物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)建設(shè)的探討

□天津科技大學(xué) 熊聰聰 暢衛(wèi)功 劉堯猛 張強(qiáng)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)建設(shè)的探討

□天津科技大學(xué) 熊聰聰 暢衛(wèi)功 劉堯猛 張強(qiáng)

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域的高速擴(kuò)張為高校人才培養(yǎng)帶來新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。本文論述了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)方向的必要性和可行性，研究結(jié)合高校優(yōu)勢學(xué)科培養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)人才的新思路，提出融合多學(xué)科的以輕工行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用為特色的網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)培養(yǎng)模式，并對如何構(gòu)建該培養(yǎng)模式的評價(jià)體系進(jìn)行探討。

物聯(lián)網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)；學(xué)科建設(shè)；培養(yǎng)模式

以射頻識別、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和M2M等技術(shù)為核心的物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸，是一種實(shí)現(xiàn)物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，被認(rèn)為是新一代信息技術(shù)的領(lǐng)跑者。物聯(lián)網(wǎng)是多學(xué)科交叉的新興學(xué)科，國內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)熱推動(dòng)了物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)模式方面的研究。

南開大學(xué)吳功宜教授討論了物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)與計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)之間的關(guān)系，給出了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)、專業(yè)設(shè)置與課程體系框架[1]；西安交通大學(xué)桂小林教授詳細(xì)討論了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專業(yè)的課程體系結(jié)構(gòu)[2]；另外南京郵電大學(xué)、遼寧工業(yè)大學(xué)的學(xué)者也提出各自物聯(lián)網(wǎng)人才培養(yǎng)模式的研究[3，4]。以上研究從學(xué)科建設(shè)角度關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)模式，并沒有從如何結(jié)合各高校的優(yōu)勢學(xué)科開展具有行業(yè)特色的應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的研究。本文提出了融合學(xué)校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的新思路，探討了培養(yǎng)輕工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用所需的復(fù)合型工程應(yīng)用人才的學(xué)科建設(shè)體系。

一、網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)方向

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合射頻標(biāo)簽和傳感器網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)人與物、物與物智能溝通和對話的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)。從其技術(shù)構(gòu)成和學(xué)科關(guān)系的角度上分析，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為依托的，物聯(lián)網(wǎng)知識體系的基礎(chǔ)仍然是計(jì)算機(jī)學(xué)科。

從技術(shù)架構(gòu)上來看物聯(lián)網(wǎng)可以分為三層，分別是：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生熟練掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用，以及設(shè)計(jì)和搭建各種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。在培養(yǎng)目標(biāo)和專業(yè)課程設(shè)置等方面，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)已涵蓋了大多物聯(lián)網(wǎng)知識領(lǐng)域，擁有物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的學(xué)科建設(shè)優(yōu)勢，具備應(yīng)用層的基礎(chǔ)知識，需要補(bǔ)充的主要是物聯(lián)網(wǎng)感知層的相關(guān)課程?？梢姡瑐鹘y(tǒng)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)在知識結(jié)構(gòu)上有很多共性，只要適當(dāng)補(bǔ)充和調(diào)整網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的課程體系，就能夠達(dá)到物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)的目標(biāo)。因此，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)中設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)方向是切實(shí)可行的。

近兩年，國內(nèi)申請?jiān)鲈O(shè)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)專業(yè)的高校數(shù)量眾多，但他們在不同程度上存在著物聯(lián)網(wǎng)課程體系規(guī)劃不完善、教材建設(shè)計(jì)劃不完備、師資力量薄弱、實(shí)驗(yàn)室配套設(shè)備缺乏和實(shí)驗(yàn)方案標(biāo)準(zhǔn)有待規(guī)范等問題。區(qū)別于部分高校現(xiàn)開設(shè)的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，學(xué)校在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)方向時(shí)可以在該專業(yè)多年積累的教學(xué)資源的基礎(chǔ)上，結(jié)合本校獨(dú)特的優(yōu)勢學(xué)科制定具有行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用特色的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)方案。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)方向的專業(yè)目標(biāo)是要讓學(xué)生在具備一定的數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)理論知識的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)原理和應(yīng)用技能。筆者認(rèn)為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)方向的學(xué)生對有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)感知層的基本知識和基本技能達(dá)到掌握程度即可，重點(diǎn)是要結(jié)合各高校的優(yōu)勢學(xué)科及地方人才市場需求，讓學(xué)生在充分掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層關(guān)鍵技術(shù)的理論學(xué)習(xí)和應(yīng)用實(shí)踐。

二、結(jié)合高校優(yōu)勢學(xué)科培養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)人才

