时间:2022-04-28 05:25:43
开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇物联网工程导论,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。
摘要:从事物联网工程专业的先导性课程——物联网导论的教学实践出发,谈一些体会和经验,然后探讨物联网工程专业的专业建设中
>> 从物联网构成看物联网工程专业的知识体系 物联网工程导论教学初探 物联网导论教学思考与探讨 物联网导论课程的教学实践初探 “物联网工程导论”课程教学探索与实践 从系统与控制的角度浅谈关于物联网工程专业的教学 从互联网到物联网 关于在计算机专业开设物联网工程导论课程的探讨 “物联网工程导论”课程教学研究 “物联网工程导论”课程教学思考与探讨 《物联网技术导论》课程实验教学初探 RFID,从电子钱包到物联网 物联网:从微光到亮光 从自动化到物联网 对物联网工程专业教学体系建设的思考 物联网工程专业建设与实践教学研究 从互联网时代到物联网时代 “物联网技术导论”课程的教学内容探讨 校企合作建设物联网工程专业的探讨 关于商科院校物联网工程专业建设的思考 常见问题解答 当前所在位置:.
[3]2010中国国际物联网大会:http://.
[4]中华人民共和国国务院.国务院关于加快培育和发展战略性新型产业的决定[EB/OL]. [2010-11-12]
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[5]International Telecommunication Union.The Internet of Things [R].Geneva:ITU,2005.
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[9]刘云浩.物联网导论[M].北京:科学出版社,2011:3.
关键词:混合学习;物联网;课程设计
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2014)11-0126-02
黑龙江科技大学自2012年招收物联网工程专业本科生,“物联网技术导论”是该专业的一门必修课程,也是学生学习物联网专业课程的基础课程和核心课程,该课程为学生后期学习物联网专业课程奠定了坚实的基础。但该课程由于涉及多门学科的技术知识,理论基础知识和概念性知识相对较多,缺少实践性的操作,学生在学习的同时会缺乏主动性和积极性。传统的教学模式是以教师为主体,教师讲授知识,学生接受知识,但是,这种方式无法调动学生的积极性和主动性,也无法让学生真正提高解决和处理问题的能力。因此,针对本门课教学过程中出现的问题,对物联网技术导论教学模式做出改革,将Blended-Learning引入教学,即发挥了教师引导、启发、监控教学过程的主导作用,又充分让学生作为学习过程主体,增强学生学习的主动性、积极性和创造性。
一、E-Learning优势和弊端
E-learning是指通过因特网或者数字化媒体等进行教学的一种方式,其充分利用现代信息技术所提供的、具有全新沟通机制与丰富资源的学习环境,实现一种全新的学习方式。主要针对学生在网上学习时操作的方便性,以学生自主学习为主导,从而改变了传统教学中教师的作用和师生之间的关系,使得学生的个性化学习得到更充分的体现,使得学生的参与意识得到增强,提高了学生学习的主动性和积极性。[1]
尽管E-learning在教学过程中有上述的许多优势,但是针对物联网技术导论课程的教学,它也存在某些不足,表现在以下几个方面:第一,单纯的E-learning并不能为学生成功地学习提供足够的学习内容,不能为学生提供足够的参与和接触社会的机会。第二,只注重教学内容的讲解,而缺乏学习环境与课堂学习活动的设计。第三,只注重单个学生的个体学习,而缺乏学生的协作性学习的设计、组织与实施的指导。第四,缺乏研究性学习和学习效果评估。
二、B-Learning的涵义和优势
B-Learning(Blended-learning),即是所说的混合学习,其主要思想是把面对面(Face to Face)教学和在线(Online)学习两种学习模式有机地整合,以达到降低成本、提高效益的一种教学方式。[2]
2004年,何克抗教授正式发表“混合式学习”的涵义,他认为,“混合式学习”就是要把传统学习方式的优势和E-learning(即数字化或网络化学习)的优势结合起来;也就是说,既要发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用,又要充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性。
三、B-Learning课程教学设计
1.课程设计的内涵
“所谓课程设计”就是对于课程的各个方面做出规划和安排。课程设计是课程论在应用层面上最重要的范畴之一,一种课程设计理论经常会全面地涉及课程目标、课程内容、课程评价、课程结构等各个范畴。[3]
2.确定B-Learning课程设计目标
针对物联网专业课程选课学生数量、学生的年级、接受课程能力的水平状况和学习环境的基础上进行。
(1)学习需求分析。是实施混合学习的主要依据。[4]“物联网技术导论”是黑龙江科技大学物联网工程专业开设的一门专业基础课程,具有较强的理论性、覆盖性和专业性等特点,是物联网工程专业学生的入门课程。结合了目前物联网专业需要多学科交叉特点的人才需求,学生要掌握计算机、无线通信、嵌入式、云计算、智能处理等相关技术的基本知识,使学生学习本门课程后,能够使用相关知识顺利开展后期的物联网专业课程的学习活动。
(2)学生特征分析。学生掌握知识的快慢程度和学生对课程了解的程度等,是有效做到“因材施教”的重要途径。[5]本课程中主要采用问卷调查方式了解学生对课程相关内容的了解程度,对于课程的每一章按照学生学习前的具体情况进行设计教学内容。
(3)学习环境分析。把握课程教学所具备的内部和外部环境条件,避免所制订的课程目标不符合实际教学要求。黑龙江科技大学具备混合学校的网络教学平台、网络教学资源等硬软件条件。教师可以将课程教学大纲、教案、电子课件、习题、课程指导等教学资源附加在网上,建立基于网络的远程学习环境,为学生个性化学习提供网络服务条件。
(4)课程目标描述。在明确学习需求,对学生特征与现存学习环境进行初步分析之后,对课程教学目标进行有条理的描述。确定了“物联网技术导论”作为物联网工程专业的专业基础课程,涉及了物联网八门专业课程的相关知识,通过掌握相关知识,可以引导学生对于专业课程的学习,提高学生处理本专业领域中问题的能力。
3.选择B-Learning课程内容
(1)课程内容结构分析。“物联网技术导论”课程可将内容分为理论课、实践课和网络课三部分。其中理论课是对专业基础概念的讲解;实践课是通过理论学习和网上学习能够理解相应的知识体系,从而让同学们分成小组协同合作共同完成项目。项目可以是教师给定也可以是学生自选形式。网络课是教师给学生留下特定的学习任务,学生可以通过网络检索找到正确的答案,也可以通过网络交流来完成学习任务。课程的具体内容如框图1所示。
(2)知识重点、难点确定。确定基本课程内容后,对于每一章内容的知识重点、难点进行划分,以便于针对不同的知识要点设计恰当的学习活动和策略。
4.设计Blended-Learning课程内容
(1)学习活动设计。本课程充分利用黑龙江科技大学的网络教学平台,突破传统教育方式在时间和空间上的限制,积极探索混合课程设计,调动学生的学习热情和主动性,使学生在教师的引导下,根据自己的学习习惯,依托网络学习平台进行主动学习、合作性学习、讨论式学习、网络搜索式学习和研究性学习。具体的学习活动方式可以采用基于网络教学资源的自主学习体系、基于大规模网络资源的搜索式学习体系、基于教材理论的自主式学习体系、基于实践平台的学习体系、基于教师引导的学习体系和基于小组讨论式的学习体系。通过以上几种学习体系,学生可以根据个人能力水平和喜好随意安排学习时间和学习方式,更好地体现了混合学习的自由度。
(2)策略选择。本课程设计了一系列网上在线学习内容。对学生进行引导性学习,而不至于使学生产生盲目性和无目的性。比如学生学习某一知识点时,可以引导学生阅读教材的哪个章节,以及使用课件中的哪些内容,浏览哪些案例和需要学生完成哪些实验等。本课程在实践环节提供视频演示和学生自主创作环节,学生可以将自己创作的作品传到网上,通过网络平台相互进行评价,通过交流获得建设性意见。
(3)学习资源收集。收集“物联网技术导论”课程的各种教学资源是设计B-Learning课程内容中的关键一步。本课程采用了“文字教材”―“辅助教学光盘”―“网络教学平台”―“项目实践系统”―“知识自测”五位一体的混合式教材。文字教材可以提供本课程相关概念和技术的理论性文字;辅助教学光盘存储了教师电子课件等内容;网络教学平台可以提供教师的讲课视频和实践性操作视频及教师和学生发表的关于课程的相关技能的文章和见解;项目实践系统可提供一些项目案例和学生所作的实验项目等。知识自测系统中可以分单元、分章节设置测试题库,学生可以随机进行题库选择,对于学到的知识进行阶段性测试,反应混合式测试的学习效果。对于没有掌握的内容进行选择性学习和重复性学习。
5.设计B-Learning课程评价
为了更好地促进学生使用混合学习系统进行有效的学习,及时获取反馈信息,修改教学方案,提高教学质量,系统加入了混合学习评价,即传统性评价与网络评价相结合,利用网络学习平台对学生的学习行为、历程和学习结果进行详细分析。在混合学习评价设计中,使用以下评价指标:第一,讲师授课启发学生思维和创造性;第二,课堂讨论和网上交流促进学生学习兴趣;第三,课程内容的丰富性;第四,混合式学习提高了学生学习的自主性;第五,实践性教学促进学生技能学习和理论知识的理解;第六,混合式学习结果的满意度。
评价等级分为四级:A代表非常满意;B代表一般满意;C代表不太满意;D代表不满意。对于这几项评价指标采用网上问卷调查的方式,参与课程学习有72位同学,设置72份问卷。计算出每项评价指标学生投票数占学生总投票数的百分比值。调查结果如表1所示。
通过以上评价指标,可以更好地了解学生通过混合学习对本门课程相关知识掌握的程度,从而对混合课程的教学方式和教学内容等进行不断改进,使学生的学习成绩得到明显的提高,增加学生学习本门课程的兴趣。
四、结论
文中采用B-Learning思想,以黑龙江科技大学物联网工程专业2012级学生为例,对于“物联网技术导论”课程设计采用个案研究法,主要从课程设计目标、课程设计内容、课程评价、课程内容结构等几个方面进行深入的研究和探索,并提出了五位一体的教材混合模式,结果表明,取得了较好的效果。本课程设计模式可以为其他课程设计的改革提供借鉴,具有一定的推广价值。
参考文献:
[1]金一,王移芝,刘君亮.基于混合式学习的分层教学模式研究[J].现代教育技术,2013,23(1):37-40.
[2]罗运虎,邢丽冬,王勤.基于项目教学法的课程设计改革[J].电气电子教学学报,2009,(31):14-15.
[3]李利.基于混合学习的高校网络课程的设计[J].高等理科教育,2007,(6):42-45.
