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从物联网构成看物联网工程专业的知识体系

发布时间:2018-12-26 01:06:07 文章来源:未来智讯    
    从物联网构成看物联网工程专业的知识体系作者: 程菊明   摘 要:联合物联网技能本身的体系框架,探讨了物联网工程专业所必备的知识体系,并联合二本院校的特点,为这类院校物联网工程专业培养方案的制定提供建议。
  关键词:物联网专业;知识体系;培养方案;高校教育
  中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:2095-1302(2014)10-00-03
  0 引 言
  物联网技能目前成为全球各行业各领域研讨和应用的热点,它能给我们的经济、生活带来巨大的变革。随着物联网的兴起,对人才的需求必然会有一个飞跃性的增长。专家预测10年内就可能会大规模普及,产生一个上万亿元规模的高科技市场,因此社会对物联网技能方面的人才需求巨大[1]。国家教育部从2010年3月,发布了《关于战略性新兴家当相关专业申报和审批事务的通知》,随后我国有数百所大学申报和筹备申报物联网或传感网专业。
  信息获取、信息传输和信息处理,这三个局部构成了信息家当的三大支柱,他们也是物联网家当的三个组成局部。电子、通讯、计算机是物联网三大支柱中的必备学科。其中每一个学科都有一套人才培养的知识体系,而每一个学科又有多个方向。而物联网工程专业需要这三个学科知识的支撑,所以物联网工程专业可选择的基础、专业课程众多,所涉及的应用更是无处不在,在教学上往往会希望面面俱到然而又无所适从[2]。如何根据具体情况做出取舍是一个值得探讨的课题。
  各院校物联网工程专业的课程体系设计不尽相同,有的甚至差异很大[3-6]。绝大局部院校的物联网工程专业课课程体系不过对物联网工程涉及的多学科领域现有课程进修大略的裁剪和叠加,再增加物联网导论等专业核心课程,这类课程体系没有体现出物联网工程专业的特色。因此有必要从物联网技能自身发展、物联网相关企业人才需求和学生自身素质全面发展三个角度,对物联网工程专业人才培养方案进行分析探讨[7]。
  许昌学院2013年通过国家教育部审批通过,起初招收物联网工程专业的学生,在探索物联网工程专业培养方案的过程中,我们也借鉴了许多高校的经验和做法,也寻求了多家企业的合作,目前对该专业的课程设置也有了自己的主见和思索。我们能够从物联网技能体系架构和人才就业方向入手,探究不同人才培养就业方向在体系架构中所需要的核心技能和课程,从而理清思绪,为物联网工程专业培养方案和课程体系的设置提供参考。
  1 物联网技能体系框架
  图1 物联网技能体系框图
  物联网的总体架构如图1所示,从图中能够看出,物联网按照网络架构能够分为应用层、网络层和感知层。围绕着这三层,能够探讨其中所需要的核心知识,从而得出物联网工程专业学生所需的知识体系。
  2.1 感知层
  感知层的主要作用是信息的感知和采集,主要由感知器件来实现各类信息的采集,如各种传感器、RFID、各种二维码、红外和智能装置等。
  在这一层中,需要具备的知识主要包括:
  各种传感器的功能、本能、结构、特性和事务原理等内容;
  RFID、条形码等的相关知识;
  各种智能终端的特点、结构、事务原理等。
  根据物联网工程专业的特点,不需要对传感器的具体细节做过多的认识和学习,只需要大略明白和使用即可,所以不需要起初相关的传感器原理等课程。然而传感器所采集到的信息需要有相应的硬件进行收集处理并上传至网络层进行发送,能够说嵌入式是整个物联网的基础局部,所以有必要开设嵌入式相关的课程。
  与嵌入式相关的硬件主要包括:单片机、ARM和FPGA三种。
  2.1.1 单片机
  单片机的使用相当广泛,而且在后续网络层中所使用的CC2530 ZigBee模块中也包括单片机模块,因此,单片机课程应成为物联网工程专业所必开的课程。与之相配套的课程包括:C语言程序设计、电路和电子学和数字电路。有些学校还开设有计算机组成原理和微机原理与接口技能,笔者认为,这两门课程能够选择一门进行开设。
  计算机组成原理主要面向计算机专业的学生进行考取研讨生需要,并且它能够让学生从计算机总体的结构、功能和组成角度认识和理解整个处理器、存储器和输入输出系统之间是如何协同事务的。微机原理与接口技能主要面向接口,然而其中接口的内容能够放到单片机课程中进行讲解和实践,而汇编语言的相关内容在计算机组成原理课程中也能够进行补充和加强,所以笔者建议只需选用计算机组成原理课程进行开设即可。
