基于職業能力培養的物聯網課程開發與建設研究

【摘 要】以物聯網課程虛擬化教學體系促進高校學生職業能力的培養，形成新的學科體系，形成虛擬化物聯網課程教學的職業能力培養理論，分層設計教學模式；提出了動態建立基于分布式計算資源的物聯網計算環境，以網絡織化形式建立教學體系結構；提出了沙盤式物聯網課程教學體系與機制的建立，打破傳統職業能力培養模式，創造性地建立規模化實訓模式；物聯網教學生態環境的建立，是對傳統教學觀念、方法的挑戰，突破了學科與專業獨立建設的壁壘，建立融合性、標準化為一體的課程模式，形成良性的學科生態環境。

【關鍵詞】職業能力培養 物聯網課程 開發

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2013）29-0006-02

一 物聯網課程研究進展及存在的不足

2009年，物聯網熱浪席卷中國，在“兩化融合”和“感知中國”的國家戰略背景下，物聯網發展受到高度關注，物聯網新業態的發展為物流、制造業、服務業注入了新的活力。2010年年初，教育部下達了高校設置物聯網專業申報通知，眾多高校爭相申報。物聯網被稱為繼計算機、互聯網之后，全球信息產業的第三次浪潮，是典型的多學科交叉的綜合研究，主要涉及計算機、半導體、網絡、通信、光學、微機械、化學、生物、航天、醫學、農業等眾多領域與專業。與物聯網應用相關的專業、建筑電氣與智能化、土木工程、交通運輸與物流、節能與環保等，均可考慮開設公共、必修、選修課。美國咨詢研究機構Forrester預測，到2020年，全球物物互聯的業務與現有的人人互聯業務之比將達到30∶1；到2035年前后，傳感網終端將達到數千億個；到2050年，傳感器將在生活中無處不在。但在當前諸多高校物聯網專業教學過程中，以演示為主，學生自己動手的機會非常少，當前除了師資等軟實力外，物聯網硬件幾乎是從零開始。

美、德、韓等國率先發起了以職業能力培養為核心的物聯網專業設置、課程體系的改革、創新與探索，主要表現在課程目標上由關注崗位技能訓練轉向職業能力培養，課程內容上尋求職業性與學術性在更高水平上的整合，課程結構上彰顯模塊化課程的開放性、靈活性，課程評價上建立在實驗重構性、多元整合性等評價體系上。我國在20世紀90年代曾提出以能力為本位的職業教育理念。目前，國家已明確要求職業教育要“堅持以就業為導向，深化職業教育教學改革”。在新型的物聯網課題開發中，以職業能力培養為重點，構建新的物聯網相關專業設置與課程開發、教學評價體系，創新人才培養方式，深化校企合作，加快工學結合，尋找市場需求與職業教育的結合點。

物聯網課程研究存在的不足之處有：（1）各研究機構與物聯網技術的發展為物聯網課程開發提供了理論基礎和技術保障，但是實踐應用有限。（2）大部分高校，特別是高職院校尚未開設物聯網課程，且未能科學地理解物聯網課程與職業能力培養的內涵，對新興的技術在相關專業學生職業能力的培養方案中沒有科學而系統的整合。（3）與計算機網絡、物流、電子商務等有關的課程體系建設還不能適應新形勢下職業能力培養的要求，缺乏物聯網新興技術的實訓教學體系。（4）在已有的物聯網相關課程的建設中，理論性占了主導地位，沒有形成一個如ERP等教學一樣的沙盤式教學體系，以應對職業能力培養的更高要求。（5）忽視實訓與專業課相互滲透對學生職業能力培養的作用。

二 物聯網課程開發與建設的重要意義

物聯網相關新專業以《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》為指南，以物理信息混合網絡化系統為載體，圍繞“網絡化信息感知”、“網絡化信息傳輸”、“網絡化信息服務與安全”、“網絡化資源優化”四個主要研究方向，緊密結合國民經濟發展與國防建設的重大需求與發展戰略，整合高校及國內外合作團隊的優勢資源，建立多學科交叉的物聯網專業，實現以工學結合為一體的物聯網課程體系建設，促進教學信息化的發展，并推動相關專業與學科群體的跨越式發展。