关键词:物联网;必要性;技能型人才
物联网,顾名知义,就是物物相连的互联网。它是通过射频识别(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。是继计算机和互联网之后的第三次信息产业的浪潮。面对物联网技术的全面普及及上万亿规模的高科技市场,职业院校承接着技能型人才培养的社会职责,对物联网应用技术人才的培养如何定位,如何培养,是个值得探讨的问题。
一、社会背景和技术背景
物联网是继互联网之后的新一轮信息技术革命,随着在各行各业的落地,已经成为支撑众多行业发展的主要力量。物联网初期投入是在政府主导下进行的,集中在公共安全系统,智能交通、智能物流、市政管理等工程,每一个点无不可以搜索到物联网技术的影子。尤其信息技术应用水平和管理水平,已经成为企业提高竞争力的手段。
技术上,物联网是通过智能感应装置,经过通信技术,进行信息的传输,到达指定的信息处理平台或中心,从而实现物物、物人的信息传递,从而提升效率,保障安全,可以跨时间跨空间进行溯源、追踪、定位、管理。
二、高职院校开设物联网应用技术专业的必要性分析
从2009年8月7日,国务院总理在无锡视察时发表重要讲话,提出了感知中国的战略构想,表示要大力发展物联网技术,继而物联网也成为我国十二五规划的战略性新兴产业之一。2013年2月,《国务院关于推进物联网有序健康发展的指导意见》(以下简称《指导意见》)正式出台,标志着政策层面已经框定物联网产业的发展蓝图。预计2015年将超过5000亿元的规模,并会在短期内可能超过万亿规模,是一个航母级产业。
物联网技术与应用的竞争,说到底是人才的竞争,是战略的竞争。物联网目前在我国还处于发展阶段,从事该行业的人才还比较匮乏,仅在交通物流等领域,人才需求量就超过20万,而且每年都在增长。做为基础型的产业对人才的海量需求,这也为职业院校提出了紧迫的要求,有一定基础、能力、条件的职业院校,应高度重视与加强物联网应用技术专业人才的培训与培养工作。
1.职业类院校学生的特点。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。而物联网技术的发展与竞争,主要是人才的竞争。众多本科类院校也在开设物联网技术相关专业,但主要面对系统设计、系统分析和研究方面的研发工作,要求有深厚的理论基础知识,并且具备专业覆盖面广的优势,职业类院校学生胜任起来有些困难。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,正符合职业院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,职业类院校开设上此专业正具备最基础的条件。
2.各行业对物联网专业人才的需求量大。“十二五”期间物联网产业重点领域包括智能交通、智能电网、智能物流、智能工业、智能医疗、智能农业、公共安全、环境监控与灾害预警、社会公共事业、金融与服务业、智能家居、智慧城市、国防与军事等。
我国当前处理物联网技术人才处理缺乏状态,笔者随意浏览了一个招聘网站,中华英才网上与物联网相关的招聘信息有500余条,前程无忧网站上与物联网技术相关的招聘信息达到1000余条,智能招聘网站上与物联网技术相关的招聘岗位达到400余条,另经常有公司通过微信、QQ、网站平台、私人联系等方式在招聘技高能优的物联网技术相关的专业人才。
据不完全统计,近几年的几大应用领域对人才的需求量,可能均会超过20万以上,如智能交通、智能物流、智能电网、智能医疗、智能工业、智能农业、智慧生活等。
3.对物联网应用技术关键领域展开教学与研究。RFID技术等短距离通信技术、传感技术等关键技术,众多理工类职业院校有着丰厚的基础,承着物联网技术的推广与应用,职业类院校可以对这些核心的技术展开教学与研究,使得培养的人才在智能交通、智能物流、智能农业、智能工业等领域得到发挥。
4. 职业院校具备校企合作的基础。职业教育的人才培养模式步伐一直没有停息过,从项目教学法、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,究竟花落哪种模式,没终极结论。实践场地不断翻新,合作企业不断探索,新技术新技能不断涌入,已经让当前的众多高职院校具备了充分的校内实训基地,具备了校企合作的基础。
在当前的基础上,开发物联网技术专业具备了良好的基础。从教学方法上看,多年的探索与实践已经积累了成熟适用的经验,从硬件基础上看,已经具备了搭建物联网相关实训室的基础条件,从师资力量上看,已经拥有了开设此专业的技能与技术。院校与物联网企业合作,搭建校企合作平台,通过高校与企业联合办学,培养熟练掌握物联网知识与技术的信息服务与技能应用型人才,合作育人,合作发展,达到人才培养的灵活性、开放性、深入性、针对性。
总之,在当前本科类院校开设物联网应用技术专业的同时,各职业类院校也必须要迎头赶上,以呼应本科类院校培养的研究型人才,牢牢把握住这一机遇。中高等职业类院校作为国家技能型人才培养的基础,开办此专业显得尤其重要与必要,有处于当前物联网应用技术发展的大好形势 ,扭转物联网人才资源匮乏的局面,从而培养大批的具备物联网技术能力、创新能力、良好的团队合作精神的复合型人才,全国的职业类院校都以当前物联网发展的大好背景为依托,积极开办物联网应用技术专业,探索理论和实践相结合的优质培养人才战略。
由于我国物联网专业教育于2010年才起步,对于很多院校开设此专业还处理犹豫与探索阶段,如如何定位专业、课程设置?师资力量从何而来?实验室不完善如何办?学生的就业前景如何?等等诸多问题,这也一定程度上会制约着物联网技术专业的设置与发展,所以研究物联网应用技术专业教育的有效性及输送人才的通道更显得重要。
参考文献:
[1]董荣胜. 计算机科学导论―思想与方法. 北京:机械工业出版社, 2007年8月.
[2] 彭力.基于案例的物联网导论.北京:化学工业出版社, 2012年10月.
[3]陈国良.计算思维导论.北京:高等教育出版社, 2012年10月.
关键词:物联网;课程性质;教学的开发思路;教学内容和要求;课程考核
1课程性质
“无线传感器网络技术”涉及通信技术、计算机技术和传感器技术等多种技术领域,因此本课程是一门理论综合性高,应用实践性强的课程。通过本课程的学习和实践,旨在使学生了解WSN和ZigBee协议规范的基础知识,为进行ZigBee项目开发提供了理论基础。
2课程设计理念
在本课程教学设计过程中,遵循“项目为载体,模块递进”的原则,在夯实学生WSN和ZigBee协议理论基础的同时,培养学生对ZigBee技术的应用能力,并引进ZigBee项目,采用任务驱动的方式,充分体现WSN的教学实践。将专业教学过程,技能训练过程有机结合起来,有效地提高课程教学的实践性、开发性和有效性。
3课程开发思路
本课程的教学过程要实现课堂案例教学和实践任务导向教学相结合,将项目式案例引入课堂教学,以真实项目为对象进行工作导向组织教学,从教学过程和形式上体现“学”和“做”的紧密结合。课程模拟完成企业“项目任务”贯穿整个教学过程。通过问题、项目导入(实践)学生思考、分析、回答、教师评议、总结(理论)扩展应用(实践)的方式进行,使授课内容与工作实际紧密结合[2]。项目实施过程中教师加强对学生的引导,并且进行过程性评价,教会学生怎样应付大量的信息,引导学生如何在实践中发现新知识,掌握新内容。教师要成为教学策划和导演,在教学过程中起指导作用[3]。
4课程目标
本课程的项目强调从学生的学习和认知水平出发,通过理论、实践相结合的教学方式,边讲边学、边学边做、做中学、学中做,把学生培养成为具有良好职业道德的、具有嵌入式系统开发、程序设计的管理理论和实践能力的、具有可持续发展能力的高素质高技能型物联网专门人才,以适应市场对物联网人才的需求[4]。
5课程内容和要求
本课程的内容主要包括以下4大模块:无线传感器网络、无线片上系统、ZigBee网络协议、TIZ-Stack协议栈的使用,具体要求如表1所示。
6课程考核
本课程的考核采用过程考核和结果考核相结合的方法。过程考核根据课堂提问、课堂练习、课后作业和学习态度而定,是形成性考核;结果考核根据学生的考试成绩而定。本课程对各学习模块的考核标准如下文所示。6.1无线传感器网络能够阐述WSN的特点、体系结构和关键技术。6.2无线片上系统(1)会对芯片GPIO相关寄存器进行配置。(2)根据开关Led的原理,会设置Led驱动。(3)会切换时钟源来控制时钟频率。(4)能够设置外部中断相关寄存器。(5)会使用串口通信收发字符串。(6)能够获取片内温度传感器的温度值,并能通过串口发送到上位机。(7)会根据定时器中断配置步骤来会配置T1寄存器,完成T1中断程序。(8)会设置睡眠定时器的定时间隔,会设置系统功耗模式。本课程的教学不是单一机械地向学生传授知识和技能,也不是一种向学生灌输式传授知识的过程,而是一种启发引导学生自主探索学习、总结、体会知识和技能的过程。
[参考文献]
[1]谢金龙,邓人铭.物联网无线传感器网络技术与应用[M].北京:人民邮电出版社,2016.
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[4]施炯,杨亚萍,梁丰.“物联网工程导论”课程教学探索与实践[J].中国电力教育,2013(28):106-107.