  2.1.2 ARM
  ARM是一个总称,其中也包含系列产品,对于物联网工程专业的学生来说,ARM也是其知识体系中必备的一项内容。单片机无法运行操作系统,因此在有些情况下需要用到更高级的处理器。物联网网关和许多高级的电子产品都需要用到它。开设与嵌入式相关的课程还需要开设Linux操作系统,有必要对Linux的使用和主要组成有一个清晰的认识和掌握。另外还有嵌入式应用层开发的高级语言,如C++等。
  2.1.3 FPGA
  FPGA是一个提高性的内容,如果偏电子设计与开发的学校能够考虑开设,或者能够为学生开设相关的选修课程,增加学生的知识面和视野。然而由于这门课程的难度要高于前两局部,所以笔者认为能够根据学校的特点和学生接受能力进行取舍,它能够不算作物联网工程专业学生所必备的知识体系成员。
  2.1.4 RFID技能和条形码技能
  对于RFID而言,是目前应用最为普遍的物联网应用技能,所以它理所当然成为物联网学生知识体系中不可或缺的局部,因此建议开设RFID技能与应用课程,除了讲解RFID原理之外,还要针对RFID的应用进行相应的开发和实践。
  2.2 网络层
  网络层主要负责将感知层采集到的信息进行传输。目前常用的网络协议包括:ZigBee、蓝牙、Wi-Fi和433等,所使用的通讯网络主要有2G/3G/4G电信网和传统互联网。所以在这一层次上,需要学习的内容主要包括ZigBee技能、无线传感器网络技能、通讯原理、计算机网络等内容。   针对无线网络,除了ZigBee之外,还有Wi-Fi、蓝牙和其他无线传输技能,如300 MHz、433 MHz、915 MHz无线通讯技能,对它们的特点和应用也应当给予适当的讲解。尤其目前蓝牙4.0技能已经得到了对照大的改进,苹果新推广的ibeacon技能有可能会对蓝牙技能起到大力推广的作用,所以对这几种技能应当让学生都有所接触和认识。在课程中能够体如今物联网导论、无线传感器网络中进行讲解。另外在课程设计和实践活动中,能够对这些技能予以应用加深学生的理解和掌握。
  2.3 应用层
  物联网目前的应用相当广泛,然而就应用层技能而言主要是应用层软件的开发,所以物联网工程学生应该掌握的主要技能应该包括Java技能和移动平台应用程序开发技能,然而偏硬件和体系构成的学生能够淡化这两个内容的学习,偏软件的学生应该加强这两项技能的训练。
  另外,目前提得对照多的云计算和大数据的内容,也应体如今物联网工程专业学生的知识体系之中。云计算其实应该是云服务,它主要包括三个方面的内容,即IaaS、PaaS和SaaS。在这三个内容中,PaaS是目前云服务所用到最多的技能,所以要让物联网工程专业的学生对这项技能有所明白,从而为后续物联网应用服务开发开拓更宽广的思绪。
  就目前物联网的主要应用案例来看,每个案例往往是这三层的综合,所以物联网工程的学生的知识体系在这三层中离开了哪一层都不完整。我们从这三层起程,梳理出了大致的脉络,有了对照清晰的思绪,再根据所定位的学生的就业方向予以投入相关的专业知识或者根据学生的培养定位增删一些相关的内容,即可确定相应的培养方案。
  3 物联网工程专业人才就业方向分析
  在人才需求方面,各地政府纷纷上马物联网项目,急需大量的物联网人才。由于物联网专业的一些课程涵盖了电子、通讯和计算机三个学科领域,所以学生的就业范围对照广泛,然而也有有人提出质疑,认为物联网三个学科都有所涉及然而哪一个学科都没有学精,所以就给物联网专业学生的就业规划提出了问题。
  目前许多高校往往会联合自身的原有学科特点,对某一方面有所侧重,关键是看学生的培养指标,并且要和当地的经济特点相联合,有所侧重,也便是要瞄准行业应用而开展,这样才能做到有的放矢。
  也有专家提出来了相应的物联网专业学生就业可从事的行业主要有[8]:
  物联网系统设计架构师、物联网系统管理员、网络应用系统管理员等核心职业岗位以及物联网设备技能支持与营销等相关职业岗位;
  物联网终端系统的设计与开发;
  物联网应用系统开发工程师,进行物联网相关软件系统的设计与开发;
  无线传感网络系统的设计和管理;
  物联网在智能系统、普适计算、工业抑制、信息处理、通信和管理等领域的应用开发和工程实现;
