物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系的研究與探索

摘要：從物聯(lián)網(wǎng)概念和物聯(lián)網(wǎng)由來出發(fā)，分析了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的知識(shí)體系及核心知識(shí)領(lǐng)域，探討了高校在構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程體系中存在的共性問題，研究了如何在共性的指導(dǎo)下結(jié)合自身的特點(diǎn)來構(gòu)建專業(yè)課程體系。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)工程；知識(shí)體系；課程體系

作者簡介：朱金秀（1972-），女，江蘇常州人，河海大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院（常州），副教授；韓光潔（1972-），男，黑龍江伊春人，河海大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院（常州），副教授。（江蘇常州213022）

基金項(xiàng)目：本文系國家“物聯(lián)網(wǎng)工程”特色專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目、江蘇省高等教育學(xué)會(huì)“十二五”高等教育科學(xué)研究規(guī)劃課題“‘卓越計(jì)劃’課堂有效教學(xué)方法”（KT2011174）的研究成果。

中圖分類號：G642.0#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號：1007-0079（2012）16-0067-02

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of things，IOT）的概念是在1999年提出的，根據(jù)2005年國際電信聯(lián)盟（ITU）的定義，[1]物聯(lián)網(wǎng)主要解決物到物（Thing to Thing，T2T）、人到物（Human to Thing，H2T）、人到人（Human to Human，H2H）之間的互聯(lián)。這一高度交叉的新興前沿領(lǐng)域在國際上備受關(guān)注，美國IBM公司基于物聯(lián)網(wǎng)提出“智慧的地球”概念；中國科學(xué)院早在物聯(lián)網(wǎng)概念誕生之初就啟動(dòng)了傳感網(wǎng)研究。2009年，無錫物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究院成立，溫家寶總理考察時(shí)提出“感知中國”的概念。2010 年3 月9 日教育部網(wǎng)站發(fā)出通知：我國擬針對互聯(lián)網(wǎng)、綠色經(jīng)濟(jì)、低碳經(jīng)濟(jì)、環(huán)保技術(shù)、生物醫(yī)藥等國家決定大力發(fā)展的重要戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，在高校本科教育階段設(shè)立相關(guān)專業(yè)。這其中就包括增設(shè)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)，以期為重要戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)——物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)高素質(zhì)人才。

自2010年7月教育部批準(zhǔn)30余所高校院系建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)以來，中國電子學(xué)會(huì)物聯(lián)網(wǎng)專家委員會(huì)、教育部電子信息與電氣學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)、教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)一直高度關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)專業(yè)建設(shè)。全國高校物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)小組組織高校在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的知識(shí)體系、課程體系、工程實(shí)踐和人才培養(yǎng)等方面進(jìn)行了一系列的探索，國內(nèi)高校也根據(jù)自身的情況對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的課程體系進(jìn)行了探索。[2-4]2010年7月，河海大學(xué)（以下簡稱“我校”）成為首批獲批物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的30所大學(xué)之一；2011年3月，我校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)成為第七批國家特色專業(yè)。物聯(lián)網(wǎng)目前屬于新興產(chǎn)業(yè)，中國高校剛剛開始開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，沒有成熟的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。筆者近年來致力于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設(shè)，分析物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的知識(shí)體系及核心知識(shí)領(lǐng)域，力求歸納物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設(shè)的專業(yè)共性基礎(chǔ)，并結(jié)合我校特色，構(gòu)建了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的課程體系，以期為兄弟高校物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)專業(yè)課程規(guī)劃拋磚引玉。

一、物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系分析

在業(yè)界，物聯(lián)網(wǎng)大致被公認(rèn)為有三個(gè)層次，[1，5-7]底層是用來感知數(shù)據(jù)的感知層，第二層是數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)層，最上面則是內(nèi)容應(yīng)用層。

感知層包括傳感器等數(shù)據(jù)采集設(shè)備，包括數(shù)據(jù)接入到網(wǎng)關(guān)之前傳感器網(wǎng)絡(luò)。感知層是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應(yīng)用的基礎(chǔ)，RFID技術(shù)、傳感和控制技術(shù)、短距離無線通訊技術(shù)是感知層涉及的主要技術(shù)。

網(wǎng)絡(luò)層將建立在現(xiàn)有的移動(dòng)通訊網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上，其主要功能是直接通過現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)或移動(dòng)通信網(wǎng)（如GSM、TD-SCDMA）、無線接入網(wǎng)（WiMAX）、無線局域網(wǎng)（Wi-Fi）、衛(wèi)星網(wǎng)等基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，對來自感知層的信息進(jìn)行接入和傳輸。網(wǎng)絡(luò)層中的感知數(shù)據(jù)管理與處理技術(shù)是實(shí)現(xiàn)以數(shù)據(jù)為中心的物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)。感知數(shù)據(jù)管理與處理技術(shù)包括傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢、分析、挖掘、理解以及基于感知數(shù)據(jù)決策和行為的理論和技術(shù)。