关键词:物联网;专业建设与实践;课程体系
1 背景
教育部要求加大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人手,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专业(如物联网工程本科专业)人才。目前教育部已经批准150余所学校开办物联网工程专业,在校学生总数在近两年内将超过8000人,使得物联网工程专业成为各类高校竞相开设的热门专业之一。
物联网工程专业属于工科,在首批30所高等院校中,电子科技大学依托通信工程专业办学,哈尔滨工程大学、合肥工业大学、武汉大学依托计算机学院的专业办学。我们通过调研发现国外目前尚未形成专门的物联网本科专业,国外大多数高校也将传感、射频识别等相关课程放置在CS(计算机科学)或EE(电气工程)等相关学院;国内对该专业的教学研究尚处于起步阶段,还没有形成非常完整的教学理论与实施体系。
2010年9月,武汉大学依托计算机学院、国际软件学院从2010级本科生中通过自愿报名转专业的方式招收了30名学生成立了物联网工程专业班;至今已有3个年级近百名学生。通过3年的教学实践,我们基本搞清了物联网工程专业内涵,明确了武汉大学物联网工程专业人才培养特色,建设了具有自身特色的人才培养模式与课程体系。
2 专业内涵与特色定位
物联网工程专业具有相对独立的理论体系,其内涵涉及4个层面(主要领域):信息感知、信息传输、信息处理和领域应用。在人才培养方面,本科生课程体系和教学内容包含如下一些知识点和内容:即信息感知与识别理论、异构网络互联与通信理论、海量异构数据融合与管理理论、软件建模与设计、领域应用技术等。武汉大学物联网工程本科专业的理论层次如图1所示。
综上所述,物联网学科是研究信息感知、信息传输、信息处理、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的知识,学生应按复合型工程类人才进行培养。
武汉大学物联网工程本科专业人才培养秉承“三创”(创新、创造、创业)人才培养理念,以计算机大学科平台为基础,培养具有扎实的计算机理论基础,又有物联网专业理论与工程技术特长的复合型工程应用人才。
3 武汉大学物联网工程人才培养方案与课程体系
3.1 培养目标
本专业培养掌握自然科学、人文科学基础和计算机、网络与通信、控制等学科基础知识,系统掌握物联网的基本理论、技术和应用知识,并具备从事物联网领域的科学研究、工程设计、应用开发或运营管理等方面工作的“三创”复合型人才。
3.2 能力构成
能力构成包括培养学生应有的素质要求、知识要求和能力要求。
武汉大学物联网工程本科专业学生培养强调具有如下素质:①掌握科学思维方法和科学研究方法,有一定的创新和创业意识,具有较强的事业心和严谨求实的实干精神;具有一定的工程意识和效益意识。②在业务素质上,学生应熟悉信息感知、信息传输、信息处理、领域应用等全局系统的设计、构造和分析过程,深刻理解其内在机制和整体的系统观;具有该学科宽广的知识面,同时在该学科的一个或多个领域具有高级知识;具有一个完整的设计经历,包括应用系统及其构件、物联网工程的设计及其实现。③具有良好的思想品德素质、文化素质和身心素质。
对该专业本科生的知识要求方面,强调学生应具备人文社会科学知识、自然科学知识、专业知识、工具知识等;在专业知识要求方面,强调学生应具有扎实的计算机、网络与通信、控制基础知识,具有系统扎实的信息感知、信息传输、信息处理、领域应用的基础知识并在某方面有所侧重,具有基本的工程实施与管理知识。
在能力要求方面,学生应具备学习能力、分析和解决问题的能力以及创新能力。
3.3 专业优势
相比其他相关或相近专业,武汉大学物联网工程专业培养的本科生主要优势有4点:
(1)针对新兴的物联网领域,具有更好的针对性、适应性和前瞻性。
(2)综合计算机、网络与通信、信息安全等学科,具有更宽广的知识结构。
(3)全面掌握信息感知、信息传输、信息处理及领域应用的知识和技术,具有更全面的能力体系。
(4)多层次多粒度工程训练,具有更扎实的实践能力。
3.4 课程体系
武汉大学物联网工程本科专业人才培养与教学实施工作依靠良好的课程体系设计,通过课程模块规划、专业核心课程的组织与建设,体现出良好的人才培养整体水平。在此具体介绍所设计的课程模块思路和专业核心课程建设的内容及体现的特色。
3.4.1 课程模块设计
根据课程内容关联关系,将课程分为8个模块:基础模块、感知模块、网络与通信模块、数据处理模块、安全模块、领域应用开发模块、信息服务模块和实践模块。
基础模块的课程包括:公共数学类课程、大学物理、物联网工程导论、电路与电子技术、数字逻辑、C++程序设计、JAVA程序设计、数据结构与算法、微机系统与接口技术、EDA及应用、系统建模与仿真。其中大部分课程都是计算机专业背景学生应该学习和掌握的知识基础,也是武大物联网专业本科生所需要具备的基础知识。
感知模块的课程包括:RFID原理及应用、传感器原理及应用、传感器微操作系统原理与设计、物理网控制原理与技术、物联网定位技术。这些课程多在前4个学期开设,近3年,学院选派优秀的青年教师多次参加中科院、北京科技大学、全国物联网研究中心组织的培训学习,并很好地开设了如上课程。
网络与通信模块课程包括:物联网通信技术、计算机网络、传感器网络及应用、物联网体系结构。这一部分课程是武汉大学物联网工程专业培养特别强调要加强的课程,让学生通过学习此类课程加强对网络、感知及应用的系统观和全局观。
数据处理模块与安全模块课程包括:数据库原理、物联网数据处理、物联网软件设计、物联网中间件、空间数据库系统、虚拟现实技术、空间信息可视化、云计算与云存储。结合目前非常热门的大数据理论,通过开展学术报告、IBM专家巡讲课程来开拓学生视野。同时专门针对物联网专业学生开设物联网信息安全课程,强化安全意识,灌输网络安全及物联网安全知识。
领域应用开发与信息服务模块的课程包括:物联网应用系统设计、物联网工程规划与设计、嵌入式系统与设计、服务科学原理、SOA原理与实践、业务流程管理、项目管理、客户关系管理、Web应用与开发、通信软件设计、nesC语言等。这一部分课程体现了武汉大学计算机学院与软件学院培养的物联网工程本科专业人才的区别。计算机学院培养的学生着力于物联网工程与技术方向,国际软件学院培养的学生则着重体现在物联网技术应用与服务科学方向。
实践模块课程包括学生在校期间应开设的实验实践类课程,主要包括:电路与电子技术实验、数字逻辑实验、接口技术实验、嵌入式系统设计、业务数据库设计、RFID系统综合设计、无线传感器网络综合设计、物联网应用系统综合设计、物联网工程综合训练等。
3.4.2 专业核心课程组织与建设
为培养具有自身特色的物联网本科生,我们确定了如下物联网工程专业的核心课程,包括物联网工程导论、物联网通信技术、传感器原理及应用、RFID原理及应用、传感器网络及应用、物联网软件设计、物联网数据处理、物联网应用系统设计、传感器微操作系统原理与设计、物联网工程规划与设计、RFID系统综合设计、物联网应用系统综合设计等。
其中覆盖了部分《物联网工程专业发展战略研究报告暨专业规范(试行)》中规定的10门核心课程,部分课程(如物联网工程规划与设计、物联网应用系统综合设计)以学院物联网教师团队科研工作中积累的知识和经验为基础开展课程讲授,体现了武大物联网工程专业学生与国内同类专业学生在知识结构上的不同之处。
在课程的建设上,依托湖北省教学改革研究项目《物联网工程专业课程体系改革研究》做好了这12门课程的讲授内容纲要;根据教材编写的要求,做好课程讲授内容的二级目录,其中传感器原理与应用、物联网工程规划与设计、物联网通信技术3门课程教材已完成初稿即将出版。
4 实验与实践教学
物联网技术的实践教学是本专业教学过程中的重要环节之一。物联网实践教学的设计和开展均按基本认知、基本技术、综合实践3个层次递阶进行,除计算机学院开设的计算机基础类课程实验外(包括电路与电子技术实验、数字逻辑实验、嵌入式系统设计、接口技术实验等),专门针对物联网工程专业学生,设计了包括EDA综合设计、无线传感器网络综合设计、RFID系统综合设计、智能交通模拟系统设计、环境监测与控制系统设计、业务数据库设计、通信软件设计等专业类实验课程。
同时,在计算机学院卓越工程师计划人才培养的框架下,设计了学生赴企业学习和实习的教学环节,将一些工程应用设计类的实验课程以项目研发开展的形式,在物联网企业中实施。
对于实验室的建设,部分课程实验室依托现有的计算机科学与技术专业实验室,通过重用相关设备、调整有关配置来实现实验环境的构建,完成实验教学。同时设计新建或对已有类似实验室进行升级改造来达到新专业新课程实验环境要求。
根据物联网专业教学所面临的实验教学环境建设的任务,开展了为期3年的研究调查,设计了RFID实验室、传感器网络实验室、定位技术实验室的建设方案,并开始投资建设RFID实验室。
RFID实验室的教学功能设计主要包括如下一些内容:①自动识别技术及RFID工作原理实验;②物体编码、条形码与RFID标签;③读写器;④RFID中间件、RFID系统安全与隐私;⑤RFID应用系统设计与实施技术;⑥RFID行业应用方案;⑦RFID方法论(含ROI分析)等。
5 结语
武汉大学经历了3年的物联网工程人才培养探索,在厘清了专业内涵和人才培养特色定位的基础上,制定了具有自身特色的人才培养方案和课程体系,围绕课程体系确定了核心课程群,开展了10余门专业新课程的建设,撰写了课程教学大纲和教材。为满足实验教学需要,通过调研设计了实验实践教学的方案和具体内容,RFID实验室建设工作已正式启动,为武汉大学推进物联网工程专业实际教学工作和提高专业人才培养质量奠定了良好基础。
参考文献:
目前,国内很多高校开设了物联网工程专业,其培养目标基本上都定位为培养具有多领域基础理论知识和创新实践能力的复合型人才,然而在人才培养方面却缺乏创新模式,依旧采用传统学科的培养方式,主要体现为:
1.物联网专业体系结构比较模糊由于物联网专业与传统工科专业的特点不同,导致大部分高校在物联网专业人才培养机制方面还比较模糊、缺乏经验,专业体系设计不尽相同,有的甚至差异很大。由于物联网工程专业属于计算机科学、通信工程、电子信息科学等多领域的交叉学科,绝大部分院校的物联网工程专业课程体系只是对这三个学科领域现有课程进行简单的裁剪和叠加,再增加物联网导论、物联网安全等少部分专业课程,这类课程体系导致专业缺乏特色,培养出来的学生在每个学科方面基础比较薄弱、理论深度不够,很难满足物联网创新性人才培养的需求。
2.人才培养方式与企业需求相脱节大部分高校依然延续已有专业的培养模式,以课堂教学、实验、课程设计和毕业设计为主,注重理论知识体系架构方面的培养,但这种传统的培养模式过渡强调了理论知识的培养,很难满足物联网产业以应用为先导的人才需求,应加强学生工程实践能力的培养,使学生具有较强的物联网技术综合应用和工程实践能力。
二、建立就业驱动的物联网专业人才培养模式
物联网应用发展的根本要素是人才的培养,只有建立适应物联网特点的人才培养模式,培养出大量的适合物联网应用发展的人才,才能有效推进物联网技术和应用模式的创新,才能提升我国在物联网标准制定和技术领先的世界地位,为此本文针对物联网专业的特点和人才需求,以就业为导向给出下面几点物联网工程专业人才培养模式的探索性意见。
1.建立以就业为基础的柔性课程体系机制物联网工程专业作为一个交叉学科,如果将多个学科的课程进行裁剪或叠加,再添加几门与物联网相关的课程组成课程体系,将导致其核心知识比较分散,以此培养出来的学生就业方向就比较迷茫。作为一个多学科交叉的专业到底培养什么样的人才,只有一个标准那就是企业和社会的需求,因此在设计课程体系的时候需要将企业的需求因素考虑进来,定期邀请一些知名物联网企业的技术人员进行讨论共同制定课程体系,采用一种“强内核,柔外壳”的策略建立柔性课程体系机制,这样能够较好地满足物联网技术与应用的发展需求,不断动态地更新和优化其教学内容和课程体系,以适应社会需求。这种课程体系既要将多学科间的知识交叉与渗透反映到教学内容中来,使学生能够全面了解物联网专业涉及的技术和应用的前提,还要不断充实反映科学技术和社会发展的最新成果。
