物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)課課程體系

摘 要：本文通過(guò)認(rèn)真詳細(xì)的分析物聯(lián)網(wǎng)三層技術(shù)體系結(jié)構(gòu)，并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)的知識(shí)體系，整理出物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)課課程體系的建設(shè)思路，以適應(yīng)國(guó)家新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)人才教育和培養(yǎng)的需要。同時(shí)為即將開(kāi)設(shè)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的高等院校提供可借鑒的建設(shè)思路。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)課課程體系；感知層；網(wǎng)絡(luò)層；應(yīng)用層；體系結(jié)構(gòu)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.44-4

1 物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)設(shè)置的必要性和可行性

“物聯(lián)網(wǎng)”[1]的概念于1999年提出，本意是“物與物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，物聯(lián)網(wǎng)是通過(guò)紅外感應(yīng)器、射頻識(shí)別（RFID）、全球定位系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)、激光掃描器等傳感技術(shù)，依據(jù)通信協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和處理，以實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。

根據(jù)教育部辦公廳關(guān)于戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)專(zhuān)業(yè)申報(bào)和審批工作的通知[2]的精神，為了加大新興產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)力度，加快課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、管理體制與運(yùn)行機(jī)制的創(chuàng)新，大力培養(yǎng)新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的人才，滿(mǎn)足國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)對(duì)高素質(zhì)人才的迫切需求，北京交通大學(xué)海濱學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)以良好的辦學(xué)條件和過(guò)硬的教學(xué)質(zhì)量贏得了社會(huì)信譽(yù)，培養(yǎng)了大批合格的信息技術(shù)人才。這些專(zhuān)業(yè)均具有強(qiáng)大的師資力量和完善的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，為開(kāi)辦“物聯(lián)網(wǎng)工程”新專(zhuān)業(yè)打下了良好基礎(chǔ)。

2 物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)知識(shí)體系架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的主要區(qū)別在于，物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)大了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的通信范圍，即物聯(lián)網(wǎng)不僅僅局限于人與人之間的通信，還擴(kuò)展到人與物、物與物之間的通信。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層組成。

2.1 感知層

感知層，也常稱(chēng)為感知控制層，解決了從物理世界到人類(lèi)世界的數(shù)據(jù)獲取問(wèn)題[3]，包括各種物理量、標(biāo)識(shí)、音頻、視頻等數(shù)據(jù)。感知層位于三層架構(gòu)體系中的底層，是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)，是物聯(lián)網(wǎng)全面感知的核心。作為物聯(lián)網(wǎng)的最基礎(chǔ)一層，感知層具有十分重要的作用。

感知控制層包括數(shù)據(jù)采集、短距離通信技術(shù)和協(xié)同信息處理。數(shù)據(jù)采集是通過(guò)相關(guān)傳感器對(duì)物理對(duì)象的感知和數(shù)據(jù)收集，其中涉及射頻識(shí)別（RFID）、傳感器、多媒體信息采集、實(shí)時(shí)定位和二維碼等技術(shù)。短距離通信技術(shù)和協(xié)同信息處理將采集到的數(shù)據(jù)在局部范圍內(nèi)進(jìn)行處理，并通過(guò)具有自組織能力的短距離傳感網(wǎng)接入廣域網(wǎng)。

2.2 網(wǎng)絡(luò)層

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層將來(lái)自感知層的各類(lèi)信息通過(guò)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)傳輸給上層，并提供透明的數(shù)據(jù)傳輸能力。其中，基礎(chǔ)網(wǎng)主要包括移動(dòng)通信網(wǎng)、廣電網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)、行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)及形成的融合網(wǎng)等。

2.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層主要將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與行業(yè)系統(tǒng)結(jié)合，將信息轉(zhuǎn)化為內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)物物互聯(lián)的應(yīng)用解決方案。概括起來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)就是傳感網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和智能服務(wù)的綜合體[4]。與傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)相比，物聯(lián)網(wǎng)加進(jìn)了感知層，降低互聯(lián)門(mén)檻，實(shí)現(xiàn)非智能、弱智能設(shè)備能夠接入互聯(lián)[5]。

在高性能計(jì)算和海量存儲(chǔ)技術(shù)支持下，應(yīng)用層還對(duì)網(wǎng)絡(luò)獲取的大量不確定信息進(jìn)行清洗、融合、重組等處理，整合為相對(duì)準(zhǔn)確的結(jié)論，并為行業(yè)應(yīng)用提供智能的支撐平臺(tái)。

3 物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)課課程體系設(shè)置

3.1 專(zhuān)業(yè)定位

本專(zhuān)業(yè)依托北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院的優(yōu)勢(shì)學(xué)科，面向京、津、冀和環(huán)渤海區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)的發(fā)展需要，突出計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)與現(xiàn)代信息處理技術(shù)交叉與融合的特點(diǎn)。培養(yǎng)學(xué)生具備良好的自然科學(xué)、人文社會(huì)科學(xué)和工程技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)。使學(xué)生具有物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)技術(shù)的扎實(shí)理論基礎(chǔ)，面向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)技術(shù)，各種信息處理網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)的工程實(shí)踐能力，以及培養(yǎng)學(xué)生具有較強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)意識(shí)和工程意識(shí)，能夠從事物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)及其應(yīng)用方面相關(guān)應(yīng)用設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用工作。