不同的發(fā)展歷史、相異的學(xué)科建設(shè)等因素使得每一所大學(xué)都有自己的品牌專業(yè)、強(qiáng)勢學(xué)科以及與其培養(yǎng)目標(biāo)相配套的軟硬件資源的建設(shè)與積累。物聯(lián)網(wǎng)有著非常廣泛的應(yīng)用范圍，高校在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)方向的專業(yè)定位上可以結(jié)合自身現(xiàn)有的優(yōu)勢學(xué)科，參考人才市場的用人需求，改革網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的課程體系，因地制宜地制定具有本校重點(diǎn)學(xué)科特色的培養(yǎng)方案和教學(xué)內(nèi)容。

網(wǎng)絡(luò)工程（物聯(lián)網(wǎng)）培養(yǎng)模式可以從專業(yè)定位、知識結(jié)構(gòu)、創(chuàng)新能力培養(yǎng)和人才培養(yǎng)模式評價(jià)體系四個(gè)方面進(jìn)行討論。其中，專業(yè)定位和知識結(jié)構(gòu)將在下一節(jié)論述。在復(fù)合型工程應(yīng)用人才的創(chuàng)新能力培養(yǎng)上，需要轉(zhuǎn)變以往的以傳授知識為主導(dǎo)的教育模式，注重學(xué)生的創(chuàng)新思維和自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，強(qiáng)化教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)。例如：開設(shè)具有行業(yè)背景的工程訓(xùn)練課程，開展個(gè)性化的創(chuàng)新能力培養(yǎng)研究，提高實(shí)驗(yàn)和培訓(xùn)課程的比重，擴(kuò)展大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐基地建設(shè)[5]等，形成以行業(yè)應(yīng)用為背景的立體化培養(yǎng)模式。完善的評價(jià)體系可以實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)模式與質(zhì)量的跟蹤與評價(jià)，依據(jù)評價(jià)結(jié)果可以適時(shí)地調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，有利于提高人才的適應(yīng)性。從行業(yè)應(yīng)用出發(fā)，可以分別從學(xué)生的綜合素質(zhì)能力培養(yǎng)、學(xué)生知識結(jié)構(gòu)優(yōu)化、工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)等方面對研究成果進(jìn)行評價(jià)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)方向人才培養(yǎng)模式如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)工程（物聯(lián)網(wǎng)）專業(yè)培養(yǎng)模式

將傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的課程設(shè)置與學(xué)校的優(yōu)勢學(xué)科的專業(yè)知識有機(jī)結(jié)合，使得畢業(yè)生不僅能夠從事計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)方面的工作，也能直接從事行業(yè)背景下的物聯(lián)網(wǎng)工程領(lǐng)域的工作，增強(qiáng)畢業(yè)生的工程實(shí)踐能力，拓寬其就業(yè)范圍。

以天津科技大學(xué)為例，學(xué)校建有“食品營養(yǎng)與安全”、“工業(yè)發(fā)酵微生物”2個(gè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和1個(gè)教育部“食品生物技術(shù)工程研究中心”，在食品科學(xué)和生物工程等領(lǐng)域的研究與教學(xué)處于全國前列。依托天津科技大學(xué)的食品、生物等優(yōu)勢學(xué)科和應(yīng)用背景，筆者認(rèn)為，目前計(jì)算機(jī)學(xué)院的網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)可以以食品安全和生物發(fā)酵與菌種保藏控制物聯(lián)網(wǎng)為應(yīng)用領(lǐng)域，融合食品學(xué)院和生物學(xué)院相關(guān)專業(yè)的教學(xué)資源，拓展網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的培養(yǎng)方向。通過多學(xué)科的交叉融合，建設(shè)以輕工行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用為特色的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)培養(yǎng)體系。

三、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和課程體系

由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)需要融入不同專業(yè)學(xué)科，所以，在確立了以輕工行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用為特色的網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，調(diào)整教學(xué)大綱，對原有專業(yè)的課程配置進(jìn)行科學(xué)地增補(bǔ)和取舍。結(jié)合學(xué)校的優(yōu)勢學(xué)科的應(yīng)用背景，依照網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)方向的培養(yǎng)目標(biāo)設(shè)置相應(yīng)的課程內(nèi)容和實(shí)踐環(huán)境，形成特色教育，增強(qiáng)畢業(yè)生的就業(yè)競爭力。

1.專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)面向現(xiàn)代信息處理技術(shù)，主要培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)素養(yǎng)，使學(xué)生畢業(yè)后可在輕工行業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)、科研單位從事物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用相關(guān)技術(shù)開發(fā)和研究，成為具備行業(yè)知識和專業(yè)技能的高級應(yīng)用型人才。培養(yǎng)的學(xué)生具備通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)的基本理論和應(yīng)用能力，能進(jìn)行系統(tǒng)集成及相關(guān)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用推廣，具有物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐能力。

