发布时间:2023-10-08 10:04:19
序言:作为思想的载体和知识的探索者,写作是一种独特的艺术,我们为您准备了不同风格的14篇物联网的专业课程,期待它们能激发您的灵感。
Abstract: Firstly, the author expounds the concept of the Internet of things, puts forward problems that higher vocational colleges come across when setting up the Internet of things major, and then, the training target of this major in higher vocational colleges is set up, and the curriculum system of the major is put forward to provide reference for higher vocational colleges who set up the Internet of things major.
关键词:物联网;培养目标;课程体系
Key words: the Internet of things;training target;curriculum system
中图分类号:G622.3文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2011)24-0232-01
0引言
物联网[1]是通过信息传感设备,按约定的协议实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络,其主要特征是通过射频识别、传感器等方式获取物理世界的各种信息,结合互联网、移动通信网等网络进行信息的传送与交互,采用智能计算技术对信息进行分析处理,从而提高对物质世界的感知能力,实现智能化的决策和控制。目前物联网技术还属于一个新兴技术,正在快速发展。物联网专业是以计算机科学与技术、电子科学与技术、通信工程、控制以及软件工程、管理工程等多个学科相融合的综合性专业学科,因此在一个专业内要学习整个物联网相关知识和关键技术是不现实的。尤其是对于高职院校,由于培养目标与本科院校的不同,因此在高职院校物联网专业中应该开设哪些课程尚不明确。
1培养目标
针对物联网专业毕业的学生就业的工作岗位,省内的几所开设该专业的本科院校根据自己的特长、开设的课程、实验分别给出不同的定位,而高职院校培养的目标是高技能应用型人才,与本科院校的培养目标有着很大的区别。高职院校必须紧密结合社会发展的最新产业和最新技术,这样才能培养出满足产业分工和就业岗位群的人才需求,只有掌握产业新型技术和核心技术的专业人才才会受到用人单位的欢迎,才有更广阔的发展前景。为了提高物联网人才的技术含量,加强物联网人才的技能培养,最终培养出一批适合岗位的高技能型人才,必须满足企业对人才素质和知识结构的要求,强调“职业”又突出“能力”。高职院校培养学生是以就业为导向,以根据社会的需求为原则的,有很强的针对性。尽管很多高校都尝试着开设物联网技术专业,但是一切的工作都在摸索中。目前很多研究成果都是针对四年制的本科物联网技术专业[2][3]的研究,对于如何在高职院校内开设和发展物联网专业的研究不多,因此高职院校开设物联网专业存在着很多的难题[4],有待进一步的研究和探索。
结合企业的调研和交流,根据物联网的三个网络层次――传感层、网络层、应用层,设定不同的培养目标。传感层是以二维码、射频标签、传感器为主,实现物的识别,是与物理世界联系的纷繁复杂的数据采集方式,此层次的培养目标是使学生能够根据实际应用环境设计、开发、使用、维护不同的物联网节点、数控设备等;网络层,即通过现有的互联网、通信网络等,实现数据的传输与计算,将数据以各种接入方式进入互联网等各种通讯网络,使数据自由迅速的流动,此层次的培养目标是使学生能够根据实际应用环境设计、开发、使用、维护在各类通信系统中组织传感和控制信号的应用设备;应用层,即利用现有的手机、PC等终端实现应用,此层次的培养目标是使学生能够根据实际应用领域和应用实例设计、开发、使用、维护全面的物联网行业应用系统等。
2课程体系的设计
根据物联网专业的培养目标,确定知识与技能的要求,将物联网专业的课程体系,分为基础类课程和“传感采集控制”、“通信网络”、“系统应用”专业课程,其中专业课程与物联网的三个层次一一对应。基础类课程,主要让学生掌握自然科学、专业相关的基本理论知识及与人沟通基本技能。通常在高职院校中,最后一学期,即大三下学期为毕业设计和参加实习的阶段,因此专业的所有课程必须在大三上学期全部结束。课程体系的设计可以依据根据物联网的三个网络层次设定的培养目标来设计。
物联网本身是应用性很强的学科,仅仅传授基本概念和基础知识是不够的,因此在课程体系设计中一定要从实验和应用入手,切实培养出符合企业和社会需求的物联网实用人才。因此除了大一两个学期以外,建议每一学期都开设相应的综合实训课程。综合实训的目的就是将学生学习的专业知识融合到实际的项目中,通过实训项目的实施,使学生进一步巩固专业知识,从而掌握专业的工作技能,尤其是在第五学期,可以设计两个典型、实际的物联网系统的应用项目。如多物理量数据采集系统设计综合实训,包含物联网无线传感数据采集基础、数据采集原理和应用、数传控制设计环境和应用开发流程。在该实训中可以基于现有产品实施监测体系的搭建和实际运行,通过该实训掌握传感数据采集方法,熟悉专用设计语言编程方法,熟悉传感数据采集变化,掌握搭建无线探测监测体系的思路、方法和步骤。智能家居系统设计综合实训,将物联网技术上层最重要的应用之一的智能家居作为一个实训载体,突出了无线传感网络技术与RFID技术的实际应用。在该系统中包括了智能门禁系统、煤气泄漏监测系统、火灾预警系统、智能家电控制系统、室内人体红外感知系统等。这些综合实训的顺利实施离不开课程的支持,如单片机与嵌入式技术、zigBee技术、无线通信技术等,所有的专业课程在综合实训中都有所体现。
3结束语
高职院校开设物联网专业才刚刚兴起,因此没有现成的模式可借鉴。而且物联网本身是一个战略性新兴的学科,这就决定了其课程体系具有发展变化的动态特性。学校在办学过程中,紧密结合国家经济社会发展需要,不断地进行市场调研和人才需求的分析,改革人才培养方案,积极开展专业课程教学内容改革,及时更新教学内容,让学生能够掌握物联网的最新技术,为毕业后能够顺利地在物联网相关产业找到合适的就业岗位奠定坚实的基础,为国家战略性新兴产业发展培养高素质物联网专业人才。
参考文献:
[1]龙妍.物联网技术及其发展趋势沪忠望[J].科技信息,2010,(35):86-87.
[2]胡忠望.“物联网工程”新专业课程体系的设计[J].中国电力教育,2010,(22):109-110.
关键词:物联网工程 课程体系建设 技术体系结构 知识体系结构
中图分类号:G642.0 文献标识码:A DOI:10.3969/j.issn.1672-8181.2013.17.098
2005年11月17日,国际电信联盟正式提出了“物联网”(Internet of Things,IoT)概念[1]。“物联网”颠覆了人类之前将物理基础设施和IT基础设施截然分开的传统思维,将具有自我标识、感知和智能的各种物理实体基于通信技术连接在一起,并使政府管理、生产制造、社会管理以及个人生活等实现互联互通,被称为继计算机、互联网之后,世界信息产业的第三次浪潮。考虑到物联网技术对社会发展的重要影响,世界各科技强国都将物联网放在未来发展战略中的重要位置。我国“十二五”规划中也将物联网作为战略性新兴产业予以重点关注和推进。
为满足国家战略性新兴产业对高素质人才的迫切需求,自2010年我国教育部首次批准30余所高校设立“物联网工程”本科专业以来,发展至今全国共有100多所高校获批开设“物联网工程”本科专业,并开始陆续招生。目前,“物联网工程”专业在我国各高校的开设处于刚刚起步的阶段,有关“物联网工程”专业的知识体系、课程体系、工程实践、师资建设和人才培养等方面都还是一片空白。一些高校在“物联网工程”专业的建设上也存在着专业定位不明确、学科知识体系认识模糊、专业特色不突出、实践教学体系缺乏层次性和系统性等问题。如何依据物联网技术的发展规律和特征,建立科学的专业人才培养体系,并使之能够快速适应战略性新兴产业的发展对人才培养的需要,是近期教学研究任务中一个重要的课题。本文通过分析物联网工程专业的知识体系及核心知识领域,力求归纳物联网工程专业建设的专业共性基础,提出构建物联网工程专业课程体系的主体思路,以期为兄弟高校物联网相关专业课程规划抛砖引玉。
1 物联网体系结构
物联网涉及的关键技术很多,包括自动控制、通信、计算机、电子、测控等不同领域,是跨学科综合应用的典型代表。理解物联网的体系结构是搞清楚物联网知识体系的基础,也是建设物联网工程专业的基础。
物联网作为一种形式多样的聚合性复杂系统,涉及了信息技术的每一个层面。目前世界上还没有形成统一的物联网规范和标准。从物联网工程教学角度分析,本文更倾向于采取物联网四层结构模型[2]。如图1所示,物联网的体系结构自下而上依次包括感知控制层、信息传输层、服务支撑层和应用服务层四部分,此外还有物联网的安全隐私保护以及网络管理两大方面。
1.1 感知控制层
感知控制层包括数据采集子层、短距离通信技术和协同信息处理子层。数据采集子层通过各种传感器实现对物理对象的感知和数据获取,其中涉及传感器、射频识别(RFID)、多媒体信息采集、二维码和实时定位等技术。短距离通信技术和协同信息处理子层将采集到的数据在局部范围内进行协同处理,并通过具有自组织能力的短距离传感网接入广域承载网络。在有些应用中还需要通过执行器或其他智能终端对感知结果做出响应,实现智能控制。
1.2 信息传输层
信息传输层将来自感知控制层的各类信息通过基础承载网络传输给上层,并提供透明的数据传输能力。其中,基础承载网主要包括移动通信网、互联网、卫星网、广电网、行业专网及形成的融合网等。
1.3 服务支撑层
在高性能计算和海量存储技术的支持下,服务支撑层对网络获取的大量不确定信息进行重组、清洗、融合等处理,整合为相对准确的结论,并为上层行业应用提供智能的支撑平台。本层的主要特点是智慧处理,运用概率论、机器学习、数据挖掘、模式识别等理论,对多点网元感知信息高效综合,从而使物联网能够提供更加多样化、人性化的服务。
1.4 应用服务层
应用服务层主要将物联网技术与行业专业系统相结合,将信息转化为内容,实现广泛的物物互联的应用解决方案。
简单概括,物联网就是传感网、互联网、智能服务的综合体。与传统的互联网相比,物联网加进了感知控制层以降低互联门槛,实现非智能、弱智能设备的互联,同时这也给数据传输、信息处理、信息服务带来了新的挑战,使网络体系结构变得更加复杂。
2 物联网工程专业知识体系
物联网工程专业是学科交叉度高、理论体系尚未完全成型、市场应用又发展迅速的新兴专业,因此通过知识体系来梳理和指导课程体系的建设是非常必要的。按照一般工程专业划分,物联网工程专业可分为三大知识领域:通识基础类知识领域、综合管理类知识领域和专业技术类知识领域,本文主要讨论物联网工程的专业技术类知识领域所涉及的知识模块、知识单元和知识点。依据物联网技术及产业发展对人才培养的需求,物联网工程知识结构中的专业技术知识部分应能够覆盖物联网整体的结构框架并体现其关键技术,因此对应于物联网的体系结构,物联网工程专业的专业技术类知识领域主要涵盖感知识别、网络构建、智能信息处理和创新应用等四个知识模块[3]。其中,感知识别、网络构建知识模块属于物理基础层次,偏重于硬件技术;智能信息处理、创新应用模块则偏重软件技术。
物联网工程专业知识模块涵盖的知识单元较多,其中感知识别模块主要包括传感与控制技术、短距离无线通讯技术、射频识别技术、阅读器技术和智能终端设备等知识单元,涉及的关键知识点有EPC编码技术、标签技术、RFID技术、传感器技术、无线传感器网络、嵌入式系统应用等;网络构建知识模块主要包括网络结构框架、通信协议、技术标准、信息安全等知识单元,涉及的关键知识点有数据通信网与路由交换技术、无线通信技术、组网技术、网络融合技术、网络管理与安全技术等;智能信息处理模块主要包括云计算系统、人工智能系统、分布智能系统等知识单元,涉及的关键知识点有数据融合技术、数据库技术、云计算技术、智能中间件技术等;创新应用模块主要包括工业物联网、智能电网、智能交通、智能家居、环境监测等知识单元,涉及的关键知识点有物联网应用系统设计、物联网工程规划与设计等。
