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真心地感兴趣
在你考虑是不是要成为下一个“乔布斯”之前,第一需要思考的问题是:你是否真心喜欢这个行业,是否愿意长时间不跳槽。这个领域,人们常常只看到它光影十色、绚烂夺目的一面,而技术更新周期极短、竞争异常激烈、工作内容枯燥、繁琐的一面,却常常被忽视。如果你只是满足于完成工作任务,那么你早晚会被此行业淘汰。这个行业需要精益求精、不断革新,这样的特点便决定了从业者必须在繁重的工作之余,也需不停地学习才能保证不被淘汰,才能实现长足的进步。因此,拥有浓厚的兴趣是从事该行业的最重要动力。
基础知识要扎实
夜上海论坛 这是个有“门槛”的领域,从最新的几大网络职业来看,无论是技术研发类工作,还是营销服务类工作,都要求掌握该细分领域中所涉及的相关理论知识和应用技术。据该领域中的HR表示,专业人才是稀缺资源,不少应聘者连基础知识都掌握得不够扎实,即使勉强留用,日后碰上稍复杂的工作任务,效率立马就降下来了。因为他需要不停地百度,不停地冥思苦想才能推进工作,这样很让人头疼。所以,即使绝世武功,也需要从扎马步、练架势开始,不能好高骛远丢了“根本”。
专业度要精深
IBM某程序开发工程师在自我总结中说,和所有迫切希望成为专家的新人一样,想快速积累经验和技术,会花很多时间关注所有行业内的新信息和新技术。但工作时间长了,才知道只有围绕工作重点开展的学习才是最有效的。例如,手机应用程序开发包括:IOS应用开发、安卓应用开发、JAVA应用程序开发、C++应用程序开发等大家耳熟能详的类别,做手机应用程序开发的人,大多知道其中一两个类别,但都不够专业。很多人都是在一个类别上遇到瓶颈和技术难关后,便转向学习其他,逃避技术延伸学习方面的困难。
夜上海论坛 建立自己的业内社交圈
想要获得长足的发展,光有技术上的积累还不够。一个人的眼界有限,很多时候也需要和经验十足的前辈或同行进行交流,从中找到解决问题的办法。因此建立自己的工作社交网络十分重要。在“新陈代谢”速度极快的领域中,与专业人士、圈内人士的沟通就变得不可或缺,保持一定的频率的信息交流和互换,能有效地帮你提高解决问题的效率、拓展解决问题的思路,对你了解业内动态和前沿信息方面也十分有益。
关键词:物联网工程;TCP/IP协议;教学模式;应用驱动
夜上海论坛 近年来,物联网(Intemet of Things)受到国内外工业界和教育界的重点关注。物联网的概念由美国麻省理工学院于1999年提出,主要通过射频识别(RFID)技术、无线传感器、激光扫描仪、全球定位系统等信息传输设备,按照无线传输协议,将物品连接到互联网进行信息传输,从而实现“物物相连”的应用目标。与传统互联网不同,物联网更强调全面感知,即通过RFID、无线传感器等感知体采集信息,同时通过无线网络进行可靠传输,智能处理捕获的信息,真正实现物与物的沟通。物联网被认为是继计算机、互联网、移动通信之后的新一代信息产业化浪潮,深刻影响着人们的生活、工作方式,目前已在智能家居、环境监测、工业监控等领域成功应用。
在教育部首批战略性新兴产业相关本科新专业中,物联网工程相关专业建设是信息技术与社会需求发展的必然要求,同时为计算机教育和计算机应用型人才培养提供了新的方向。该专业旨在培养能系统掌握物联网相关理论和技能,具备通信、网络、传感技术等专业知识的高级工程技术人才。截止到2012年秋,全国经教育部批准开设物联网工程专业的本科院校有135所。目前,物联网工程相关专业的课程设置、培养模式、实验配置、教材建设等内容尚处于探索和完善阶段,同时,物联网技术领域需要的从业人员数量急剧上升。
夜上海论坛 由于在技术特点方面,物联网是互联网、无线网络、嵌入式软件、传感器技术的集成和整合,重点涉及高频技术和通信协议栈等核心技术,对从业人员的知识储备和实践能力要求较高。但目前,国内相关专业多专注于单项技术的培育,对上述多种技术的聚合存在较大欠缺,需要根据物联网技术的特点,对其课程内容进行升级和扩容。
TCP/IP协议分析是计算机网络、通信相关专业的专业课,也是物联网工程专业的核心课程之一。作为计算机网络原理的后续课程,该课程侧重于讲述TCP/IP协议族的基本原理和核心技术,使学生对网络互连的原理有更深刻的认识。对于物联网,核心技术已由传统的互联网转向无线网络和无线通信,如zigBee无线网络协议和IPv6协议。因此,对于物联网工程专业,TCP/IP协议分析不仅要讲述经典TCP/IP协议,更要侧重物联网环境下的无线网络协议。显然,要对TCP/IP协议分析的教学模式进行改革,使其满足物联网工程专业的培养需要。
夜上海论坛 1、教学现状分析
夜上海论坛 TCPflP协议分析的主体是对TCP/IP协议族中各层协议的详细介绍,增强学生对TCP/IP协议复杂机理的直观理解。根据作者实践教学总结,目前该课程存在如下问题。
1.1 授课内容偏重理论,与先期课程重叠过多
夜上海论坛 TCP/IP协议分析的核心是TCP/IP 4层模型及相关通信方式、时序等规则,一定程度上与计算机网络原理课程重复,单纯的理论阐述会导致学生失去兴趣。此外,抽象讲解各种协议的实现细节容易重复,如每个协议的组成部分几乎一致,简单重复很容易使学生感觉枯燥。
夜上海论坛 1.2 教学内容单一,缺少源代码分析
通过分析TCP/IP的源代码,有助于观察协议实现细节,深化对协议的理解,提高网络编程与内核开发技能,使学生具备根据需求修改协议栈的基本能力。然而,在实践教学中我们发现,绝大多数TCP/IP协议分析教材集中于对协议的抽象分解,如采用示意图的方式描述帧的封装过程,在实验教学中多采用数据包捕获软件分析协议的运行机理。这样无法使学生真正理解网络协议,将实际网络协议的修改和应用与源码的实现细节进行有效结合,造成理论与实践应用脱节。以帧的封装为例,Linux下数据包的统一数据结构为“struct sk_buff”,所谓的封装和解封是该结构体中头尾2个指针的移动,这个机制简单,但充满了技巧,如果不阅读源代码,理论和应用之间始终存在隔阂。对于已经引入Linux TCP/IP协议栈源代码的教师来说,如何有效组织上万行的协议栈源代码是重要问题。在教学中抽取出具有代表性的代码段,需要根据不同学生的基础条件反复凝练,还要兼顾学生的学习热情,激发自主学习意识。
1.3 几乎不涉及无线网络理论的讲授
现行教材几乎全部以经典IPv4为授课内容,部分教材扩展到IPv6,对网络层以下涉及甚少,基本默认以IEEE 802,3标准(以太网)为例阐述。而在近些年的实际应用中,无线网越来越成为业界的技术亮点,各种成熟的网络产品纷纷延伸至无线网平台。无线网标准主要以IEEE 802.11和802.15为代表,在实现细节以及协议规则方面与以太网有较大差别,为提高传输效率,在网络层和传输层需要有相应的改变。通用的IP和TCP协议显得过于冗余且针对性不强,无法应对无线网高容量、短延时、低速率的应用需求。这就决定了现有教学内容无法直接应用于物联网工程专业。同时,现有的绝大多数实验组网设备不适宜无线网络架构,因此,无法提供这方面的实验平台。此外,无论是经典的LinuxTCP/IP代码分析,还是无线网络协议的理论学习,均缺乏相应的操作性强的实验指导教材,这也不利于学生的学习和理解。
2、教学模式改革
依照物联网工程专业的培养目标,TCP/IP协议分析课程改革遵循“应用为先导、工程为特色、实践能力为培养重点”的教学理念,按照如下思路进行实践。
夜上海论坛 2,1 应用驱动型的启发式教学模式
夜上海论坛 根据物联网的应用特点,明确“TCP/IP协议分析”课程以应用为驱动,促进学生从应用的角度学习。教师有意识地根据物联网不同的技术需求,引导学生对经典的TCP/IP协议知识进行重构,从而培养富有探索精神的思维模式和创新精神。
夜上海论坛 在具体教学中,以Linux协议栈代码分析为主,TCP/IP协议的大多数原理在先导课程“计算机网络原理”中已经教过,所以课堂教学一半时间讲述理论细节,其余时间辅以代码分析。例如,Linux平台下“struct sk buff”作为数据包的统一结构体,涵盖了经典协议栈里的诸多选项,此时,我们除了引导学生对代码进行分析外,还应启发学生思考如何删减和添加哪些选项,才能保证实现无线网络高容量、短延时等应用要求。然后以ZigBee协议为代表,抽选出该协议下的帧结构以及相应的实现代码,并以此展开ZigBee协议的若干细节,比如NPDU中载荷选项的构成、序列信息的作用以及半径域选项的意义。通过对比学习,学生们可以轻松地过渡到物联网技术氛围。又如,Linux平台下传输层的主要实现函数为“tcp v4 do rcv( )”,主要工作是遍历后备队列链表,将合适的数据包添加至完成队列,并作校验。教师除了带领学生对此函数进行详细分析外,还要指出zigBee协议中传输层功能很小,甚至已经合并到网络层,引导学生思考原因,以及哪些功能可以保留,哪些是冗余,并对比经典TCP协议的滑动窗口机制,分析物联网应用环境下应如何实现拥塞控制。再如,在经典TCP/IP协议中,路由是IP层的核心功能,常用的路由协议如OSPF、RIP等多考虑广域网的情况,但在物联网应用中,这些协议显然都不适合。此时我们引导学生思考,如何通过在路由选择格式、地址转换计算、算法的实时性、安全性等方面的调整,以指定适宜短距离无线通信的路由选择协议。尽管一两节课的时间不足以将改进的细节讨论完善,但通过这样的学习,使学生既达到了掌握经典TCP/IP协议理论的目的,也明白了物联网与常用网络协议的异同,为课下自学以及后续课程的学习打下良好的基础。
2.2 理论与工程产品相结合的教学方法
TCP/IP协议内容庞杂,涵盖面广,协议细节繁琐,根据教学实践,如果直接照本宣科,学生容易厌倦,教学效果不好。对于物联网工程专业的学生,我们在授课时加入了大量的无线网络理论,加大IPv6讲授部分,这些内容在“计算机网络原理”课程中一笔带过,实践中学生的反响非常强烈,听课兴趣明显增加。例如在网络层的授课内容中,我们加入了配置无线网网关的内容,首先从实际无线路由的网关配置演示,扩展到zigBee无线网关协议转换的实现,并给出了无线网关射频部分(物理层)接收到数据报文后进行有效载荷等选项的格式转换细节,直到最终交由802.3以太网网卡处理。数据最终还是返回到熟悉的以太网,但学生对无线网关的数据传输原理有了更深入的理解。
夜上海论坛 此外,我们在教学中增加了物联网相关工具箱的应用。目前主要使用ZigBee工具箱做教学对象。由于现在主流ZigBee工具箱体积小、便于携带,且都具备在线调试功能,因此很容易在课堂进行变量观察,对上述新添加的无线网的理论进行实时验证。同时,工具箱大多配备图形、汉字LCD显示器和各类语音接口,便于学生直观感受。此外,zigBee工具箱大多开放源代码,理论授课完全可以伴随代码分析。理论讲授、工具箱验证、代码分析构成了我们教学方法的“三重奏”。
夜上海论坛 2.3 仿真软件与编程实践相结合的教学手段
夜上海论坛 由于物联网系统需要配备多个传感器、无线网关和终端,设备成本较高,因此可采用以仿真软件为主的教学手段。目前我们主要采用NS2软件,可以方便地设定各类通信环境和不同的区域网络类型,构建虚拟的无线与有线耦合的通信网络模型,可以观察不同协议的运作流程。例如,我们采用NS2仿真zigBee协议体系中树形路由的分布式地址分配方式,构造了不同类型的无线网络节点接入方式,并可以得到直观的性能分析定量数据。基础实验以数据包捕获软件为主,这类软件有助于学生直观地了解协议实现细节,不用在开始就纠缠具体的代码。目前我们实验主要采用的是锐捷公司的协议分析器,界面简单直观,所支持的协议类型全面。此外,我们推荐学生在课余学习中使用Sniffer软件,这也是一款轻量级的捕获软件,便于安装在学生电脑中。
夜上海论坛 显然,单纯的捕获并分析数据包只能从宏观角度理解网络协议的原理,如想与物联网的应用性接轨,则应在实验教学中适当引入网络编程。这里的网络编程并不是指内核(协议栈)开发,而是指从应用层编程人手模拟部分协议。由于Linux内核编程的基础知识要求较多,而LinuxSocket编程易学易用,因此我们在教学中引入后者作为实验技术。例如,讲完ICMP协议后,我们会在课堂上讲授基于Linux c的ping程序的主干代码,然后在实验中根据无线网关和无线地址分配的机理,要求学生进行相应的修改。又如,讲完TCP的ACK、RST、SYN等报文格式后,我们利用Linux c编写端口扫描程序,并指导学生进行调试。引入Linux c网络编程的直接好处是,学生不再认为TCP8P协议分析是纯理论,产生了浓厚的学习兴趣,同时Linux c编程能力也得到了很好的锻炼。