2.建立适合物联网人才需求的自主学习机制自主学习属于教育理念和制度范畴,指通过为学习者提供开放、分布、灵活和人性化的学习环境、条件和机会,并由学习者自主决定在哪里学、何时学和如何学,来促进学习者的学习。物联网作为一个应用为先导的交叉学科,应为学生提供自主学习机制,让学生依据兴趣爱好自主确定学习目标和学习进度、按照学习需要选择各种学习资源和学习环境,有效运用各种学习方法和认知工具,按照自己的个性特长和兴趣爱好积极发展,这样将能够促进学生在物联网应用领域的创新。
3.建立导师直接负责培养机制物联网工程专业主要用来培养工程型和技能型人才,这类人才很难仅仅通过传统的课程授课和试验方式培养出来,培养具有创新和应用能力学生的关键是加强实践环节,需要进行大量工程实践锻炼来培养学生的应用能力。因此,应建立导师直接负责培养机制,从学生入学开始将为学生分配导师,由导师专门负责学生工程实践能力的培养环节。这样可以发挥教师的主动性和指导性,让学生积极参与到自己的科研项目中,提前让学生接触实际应用项目,可以提高学生学习的主动性和兴趣。导师还可以积极鼓励和指导学生参加大学生挑战杯、大学生电子设计竞赛、嵌入式设计大赛等诸多学科竞赛,让学生参与面向解决实际问题的学习和技术创新活动,为物联网专业学生的实践能力培养提供保障。
4.建立应用创新能力提升机制所谓应用创新型人才,就是具有创新意识、创新精神和创新能力并能够取得创新应用成果的人才。物联网本身体现出典型的多学科交叉的综合应用,有着丰富的学科内涵,既可以培养学生综合运用知识的能力,又有利于知识的集成应用创新。对于物联网专业所要培养的创新复合型人才来说,可以通过不同学科知识和能力的融合而达到对原来的知识、能力的超越,即能用一种全新的思维方法来思考所遇到的问题,提出新的解决办法。通过积极开展大学生创新计划、设计竞赛和创业大赛等方式,鼓励学生开动应用创新思维。
[关键词]物联网工程 实践教学体系 平台建设
[中图分类号] G642;TN929.5-4 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2015)03-0037-02
实践教学培养是本科院校高等工程教育体系中不可或缺的重要环节,是影响物联网工程专业人才创新实践能力的主要因素。福州大学物联网工程专业是全国首家校企联盟的物联网教学单位。本文结合福州大学物联网工程专业办学实践情况,分析物联网工程专业实践教学培养准备,以物联网工程人才的素质培养为基础,构筑高层次物联网工程技术人才培养新体系。
一、物联网工程人才实践教学培养体系研究
(一)物联网工程人才实践能力培养标准
物联网不但可以提高经济效益,节约生产成本,培育新兴产业,而且还可以推动传统产业升级,促进信息化和工业化深度融合。因此,综合工程实践素质培养是物联网工程专业人才培育的重点。根据国家教指委出台的相关文件精神,一般认为物联网人才实践能力主要包含三个方面:1.具有综合运用掌握的物联网知识、方法和技术解决实际问题的能力;2.具有运用掌握的现代信息技术学习新技术、新知识的能力;3.具有技术创新和产品创新的初步能力。
(二)物联网工程专业实践教学培养现状
福州大学的物联网工程专业于2011年开始筹建,并于2012年开始正式招生。在近四年的发展过程中,福州大学陆续投入了大量的人力、物力、财力,根据物联网人才实践教学培养的标准,建设物联网专业实验室,完善实践教学体系。然而,任何的一个学科建设都不是一蹴而就的,对于物联网工程专业来说更是如此。在目前的教育环境下,福州大学的物联网工程专业的实践教学培养既存在其他高等院校的共性问题,也存在一些个性问题。这些问题主要包括以下几个方面。
1.课程之间缺乏整合,专业实验课程衔接不畅。而初生的物联网工程专业无法在短期内融合电子、通信、计算机、自动化控制等相关传统学科所示内容,因此在物联网工程专业课程群建设缺乏规划的情况下,专业实践课程衔接不够,相对孤立。最终导致实践教学知识跨度大,学生接受程度低。
2.教学模式封闭单一,教学课程与学生动手实践活动衔接不畅。福州大学的物联网工程专业依托于物理与信息工程学院,实践教学培养主要参照传统的电子信息类专业,也承接了现有电子信息类专业实践教学的共性问题,其中专业实践教学环节的学时比重不足30%。造成这一现象的原因,一方面是物联网技术第二课堂还未完善,另一方面是与合作企业的衔接还不流畅。
3.师资队伍工程经验不足,培养过程与工程实际的衔接不畅。作为福建省211重点院校,在经过多年的发展后,福州大学基本已形成了知名教授领导,海外知名院校、重点985院校毕业优秀博士为主力的师资队伍。然而,本科院校多年普遍重理论研究,轻工程实践,教师普遍工程经验较少,因此在培养过程中不可避免地出现实践环节与工程实践衔接不畅的问题。
二、物联网工程专业实践教学体系建设思路
为了加强物联网工程教师队伍的工程实践经验,加快在校学生融入物联网企业的脚步,福州大学在筹建物联网工程专业的初期就与物联网龙头企业新大陆科技集团、三鑫隆、欣创摩尔等福建省内物联网新兴企业开始了紧密的合作。根据福州大学的实际办学情况,福州大学确立了以下建设思路。
1.充分发挥校企合作协同创新在学生实践能力与综合素质培养中的关键作用,构建“合作重实质、功能重实用、培养重实效”的物联网工程专业培养新模式。
2.密切与行业和企业的联系,建立稳定的校外实践基地,加强和推进校外实践的力度。在与企业签订协议的基础上,进一步加强内涵建设,邀请其工程技术人员全程参与人才培养过程,共同开展项目课程开发和实践,保证学生实践质量。
3.建立健全长效机制,完善管理制度和考核办法,使企业、学校、学生三方受益,使校企合作、工学结合具有可持续发展能力。
4.加强实践教学、实践基地与大学生“预就业”相结合的建设,推广大学生在实践基地“预就业”,以获得实际工作的机会,了解用人单位的用工需求,提高自身能力和素质,让学生充分发挥“预就业”的优势找到理想的工作。
三、实践教学体系构建
福州大学物联网工程专业课题组在经过三年多的探索后,初步构建了多层次的物联网实践教学体系。高等工程教学体系是由工程教学设施、工程教育教师队伍两大部分组成。福州大学物信学院根据高等工程教学体系的基本组成部分,着眼于物联网工程校企合作办学特色专业建设,以提高电子类、信息类、通信类本科生、研究生的工程实践能力、科研创新能力为目标,构建一个包含软硬件的高等工程教育交叉学科“校企合作”实践教学体系,培养复合型、创新型的多元人才。
(一)数字化多层次物联网工程创新实践教学平台建设
物联网是通信网络和计算机网络的拓展应用和网络延伸,是感知技术、传输技术、智能信息处理和控制技术等方面的有机融合。物联网工程专业是一个典型的交叉学科,教学内容覆盖电路分析、传感器与检测、信号与系统、通信原理等方面的基本知识,科研创新包含低功耗微小器件、绿色能源、智能信息处理、3D立体显示等研究方向。项目建设拟坚持优化组合、资源共享、高效运转的原则,围绕理论教学、实践教学、科学研究三位一体的教学模式,分层次建成面向全院电子与科学技术、信息与通信信息系统学科的特色实验室、适应高素质创新人才培养的综合技术实验室、本研共享的学科研究实验平台。
1.以“提升学生创新能力”为指导,建设物联网感知与控制创新能力培养平台。物联网工程是一个典型的交叉学科。它与电子科学与技术、计算机科学与技术、通信与信息系统、电子信息工程等学科均有交叉,是一个既涵盖基础元器件又包括应用系统和信息互联等众多应用的平台。在该平台上,我们将整合福州大学物信学院光电信息显示、电子科学技术等专业的实验教学资源,充分发挥学生的创新能力,建设信息传感、传输、显示、存储、分析识别及智能互动的物联网信息处理综合实验平台,不断提高学生创业创新能力。
2.以“学以致用、协作创新”为指导,建设物联网软件与服务应用工程能力培养平台。服务区域经济,建设物联网工程专业是本项目的建设目标之一。物信学院通过与先进的物联网企业合作,根据行业发展的主要特色,在实践基地为电子类、信息类、通信类、计算机类、物流类、电气工程类等相关专业本科生、研究生提供各种真实情景的工程教学科研实训环境,建设物联网软件与服务应用工程能力培养实践平台。以“校科合作”为平台,通过“专业课程认识实习专业课程实验专业课程项目实训专业综合实训专业科研毕业实习”的系统化实践教学体系建设,进一步深化人才培养模式改革、构建突出职业岗位能力的课程体系,建立规范的课程标准,提升师资水平。
(二)高层次工程教育教师队伍建设
为了确保教师队伍能满足高校发展的现实需求,汇聚、培养优秀创新人才,促进物联网工程专业的内涵式发展,项目建设拟从以下方面开展教师队伍建设――校企合作“内外双修”教师培训计划。具体的建设计划如下所述。
1.采用进修深造和项目培养两种模式,提高现任在职教师的业务水平。在学校和学院的支持下,继续支持教师通过短期职业培训、校外进修、研修结合等形式逐步提高自己的综合素质。此外,在项目建设中,还将依托实践基地与新大陆、欣创摩尔等企业开展深入的科研合作,融技术研究、工程开发、技术转移和人才培养为一体,通过合作立项,促进教师由理论走向实际,逐步加强实践创新的能力。
2.积极聘任企业高级工程技术人才为专职教师。根据专业设置、课程安排、学生实训等方面的需求,有计划地面向企事业单位,择优选聘工程人才,担任专业课或实习指导兼职教师。定期或不定期为学生系统讲授课程、开展专业知识讲座。2012年12月,学院就积极邀请新大陆科技集团总裁王晶在物联网工程专业的学科导论课程中为大学生讲授物联网的产业发展状况,该次课程收到了良好的效果。在今后的专业建设中,学院将积极探索校企合作兼职教师交流制度,建立教师交流平台。
总之,物联网工程专业是一个全新的专业,且跨多种专业门类,具有很强的实践性,福州大学物信学院多层次的物联网实践教学体系是否能为地方经济发展培养优秀的物联网工程专业人才,还要继续探索和完善。
[ 参 考 文 献 ]
关键词: 物联网; 应用型人才; 人才培养模式; 专业建设
中图分类号:G642 文献标志码:A 文章编号:1006-8228(2016)10-67-03
Probe on the training mode of Internet of Things engineering specialty applied talent
Kong Rui, Zhang Bing
(College of Electrical and Information, Jinan University, Zhuhai, Guangdong 519070, China)
Abstract: The training of application oriented personnel of Internet of Things engineering specialty is studied; the training program and training mode are expounded and used in the construction of the Internet of Things engineering specialty of the school, to have obtained a better training result. This study can provide a reference for the construction of other engineering specialty.