3 物联网工程专业课程体系
物联网工程专业课程体系的设置需要综合考虑相关学科的交叉融合,尽可能多地覆盖本专业的知识体系,并将相关主干学科的核心课程和专业课程进行通盘考虑。围绕物联网工程专业涉及的学科知识领域和知识点,物联网工程专业课程体系可由通识教育模块、自然科学公共基础模块、专业基础模块、专业必修模块、专业选修模块等五部分构成。
3.1 通识教育模块
通识教育是高等教育的组成部分,它是“非专业、非职业性”的教育, 是关注人的生活、道德、情感和理智和谐发展的教育。通过学习这部分知识可增强学生接触知识的广度与深度,拓展学生视野,培养学生的政治思想素质和职业道德,以使学生兼备人文素养与科学精神,从而把学生培养成为全面发展的人。各高校的通识教育课程通常会贯穿第一至第四学期,主要涉及思想、政治、心理健康、英语、体育、经济与管理等方面。
3.2 自然科学公共基础模块
自然科学公共基础课是高等学校各专业学生共同必修的课程,通过学习这部分知识学生可以掌握作为一名大学生所要学习的源于中学又高于中学的理论性知识,从而为进一步学习专业知识提供方法论的基础支持。作为工科专业,物联网工程专业的自然科学公共基础模块主要包括大学物理、高等数学、复变函数与积分变换、概率论与数理统计、线性代数、计算机文化基础、C/C++语言程序设计基础等课程。
3.3 专业基础模块
专业基础课是高等学校中设置的一种为专业课学习奠定必要基础的课程,是学生掌握专业知识技能必修的重要课程。作为隶属计算机科学与技术一级学科下的工科专业,物联网工程专业的专业基础课主要包括电路分析、工程制图、电子技术、离散数学、C语言程序设计、面向对象程序设计、信号与系统概论、通信原理、数据结构、操作系统、计算机组成原理、微机原理与接口技术、计算机网络、数据库原理、软件工程、物联网工程导论、传感器原理与应用等。
3.4 专业必修模块
物联网工程专业的专业必修课是在专业基础课程之上对物联网的体系框架以及主要原理技术进行深入研究探讨,为进一步学习和发展打下基础。物联网工程专业的专业必修课程主要包括[4]物联网体系结构、无线传感器网络、射频识别技术、Zigbee原理与应用、嵌入式系统原理、数据通信网及交换技术原理、物联网信息安全、大型数据库应用技术、物联网技术与应用等课程。
3.5 专业选修模块
专业选修课程的设置体现了学科发展的专业特点,同时也指明了物联网工程专业学生的职业之路。作为新设专业,物联网工程专业的学生培养走向一直引人注意;作为一门学科,物联网工程专业可以从学科发展角度划分为三个方向:感知与控制方向、传输与网络方向、软件与服务方向;作为一门工程实践,物联网工程又可以从岗位需求角度划分为三种工作:系统综合工程师、产品研发工程师、设计规划工程师。各个学校可以根据本校的学科优势、特色及所处行业背景,构建有自己特色的可选专业课程,并将其融入到核心课程体系中。下面给出按照学科发展的方向设置的专业选修课参考内容。
感知与控制方向主要设置单片机原理及应用、DSP处理器及应用、数字信号处理、计算机控制技术、ARM结构与编程等选修课程;传输与网络方向主要设置下一代互联网技术、短距离无线与移动通信网络、网络融合技术、网络规划与设计、网络管理与安全、网络编程等选修课程;软件与服务方向主要设置云计算与服务计算、模式识别、数据挖掘与融合技术、Web应用开发技术、物联网应用系统设计等选修课程。
在具体设计课程体系时,各高校可根据本校的专业背景和学科优势,充分考虑物联网工程知识体系各领域、各模块、各单元的内容,依照不同的学科方向灵活调整课程开设时间和授课学时,增加或删减具体课程。
4 结束语
物联网工程是一个战略性新兴本科专业,它不是以理论为主导,重点在于工程应用[5],这就决定了其课程体系具有发展变化的动态特性。因此,在制定专业教学计划时,要以时刻服务于社会发展需要为根本依据,紧密结合当前物联网新技术及行业应用的时代需求,依托学校自身的学科优势和行业背景,设计出与时俱进的、科学合理的、可持续发展的专业课程体系,只有这样才能为国家战略性新兴产业发展所需高素质专门人才的培养做出更多贡献。
参考文献:
[1]ITU Internet report 2005:The Internet of Things[DB/OL]. http://itu.int/[dms_pub/itu-s/opb/pol/S-POL-IR.IT-2005-]SU
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[2]崔莉,刘强,李栋.物联网系统及核心设备[J].中国计算机学会通讯,2010,6(4):18-22.
[3]胡忠望.物联网工程新专业课程体系的设计[J].中国电力教育,2010,(22):109-110.
[4]桂小林.物联网技术专业课程体系探索[J].计算机教育,2010,(16):1-3.
[5]马忠梅,孙娟,李奇.物联网工程专业课程体系与实践探讨[J].单片机与嵌入式系统应用,2011,(10):1-4.
作者简介:姜颖(1971-),女,硕士,河北廊坊人,讲师,研究方向为网络技术与信息安全、图像处理,河北工业大学廊坊分校,河北廊坊 065000
关键词:物联网;课程群;课程建设;电子感测技术
中图分类号:G718.5 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2017)14-0244-02
一、研究背景
随着现代信息技术的发展,以物联网技术为代表的聚合性应用与技术的提升不断出现。对应的人才培养专业随之诞生,这类专业往往是多个学科的融合。物联网是一门交叉学科,涉及计算机、通信技术、电子技术、测控技术等专业基础知识,以及管理学、软件开发等多方面知识。在专业课程建设和完善的过程中,单一学科课程体系无法适用于物联网应用的需要,采用跨学科的教学模式才能满足专业课程建设的要求。同样,细化到课程建设,单门课程的闭门建设已无法满足跨学科知识体系的要求,迫切需要将相关课程进行融合和整体规划,形成课程群进行“大课程”建设。
二、课程群的组建
课程群是由内容上密切相关,相承和渗透,具有互补性的几门系列课程组成的有机整体,并配备相应的教学素质,按大课程框架进行课程建设,获得整体优化,进而更适用于跨学科的课程建设。面向物联网方向课程群建设的基本思路是通过梳理物联网关键技术,理清物联网应用的技术体系层次结构。跨专业挑选出相关课程对应到各个层次结构中,分层次进行课程组团形成课程群。
三、基于物联网技术体系层次组建课程群
物联网技术体系架构分为感知层、网络层、应用层三个层次。
以感知层课程群组建为例,感知层位于物联网三层结构中的最底层,其功能为“感知”,是由各种具有感知能力的设备组成,主要用于感知和采集物理世界中发生的物理事件和数据。感知层是物联网的核心,是信息采集的关键部分。
基于感知层在物联网中的作用,梳理出该层的核心技术包括射频技术、新兴传感技术、无线网络组网技术、现场总线控制技术(FCS)等,涉及的核心产品包括传感器、电子标签、传感器节点、无线路由器、无线网关等。
通过多方调研高职层次应用型岗位的需求出高职层次应届毕业生岗位需求主要集中在“测试工程师”、“系统运维工程师”、“售后工程师”、“产品销售人员”、“工程施工人员”及“产品检测人员”等。
通过对上述岗位典型职业活动进行分析,将岗位描述和能力要求进行汇总,再对应到知识技能要求后,将学院原开设相关课程的内容与物联网方向相关技能和知识进行比对,在已开设课程中跨专业选取出《电子感测技术》、《单片机技术》和《无线通信》三门课程形成课程群进行统一建设。
四、课程群建设方法探索
(一)教学内容建设方面
以《电子感测技术》课程为例,原有课程内容侧重于传感器原理、基本结构的教学,强调被测量检测为目的的传感器应用。然而,从传感器技术在物联网中的应用现状分析,传统传感器及独立传感器功能已无法满足物联网行业的需求。除了熟悉传感器原理和结构外,还需要掌握传感器智能化、组网、信息获取、传输及应用等相关技术。而上述这些相关技术的应用和实现涉及到单片机、无线通信等相关技术,仅凭《电子感测技术》课程本身增加概念性教学内容是无法使学生理解和掌握的。
为保障新增和调整的教学内容开展有效的教学,面向物联网方向的《电子感测技术》课程教学内容的调整及课程本身的二次开发需要基于课程群建设。在《单片机技术》和《无线通信》两门课程的支撑下,教学内容主要从以下二方面进行新增和调整。
1.新增无线传感器节点相关教学内容。物联网行业技术发展现状要求传感器不仅具有感知获取功能,还具有信息处理、逻辑判断、自诊断等功能。目前成熟的技术是将传感器部分与信号预处理电路、输入输出接口、微处理器等结合到一起,形成传感器节点。传感器节点是无线传感器网络的基本功能单元。传感器节点基本组成模块有:传感单元、处理单元、通信单元以及电源部分。
2.新增无线传感网相关教学内容。传感器节点的开发和大量使用,使分布式控制系统中对传感信息交换提出更高要求,单独传感器数据采集已不能适应物联网技术的发展,取而代之的是无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)。无线传感器网络是由大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络。
教学内容主要在融合无线通信和单片机课程相关内容基础上新增无线传感器网络的介绍,重点包括传感器网络结构、通信协议等。
(二)教学方法改进
课程群中的课程各自按特点选用合适的教学方法外,主要采用项目引导、任务驱动的教学方法来开展教学。但随着课程群中课程学习的深入,课程间的交叉和融合越来越明显,需要共同开发建设教学项目和任务,让学生全面了解和掌握物联网关键技术的要领。
以物联网感知层课程群设计的教学项目“校园环境温湿度监测系统”为例,《电子感测技术》课程主要解决感知端传感器的选型和信号预处理(侧重硬件),《单片机技术》课程主要完成传感器节点的构建(侧重编程),《无线通信技术》课程主要完成无线传感网的组网(侧重通信协议和网络构建模式)。
(三)实训设备开发
高职层次的物联网方向专业培养目标是能够从事物联网领域的系统维护、产品制造和施工的高等工程技术人才。培养目标决定了学生在具有一定理论基础的同时,要有较强的实践能力。因此,实践教学至关重要。而对于一个交叉学科而言,仅凭原有课程相互独立的实训设备无法满足教学需求,需要构建一个结合课程组中课程配套实训设备的开放式交叉硬件共享平台,为物联网方向教学提供硬件设备保障。
以《电子感测技术》课程为例,原有实训设备大都是传统传感器,孤立性较高,缺乏完整的系统化实训系统,能满足基础实训内容却无法满足如上述物联网方向的公共教学项目和任务的实践教学需要。因此,我们另外立项设计与实现系统化的公共实训系统,并逐步完善课程组硬件共享平台的建设。
(四)教材选取和建设
由于面向多学科融合的物联网方向,使得课程内容具有一定广度。针对课程知识面的广泛性,教材选取上避免局限单一教材,在选取主导教材的同时,引导学生选用其他课程资料作为学习辅助参考资料。
课程组积极进行教材的建设,基于课程建设编写出更适合的教材。以《电子感测技术》课程教材建设为例,新版教材根据物联网用传感器的特点和发展趋势,新增相关内容。在课程组课程相关教学内容的支撑下,新增物联网感知层中传感器节点和无线传感网的相关内容。对原有教学内容中的应用举例进行合理的补充,增加物联网应用方向举例。开发新的物联网方向相关实训内容新增到教材中。
五、结语
面向物联网方向的课程建设需要跨专业课程间形成稳定持续的合作机制,以课程组的形式进行建设是一种行之有效的方法。面向物联网方向的跨专业课程群建设是对新专业方向和课程建设新方法的全新探索,以物联网学科建设为契机,探索多学科交叉合作模式,建立物联网方向融合教W环境,为后续相关课程开发和建设探索可借鉴性的经验。
参考文献:
[1]张少初.物联网交叉学科融合教学环境探究.[J].中小企业管理与科技旬刊,2014,(09).
[2]刘华,冉盈.课程群内涵及其相关概念辨析[J].湖北函授大学学报,2014,(05).
[3]刘少强,张靖.现代传感器技术――面向物联网应用(第2版)[M].北京:电子工业出版社,2016.