3、结语
目前,物联网工程专业的课程建设尚处于起步和摸索阶段。对于该专业的每门课程都要以物联网本身的技术特点和应用需求作为导向,进行教学模式调整,这样才有助于实现该专业的培养目标。作为该专业的核心课程,TCPhP协议分析在今后的教学中不仅要完成经典网络协议原理的讲授,更要考虑无线网络的特殊需求以及对学生实践能力的培养。
参考文献:
[1]冯翔,姜鑫,昊永和,物联网教育应用的标准建设研究[J],华东师范大学学报;自然科学版,2012(2):42-51。
1 课程安排及体系建设
夜上海论坛 目前物联网专业采用传统的人才培养机制与策略,迫切需要我们深入研究专业及学生的特点,建立符合应用型本科院校发展需求的物联网工程专业人才培养模式以及相关课程内容体系[4]。物联网工程专业应用技术型人才的培养目标是掌握电子信息工程相关知识、无线、有限网络的通信传输、传感器技术、视频数据采集、射频技术、应用软件开发与数据处理等相关学科,同时能熟悉使用工作中经常使用的开发软件,具备良好的职业道德和修养,以及健全的人格。同时,应用型物联网工程教育必须从物联网工程专业定位、人才培养目标、课程设置、师资队伍、实验实训条件等方面进行研究,这样才能培养适合物联网产业发展的应用型技术人才[5]。
应用技术型的人才培养目标,首要解决的问题就是培养学生的学习兴趣和爱好,激发其积极投入到学习实践中去,从而提高学生的动手实践能力。以往我们的人才培养方案参照研究性大学的人才培养方案来教学生、培养学生,课堂效果反应极差,学生不愿意学,课程参与度低,旷课、上课睡觉、玩手机的现象尤为严重,学生对枯燥的理论学习极为反感,平时布置的作业相互抄袭的现象尤为严重。出现这样的现象,不能单单批评学生,其实我们更多的是应该去考虑,学院的教育和培养方式上是否因材施教了,是否我们的采取的教育方式、方法和手段不适合我们目前所授课的对象,因此在制定物联网工程专业的人才培养模式及课程体系的建设时应该特别要注意以上现象,这样才能制定出合理的、符合学院学生特点的人才培养模式。结合学院应用技术型大学的培养方向,重实践轻理论的目的,为了提高学生的动手实践能力、授课教师的理论联系实际的能力,同时服务地方经济建设,提出“赛教学训”四位一体的教学思路来制定该院物联网工程专业的人才培养方案和课程体系的建设。通过让学生参与各类型的竞赛、比赛项目,提高学生的动手实践能力、团队协调能力、沟通能力及组织能力。让其真正地体会理论知识的运用,通过实践活动,加深对理论知识的理解,从而能够在解决实际问题中,举一反三,会变通,提高自身独立解决问题的能力。通过竞赛活动,也让学生了解物联网行业目前的最新进展情况,每位学生结合自身的特点及情况,及时补充自身不足的知识点,从而为后续实习、就业奠定坚实的基础。竞赛的课题种类繁多,每位学生都能根据自己的喜好,选择相应的课题,通过课题的锻炼,培养了学生对本专业的热爱,进而激发学生学习的兴趣。兴趣往往是好的开始的一半,因此,在大学阶段,培养学生对专业的热爱也尤其重要,从而解决学生上课注意力不集中、旷课、迟到和玩手机的现象。因为通过竞赛的实践锻炼,上课的理论对学生而言不再是那么的空洞,而且学生也能带着竞赛中遇到的各类问题来到课堂,通过老师的讲解和答疑,进而能自己解决实际中遇到的各类问题,增强了自信心,提高了大家的学习氛围。同时,通过竞赛使同学们扩大了眼界,了解了同类院校学生的水平,找到自身的不足和优势,比赛获奖,对学生的鼓励也是非常巨大的。竞赛过程中往往是以一个团队组成,高年级学生与低年级的学生彼此之间也产生了促进作用,同时低年级的学生通过与学长的学习,深刻理解了各门功课的学习目标,了解各课程之间的联系,从而带动整个班级的学风建设。竞赛活动的参与和举办也推动了授课教师的课堂教学和实践教学。课堂教学的理论内容不再那么空洞和枯燥,教师往往能结合竞赛中遇到的题目或者课堂融入到教学过程中,从课堂反馈效果上看,学生非常喜欢这样的教学方式。因为教学的内容具体化、生活化、实际化了,学生容易理解老师的授课内容,同时也体会到所学专业在实际中的运用是如何体现的,给我们的日常生活带来了哪些便利,带来了哪些有意思的活动,学生就能参与到课堂的讨论中去,活跃了课堂气氛,提高了教学效果。尤其在每学期的课程设计、实训课程中,授课教师给出的模拟课题或者项目不再是虚构的,而是能贴近实际的,体现当前社会生活中的热点应用的。因为课题具备实用性,贴近目前物联网行业发展的现状,课题很容易吸引学生,这样学生就能积极地投入到课题的学习和锻炼当中,不再每次敷衍了事,认真地完成每个课题或者项目。学生也能通过课程设计、实训的项目中提高自身的动手实践能力,熟练使用项目中各种开发软件,加深对理论知识的理解,为今后的就业打下坚实的基础。授课教师也能通过带领学生组队参加竞赛活动,开拓了视野,扩大了知识面,了解目前物联网主流的应用,为今后课题教学丰富了内容。带领学生解决各类问题,也提高授课教师的实践能力,改进以往传统的教学方式和技巧,也为教师平时做科研活动增强了实力,也拉近了师生关系,对学生、教师都是共同提高达到双赢的局面。
2 赛教学训融合型人才培养实施过程
物联网工程专业是一个交叉学科,所学的知识紧密联系性非常大,因此,在制定人才培养方案的时候,要结合学生未来的职业岗位要求、人才培养的定位目标来制定大学4年的课程体系。本着学院应用技术型大学的大方向,在制定人才培养方案上,我们要求轻理论、重实践、知心合一,德才兼备,同时具备良好的职业道德,健康的心理,强健的体魄复合型人才。
物联网工程专业人才培养方案分为四大平台:通识平台;基础平台;专业平台;拓展平台。
夜上海论坛 (1)通识平台:要求具备一定的道德素养,具备相关的法律法規知识,了解一定的自然、人文、国防和哲学科学,做合格的社会主义接班人。
(2)基础平台:需要掌握高等数学、概率论、线性代数和复变函数等数学基础,为今后的科研创新打下坚实的基础;达到本科毕业要求的外语水平,能阅读、翻译英文文献,能进行简单的英语交流,为方便今后查阅外文技术文献;具备基本的电路知识基础,了解相关的实验原理和方案。
(3)专业平台:需要学生熟练掌握C语言或Java一门开发语言,能在社会生产实践中,能熟练使用开发工具,完成代码的编写、调试、测试和程序。数据传输的内容,需要学生掌握计算机网络、移动通信网络、WiFi、ZigBee、RFID等信息通信的理论知识;掌握传感器的相关知识;熟练使用Linux平台、嵌入式平台下的开发。
(4)拓展平台:学生综合素养的提高,要求学生毕业时修满6个学分即可。主要内容集中在这几个方面:哲学文化、音乐欣赏、创业过程管理、企业认知和管理、电子商务运作和食品营养与健康等课程,着重提高学生的综合素质能力。
夜上海论坛 关键词:物联网;导论;层次结构;教学内容
夜上海论坛 作者简介:吴治海(1981-),男,安徽亳州人,江南大学物联网工程学院,副教授。(江苏 无锡 214122)
夜上海论坛 基金项目:本文系江南大学本科教育教学改革研究项目“物联网新专业实验实践性环节设置策略研究”(项目编号:JGB2011057)、“物联网新专业人才培养与产业结合模式研究”(项目编号:JGB2011053)的研究成果。
中图分类号:G642.421 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)31-0070-02
最近几年,物联网(Internet of Things,IOT)概念的提出及其技术的飞速发展引起了世界各国的广泛关注,被称为继计算机与互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。为了能在这一技术领域占据重要位置,许多国家提出了相应的物联网发展战略。如美国的“智慧地球”、日本的“u-Japan”、韩国的“u-Korea”、欧盟的“欧盟物联网行动计划”、中国的“感知中国”等。发展物联网技术的基础与核心是培养物联网方向的专业人才,为此,国内各大高校相继开设了物联网工程专业并开始招收第一届本科生,如哈尔滨工业大学、华中科技大学、西北工业大学、北京科技大学、江南大学、南京邮电大学等。然而,物联网工程的新专业属性,决定其人才培养方案的制订、课程的设置以及教学方法的实施等,目前仍处于“摸着石头过河”的探索性阶段。但是,国内目前已开设物联网工程专业的大部分高校,都将“物联网技术导论”作为本专业的第一门课程,旨在向学生整体介绍物联网的概念、内涵、关键技术、发展现状以及主要应用等,以激发学生的学习兴趣,并使学生树立学习的信心。因此,“物联网技术导论”课程的讲授成功与否关系到物联网人才培养的质量,进而影响到中国物联网技术发展的进程。
夜上海论坛 一、物联网的概念及内在层次结构
夜上海论坛 目前,关于物联网的定义有多种,但是被大多数学者认同的一个定义为:物联网,即通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、气体感应器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息的交换与通讯,以实现智能化的识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。简而言之,物联网就是“物物相连的互联网”。使用通俗的语言,可以这样表述物联网的内涵:使用传感器获取物理对象的信息、使用网络传输信息、使用计算机处理信息、使用控制器设计反馈控制策略、利用执行器对物理对象进行控制与管理等各类操作。由此可以绘制出物联网中的信息流(如图1所示)。因此,从控制学科的角度来说,物联网是一个典型的网络化控制系统(Networked Control Systems,NCS)。从物联网的定义以及图1中展示的物联网中的信息流向,可以概括出物联网的层次结构:感知层、网络层、处理层与控制层(如图2所示)。其每层的功能分别为信息的获取、信息的传输、信息的处理与信息的反馈。这四层结构的划分是对传统的物联网三层结构,即感知层、网络层与应用层的进一步细分,本质上是一致的。从这四层结构的划分不难看出,物联网技术涉及信息技术领域的四大一级学科,即电子科学与技术、信息与通信工程、计算机科学与技术以及控制科学与工程。因此物联网是一个多学科交叉的技术,这使得物联网的内容极为丰富。但另一方面,这种交叉性也增加了“物联网技术导论”课程的讲课难度,对教师的专业素质提出了更高的要求。因此,如何选择讲课的重点,既让学生感受到物联网技术的重要性,激发他们的学习兴趣,又使他们面对繁杂的内容而不畏惧,树立学好物联网技术的信心,具有重要的意义。
夜上海论坛 二、“物联网技术导论” 教学内容选择
目前国内已出版发行的“物联网技术导论”教材有十多本。[1-12]通过浏览这些教材的目录,不难发现物联网内容极其庞杂,主要涉及传感器技术、无线传感器网络、射频识别技术、短距离无线通信技术、远程通信技术、无线单片机、嵌入式系统、云计算技术、机器学习、模式识别、数据挖掘、智能信息处理技术、物联网控制技术、物联网安全技术、物联网技术标准、物联网应用等。依据物联网的四层结构,可以将上述内容进行如下层次归类:感知层包括传感器技术、无线传感器网络与射频识别技术;网络层包括短距离无线通信技术与远程通信技术;处理层包括云计算技术、机器学习、模式识别与数据挖掘;控制层包括物联网控制技术;物联网安全技术、物联网技术标准与物联网应用横跨物联网的四层结构。但另一方面,作为一门导论课,一般来说讲课时间会限制在20课时以内。试图在较短的时间内把上述内容完全彻底讲一遍是不现实的,因此需要选择重点内容进行讲解,目标是让学生对物联网的整体架构、关键技术有一个整体上的清晰认识。那么如何选择主要内容呢?以江南大学已经实施两年的“物联网技术导论”课程教学方案为例,结合物联网的四层结构,来分配每讲的主要内容。目前江南大学“物联网技术导论”课为16课时,除去最后一次考核占用的2课时,还有7讲14课时。下面,结合物联网的四层内在结构,详细叙述每讲的主要内容。
第一讲——绪论。介绍物联网的基本定义、内在结构、研究现状、发展动态、主要应用领域。重点讲解物联网的基本定义与内在结构,讲解时应播放一段物联网应用案例的视频,增加学生对物联网内在结构的整体认识。
夜上海论坛 第二讲——感知层技术一。介绍智能传感器技术,包括传感器技术、微控制器接口、无线单片机、嵌入式系统。重点介绍传感器工作原理、比较CC2430和CC2530功能差异、嵌入式智能传感器的一般结构、标准接口与串行接口。