1.物聯網是一個新興的專業體系與課程體系，急需形成一種創新的教學理論和實踐體系

物聯網相關課程是一系列操作技能要求較高的課程，我們要在教學中形成一種新型的虛擬化現代操作的教學方法和手段，把實驗室建設和實訓發展為可控的行為，形成系統的教學理論和教學手段。

2.物聯網課程是一個對科學、技術進行普適性教育的產物，課程的開發將有效促進學科與專業的建設

物聯網課程是一種全新的、可即時信息化程度較高的計算機教學模式，借助虛擬化技術、虛擬現實技術和沙盒技術構成一個新的教學系統環境，目的是在推動職業能力培養的同時，對新興技術進行普適性推廣。

3.建立一個融合的虛擬化物聯網課程體系，促進職業能力培養和教學體系建設

以傳統計算機網絡教學和虛擬化技術特色為基礎，以職業能力培養為導向，根據不同的專業的信息化教學內容需求建立各種物聯網相關教學模型，構建一種長效、可持續發展機制和學科體系，建立健全新興技術與課程教學和職業能力培養引導機制。

4.以物聯網新技術為導向，促進教師教學和學生學習理念的變革

物聯網是一種物物相連的網絡，它的有效應用將會使我們的物質生活品質得到提高，我們以此為契機，提出師生的信息化技術對生活影響的導引模式，形成理論與現實生活為主導的教學模式，實現教學方法與理念的實質性變革。

5.綠色與環保雙贏

物聯網在發展與應用中注入綠色與環境、低碳的概念，要在課程的開發中以物流、生活物品等應用為導向，注重技術發展的同時，注重社會服務功能與社會責任的建設，實現綠色教學模式，使學生在學習技術的同時重構綠色社會環境。

三 物聯網課程開發與建設的目標

物聯網課程研究的總體目標是：以職業能力培養為目標，研究物聯網課程教學中的虛擬化實現和應用方法，創造性地構建出一套可操作的課程沙盤式教學體系；建立一支學術水平高、創新能力強的研究人員和教師隊伍，培養一批具有較強操作能力、理論基礎扎實的專業人才。

形成物聯網課程與虛擬化現實教學系統的體系結構，動態構建、高效應用基于網絡傳感、感知的教學模式，工學結合，發展創新性實驗教學體系；研究基于職業能力培養的傳感技術與職業能力培養異構驅動型理論與方法，實現從傳統教學模式到新型可操作虛擬化現實教學體系的構建；以職業能力培養為目標，形成一個嶄新的虛擬化物聯網課程教學學科體系。形成操作性較強的物聯網課程虛擬化現實操作教學體系和管理模式。

四 物聯網課程開發與建設的體系構建

1.以職業能力培養為主導的物聯網新學科教學體系建設

以職業能力培養為主線，以物聯網課程教學與操作技能培養為目標，圍繞物聯網課程虛擬化教學和管理體系進行研究，動態構建體系透明、軟硬件一體化的虛擬化教學模型和體系。

2.科學建立職業能力內涵培養機制，確立物聯網課程教學綜合職業能力培養目標

堅持綜合職業能力培養的關鍵是要全面、科學地掌握綜合職業能力的具體內涵，并在此基礎上形成正確的職業能力教育觀，有效地促進學生綜合職業能力的形成與發展。

3.動態建立基于分布式計算資源的物聯網計算環境，形成虛擬化現實教學體系與學科體系

在物聯網課程教學中實現虛擬網元系統在虛擬環境中像物理設備一樣在網絡中進行聯機，并在物理環境中進行物聯網實體的異構應用。

4.物聯網創新實驗系統與多實驗例程環境構建

物聯網教學環境集成了多種傳感器模型以及多種無線組網模式，可實現多種物聯網構架，面向各專業教學及創新應用，提供多實驗例程模型，使學生熟悉和掌握物聯網的構成及實際應用。