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層利用經(jīng)過分析處理的感知數(shù)據(jù)，為用戶提供豐富的特定服務(wù)。云計(jì)算平臺(tái)作為海量感知數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析平臺(tái)，將是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的重要組成部分，也是應(yīng)用層眾多應(yīng)用的基礎(chǔ)。

物聯(lián)網(wǎng)各層次間既相對獨(dú)立又緊密聯(lián)系。為了實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)的優(yōu)化功能服務(wù)于某一具體應(yīng)用，各層間資源需要協(xié)同分配與共享。以應(yīng)用需求為導(dǎo)向的系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以是千差萬別的，也不一定所有層次的技術(shù)都需要采用；即使在同一個(gè)層次上，對可供選擇的技術(shù)方案也可以進(jìn)行按需配置。

二、物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)知識(shí)體系分析

所謂專業(yè)體系就是把一個(gè)專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的專業(yè)知識(shí)組織成專業(yè)干線清晰、知識(shí)點(diǎn)層次分明、結(jié)構(gòu)銜接完整的一個(gè)知識(shí)框架。在分析物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系的基礎(chǔ)上構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的知識(shí)體系，“物聯(lián)網(wǎng)工程”知識(shí)結(jié)構(gòu)中的專業(yè)知識(shí)部分應(yīng)能夠構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)整體的框架并體現(xiàn)其關(guān)鍵技術(shù)。因此物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)知識(shí)體系應(yīng)包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的知識(shí)和系統(tǒng)整體架構(gòu)與優(yōu)化的知識(shí)。對應(yīng)的核心知識(shí)領(lǐng)域?yàn)椋簩?yīng)于感知層為射頻識(shí)別技術(shù)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)；對應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)層為通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與協(xié)同技術(shù)；對應(yīng)于應(yīng)用層為數(shù)據(jù)處理技術(shù)和信息安全技術(shù)；對應(yīng)于物聯(lián)網(wǎng)整體的框架為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)和物聯(lián)網(wǎng)工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)。

基于以上討論，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的知識(shí)體系要能實(shí)現(xiàn)這樣的培養(yǎng)目標(biāo)：培養(yǎng)造就具有物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)理論、物理信息系統(tǒng)標(biāo)識(shí)與感知、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論與技術(shù)和數(shù)據(jù)分析與信息處理技術(shù)等相關(guān)專業(yè)知識(shí)；具有物聯(lián)網(wǎng)及其相關(guān)領(lǐng)域的系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、終端、協(xié)議等方面的研究、設(shè)計(jì)、開發(fā)能力以及組織和實(shí)施物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用項(xiàng)目的能力；并在創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)意識(shí)、競爭和團(tuán)隊(duì)精神以及外語運(yùn)用能力等方面有良好的素養(yǎng)，能適應(yīng)國家現(xiàn)代化與信息化建設(shè)需要，為我國工業(yè)化和信息化融合、為信息產(chǎn)業(yè)服務(wù)的高層次、高素質(zhì)的復(fù)合型和創(chuàng)新型高等工程技術(shù)與管理人才。

三、物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)核心課程構(gòu)成

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系應(yīng)盡可能多地覆蓋本專業(yè)的知識(shí)體系。圍繞物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)涉及的學(xué)科知識(shí)領(lǐng)域和知識(shí)點(diǎn)，該專業(yè)知識(shí)部分由四個(gè)部分組成：基礎(chǔ)類、感知類、網(wǎng)絡(luò)與通信類、數(shù)據(jù)處理與領(lǐng)域應(yīng)用類。

基礎(chǔ)類課程為：數(shù)理類課程，例如高等數(shù)學(xué)或離散數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率與統(tǒng)計(jì)、物理等；電路類課程，例如電路、模擬電子技術(shù)、數(shù)字邏輯與系統(tǒng)、高頻電子電路等；程序類課程，例如程序設(shè)計(jì)語言C、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、Java語言程序設(shè)計(jì)等。感知類課程為：射頻技術(shù)（RFID原理及應(yīng)用）、傳感器技術(shù)（與設(shè)計(jì)）、微機(jī)原理與接口、模式識(shí)別與狀態(tài)監(jiān)控、物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)、數(shù)據(jù)獲取與信息處理系統(tǒng)等。網(wǎng)絡(luò)與通信類類課程為：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、射頻技術(shù)與無線通信、通信原理、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理、短距離無線與移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)等。數(shù)據(jù)處理與領(lǐng)域應(yīng)用類課程為：物聯(lián)網(wǎng)工程導(dǎo)論、信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)、云計(jì)算與云存儲(chǔ)、定位應(yīng)用開發(fā)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)、移動(dòng)開發(fā)等。