夜上海论坛 第三讲——感知层技术二。介绍无线传感器网络。由于无线传感器网络具备了一个简单的物联网系统的架构,对本讲内容的讲解可以大大提高学生对物联网内在结构的认识。主要讲授无线传感器网络的定义、体系结构、特征、协议栈结构、主要支撑技术,如定位技术、时间同步、数据融合、安全技术等。可以结合无线传感器网络在智能农业当中的应用来讲解本部分内容。
第四讲——感知层技术三。介绍射频识别技术。由于射频识别技术也具备了一个简单的物联网系统的架构,所以对本章内容的讲解可以进一步增强学生对物联网内在结构的认识。主要讲解射频识别的组成、分类、工作原理、技术标准、与传统自动识别技术的区别以及安全问题。可以结合射频识别技术在门禁系统当中的应用来讲解本部分内容。
第五讲——网络层技术。介绍短距离无线通信技术和远程通信技术。重点介绍Zigbee技术、WiFi技术、蓝牙技术、超宽带技术和3G无线远程通信技术,简单介绍多路访问技术和多路复用技术。应结合具体的应用来讲解Zigbee技术、WiFi技术和蓝牙技术。
第六讲——处理层技术。主要介绍云计算技术、机器学习、模式识别与数据挖掘。重点介绍它们的含义、基本结构和主要方法。在介绍基本结构时应画出结构方图,使其技术原理清晰明了。
第七讲——控制层技术。重点介绍控制的思想,即反馈。可以结合具体的例子来讲解,如倒立摆的控制,让学生主观感受反馈的作用,但要避免复杂的数学公式。也可以适当介绍控制学科的前言问题,如网络化控制系统与多智能体系统,让学生深刻感受到控制技术在物联网技术当中的地位。
夜上海论坛 以上七讲基本包含了物联网技术的主要内容。通过这七讲的学习,学生基本上对物联网架构和关键技术有了一个整体上的认识。由于不同高校开设物联网工程专业的院系有所不同,教师的专业背景也有所不同。但是,确保学生正确认识物联网技术的一个基本要求是教师向学生完整地介绍物联网的四层结构。任何一层的缺失都将导致学生对物联网概念和内涵认识的不准确,影响其以后的学习效果。
三、结语
夜上海论坛 本文在阐述物联网内在层次结构的基础上,结合“物联网技术导论”课程课时短、内容多的特点,详细介绍了如何在有限的课时内分配主要的物联网技术的知识点。由于“物联网技术导论”是一门新的课程,目前还没有成熟的课程教学方案,因此,本专业的高校教师要善于结合自己的专业知识和教学经验,编写符合中国国情的“物联网技术导论”教材,探寻一条符合中国学生的“物联网技术导论”课程教学方法,进而培养出基础扎实、技术熟练的物联网专业人才,推动“感知中国”战略的进程。
参考文献:
夜上海论坛 [1]刘云浩.物联网导论[M].北京:科学出版社,2010.
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夜上海论坛 [4]张翼英,杨巨成,李晓卉.物联网导论[M].北京:中国水利水电出版社,2012.
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[7]桂小林.物联网技术导论[M].北京:清华大学出版社,2012.
夜上海论坛 [8]黄东军.物联网技术导论[M].北京:电子工业出版社,2012.
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[10]吴功宜,吴英.物联网工程导论[M].北京:机械工业出版社,
2012.
[11]暴建民.物联网技术与应用导论[M].北京:人民邮电出版社,
如何从计算机类网络工程与物联网工程这两个专业协同创新的角度构建网络管理的实践思维模式,是网络管理课程实践教学改革,亟需研究并解决的问题。尝试从信息哲学的角度探析该问题,应用信息哲学视角下的教育新范式,加强网络管理的基本信息理论教学,并通过信息哲学的方法论意义在信息-语义-智能的多维度立体化层面的启示,帮助相关专业本科生构建网络管理的实践思维模式,最终有利于从协同创新的角度推进网络管理课程的实践教学改革。
关键词:
网络管理实践;思维模式构建;信息哲学
1研究背景
作为计算机类网络工程专业与物联网工程专业网络管理与安全课程群的一门重要课程,网络管理课程旨在培养相关专业本科生的网络管理实践能力。依据《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》提出的“建立高校分类体系,实行分类管理”这一高等学校发展思路[1],作为一所地方工科院校,我校面向本科生稳步推进“721”梯级、分类、多元人才培养模式改革。按照这一改革思路,网络工程专业与物联网工程专业本科生的网络管理实践思维能力培养显得尤为重要。结合实际的教学经验,已提出以协议分析为导向的本科生网络管理能力培养模式[2]。然而,在将以协议分析为导向的本科生网络管理能力培养模式应用于网络工程专业与物联网工程专业的网络管理课程教学过程时,学生对网络管理的基本信息理论理解得不够透彻,不能很好地利用已有的网络管理数据模型进行具体应用开发。因此,如何从计算机类网络工程与物联网工程这两个专业协同创新的角度,构建相关专业本科生的网络管理实践思维模式,是亟需研究并解决的问题。
2本科生网络管理实践思维模式的构建
夜上海论坛 为了实现利用协议分析解决网络管理中的实际问题这一能力培养总体目标,将以协议分析为导向的类比教学法和发散教学法应用于计算机类网络工程与物联网工程这两个专业的网络管理课程教学中。经过教学实践,相关专业本科生的网络管理能力有了一定程度的提升。然而,在具体实施的过程中,仍存在一些问题,其中的主要问题在于学生对网络管理的基本信息理论理解得不够透彻,不能很好地利用已有的网络管理数据模型进行具体应用开发。因此,亟需推进网络管理课程的实践教学改革,从而更好地帮助本科生培养以协议分析为导向的网络管理实践能力。对于本科生而言,网络管理的基本信息理论学习主要在于递进地理解简单网络管理协议(SimpleNetworkManage-mentProtocol,SNMP)的抽象语法表示(AbstractSyntaxNota-tionOne,ASN.1)语言、管理信息结构(StructureofManage-mentInformation,SMI)、管理信息库(ManagementInformationBase,MIB)与MIB树。实际上,SNMPMIB属于网络管理信息理论中的数据模型,它是针对实现者的细节层次上的具体模型,而网络管理信息理论中的信息模型则是针对设计者和操作者的抽象层次上的概念级模型[3]。在网络管理信息理论中,相对于信息模型,数据模型定义在更低的抽象层次,包含许多的细节。它用于为实践者服务,包括许多针对具体实现与协议的构造。因此,在本科生网络管理课程实践教学过程中,应引导学生更多地关注于面向网络管理协议的数据模型与信息模型及相关应用开发。考虑到网络工程专业和物联网工程专业的本科生对网络管理信息理论的理解不够透彻这一目前存在的主要问题,在将以协议分析为导向的本科生网络管理能力培养模式应用于计算机类网络工程与物联网工程这两个专业时,尝试在信息哲学的视角下从这两个专业协同创新的角度构建网络管理的实践思维模式。
夜上海论坛 3信息哲学视角下的教育新范式
夜上海论坛 现代信息技术的快速发展直接或间接地引发了关于信息的哲学思考,而早在20世纪80年代,邬焜已提出,信息哲学是区别于所有其它哲学的一种元哲学或最高哲学[4]。牛津大学的弗洛里迪(L.Floridi)也提出信息哲学是一门成熟的学科这一基本论点。网络管理课程作为计算机类网络工程专业和物联网工程专业网络管理与安全课程群的一门核心课程,目前其教学过程占主导地位的仍然是网络管理技术能力方面的培养,而相关的信息模型和数据模型等基本信息理论由于理解上的困难,不容易引起本科生充分的重视,这将可能导致该课程的实践教学环节仍然停留在简单的验证和模仿层面,不利于培养本科生在实践过程中处理具体网络管理问题的综合分析能力。俄罗斯科学院信息科学问题研究所的康斯坦丁•科林指出,将信息科学作为基础科学和一般教育课程学习的新的科学原则,从而形成一个教育的新范式,其中的一个重要问题在于建立一个新的信息科学领域的前瞻性结构,以便于更好地适应现代科学和教育事业的发展潮流[5]。因此,通过借鉴对教育中信息科学的哲学问题的现有研究,考虑应用信息哲学视角下的教育新范式,加强网络管理相关的信息模型和数据模型等基本信息理论的培养,推进网络管理课程的实践教学改革,从而支持计算机类网络工程与物联网工程这两个专业的协同创新,进而尝试构建网络管理的实践思维模式,引导本科生在面临移动互联网和软件定义网络(Software-DefinedNetworking,SDN)等各种新型网络时,利用网络管理实践思维模式解决不同网络管理环境中的具体问题。
夜上海论坛 4信息哲学对构建网络管理实践思维模式的启示
与其它网络协议原理相比较,本科生在网络管理协议的实践过程中存在的主要难点在于,容易过分地依赖现有的SNMPMIB工具,却很少通过深入理解网络管理相关的信息模型和数据模型等基本信息理论,从而难以构建网络管理实践思维模式,进而无法针对不同的网络管理场景自主进行具体应用开发。考虑到这一实践教学难点,尝试利用信息哲学视角下的教育新范式探析相关专业本科生网络管理实践思维模式的构建问题,以帮助本科生更加深刻地理解ASN.1语言与SNMP的SMI和MIB的实质,进而实现网络管理课程在网络工程与物联网工程这两个专业的协同创新。在构建网络管理的实践思维模式时,不是将ASN.1、SMI和MIB这些语法知识简单地灌输给本科生,而是首先帮助本科生从网络管理信息模型的角度建立SNMPMIB的树型结构,进而从更高的抽象层次理解网络管理数据模型和信息模型等相关的基本信息理论。利用信息哲学的方法论意义,在网络管理的实践教学环节,将事实上的网络管理标准SNMP相关的ASN.1、SMI和MIB从网络管理工具和技术层面,推进到信息-语义-智能的多维度立体化层面,这将有利于本科生从融合的角度理解网络管理的信息理论等基本理论,从而更好地理解网络管理的自动化目标[6]。在信息层面上,信息哲学的创新方法论启发在网络管理课程的实践教学环节中应引导本科生进行SNMPMIB树的解析,这样网络管理的焦点集中于网络管理信息理论的数据模型上,进而在语义层面上,网络管理数据模型包含各种被管对象,通过SNMP获取管理信息,在实践过程中引导本科生理解这些管理信息的具体含义,依据SNMP的SMI,由MIB被管对象的DESCRIPTION部分阐明,最终在智能层面上,面向网络管理的自动化目标,引导本科生通过实践教学环节分析网络管理信息之间的关联,为自动网络管理系统的设计与实现奠定基础,从而在信息-语义-智能的多维度立体化层面上构建网络管理的实践思维模式。更进一步,从网络工程与物联网工程这两个专业协同创新的角度,独立于具体实现与协议的构造,利用信息哲学的研究成果,整合计算机网络与物联网的网络管理信息理论体系,利用已有的网络管理协议应用程序编程接口(Ap-plicationProgrammingInterface,API)帮助本科生构建网络管理实践思维模式,通过构建的网络管理实践思维解决不同网络管理场景中的具体问题,以适应新型网络的管理需求,例如面向计算机网络、物联网、移动互联网和SDN的综合网络管理。给出信息哲学视角下计算机类网络工程专业与物联网工程专业在网络管理课程实践教学环节中的协同创新思路。从信息哲学的视角出发,计算机类网络工程专业与物联网工程专业在网络管理课程实践教学环节可以采用一种协同创新思路,以网络管理信息理论中针对设计者和操作者的抽象层次上的概念级模型———信息模型为核心,包括网络管理信息模型的定义、加载、解析与浏览。通过在实践教学环节利用已有的网络管理协议API帮助本科生构建网络管理实践思维模式,使其思维不局限于网络工程专业或物联网工程专业,从而在面临移动互联网和SDN等各种新型网络时,逐步具备解决新的网络管理实践问题的综合分析能力。
5结语
夜上海论坛 本文通过应用信息哲学视角下的教育新范式,加强网络管理相关的信息理论和数据模型等基本信息理论的教学,从而利用信息哲学的方法论意义在信息-语义-智能的多维度立体化层面的启示,帮助本科生构建网络管理的实践思维模式,最终旨在推进计算机类网络工程与物联网工程这两个专业在网络管理课程实践教学环节中的协同创新。
夜上海论坛 作者:徐慧 王春枝 叶志伟 宗欣露 单位:湖北工业大学计算机学院
参考文献:
[1]中华人民共和国教育部.国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)[Z].2010-07-29.