5.物聯網實驗資源環境建設

物聯網課程教學環境包括微型無線傳感器、通用傳感器及被控對象、嵌入式網關、GPRS網絡設備、藍牙、低功耗WiFi和其他配套設備。軟件資源包括無線傳感器網絡軟件、嵌入式網關軟件、PC數據管理與分析軟件，實驗資源包括基于控制器的基礎實驗、傳感器信息采集實驗、無線信號收發實驗、ZigBee/GPRS/WiFi/藍牙等網絡通訊實驗及組件控制實驗等。在系列資源學習環境中，通過不同傳感器的特性、不同網絡的組成形式，開發出更多實用性強的物聯網應用模式。

6.分層設計教學模式

根據物聯網的感知層、網絡層、應用層三層特征，構建出一個層次式的教學模式，以實驗平臺建設方案為核心，依據物聯網網絡層次分別展開軟硬件科研與教學及面向市場需求的各項內容教學。對于物聯網感知層的教學，提供了多種射頻識別和傳感器節點與路由器網絡等硬件和數據采集控制軟件等資源。物聯網網絡層教學，提供了功能強大的以ARM等處理器為內核的網關硬件和自主研發的網關核心軟件，不僅能完成多種無線網絡管理，傳感器和射頻識別信息處理，而且可以通過不同無線和有線網絡路徑，將數據傳輸到物聯網網絡中心服務器數據庫和互聯網；平臺網絡監控軟件，可以在PC上直觀方便地完成對各種網絡的監控、數據庫管理、網絡維護和拓撲/曲線顯示，并且具有無線網絡狀態監控等多種高級網絡監控功能。物聯網應用層的教學開發，用戶可以使用實驗平臺提供的感知層、網絡層部件，像搭建積木一樣，構建不同的應用系統，實現智能交通、智慧城市、智慧農業、智能家居等應用。

7.物聯網課程教學技術差異化的發展與技術均化策略

各個高校物聯網教學資源、師資能力、教材開發等存在著較大的差異，且教學技術發展不平衡，這對人才培養造成了極大的障礙。在教學環境中對技術差異化的發展與技術均化策略進行研究，打破學科、專業，以及學校間的壁壘，形成均等化策略，對促進物聯網課程的發展有著至關重要的作用。

8.物聯網教學生態環境構建

物聯網是一門跨眾多學科與專業的技術性課程，我們應在教學的發展中形成一個良性的交叉科學融合的教學環境，使物聯網技術融合到各學科中去，也使各學科知識融合到物聯網課程中來，建立融合性、標準化為一體的課程模式，形成良性的學科生態環境。

五 結束語

建立一個多模的物聯網教學模式，讓物聯網真正成為服務區域經濟發展的驅動力。物聯網課程教學體系是推進區域經濟人才培養，以及實現制造業、物流業、商業、零售業等聯動發展的有效途徑。虛擬化現實教學體系的建立是物聯網課程開發與職業能力培養的又一途徑。高校物聯網教學資源、師資能力、教材開發等技術差異化的發展與技術均化策略的形成將對促進物聯網課程的發展有著至關重要的作用。物聯網教學生態環境構建以及標準化課程模式建設勢在必行。

以物聯網課程虛擬化教學體系促進高校學生職業能力的培養，形成新的學科體系，發展教學技術差異化與技術均化策略，設計分層教學模式，建立物聯網教學的生態環境。提出虛擬化物聯網課程教學的職業能力培養理論，設計分層教學模式；提出了動態建立基于分布式計算資源的物聯網計算環境，以網絡織化形式建立教學體系結構；提出沙盤式物聯網課程教學體系與機制的建立，打破傳統職業能力培養模式，創造性地建立規模化實訓模式；物聯網教學生態環境的建立，是對傳統教學觀念、方法的挑戰，突破了學科與專業獨立建設的壁壘，建立融合性、標準化為一體的課程模式，形成良性的學科生態環境。

參考文獻

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〔責任編輯：龐遠燕〕