物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)的思考與探討

王曉喃，鐘 珊，嚴(yán)海英

（常熟理工學(xué)院 計算機科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 常熟，215500）

自2008年以來，很多發(fā)達(dá)國家提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的信息化戰(zhàn)略。例如：2008年美國提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧地球（Smarter Planet）概念[1]；2009年歐洲提出了歐盟物聯(lián)網(wǎng)行動計劃（Internet of Things-An action plan for Europe）[2]，日本提出了“i-Japan”計劃[3]。在我國，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也引起政府部門以及產(chǎn)業(yè)界的重視。2009年8月，溫家寶總理提出了“感知中國”的概念，并明確指出應(yīng)高度重視物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展[4]。目前，工業(yè)和信息化部已將物聯(lián)網(wǎng)納入“十二五”規(guī)劃，在“十二五”規(guī)劃期間，中國物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)“初步形成產(chǎn)業(yè)體系完整、創(chuàng)新能力增強、應(yīng)用水平提升、網(wǎng)絡(luò)信息安全的良性發(fā)展格局”[4]。

因此，在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)大力發(fā)展的背景下，從物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)人才所需具備的知識體系結(jié)構(gòu)、專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)、專業(yè)課程設(shè)置等方面出發(fā)，探索出一種科學(xué)、有效的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式具有重要意義。

一、專業(yè)知識體系結(jié)構(gòu)

（一）物聯(lián)網(wǎng)概念

物聯(lián)網(wǎng)（IOT，Internet of Things）的概念最早出現(xiàn)在1999年，其定義為：通過射頻識別等信息傳感技術(shù)將所有物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理。國際電信聯(lián)盟（ITU，International Telecommunication Union）于2005年發(fā)布的《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)》中正式提出了物聯(lián)網(wǎng)的概念[5]。

（二）物聯(lián)網(wǎng)知識體系結(jié)構(gòu)

典型的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)由以下四個層次組成：

1.數(shù)據(jù)感知層

數(shù)據(jù)感知層利用傳感器、條碼、RFID、多媒體信息采集等技術(shù)感知物理世界的事件和數(shù)據(jù)，并通過自組網(wǎng)、協(xié)同處理以及數(shù)據(jù)融合等技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的壓縮和提取。

2.數(shù)據(jù)傳輸層

數(shù)據(jù)傳輸層將傳感器網(wǎng)絡(luò)與移動通信、互聯(lián)網(wǎng)相融合，以可靠、安全的方式把數(shù)據(jù)感知層感知的數(shù)據(jù)實時準(zhǔn)確地傳遞到目標(biāo)節(jié)點，從而實現(xiàn)更廣泛的互聯(lián)功能。

3.數(shù)據(jù)處理層

數(shù)據(jù)處理層利用高性能計算、模糊識別等智能計算技術(shù)，將海量數(shù)據(jù)通過計算整合成一個互聯(lián)互通的大型智能網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對物理世界的智能化管理，為數(shù)據(jù)應(yīng)用層建立起一個高效、可靠和可信的支撐平臺。

4.數(shù)據(jù)應(yīng)用層

數(shù)據(jù)應(yīng)用層通過物聯(lián)網(wǎng)中間件、云計算平臺和服務(wù)支撐平臺等公共支撐平臺實現(xiàn)跨行業(yè)、跨應(yīng)用、跨系統(tǒng)的信息協(xié)同、共享、互通互聯(lián)等功能，從而將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于智能交通、智能醫(yī)療、智能家居、智能物流、智能電力等行業(yè)。

二、培養(yǎng)目標(biāo)

2010年8月21日，教育部高等學(xué)校計算機專業(yè)指導(dǎo)委員會召開了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設(shè)研討會，會議將高等教育本科階段的人才培養(yǎng)目標(biāo)定位為“培養(yǎng)能夠系統(tǒng)掌握物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)理論、方法和技能、具備通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)等信息領(lǐng)域?qū)I(yè)知識的高級工程技術(shù)人才”。

