面向企業(yè)需求的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系研究

張連明 鄧月明 魏葉華

摘要：介紹了物聯(lián)網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的內(nèi)容，分析了目前物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)所需求的專業(yè)人才及其專業(yè)能力，梳理了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程師所需的知識體系，構建了面向物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程師所需的課程體系。

關鍵詞：企業(yè)需求;物聯(lián)網(wǎng)工程;課程體系

中圖分類號：G646? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）43-0031-03

一、引言

實施網(wǎng)絡強國戰(zhàn)略，推動物聯(lián)網(wǎng)技術向各行業(yè)全面融合滲透，構建萬物互聯(lián)的新一代信息技術產(chǎn)業(yè)體系，是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)在我國“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中的重要性的體現(xiàn)[1]。近期，“物聯(lián)網(wǎng)”一詞已經(jīng)脫離了Gartner發(fā)布的2017“新興技術成熟度曲線”[2]?？梢钥闯?，物聯(lián)網(wǎng)成熟度越來越高。同時，沃達豐最新發(fā)布的《物聯(lián)網(wǎng)市場晴雨表》顯示[3]，越是擁有更多物聯(lián)網(wǎng)設備的企業(yè)，其帶來的收益越高。隨著當前規(guī)模的連接驅(qū)動物聯(lián)網(wǎng)方案逐漸成熟，對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才的需求在數(shù)量和質(zhì)量上都提出了更高的要求，如何培養(yǎng)出滿足企業(yè)需求的物聯(lián)網(wǎng)領域人才成為高校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)所面臨的一個迫切任務。

二、物聯(lián)網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的內(nèi)涵

物聯(lián)網(wǎng)是指通過各種感知設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化管理的一種網(wǎng)絡[4]。通常情況下，可以把物聯(lián)網(wǎng)分為四層體系結構，即感知層、傳輸層、處理層和應用層。其中，感知層主要完成物品標識和信息的智能采集，由感知器件和感知網(wǎng)絡組成，主要涉及傳感器理論、射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）理論、信息獲取與識別方法和控制理論等;傳輸層完成接入和傳輸，包括接入網(wǎng)和傳輸網(wǎng)兩部分，主要涉及物聯(lián)網(wǎng)體系結構、通信、無線傳感器網(wǎng)絡（Wireless Sensor Networks，WSN）、異構網(wǎng)絡互聯(lián)與協(xié)同等;處理層完成協(xié)同、管理、計算、存儲、分析、挖掘等，主要涉及大數(shù)據(jù)智能處理技術、軟件建模與設計方法、物聯(lián)網(wǎng)中間件技術、信息安全與隱私保護技術、高可信技術、虛擬化技術等;應用層提供面向行業(yè)和大眾用戶的服務，包括虛擬現(xiàn)實技術、云計算服務模式、面向服務的體系架構（Service-oriented Architecture，SOA）等。顯然，物聯(lián)網(wǎng)是一個多學科交叉領域，涉及計算機科學與技術、通信工程和電子科學與技術等基礎學科。

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)能夠系統(tǒng)地掌握物聯(lián)網(wǎng)的相關理論、方法和技能，掌握物聯(lián)網(wǎng)感知、數(shù)據(jù)傳輸與信息處理等技術，具備“人—機—物”融合的計算思維能力、物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃設計與實施能力、物品智慧化設計能力和系統(tǒng)能力的高級工程技術人才。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的知識體系[5]包括專業(yè)基礎知識、專業(yè)核心知識和行業(yè)應用知識，其中專業(yè)基礎知識涉及算法與程序設計、電路與電子技術、計算機系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)等;物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)核心知識涉及物聯(lián)網(wǎng)技術體系、標識與感知、物聯(lián)網(wǎng)通信、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理、物聯(lián)網(wǎng)控制、物聯(lián)網(wǎng)信息安全、物聯(lián)網(wǎng)工程設計與實施等;行業(yè)應用知識涉及智慧城市、工業(yè)生產(chǎn)、智慧農(nóng)業(yè)、智能交通、智能物流、智能電網(wǎng)、智能家居、智慧醫(yī)療、城市安保、環(huán)境監(jiān)測、國防應用等。

三、物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)需求分析

據(jù)Gartner預測，到2020年，全球物聯(lián)網(wǎng)設備將達260億臺，市場規(guī)模將達1.9萬億美元;據(jù)麥肯錫預測，到2025年，市場規(guī)模將達11.1萬億美元。近期，物聯(lián)網(wǎng)智庫聯(lián)合科學出版社對來自物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)展開了調(diào)查[6]，其中來自應用層的企業(yè)占近50%。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，企業(yè)對技術類的工程師需求較大，其中物聯(lián)網(wǎng)軟件開發(fā)工程師、物聯(lián)網(wǎng)硬件開發(fā)工程師和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程師需求的企業(yè)占比分別為57.34%、52.34%和48.6%。