关键词:多学科;物联网工程;课程体系;技术体系
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:2095-1302(2016)04-0-03
0 引 言
物联网的概念由美国麻省理工学院的Kevin Ash-ton教授于1991年首次提出,2005年在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSIS)上进一步确定了物联网的定义和范围,自此在美国、欧盟、日本、韩国和中国掀起一次新的信息发展浪潮[1]。物联网被认为是继计算机、互联网之后的第三次信息时代大革命,物联网作为一项战略性新兴信息产业,越来越多的企业把目光投向先进的物联网技术。
国家把物联网作为重点发展的战略性新兴产业之一,物联网的发展离不开人才的需要。从2010年起,在高校设立了物联网工程本科专业,到2015年全国共有340多所高校设立,已成为一个规模较大的本科专业[2]。物联网工程专业肩负了高层次人才的培养使命,但其高度综合交叉的专业特征决定了专业人才培养具有挑战性的特点,专业建设需要综合考虑IT技术发展、现实需求及已有基础等多个因素,以建立清晰的预期目标。但是各个学校设立专业的学科来源和基础各不相同,有电子科学与技术的,有通信工程的,有计算机科学与技术等,同时也说明物联网自身的学科体系还没建立起来。
一般地,任何新出现的专业学科都离不开相关成熟学科的支撑,通过学科交叉及其知识集成构成新专业新学科[3]。作为学科交叉极强的物联网工程新兴专业,如何构建其科学合理的课程体系成为该专业建设面临的首要课题[4]。因此,本文从物联网产业与技术体系的构成进行剖析,结合本校实际情况,分析其学科交叉内涵,从中抽取相应的支撑课程构建物联网工程专业的课程体系,为制定符合规范的培养计划奠定基础。
1 物联网产业与技术体系剖析
物联网是近几年出现的信息产业发展战略的新兴行业,目前还没形成体系完备的行业规模,处于发展初期。但受各国战略引领和市场推动,全球物联网应用呈现加速发展态势,物联网所带动的新型信息化与传统领域走向深度融合,物联网对行业和市场所带来的冲击与影响已经广受关注。物联网行业表现出以下两个基本特征:
(1)纳入物联网行业的产业庞杂,面广量大。涉及到芯片 (传感器、RFID、无线通信模块等)、终端设备(PC机、TV、手机等)、网络设备、系统集成、软件与应用、网络服务商(移动、联通等)、运营及服务提供商等。
(2)带动物联网应用的领域多、规模大。有智能电网、智能交通、智能物流、智能家居、环境与安全检测、工业智能制造、医疗健康、精细农牧业、金融与服务业、国防军事十大重点领域。
目前,国内总共有超过2 000家相关物联网公司或者研究机构成立。其中,研究机构以研究设计、示范引导应用为主业,许多省市、行业都成立了一些研究机构,一些知名企业如华为、格力电器、联想、海尔、移动、联通等也将物联网作为新的增长点。国外主要集中在美、欧、日、韩等少数国家,IBM、英特尔、西门子、霍尼韦尔等大牌公司也在进军物联网产业。企业对从事物联网人才的要求主要有重点发展物联网技术,从事物联网相关产品的研发、设计和制造;大力培育物联网产业,在传统产业中通过物联网技术促进产品智能化水平,提高产品的市场竞争力;在新兴信息产业中,创新开发适应物联网市场需求的智能化产品,开拓新产品;全力推广物联网应用,在一些应用领域推动物联网技术的融合,带动物联网技术的应用,提高智慧化水平;努力搭建物联网平台,在网络平台嵌入物联网服务功能,拓展新业务。
由于物联网工程专业是新建立的,所以其知识结构和课程的学科体系还没有独立建立起来。但从技术和产业角度来看,其技术体系结构已经基本确定下来,物联网系统的构成很长,其体系构架大致可分为感知层、网络层、应用层三个层面,每个层面又涉及诸多细分领域[5],图1所示为物联网技术的体系构架示意图。
感知层的功能主要是识别与获取信息,负责采集物理世界中发生的物理事件和数据,实现外部世界信息的感知和识别。包括传统的无线传感器网络、全球定位系统、射频识别、条码识读器等。这一层主要涉及两大类关键技术:传感技术和标识技术。传感器网络的感知主要通过各种类型的传感器对物体的物质属性(如温度、湿度、压力等)、环境状态、行为态势等信息进行大规模、分布式的信息获取与状态识别,它可用于环境监测、远程医疗、智能家居等领域。标识技术通过给每个物体分配一个唯一的识别编码,实现物联网中任何物体的互联。感知层的主要技术方向为新型传感器及其感知节点的研发技术。实现感知节点中的感知单元、处理单元、传输单元和电源单元的高度集成、高度智能,结合节点节能技术,数据融合技术,开发新结构、新原理、新工艺的传感器技术。
网络层主要是完成感知信息高可靠性、高安全性的传送和处理。从具体实现的角度,本层由下而上又分为接入网、核心网和业务网三层。
(1)接入网:主要完成各类设备的网络接入,强调各类接入方式,比如现有的蜂窝移动通信网、无线局域/城域网、卫星通信网、各类有线网络等。
(2)核心网:主要完成信息的远距离传输,目前依靠现有的互联网、电信网或电视网。随着三网融合的推进,核心网将朝全IP网络发展。
(3)业务网:是实现物联网业务能力和运营支撑能力的核心组成部分。
网络层的主要技术方向是感知节点组网与协同处理技术,多应用监测区域下的感知节点通信与组网技术,异构网融合技术,网络管理与安全技术。
应用层主要利用经过分析处理的感知数据,将物联网技术与个人、家庭和行业信息化需求相结合,可向用户提供丰富的服务内容,大大提高生产和生活的智能化程度,应用前景十分广阔。其应用可分为监控型(物流监控、污染监控、灾害监控)、查询型(智能检索、远程抄表)、控制型(智能交通、智能家居、路灯控制、远程医疗、绿色农业)、扫描型(手机钱包、ETC)等。应用层的主要技术方向是服务用户的应用软件及系统集成技术。满足用户的操作系统技术,存储和处理大数据的数据库技术、数据挖掘技术,适应物联网数据处理与使用的中间件软件技术,物联网系统设计与实现技术等。
由此可知,广义传感器在监测区域获取和采集各种信息后转化为数据形式,通过数据传输协议构成了从感知层、网络层到应用层的“数据流”。与物联网三层技术结构对应的知识结构支撑学科分别是电子信息类(电子科学与技术、仪器科学与技术等)、通信类(通信工程等)和计算机类(计算机科学与技术、软件工程、网络工程等)。因此,在制定物联网工程专业的人才培养计划时,需要考虑以下两个问题:
(1)物联网工程专业尚未建立起自身的学科体系,需要在多学科支撑下,逐步从各学科体系中收取相关内容,在工程实践中不断融合,才可形成自身的学科体系。因此制定计划时,需要从电子信息类、通信类和计算机类三大学科中提取与物联网直接相关的内容,确定主干和核心课程;
(2)物联网技术涉及的知识链较长、内容繁多,在大学4年中,很难做到“面面俱到、样样学到”。同时,如果所有物联网知识点都涉及的话,也会出现“样样了解样样松”的问题,无法做到“扎实掌握”的目的。而且在现代企业实际工作中,都是团队合作的模式,也不需要样样松的“全才式”毕业生。所以制定计划时,各校可以依据各自的基础,选择一部分课程,达到掌握程度;另一部分课程,达到了解程度即可。
从物联网产业群可知,其产业不仅长,而且庞大,将是下一个万亿级规模的产业。与之对应的人才能力要求也会因企业不同而各有不同,而且4年的大学教育也难以覆盖其全部内涵。因此,在物联网产业中,不同的岗位对毕业生的要求不同。
各学校应结合各自的条件和基础,制定出具有自身特色和自我优势的培养计划,以培养工程师工程设计和技术开发的能力为出发点,构筑工程师必备的知识体系、能力结构,重点加强工程技术等工程科学基础课程、信息大类专业基础课程、物联网专业技术课程群等工程应用类课程。实现相同专业的错位培养,满足物联网产业对各类人才的需求。
2 相关学科对物联网知识构建的支撑作用
虽然物联网工程专业是新出现的电子信息领域专业,可以认为是一个数据流过程,但本专业也是在其相关学科的技术积累集成而形成的。在物联网产生和发展的过程中,与之密切相关的支撑学科主要有仪器科学与技术、信息与通信工程和计算机科学与技术,从中抽取与物联网有关的知识点分别支撑着物联网技术体系的感知层、网络层和应用层。
从仪器科学与技术学科抽取“电子技术”、“微机原理”、“信号与系统”、“测控电路”、“传感技术”、“计算机控制技术与系统”、“数字信号分析与处理”、“误差理论与数据处理”等课程的部分内容,提供智能感知和控制仪器的知识和能力,解决物联网数据“测的准”的问题。从信息与通信工程学科抽取 “通信电子线路”、“通信原理”、“计算机通信网络”等课程的部分内容,提供数据接入、传输和下载的主干网(如互联网)的知识和能力,解决物联网数据“传的远”的问题。从计算机科学与技术学科抽取“计算机C语言”、“数据结构”、“计算机组成原理”、“软件工程”、“操作系统”、“算法设计与分析”、“Java语言”、“Linux系统应用”、“数据库技术与应用”等课程的部分内容,提供数据应用软硬件平台与数据算法的知识和能力,解决物联网数据“用的好”的问题。
由上述分析可知,3个支撑学科在构成物联网的三层技术结构的知识内容时,各层之间的关联性知识点还没有考虑进去,难以集成在一起。因此,必须结合与物联网有关的当今新出现的先进技术,在感知层与网络层之间构建无线通信、区域组网、融合、网关协议等知识,在网络层与应用层之间构建异构网络互联、数据挖掘、移动操作系统、物联网系统设计、应用管理等知识。
3 对课程体系构建的思考
综上所述,物联网工程专业的课程体系与产业对物联网技术的需求、三层物联网技术架构及支撑学科的作用是一致的。那么,如何解决在四年的大学本科教育活动中,既要让学生掌握专业知识,又让其知识体系符合认证标准呢?本文认为需要从以下两点考虑:
(1)物联网的最终目标是应用数据来提高社会的智慧信息化水平。因此可以认为,在物联网三层技术体系中,感知层技术是数据提供者,是专业建设的基础;应用层技术是数据的应用者,是专业建设的引领和推动者;这两层是专业建设的重点。
(2)网络层技术是数据通信的传输通道,可以认为网络层在专业建设中起桥梁作用,特别是核心网络中通信设备专用的、协议软件固化好的,因此网络层的知识了解即可。
综上所述,该学科应重点掌握物联网数据流中的数据采集与控制、数据的区域(短距离)传输与通信、数据的接入与异构互联、数据的存储与建仓、数据的计算、挖掘与应用等知识,基本掌握数据的公用网络传输、通信与管理知识等。所以,专业合理的定位为哑铃式线性课程结构,即重点掌握物联网两端的感知层和应用层知识,基本了解中段的网络层知识。图2所示为本文构建的课程体系。
从图2可见,该课程体系涵盖了物联网知识点,做到了与仪器科学与技术、信息与通信工程两大支撑学科的紧密融合,与计算机科学与技术支撑学科的深度交叉,突出了物联网“数据测量的准确”、“数据传送的遥远”、“数据应用”的专业能力和工程素养。
4 结 语
本文剖析了物联网产业对技术的要求,探讨了其体系构架的感知层、网络层、应用层三个层面的技术内容。分析了与物联网工程密切相关的仪器科学与技术、信息与通信工程和计算机科学与技术的支撑学科作用,从中与物联网有关的知识点分别支撑着物联网技术体系的感知层、网络层和应用层,为构建规范培养计划的课程体系奠定基础。
参考文献
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关键词:物联网工程;课程体系;人才培养
中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2013)13-3100-02
1 物联网工程专业课程体系结构的现状
物联网(IOT,The Internet of Things)是互联网的延伸,是未来网络的发展趋势。面对国家战略性新兴产业发展的需要,为了满足人才培养的需求,教育部于2010年7月组织相关专业教学指导委员会的专家审批设置了物联网工程专业。但整体而言,目前无论国内还是国外,物联网的研究和开发都还处于起步阶段,不同领域的专家对物联网的研究有不同的角度,物联网的系统模型、体系架构和关键技术都还没有明确的共识,而且物联网又是一门交叉学科,涉及到计算机、通信、电子、自动化等领域,内容繁多。因此怎么样针对不同学校的特点建立有特色的物联网工程的课程体系结构是普通高校进行物联网教育的主要问题。