  高等院校和科研院所与物联网相关的教学科研事务。
  从以上专家所列出的就业方向来看,能够凑合业方向也总结为硬件、网络和应用三个大类,这和以上根据物联网基本架构所描述的知识体系基本吻合。
  物联网工程专业的人才有自身特有的素质构成,与计算机、通讯和自动化专业的学生对照起来,主要有以下特点[9]:
  计算机专业的学生要么侧重于计算机软硬件技能的研讨与应用,要么侧重于计算机网络系统的组网、管理或者开发,但缺少物联网工程应用中所必须的传感、抑制、通讯等领域的知识。
  通讯专业侧重于使学生掌握基本的通讯原理,但对物联网中所涉及的传感、嵌入式和应用开发涉及较少。
  自动化专业虽然对物联网中必须的传感和抑制技能等有所侧重,然而对于计算机应用开发领域涉及较少。
  由此可见,对物联网工程专业的人才而言,是适应物联网行业的特点而具备更综合的专业素质。
  4 知识体系基本构成
  通过以上的分析,综合物联网体系架构和人才就业方向的定位,另外与二本层次学生的特点相联合,能够总结出物联网工程专业学生的知识架构,总结归纳如下:
  基础知识相关课程:数学(高等数学、线性代数、几率论与数理统计)、英语、电工与电子学(在这门课中包含有电路分析和模拟电路)、数字电路、C语言、数据结构、计算机网络、计算机组成原理。
  专业必备知识:物联网导论、Linux操作系统、Java语言程序设计、RFID技能与应用、传感器原理与应用、单片机、嵌入式技能、通讯原理、无线传感网络、云计算和移动互联网开发。
  专业实训课程:安卓系统开发、ZigBee课程设计、RFID课程设计、无线传感网课程设计。
  另外可增加:印制电路板设计、数字信号处理、EDA等相关课程,以扩展学生的学习视野和基本技术。
  5 实践教学的开展
  实践教学模块有基础实践教学局部和专业实践教学局部。基础实践教学局部由“基础实验―综合设计―应用创新”三个层次组成。第一层主要培养学生的基本技术,以电子技能学习为主。通过电子技能的学习使学生掌握元器件的鉴别和使用,联合专业课程的教学,进行课程实验,掌握基本知识和基本技术等;第二层主要包括各门课程的课程设计、电子综合设计以及先进设计工具 EDA技能,旨在培养学生的综合设计能力、团队合作能力以及创新意识;第三层是应用创新层,指引学生参加大学生电子设计比赛、挑战杯作品大赛和科研项目等。
  专业实践教学局部注重物联网的核心技能――嵌入式系统技能。通过开设硬件设计一条线课程(单片机、嵌入式、RFID技能、传感器网络)和软件设计一条线课程(C 语言、面向对象程序设计、嵌入式操作系统、移动互联网开发),使学生系统掌握嵌入式系统的硬件和软件设计技能,掌握物联网网络协议栈和实现物联网通讯。
  6 结 语
  物联网工程专业由于涵盖的学科范围广,在学生知识体系构建方面需要花费较大力气进行研讨,从物联网自身的体系架构来探讨物联网工程专业人才所必须的知识体系,在满足基础知识体系的前提下,联合相应的就业方向,增加适当的特色课程,构建出适应各个学校特色的培养方案,从而培养出适应行业需求的物联网工程专业人才。
  参考文献
  [1]吴国民,徐秀芳.地方工科院校物联网工程专业人才培养的研讨[J].现代计算机,2011(7):35-37.
  [2]赵学健.物联网工程专业人才培养方案探讨[J].科技信息,2013(4): 63-66.
  [3]李仲生,唐杰,黄同成,等.地方本科院校物联网工程专业建设探讨[J].信息技能教育与研讨,2013(3):126-128.
  [4]潘丹,甘宏.构建物联网工程专业课程体系的思索与分析[J].广东技能师范学院学报,2012(1):68-70.
  [5]彭力,谢林柏,吴治海,等.物联网工程新专业本科人才培养方案研究[J].计算机教育,2013(15):77-81.
  [6]刘鹏.物联网工程专业创新人才培养探索[J].计算机教育,2012(21):9-12.
  [7]教育部高等学校计算机科学与技能专业教导委员会.高等学校物联网工程专业发展战略研讨汇报暨专业规范[M]. 北京:机械工业出版社,2012.
  [8]王志良,闫纪铮.物联网学科建设与教学实践探讨[J].计算机教育,2012(19):45-49.
  [9]叶苗.高校物联网工程专业设置的思索[J].电脑知识与技能,2011(10):7046-7047.
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