專業(yè)能力培養(yǎng)要求：掌握計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)工程等方面的理論和方法，具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)知識；掌握傳感器技術(shù)、無線通信網(wǎng)等物聯(lián)網(wǎng)感知層關(guān)鍵技術(shù)的基本知識和基本技能；具備各類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)維能力和一定的分析、設(shè)計(jì)和開發(fā)能力，擁有較強(qiáng)的軟件編程功底；具備從事輕工行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的科學(xué)研究能力；了解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及物聯(lián)網(wǎng)的行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，掌握文獻(xiàn)檢索、資料查詢的基本方法，熟悉利用Internet獲取信息的手段，具有獲取信息的能力。

2.主干課程

網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)方向的課程設(shè)置以專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)為向?qū)В⒅貙W(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維的提高。學(xué)生可以通過對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及物聯(lián)網(wǎng)的基本理論和基本知識的學(xué)習(xí)，掌握網(wǎng)絡(luò)分析和設(shè)計(jì)的基本方法，掌握物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基本技能。

物聯(lián)網(wǎng)中的感知層主要用來感知和采集現(xiàn)實(shí)世界中的信息，網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)方向的課程設(shè)置可以在現(xiàn)有計(jì)算機(jī)物理層的相關(guān)課程基礎(chǔ)上，融合通信原理、傳感器技術(shù)基礎(chǔ)和射頻技術(shù)與無線通信等課程，提高學(xué)生在物聯(lián)網(wǎng)感知層理論知識的理解。對于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層方面，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)已包含該領(lǐng)域涉及的大部分知識，需要增加無線傳感網(wǎng)絡(luò)和無線自組網(wǎng)理論課程，強(qiáng)化學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的理解。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層的主要作用是依據(jù)各行業(yè)的實(shí)際需求開發(fā)信息管理平臺，并根據(jù)行業(yè)應(yīng)用的特點(diǎn)集成相應(yīng)的內(nèi)容服務(wù)[6]。結(jié)合應(yīng)用層的特點(diǎn)，各院?？山Y(jié)合自身優(yōu)勢學(xué)科增設(shè)具有行業(yè)特色的物聯(lián)網(wǎng)信息處理技術(shù)、無線自組網(wǎng)應(yīng)用和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)等課程。有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)的課程，不僅涉及物聯(lián)網(wǎng)的三個(gè)層次，也關(guān)系到嵌入式知識的相關(guān)課程。網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)方向的課程體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)工程（物聯(lián)網(wǎng)）專業(yè)課程體系圖

綜合考慮現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的課程設(shè)置，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)方向的專業(yè)課程主要有：離散數(shù)學(xué)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成原理、操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫原理、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)、嵌入式系統(tǒng)概論、嵌入式操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成、網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)管理、射頻技術(shù)與無線通信、物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)、無線自組網(wǎng)理論及應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)信息處理技術(shù)等。

3.主要專業(yè)實(shí)驗(yàn)

專業(yè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)置將使得學(xué)生具有一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)學(xué)習(xí)、開發(fā)與實(shí)驗(yàn)的綜合平臺，有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)際動(dòng)手能力，便于學(xué)生熟悉和掌握網(wǎng)絡(luò)工程與物聯(lián)網(wǎng)的原理和實(shí)際應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)工程（物聯(lián)網(wǎng)）專業(yè)的實(shí)踐環(huán)節(jié)可以從畢業(yè)實(shí)習(xí)、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)練習(xí)、課程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）五個(gè)方面進(jìn)行。專業(yè)實(shí)驗(yàn)主要包括：C語言課程設(shè)計(jì)、面向?qū)ο笳n程設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成課程設(shè)計(jì)和物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用課程設(shè)計(jì)等。

四、結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的來臨預(yù)示著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在社會各領(lǐng)域的應(yīng)用在不斷加深，作為該行業(yè)發(fā)展根本要素的人才培養(yǎng)也越發(fā)重要。為滿足物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)對高端復(fù)合型應(yīng)用人才的需求，本文對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)建設(shè)進(jìn)行了討論，提出傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)可以與學(xué)校的優(yōu)勢學(xué)科相融合，通過跨學(xué)科的專業(yè)資源的整合，構(gòu)建具有行業(yè)特色的應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。文章詳盡討論了網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)方向的人才培養(yǎng)目標(biāo)、主干課程設(shè)置、創(chuàng)新能力培養(yǎng)方案和培養(yǎng)模式的評價(jià)體系，更大地促進(jìn)了本校網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)發(fā)展，同時(shí)對高校計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)方向有一定借鑒價(jià)值。

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