本文在分析物联网体系架构、知识体系结构、关键技术的基础上,对物联网技术在平顶山区域特色经济煤炭、电力、化工领域的应用进行深入分析总结,提炼出技术应用点和相应岗位的岗位技能、知识结构,并据此调整物联网工程专业课程体系结构,使之培养学生能更好服务平顶山地方经济发展,实现平顶山学院 “立足平顶山,面向河南,为区域经济社会发展服务”的服务面向定位和“特色名校”的发展战略。
2 物联网技术在平顶山的特色经济中应用
河南省平顶山市作为中原城市群中心城市之一,经过五十年的发展,已形成以能源和原材料工业为主体,以煤炭、电力、钢铁、纺织、化工、机电、建材、食品等工业基地为支撑的新兴工业体系。随着“十一五”期间我国向环保型、节约型社会发展战略的转变,平顶山面临着整个能源和原材料产业体系的全面升级。升级的核心是利用现代信息技术手段改造传统的粗放式生产模式,物联网技术成为产业升级的主要推动力之一。但物联网人才的严重匮乏成为制约这些产业升级的主要瓶颈。河南和平顶山的发展,需要一大批培养具有较高工程技术能力和创新精神的高级物联网专业人才。
本文恰以此为契机,面向社会需求,调整课程体系,提炼平顶山学院物联网工程专业的特色,力求专业建设和信息产业发展保持同步,不断适应社会对人才需求的变化。
2.1 物联网技术在煤炭领域的应用
本文在研究大量的国内外文献和实地调查,发现物联网技术在煤炭领域的应用体现在以下几个方面:
1) 利用物联网技术对煤矿井下人员、生产设备进行精确定位、自动识别、智能管理。在传统生产中,地面人员难以及时动态掌握井下人员的分布及作业情况。因此,井下人数不详、被困人员位置不清、通信不畅是灾后应急救援急需解决的问题[1]。煤炭开采面临的是移动的生产环境,大量的设备需要跟随采掘的进度搬迁,煤炭企业的设备管理与运行维护水平普遍较低,导致效率低下,设备、材料损耗浪费现象严重[2]。利用物联网技术对人员和设备进行准确定位和智能管理能有效提高煤矿企业的安全水平和设备的利用率;
2) 利用物联网技术加强煤矿防爆电气设备等安全标志产品管理(传感器,无线网络,监控系统开发),实现煤矿防爆电气设备等矿用安全标志准用产品生产、运输、仓储、使用、维护等全程管控,可以有效地防止假冒伪劣产品用于煤矿井下[3];
3) 采用物联网技术,实现瓦斯多级监管; 即使煤矿没能及时实现瓦斯风电闭锁,没能将相关区域作业人员全部撤至地面或全风压进风流处; 上级主管部门也能及时发现事故隐患,指导煤矿采取相应的防范措施[3];
4) 煤炭产量远程监测,以物联网技术嵌入式控制器为重点,可通过煤炭产量远程监测系统,把物联网技术运用于安全生产领域,使煤炭生产全过程置于严密监控之下[4]。
2.2 物联网技术在电力领域的应用
智能电网是与物联网最为密切的一个行业,物联网应用于智能电网是信息通信技术发展到一定阶段的必然结果,未来智能电网的建设必然产生世界上最大、最为智能、信息感知最为全面的物联网。利用物联网技术将能有效整合电力系统基础设施资源,提高电力系统信息化水平,改善现有电力系统基础设施的利用效率。
在研究大量的国内外文献和实地调查的基础上,该文总结物联网技术在电力领域的应用的几个重要方面:
实现按需发电,避免电力浪费。感知中心就是一个面向智能电网的传感器网络中枢,通过搜集家家户户的电表信息,可以计算出一定时间段的生活用电动态需求量,再将这一信息及时反馈到发电企业,按需发电,避免无效发电的成本浪费;在用电环节中,智能管理,节约用电。智能交互终端是实现家庭智能用户服务的关键设备。它通过近距离无线传输和GPRS等通信技术,对家庭用电设备进行统一监控与管理,指导用户合理用电,调节电网峰谷负荷,实现电网与用户之间智能用电 [5];
此外,利用物联网技术对公共设施用电进行智能控制。利用物联网技术可以解决传统控制方法中存在的问题,使得路灯监控脱离了人工干预,实现自动化控制[6];并且基于在线状态监测的状态检修可通过物联网技术获得的实时可靠地在线数据,对数据和信息分析与管理并制定检修计划[7];
2.3 物联网技术在化工领域的应用
传统的化工在物联网技术的推动下,也会出现新的局面。在进行大量研究的基础上,我们发现物联网技术未来在化工领域的应用主要体现在以下几个方面:
1) 制造业供应链管理。物联网应用于企业原材料采购、库存、销售等领域, 通过完善和优化供应链管理体系, 提高供应链效率, 降低成本;
2) 生产过程工艺优化。物联网技术的应用提高了生产线过程检测、实时参数采集、生产设备监控、材料消耗监测的能力和水平[8];
3) 利用物联网技术全程监控危险品供应链,在提高危险品供应链效率的同时,有效改善了危险品供应链的安全性能[9]。
3课程体系结构的借鉴和调整
在上面的论述中可以发现,定位技术、远程监控技术、无线传感网技术和远距离信息传输技术在在平顶山特色经济煤炭、电力和化工中应用尤其广泛。根据这些应用点,可以准确把握这些领域对未来物联网相关的岗位的能力要求和知识结构要求,从而调整物联网课程体系结构,体现专业特色。
针对平顶山学院应用型本科教育的特点,我们制定物联网工程专业的专业素养培养目标为系统地掌握物联网的相关理论、方法和技能,具备基于计算机技术,通信技术、网络技术、传感技术进行信息标识、获取、传输、处理、识别和控制的能力,能在物联网的感知、接入、网络、应用等不同层次进行嵌入式应用软件的开发的高级应用型人才。
为了实现培养目标,学生的专业知识结构为掌握与物联网工程技术相关的计算机、电子与通信学的知识,物联网关键技术的基本理论、基本知识;掌握物联网各个层次的嵌入式应用软件设计、开发、应用和维护;
为了提炼专业特色,项目人员加大学生对掌握远程监控技术,定位技术、无线传感网技术和远距离信息传输技术的工程应用的教学力度,并采用多种校企合作的模式,把企业生产中的实际问题引入课堂,提高学生利用专业知识解决实际问题的能力。
4 结束语
本文讨论了物联网工程专业课程体系结构的现状和研究意义,提炼出物联网技术在平顶山特色经济煤炭、电力和化工中的应用点和相应岗位的岗位技能、知识结构,并据此调整物联网工程专业体系结构,加大远程监控技术,定位技术、无线传感网技术和远距离信息传输技术的工程应用课程,使学生能更好服务平顶山地方经济建设。
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关键词:“3+4”中本衔接;物联网工程专业;课程衔接
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2016)28-0138-04
“3+4”中本衔接物联网工程专业”没有现成的案例,需要理清的问题很多,其中课程衔接是根本问题。“3+4”中本课程衔接必须对人才培养目标、人才培养规格、职业能力、就业岗位、工作任务、课程体系、课程标准等进行深入的研究与分析,而本文主要讨论 “3+4”中本衔接物联网工程专业”课程衔接的具体思考和做法。
1 “3+4”中本衔接物联网工程专业的建设背景
“3+4”中本衔接物联网工程专业,进行衔接的两个专业虽然同属于信息类且相关性较强的专业,但如图1所示,本科阶段衔接的物联网工程专业属于电子信息类专业且偏底层硬件,中职阶段的计算机网络技术专业属于计算机类专业且偏上层应用(偏软)。在此基础上,通过互补、整合、优化的路径,重组“3+4”中本衔接物联网工程专业的课程体系。因此,出现了课程衔接相似课程较少、相关课程较多的现象,甚至被个别专家误认为是“两张皮”,其实不然。
2 “3+4”中本衔接物联网工程专业课程衔接的整体思路
课程衔接紧密围绕人才总体培养目标,紧扣岗位能力培养要求。突出人才培养整体性、针对性和适应性,以及强调前3年夯实学生的基础知识并突出其实践操作技能的培养,后4年强调拓宽理论知识和加强工程设计能力培养,将理论结合实践并将其深化、突出学生的工程实践能力和综合创新能力的培养,并通过有效衔接优化及平滑过渡,形成7年一贯制课程体系。按照从简单到复杂的任务进行重构,工作场景通过学习领域来体现,构建融合物联网行业特色和规范的“中职-本科衔接、实践导向”的课程体系,如表1所示。
3年中职阶段的课程体系,基础理论知识遵循“必需、够用”的原则,以实际应用为目的,突出实践技能的训练。课程体系由“通识课程+专业课程+实践环节”组成。为了达到本科入学标准要求,提高学生的可持续发展能力,将通识课程中的英语、数学等课程称为接口课程,定为核心基础课。按照本科要求,加大课时和加深内容,考核由江苏理工学院主导负责出卷、阅卷等工作。专业课程由专业基础课程、专业课程构成。其中专业基础课程是知识形成的主体,旨在形成专业学习需要的基本知识和能力,需要增加此类课程的课时数以及课程门数,将C语言程序设计、电子技术基础等课程定为接口课程,考核由江苏理工学院主导负责出卷、阅卷等工作;专业课程是专业特色的集中体现,包括学生必须掌握的本专业的基本技能;专业综合能力课程为计算机维修实训、电子电工实训、网络组建与管理实训、网站建设实训、网络综合布线实训,是实践性教学环节,重点培养学生的综合实践技能。专业必修课程考核由江苏理工学院主导负责出卷、阅卷等工作。
4年本科阶段的课程体系,把深厚的理论基础知识、加强专业工程设计能力、实践创新素质三者的培养教育融为一体,培养基础知识扎实,符合物联网工程领域和行业乃至区域经济建设需求、既有本科层次专业理论、又经工程实践能力强化、具有责任意识和创新能力的物联网工程应用型人才。课程体系由“通识课程+专业课程+实践环节”组成。以电子技术基础、电路信号与系统、嵌入式系统原理及应用、单片机原理与应用、物联网应用软件设计等为核心课程;以物联网工程软件实习、硬件实习和综合训练为实践环节,突出物联网专业特色。重点培养学生的专业基础知识、工程实践能力及研发学习能力。
3 “3+4”中本衔接物联网工程专业课程衔接存在的问题和对策
“3+4”中本衔接物联网工程专业的课程体系是通过对衔接的中职和本科原有专业的课程体系进行互补、整合、优化后重组而来,因此原有中职和本科的培养目标、课程结构、课程内容、教学模式都直接影响着课程衔接的具体实施。
3.1培养目标导致的衔接问题和对策
中职学校为了提升学生的就业竞争力,十分重视职业能力的培养,以就业为目的的教学计划,十分重视针对岗位的专业技能的训练,理论知识学习相对薄弱,其中基础通识课学习弱化更为明显。本科教育则重视学习、思考和创新能力的培养,策略性技能培养不足,没能实现人才层次的提高,造成中职、本科人才培养目标缺乏延续性。选择中职与应用型本科专业这类培养目标比较接近的专业衔接是解决这一问题的理想策略。江苏理工学院的物联网工程专业主体人才输出口径是具有“大工程观”视野的应用型技术人才,从培养目标的衔接方面看,与刘国钧高等职业技术学校三年制计算机网络技术专业的培养目标比较接近。
3.2 课程结构导致的衔接问题和对策
通过调研发现,中职院校都十分重视实践能力的培养,实践教学学时占的比例很高。而本科类院校更加重视理论知识的传授。导致课程结构衔接有如下几方面的问题:文化基础课存在脱节现象,专业理论课程部分重复,专业技能(实习)课程倒挂现象明显,职业资格证书与课程对应关系不紧密等。为此,针对我们物联网“3+4”项目,在课程结构设置上采用两兼顾和两加强的措施,兼顾中职和本科课程的基本结构和导向,加强各自文化基础课程设置,重复的课程在双方协商下进行调整和优化。
3.3 课程内容导致的衔接问题和对策
课程内容的衔接包含文化课和专业课,文化课和专业课应分别针对性的进行课程内容衔接的设计,制定可行性的课程标准。