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才必須掌握物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，以及感知層、傳輸層、處理層與應(yīng)用層關(guān)鍵技術(shù)的專門知識和技能，并且具備在本領(lǐng)域跟蹤新理論、新知識、新技術(shù)的能力以及較強的創(chuàng)新實踐能力和從事科學(xué)研究的能力。

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)包括以下三個方面：

1.素質(zhì)培養(yǎng)：培養(yǎng)高度的社會責(zé)任感，良好的職業(yè)道德和學(xué)術(shù)道德，全球化視野與可持續(xù)發(fā)展理念，以及鍥而不舍、追求真理的精神。

2.知識培養(yǎng)：包括公共知識培養(yǎng)和專業(yè)知識培養(yǎng)。在公共知識培養(yǎng)方面，需要掌握扎實的自然科學(xué)基礎(chǔ)理論、人文社會科學(xué)基礎(chǔ)只是以及外語綜合能力；在專業(yè)知識培養(yǎng)方面，應(yīng)系統(tǒng)地掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域的基本理論以及計算機科學(xué)、通信以及電子等相關(guān)學(xué)科的基本知識，具備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計和開發(fā)能力以及綜合研究和集成的能力。

3.能力培養(yǎng)：培養(yǎng)獲取最新科學(xué)技術(shù)知識和信息的能力，熟練閱讀英文專業(yè)科技文獻(xiàn)、并具有英語溝通和交流能力，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及裝置研發(fā)、設(shè)計、集成及開發(fā)能力，以及較強的創(chuàng)新意識和從事物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域科學(xué)研究的基本能力。

三、專業(yè)課程層次結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)是典型的交叉學(xué)科，涉及的核心技術(shù)包括網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、傳感技術(shù)、RFID智能識別技術(shù)等。對應(yīng)于物聯(lián)網(wǎng)知識體系結(jié)構(gòu)，專業(yè)課程設(shè)置包括以下四個層次結(jié)構(gòu)：

1.數(shù)據(jù)感知層次

通過該層次專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，能夠運用RFID技術(shù)、傳感器技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息協(xié)同處理等技術(shù)，采集物理世界的事件和數(shù)據(jù)。該層次課程主要包括單片機原理及應(yīng)用、RFID技術(shù)基礎(chǔ)、傳感器原理及應(yīng)用、傳感器設(shè)計基礎(chǔ)、傳感器網(wǎng)絡(luò)原理以及定位技術(shù)等課程。

2.數(shù)據(jù)傳輸層次

通過該層次專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，能夠進(jìn)行無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及移動自組網(wǎng)絡(luò)管理，處理傳感器采集的數(shù)據(jù)以及射頻識別的信息，通過無線網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)將處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。該層次課程主要包括計算機網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、移動自組網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、路由器原理等課程。

3.數(shù)據(jù)處理層次

通過該層次專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，能夠?qū)⒑Ａ繑?shù)據(jù)整合成一個互聯(lián)互通的大型智能網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對物理世界的智能化管理。該層次課程主要包括物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)、數(shù)據(jù)融合技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)軟件設(shè)計、空間信息可視化、高性能計算、云計算與云存儲等課程。

4.數(shù)據(jù)應(yīng)用層次

通過該層次專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，能夠利用數(shù)據(jù)處理層次提供的智能網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)智能交通、智能醫(yī)療、智能家居、智能物流等系統(tǒng)。該層次課程主要包括物聯(lián)網(wǎng)工程規(guī)劃與設(shè)計、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計、嵌入式系統(tǒng)與設(shè)計、物聯(lián)網(wǎng)中間件等課程。

四、人才培養(yǎng)的關(guān)鍵性問題

（一）師資隊伍建設(shè)

物聯(lián)網(wǎng)是典型的交叉學(xué)科，涉及到計算機專業(yè)、電子專業(yè)、通信專業(yè)等多方面的專業(yè)知識。隨著高校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的開設(shè)，師資匱乏會成為各高校共同面對的問題。要解決這個問題，主要有以下三個途徑：

1.依托高校人才規(guī)劃引進(jìn)國內(nèi)外高層次人才，充實物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)隊伍；