[2]徐慧,王春枝,陈宏伟,宗欣露.以协议分析为导向的本科生网络管理能力培养模式探讨[J].计算机教育,2013(14).
关键词:物联网工程;创新创业能力;创客实验室
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2017)17-0126-02
一、前言
物联网可以说是当今世界的一个发展潜力巨大的专业,对人类生产生活方式的转变起到了重要的作用。现在市场上我们能够见到各种各样的智能穿戴产品,眼镜、手套、衣服及鞋等这些智能穿戴设备功能齐全,可以不依赖智能手机就能独立进行工作,为人们的生活带来了极大的便利,因此智能穿戴技术在未来具有广阔的发展前景。在物联网工程中,对人才的需求不仅仅是理论方面,对于其实践能力的同样重视,因此在物联网工程专业人才培养的过程中应该着重培养学生的创新创业能力,提高其实践能力。
夜上海论坛 二、创客实验室
夜上海论坛 创客一词是源于英文单词“Maker”那种将创意努力转变为现实,但是却不以赢利为目的,来共同分享创意成果的人。创客们是一群具有着创意和实践能力的人才,具有着创客精神,通过成果共享来帮助更多的人。创客实验室是在信息技术时代,通过应用创新和技术进步而产生的共同产物,其具有着自己的工作室和加工车间,具有着极大的开放性,在这里创客可以将自己的创意变为现实,创客实验室的建设为创客们提供了一个新的空间,在这里能够轻松地将自己的创意转变为现实。在物联网工程专业,创客实验室的建立帮助物联网人才提供了更为广阔的平台,这些创客在一起能够相互之间进行创意的交流,对实验室的资源进行共享,同时还会有一些专业的教师进行指导。物联网工程专业创客实验室的建设改变了传统的学习方式,让物联网工程的学生将自己的理论转化为实践,人人都有动手学习的机会,通过自己的创造性思维来解决实际问题。在创客实验室,学生能够对自己的兴趣进行发展,对于应用型人才和复合型人才的培养有着重要的意义。
夜上海论坛 三、智能穿戴创客实验室建设的必要性
现在高校比较重视对学生创新能力的培养,这种创新教育是我国高等教育的主旋律,这种创新教育对于我国的经济发展有着重要的作用。在近几年,各大高校都在探索创新实验基地的建设,相继地涌现出了一些创新性的综合实验室,这些实验室以项目为载体,利用导师制,来对学生进行创新能力的培养。创客实验室的出现就是具有代表性的。在物联网工程中,建设智能穿戴创客实验室主要是对学生的创新、创业能力进行培养,想要进行创新、创业需要知识、能力以及一些意志品质,而智能穿戴创客实验室的建设就是为物联网工程专业的学生提供创新、创业的环境。物联网工程专业建设智能穿戴创客实验室主要是对教育理念的改变,将一些标准化的教学进行减少,尽量培养学生的个性发展,这是一种新的教学方式,对学生的创新和创造能力进行培养。在智能穿戴创客实验室中,学生作为创客成为实验室的主体,在物联网工程专业中,智能穿戴创客实验室不仅仅是为了培养学生的创新思维和创新意识,更是要培养学生的工程思维,在学习的过程中自己掌握学习的进度,提高自己解决问题的能力,这种实践能力的培养对于物联网工程专业的学生来说是有着极大的意义。这种创客实验室的教育方式已经在美国等发达国家引起了一种新的教育风潮,这也是培养科技创新人才的必须环境,在近几年我国的很多高校都先后建立了这种创客实验室,满足了很多爱好动手的同学,对我国科技创新人才的培养奠定了良好的基础。
夜上海论坛 四、物联网工程专业智能穿戴创客实验室的建设
夜上海论坛 针对物联网专业的智能穿戴创客实验室的建设必须结合物联网工程专业的特点来建设,培养的是应用型人才,而创新人才的培养应该放在物联网平台上来进行,在物联网实践教学平台中,利用具体的创客实验室平台建设如下:
1.完善实验室软硬件设施建设。物联网专业实验室的建设是在软硬件设备的基础上进行建设的,尤其是对于智能穿戴创客实验室的建设,更加需要投入资金,来完善一些必要的设备,例如智能穿戴(腕表)开发板、心电开发板、环境/运动感知开发板、蓝牙血压计、蓝牙血氧仪、蓝牙血糖仪、蓝牙体重秤等。这些设备的功能不同,有的是用来医疗保健、智能提醒、防水定位,而有的功能是负责娱乐、健身、信息共享等,想要培养物联网工程专业学生的创新创业能力,这些设备都是最基础的,在完善的软硬件设备的创客实验室中,学生能够自由地发挥自己的才华,将创新的思想转化为现实。
2.建立虚拟公司制度。物联网工程专业的教师可以对一些智能穿戴的企业或公司进行调查研究,根据企业内部的公司规章制度,在创客实验室中建立相应的规章制度体系,这样的模拟公司制度是为了让学生能够更好地适应当前市场发展的行情,对企业的要求更加了解。为了提高学生的创新创业能力,教师完全可以将物联网企业内部的运作流程应用到创客实验室中,同时对学生提出要求,为其提供一个设计方向,从一个物联网创新项目的创建到研发,最后投入运营进行操作,让学生了解物联网企业生命周期中的每一个具体的环节。制度是一个企业生存的原则,在智能穿戴创客实验室中,应该将实验室中的各项规章制度分为入驻、变更、运营、考核与奖励、退出、权力与义务等,如下图所示。
在虚拟公司规章制度下,学生要提高自己的创新创业的能力,利用智能穿戴创客实验室中的资源来进行创新研究,将生活中一些奇思妙想转化为现实,在这一过程中学生能够体验到创新的乐趣,对于其积极性的提高也是大有帮助。
3.校企合作,加强智能穿戴创客实验室建设。学生创新创业能力的提高离不开教师的引导,一些经验丰富的讲师就是学生前行路上的指明灯,学校可以通过与一些物联网企业共同合作的方式来加强智能穿戴创客实验室的建设。在创客实验室中,会有一些优质、成熟的项目,学校可以将这些项目交给物联网企业进行运营,而企业为学校提供一些经验丰富的工作人员,定期为学生进行指导,解答疑问,这些专业化的项目指导、项目推广、融资、投资、培育、孵化等持续性的服务,能够帮助其快速地成长,迈好创业的第一步。在校企合作的模式下,学校还可以为企业提供相应的人才,将一些优秀的学生送到企业的机构中,为企业的发展添油助力,也在一定程度上解决了学生的就业问题,是一种双赢的合作模式。
夜上海论坛 五、结束语
物联网工程专业智能穿戴创客实验室的建设将创新教育、体验教育等新思想结合在一起,基于学生好奇心和创造力的天性,给予了学生一个能够自由发挥自己的空间,对学生的工程思维也是一种培养,对高校物联网工程专业应用型、复合型人才的培养具有很大的现实意义。
参考文献:
[1]冯云霞.物联网专业实训教学模式探讨――以青岛科技大学物联网专业为例[J].计算机教育,2012,(21).