由于中职学校着重强调的是职业基础知识的培养和实践技能的训练,对文化基础知识的学习要求相对淡化。如果在中职阶段不重视基础文化课程的学习(包括数学、语文、英语、物理等),进入本科阶段,首先对大学英语、高等数学等公共基础课程的学习产生困难;进而,对专业理论课程的学习掌握形成障碍,限制了对专业实践知识、技能的理解,形成“知识建构塌方”的典型现象。同时,由于缺乏较为完善的知识结构从而影响专业新知识自学能力的提升,最终影响学生职业创新能力和职业发展。为此, “3+4”的中职阶段建议要适当增强针对专业的“够用”的基础文化课程,特别对英语和数学的要求,在进入本科时要科学制定转段要求,设置合适的准入门槛,中职阶段设置月考模式,多方面促使学生在中职阶段自觉打牢文化基础,为后续学习做好起步准备。
3.4 课程教学模式导致的衔接问题和对策
中职阶段专业课程教学普遍采用项目化教学,突出做中学和学中做,相应的月考和课程终结性考核主要是通过完成考试要求的操作项目或任务的形式进行。根据“3+4”中本衔接物联网工程衔接的规定,中职阶段的专业必修课程考核由江苏理工学院主导负责出卷、阅卷等工作。应用型本科学校目前仍然较多的采用学科教学的模式,导致本科学校老师在出卷时受本科学校教务规定的要求,主要以书面考试的形式。因此产生了课程考核模式的矛盾,而考试模式又直接影响到教学模式和内容。为此,“3+4”的中职阶段建议专业课程的考核采用书面和操作相结合的考试方式,约定书面和操作内容的各自比例。
4 “3+4”中本衔接物联网工程专业课程衔接的具体做法
课程衔接问题的实质是使得“中本”衔接课程内容能够相关,课程衔接的前提是能实现“中本”课程内容层次化的描述,以促使课程任务在“中本”之间获得合理分配。
以下将主要从培养能力、教学内容、教学要求和衔接方法这四个方面对中职阶段的专业核心课程(C语言程序设计、电工电子基础)与本科阶段相关课程的衔接进行具体的说明。
4.1 C语言程序设计
在中职阶段设置了C语言程序设计课程(6学分,102学时,其中理论50学时,实验52学时),本科阶段与之相衔接的是程序设计(C)课程(4学分,80学时,其中理论48学时,实验32学时)。在中职阶段,主要根据学生的接受能力对程序设计的基本概念,C语言的基本语法,基础的数据类型和程序结构进行介绍。在本科阶段,主要针对C语言中的函数、指针等重难点内容进行较为深入的讲解,并着重培养学生应用计算机解决实际问题的能力。具体的衔接情况如表2所示。
4.2 电工电子基础
在中职阶段设置了电工电子基础课程(8学分,132学时,其中理论50学时,实验82学时)。本科阶段与之相衔接的是电路、信号与系统(5学分,80学时),以及电子技术基础(5学分,80学时)这两门课程,特别是电路、信号与系统课程中的电路部分和电子技术基础课程中的模拟电子技术部分。在中职阶段,电工电子基础课程主要包含了传统的本科电路分析和模拟电子技术课程中适合中职阶段学生学习的较为基础内容,通过大量的实践操作,旨在让学生建立起对电路系统的基本认识,具备一定的操作能力。与普通的计算机网络技术专业相比,此课程的比重和地位都有较大程度的提高。而在本科阶段,通过将一部分基础内容下放到中职阶段,成功地将原有的电路原理、模拟电子技术及数字电子技术课程进行了整合,从而可以开设更多的软件类课程,更好的实现对软硬兼修的物联网工程技术人才的培养。具体的衔接情况如表3所示。
5 “3+4”中本衔接物联网工程专业课程衔接后续研究的思考
对于中职阶段的学科专业课程,在本科阶段均有相关的课程与之对应。 为了使“3+4”人才培养方案形成了一个有机的整体,必须保证相关课程之间在培养能力、教学内容和教学要求方面形成良好的衔接。以上已经讨论的问题和相应对策外,课程衔接还直接体现在课程标准、课程教材和课程评价;除了专业课程衔接,文化课的衔接也不容忽视。
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关键词:计算机网络;专业设置;物联网
中图分类号:TP311 文献标识码:A 文章编:1009-3044(2016)31-0112-02
1引言
物联网是1999年提出的,是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮,是一个全新的技术领域,包含RFID射频技术、有线传感技术、无线传感技术、数据交换与网络异构、终端管理等关键技术。
在国外:美国提出“智慧地球”;2009年10月,欧盟委员会以政策文件的形式对外了物联网战略,提出要让欧洲在基于互联网的智能基础设施发展上领先全球;日本在2004年提出了U-Japan计划,2006年提出了I-Japan战略2015;韩国在2004年3月提出了U-Korea战略等。
在国内:2009年8月和12月,提出建立"感知中国"。2011年11月末国家又制定了物联网十二五发展规划。近年来,我国中央政府及各地方政府对物联网产业的政策扶持力度不断深入,“政策先行、技术主导、需求驱动”成为了我国物联网发展的主要模式。经过多年的发展,我国物联网产业规模已经从2009年的1700多亿元增长到2014年的6000多亿元,预计,2016年物联网规模将达到8500亿元,年复合增长率超过30%。到2020年,物联网产业规模要比信息互联网大30倍,是典型的朝阳产业。在这样的背景下,2011年有近40所知名院校获批开办物联网专业、2012年又有30多所院校获批开办物联网专业,2013年有些中职学校也开始开设物联网相关方向的专业,我校在《厦门市人民政府关于加强职业培训促进就业的实施意见》(厦府[2011]219号)文件精神下,结合海峡西岸经济区建设发展战略,根据我校办学及专业的特色和优势,也在计算机网络技术专业下与厦门软件职业技术学院联合开办了物联网方向的5年制高职班)。
1在中职学校开设物联网专业的意义
中职学校当下的教育目标是将学生造就成为未来社会发展的主体,使学生成为会学习,能工作且自立于社会的人;成为探求新知不断完善自我、主动适应社会发展和职业变革的人。中职学生有了宽厚的知识和扎实的基础能力,有了正确的价值观、人身观和科学的思维方法,就会极大地促进学生广泛就业的适应能力,成为一专多能、一专多技的应用型人才。
物联网产业的发展和普及,急需大量的相关研究人才,高等学校争相开设的物联网专业,培养的大都是这一类型的人才,主要为企业培养物联网技术系统设计,系统及设备的硬件设计制造及软件代码编写等方面的人才。同时,在物联网技术的创新发展和应用推广等,还需要大量中低端的应用型技术人才,职业院校的培养目标就是为社会培养这类工程技术类人才。随着物联网产业的发展和普及,在工程技术领域,还需要大量的一线技术人才。物联网技术的发展和物联网设备的规范和统一,为中职学生成为物联网工程技术一线技术人才创造了可能,在中等职业学校开设物联网应用技术专业也成了当务之急的事。
学生在毕业后要能够依据行业及社会现实,通过对各种信息进行收集分析、整合判断,对计算机网络行业的发展趋向有所预测。现在一生从事多种职业已成为普遍现象。这就要求中职毕业生要想得到很好地发展,不仅要对本行业的前景有预测能力,还要对相关行业或可能从事的行业乃至社会的发展做出预测。进而能够根据行业及社会的发展要求,不断调适自己,以适应社会,立于不败之地。
2用物联网思想向中职计算机网络技术专业的渗透
2.1入学的专业介绍
现阶段的初中生在中考结束,报考中职学校时选择专业具有盲目性,对将要学习的专业认识严重不足。甚至有相当一部分学生对本专业有着认识的误区,片面地认为学计算机网络就是“玩”电脑联网游戏。因此,中职学校在新生入学时,非常有必要向学生介绍计算机网络专业的内容和特点,同时也把物联网介绍给学生。从物联网的技术支持到物联网的现实应用,让学生真实地感知“物联网时代”就像“互联网时代”一样已经汹涌澎湃地向我们走来,并且我们所学的计算机网络专业正是这浪潮的最前峰技术甚至是主力技术。这种学前的引导,对每位选择计算机网络专业的学生都是一种激励。
2.2 学生的专业学习
物联网技术是通过射频识别(RFID)、红外感应器、无线传感器网络、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。技术上,中职学校计算机网络专业课程与物联网联系紧密以及相关联内容的是多方面的。在信息传输技术方面,关于信息的物理传输介质、组网技术、信息传输方式、路由协议和算法等知识内容都与网络技术相通;在信息处理技术方面,关于数据存储技术、数据加密、数据管理技术、数据安全机制、海量数据处理等知识内容也是相类似的。对于文化基础不是很好的中职生来说是比较难于理解掌握的部分,也是需要我们计算机教师想方设法利用各教学方法手段来完成这个教学目标,以达到良好的教学效果。
应用上,中职学校计算机专业普遍都会开设的图形图像设计、网页制作、动态网页制作、动画制作、视频剪辑等课程的知识内容在物联网上应用都具有举足轻重的地位。由于物联网的真正内涵是让人们去真正实现“物―物”相连,“物―人―信息―社会”相通,即是让人们能轻松去“感知”这个物的世界,因此,“交互性”是各种物联网应用的重要体现。据此,教师在教授像Photoshop、网络操作系统、网络设备调试等课程时,应打破以往的教学常规,利用项目教学法、学习德国职业教育模式、校企合作、微课教学、Mooc教学、混合式教学、顶岗实习等模式进行教学,这些对于物联网即将来临时代的中职计算机网络专业的学生来说,是他们职业生涯的珍贵的基石。
2.3 学生的就业指导
职业类院校培养的学生主要从事安装、调试、维护、生产、营销和推广等工作。物联网是一个智能的网络,它在现实生活中方方面面的应用,涵盖了交通、建筑、家居、环境监测、农业、食品安全、健康医疗、军事车防、电网、物流等很多行业。纵观物联网的从业岗位,对于技术人员,尤其是建设调试、维修保养、技术服务、营销推广等工作,不需要非常深的理论知识,只需要掌握相关的操作规范与标准,具备最基础的专业知识,具备相应岗位必备的技能技巧即可以,正符合中职学校学生基础比较薄弱、学习主动性差、动手能力强、适合奔波式工作的职业特色,所以对于当前人才需求量大的物联网技术相关行业中必然会有相关岗位需要我们中职学校的计算机网络专业学生去就职。
3用物联网思想向中职计算机网络技术专业的课程调整
3.1 调整网络技术专业化方向
目前,中职计算机网络主要有网络技术专业化方向、网站建设与管理专业化方向。以计算机网络技术专业化为例,该专业化的学生学习以网络硬件操作为主线,该专业的毕业生具有网络基础知识、网络操作系统的安装维护、网络设备的安装、调试和配置、中、小型网络建设、管理和安全维护的能力。能够从事网络结构化综合布线、网络设备的安装、配置和调试、网络运行维护与安全管理工作,也可以从事网络设备的销售及售后服务等工作,但对物联网系统的概念、RFID、各种传感器、物联设备的安装、调试等工作不了解。需要适时调整专业化方向,在课程设置上融入物联网思想。为物联网产业时代的到来储备好人才。
3.2 计算机网络技术专业化课程设置
中职计算机网络专业的课程设置分为文化基础课、专业基础课程、专业核心课程和专业化课程。原来的网络技术专业基础课程由:网络基础,计算机组装与维护,PS图形图像处理;专业核心课程有:Acess数据库、网络操作系统(Windows Server 2008/Linux)、网页制作;专业化方向课程有:网络设备配置与管理、计算机网络安全基础、动态网站开发,网络布线技术。以上专业课程均没有涉及物联网思想的内容,因此可以通过修订人才培养方案和课程标准的途径,在专业化课程设置时融入物联网思想相关的课程,如:专业基础课程加入物联网技术导论,电工基础、C/C++程序设计;专业核心课程加入电路分析、传感器及WSN技术、RFID及二维码技术、SQL Server安装配置与管理;专业化方向课程加入.NET应用程序开发、智能家居综合实训、安卓物联网应用程序开发、智慧生活综合实训、物联网工程设计与实施、智能追溯综合实训等课程,提升专业课程与物联网产业的吻合度。
将学生的素质提高和能力培养应贯穿始终。重视文化基础课教育,促进学生德、智、体、美全面发展,提高学生的基本素质。专业基础课程、专业核心课程和专业化方向课程应注意培养学生的职业素养,增强学生的企业意识、岗位意识、工程意识和规范意识,同时还要培养团队合作能力,锻炼学生的项目组织与管理能力,从而提高学生为物联网产业服务的能力。
3.3 教师更新物联网新思想,更新教学内容