物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)希望物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程師熟悉WiFi、Zigbee、RFID、窄帶物聯(lián)網(wǎng)（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）、LoRa（Long Rang）等無線通信技術;熟悉計算機網(wǎng)絡結構和TCP/IP協(xié)議，對通信和信息系統(tǒng)有一定了解;具有軟件系統(tǒng)的研究、需求分析、設計、開發(fā)經(jīng)驗;對數(shù)據(jù)結構和算法有深入的理解;對機器到機器（Machine to Machine，M2M）業(yè)務有較深了解，對傳感器和RFID的應用相當熟悉;熟練分布式系統(tǒng)設計和分布式存儲架構，具有實際應用的開發(fā)經(jīng)驗;熟悉軟件架構模式、概念和技巧，能夠準確無誤地理解相關系統(tǒng)架構;熟悉Linux/Windows操作系統(tǒng)內(nèi)核、分布式系統(tǒng)的設計和應用;熟悉Openstack/ cloudstack云計算技術、Hadoop/HBase等分布式文件存儲等。

物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)希望物聯(lián)網(wǎng)硬件工程師熟悉掌握硬件原理圖電路設計、印刷電路板（Printed Circuit Board，PCB）設計等應用工具;熟悉單片機、進階精簡指令集機器（Advanced RISC Machine，ARM）、數(shù)字信號處理（Digital Signal Processing，DSP）等嵌入式硬件系統(tǒng)設計;熟悉數(shù)字、模擬電路設計與調(diào)試;有模數(shù)轉換器（Analog-to-Digital Converter，ADC）設計經(jīng)驗和電磁兼容性（Electro Magnetic Compatibility，EMC）測試經(jīng)驗;熟悉掌握單片機（Single Chip Microcomputer，MCU）軟件編程等。

物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)希望物聯(lián)網(wǎng)軟件工程師掌握WebService，Servlet，Spring和Hibernate等軟件框架;掌握Eclipse和IDEA等開發(fā)工具;熟悉Linux，F(xiàn)reeRTOS和Unix等操作系統(tǒng);掌握C/C++，Java，python，PHP，.Net，JSP和ASP等編程語言;熟悉mysql，sqlite和mssql等數(shù)據(jù)庫技術等。

此外，物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)對銷售類崗位、產(chǎn)品經(jīng)理、市場營銷、運營、測試工程師、數(shù)據(jù)工程師、網(wǎng)絡工程師、算法工程師以及工業(yè)設計等也有比較大的需求。其中，產(chǎn)品經(jīng)理需要熟悉WiFi、藍牙低能耗（Bluetooth Low Energy，BLE），ZigBee，LoRa，NB-IoT以及增強機器到機器（enhanced Machine-Type Communication，eMTC）等無線通信協(xié)議;熟悉約束應用協(xié)議（Constrained Application Protocol，CoAP）和消息隊列遙測傳輸（Message Queuing Telemetry Transport，MQTT）等物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，具有物聯(lián)網(wǎng)平臺實施或產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗，能夠設計產(chǎn)品原型和產(chǎn)品架構，有過物聯(lián)網(wǎng)應用開發(fā)經(jīng)驗，熟悉Java和C等開發(fā)語言等。數(shù)據(jù)工程師需要掌握Apache，Hadoop，Apark，Hive等大數(shù)據(jù)開源框架;掌握MySQL和PostgreSQL等數(shù)據(jù)庫等。網(wǎng)絡工程師需要掌握網(wǎng)絡設備，能夠?qū)粨Q機路由等相關設備進行調(diào)試及維護，熟悉常用接口配置，IP規(guī)劃，靜/動態(tài)路由配置;熟悉TCP/IP協(xié)議和互聯(lián)網(wǎng)絡機制，各種常用網(wǎng)絡設備的配置和管理;精通網(wǎng)絡維護，熟悉局域網(wǎng)結構，并可獨立完成局域網(wǎng)建設;對域名系統(tǒng)（Domain Name System，DNS）、動態(tài)主機配置協(xié)議（Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP）有一定了解，懂得判斷區(qū)分網(wǎng)絡或系統(tǒng)故障;熟悉軟硬件防火墻技術及局域網(wǎng)內(nèi)病毒防治;熟悉各種常見設備，并能對設備運行的狀態(tài)做出故障判斷等。算法工程師需要掌握TensorFlow，Kaldi和隱馬爾可夫模型工具箱（Hidden Markov Model Toolkit，HTK）等深度學習開發(fā)模型等。

四、基于企業(yè)需求的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)知識體系

在上述物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)需求的驅(qū)動下，需要重新梳理物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)知識體系，以培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)所需的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才。表1給出了物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)需要的系統(tǒng)工程師所掌握的知識以及建議開設的課程。