2月17日,中国政府网公布《国务院关于推进物联网有序健康发展的指导意见》,提出到2015年,突破一批核心技术,初步形成物联网产业体系。为实现目标,将加强财税政策扶持、完善投融资政策,鼓励金融资本、风险投资及民间资本投向物联网应用和产业发展。
物联网是新一代信息技术的高度集成和综合运用,具有渗透性强、带动作用大、综合效益好的特点,推进物联网的应用和发展,有利于促进生产生活和社会管理方式向智能化、精细化、网络化方向转变,对于提高国民经济和社会生活信息化水平,提升社会管理和公共服务水平,带动相关学科发展和技术创新能力增强,推动产业结构调整和发展方式转变具有重要意义。目前,在全球范围内物联网正处于起步发展阶段,物联网技术发展和产业应用具有广阔的前景和难得的机遇。我国在物联网技术研发、标准研制等方面已初步具备基础,但也存在关键核心技术有待突破、产业基础薄弱、网络信息安全存在潜在隐患等问题。
意见提出,到2015年,我国要实现物联网在节能环保、商贸流通、交通能源等经济社会重要领域的规模示范应用,突破一批核心技术,培育一批创新型中小企业,打造较完善的物联网产业链,初步形成满足物联网规模应用和产业化需求的标准体系,并建立健全物联网安全测评、风险评估、安全防范、应急处置等机制。
意见指出,将建立健全有利于物联网应用推广、创新激励、有序竞争的政策体系,抓紧推动制定完善信息安全与隐私保护等方面的法律法规。建立鼓励多元资本公平进入的市场准入机制。加快物联网相关标准、检测、认证等公共服务平台建设,完善支撑服务体系。加强知识产权保护,加快推进物联网相关专利布局。同时,将加强财税政策扶持,鼓励金融资本、风险投资及民间资本投向物联网应用和产业发展。
夜上海论坛 2012年,国家发改委联合其他部委在7个领域开展国家物联网重大应用示范工程,国家集装箱海铁联运物联网应用示范工程位列其中。该应用示范工程以现代物联网技术为支撑,加强集装箱海铁联运信息共享,提高业务协同水平和服务效能,建立铁路、水运业务衔接联动机制,实现了港口、铁路集装箱联运全过程物流信息的无缝衔接。
关键词:智慧林业;发展;指导
国家林业局印发《中国智慧林业发展指导意见》,这是深入贯彻落实党的十“新四化”和“五位一体”战略部署的重要举措,标志着我国林业信息化由“数字林业”步入了“智慧林业”发展的新阶段。
1 《指导意见》的系统规划及发展模式
《意见》系统诠释了智慧林业的内涵意义、基本思路、目标任务和推进策略。智慧林业将在数字林业的基础上,全面应用云计算、物联网、移动互联、大数据等新一代信息技术,使林业实现智慧感知、智慧管理、智慧服务。通过智慧林业建设,形成信息基础条件国际领先、生态管理与民生服务质量明显提高、林业产业结构与创新能力优化发展的模式,重塑林业系统管理机制,实现现代林业发展目标。
智慧林业提供了新的发展模式,推进信息技术与林业深度融合,助力林业生产和组织管理,对林业生产的各种要素实行数字化设计、智能化控制、科学化管理;对森林、湿地、沙地、生物多样性的现状、动态变化进行有效监管;对生态工程的实施效果进行全面、准确的分析评价;对林业产业结构进行优化升级、引导绿色消费、促进绿色增长;对林农群众提供全面及时的政策法规、科学技术、市场动态等信息服务。智慧林业推动了林业发展理念和发展模式的创新,为林业现代化奠定了基础。
夜上海论坛 2 《指导意见》的内容诠释
夜上海论坛 关键词:工程教育,物联网,实践教学
物联网是继计算机、互联网和移动通信之后的又一次信息产业浪潮,物联网产业已被正式列为国家重点发展的战略性新兴产业之一。面对国家战略性新兴产业发展的需要,教育部于2010年批准设置了物联网工程专业,到2015年为止,全国已有200多所本科高等学校开设了该专业,办学规模不断扩大[1]。中国石油大学(华东)自2011年起依托计算机专业设置物联网培养方向,并于2014年4月获批物联网工程新专业,在物联网专业人才的培养上积累了一定的经验。物联网工程作为工程应用型专业,如何科学的构建物联网专业实践教学体系是专业建设的核心内容之一[2],我校在这方面也做了很多探索与实践,取得较好的效果,为培养满足社会需求的高素质创新型物联网专业人才奠定了基础。
夜上海论坛 一、物联网专业实践教学体系现状
夜上海论坛 在物联网专业申请的筹备阶段,学校先后到北航、西交、武大、华中科技等十余所开设物联网专业的高校调研,并参加了2013年和2014年中国物联网大会等多个研讨会,与产业界和教育界相关人员做了较深入的交流。通过调研和交流发现,实践教学体系改革是物联网专业建设和教学改革中最关注的领域,由于是新设专业,很多高校都在摸索。目前,大多高校延续传统的“实践内容=实验+实习+毕业设计”实践教学体系,但构建时由于物联网专业新、对应产业链长、相关技术门类差异大,往往将实践环节分成零散的单元,各个实践环节在具体实施过程中目标偏向单一、手段缺乏创新,各个环节彼此独立,缺乏统一的协调和管理,不利于系统的培养学生实践能力和创新能力。
夜上海论坛 二、工程教育背景下的物联网专业实践教学体系
1.现代工程教育理念
现代工程教育理念起源于美国,它是伴随美国工程教育的变革历程而生成的一套完整的指导工程教育改革的理论体系[3]。现代工程教育理念非常强调工程实践训练在教育中的作用,是对工程教育从“科学模式”回归“工程模式”的重大变革。我国在《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》和《国家中长期人才发展规划纲要(2010-2020年)》中明确提出促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国,以现代工程教育理论为指导,培养造就创新能力强、适应社会经济发展需要的高质量各类型工程技术人才,为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务[4]。因此,在工程教育背景下,进行物联网专业实践教学体系构建是非常有必要和有意义的。本文针对现代工程教育的要求和物联网工程专业特点,结合专业培养目标要求,以强化综合能力和提高工程素质及创新能力为培养核心,探索物联网工程专业实践教学体系的构建。
夜上海论坛 2.物联网实践教学体系构建
夜上海论坛 实践教学涉及课程实验、课程设计、专业实习、创新训练、毕业设计等多个环节。这些环节按照层次又可划分为基本技能训练、综合实践和创新训练等,构成一个多维的整体。因此,在设计各实践环节内容时,应避免孤立存在,需整体规划,并明确各环节在人才培养目标中的作用,同时结合课外学科竞赛、学生创新团队等多种形式,构建一个系统性强的实践教学体系。要实现以上目标,关键是如何选择主线将各环节串联起来。在工程教育背景下,工程实训项目的实施在人才培养中起到关键作用,让学生在项目实施中加深对专业理论的学习,同时培养学生的创新精神和团队合作等方面的综合能力。因此,我校在建设物联网实践教学体系时,采用如下思路:构建实践教学体系首先结合专业特点,密切联系物联网产业,以工程实训项目为驱动,将项目实施作为主线,贯穿于课内外实践教学的全过程,各实践环节要为项目实施服务,这也符合国际工程教育界工程教育模式的特点。具体实施时,主要包含专业课程的课内实践体系顶层设计、课外学生竞赛和导师指导下的创新团队建设三个方面:
(1)重视专业课程的课内实践体系顶层设计,以实际工程项目的实施为主线,打破各课程实践环节界限,重组课程实验及课程设计内容,以项目为驱动设计课内实践环节。课内的实践环节是实践教学体系中的基础,也是关键的一环。课内实践环节包括专业课程实验、课程设计、实习等,在设计时,每门课程的实践环节不单纯为本课程服务,而是要站在项目实施的角度进行组织,重视各课程实践环节之间的贯通和融合。根据学生的认知特点和规律,依托物联网产业中完整的实际工程项目,以工程实训项目为主线,把项目实施过程中涉及的知识模块分解到各课程实践环节中。物联网技术具有鲜明的行业特征,可选择几个典型应用领域,如:智能家居、物流、智能交通、智慧油田等,结合现在实验条件,设计若干个大型综合性工程实训项目案例,把每个工程项目案例的实施按照物联网感知识别层、网络构建层(传输层)和应用层(管理服务和创新应用层)的知识体系结构划分成易于课程实践实施的多个模块,把这些模块分解到专业课程的实践环节中去,找到各模块与专业课程知识点之间的对应关系。这样学生能直接感受到所学知识在实际工作中的作用和地位,提高学生综合利用学习知识解决实际问题的能力,同时激发学习兴趣。
夜上海论坛 (2)依托各种课外科技竞赛,以工程实训项目为纽带,培养学生的自主创新能力。学科竞赛是在课堂教学的基础上,通过竞赛的形式对学生的综合素质和能力进行多方位考察的课外实践教学活动。倡导、组织学生参加各类课外学术科技竞赛,是物联网工程专业实践教学体系的重要组成部分。目前我校在这方面有比较好的氛围,但物联网工程专业作为新办专业,在具体实施中,可能会存在学生无成熟经验借鉴、对本专业内的学科竞赛不了解等问题,因此,在学院层次,搭建一个课外实践活动网络平台,并尝试通过社交网络、课外实践活动与课内综合实践类课程的融合等方式提高学生参与的积极性。针对学生普遍存在的课程负担重、对竞赛积极性不够等问题,可将课外竞赛与课内实践课融合。
夜上海论坛 (3)强化导师团队指导下的学生创新团队建设,鼓励学生参加教师科研项目。为培养学生创新能力、开阔学科视野,鼓励学生参加教师科研项目或科研项目转化的创新项目。由于本科学生知识水平有限、工程能力不强,他们的科技创新活动尤其是活动初期需要指导教师提供较多帮助。但在实际过程中,如果是一个学生创新团队只有一位教师指导,会在时间和精力上无法保证,挫伤学生的积极性,同时单个指导教师掌握的知识也存在局限性。因此,我们采用由多位教师和研究生组建导师团队,学生在自愿的前提下,结合兴趣点选择加入相应的导师团队,并按项目组建学生创新团队。创新团队的学生可直接参与到教师的科研课题中去,以科研项目为依托,将科研项目转化为学生实践项目,培养学生发现问题、提出问题、解决问题的能力,提高学生理论与实际相结合的实践能力和创新能力。参与科研课题,还能让学生及时了解学科的最新研究动向,并根据兴趣爱好尽早确定自己的研究方向。
三、实践效果
夜上海论坛 基于现代工程教育理念,中国石油大学(华东)在物联网方向的计算机专业学生以及物联网专业学生中进行了实践教学体系的构建探索,取得了明显的实践效果。比如物联网方向的计算机专业学生普遍具有较强的动手实践能力,参加各种学科竞赛及创新项目的积极性高涨。2011年至2014年期间,每年均有二十多名学生积极参加物联网设计、智能车和嵌入式设计大赛等各类竞赛,获国家级一、二等奖及山东省一等奖等十多项奖项。物联网新专业的学生虽然只处在低年级阶段,但专业兴趣浓厚,对新专业的认同感非常高,很多已提前进入专业课程的学习,为参与各自实践活动及课内外竞赛做准备。因此,基于现代工程教育理念探索物联网专业实践教学体系的构建是可行和有意义的。
参考文献
夜上海论坛 [1]吴韶波,李振华.物联网工程专业教学体系建设探讨[J].中国电力教育.2013.31(11):51-53
夜上海论坛 [2]马忠梅,孙娟,李奇.物联网工程专业课程体系与实践探讨[J].单片机与嵌入式系统应用.2011.18(11):1-4
[3]王淑芳,金涌.大工程观教育理念下工程教育课程体系与教学改革[J].化工高等教育.2011.9(01):13-19
关键词:校企合作;物联网工程;培养方案;现代学徒制
夜上海论坛 一、应用型人才培养校企合作的必要性
夜上海论坛 践行教育服务社会的理念,结合现有部分本科院校的转型方针,我校确定为应用性本科院校,物联网工程专业对人才培养的定位是培养适应我国现代化建设需要,掌握物联网专业的基本理论、基本知识和基本技能,具备传感和射频技术、通信技术、网络技术的专业知识,具有一定的创新意识,德、智、体、美全面发展,能在企事业单位从事物联网领域相关的技术研发、工程设计,工程应用系统的维护、管理、服务等岗位的应用型工程技术人才。
实践环节在总学分中高达30%以上。为了培养符合社会要求的应用型人才,落实培养方案,校企合作势在必行[1]。在合作理念上,按照“专业对接行业、实训扎根基地、科研结合产学、项目推进创新”的基本思路,广泛开展与企业的实质性对接;在合作原则上,坚持互惠共赢、优势互补、资源共享,整合校内外两种资源,提升合作实效;在合作机制上,建立导向机制,以就业为导向,把培养高素质应用型人才、服务社会作为首要任务。
夜上海论坛 二、校企合作的意义