当前,物联网技术正在蓬勃发展,而学生所使用的教材跟不上物联网产业的发展,更落后于技术、产品的更新换代速度,与生产、生活实际脱节。所以,学校应安排一线教师到物联网相关企业进行培训,学习物联网的新理论、新技术、新方法、新工艺、新设备等新知识;一线教师应把学到的新知识带回学校并积极开展专业课程教学内容改革,更新教学内容,让学生能够跟上物联网产业发展的步伐,为学生今后能够顺利地在物联网相关行业、产业找到合适的岗位,并为学生晋升高一级学府学习奠定良好的基础。
4结束语
总之,物联网时代已到来了,中职学校作为培养中低端的应用型技术人才的摇篮,要根据时代的发展,用物联网思想对计算机网络专业学生进行专业渗透,调整专业的人才培养模式中的专业课程。通过对行业、企业调研,占领人才培养的制高点,紧跟时代步伐,为中职学校计算机网络专业的改革和发展提供思路和方法,从而使计算机网络专业的毕业生能顺利踏入社会,找到理想的及与所学专业相关的岗位进行就业。
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(1.桂林电子科技大学计算机科学与工程学院,广西桂林541001;2.桂林电子科技大学电子工程与自动化学院,广西桂林541001)
摘要:基于大数据和云计算背景,从物联网智能服务应用的角度建立对物联网工程专业的深入认识,进而确定人才培养目标,对物联网工程专业的课程体系提出建议。
关键词 :物联网;大数据;云计算;课程体系
基金项目:广西高等教育本科教学改革工程项目( 2015JGB209);桂林电子科技大学教育教学改革项目(桂电教[2013]20号、[2015]23号)。
第一作者简介:张敬伟,男,副教授,研究方向为海量数据管理,gtzjw@guet.edu.cn。
1 背景
物联网的雏形是采用射频识别等技术将物与互联网连接形成的网络,进而实现智能化感知识别和管理。2005年,国际电信联盟的《ITU互联网报告2005:物联网》正式提出了物联网,促进了网络的进一步发展,形成了新的信息产业发展浪潮。为了支持国家物联网这一战略性新兴产业发展,2010年教育部批准在本科阶段开设物联网工程专业,致力于为物联网及相关产业培养高素质的工程型人才。
物联网本质上是物物、人物互联的系统,其延伸内涵是借助网络基础设施提供多样化的智能服务。物联网的目标即借助传感、通信等基础核心技术,建立网络基础设施;借助软件系统,提供顶层多样化服务。因此,物联网技术属于“集成创新型”技术,物联网工程专业的人才应该属于“工程应用型”人才。
由于物联网是个宽范畴的概念,具有技术综合性和跨学科特征,因此,不同高校的物联网工程专业建设模式和人才培养目标存在较大差异。例如,南京邮电大学借助其学科和技术优势,较早开设了物联网专业并建立了研究院,从管理学、社会学等多角度对物联网展开研究,致力于新的商业应用探索。杭州电子科技大学以科研和竞赛来锻炼学生学以致用的能力,突出物联网工程人才培养特点。辽宁工业大学、安徽理工大学、长江大学、江南大学等也分别对物联网工程专业的课程体系建设进行了不同的探索。桂林电子科技大学于2011年设立物联网工程专业并招生,也在物联网工程专业的建设方面不断进行探索。
在不同的应用领域,物联网具有不同的表现形态,如车联网、船联网等,这决定了物联网工程是一个庞大的工程,其人才培养也不是单一领域的。现实生活中物联网快速发展的诉求,也要求我们尽可能地借助现有的学科优势来培养综合型的物联网工程人才。
从宏观角度看,物联网的体系结构可分为4层:感知层、网络层、数据管理层和服务层。这个层次结构从某种程度上决定了物联网工程专业人才培养的格局,且很大程度上能够在现有专业布局的基础上进行升华。例如感知层和网络层与通信类和电子类专业有较多交集,而数据管理层和服务层的相关技术则与计算机类专业有较多重叠。正是这种综合性的培养需求,使各高校不断探索求证物联网工程的人才培养模式。
物联网的核心是基于万物互联提供新型智能化服务,其数据管理层和服务层是体现物联网核心价值之所在,这实际上与大数据概念不谋而合。未来,来自物联网的数据将是大数据的主要组成部分和云计算的主要处理对象。从提供服务的角度看,物联网与大数据、云计算紧密相关。在物联网应用域,大数据和云计算可以看作物联网的外延。图1展示了物联网、大数据和云计算三者之间的关系。其中,物联网的核心是实现实体感知和互联,是大数据的主要数据源;大数据研究则侧重知识发现,帮助物联网拓展创新型智能应用,深度挖掘物联网内在价值;云计算则利用其强大的计算平台和充分的存储设施,满足物联网域不同应用的实时需求。三者之间的辨析关系有助于我们明确物联网工程专业人才的培养目标,进而拟定有特色的专业课程体系。
2 面向物联网智能服务的相关课程植入
基于对物联网的宏观认知,其具有两项基本功能:实体感知互联和智能服务。这将引导我们设置合理的课程体系,并根据高校自有的学科优势来优化配置,彰显课程体系特色。桂林电子科技大学的物联网工程专业由计算机科学与工程学院负责建设,鉴于在计算机领域具有丰富的人才培养经验和深厚底蕴,在充分借鉴了第一批物联网专业建设单位的经验后,学院确定了物联网实体感知互联和物联网智能服务平衡发展的模式。该专业的课程设置在兼顾服务感知互联人才培养的基础上,植入了面向数据处理和智能服务的相关课程,充分利用计算机大学科的优势,进一步完善物联网工程的课程体系,以突出自己的专业特色。
面向物联网智能服务的课程主要包含两类:一类是面向数据管理及数据挖掘的课程;一类是面向物联网软件开发的课程。面向数据管理及数据挖掘的课程主要包括:数据库系统原理、物联网数据处理、数据挖掘与知识发现等,主要目标是让学生更好地理解物联网的内涵,提升学生对物联网数据的认识,帮助学生认知并拓展物联网的外延。面向物联网软件开发的课程主要包括数据结构与算法、Web应用开发、QT程序设计及相关实践类课程等,主要目标是帮助学生在掌握物联网体系结构的基础上,培养其开发物联网软件和建立智能应用的能力。这些课程在物联网工程专业人才培养过程中起到了很好的承上启下作用,让学生在具备好的物联网大局观的基础上,更好地拓展物联网的外延。基于自身的学科优势,融入面向物联网智能服务的相关课程,建设有特色的物联网工程专业课程体系,将很好地满足物联网发展的进程中对工程型人才的需求。
3 结语
物联网驱动的实体感知互联和智能服务,正在与大数据和云计算倡导的创新应用产生交集,物联网工程作为一个新专业,需要不断探索实践专业建设和人才培养模式。基于学校在建设物联网工程专业的过程中对物联网本质的认识,我们讨论了大数据和云计算等相关技术驱动物联网工程专业建设的思路,进而提出了物联网工程专业的课程体系建设方案。当然,由于物联网工程专业的跨学科特征以及面对问题域的宽泛性,其发展还存在诸多挑战,专业建设和人才培养模式仍有待时日进行验证,但相信随着物联网产业的不断成熟,基于物联网智能服务的应用将成为物联网人才需求的重点领域。
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关键词关键词:CDIO;RFID;应用驱动;物联网工程;教学改革
DOIDOI:10.11907/rjdk.162425
中图分类号:G434文献标识码:A文章编号文章编号:16727800(2017)001019203
引言
1999年,以物品编码、RFID技术和互联网技术为基础,美国Auto-ID中心首先提出了物联网概念。物联网被称为计算机和互联网后的第3次信息化产业革命发展浪潮。产业发展,人才先行,人才是科技发展的关键。物联网专业建设是社会需求发展的必然,是我国当前一项重要的战略任务。目前我国从事物联网行业的人才匮乏,为了培养国家战略性新兴产业发展需要的高素质专业人才,近年来,数百所高校设立了物联网工程专业[1]。由于物联网是一门新兴学科,其理论和应用实践都在不断发展变化中,不少高校在物联网专业相关课程体系建设、课程实践、教学模式改革等方面作出了很多探索尝试[24]。当今,随着以多媒体、网络化和智能化为特征的现代信息技术的飞速发展,人类迈进了信息化社会,特别是计算机多媒体融图、文、声于一体的认知环境的出现,使人们关于教育、教学的传统观念受到冲击。为了适应时展,必须引入新型的教学理念和教学方式,以激发学生学习兴趣,提高教学质量。
作为高等工程教育的一种新型框架,CDIO以先进的工程教育理念、较强的实践可操作性、全面系统的课程体系、普遍适应的人才培养模式,赢得了众多高等工程院系的青睐[5]。物联网工程类课程应用实践性强,适合采用CDIO的教育理念和评价标准开展教学。为激发学生的学习兴趣,本文以CDIO工程教育理念为指导,探讨CDIO视野下案例驱动的工程类课程教学方式,并介绍了西南民族大学物联网专业课程教学改革实践与取得的成效。
1物联网工程专业内涵与特色定位
物联网学科是将信息感知、信息传输、信息处理、信息领域应用相结合的综合性理论与技术的新兴学科。物联网工程专业是以计算机、网络与通信、控制融合为主要特征的综合性专业,涉及计算机、通信、控制、电子、信息安全、数学、物理以及工程等多个专业知识,学生应按复合型工程类人才进行培养。物联网工程本科专业具有鲜明的综合性、交叉性和用性特点,以“厚基础,重理论,强实践,求创新,促应用”为特色,以“夯实学科基础,注重专业交叉,强化工程实践,培养创新能力”为思路,以理论教学和工程实践为两条主线,核心是培养学生综合利用理论知识分析和解决问题的工程实践能力、工程创新能力和综合素质[3,6]。
西南民族大学物联网工程专业培养掌握与物联网相关的计算机、自动控制、通信与传感的基本知识、理论、技术和方法,能够运用物联网通信架构、射频识别、无线传感、信息采集处理等技术实现广泛的智能化应用解决方案,具有较高综合素质、较强实践创新能力的物联网领域高级技术人才。培养的学生需要具备综合运用多学科知识、物联网技术和现代化工程工具实现智能化应用解决方案的能力,能够胜任物联网系统及产品研发、集成、技术支持等方面工作,因而对学生工程化实践能力的教育培养提出了较高要求。
2CDIO理念
CDIO(Conceive,Design,Implement and Operate)是近年来国际工程教育改革的最新成果,以产品研发到产品运行的生命周期为载体,让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习并进行工程实践,按照工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力4个层面培养学生的工程能力,运用综合培养的方式使学生达到4个层面的预定目标[4]。
CDIO理念提供给学生更多获取知识的方法和渠道,把学习过程中的发现、探索、研究等认知活动突显出来,使认知学习过程能更多地成为学生发现问题、提出问题、解决问题的过程。在该理念下,教师要创造提升学生学习兴趣的教学环境,在整个教学活动中扮演一位在适当时机给予学生提示的组织者、引领者,提供知识积累与探索的情境,启发学生带着问题积极思考,让其逐渐掌握抽象知识与具象产品之间的联系并加以运用,从而提升工程能力。
3具体实践
以《RFID原理与应用》课程为例,课程的教学对象是物联网工程专业的大二学生,该门课程是其第一门专业基础课。考虑到教学对象的特点,本课程的基本目标是使学生能掌握、熟悉射频识别技术及相关的基本概念原理、射频识别技术的相关协议,以及RFID应用系统及其设计方法等,逐步培养学生掌握射频识别技术的系统集成设计及分析能力,通过典型案例了解射频识别技术在社会生产环节中的应用。教学的核心思想是建立学生对物联网专业的感性认识,掌握RFID技术基本原理和系统应用知识,提升对专业的兴趣,为其未来参加工作、增强就业竞争力打下良好基础。
在具体教学过程中,将课程中的工程基础知识以“教师讲授+实验实践”的方式,依托丰富的信息课程资源拓展教学内容,同时对课程考核方式与评价方法等环节进行改革,引入CDIO理念,加大学生动手、思考、组织及协作能力的考核力度,根据一定的占比进行考核分配。
3.1课程讲授