3.2 培養(yǎng)目標(biāo)

物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)需要培養(yǎng)適應(yīng)國(guó)家科技化和現(xiàn)代化建設(shè)需求，建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略的需要，具有雄厚的基礎(chǔ)，強(qiáng)大的綜合實(shí)力和專(zhuān)業(yè)適應(yīng)能力，具有社會(huì)責(zé)任感，具有信息采集和檢索、分析和處理能力的，具備良好的動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，能勝任通信，傳感器網(wǎng)絡(luò)及電子信息處理技術(shù)領(lǐng)域的研究，設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)集成及管理與教學(xué)，并具有創(chuàng)新能力，能夠在計(jì)算機(jī)和通信等領(lǐng)域起領(lǐng)軍作用，具有國(guó)際化視野的高素質(zhì)的高層次專(zhuān)門(mén)人才。

3.3 課程體系結(jié)構(gòu)設(shè)置

物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)是新興專(zhuān)業(yè)，由于整個(gè)行業(yè)在我國(guó)都處于發(fā)展階段，因此對(duì)人才培養(yǎng)提出了更高的要求。由于物聯(lián)網(wǎng)方面的信息相對(duì)較少，學(xué)生有可能對(duì)于專(zhuān)業(yè)的認(rèn)知度不高，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)專(zhuān)業(yè)認(rèn)知方面的教育，同時(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)演示等方式，讓學(xué)生來(lái)親身體驗(yàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)帶來(lái)的技術(shù)革新，是學(xué)生們對(duì)于專(zhuān)業(yè)有一個(gè)全方面的認(rèn)知，從而培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和鉆研精神。物聯(lián)網(wǎng)工程課程體系的原則是覆蓋必要的學(xué)科背景和專(zhuān)業(yè)知識(shí)。

我院物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)依托計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)進(jìn)行發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)需要計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)方面知識(shí)的學(xué)習(xí)，同時(shí)，重點(diǎn)加強(qiáng)與“物”相關(guān)的傳感器、RDIF等技術(shù)的學(xué)習(xí)。在教學(xué)過(guò)程中注重學(xué)科背景知識(shí)體系，力求學(xué)生考研和后期發(fā)展有明確的學(xué)科目標(biāo)。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專(zhuān)業(yè)的設(shè)置需要綜合考慮相關(guān)交叉學(xué)科的特點(diǎn)，注重課程體系的交叉融合，將相關(guān)主干學(xué)科的核心課程和專(zhuān)業(yè)課程進(jìn)行統(tǒng)籌考慮。在總學(xué)分180學(xué)分的情況下，將課程分為基礎(chǔ)教育、專(zhuān)業(yè)教育和素質(zhì)拓展和自主實(shí)踐。

3.3.1 基礎(chǔ)教育

在基礎(chǔ)課程的教學(xué)中，尤其是對(duì)于整個(gè)專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)和發(fā)展至關(guān)重要的數(shù)學(xué)和物理等課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生充分意識(shí)到學(xué)習(xí)這些知識(shí)的重要性，物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)在國(guó)內(nèi)屬于新興專(zhuān)業(yè)，國(guó)內(nèi)起步較晚，需要查閱大量的外文資料，因此，需要良好的英語(yǔ)水平，尤其是專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)水平，在教學(xué)中，適當(dāng)引入專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)教學(xué)。同時(shí)，在基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)中，應(yīng)該加強(qiáng)學(xué)生對(duì)于政策法規(guī)的學(xué)習(xí)，避免學(xué)生學(xué)習(xí)技術(shù)知識(shí)之后通過(guò)技術(shù)手段進(jìn)行違法犯罪活動(dòng)。

3.3.2 專(zhuān)業(yè)教育

專(zhuān)業(yè)教育包含專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程和專(zhuān)業(yè)課程以及各自的實(shí)踐環(huán)節(jié)，共114學(xué)分。專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)教育是整個(gè)課程體系中較為重要的環(huán)節(jié)，高素質(zhì)的人才需要有過(guò)硬的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，通過(guò)全方位學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)以及計(jì)算機(jī)、通訊、自動(dòng)化等相關(guān)學(xué)科的知識(shí)，能夠使學(xué)生培養(yǎng)對(duì)于知識(shí)的跨學(xué)科應(yīng)用能力。

（1）專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課課程結(jié)構(gòu)設(shè)置及分析

專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)教育主要包括計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)與專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論、程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)與C++、離散數(shù)學(xué)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、模擬與數(shù)字電路、Java語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、Web應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論、圖論與算法設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)組成原理、信號(hào)與系統(tǒng)、專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)等課程，突出專(zhuān)業(yè)定位和特色，擁有一定的廣度和深度，多起點(diǎn)同時(shí)推進(jìn)，學(xué)生在全方位的學(xué)習(xí)中，找到適合自己的發(fā)展方向。