(一)通过校企合作,共同确定专业人才培养目标。通过校企合作对培养规格进行准确定位,利于更好发挥培养目标在专业建设和教育教学中的目标牵引作用[1]。校企合作模式主要是共同制定人才培养方案和专业教学计划,共同开发课程,共建校内外实习实践基地和科研研发基地,共建专职老师与兼职老师相结合的双师结构教师队伍。让企业行业全程参与学校人才培养方案和计划的调整、优化,参与专业课程的研究与开发。产教融合,创新应用技术人才培养模式,把产教结合作为应用型人才培养模式改革的重要切入点,以此带动培养方案的建设与调整,引导课程设置、教学内容和教学方法改革,构建了“双主体”育人的人才培养模式。
夜上海论坛 (二)校企一体化培养“双师”结构教学团队。教学团队建设是培养既有高校教师资格的专业职称,又有职业资格和技能等级证书、较强实践操作能力的“双师”结构师资队伍。在开辟渠道和实现人员双向交流的基础上,为教师到企业见习锻炼、挂职实践、参与员工培训提供平台,也为聘请企业经验丰富的实践专家来学院兼课任课、当好实训实习指导教师、参与监控人才培养的教学过程和量化评价教学质量创造条件,建立教学团队的建设机制和素质提升机制。
夜上海论坛 (三)以就业为导向的课程设置,实施订单培养。企业可为学校提供实训基地和实训设备,并接受师生见习和实习,服务专业面向产业,也为学校面向社会推行“订单式”教育提供了基础。同时通过校企合作实行订单培养模式,根据企业需求实现订单培养,在企业、学生互选的前提下,签订定向培养协议;在确保通识教育、学科基础课程和学科专业课程教学的前提下,根据企业需求,安排企业急需专业理论课程或实践教学环节;在确保毕业生教学质量的前提下,将毕业实践与企业试用期打通,使学生尽快地融入企业生产。通过校企合作,增强专业建设与地方产业行业发展的契合度和依存度,提高专业对地方经济社会发展的参与度与贡献率。
夜上海论坛 三、现代学徒制校企合作方式探讨
夜上海论坛 (一)现代学徒制在校企合作的作用。现代学徒制在有些职业院校开始推广,是校企合作的一种方式,以培养学生为核心,以专业的课程为纽带,以学校的老师和企业工程师深人合作为支撑的人才培养模式。在实施的过程中改变了以往理论与企业具体的实践相脱节,理论知识与企业对人才要求能力相割裂、学校教学场所与项目实际开发实际情境相分离的局面,从而实现人才培养模式的一次改革。在人才培养的实践环节中实施实施现代学徒制,让学生采用学校与企业的交替式学习和项目开发,在学校学习理论知识,在企业接受培训,实现理论到实践,以解决实践的问题再来学习理论,提升了学生的就业能力。
夜上海论坛 (二)现代学徒制的意义。重要的意义有三个方面,一是根据学生的个性差异和对不同行业的熟悉程度,实现因材施教,学徒制是一种教师和学生就像师傅和徒弟一样,针对具体的实践问题面对面的教育指导的方式,从而加强了老师和学生的相互了解,实现了对学生的能力有针对性地培养和教育,有利于摸清学生的理论知识或实践薄弱环节,实现因材施教的针对性的培养。二是提高应用型本科高校学生学习的兴趣,学生部分时间在企业接受培训,边学习理论知识,边做项目,从而实现了
CDIO的教学方式,学生更有兴趣达到更好的效果。情景教学提高了学生学习的主动性,从被动者变成主动者,最大限度地参与学习过程,使学习的效果和学习的意愿达到最强。三是学生有较好的就业前景,通过学徒制培养,很多学生的理论水平和实践能力得到提高,在项目实践中自己的优势得到发挥,通过真实具体的项目使其学习更有指向性和社会性,为学生今后走向社会奠定了基础,在毕业时可以被与专业对口的企业录用。
(四)深化校企合作实施办法分析。依托湖北省或武汉市物联网重点产业和相关行业,通过准确定位实现校企合作,其校企共建物联网工程专业人才培养目标和规格流程图如图1所示。
(一)湖北物联网企业分析。湖北省物联网产业发展,创建了“智慧光谷”――“武汉・中国光谷物联网产业技术创新联盟”,成立武汉物联网联盟的宗旨,就是要加强产业链上下游的技术合作,以获得物联网关键技术突破,扩大物联网在湖北的推广应用,打造湖北省新的千亿元产业。结合武汉特大城市以及“两江多湖”的特点,启动智能交通、智能湖泊、智能城管、智能小区、智能电网、智能商贸、智能物流等物联网示范工程,通过建立物联网子系统,节约社会资源,提高工作效率和生活质量,减低碳排放,同时促进本地物联网企业发展壮大。通过示范工程探索完善的运作模式,形成长效运作机制,将武汉打造成国家物联网应用示范重点城市。分析企业的特点和用人需求,与相关企业建立良好的校企合作关系。
(二)实行“双导师制”。在学生入学后,尽量能为每个学生配备学校导师和企业导师,两个导师根据学生个性,对学生进行精雕细琢,培养学生的创造力;同时通过导师的言传身教,让学生学习做人做事的道理,导师制使教师、师傅和学生间交流频繁,更有利于学生的全面发展。学生的成绩评价由校企双方按照一定比例确定,学生在校期间的理论课学习成绩,由任课教师评价;在企业实习期间的成绩按照企业导师占60%,学校导师占40%的比例,实习期间的表现和实习结束后的效果都可以作为评价指标。
(三)教学时间安排。学生的学习是在企业中的实训和课堂上的学习有机结合,一般实行校企合作、工学结合的形式。以四年学制计算,学生2/3的时间在学校学习理论知识,1/3的时间在企业接受培训。采用大一到大三每学期20周,其中16周在学校学习理论知识和基本技能,4周在企业实习,大四一整年都在企业实习,学生在前三年的时间内在学校、企业进行“项目实训”或“轮岗实训”,最后一年到相关的企业进行“顶岗实习”,顶岗实习过程同时完成毕业设计。
(四)实习基地的建设。在校企合作的另一方面,企业要投入大量资金以提供足够先进的生产设备和实际训练所需的原材料,以供学生实践学习用,并且能够提供足够的岗位让学生实践,包括技术力量、实训设备、实训场地等;同时学校也为企业提供技术力量,人力和专业技术知识,共同推进产学研的结合,进一步加强校外实习实训基地建设,如增强校企联合,加强实习、实践教学基地建设。在坚持“产学研相结合”、“互惠互利、双向受益”的原则下,学校为基地企业解决生产问题,优先提供毕业生,企业为学校提供良好的实习教学基地。每个实习基地都聘请了本科以上学历,具有一定理论、实际工作经验的校外指导教师,同校内指导教师共同完成实践教、学任务,将课堂教学和实际工作有机结合,让学生在企业生产一线岗位接受职业指导和训练,了解职业有关的各种信息,加深对自己所学课程的认识,提高理论学习的主动性和积极性,有助于学生就业的选择。
四、总结
夜上海论坛 通过校企合作,共同确定专业人才培养目标,培养“双师” 结构教学团队,实施订单培养;在实践环节实施过程中引用现代学徒制,让学生采用学校与企业的交替式学习和项目开发,在学校学习理论知识,在企业接受培训,实现理论到实践,以解决实践的问题再来学习理论,提升了学生的就业能力;共建实习基地,产学研结合,深化校企合作。校企合作实现了应用新本科人才的培养。
参考文献:
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物联网将进入M3时代
“物联网真正要解决的问题在网络层,而不是感知层。”华为企业网络产品线路由器产品总经理李先银告诉记者,真正有意义的物联网不应该局限于M2M。除了设备之间的互联外,未来必然需要从云端形成一个强大的无处不在的网络,这样的网络应该是一个广域连接的矩阵(Matrix)形网络——M2M to Matrix(简称M3)。它不仅应解决M2M的问题,还应具备大范围联网的能力,支持长距离、跨区域的物物连接,并承载上层的应用。
过去,物联网对网络的要求主要是将信息收上来。但仅具有数据采集功能的物联网必然会缺失提供丰富服务的能力,其应用价值也会随之减半。所以随着物联网应用需求的复杂化,除了采集数据外,物联网所需要的网络还应该有能力将处理数据转化成控制命令或信息传送到感知层。李先银认为,在M3时代,传输层网络管道将显现出越来越重要的作用,让物物相连不再止步于M2M。而这种发展趋势,还会让路由器在物联网中成为至关重要的产品。
物联网跨越的行业及用户需求千差万别,不同的传感器往往有不同的网络制式。而互联网主要是传统TCP/IP网络,比物联网简单得多。物联网一边要适配多种制式终端的传感网络,一边还要与传统的互联网和移动通信网相连,实现物与网络之间的良好沟通,物物之间的良好沟通以及不同网络之间的良好沟通,是物联网发展过程中必须要面对的问题。
具备融合力的通信网关
夜上海论坛 关键词:物联网;农产品;质量追溯
项目资助:本文为黑龙江农垦总局软科学项目《物联网在黑龙江垦区绿色农产品质量追溯体系中的应用研究》(HNK125A-14-05);黑龙江农垦总局软科学项目《黑龙江垦区农产品物联网示范园区投入与产出预算评估》(HNK125A-14-14)
夜上海论坛 中图分类号:F32 文献标识码:A
收录日期:2015年1月26日
一、引言
夜上海论坛 物联网通过智能感知、识别技术与普适计算、泛在网络的综合应用,被称为继计算机、互联网之后的信息产业第三次浪潮,将是推动世界生产力变革的核心驱动力,是信息产业领域未来竞争的制高点。
夜上海论坛 1999年在美国召开的移动计算和网络国际会议首先提出物联网概念,定义是:把所有物品通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。会议构造了一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网,同时提出“物联网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇”。目前,很多发达国家一方面加大力度发展传感器节点核心芯片、嵌入式操作系统、智能计算等核心技术;另一方面加快标准制定和产业化进程,谋求在未来物联网的大规模发展及国际竞争中占据有利位置。美国已将物联网上升为国家创新战略的重点之一;欧盟制定了促进物联网发展的14点行动计划;日本的U-Japan计划将物联网作为四项重点战略领域之一;韩国的IT839战略将物联网作为三大基础建设重点之一。
夜上海论坛 当前智能农业、精准农业、以信息化带动农业现代化的发展不仅成为目前发达国家农业发展的新潮流,也成为我国提升农业生产、管理、交易、流通等各个环节的智能化程度的重要内容。近年来,我国的食品安全问题越来越复杂,每当发生食品质量安全事件,监管部门往往难以及时全面了解食品质量安全信息,更难以及时公布相关信息,阻碍了公众知情和社会监督。频频发生的食品质量安全事件危害公众健康,危及整个食品行业,使中国制造形象在世界范围内受到极大冲击。为此,我国已出台多项措施保证物联网建设和发展的快速进行。2010年物联网被写入我国《政府工作报告》,2011年《十二五规划》中明确提出重点支持物联网在工业、农业、流通业等领域的应用示范。通过物联网技术进行传统行业的升级改造,提升生产和经营运行效率,提升产品质量、技术含量和附加值,促进精细化管理,推动落实节能减排,强化安全保障能力。2011年农业部办公厅关于印发《全国农垦农产品质量追溯体系建设发展规划(2011-2015)》的通知,规划中提出了多层次追溯体系的要求,要求开发建设农产品生产信息网上填报系统和生产者信息跟踪系统,以满足不同生产主体建立追溯系统的需要,有效扩大了农产品质量安全监管范围。2012年7月31日国家发改委批复的7个国家物联网重大应用示范工程之一的国家重点食品质量安全追溯物联网应用示范工程项目已经启动。
黑龙江垦区位于世界闻名的黑土带上,是目前我国三大垦区之一,主要农产品有粮食、油料、甜菜、水果,肉类、牛奶、水产品。经过60年的开发建设,黑龙江垦区目前已建设成为我国最大的国有农场群,成为我国重要商品粮基地、粮食战略后备基地和全国最大的绿色、有机、无公害食品基地。因此,黑龙江省农产品质量安全追溯物联网应用建设对推动黑龙江省乃至全国的农业发展具有重大的意义。
二、物联网理论概述
夜上海论坛 所谓物联网,一般说来是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,将任何物品与互联网相连接,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术,其核心和基础仍然是“互联网技术”,但用户端可以延伸和扩展到任何物品和物品之间,进行信息交换和通讯。物联网技术具体包括以下几个方面:
夜上海论坛 (一)信息感知技术。超高频和微波RFID――开展芯片、天线、读写器、中间件和系统集成等技术协同攻关,实现超高频和微波RFID技术的整体提升;微型和智能传感器――面向物联网产业发展的需求,开展传感器敏感元件、微纳制造和智能系统集成等技术联合研发,实现传感器的新型化、小型化和智能化;位置感知――基于物联网重点应用领域,开展基带芯片、射频芯片、天线、导航电子地图软件等技术合作开发,实现导航模块的多模兼容、高性能、小型化和低成本。