四、物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系構(gòu)建探索

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是以應(yīng)用為驅(qū)動(dòng)的專業(yè)，專業(yè)人才的培養(yǎng)根據(jù)專業(yè)共性基礎(chǔ)和我校在物聯(lián)網(wǎng)方面的領(lǐng)域區(qū)域特色。因此我校培養(yǎng)模式堅(jiān)持以水利特色為主導(dǎo)，發(fā)揮水利學(xué)科的傳統(tǒng)優(yōu)勢；整合優(yōu)化專業(yè)課程體系設(shè)計(jì)包括學(xué)科基礎(chǔ)課程群、物聯(lián)網(wǎng)工程專題課程群，使學(xué)生有興趣、有研究、有實(shí)踐地學(xué)習(xí)專業(yè)領(lǐng)域的知識(shí)，逐步地、系統(tǒng)地增長工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力與科學(xué)研究能力。

學(xué)科基礎(chǔ)課程群：按基礎(chǔ)類、感知類、網(wǎng)絡(luò)類、應(yīng)用類將相關(guān)課程分為四大課程群，有效克服每門課程各自為陣造成的“內(nèi)容重復(fù)、銜接不緊”等弊端。物聯(lián)網(wǎng)工程專題課程群：根據(jù)專業(yè)共性基礎(chǔ)和我校在物聯(lián)網(wǎng)方面的領(lǐng)域區(qū)域特色，重點(diǎn)建立無線傳感網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)兩個(gè)方向，明確制定各方向的課程體系，為學(xué)生提供充分的選課空間和時(shí)間，使學(xué)生的個(gè)性得到充分發(fā)揮。

1.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

該方向側(cè)重?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用的研究，強(qiáng)調(diào)物聯(lián)網(wǎng)傳輸與網(wǎng)絡(luò)層的開發(fā)與實(shí)踐。通過課堂教學(xué)與實(shí)踐、畢業(yè)實(shí)習(xí)以及前沿技術(shù)講座等多種形式，學(xué)生將掌握扎實(shí)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)理論，具有無線傳感網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用軟件的開發(fā)和研究，方向重點(diǎn)是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層和感知層的研究與設(shè)計(jì)。

2.物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)

該方向側(cè)重物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)的研究，強(qiáng)調(diào)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層的開發(fā)與實(shí)踐。通過課堂教學(xué)與實(shí)踐、畢業(yè)實(shí)習(xí)以及前沿技術(shù)講座等多種形式，學(xué)生將掌握扎實(shí)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)理論，系統(tǒng)掌握物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)及應(yīng)用軟件的開發(fā)方法和開發(fā)工具，方向重點(diǎn)是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的研究與設(shè)計(jì)。并增加水聲通信技術(shù)、水聯(lián)網(wǎng)及水環(huán)境檢測應(yīng)用作為我校的行業(yè)特色。

綜上所述，我校的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在課程設(shè)置中，把行業(yè)應(yīng)用特色納入個(gè)性化課程、專業(yè)課模塊，形成學(xué)術(shù)型和技術(shù)型兩套既有共性、又有個(gè)性的課程體系。該課程體系堅(jiān)持以水利特色為主導(dǎo)，夯實(shí)基礎(chǔ)教學(xué)，為學(xué)生未來發(fā)展創(chuàng)造條件，以方向選修課為平臺(tái)，拓寬學(xué)生的知識(shí)和認(rèn)識(shí)視野，妥善化解突出特色和拓寬視野間的矛盾。

五、結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)不是以理論為主導(dǎo)，重點(diǎn)是工程應(yīng)用，教學(xué)應(yīng)該由應(yīng)用來驅(qū)動(dòng)，時(shí)刻做好準(zhǔn)備，不斷調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。課程設(shè)置及內(nèi)容應(yīng)重在特色，在實(shí)施過程中，將高度重視特色專業(yè)點(diǎn)建設(shè)工作，大力加強(qiáng)課程體系和教材建設(shè)，改革人才培養(yǎng)方案，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)，加強(qiáng)教師隊(duì)伍建設(shè)，緊密結(jié)合國家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要，推進(jìn)專業(yè)建設(shè)與人才培養(yǎng)，切實(shí)為同類高校相關(guān)專業(yè)建設(shè)和改革起到示范和帶動(dòng)作用。

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（責(zé)任編輯：宋秀麗）