Key words: Internet of Things; application oriented personnel; talent training mode; specialty construction
0 引言
物联网被称为继计算机、互联网之后,世界信息产业的第三次浪潮[1-2]。“物联网工程”是一个围绕“战略新兴产业”设立的新专业,2010年开始教育部进行了物联网相关专业审批,截至2015年6月,国内已经有近250个高校开设了“物联网工程”专业。“物联网工程”专业具有鲜明的特点:综合性、交叉性、应用性[3],涉及电子、计算机、通信等多领域相关专业知识。“物联网工程”专业培养的人才,不仅要掌握传感器、微处理器、嵌入式理论和相应的应用软件技术,还要掌握通信原理、计算机网络、无线传感网络以及3G/4G无线网络等新技术[4-5]。“物联网工程”专业应用的多样性,要求我们必须培养宽口径人才,既要重视基础训练,更要培养应用系统综合开发能力。“物联网工程”是应用性非常强的学科,仅传授理论知识是不够的,一定要立足实践,从应用入手。
1 社会对“物联网工程”专业人才的需求
党的十做出了坚持走中国特色新型工业化、信息化道路,推动信息化和工业化深度融合等一系列战略部署;我国已把物联网列入《国家中长期科学技术发展规划(2006-2020年)》和2050年国家产业路线图;至2015年底,中国物联网整体市场规模达到7500亿元,预计未来几年我国物联网行业将持续快速发展,年均增长率30%左右,到2018年,物联网行业市场规模将超过1.5万亿元,物联网在制造、物流、交通、电力、安防、医疗、环保等领域得到了广泛的应用。
《广东省关于贯彻落实国务院部署加快培育和发展战略性新兴产业的意见》将“物联网列为重点发展领域”;《珠江三角洲地区改革发展规划纲要》指出“建设南方现代物流公共信息平台”,率先发展“物联网”;广东省先后组织了“粤港RFID产业联盟”、“广州电子行业协会RFID专业委员会”、“RFID技术支持中心”等机构来推动本地区的相关物联网技术的应用和发展。物联网的产业规模比互联网产业大20倍以上,而物联网技术领域需要的人才每年也将在百万人的量级。物联网产业的发展,将会拉动各国经济的发展,物联网的广阔发展前景已经引起了产业链上各行业的青睐。物联网的产业链条涉及传感器、芯片、设备制造及软件应用等行业,作为新一轮的信息技术革命,物联网已经上升为国家战略,高校作为培养高层次人才的“主战场”,应针对性地设置“物联网工程”相关专业,有目标地培养“物联网工程”专门人才。
目前,我国已有近250多所高校设置了本科“物联网工程”专业,有些学校的“物联网工程”专业已招收了4届本科生,物联网发展的战略需求及人才培养需求,使得专业应用型培养模式设计非常必要。物联网技术构成主要由三层[3-5]:感知控制层、网络传输层、应用服务层。涉及到的关键技术有传感器技术、传感网技术、移动通信技术、嵌入式技术、信息安全技术等。社会对“物联网工程”专门人才的要求是:具备在物联网工程领域跟踪新理论、新知识、新技术的能力,具备一定的物联网系统综合设计能力,掌握信息获取(传感器和信号检测相关知识)、信息传输(通信、计算机网络)、信息处理(数据融合、云计算等知识)、应用层(应用软件开发、嵌入式系统开发)相关知识,能从事物联网工程领域的科学研究和应用技术开发工作。
2 “物联网工程”专业应用型人才培养模式探索
目前,物联网技术还属于一个新兴技术,正在快速发展,物联网在世界范围内兴起仅仅有十多年时间,真正引起重视并快速发展是在近几年,国内高校开始建设“物联网工程”专业的时间更短。“物联网工程”是一个属于战略新兴产业的新专业,是一个与产业启动和发展同步建设的新专业,这就决定了物联网工程专业建设没有成熟的、体系化的理论和经验可以借鉴,专业建设具有探索性和不确定性,学习与掌握物联网的技术理论,发展方向及其行业应用是目前高等教育的核心目标。物联网专业人才的需求量将非常大,为了顺应国家对物联网专业人才需求,暨南大学于2010年就启动了“物联网工程”的筹备与建设工作,并于2012年经教育部批准建立了“物联网工程”专业,作为全国领先、广东省首批开设该专业的高等院校,我们在专业建设的过程中,遇到了很多问题,积累了一定的经验和教学成果。在已有“物联网工程”专业的课程体系基础上[6-8],我们进行了一系列的改革,希望能培养出“物联网工程”专业的应用型人才。
2.1 应用型人才培养思路
物联网工程专业具有鲜明的综合性、交叉性、应用性特点,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,以培养学生工程实践能力、创新能力和综合素质为核心,以理论教学和工程实践为两条主线,注重对学生进行综合素质、综合利用理论知识和解决工程问题能力和工程创新能力的培养。“物联网工程”专业是电子、通信、计算机等学科交叉融合、相互渗透的基础上,发展起来的一门新兴应用型学科, 针对该专业培养高层次、应用型人才的目标要求,我们在培养方式上以合作的企业为实践基地,以粤港澳区位优势为立足点,以项目教学为途径,以职业素养和实践动手能力为目标,兼顾学生创新能力,强调多层次协同培养,利用校企合作,交叉培养学生的实际工作能力。
2.2 校企合作,培养社会需要人才
校企合作是工学学科人才培养模式的关键,我们在“物联网工程”专业的培养环节,强调企业直接参与学生人才培养方案的制订工作,由于企业对市场的了解,企业向学校提供人才的需求计划、职业能力要求以及技术发展情况等信息。学校根据这些信息,通过优化整合,使得人才培养方案更加符合市场的需要、社会的需要,适应培养目标的需求。学校在相关企业建立校外实践基地,企业通过一定方式为学校提供技术、资金、场地等方面的支持,共同建立校内、外实践基地,这对学校培养学生的应用技术能力提供了基础保障,同时也节约了学校的办学成本,关键的是为企业培养了一批技术能手。校企合作,可以让学生深入到生产第一线,使他们在学习和工作两种环境中成长,有计划地使他们的事业心、责任感、专业技能、团队意识、人际关系、协作精神、组织纪律及创新能力等方面得到培养,综合素质得以提高,个人全面发展。最后,校企合作解决了毕业生就业问题,实行校企合作,学校有针对性地为企业培养合格的人才;学生也通过到企业实习,培养自己的职业兴趣,学生毕业后。就能较快地找到合适的岗位。
2.3 创新人才培养方式,推动物联网技术的产学研结合
“物联网工程”作为一门应用性极强的科学、作为一门实践性极强的产业、作为理论性极强的学科,离不开产学研的结合。我们将科研与教学相结合,把研究的成果用于企业,在教学中注重实践教学,紧密围绕物联网产业发展需要,校企合作进行技术研发,制定与培养目标相匹配的教学计划,使学生能较早接触和熟悉工程技术科学的基础知识和工程环境;结合物联网工程专业的具体特点,改革现有的人才培养模式(四年在校教育),制定有效、务实的应用型人才培养模式,实行“3+1”的人才培养模式(注:“3+1”是三年在学校,1年在企业),并开展教学实践。建立人才培养、引进、激励机制,校企教师“互兼互聘、互培共育”,优化“物联网工程”专业教学过程,学生总共有一年时间在企业学习,理论性强的课程在学校学习,实践性强的课程在企业学习。我校的“物联网工程”专业的培养方案除了公共课、基础课、专业课之外,还包括三个课程模块(以下简称:学程):RFID原理与应用课程模块、智能家居课程模块、智能制造与智能物流课程模块,不同的学程包含不同的课程,前两年“物联网工程”专业的课程设置全部一样,可以参考文献[6]和文献[7],从三年级开始,学生可以根据自己的兴趣,选择不同的学程,这些学程包括了该研究方向必须选修的一些专业课程,每个学程约15-20学分不等;实训课程一般都是放到企业进行授课,授课老师可以是企业工程师或学校有工程实践能力的教师,实训课程考核基本都是以课程设计形式进行。我校“物联网工程”专业开设的三个学程如表1。
2.4 项目式教学,培养学生创新能力和实践能力
构建“项目主导、模块递进”的专业课程体系,与企业工程师合作,引入实际项目,以项目为主导,按基本能力、专业能力、综合能力三个依次递进的模块建立课程体系。加强专业教学设施建设,建好物联网实验室和实训基地,为培养物联网工程技术型、应用型人才开辟良好的实践环境。在校企合作模式下的实践教学,可以将校内实验、企业实习、创新项目、学科竞赛等多种形式相结合,能很好地培养和训练学生的工程实践能力,满足物联网工程实用人才培养要求的“立体化培养、个性化拓展”的工学人才培养模式。我校2012级“物联网工程”专业的学生共30人,学生实际选择了前面两个学程。这30个学生,从大三开始就分成三个不同研究方向,分别到三个不同企业中。每个研究方向分几个研究小组,每个研究小组由3人构成,接受企业给予的实训指导和分配的任务,在校期间继续理论课学习,课后完成项目组任务,根据完成任务情况,由企业工程师和负责老师共同给予评分。同时,我们要求所有学生在四年学习中,每人至少参与一个大创项目或学科竞赛,经过四年的学习,学生的实践和创新能力得到大幅提升。
3 结束语
物联网的发展方兴未艾,在发展过程中会不断出现新的技术和需求,因此,“物联网工程”专业人才的培养方案和培养模式也必须与时俱进。近年来,我们在“物联网工程”专业建设方面已经积累了一定的经验,取得了一些研究成果,已经与珠三角地区物联网企业建立了紧密的合作关系,并建立了教学实践基地,通过“走出去,请进来”的方法加强实践教学。我们已经与地方六家物联网企业签订了实习和实训基地协议,合作编写了人才培养方案;我们秉承教学为企业服务、为珠三角和地方经济发展服务,积极与政府管理部门、行业协会、学术团体、高校和各类企业的建立学术和业务关系,得到各方面的热情支持,截止今年5月,我们培养的第一届“物联网工程”专业学生的就业情况非常好,今年毕业生除去读研学生,全部就业,用人单位非常满意。这证明了我们的应用型“物联网工程”专业人才培养模式的有效性,今后,我们会继续研究和探索,希望能为社会培养出更多、更好的应用型“物联网工程”专业人才。
参考文献(References):
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[2] 王良民,熊书明.“物联网工程概论”[M].清华大学出版社,
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课程规划”[M].西安电子科技大学出版社,2011.