(二)信息传输技术。无线传感器网络――开展传感器节点及操作系统、近距离无线通信协议、传感器网络组网等技术研究,开发出低功耗、高性能、适用范围广的无线传感网系统和产品。异构网络融合――加强无线传感器网络、移动通信网、互联网、专网等各种网络间相互融合技术的研发,实现异构网络的稳定、快捷、低成本融合。
(三)信息处理技术。海量数据存储――围绕重点应用行业,开展海量数据新型存储介质、网络存储、虚拟存储等技术的研发,实现海量数据存储的安全、稳定和可靠。数据挖掘――瞄准物联网产业发展重点领域,集中开展各种数据挖掘理论、模型和方法的研究,实现国产数据挖掘技术在物联网重点应用领域的全面推广;图像视频智能分析――结合经济和社会发展实际应用,有针对性地开展图像视频智能分析理论与方法的研究,实现图像视频智能分析软件在物联网市场的广泛应用。
夜上海论坛 (四)信息安全技术:构建“可管、可控、可信”的物联网安全体系架构,研究物联网安全等级保护和安全测评等关键技术,提升物联网信息安全保障水平。
夜上海论坛 三、构建黑龙江垦区绿色农产品质量追溯体系的意义
夜上海论坛 未来绿色农产品物联网整个市场规模能达到几千亿,绿色农产品市场需求为刚性并呈稳步上升态势。建立绿色农产品质量追溯体系可以大幅度提升产品的附加值,品牌建设可以使收益增加50%。除此之外,还可以降低20%的人力成本,25%的管理、物流、交易等成本,并能够节约水肥、提升产量和品质。这有利于解决绿色农产品质量的安全问题,打造黑龙江垦区绿色农产品知名品牌;建立一套信息可传递、质量可追踪、责任可追溯的农业物联网技术管理体系,满足农产品质量安全监管工作需要和消费者对绿色农产品的知情权要求;推进农业生产、管理和农产品流通的智能化、现代化、信息化。
(一)增加农产品附加值,保证农产品质量安全。我国食品质量安全问题近年频发,危及人民群众身体健康和和谐社会构建的全局,食品安全问题引起全社会的广泛关注,由此绿色农产品消费在中国逐步升温,绿色农产品受到消费者的普遍青睐。农产品生产企业、流通企业、加工企业质量管理信息系统的缺失,是产生农产品质量安全问题的根本原因之一。因此,基于物联网搭建农产品质量追溯管理信息系统,能提高生态农业园内部的管理效率,加强农业生产、加工、运输到销售等全流程数据共享与透明管理,实现农产品全流程可追溯,对提高农产品的品牌建设进而增加农产品附加值,保证农产品质量安全具有十分重大的意义。
(二)提供消费者决策依据,保证消费者利益。绿色农产品可追溯系统是指绿色农产品从原料到终端用户全过程中各种相关信息进行记录存储的质量保障系统,当出现绿色农产品质量问题时,可通过产品的身份标识快速有效地查询到出问题的环节,必要时进行产品召回,试试有针对性的惩罚措施。一般农产品消费具有典型的经验品特征,具有质量隐匿性、效用滞后性等特点。如何保证终端用户购买到放心绿色农产品,防止以次充好的农产品进入市场是保证消费者利益的关键。通过物联网追溯平台,给消费者在购买商品时提供更好的决策依据。
(三)壮大垦区龙头企业,培育国际品牌。黑龙江垦区位居世界三大黑土带之一的东北平原上,天然的地理优势有利于大规模开发绿色、有机农产品,农产品从种植到流通完全按照技术标准实行,成为全国最大的绿色农产品基地。规划建立从农田到餐桌的全程监管体系,实现标准化流程操作,推动绿色农产品的品牌价值是黑龙江垦区推进农业产业结构优化升级和品牌农产品及龙头企业发展的重要手段。规划利用物联网技术,为黑龙江垦区绿色食品增加RFID标签,建立对其生产流通全过程跟踪与监控,实现全过程的质量追溯体系,有利于黑龙江垦区的龙头企业通过技术提升产品质量,做大做强,培育绿色农产品的国际品牌。
(四)引领垦区现代农业发展,促进可持续发展。将科技网络应用到农业领域,移动嵌入式系统等技术在农业中的应用成为研究热点。作为信息产业的新技术,物联网对促进我国农业现代化的发展起到重要作用。为解决绿色农产品质量的安全问题,打造黑龙江垦区绿色农产品知名品牌,有必要建立一套信息可传递、质量可追踪、责任可追溯的农业物联网技术管理体系,该体系既可以满足农产品质量安全监管工作需要又可以满足消费者对绿色农产品的知情权要求。将物联网技术对于确保食品安全,建立绿色农产品质量追溯体系,引领垦区现代农业的发展,进而促进现代农业可持续发展有着重要意义。
关键词:物联网工程;学业导师;高校
中图分类号:G642.3 文献标识码:A 文章编号:1002-4107(2017)01-0029-02
夜上海论坛 随着物联网产业的发展和创新型社会战略的确立,如何在新时代背景下,加快人才培养的过程,提高人才培养质量,成为高校面临的一个现实的问题。作为新形势下的人才培养模式,学业导师制的引入为人才培养的多渠道、宽口径、重实践的要求提供了可行的选择。特别是专业导师的科研平台和科研课题的真实氛围的训练,弥补了传统学生培养模式在科研技能和专业发展上的不足。论文重点论述了学业导师制对科研创新人才培养的重要意义,并对其中的若干问题进行了分析。
一、学业导师制对新兴技术的前瞻引领
夜上海论坛 学业导师制引入的目的在于充分发挥学业导师专业技术上的优势,在这一过程中,学业导师的专业技能得到更深入的挖掘和运用,学生的科研技能得到进一步的训练,最终达到双赢,特别是对工科学生的实践技能培训和科研基本素养的养成具有重要的推动作用[1-2]。
夜上海论坛 (一)学业导师制对新技术的适应
夜上海论坛 学业导师制的引入是对新形势下新技术发展的准确把握和应用。专业导师独特的科研视角、扎实的科研基础、宽广的科研渠道,以及对科研动态的把握能力和对新技术的学习应用能力是创新型人才培养所急需关注和迫切需要的,学业导师制的引入,可以充分发挥学业导师的技术优势,通过创新平台建设,能够从源头上实现学生与新技术的对接,对于他们快速把握专业前沿、深入理解专业内涵、快速掌握新技术应用具有重要的意义。
(二)学业导师制是创新平台的主力
夜上海论坛 创新型人才培养是目前高校加快人才建设目标的主要途径和手段,在高校推行科技创新的过程中,一线专业教师承担着重要职责,是创新的主体。通过学业导师制,可以快速搭建人才创新培养的通道,为复合型人才培养提供成长的土壤与环境。加快创新平台建设,不仅需要资金和政策支持,更重要的是要充分利用学业导师的项目课题作为学生实践的实境平台,使学生在真实的科研氛围中快速提高创新水平[3-4]。
夜上海论坛 (三)学业导师对人才培养的推动
学业导师的引入对于加快创新人才培养的步伐具有决定性的影响,尽管高校在技术创新方面拥有得天独厚的优势,但是必须清楚人才培养是一个长期的复杂的过程,这就要求科研训练过程和创新培养的手段要提高效率,加快进度。在这一要求下,引入学业导师制,将学生的科研创新技能的培养直接划入创新平台的范围,充分发挥创新平台的育人优势,无疑对促进学生在短期内的快速成长具有举足轻重的作用。
二、物联网工程专业的特点
夜上海论坛 物联网专业人才培养是一个全新的课题,需要全新的思维,在目前的条件下实现新专业人才培养,必须充分重视专业前沿的深入研究,大力推进物联网工程专业的实践训练,切实增强学生的动手能力和创新能力。
(一)实践性
物联网工程专业与其他专业的最大不同在于其实践性的加大增强。众所周知,物联网的诞生就是实践累积的产物,特别是随着互联网技术和传感器技术的飞速发展,以及它们在行业应用中的深入实践,其为物联网技术的诞生与发展提供了极其深厚的基础背景。纵观物联网技术,其发展脉络与工程实践的路径不无重叠,特别重视实践及基本技能的锻炼。学生不仅需要掌握专业的能力理论知识,更需要具备将掌握的知识熟练应用在实践中。
(二)应用性
物联网工程专业应用面宽是一个不争的事实。传统诸行业均可以成为物联网的应用环境,无疑为物联网工程专业人才的技术视野提出更高的要求。他们不仅需要掌握理论知识、应用技能,更要求能够快速针对行业应用提出解决方案和实施细则,物联网专业应用的复杂性、进度的紧迫性、问题的现场性、解决法案的多样性均对物联网工程专业人才的培养提出新要求[5-6]。
(三)创新性
物联网工程专业特别强调创新,其应用领域的宽泛性决定了具体的方案没有现成的章法可循,必须针对具体问题进行实际分析,要求专业人才必须具备扎实的现场处理能力,特别是针对新问题的创新应用能力,这是其他专业所不具备的。物联网工程专业本身是一个日新月异的朝阳专业,其发展的速度之迅猛、覆盖行业之全面、专业知识之宽广是专业人才必须深入领会的。
夜上海论坛 三、学业导师制下的物联网工程专业人才培养路径
夜上海论坛 物联网工程专业的复杂性和宽泛性为该专业人才培养提出了全新的目标。物联网专业人才培养不能因循旧路,故步自封,必须开拓新途径、充分调动现有的资源优势和综合各方群策群力,只有如此方能较好地应对复杂问题。
夜上海论坛 (一)以学业导师制提高物联网专业的培养起点
学业导师制的推行,为物联网过程人才培养提供了更高的起点。学业导师立足于专业实践,从更高、更专业的视角为该行业的发展和应用提供了新的起点。依托学业导师的科研经历和创新思维,能够促进学生在专业知识的学习过程中,快速摆脱旧有思维的束缚,迅速提高专业思想和应用起点,快速实现在行业内的熟练运用。
夜上海论坛 (二)以学业导师制拓展物联网专业的创新平台
学业导师在自身多年的科研经历中形成了特有的科研方向和创新平台,对于提高学生的创新实践技能至关重要。通过学业导师的引导帮扶,学生可以在科研平台内迅速成长,加快发展。创新平台不仅能够为学生提供物质场地、实验环境,更重要的是通过科研平台,学生获得了与专业前沿直接对接的渠道。
(三)以学业导师制加快物联网专业的应用过程
夜上海论坛 物联网工程专业的应用需要长期的经验积累和实际项目的历练。这一过程必须在学业导师的创新平台引导下才能快速构建实现。物联网不同于其他专业,具有极强的实践性和应用性特点,只有听过实际项目,才能让学生体验真实的应用过程,并快速积累经验,获取第一手知识。在学业导师的引导下,他们能快速提高现场解决问题的能力和综合发展的能力。
夜上海论坛 四、学业导师制实践中需要注意的问题
夜上海论坛 学业导师制作为新兴的人才培养模式,推行过程中必然会面临诸多新问题,如何保证科研平台人才培养过程的时效性,如何确保学业导师在科研指导过程中发挥专长确保知识传递的可行性,如何在增加科研导师工作任务的情况下确保人才培养的积极性不受影响,如何通过科研平台实现师生双向共赢,应当充分考虑如下问题。
(一)引入量化考核机制
人才培养的最终目标是切实实现社会急需的科研创新人才的培养,使人才能够在毕业后直接对接社会创新体制下的大环境。为此,需要为在校生的培养质量设立量化考核指标,以实现对人才培养的原则指导。量化机制应当突出学生的项目参与程度、自主思考能力、科研实操水平,可以通过月度目标、年度目标加以范围界定,以代码量、论文等实际载体为考核依据,以社会认可、同行评价为评价标准进行量化设置,确保量化目标的实际可行。
(二)健全激励机制
学业导师制人才培养的关键在于学业导师的精力投入。由于客观原因,学业导师原本已经承担许多科研任务和教学任务,社会压力大,有些导师不愿意再次增加负担,即使有些导师愿意参与人才培养过程,由于时间限制和工作精力不足,难以保证实际指导过程的质量。因此在引入导师制时,应当充分考虑学业导师的实际情况,适当减轻他们其他的工作要求,并适当增加激励因素,保证科研导师的权益,确保指导过程的质量和效率,保证人才培养目标的贯彻和实现。
(三)完善监督机制
学业导师制作为人才培养的重要模式,应当引起足够的重视,为保证双方的权益,应当设立双方认可的指导监督机构,并将其作为日常管理和考核的执行方。其可以挂靠在教务处或者科技处,也可以由各学院的委员会承担,该机制应当能够及时与科研导师和学生互动,获取第一手信息,作为科研创新平台顺利推行的保证。
物联网工程专业作为一个新兴专业,对人才培养提出了新的要求,如何加快创新型人才培养,促进物联网专业人才的发展是个新课题。学业导师制可以为物联网工程专业人才培养提供全方位的科研指导,快速提升学生的创新技能。但是作为新兴的人才培养模式,目前的实施过程中尚存在一些实际问题,比如学业导师的科研积极性和主动性的发挥、科研导师的工作量的保证、科研教师的自身权益的维护以及客观公正的人才培养质量的评价等,还需要进一步明确和完善。
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夜上海论坛 [4]李琳琳.数字校园中学业导师平台的搭建与研究[J].黑 龙江教育:高教研究与评估,2014,(3).