從表1可以看出，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程師除了電路與電子技術、物聯(lián)網(wǎng)技術體系、物聯(lián)網(wǎng)控制、物聯(lián)網(wǎng)信息安全和物聯(lián)網(wǎng)工程設計與實施等知識點沒有直接關聯(lián)之外，其余的都已涉及。同時，我們發(fā)現(xiàn)，電路與電子技術等知識點是物聯(lián)網(wǎng)硬件工程師必備的知識體系。

五、面向物聯(lián)網(wǎng)工程師的課程體系構建

課程設置是人才培養(yǎng)方案的核心內(nèi)容，是實現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標和培養(yǎng)規(guī)格的中心環(huán)節(jié)。學校按照教育部制定的本科專業(yè)類教學質(zhì)量國家通用標準，落實工程教育認證標準的相關要求，緊密結合專業(yè)特點和物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)需求知識體系結構，精心構建了面向物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程師的課程體系，如下頁圖1所示。

該課程體系由公共課程、學科基礎課程、專業(yè)核心課程、專業(yè)實踐課程與選修課程等幾大模塊構成。公共課程模塊旨在夯實基礎、拓寬口徑，注重加強科學精神和人文精神的貫通和融合，全面提升學生的思想道德素質(zhì)、科學文化素質(zhì)和身心素質(zhì)，滿足學生個性化學習需求，拓展學生知識面和綜合素質(zhì)，提升學生價值判斷、理性思考、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和藝術審美的能力。公共課程包括人文社會科學、公共藝術和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等課程。其中，學生參加學科競賽、科學研究、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目等課外創(chuàng)新實踐活動并取得相應成績可以沖抵創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程學分。

學科基礎課程模塊由相關學科基礎課程組成，以學生學習相關學科的基礎知識為目標，課程內(nèi)容強調(diào)基礎性、適應性，旨在落實“厚基礎、寬口徑”的培養(yǎng)要求。其中，電路與電子技術涉及電路分析、模擬電子技術、數(shù)字電子技術和高頻電子線路等課程。

專業(yè)核心課程模塊是為反映各專業(yè)特點和人才培養(yǎng)職業(yè)定位而設置的既相對獨立又能夠形成有機整體的課程組。我們發(fā)現(xiàn)，該模塊中的軟件工程、分布式系統(tǒng)、軟件體系結構、NB-IoT和云計算等課程往往容易被忽視。

專業(yè)實踐課程模塊包括獨立設置的實驗課程、課程設計、見習、專業(yè)實習、畢業(yè)設計以及電子工藝實習等。比如，可以開設物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)綜合實訓獨立實驗課程。專業(yè)選修課程是根據(jù)專業(yè)特點和社會需求，為發(fā)展和滿足各專業(yè)學生個性、興趣、愛好與特長，加深學生對專業(yè)特定領域的了解，提升其相應專業(yè)能力而開設的課程。

六、結束語

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程師需要具備計算機、通信與電子等相關學科的基本理論、基本技能和基本方法，需要掌握物聯(lián)網(wǎng)感知、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸與物聯(lián)網(wǎng)信息處理等技術，需要具備計算思維能力、算法設計與分析能力、程序設計與實現(xiàn)能力、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)認知能力、設計能力和應用能力[7]。本文主要探討了面向企業(yè)需求的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系，重點構建了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程師所需知識的課程體系。針對物聯(lián)網(wǎng)軟硬件等其他類型工程師，可以在專業(yè)核心課程、專業(yè)實踐課程兩個模塊的基礎上增加相應的課程。

參考文獻：

[1]“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，[EB/OL].[2018-4-30].http：//www.gov.cn/zhengce/content/2016-12/19/content_5150090.htm

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[3]沃達豐.2017-2018沃達豐物聯(lián)網(wǎng)市場晴雨表[EB/OL].[2018-3-29].https：//max.book118.com/html/2017/1103/138738373.shtm

[4]桂小林.物聯(lián)網(wǎng)技術導論[M]，清華大學出版社，2012.

[5]教育部高等學校計算機科學與技術專業(yè)教學指導分委員會，高等學校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報告暨專業(yè)規(guī)范（試行）[M]，機械工業(yè)出版社，2012.

[6]物聯(lián)網(wǎng)智庫.物聯(lián)網(wǎng)公司究竟青睞什么樣的人才？[EB/OL].[2018-3-29].http：//www.yxtvg.com/toutiao/18925/20180323A17VNH00.html

[7]張其林，項東升，徐德剛.物聯(lián)網(wǎng)工程應用型人才培養(yǎng)質(zhì)量標準的構建，計算機教育，2018，（4）：35-38.