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述”[J].北京邮电大学学报,2010.33(3):1-9
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[7] 孔锐,张冰等.物联网工程专业实验课程设置探索[J].实验技
术与管理,2014.31(2):179-182
关键词:物联网;实验教学示范中心;传感器
一、建设现状
实验教学示范中心是衡量高校实验教学水平和学生实践动手能力的重要标志,是实验教学改革与创新的重大成果。实践教学是培养学生科学精神、科学素养和实践能力的重要环节,在学生综合能力、素质和创新能力培养方面具有极其重要的作用。
物联网是以感知为目的,实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。物联网被称为继计算机、互联网之后世界信息产业的第三次浪潮。自2010年教育部进行物联网相关专业审批开始,目前国内已有近300所高校开设了物联网工程专业。物联网工程专业是为国家战略性新兴产业――物联网产业的发展培养高素质专门人才而设置的新专业。物联网的建设与发展离不开人才,而人才的培养离不开实践教育,物联网工程实验教学示范中心的建设就显得尤为重要和意义重大。
尽管物联网工程专业刚刚成立短短几年,国内各高校物联网工程实验教学中心的建设工作不仅早已开始,更在近几年内长足、迅猛发展。具有突出影响的是南京航空航天大学,该校高度重视物联网工程实验教学示范中心建设,将将原有的计算机技术实验室、信息安全实验室、嵌入式实验室、单片机实验室、计算机网络实验室以及与企业联办的实验室纳入到物联网工程实验教学中心,并在2011年新建物联网感知实验室、物联网接入实验室等新型实验室。
江南大学、西安电子科技大学、南京邮电大学等高校近年来成立了物联网工程实验教学中心,为物联网工程专业人才培养奠定坚实基础。与我校同时获批的哈尔滨工业大学、哈尔滨工程大学也正在进行物联网工程实验教学中心的建设中。
我校物联网工程实验中心成立于2011年,总面积约1000m2,下设5个实验分室,分别为传感器网络分室、嵌入式系统开发分室、射频识别技术分室、移动计算分室、实践创新分室,全部配备多媒体教学设备及视频监控系统,可容纳120人同时进行实验。
二、不足之处
在各级部门的关心和支持下,经过近6年的建设,实验中心已初具规模,在实验教学、科研项目、课外开放等方面发挥了很大作用。但是,和国内一流高校相比实验中心还存在一些不足,主要体现在以下几点。
⑴ 实验中心规模尚需扩大。据测算,物联网的产业规模比互联网产业大20倍以上,物联网技术领域需要的人才每年也将在百万人的量级。随着人才培养的需求规模不断增加,现有实验中心的规模已经远远不能满足人才培养需求。
⑵ 实验中心科研水平有待提高。物联网工程是一个围绕“战略新兴产业”设立的新专业,具有鲜明的综合性、交叉性和应用性特点,设计电子、计算机、测控与通信等多领域相关专业知识,具有厚基础、重理论、强实践、求创新、促应用的专业特点。这就要求实验中心有较高的科研水平。
⑶ 实验室开放能力有待提高。实验室是一个学生自我实验、提高实践动手能力的场所,需要有大量时间面向学生开放,给学生创造更多的实践机会和时间。
⑷ 实验室管理水平有待提高。由于历史原因,实验室管理队伍普遍年龄偏大,学历层次不高,技术水平偏低,对新技术、新知识的掌握不够好,造成实验室管理水平在一定程度上难以提高。
⑸ 实验室架构有待完善,急需建设实验中心网上平台。现代化的实验中心需要有网络平台的支持,这样才能最大限度地发挥实验教学中心的作用。
三、研究与探索
基于以上不足,我们在以下几方面加强了实验中心的建设:
1.以科研项目带动和促进实验室建设。
以物联网工程教研室为主体,以物联网实验中心为依托,申报和实施了多项科研项目,其中国家自然科学基金一项,省级项目三项,校级项目(含教改项目)十余项。这些科研和教改项目以项促教、以项促学,浓厚了实验中心的科研氛围,推动科研型实验中心的建设和形成。
2.加大实验室开放力度,提高学生参与的积极性。
实验中心的建设与实验的主体――学生息息相关。我们加大实验中心的开放力度,每周保证20学时的开放时间(每学年开放600学时),为学生进入实验室创造有利条件,目前已形成一年级了解实验、二三年级自我实验、四年级毕业设计实验的完整的实验室开放体系。此外,实验中心吸收有参与愿望的学生进入实验室,在指导老师的指导下开展实验开放项目研究,目前已开展30余项实验室开放项目的研究,提高了学生参与科研活动的积极性,努力建设成开放型实验中心。
3.加强实验教师和管理人员培训,提高专业素质。
做好实验室队伍建设的长远规划,要按课程组织教学队伍,实现理论课教学、实验课教学的有机结合,从未实现理论课教师、实验教师和实验技术人员的相互融通,建立一支业务水平高、服务意识强的实验教学队伍。为提高实验中心的整体水平,我们注重实验教师和管理人员的培训,多次邀请设备厂家技术人员现场培训,并鼓励教师们外出学习,先后到博创、远望谷、清华大学、上海交大、吉林大学等物联网公司和高校学习,取人之长补己之短,提高教学和技术水平,促进技术型实验中心的建设。
4.积极探索新模式,开拓实验教学新领域。
固步自封是没有前途的。为拓宽领域、提高层次,实验中心关注物联网领域新技术,先后引进远程医疗、大屏幕、远程监控、网络服务器等实验系统,并投入到科研项目和实验室开放中,形成了以项目为驱动、以学生为主体、以教师为指导的项目式实验教学模式,开发了30余个新实验项目,极大地丰富了实验内容。中心注重实验教学改革,以省、校两级教改项目为切入点,以实验课堂为重点,以青年教师为主体,积极探索实验教学改革,创新实验模式、改良实验形式、优化实验资源,打造创新型实验中心。
5.实验中心网络平台的建设。
当今社会随着互联网+迅猛发展,虚拟实验室和仿真实验室十分盛行,实验中心的建设也需要有一个数字化管理平台作为支撑才能更有效地提高实验室的管理水平,提高实践教学效率。因此,我们号召青年教师,吸收学生科研骨干,以学生毕业设计为契机,建立了网上实验中心。网上平台集虚拟仿真实验室、实验分室介绍、实验项目介绍、实验室开放预约于一身,极大的方便了学生自主学习,改善实验环境,进一步提高了实验室管理和设备管理的科学化、规范化和信息化程度,提高了实践教学效率,有利于学生个性化发展,加强实践能力和动手能力,培养学生的创新意识与创新思维,建设网络型实验教学中心。
四、未来展望
实验教学示范中心的建设任重道远,需要多方面协调努力、共同建设才能有所成就。我们会在观念、资源、方法、手段、形式等方面继续努力,建设科研型、开放型、技术型、创新型、网络型的实验中心,为打造国内一流的物联网实验教学示范中心不断努力。
参考文献:
[1]李斯杰.示范性建设后高职院校建设发展策略的思考[J].中国高教研究,2010(11):76-78.
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[3]刘云浩.物联网导论[M].北京:科学出版社.2010.
关键词 计算机科学与技术;人才培养;3+X;课程设置;教学方法
中图分类号 G110 文献标识码 A 文章编号 1008-3219(2015)20-0029-03
随着计算机的应用群体越来越广,与计算机相关的产业对国民经济增长的贡献率已经达到50%以上,并且成为可以衡量一个国家产业结构高级化程度的主要指标。计算机行业对人才的需求日益迫切,企业需要的不仅仅是计算机的使用者,而是计算机软件产品和硬件产品的开发者,而且能直接从事信息系统建设、管理、运行等技术工作。这就对高校计算机专业人才培养提出了更高的要求,培养过程应该更加注重质量,注重增强实用性及学生动手能力的提高。
一、培养目标的确立
计算机科学与技术专业人才培养目标应该以提高实际应用能力为导向。针对计算机的专业性质,实际应用能力也应该从软件和硬件两个方面去考虑。软件方面应该侧重程序的开发,熟练掌握某一门开发语言及数据库的综合应用。硬件方面则应该侧重了解计算机的体系结构,并能开发研制具有一定功能的机器系统。为适应社会需求,应跟随专业技术发展方向及时调整培养目标,把握住行业最新动态,使学生有更广阔的就业前景。
二、人才培养模式调整
随着社会对人才需求的变化,培养模式也要进行相应的调整,从最早期的大学4年由7学期的理论在校学习+1学期的毕业设计所组成的典型研究型本科人才培养模式,过渡到面向应用型人才培养的“3+1”模式。这种模式中“3”指的是3学年即6学期,为在校的理论课程学习时间,最后一学年进行社会实践,前半年将学生送入企业参与企业实习,积累实践经验,后半年进行大学4年所学知识的综合验收,也就是毕业设计。在“3+1”培养方案的执行过程中摸索出更人性化的“3+X”培养模式。其中“3”还是以往的在校学习过程,“X”则完善为多元化过程。前两年的4个学期为奠定基础阶段,完成理论及系统课程的学习,第3年为技能提高阶段,可以将企业工程师引入学校参与教学,第4年为过程实践阶段,根据学生的实际情况对以往培养方案进行调整,将学生发展方向分为考研、考公务员、企业实习三类。考研和考公务员的学生在第7学期的时候会留在学校,由在校专职教师指导完成实训作业,进入企业实习的学生将由企业工程师指导完成企业实训任务。在第8学期同样根据实际情况将学生分成两部分,一部分由在校教师指导完成毕业设计任务,另一部分则由企业和在校教师共同指导完成企业下发的毕业设计任务。这种根据学生实际情况将学生进行分流管理的情况称之为“X”。“3+X”培养方案的具体实施过程如图1所示。这种模式比以往的“3+1”模式更加灵活多样,既能满足学生就业的多方面需求,又能极大提高学生的社会实践能力。
三、专业课程制定
应用型本科教育应以实践教学为主。从事的工作计算机专业人才从事的工作不同于简单的计算机应用,而是要研究如何更好地设计、制造计算机,更好地开发计算机的新功能,与此相对应的教学内容就应主要体现计算机科学与技术方面的基础理论和基本知识,并增加实践操作类课程,使学生接受从事研究与应用计算机的基本训练,具有研究和开发计算机系统的基本能力。
在与往届学生的交流和探讨过程中,得到以下结论:首先,学生普遍认为大学一年第1学期开设的课程中除一门计算机导论以外其余均为公共基础课程,这对后续所开设的课程不能起到催化作用,所以新的培养方案中,将计算机的语言类课程《高级语言程序设计》开设在第一学期。其次学生提出在前导和后续课程的设置中,有些课程之间要隔1~2个学期,这就使学生在后续课程的学习中对前导课程产生遗忘,不利于新课程的理解。针对这一现象,在新的培养方案制定中做到四条主线不间断的培养模式。第一条主线为专业基础课程不间断;第二条主线为程序设计语言类课程不间断;第三条主线为网络层次类开发课程不间断;第四条主线为嵌入式物联网不间断。具体设置如表1所示。
四条主线合理安排前导课和后续课的顺序,并且在时间上保持连贯性,做到知识的有效衔接。四条主线的课程在大三结束时全部完成。除四条主线所涉及到的课程之外,还设置了18学分的专业方向选修课程,学生可以根据自己的兴趣方向选择相关课程。
四、主线课程的设置
根据上表的专业课程的设置,对4条主线课程进行讲解。
计算机基础课程设置。在这条主线上主要完成计算机科学与技术专业必要的理论知识及基础课程讲授。导论课程能使学生对计算机有一个大体了解,包含大学四年所涉及到的专业知识概括介绍。汇编语言学习的主要目的是使学生掌握计算机的底层结构、寄存器及存储器的组织以及程序调用的相关知识,为后期组成原理及操作系统的学习奠定基础。数字逻辑课程的安排则让学生掌握基本逻辑门、组合电路、时序电路及常用MSI芯片的使用,为计算机组成原理及微机接口课程奠定基础。计算机组成原理及操作系统是计算机专业研究生入学考试全国统考的必考课程,是掌握计算机核心的关键。
编程思想及理论课程设置。本条主线以C语言贯穿课程体系,即用与C语言相关的课程涵盖整个培养过程。在与学生的交流与调研之后,语言类课程提前接触,能够为后期发展提供宽裕的时间。因此,将以往培养方案中第2学期出现的C语言课程提前至第一学期,并将以往的理论实践分开,变为机房授课,边学边练,增加C语言的课时,由之前的60学时变为新培养方案中的88学时。C语言的熟练掌握为后期编程思想的拓展奠定基础。在C语言的基础上开设面向对象的程序设计―C++,并设置C语言描述的数据结构课程,本课程也是研究生入学考试的统考课程之一。除此以外还开设了计算方法以及程序设计方法等课程。
网络程序开发类课程设置。这一层次的主线主要针对当前比较热门的JAVA语言开设相关课程。课程设置从基础的WEB前端开发,过渡到基本的JAVA语言程序设计,到后期的企业级开发,并配套大型数据库的内容,在相关课程结束后,使学生具有网络程序设计的完整开发过程。所有程序类设计课程均在机房完成授课,使教与学形成无延时的连接,在教师传授知识之后,就可以直接动手完成程序开发,并在学期结束时安排课程设计环节,使学生达到综合训练的目的。
嵌入式物联网系统课程设置。在这个层次中主要涉及到比较热门的嵌入式及物联网方向,培养具有一定嵌入式开发能力的学生,扩展就业面。培养学生对嵌入式及物联网系统设计、系统分析及科技开发等方面的能力,掌握物联网的工程应用,了解关键技术,满足物联网领域中对嵌入式系统人才的迫切需求。
五、教学方法与手段的改革
在早期的培养方案中,专业基础课和方向课程均安排了理论学时和上机实践学时,主要流程是课上完成理论教学任务,然后安排上机学时,由学生进行实践操作,上机过程中学生会对上节课的内容进行回忆,若理论课上没有投入主要精力,势必会影响上机课的效果。在新的培养方案制定过程中,对于一些实践性较强的课程,在课时安排中不再区分理论和实践,而是直接安排在机房授课,教师在介绍完基本理论和方法后,由学生直接进入实践环节,并由教师随堂指导,由原有的“听中学”转变为现行的“做中学”,使理论和实践的衔接没有时延性,在课堂上充分调动学生积极性。同时也要求教师对知识掌握的精确性和熟练性,以便能随时应对随机发生事件。
为了让学生所学更加贴近社会需求,课程设置中引入企业工程师授课,目的让学生了解企业对人才的需求,及早确定就业方向,更有效地体现理论与实践的结合。除了将企业工程师请进来,还引领学生走出去,在企业中完成实习实训,使学生及早获得企业经验。
总之,新培养方案是根据往届学生的切身感受及地方人才需求合理调整课程安排,将原有的“3+1”模式调整为多元化的“3+X”模式,注重培养模式改革的同时,及时更新教学方法与手段。
参 考 文 献
[1]孙峰.论地方普通本科院校的定位[J].黑龙江高教研究,2009(6):26-28.