夜上海论坛 关键词:5G移动通信;通信工程;创新发展
夜上海论坛 回顾移动通信技术的发展历程,1G技术解决了人们通信难问题,2G在此基础上扩大了覆盖面积,3G则是一次巨大的突破实现了图片视频等无界限传输,4G催生了微信、移动支付等新兴软件加速网络平台的发展,5G总结以往通信技术中的优势与劣势,作为崭新的技术出现带给未来无限可能。5G技术应用于通信工程中,一方面能够提高通信工程信息传输的质量,另一方面加快图片、视频等传送下载的速度,本文对5G技术在通信工程应用进行分析,力求加快通信工程的创新升级。
15G移动通信技术
夜上海论坛 5G通信技术事实上就是第五代移动通信技术,5G通信技术并不是凭空产生的而是依托于4G基础上。根据相关数据统计,5G网速传送最快时是4G的100倍,这说明在5G通信技术下,网速将有大幅度的提高,通信质量也会有所改善。从标准技术参数中可以看出,5G移动通信标准频谱集中在3.3-39GHz,说明其在中高频段比较集中,相比之前的技术,5G通信传输速度更快,但是覆盖成本也随之提升。此外按照5G通信传输标准,采用毫米波的频率较宽,但是由于绕射与衍射能够不足,所以需要额外引入MIMO提高天线增益,拓宽网络覆盖面。由此我们不难发现5G在给人们带来更加方便快捷的上网体验同时需要通信技术也越来高,灵活性科技性更强,只有充分满足5G技术要求才能够给用户带来更好的使用体验。
25G技术相比于4G技术的优势
2.1多天线
夜上海论坛 与4G技术相比,5G技术具有很强的优势,作为当前最新的移动通信手段,以安全性高、覆盖性强、灵敏度高特点运用多天线的方式达到精准传输信号的效果。传统通信技术弊端在于不能很好的给予多天线支撑,必须依赖于毫米波这种全新的技术才能够实现精准传输。由此可见5G通信技术的升级不仅加快信息传播速度,更实现了新兴资源的实际应用。
2.2小基站
夜上海论坛 除了以上信息传输速度优势外,多天线的尺寸不断缩小,这就意味着可以摆脱以往大基站的困扰,从此部署小基站。首先小基站覆盖范围更加广泛,5G可以覆盖4G所不能的末梢通信中;其次依赖小基站的优势,可以根据实际情况灵活的选择距离,介于体积上优势使得运营商可以自如的在每个城市中建立上千个甚至更多的小基站,这样排列下来形成一个密集强大的信息网络群;再次每个基站都可以接受并传送信号,这大大提高了信号的强度,提升信息传输的速度;最后由于小基站的功耗要远远小于大基站,所以即使建立多个小基站总体看来成本还是小于大基站。
2.3MassiveMIMO
从天线的数量分析5G基站支持天线数量是4G基站的十几倍,这些天线可以通过MassiveMIMO技术形成强大的天线矩阵,极大提高了基站接收信号的容纳量,意味着能够同时接收更多用户的信息,与MIMO的多输入、多输出含义相互吻合。从理论上讲,这种技术并不是新发现而是在4G基站中已经获得了实验。迄今为止,进行的程度仅仅停留在测试层面上,宏观上为5G基站技术提供一个大致的方向,还需要通过5G移动技术完成。当不同用户之间进行资源共享时5G基站能够将MassiveMIMO导入空间域满足大量不同用户信息传输的需求。
2.4波束成形
波束成形的原理是聚集有限的能量,使其在特定的方向上进行传输,减少能量在过程中的损耗,形成一个很窄的波束,避免其他信号的干扰最大程度上增加传输的距离。此外这一技术还可以提高频谱利用率,通过信号的处理算法确定其最佳路径,规定出通信工程中起始阶段到终端的路线,避免信号被障碍物阻挡远距离传送中信号衰减的风险。
2.5其他技术
夜上海论坛 (1)全频段技术4G网络条件下频段资源问题日益突出,成为目前困扰人们的主要问题之一,一般情况下4G频段能够基本满足人们正常生活的需要,但是往往在使用人数过多,线上压力增加出现频段资源严重匮乏的现象,影响线上用户的体验。所以想要解决这类问题,应该充分利用5G通信技术中的全频段功能,灵活解决频段资源不足问题。事实上,5G通信技术仍然在试验初期很多方面还在完善中,想要进一步提升网络速率保证传输稳定性,可以结合全频段技术减小通信设备的体积,可以在一定程度上提升网络速率。(2)SDN/NFV技术NFV与SDV分别是指网络功能的虚拟化以及软件定义网络,这两项技术是构成5G通信技术的基础。在此基础上云服务又为5G技术发展提供技术支持,有利于技术功能拓展,按照预期计划进行,此外在通信工程中SDN/NFV技术不可缺少,很多程序智能化操控也是依托于这两项技术的支持,5G移动信息技术的加入能够在生活中辅助人们进行生产活动,节省资源,满足各行业不同的网络需求。
夜上海论坛 35G移动通信技术在通信工程中的应用
社会生活中通信工程应用无处不在,拉动了社会的进步,为人们生活带来了便利。但是随着生活水平不断提高,人们不再满足于“能通信”,而是提出了“通信优”高质量的网络通信要求。5G移动通信技术的问世能够极大提升用户通信满意度,所以将5G通信技术应用于通信工程中势在必行,具有突出的现实意义。3.1在通信工程建设中的应用通过5G移动试点城市的数据显示可知,未来在通信工程中的应用具有很强的紧迫性,能够扩大网络覆盖面积,提升用户的满意度。目前无线通信技术需要以基站为中心,建立星型网络结构,这种方式过于耗费人力物力,与此同时在拓扑结构限制下,工程通信的容量有限,覆盖面积比较小,最终仍然不能达到实时通信的目的。5G通信技术能够端端相连直接通信的方式,一方面满足数据近距离传输,提升数据传输的完整性与准确性;另一方面取消中间节点的干扰,终端用户可以实时通信提升通信的速度,减少时间的浪费。最重要的是以往通信工程中运营商需要依靠网络组建及配置进行信息工程建设,造成许多资源的损耗。但是5G技术帮助避免此类问题发生,在降低成本的同时提升网络通信质量缩短通信时间,形成自由配置、多结构、多渠道的复合型通信网络群,发挥网络联动机制,推动互联网行业创新发展。
3.2在智能通信领域的应用
5G技术以其智能性超越原有的4G技术,所以将5G技术应用于通信工程中也应该优先考虑“智能化”特征,毕竟现代化社会为5G移动通信技术提供发展的平台。在通信工程中5G技术的引入能够大幅度提升网络传输效率,顺应智能化、信息化的社会需要从生活角度出发,5G除了在移动端手机等电子设备中的应用外,还可以灵活地将物联网与人们生活高度结合,比如对路灯、电子显示牌等基础公共设施的智能化管理,实现人性化、信息化城市建设向智能化城市方向进军。在信息传输方面5G技术更快、高准、更稳定,能够实现信息展示与下载同步进行。此外智能城市是通信工程中目前最重要建设项目之一,5G技术在通信工程中的应用可以实现无人机控制与汽车行驶智能化的梦想,其中涉及物联网技术、大数据云平台、地理空间信息、人文资源等多种信息集成。建设智能城市首先应该清楚其构架,从主观角度来看分为:城市感知层、基础服务层,从客观角度来看分为:数据统计层、传输通信层、智能应用层,为了达到网络全面化的目的,需要利用5G技术进行全市、全省以及全国的覆盖,不断保证信息传输安全性及可靠性。因此无论是基于“智能城市”未来展望还是“绿色可持续发展”社会的要求,5G技术在智能通信领域的应用具有重要的意义,能够保证信息稳定传输,推动城市化信息化建设。
3.3在物联网通信技术应用
虽然4G技术已经成为移动通信的里程碑,但是通信网络传输的稳定性还需要进一步加强,所以提高通信速率,就要从根本上提高管理系统的灵敏度。在具体应用过程中,5G移动通信技术可以根据网络信息中的需要,有针对性的解决其中的问题,促进各个行业信息化的发展。随着网络平台的不断兴起,物联网接入设备种类不断增多,行业服务背景下,时代对于物联网信息传递提出了更高的要求,移动通信技术和物联网平台并不是互相独立的两个个体,而是相辅相成的关系,对打造通信工程中万物联网具有重要的意义。目前我国已经实现智能物联网平台的打造力求万物联网,实现网络泛在化。
物联网:应用的深度融合
夜上海论坛 物联网是互联网的延伸与拓展,是新理念引导下新一代信息技术的应用集成创新。物联网以互联网为基础设施,是传感网、互联网、自动化技术和计算技术的集成及其广泛和深度应用。其功能是,各类实物信息被不同的传感器感知、采集、形成数字信号,通过各类网络快速传输到信息处理层,加工处理的信息形成信号或知识。
夜上海论坛 物联网的应用是工业化与信息化的深度融合。过去,信息技术与制造业“两层皮”,信息基础设施与实物基础设施“两层皮”,信息基础设施建设、通信、互联网、数字内容等领域独立发展。物联网集合了许多现代信息技术,实现信息基础设施与实物基础设施相结合,把信息化融入产业发展、人民生活和社会管理的各个方面,推动信息技术、互联网技术、自动化技术在更多领域深度应用,促进更多行业、更大范围的信息化与工业化的融合。如智能交通是在车辆大幅度增加后,传统的交通管理模式不能满通安全需要的情况下发展起来的;城市智能化管理是在城市功能不断丰富和互联网普及的情况下,为了提高管理效率而发展起来的。
物联网产业是传统产业与新兴产业的有机结合。物联网技术的应用与推广,将改造提升一批传统产业,带动一批新兴产业发展,扩大一批传统产业的市场规模。目前,物联网大都在传统产业应用,如交通、物流、电网、石油天然气和食品等行业,极大提升了这些传统产业的效率,改进了发展方式。同时,物联网的应用带动了相关制造业和服务业的发展,包括芯片、传感器、集成模块及设备和中间件制造业,以及应用系统设计与集成、软件开发、试验检测、工程实施和云计算等高技术服务业的发展,扩大了其市场规模。
物联网:助推现代服务业
从物联网本身的特点和规律看,物联网产业发展潜力巨大,大有作为。
夜上海论坛 一方面,物联网功能多、应用面宽,以市场需求为发展动力。物联网技术的应用是运营、管理和商业模式创新引导的集成创新。发展物联网的动力是满足市场需求,节约能源、降低成本、改善管理、提高效率和便捷生活。物联网不仅应用于诸多影响国计民生的重要行业,而且在日常生活等领域拥有巨大潜在市场。一是以政府公共服务为主的公共管理和服务市场,如电子政务、城市管理、医疗及教育等领域。二是企业为主的行业应用市场,如电信、电力、物流及石油天然气等行业。三是以个人和家庭为主的消费市场,如购物、家用电器、休闲娱乐等消费领域。随着技术的不断发展,物联网服务的领域正在扩展。
夜上海论坛 另一方面,物联网产业链长,是制造业与服务业的有机融合,对加快发展现代服务业具有重要意义。纵向看,物联网的产业链可以分为上、中、下游。上游是网络设施、终端设备、传感器、芯片、集成模块和中间件制造等相关制造业;中游是互联网及其运营服务;下游是物联网的用户和服务商,包括应用系统设计和集成、软件开发、试验检测、工程实施、云计算和系统运维等高技术服务业。物联网涉及众多应用领域,是一个跨多学科多部门的细分市场。每个物联网应用领域又构成各自的产业链。
夜上海论坛 物联网产业链中服务业比例较高。物联网产业的中、下游大都是信息技术服务业。发展物联网不仅将带动相关制造业发展,而且将极大促进高技术服务业的发展,形成服务业新业态。
物联网:新特点新趋势
夜上海论坛 目前,全球物联网产业部分领域处于重大技术突破的孕育期和产业发展初期,物联网技术的研发和应用主要集中在美、欧、日、韩和我国。从世界范围看,物联网技术发展和应用主要呈现以下趋势。
第一,需求导向,整体规划,目标明确。近些年来,欧美日韩等纷纷出台发展物联网的战略计划。一是在社会效益较大的领域优先布局,逐步向生活消费领域拓展。目前,各国政府主要在医疗、电子政务、电网、教育、交通及城市管理等领域推行物联网计划。如,近年来,美国政府以刺激经济为目标,重点支持宽带网、智能电网、卫生医疗信息技术应用等。欧盟从发展绿色经济的角度出发,优先发展智能汽车和智能建筑。韩国则从寻求增长动力和发展优势产业出发,在食品和药品管理、交通和物流管理、环境监测、安全监测及工业自动化等方面进行应用示范;国际金融危机发生后,又提出发展智能通信、家庭应用和娱乐等,推动物联网在消费领域应用。二是根据实际需要确定物联网应用重点,有针对性地解决行业问题。三是市场需求驱动,企业自发创新发展。大部分物联网技术的应用是水到渠成,当信息技术发展到一定程度,就出现了应用物联网技术的市场需要。如物流行业最初应用物联网技术是出于对食品安全监控的需要;发展云计算是一些掌控信息资源的企业,为了利用剩余的计算资源,通过商业模式创新与技术创新发展起来的。