內不同服務體系之間的互聯(lián)互通,打造便捷、舒適及安全的生活居住環(huán)境。
智能醫(yī)療保健。推進物聯(lián)網(wǎng)技術在電子病歷、健康檢測與實時監(jiān)護等領域的運用,重點推進小區(qū)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(jiān)測和與醫(yī)院的實時交互能力,不斷提高遠程醫(yī)療能力,提升醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)的運行效率,減輕病人負擔。
(六)突出帶動電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展
加快物聯(lián)網(wǎng)新技術推廣應用、新產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化步伐,整合本地區(qū)現(xiàn)有資源,積極引進大公司、大集團,加大與的區(qū)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(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展協(xié)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(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃工作,研究制定相關政策措施,調動各方積極性推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展,協(xié)調解決產(chǎn)業(yè)發(fā)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(fā)展改革委。
2成立物聯(lián)網(wǎng)專家咨詢委員會。聘請覆蓋技術、經(jīng)濟、公共管理等領域的國內外物聯(lián)網(wǎng)知名專家,負責研究提出我市物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)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(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)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(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項資金。從市現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)發(fā)展資金中設立2000萬元物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)專項資金,重點支持物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)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(chǎn)業(yè)資本和社會資本向物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)傾斜,資助物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)進行技術創(chuàng)新、技術改造、人才引進與培養(yǎng)等。
2積極爭取國家專項資金支持。鼓勵物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)積極申報或與高校、科研院所聯(lián)合申報國家高技術產(chǎn)業(yè)化項目、重大技術裝備研制和重大產(chǎn)業(yè)技術開發(fā)項目、產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新能力建設項目、自主創(chuàng)新成果產(chǎn)業(yè)化專項、中小企業(yè)專項資金及技術創(chuàng)新基金等各類國家專項,以及省高新技術產(chǎn)業(yè)發(fā)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(yè)上市融資。建立物聯(lián)網(wǎng)領域擬上市企業(yè)庫,積極幫助擬上市企業(yè)做好上市融資工作,切實推動物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)到國內主板、中小板創(chuàng)業(yè)板上市融資;鼓勵有條件企業(yè)積極到海外市場上市融資;推薦和協(xié)助有條件的物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)申請發(fā)行企業(yè)債券,募集發(fā)展資金。
(三)推進聯(lián)盟合作,整合多方資源
籌建物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟。由政府推動、核心企業(yè)牽頭,組建由政府、產(chǎn)業(yè)鏈上下游相關企業(yè)、科研院所、網(wǎng)絡運營商、中介組織以及產(chǎn)業(yè)用戶等多方參與的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟。通過聯(lián)盟,發(fā)揮政府的政策引導和資源整合作用、產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的產(chǎn)業(yè)化推進主體作用、科研院所的技術創(chuàng)新源頭作用、應用部門的市場牽引作用,以及網(wǎng)絡運營商的網(wǎng)絡支撐作用,相互支撐、有機結合,推動共性及關鍵技術研發(fā)、技術標準制定,推動產(chǎn)業(yè)鏈上下游共同發(fā)展,提升物聯(lián)網(wǎng)項目系統(tǒng)集成能力;通過聯(lián)盟,加強與全國各地物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、協(xié)會組織的交流與合作,切實推進物聯(lián)網(wǎng)技術產(chǎn)業(yè)化應用、技術標準體系完善與統(tǒng)一工作。
(四)突出政策扶持,優(yōu)化發(fā)展環(huán)境
1適時出臺扶持政策。啟動物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)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(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)有序發(fā)展。各縣(市)區(qū)依照全市物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃,結合本地產(chǎn)業(yè)發(fā)展實際,制定相應措施,積極幫助和指導本地物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展,確保規(guī)劃的順利推進和嚴格實施。
2營造良好政策環(huán)境。加大土地支持力度,符合用地標準和要求的前提下,優(yōu)先安排物聯(lián)網(wǎng)工程項目用地;加強知識產(chǎn)權保護與獎勵,充分調動和吸引社會各界的積極性和創(chuàng)新性,保障我市物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的高水平發(fā)展。
(五)培育高端人才,提升創(chuàng)新能力
加大物聯(lián)網(wǎng)人才培養(yǎng)力度,大力培養(yǎng)和引進物聯(lián)網(wǎng)技術領軍人才和高端人才,加強物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)專業(yè)人才培訓,制定物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)計劃。重點支持駐石高校建設物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)相關的專業(yè)和學科體系,使之能夠培養(yǎng)引領物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)與技術升級的高素質人才,為加快我市物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定人才基礎。
(六)建立行業(yè)統(tǒng)計,提供咨詢服務