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[3]何中胜.应用型本科教育中计算机专业的课程群建设探讨[J].滁州学院学报,2006(3):30-32.
[4]袁照平.应用型本科教育培养模式探析[J].中国电力教育,2008(15):14-15.
物联网所代表的新一代信息技术极大地扩充信息管理与信息系统专业(以下简称“信息管理专业”)在信息采集、传输、存储、处理与利用等层面的知识内容,信息管理专业的知识体系、课程体系和实践教学體系必须做出相应的系统化调整。文献[1]讨论物联网知识内容融入信息管理专业的可能性,论证信息管理专业融入物联网知识体系以培养物联网高级应用型人才的可行性,提出在信息管理专业以智慧物流等应用为突破口开设物联网学科方向的办学思路,但对信息管理专业开设物联网学科方向所需覆盖的知识内容及由此而导出的课程群语焉不详,并没有进行详尽的描述与探讨。为此,有必要在此基础上进一步梳理物联网知识体系和信息管理专业现有知识体系的脉络,确定物联网学科方向的知识体系,规划物联网学科方向的课程群。
1 “物”信息纳入管理对信息管理专业教学体系的影响
信息管理专业是管理信息化、系统化环境下催生的管理学、信息学和计算机科学的交叉学科,主要研究和传授“如何应用信息技术,开发信息系统,以进行信息管理”。在信息管理专业的知识体系中,信息技术是基础,信息的采集、传输、存储、处理与利用是信息管理专业研究和传授的知识核心;在课程体系中,信息技术类课程是“把信息科学应用于管理科学”的桥梁,是“管理信息化、系统化”的关键。当前,信息管理专业的信息技术类课程以计算机软硬件课程为主,主要涵盖计算机学科基础课程群和信息系统开发课程群。
随着物联网所代表的新一代信息技术的快速发展,信息的感知扩展到“物”端,“物”的信息开始纳入管理,而且所感知的“物”不再局限于该类“物品”某个批次的整体信息,还可以具体化到某一实际的“个体物品”上,也就是说,所感知到的信息粒度变细。相应的,要识别的管理信息粒度变细,信息的数量大幅度增加,大数据时代应运而来,另外,信息传输也不再完全依托有线传输,无线传输使信息感知的物理空间范围扩大,即时通信使得信息感知的时间间隔缩小到时刻点,而信息存储和处理也不再是单一模式,有分布式信息存储和分布式信息处理。这样一来,可管理的信息变多,物与物、人与物以及人与人互联成网,信息感知、传输和处理的实时性加强,信息利用的数据范围扩充到“大数据”空间,信息管理的模式发生新的变化,管理的模式也随之变化,管理将变得更加敏捷化、智能化、柔性化、一体化和社会化,管理过程和管理环节势必做出适应性调整和改造。把细粒度的“物”信息纳入管理触发一系列新的信息技术的出现和发展,而且,这些新技术所涵盖的知识内容并不是以点状离散分布于信息管理专业已有知识体系中,而是全方位涌现在信息管理专业已有知识体系的各个层面,呈现系统化的特点。无论在信息的采集、传输、存储、处理与利用等信息处理层面,还是在管理层面,信息管理专业的知识内容都发生较大范围的扩容。这样一来,信息管理专业的知识体系就需要在信息处理的各个层面进行系统化调整,并需要根据知识内容之间的紧密程度和衔接关系,进行课程体系和实践教学体系的调整,也就是基于此,才提出在信息管理专业建设物联网学科方向的办学思路[1]。
2 物联网学科方向课程群建设思路和建设原则
新知识集合的系统化切入不能是简单的“打补丁”,更不能“喧宾夺主”,而且,物联网学科方向的课程群也不能完全照搬物联网工程等专业的课程体系。为此,在解读物联网学科方向培养目标的基础上,需要进一步厘清物联网学科方向课程群的建设思路和建设原则。
2.1 建设思路
课程群的建设涉及知识空间的组织,也涉及知识内容讲授的时间安排。
首先,解读物联网学科方向的培养目标,明确物联网学科方向毕业生未来所需掌握的知识内容和所需具备的职业能力,初步确定知识体系的知识范围和重点。
其次,以智慧物流等应用领域为突破口,以智慧物流等应用领域对新一代信息技术的需求为导向,根据国际电信联盟ITU给出的物联网三层架构,识别并收集智慧物流等应用需要信息管理专业现有知识体系之外的物联网新技术的知识内容,以确定物联网学科方向知识内容的空间范围。
为了让物联网学科方向的知识内容与信息管理专业现有的知识体系相契合,从信息管理的角度出发,以信息处理的各个阶段为框架,对收集到的物联网知识内容在“物”信息的采集、传输、存储、处理和利用等5个阶段上进行再组织:划分“物”信息在这五个阶段所涉及的物联网新技术,通过知识领域分析其中存在的知识单元以及各知识单元中存在的知识点,最后按照“知识领域—知识单元—知识点”的三层结构构建物联网学科方向的知识体系。
参照教育部高等学校计算机类专业教学指导委员会所制定的物联网工程专业试行的知识体系、课程体系和实践教学体系[2-3],辅助参考文献[4]罗列的二十余所高校物联网工程专业的培养方案,在基础知识、核心知识和应用知识三个层次上,梳理信息管理专业物联网学科方向的知识体系,并依托信息管理专业现有的课程体系框架,通过嫁接和自我凝结,构建信息管理专业物联网方向的课程群。
最后,分析不同知识单元、知识点的重要程度,在兼顾信息管理专业已有课程体系和实践教学体系时间安排情况的基础上,确定物联网方向课程群各个教学环节的学时数和建议修读学期,以规划课程群的时间安排。
2.2 建设原则
(1)不同的培养目标决定知识内容的空间范围和重点,也决定不同知识内容的授课学时。“构建学科方向的知识体系,规划学科方向的课程群”首先需要解读该学科方向的培养目标。
(2)识别学科方向上的知识内容需要有一个提纲挈领的突破口,以突破口对知识内容的需求及紧密程度为依据,将识别出的知识内容引入到已有的知识体系中则需要依据现有知识体系的脉络进行系统融合。
(3)课程是知识单元的聚合,课程体系是对知识体系中知识内容的粗粒度覆盖。识别知识内容,梳理知识领域、知识单元和知识点,建立知识体系,才能进行课程体系建设;知识体系可以由不同的课程体系覆盖,不同学校的相同专业可根据自身的特点,构建具有自身特色的课程和课程体系。
(4)知识体系和课程体系改革要注重基础,要构建相对完整的基础知识体系以及基础课程群。
(5)知识体系和课程体系既要推陈出新,也不能“忘本”,不能丢掉专业固有的知识内容和特色。
(6)知识体系和课程体系改革既要变革知识点的结构等空间因素,也要调整知识点传授和课程讲授的时间(学时)安排。
(7)专业尤其是应用型本科专业,在进行知识体系和课程体系变革时,还要同时调整课程内外的实验、实践和实习环节。
(8)承认不断改进知识体系和课程体系的必要性。社会在进步,技术在发展,社会人才需求在变化,应用型专业的知识体系和课程体系更应该与时俱进。
3 物联网学科方向的知识体系
根据上文论述,信息管理专业现有知识体系和课程体系已经基本覆盖物联网工程专业的专业基础,所以,笔者把物联网学科方向的知识体系和课程体系限定在物联网的核心知识领域进行探讨。
3.1 培养目标的解读
培养目标描述毕业生未来所掌握的知识内容和所具备的职业能力,解读培养目标可以初步确定知识体系的知识范围和重点。
物联网产业已经形成从上游“产品制造”、中游“系统集成与软件开发”到下游的“应用服务”的完整产业链[5]。笔者认为,信息管理专业物联网学科方向所培养毕业生可能的工作环境在物联网产业链的中下游,即物联网学科方向的培养目标是为物联网產业链中下游培养既懂管理理论又懂新一代信息技术,并且能应用物联网知识在智慧物流等物联网应用领域进行信息管理的集成应用型人才。具体而言,信息管理专业物联网方向的培养目标是:掌握现代管理学基础知识、信息学基础知识、计算机学科基础知识以及物联网基础知识,掌握系统思想和信息系统分析与设计方法以及信息管理等方面的知识,具备较强的实践能力、良好的团队协作能力,具备物联网信息系统集成、开发、应用与维护等职业能力,能在智慧物流、智慧交通、智慧旅游等物联网应用领域运用新一代信息技术从事信息管理及信息系统分析、设计、实施、集成和评价等方面的高级专门人才。
撇除信息管理专业与物联网知识体系共有、重叠的基础知识,通过解读物联网学科方向的培养目标,可以初步确定,需进一步引入物联网核心知识在物联网技术方面的集成与应用。在知识传授时,尤其是在学时总数受限的情况下,不要在原理上“劳师动众”,而要在集成、应用上“浓墨重彩”。这意味着,物联网学科方向的知识体系需要基于物联网工程等物联网专业的知识体系,在知识领域、知识单元和知识点三个级别,进行知识内容的“缩放”:缩小那些原理类知识的范围,缩减它们的授课时间;增大那些集成和应用知识的范围,加长它们的授课时间。
3.2 按照信息处理脉络梳理物联网核心知识领域
依据“物”信息的采集、传输、存储、处理和利用等五个阶段所构成的信息处理脉络,把物联网体系结构识别、收集到的物联网技术知识进行再组织,围绕技术的应用与集成,确定物联网学科方向的核心知识领域,见表1。
需要说明的是,表1中并未罗列信息管理专业中已有的、与物联网工程专业重叠的且没有变化的知识领域,如计算机网络技术,另外,“AR物联网技术体系”描述“物”信息处理各阶段的技术框架,把它归属到“物”信息利用阶段。
3.3 知识体系
参考物联网工程专业试行的知识体系[2]31-42,82-114以及物联网知识体系[4]22-56,针对表1中梳理的知识领域,围绕集成和应用,确定知识领域内知识内容的最小闭包,并按照“知识领域—知识单元—知识点”的三层结构,细分知识领域中涉及的知识内容:把一个知识领域细分为多个知识单元,再把一个知识单元细分为若干个知识点。细分后物联网方向的知识内容见表2。
在表2中,不同于物联网工程专业试行的知识体系以及物联网知识体系,笔者缩减信息采集、传输和存储部分的知识内容,把标识与感知、物联网通信以及物联网控制等知识领域的知识内容浓缩在“AR物联网技术体系”知识领域中;放大信息加工和利用上的知识细节,把物联网处理层的“MW中间件技术”“CC云计算与服务计算”“DM物联网数据挖掘”“ID智能决策”以及应用层的“IL智慧物流”等知识领域单独列出进行知识强化。
4 物联网学科方向的课程群
根据信息管理专业现有课程体系和实践教学体系的脉络,参考物联网工程专业试行的专业核心课程体系、实践教学体系以及王志良罗列的二十余所高校物联网工程专业的培养方案,依据知识单元、知识点之间相互联系的紧密程度,通过嫁接和自我凝结,笔者确定覆盖知识内容的物联网课程及其授课时间和修读学期,得到物联网知识体系的一个课程覆盖——物联网学科方向的课程群,见表3。