2.根據(jù)專業(yè)課程層次結(jié)構(gòu)，將電子、計算機、通信等相關(guān)專業(yè)的部分老師培養(yǎng)為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教師；

3.相關(guān)專業(yè)的部分教師到國內(nèi)外知名高校進(jìn)修、學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)知識，并培養(yǎng)為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教師。

（二）專業(yè)教材建設(shè)

教材是人才培養(yǎng)的基石。由于物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)處于起步階段，市場上有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)的教材選擇余地很小。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教材建設(shè)主要通過以下三個途徑實施：

聯(lián)合國內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的有關(guān)專家、學(xué)者共同編寫物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)理論和實驗教材；

集合高校自身力量，在已有物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)研究和教學(xué)的基礎(chǔ)上，編寫具有本校專業(yè)特色的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)理論和實驗教材；

通過校企合作，根據(jù)已有物聯(lián)網(wǎng)研發(fā)經(jīng)驗和市場需求編寫物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)教材以及相關(guān)應(yīng)用開發(fā)教材。

（三）實驗室建設(shè)

開展物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)與研究，實驗室建設(shè)是基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實驗室建設(shè)主要通過以下三個途徑實施：

1.利用學(xué)?，F(xiàn)有資源，依托現(xiàn)有師資隊伍自主建設(shè)實驗室；

2.學(xué)校投入專項經(jīng)費，聯(lián)合國內(nèi)外專家、學(xué)者聯(lián)合開展實驗室建設(shè)；

3.采用校企合作模式聯(lián)合建立實驗室，學(xué)校提供場地和師資，企業(yè)提供資金和實驗設(shè)備，支持骨干教師與企業(yè)聯(lián)合開發(fā)實驗室產(chǎn)品。

（四）教學(xué)研究和改革

物聯(lián)網(wǎng)是典型的交叉學(xué)科，其專業(yè)建設(shè)具有自己的特殊性，因此應(yīng)大力推進(jìn)教學(xué)改革以實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教學(xué)研究和改革主要包括以下三個方面：

1.物聯(lián)網(wǎng)理論學(xué)習(xí)與相關(guān)實驗同步進(jìn)行，拓展實驗教學(xué)和實驗內(nèi)容，提高物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)能力；

2.大力推進(jìn)教學(xué)方法改革，從單純課堂講授過渡到討論式和研究式教學(xué)，實行定期專題討論；

3.對課程考核方式與評價方法進(jìn)行改革，加強實驗課在考核中的權(quán)重值，應(yīng)以評估學(xué)生的系統(tǒng)研發(fā)能力為主要考核方式。

五、結(jié) 論

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是面向國家戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要而開設(shè)的新興專業(yè)，因此，研究和探討物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式和專業(yè)建設(shè)具有重要意義。本文討論了物聯(lián)網(wǎng)知識體系結(jié)構(gòu)以及物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，闡述了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程層次結(jié)構(gòu)，分析了物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)面臨的幾個關(guān)鍵問題，并從師資隊伍建設(shè)、專業(yè)教材建設(shè)、實驗室建設(shè)以及教學(xué)改革等角度提出了相應(yīng)的解決方案。

[1]IBM.Dynamic Infrastructure Helping Build a Smarter Planet[EB/OL].http：//www.ibm.com/cn/express/migratetoibm/dynamicinfrastructure/download/dynamicinfrastructure_whitepaper_0903.pdf.

[2]Commission of the European Communities.Communication to the European Parliament，the Council，the European Economic and Social Committee and the Committee of the Regions：Internet of Things-An action plan for Europe.Brussels[EB/OL].http：//ec.europa.eu/information_society/policy/rfid/documents/commiot 2009.pdf.

[3]張娟.日本制定《i-Japan戰(zhàn)略2015》[EB/OL].[2009-11-18].http:www.2cas.c16/41/03.htm.

[4]羅志軍.加快“感知中國”中心規(guī)劃建設(shè)，推動傳感網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展[N].新華日報，2009.http：//xh.xhby.net/newxh/html/2009-11/27/content_79632.htm.

[5]ITU.ITU Internet Reports 2005：The Internet of Things[R].ITU,2005.