在專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)中，起步難度要適當(dāng)，既不能難度過(guò)大而嚇退學(xué)生，打消學(xué)習(xí)積極性，也不能過(guò)于容易而什么都學(xué)不到。將盡可能多的課程安排在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，理論知識(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論更容易理解和掌握，學(xué)生能通過(guò)現(xiàn)象看到本質(zhì)，有利于學(xué)生興趣的養(yǎng)成和動(dòng)手實(shí)踐能力的培養(yǎng)?？紤]到學(xué)生的實(shí)際情況，專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程計(jì)劃安排一定的課外上機(jī)學(xué)時(shí)，使學(xué)生鞏固課堂學(xué)習(xí)的內(nèi)容。

（2）專(zhuān)業(yè)課課程結(jié)構(gòu)設(shè)置及分析

專(zhuān)業(yè)課程包括Web程序設(shè)計(jì)、Linux程序設(shè)計(jì)、嵌入式系統(tǒng)原理、數(shù)字信號(hào)處理、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)原理、操作系統(tǒng)、編譯原理、匯編語(yǔ)言、微機(jī)系統(tǒng)與接口技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)與技術(shù)、RFID原理與應(yīng)用、VHDL設(shè)計(jì)實(shí)踐、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、空間信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理、無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)與通訊技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感器件與編程技術(shù)等科目，學(xué)生可根據(jù)自己的興趣與自身發(fā)展進(jìn)行選擇學(xué)習(xí)。

專(zhuān)業(yè)課程的考核不能以考試成績(jī)作為唯一標(biāo)準(zhǔn)提高實(shí)踐和實(shí)訓(xùn)在考核中所占比重，嚴(yán)格實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的考試。在專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)中，增加項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)，適當(dāng)引入企業(yè)項(xiàng)目，在學(xué)習(xí)中就能體驗(yàn)到未來(lái)工作中的實(shí)際感受，通過(guò)親身體驗(yàn)，尋找差距，彌補(bǔ)不足。學(xué)生在畢業(yè)之后，能夠迅速適應(yīng)工作崗位，擁有較高的起點(diǎn)。

（3）專(zhuān)業(yè)主干課課程

具體包括：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論、電路、模擬電子技術(shù)、電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)、傳感與檢測(cè)技術(shù)、軟件工程、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理、通信原理、嵌入式系統(tǒng)與接口技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)與數(shù)據(jù)挖掘。

（4）專(zhuān)業(yè)選修課課程

無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)與自組織網(wǎng)絡(luò)、天線(xiàn)原理、物聯(lián)網(wǎng)信息安全、物流管理概論、RFID技術(shù)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、智能交通概論、GPS技術(shù)、環(huán)境工程概論、電子商務(wù)等。

3.4.3 實(shí)踐教育

實(shí)踐教育主要包括程序設(shè)計(jì)專(zhuān)題訓(xùn)練Ⅰ、程序設(shè)計(jì)專(zhuān)題訓(xùn)練Ⅱ、硬件系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)、軟件系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)、就業(yè)指導(dǎo)、物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)踐、多媒體技術(shù)、Linux應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、信息系統(tǒng)集成與開(kāi)發(fā)、軟件工程與實(shí)踐、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）。其中部分科目為選修，學(xué)生可以根據(jù)自身發(fā)展進(jìn)行選擇。

3.4.4 素質(zhì)拓展與自主實(shí)踐

素質(zhì)拓展與自主實(shí)踐方面，鼓勵(lì)學(xué)生參與學(xué)科競(jìng)賽、科研項(xiàng)目、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、非本專(zhuān)業(yè)的公共選修課、各類(lèi)職業(yè)、執(zhí)業(yè)資格證書(shū)，總學(xué)分不得低于10學(xué)分。

4 結(jié)束語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)工程是一個(gè)戰(zhàn)略性新興本科專(zhuān)業(yè)，它不是以理論為主導(dǎo)，重點(diǎn)在于工程應(yīng)用，這就決定了該課程體系所特有的發(fā)展變化的動(dòng)態(tài)特性。因此，在制定專(zhuān)業(yè)教學(xué)計(jì)劃時(shí)，要時(shí)刻以服務(wù)于社會(huì)發(fā)展需要為根本依據(jù)，把當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)及行業(yè)應(yīng)用的時(shí)代需求緊密結(jié)合起來(lái)，依托學(xué)校自身的行業(yè)背景和學(xué)科優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的、與時(shí)俱進(jìn)的、可持續(xù)發(fā)展的專(zhuān)業(yè)課程體系，為國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，培養(yǎng)高素質(zhì)專(zhuān)門(mén)人才多做貢獻(xiàn)，爭(zhēng)取使我院物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)在同類(lèi)學(xué)校的同類(lèi)專(zhuān)業(yè)中起到示范和帶頭作用。

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作者簡(jiǎn)介：陸春吉（1963.01-），男，江蘇蘇州人，副教授，物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)。

作者單位：北京交通大學(xué)海濱學(xué)院，河北黃驊 061100