在表3中,物联网学科方向的课程群由专业基础课程、专业核心和专业实践三个层次共12门课程组成,其中,物联网数据挖掘并不单独成一门课程,其知识内容将嫁接到信息管理专业已有的数据挖掘课程中。
实践环节,除了在相关课程安排有课程内的实验箱实验和上机实验外,还安排物联网应用综合实训和物联网系统开发课程设计两个综合实践环节:前者,主要在认知层面上进行物联网新技术实践(如RFID认知训练、传感器认知训练、无线传感网认知训练等)和物联网应用系统(如基于物联网的供应链监控系统、基于云计算的应用处理中心等)认知训练;后者,则是物联网系统设计与实施课程的课程设计,让学生进行物联网系统(尤其是软件部分)开发的综合设计。
在时间维度上,表3罗列每一门课程的总学时、授课学时和实验/上机学时,而且还对每一门课程所含的知识单元需要的授课学时和实验/上机学时进行细化。根据课程之间的衔接关系,以信息管理专业现有课程的修读学期为主线,确定物联网学科方向12门课程的修读学期。
在课程群实施初期,笔者把物联网工程概论作为唯一的一门必修课程加入到信息管理专业的课程体系中,其他课程打包成选修课程群供学生整体选修,既保证信息管理专业的所有学生都能学习到物联网所代表的新一代信息技术,也能淡化物联网学科方向对现有课程体系的冲击。经过一段时间的尝试和验证后,笔者将逐步进行知识内容和课程体系的调整与配置优化,进行更细粒度的知识内容黏合,缩减一些原有课程体系中陈旧或重复的课程及课程内容,加大物联网课程的必修范围,争取早日把物联网学科方向固化在信息管理专业的教学体系中。
5 结 语
受物联网技术所代表的新一代信息技术的全方位冲击,信息管理专业的知识体系面临新一轮的调整。笔者以智慧物流对物联网技术的需求为“领”,以信息处理过程为脉络,梳理物联网知识内容;并以信息管理专业现有知识体系和课程体系为骨架,调配知识内容的组织结构,规划物联网课程群,从而为信息管理专业开辟物联网学科方向充实血肉,重塑身型。笔者提出的建设思路和建设成果进一步加强在信息管理专业开辟物联网学科方向的可操作性,有助于其他高校的信息管理专业根据所处的区域环境和学科基础开辟具有自身特点的物联网学科方向,有助于其他专业根据自身特色构建新的课程群,还为其他专业开辟新的学科方向提供一套切实可行的办学思路。
下一步,笔者将进入物联网学科方向的实操和验证阶段,在信息管理专业真正“开出” 新的物联网课程群,检验物联网课程群的可行性和完整性,调整、完善知识内容及其组织形式,以期早日在信息管理专业固化物联网学科方向。
参考文献:
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[3] 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. 高等学校物联网工程专业实践教学体系与规范(试行)[M]. 北京:机械工业出版社, 2012: 60-89.
[4] 王志良, 闫纪铮. 普通高等学校物联网工程专业知识体系和课程规划[M]. 西安电子科技大学出版社, 2011:22-56, 73-238.
关键词:智能制造设备联网环控
中图分类号:S611文献标识码: A
1.智能制造概况
智能制造技术是在现代传感技术、网络技术、自动化技术、拟人化智能技术等先进技术的基础上,通过智能化的感知、人机交互、决策和执行技术,实现设计过程、制造过程和制造装备智能化,是信息技术和智能技术与装备制造过程技术的深度融合与集成。
智能制造集成应用系统由计算机系统、车间物联网系统、数据中心、生产指挥中心、生产数据交换应用平台及数字化车间系统集成等六部分组成。其中车间物联网系统可分为生产物联网与环境监控物联网两部分,生产物联网包括:数控机床联网系统、人机交互界面、现有机床改造、能源管控及设备管理、生产网络无线覆盖、看板管理、生产过程实时监控、电子标签技术应用;环境物联网包括:空气悬浮颗粒物监测、噪声监测、有害气体监测。
2.车间物联网
车间物联网是指的是将车间现场的末端设备和设施,包括具备“内在智能”的传感器、智能仪表、移动终端、数控设备、视频监控系统等和“外在使能”的如贴上电子标签的各种物料及工位等智能化物件,通过各种无线或有线的长距离或短距离通讯网络实现互联互通、应用集成等模式,在企业局域网环境下,采用适当的信息安全保障机制,提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面等管理和服务功能,实现对“企业资源”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。车间物联网又细分为服务于生产管理的生产监控物联网和服务于职业健康卫生的环境监控物联网。
2.1生产物联网
2.1.1数控机床联网系统
数控机床联网系统主要包括:网络服务器、局域网、CAD/CAM计算机、管理系统、联网系统主控机、远程通讯接口、通讯电缆、数控机床等。
2.1.2人机交互界面
工业人机交互界面是一种带微处理器的智能终端,一般用于工业场合,实现人和机器之间的信息交互,包括文字或图形显示以及输入等功能。工业人机界面正在向应用范围更广的高可靠性智能化信息终端发展。
触摸屏人机界面具备丰富的图形功能,能够实现各种需求的图形显示、数据存储、联网通讯等功能,且可靠性高,体积小,是工业场合的首选,可替代工业PC成为主流的智能化信息终端。工业人机界面配套组态软件,以方便客户的图形化编程。
2.1.3现有机床改造
针对现有机床控制系统及通讯接口的不同、普通机床无法联网监测的,需要对机床进行一些改造,使其至少能够实现在线监测功能。
具有控制系统的机床,但既不支持网卡通讯,也不支持宏B采集,一般是一些比较老的机床。对这类机床采用的是专用智能采集硬件的方式进行数据采集的。
2.1.4能源管控
为高效利用资源能源,走企业发展循环经济模式,能源管控中心需要将生产过程中涉及到的电力、水、蒸汽、氧、氮、氩等能源介质集中管理,提高企业调度自动化水平,更好地保证生产的安全、可靠、经济运行。由于能源介质管网遍布全厂,线路长,需要配套建设能源综合监控系统,作为能源管理现场无人值守的安全技术措施,在能源中心控制室实现对变电所、混合加压站等重要场所进行视频巡检和环境集中监控,确保在第一时间发现安全隐患。
2.1.5看板管理
管理看板是发现问题、解决问题的非常有效且直观的手段,是优秀的现场管理必不可少的工具之一。
管理看板是管理可视化的一种表现形式,即对数据、情报等的状况一目了然地表现,主要是对于管理项目、特别是情报进行的透明化管理活动。它通过各种形式如标语/现况板/图表/电子屏等把文件上、脑子里或现场等隐藏的情报揭示出来,以便任何人都可以及时掌握管理现状和必要的情报,从而能够快速制定并实施应对措施。
2.1.6生产过程实时监控
生产过程实时监控系统分为两部分:生产数据实时监控系统与生产状态视频监控两部分。
生产实时监控系统,简称RPC,主要实现将企业各个生产装置(NC、DCS、PLC等)控制系统实时集中监控,并且制作报表以及对实时数据进行应用分析。包括数据采集接口、实时数据库服务器(PI、IP21等)、实时数据C/S应用和B/S以及制作报表等。
RPC实现底层生产过程实时信息的采集,通过信息集成形成优化控制、优化调度和优化决策等的判断或指令。实现流程工业企业生产过程的安全、稳定、均衡、优质、高产、低耗的目标;同时,企业内部物流的控制与管理、生产过程成本的控制与管理等生产管理活动都在实时数据平台层完成,使生产过程数据和企业管理数据的在实时数据平台中融合与贯通。
生产状态视频监控系统以网络为依托,以数字视频的压缩、传输、存储和播放为核心,以智能实用的图像理解和分析为特色。视频监控技术还可以应用于企业管理和生产经营管理,提高生产效率。数字视频监控技术,融合了新兴的网络技术、多媒体技术、视频技术,是技术发展和社会进步的巨大飞跃。
2.1.7环境监控物联网
a)空气悬浮颗粒物监测
悬浮在空气中的粒径小于100微米的颗粒物通称总悬浮颗粒物,其中粒径小于10微米的称可吸入颗粒物(PM10)。
车间设基于TCP/IP协议空气悬浮颗粒物监测仪,控制标准为pm2.5。监测仪直接联动车间新风机、排风机等空调通风设备,及时进行室内空气换气,保证生产人员安全,同时针对相应问题做针对性治理。
b)噪声监测
噪声是一种环境污染,尤其在工业生产环境中。它是一种致人死命的慢性毒素。
强的噪声可以引起耳部的不适,使工作效率降低。据测定,超过115分贝的噪声还会造成耳聋。据临床医学统计,若在80分贝以上噪音环境中生活,造成耳聋者可达50%。
为了控制以上噪声引起的种种不良反应,必须要控制设备噪声对人的损害。车间工作位设置噪声监测装置,监控员工所接收到的噪声水平。
c)有害气体监测
经常遇到的有害气体有:一氧化碳(CO)、二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、硫化氢(H2S)等。
气体控制指标为:一氧化碳(CO)
有害气体监测仪直接联动车间新风机、排风机等空调通风设备,及时进行室内空气换气,保证生产人员安全。
3.生产信息基础平台
3.1计算机网络系统
计算机网络的功能主要表现在硬件资源共享、软件资源共享和用户间信息交换三个方面。
硬件资源共享。可以在全网范围内提供对处理资源、存储资源、输入输出资源等昂贵设备的共享,使用户节省投资,也便于集中管理和均衡分担负荷。
软件资源共享。允许互联网上的用户远程访问各类大型数据库,可以得到网络文件传送服务、远地进程管理服务和远程文件访问服务,从而避免软件研制上的重复劳动以及数据资源的重复存贮,也便于集中管理。
用户间信息交换。计算机网络为分布在各地的用户提供了强有力的通信手段。用户可以通过计算机网络传送生产数据、新闻消息和在线传输设计代码等活动。
3.2数据中心
数据中心基础设施工程包括数据中心机房内的装饰装修工程、机房空调系统、机房电气工程、机房消防系统、机房弱电系统和机房机柜系统。
数据中心机房由主机房、辅助区、支持区、行政办公区组成。
主机房内放置大量网络交换机、服务器群、存储设备等,是综合布线和信息网络设备的核心,也是信息网络系统的数据汇聚中心,其特点是网络设备24h不间断运行,电源和空调不允许中断,对机房的洁净度、温湿度要求较高。
参考文献:
[1]张浩,樊留群,马玉敏.数字化工厂技术与应用.机械工业出版社,2006年4月
[2]刘云浩.物联网导论.科学出版社,2011年3月