教师讲授课程不再单向介绍知识点,而是结合现代化教学手段和信息资源,对书本知识进行拓展,扩大学生知识面,提高学生的创新思维能力。以应用为驱动,通过视频案例播放,启发学生思考。教师总结分析步骤,让学生参与到教学活动中,以增加对学习内容的理解深度。以文字形式呈现的书本内容是单维、扁平、静态的,而视频包含文字、声音、动画、影像等诸多元素,其呈现的知识信息内容是多维、立体、动态的,可调动学生视觉、听觉能力协调配合,将教学内容以多维度、多视角方式呈现,提高学习效率。在本学期中,结合授课章节内容,分别采用RFID公交报站系统、RFID门禁系统、牧场电子标签、未来商店、智慧餐厅等系统案例视频,播放前提出问题,播放中启发学生思考,播放后学生发言讨论,教师最后总结。在这样的教学安排下,学生课堂注意力集中,讨论活跃,获得了较好效果。
3.2教学实验
实验实践是物联网工程专业相关课程的重要环节。课程开始前,通过交流,了解到学生已掌握C语言编程和逻辑电路的基本知识,而对于嵌入式相关技术尚未深入学习。本课程是软硬件结合的课程,根据学生的知识基础和特点,结合现有实验条件,以PC端软件控制试验箱硬件完成RFID基本功能作为实验主线贯穿实验教学设计全过程,实验教学计划难度设置合理,循序渐进,可增加学生对专业的自信心,避免出现畏难情绪。实验过程以“思路启发+尝试验证”为主导思想,知识点和操作内容由浅入深,引导学生从观察现象到剖析本质。先从对RFID综合应用有感官的认知,观察试验箱配套软硬件,结合读写标签,观察分析协议数据包的格式,逐步启发学生分析软硬件背后的运作原理和过程。实验过程介绍了PC端软件开发的基本过程和设计开发工具,以及dll调用方式的优缺点及用法,学生通过VB调用dll中的基本操作函数,实现自己编写软件、控制硬件实验箱完成RFID基本功能。
3.3课程考核
在课程考核部分,以课程综合设计作业为载体,加入团队系统设计及展示答辩环节。引入协作和良性竞争机制,培养学生的团队分工和协作理念,便于取长补短,学会沟通和协调。同时,通过良性竞争促进任务的高效完成,实现共赢。在课程综合设计作业评价机制上,发挥学生自,调动学生的参与积极性。例如团队项目展示答辩时,引入学生投票机制,将投票结果按一定比例权重体现到该团队项目的总成绩上,可体现学生的参与性,激发其学习兴趣。同时,通过权重系数的调整,使学生评价的影响具有一定可控性,防止恶意刷票行为对结果产生影响。
4教学效果
从学生评教方面看,该学期《RFID原理与应用》课程参评学生人数62人,综合平均评分4.953分(总分5分)。在激发学生的学习兴趣和主动性、注重学生能力培养,教学内容能反映或联系学科的发展前沿,能给予学生独立思考、联想和创新的启迪,以及采用现代教育技术手段等评价指标上,均有57人以上评分为优秀,从学生主体的角度对该教学方式加以肯定。
从课程效果方面看,作为该课程期末考核的重要部分,组织学生团队从需求分析、方案构思、设计实现到演讲答辩等多个环节进行全面实践,形成了矿井定位、动物管理、自助导游、iCard等多个系统设计方案,锻炼了学生的系统分析设计能力、团队协作能力以及现场表达与应变能力。部分团队的系统设计方案在^续完善后,有潜力成为较好的专业创新作品。
从创新成果方面看,在2016年学校计科学院大学生创新创业训练计划立项项目中,2014级物联网专业学生取得了较好成绩,立项项目包括国家级项目1项、省级项目1项、校级项目3项,在与2014级各专业的对比中表现突出,其中4个项目和RFID技术相关。值得一提的是,非本专业学生中,与RFID有关的项目占3项,本专业学生也作为主要成员参与其中。
综上所述,从教学过程和效果看,《RFID原理与应用》课程的教学方式符合CDIO工程教育理念,取得了较好的实际效果,学生反映良好。
5结语
《RFID原理与应用》课程的实践教学过程在物联网工程相关专业引入CDIO理念方面作出了一些有益尝试。结果表明,该教学方式巩固了课堂知识,提升了学生主动学习和获取课外知识的兴趣,培养了学生的创新能力以及分析与解决问题的能力,取得了较好的教学效果。
学校其它物联网工程相关专业课程也在继续贯彻、推广CDIO理念。在后续教学过程中,考虑继续增强课堂互动机制,引导学生们正确、合理地利用移动互联技术,并将其常用的微信互动、微博上墙等交互方式引入课堂,以激发学生的学习兴趣与思考的热情,将CDIO理念进一步融入课程教学与学生培养工作中。
物联网工程专业人才培养质量是一项复杂的系统工程,西南民族大学开设物联网工程专业时间不长,只能从近几届学生的课程学习效果和创新竞赛成果分析CDIO理念引入实践教学的影响。从目前的效果看,在物联网工程相关专业引入CDIO理念,在提高实践教学质量、促进物联网工程专业的实践教学改革中发挥了重要作用,也希望能为物联网工程及其它理工科专业的教学实践提供有益借鉴。
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随着智能机的进一步普及,移动互联网将人类带入了“随身应用时代”,一时间“碎片化”、“APP”成为了上能满足高端分析,下可兼顾百姓热议的全民话题。面对行业突飞猛进的发展态势,作为人才供给的各大高校也纷纷开始引入移动电子商务的相关课程,部分学校已经开始筹备移动电子商务教学实训中心,为培养移动电子商务方面的人才做准备。然而,面对专业教学人才、教材、实训思路的集体匮乏,不少高校陷入了对移动电商教学的困惑之中。
本文以广东行政职业学院电子商务重点专业建设为例,从人才需求分析、专业课程体系、实践环境三个方面讨论了移动互联网下的电子商务专业课程体系构建。
人才需求分析
几大专业招聘网站通过对北京、上海、广州、南京等大中型城市的人才招聘信息进行统计分析,发现当前中小企业对电子商务专业人才除了要求掌握传统网络环境下的相关技能外,还需要掌握利用移动终端进行电子商务相关业务能力。以百度2014年8月26日搜索的100条典型数据为例,移动网络环境下的电子商务人才技能要求为:一是技术类岗位要求掌握前端网页设计制作、宣传广告设计、用高级语言如C#、JAVA、PHP实现业务逻辑和网络运行环境搭建及维护等技术技能;二是商务类岗位要求具备使用电子商务平台如阿里巴巴、京东商城平台进行营销、利用Baidu、360、E-mail、博客、微信进行推广等互联网营销能力;三是管理类岗位要求具备执行网站运营管理、公司电子商务战略规划及进行内部管理的能力。
尽管企业对电子商务人才有着巨大的需求,但目前电子商务毕业生的能力大多不能够满足企业的需要。因此有必要进一步完善当前的电子商务人才培养模式。
课程体系的构建
移动互联网环境下的电子商务专业课程体系构建以职业岗位群任职要求为导向,我们通过网上企业招聘、毕业生就业信息跟踪调查、企业调研等多种形式,对相关职业岗位典型工作过程和职业能力进行分析,进一步明确了电子商务专业两种不同方向课程体系。
(1)技术类岗位:以中小型企业网站建设、网站维护及移动端APP开发为目标岗位的课程体系,培养面向电子商务应用及系统开发的技术专门人才(如图1)。
(2)商务与管理类岗位:这类岗位应培养具有电子商务理念和知识的营销人才、电商网站商务平台运维人才、国内国际贸易人才和管理人才(如图2)。
根据上述思路,电子商务专业类课程体系设置应该考虑划分为专业基础课程、技能核心课程以及专业选修课程。
电子商务专业基础课程应该是相关商务类与技术基础课程,如电商概论、管理学、网络支付、计算机基础、计算机网络、数据库等。专业基础课程必须能为电子商务以及相关商务与技术的学习奠定基础。
电子商务技能核心课程应该是所有电子商务专业都必须开设的课程,如物流管理、网络营销、电子商务网站建设、移动开发等。电子商务技能核心课程应能让学生了解电子商务的全貌,掌握电子商务的基本理念、基本技术和基本方法,并在此基础上进一步让学生明确自己的兴趣和特长,进行职业岗位方向的初步定位。例如,商务类岗位要求的主要是网络营销、贸易方面的课程;而技术类岗位则是网络与信息技术方面的课程;管理类方向主要是运营管理、采购管理、物流管理、服务管理等方面的课程。
电子商务专业的选修课程一般可结合不同学生兴趣及职业岗位需求开设,目的在于明确学生的专业方向。
实践环境体系构建
在校内和校外开展实战,能使学生的能力迅速得到提高,也使其毕业后能迅速找到相应职业岗位。因此,构建实践环境体系是电子商务专业教学的重要环节,我校的构建体系如图3所示。
实践场所由三部分组成,即校内实训室、对外技术服务中心、校外实训基地。校内实训室主要用于教师和学生集中进行理论和操作要点学习,对外技术服务中心主要提供教师带领学生参与实际项目实践,校外实训基地主要让学生以企业员工身份参与顶岗实践。以我校电子商务重点专业建设为例,校内建设有3个电子商务综合实训室,可以满足技术、商务与管理课程的教学需求;设有开放实训室、对外技术服务中心用于教师、学生、企业一线工作人员共同完成企业交付的实际项目,工作成员以学生为主体,教师和企业工作人员参与指导管理,从而切实锻练学生的动手能力。学院典型的校外实训基地则可以满足电子商务专业学生技术、营销、管理类岗位的顶岗实训要求。
校内实训室、对外技术服务中心、校外实训基地三者形成“校内通用流程实训和校外必要性实践”这一最具特色的实践基地建设格局,实现了理论教学与生产性实训基地的衔接。
关键词:物联网工程;翻转课堂;教学改革
电路基础课程是应用型本科专业物联网工程的一门专业基础课,是该专业一系列后续课程的前导。目前,应用型本科学生普遍有理论基础较薄弱,不喜欢枯燥的理论,不能主动进行思考等缺点,使得教学效果收效甚微。为了解决以上问题,学校课程组进行了一些教学改革,在一定程度上提高学生学习积极性和动手探索的能力。
一、明确课程学习目标
学期初,从学生的角度出发明确课程学习的目标。学生最感兴趣的是一门课程能学会什么,如果只是记住一个公式、一个定律,到期末考试的时候突击就可以过关,那么根本就不需要平时认真听讲课、做作业,学生也就没有了持续学习的积极性。所以,本课程组成员在学期初第一节课就给以“四会”概括该课程的教学目标,即一会应用理论进行简单电路原理分析;二会使用常用仪器、仪表进行电路参数测量;三会使用焊接工具进行电子制作;四会与同学、教师一起解决问题。
二、多种教学方法的融合
笔者从事职业教育十多年,教育教学时有新法,但就某一门课程,对特定的学生究竟用什么方法最有效,要根据学及时调整,以适应学生不同学习阶段的特点。
本课程组主要采用“半翻转课堂”教学方法实施教学,“半翻转课堂”的实施过程参见图1(以“节点电位法”教学内容为例)。
<E:\ZCM\理论版\10上\TP\t6.tif>
图1 节点电位法半翻转课堂实施流程图
任何一种教学方法的实施都是以学生主动参与学习为目的,所以及时、积极的肯定学生的表现是每一种方法能够获得较好效果的保证。
三、多种实验条件的有效利用
目前,辅助教学的工具非常丰富,教师既能用动画软件制作一些电路的信号流向,也可以用仿真软件验证理论分析结果。本课程组在实际教学过程中除了教师用动画软件制作内容丰富的课件以增强课堂教学的吸引力外,在实验课时还要求学生应用multisim软件进行仿真实验,一方面学习如何应用计算机手段辅助解决专业问题,另一方面通过电路设计建立实际工作规范。
四、调动课外制作的积极性
为了调动学生课后应用理论知识解决问题的积极性,本课程组除了给学生随堂布置适量的理论练习题以外,学期初还给学生布置了与课程内容相关的课外小制作。该制作在课程结束前三周验收评分,制作过程分制作项目选择、项目申报、项目中期检查和项目作品展示四个阶段。四阶段主要帮助学生选择合理的制作项目,及时解决制作过程中学生出现的问题,督促学生进行成果汇报,引导学生课后钻研专业理论知识,训练职业技能。特别是在作品展示环节,充分肯定学生在实践过程中所取得的成绩,激励他们克服困难的决心,为后续课程教学起到了很好的启蒙作用。
表1 电路基础课程考核说明简表
[考核项目\&考核目的\&考核形式\&考核比例\&备 注\&理论知识考核\&以教学大纲为基础,对该课程的理论知识掌握情况进行考核\&理论试卷\&60%\&期末集中考核\&实践性考核\&要求学生掌握基本实验方法和简单电子电路制作方法\&实验操作;作品展示\&20%\&实验操作及时考核;作品展示在学院集中进行\&课堂表现及作业\&促进学生按时、积极参与课堂内外作业活动,提高知识总结归纳能力\&出勤、作业、相关文档等\&20%\&随堂即时考核\&]
五、科学、及时地进行考核评价,促进学生规范化发展
考核的目的是促进学生掌握课程的重要知识点。电路基础课程是传统的专业理论课程,采用理论考核方法能够反映学生理论知识掌握情况。但是,纯粹的理论考核给学生学习带来了很大心理负担,特别是应用型本科院校的学生具有理论基础较差、动手能力强的特点,所以,平衡的考核比例能够给学生在心理上带来积极的暗示,促进学生通过动手制作中的问题来理解理论知识。因此,该课程组教师在制定电路基础考核体系时主要按照表1说明实施考核。
结合以上几个方面,经过一学期的教学,无论是理论分析和实践能力,对于物联网工程专业的学生来说,都有了较大提升。随着实际情况发生变化,教学改革也应该随之而变化,在后续课程教学中,我们将不断探索、不断前进。
基金项目:重庆工程学院创新团队建设项目,项目编号:2014x
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机电一体化技术专业是近20年来一直很热门的工科专业,其最大的优势在于培养熟悉机械、电气、控制等专业的复合型应用人才。目前,我国机电一体化专业———机电设备安装与维修方向高技能人才缺口达100万人。国家已经将机电设备安装与维修方向技术技能人才的培养作为今后几年职业技能培养的重点。加快机电一体化技术应用型人才的培养已成为高等职业教育的重要任务之一。近几年来,随着信息技术的发展,物联网技术作为其重要的一支开始普遍应用,工业信息化快速前进,大量的基于物联网技术的零件、组件、传感器、控制器、液压启动组件出现在现代化的工业现场,物联网技术的新工业革命已经开始,企业对高技能人才的需求也在发生变化。2009年以来,物联网已经被国家列为五大新兴战略产业之一,“中国制造”也面临着信息化升级,总理提出“智能制造”的新目标依赖的关键因素之一就是物联网技术,工业和信息化部于2011年《物联网“十二五”发展规划》,明确指出“在“十二五”期间,我国将以加快转变经济发展方式为主线,更加注重经济质量和人民生活水平的提高,亟需采用包括物联网在内的新一代信息技术改造升级传统产业,提升传统产业的发展质量和效益。巨大的市场需求将为物联网带来难得的发展机遇和广阔的发展空间”。并确定智能工业为排名第一的重点领域应用示范工程。我国很多高职院校开办了物联网应用专业,但实际证明不和具体应用行业关联起来的纯物联网专业,无法适应市场需求,培养不出复合性应用人才。然而,经广泛调研,目前国内的绝大多数高职机电一体化专业课程体系依然停留在20世纪80年代的非信息化时代,高技能机电技术人才,由于没学过物联网技术,对中高端机电设备的装配、调试、维护都力不从心,就算重新学习该技术,由于物联网牵涉到计算机总线、端口、程序、网络、协议等知识,如果不系统地学习,也很难在短时间上手。以湖南省为例,机电行业也正在进行着由物联网技术带来的升级,以汽车电器行业为例,广汽菲亚特、广汽三菱、比亚迪等陆续在长沙建厂,与之配套的较大规模汽车电器企业已有80多家,汽车产业将在两年内,成为长沙的第四个千亿产业,长沙已经成为我国首个最完整车系制造城市,汽车电器产业需要的高技能机电人才缺口将达到10万,比亚迪汽车的发展报告指出,新投产汽车总装线将大规模采用应用物联网技术的智能化和网络化设备。从以上的现状可以看出,新形势下的机电一体化技术专业必须要进行课程改革,迫切需要将物联网知识和机电行业结合起来,将课程进行重构,系统地将物联网知识和技术融入到机电专业的课程体系中,以培养新时代合格的机电一体化高技能人才。
2机电专业课程的改革
2.1从教学内容上对课程进行改革
针对机电一体化的专业课程不适应物联网技术要求的现状,首先是对教学内容的改革完善。物联网技术的底层研究很广很深,高职的机电专业应该避免将学生带入复杂的理论分析的道路,而突出应用这个主题。专业课程自然要以专业知识技能的获取为中心,紧紧抓住物联网技术在机电专业各个环节的应用特点,以理论知识够用为标准,少讲多练,将知识和技能的学力融入到实践教学环节中。同时加大实践教学的教学力度,将提升学生的独自分析问题和解决问题的能力作为教学的重点,并规范学生的实践操作,使之更接近企业对机电产品的生产标准。物联网的应用模糊了现有机电技术的控制单元和传感单元的界限,会导致原有课程系统内容出现交叉重复,可以通过对几个课程内容脉络的梳理和整合,将之融入成一门条理性和综合性更强的课程。对常用到的理论知识进行精讲,以实践操作为主,让学生在机电一体化的专业实践课程中通过自己的亲手操作融会贯通所学的理论知识,提升自己对知识技能的应用能力。而对于另外一些内容复杂且内容脉络繁杂的课程可进行科学的拆分,一方面帮助学生更容易掌握理解这部分知识,另一方面也是为了加大实际操作课的课时。使理论和实际在这种高效的理论知识的学习和实践操作中更加紧密有机的结合起来。比如网络协议等内容抽象、复杂,可以通过加大实践课程比例的方法来让学生快速获得感性认知。
2.2从教学方法上对课程进行改革
将教、学、做有机结合来进行机电一体化专业课程的教学。物联网技术的加入,使得机电产品的开发更具灵活性,更多的强调团队之间的沟通和合作,强调前期认真仔细的项目分析。依照目前的机电一体化的专业课程的教学来看,其教学方式依旧沿用的是传统的灌输式教学方式。教师是课堂教学的中心,学生只是被动的坐在原位听教师所教授的知识,没有进行自主探究和合作学习的意识和机会。大量的时间都被没有进入实用阶段的理论知识所占据,这样实际操作的时间就少了,学生的实际操作能力差。针对这种情况,在确定了新机电专业的教学目标后,对专业课程的教学手段和教学方法进行进一步的改革,将教师和同学紧密联系起来并进一步融入到由教师指导的实践操作中,以保证一个高效的学习效率和较好的教学质量。这种方法对于学生巩固所学知识、提升自主操作能力也大有裨益。与普通的专业学科相比,机电一体化专业课程的学习对于学习的过程更为注重。原因在于学生有关机电一体化专业的知识和技能都是在机电一体化专业课程的学习过程中获取的,尤其是融合物联网技术后,这一特点尤为明显。因此,在机电一体化的专业课程的教学方法改革中,可以将合作学习的方法作为一种新的教学方式融入到机电一体化的专业课程的教学中。合作学习为学生之间的专业知识和技能的学习创造了一个平等交流的平台。总的来说,合作学习在机电一体化专业课程的教学上的应用,能够使学生在一个平等交流的环境中,进行自主的、积极的思考,学会与人协作共同去解决问题。同时对于学生的信息整合能力也有一定程度的提高作用。
2.3转变传统教学观念,积极提升教师实际操作技能
与一般的学科不同,机电一体化专业课程的最终目的是在于培养出一批能够进入到实际工作中的技能型人才。网联网技术的加入使得机电专业的知识变得更为庞杂,要让高职学生系统地学习每个知识模块变得不切实际。很显然,在我国一直沿用至今的传统教学观念并不符合越发复杂的机电一体化的专业教学。故而,教师应及时转变自己的教学观念,把学生作为机电一体化专业课程学习的主体,做好教学过程中的讲解、引导和辅导工作。同时摒弃以往以专业理论为重的观念,积极投身到机电一体化的实际操作技能的学习中,加深自己对机电一体化专业课程了解的同时,可以更多的为学生传授真正的机电一体化操作经验,带来更好的教学效果。教师还要关注机电一体化最前沿的技术特别是物联网技术标准的发展,及时根据现实情况对教学内容和教学方法进行调整,帮助学生获得更多的机电一体化专业知识和技能。
3实训条件的建设和改革
实训基地是高职院校实施职业技能训练和鉴定的基础保证。结合物联网技术的机电一体化技术专业不仅要按照实践教学体系和职业技能鉴定实施的需要进行校内基地的建设,还要充分考虑到物联网技术标准的应用。改造已有的自动化生产线、维修电工、电气控制等实训室,努力将实训设备的技术含量和现代化程度应与企业生产水平同步;还要面向社会实施开放式、多样化的培训,开展多元化校企合作、互惠互利进行人才培养模式研究,形成学校发展资源的多元结构和面向社会、面向市场自主办学的局面,以及时吸收各个方面的新技术、新工艺。专业还要与企业建立起适合物联网技术的校外实训基地、研发中心。不断探索、创新工厂化办学新模式,在与企业合作中实现“双赢”发展。
4结束语
关键词:高校;物联网;培养方案;实验室建设
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:2095-1302(2014)10-00-02
0 引 言
物联网被称为第三次信息技术浪潮。作为战略性新兴产业在政府的高度重视下迅速推进,各部委针对物联网领域的支持政策纷纷出台,各省市积极推出了物联网产业发展规划,各地方物联网产业联盟纷纷成立。相关企业和投资机构积极介入,尝试推出物联网各类行业解决方案,涌现了不少优秀应用案例与示范项目,推动了物联网广泛应用。
在国内物联网产业与应用积极推进的同时,也应该清楚地看到中国物联网产业还处于发展的初级阶段,核心技术有待攻克,商业模式和完整的产业链还未形成,上规模的行业应用还未实现,行业技术和应用标准还未统一。
在此背景下,2013年第五届全国高等院校物联网专业学科建设研讨会如期举行。本文将从专业和科学的角度出发,直面物联网的核心问题和难点问题,分析物联网的现状和机会,帮助引导我国高校物联网专业人才培养方案的设计,推进中国高校物联网专业人才培养的健康发展。
1 物联网专业人才的培养目标
截至2012年6月,国内已经开设近150个物联网工程专业,但是各自制定自己的培养目标,没有一个统一的国家标准。个人认为,首先应该培养掌握物联网的基本理论、方法和技术,这人才培养的根本。其次,能运用所学知识与技能进行物联网应用系统的分析与设计和项目研发,培养出可以在工业和信息产业以及其他国民经济部门中从事各类物联网系统研究、教学、设计、开发等工作的高级人才,这是人才培养的重点。最后,由于物联网应用涉及的领域较多,所以还应当培养学生具备一定的人文社科、经济管理等方面的综合素质,以及在物联网领域跟踪新理论、新知识、新技术的能力和较强的创新实践能力。
2 物联网专业的课程设置
从专业课程设置方面来看,个人认为物联网导论、嵌入式系统、传感器原理RFID(射频识别技术)、无线传感网络、物联网智能信息处理和物联网中间件技术等课程作为本专业的主干核心课程,因为这几门课程贯穿了传感技术、网络传输技术、通信技术和信息处理技术等基本知识和技能,是学习物联网知识和应用的基础。
本专业的其它课程,例如学科基础课程和专业选修课程,可以参照相关专业,比如通信技术专业和计算机专业中的课程设置来制定。
整个专业课程设置可以分为基本认知、基本技术和综合实践三个环节,具体如图1所示。
图1 物联网专业课程设置
根据以上三个环节,物联网专业核心课程的具体设置如表1所示。
3 物联网专业的实验室建设
与其配套的物联网专业实验室建设也是必不可少的一个重要环节。物联网的专业实验室种类繁多,是衡量专业建设好坏的一个重要指标,成本的耗费也是最高的一项。
根据国内外物联网实验室建设的情况,个人觉得,可以先按照“专业主干核心课程实验室的建设,合并已有相关专业的实验室,逐步细化实验室功能”的原则,来进行专业实验室的建设工作。因此,可以先建立传感器原理实验室、无线传感网络实验室、RFID原理与应用实验室和物联网通信技术与信息安全实验室,其嵌入式系统实验室一般高校放在计算机专业中,可以合并使用。
4 结 语
本专业人才培养方案的设置,其目的是为了培养能够系统地掌握物联网的相关理论、方法和技能,具备通信技术、网络技术、传感技术等信息领域宽广的专业知识的高级工程技术人才,主要就业于物联网相关的企业、行业,从事物联网的通信架构、网络协议和标准、无线传感器、信息安全等产品及系统的科学研究、工程设计、产品开发、技术管理与设备维护等。
参考文献
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