李華瑋 彭紅梅 程媛
摘要:隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷推廣和應(yīng)用,社會(huì)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)人才的素質(zhì)要求逐步提高,而物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)學(xué)科建設(shè)仍處于發(fā)展階段。文章在分析這一現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)人才創(chuàng)新實(shí)踐能力和科研能力培養(yǎng)方式進(jìn)行探討,為培養(yǎng)能夠從事物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用相關(guān)工作的高層次、高素質(zhì)的復(fù)合型和創(chuàng)新型技術(shù)人才提供思路。
關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng);智慧地球;創(chuàng)新能力;科研能力
0、引言
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在世界范圍內(nèi)被關(guān)注才只有十幾年時(shí)間,而引起重視并獲得快速發(fā)展也只是近幾年的事情,卻已經(jīng)開(kāi)始在軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、建筑、醫(yī)療、空問(wèn)和海洋探索等領(lǐng)域投入應(yīng)用。隨著教育部批準(zhǔn)各高校開(kāi)設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)課程以來(lái),國(guó)內(nèi)具有一定教學(xué)和科研基礎(chǔ)的高校陸續(xù)響應(yīng),積極投入師資力量和硬件資源。物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)屬于計(jì)算機(jī)、通信、電子等多領(lǐng)域的交叉學(xué)科,各院校物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)基本是培養(yǎng)具有多領(lǐng)域基礎(chǔ)理論知識(shí)和創(chuàng)新實(shí)踐能力的復(fù)合型人才。
根據(jù)當(dāng)前國(guó)內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以應(yīng)用為先導(dǎo)的特點(diǎn),大部分高校在注重物聯(lián)網(wǎng)理論知識(shí)體系架構(gòu)的同時(shí),還加強(qiáng)對(duì)學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng),培養(yǎng)為我國(guó)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)新型技術(shù)人才。顯然,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷推廣和應(yīng)用使得社會(huì)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)人才素質(zhì)的要求逐步提高。面對(duì)21世紀(jì)信息化時(shí)代的挑戰(zhàn),如何培養(yǎng)面向廣大應(yīng)用市場(chǎng)需求的物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)人才和科研人才,成為現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)教育領(lǐng)域的一項(xiàng)研究課題。
1、物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的基本要求
物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)架構(gòu)可以概括為C3SD,即建立在傳感網(wǎng)絡(luò)fsensor network)之上的通訊(communication)、計(jì)算(computation)、控制(control)、數(shù)據(jù)海(Data Ocean)集成的架構(gòu)。物聯(lián)網(wǎng)由通訊系統(tǒng)、計(jì)算系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和數(shù)據(jù)海5大技術(shù)系統(tǒng)支撐。
物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐課程必須是以物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)和技術(shù)開(kāi)發(fā)。相應(yīng)地,我們?cè)趯W(xué)生培養(yǎng)的不同時(shí)期設(shè)置不同的物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐課程,使學(xué)生循序漸進(jìn)地學(xué)習(xí)和運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)5大技術(shù)的不同層次的開(kāi)發(fā)和集成應(yīng)用,具有較強(qiáng)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)綜合應(yīng)用和工程實(shí)踐能力,能夠從事物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、實(shí)施、管理和維護(hù)等相關(guān)工作。
2、物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)方式
以物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)的需求為引導(dǎo),學(xué)生針對(duì)不同的應(yīng)用方向和已有物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域知識(shí)進(jìn)行創(chuàng)新,通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新鞏固已有的物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)理論知識(shí),形成將理論學(xué)習(xí)與運(yùn)用創(chuàng)新相結(jié)合的良性循環(huán),在注重物聯(lián)網(wǎng)理論知識(shí)體系架構(gòu)的同時(shí),也加強(qiáng)對(duì)工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。
2.1 物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)
物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生培養(yǎng)方式的側(cè)重點(diǎn)在于全方位的計(jì)算機(jī)硬件、軟件以及物聯(lián)網(wǎng)理論知識(shí)的學(xué)習(xí),而不局限于單一行業(yè)的知識(shí)運(yùn)用需求。區(qū)別于計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí),物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)更加注重學(xué)生的專(zhuān)業(yè)應(yīng)用實(shí)踐能力培養(yǎng),將計(jì)算機(jī)知識(shí)如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法、編程語(yǔ)言設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)等運(yùn)用到物聯(lián)網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域中,通過(guò)數(shù)據(jù)處理、算法分析、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)等實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證計(jì)算機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)理論知識(shí)。
學(xué)生可以通過(guò)算法和理論進(jìn)一步理解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)原理,尤其是通過(guò)相關(guān)實(shí)訓(xùn)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)(傳感器原理及應(yīng)用、REID原理及應(yīng)用、傳感器網(wǎng)絡(luò)原理及應(yīng)用、數(shù)據(jù)處理與智能決策、物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)控制、物聯(lián)網(wǎng)信息安全等)進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)理論和方法相關(guān)課程的創(chuàng)新思維培養(yǎng),達(dá)到創(chuàng)新性學(xué)習(xí)。
2.2 以工程應(yīng)用需求作為創(chuàng)新性培養(yǎng)方向
基于工程應(yīng)用需求的物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生培養(yǎng)模式建立在市場(chǎng)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生有較高的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展洞察力、解決特殊問(wèn)題的創(chuàng)新能力等要求基礎(chǔ)上。學(xué)生需要結(jié)合自身專(zhuān)業(yè)特色對(duì)當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用需求進(jìn)行深入分析,找到切入物聯(lián)網(wǎng)的興趣點(diǎn),將物聯(lián)網(wǎng)理論和技術(shù)運(yùn)用到實(shí)際問(wèn)題中,如智能交通、智能倉(cāng)儲(chǔ),進(jìn)入運(yùn)用理論解決問(wèn)題以及利用問(wèn)題促進(jìn)理論創(chuàng)新的良性循環(huán)。
將計(jì)算機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)理論和工程應(yīng)用相結(jié)合,為物聯(lián)網(wǎng)理論創(chuàng)新性教學(xué)提供了一個(gè)方向。目前,計(jì)算機(jī)學(xué)院已建設(shè)智能交通、智能倉(cāng)儲(chǔ)等實(shí)訓(xùn)綜合平臺(tái),基于工程應(yīng)用需求不斷更新和優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,強(qiáng)化學(xué)生實(shí)訓(xùn)和實(shí)踐能力鍛煉,采用項(xiàng)目案例庫(kù)的方式培養(yǎng)學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)工程設(shè)計(jì)能力和開(kāi)發(fā)創(chuàng)新能力。
2.3 以學(xué)生為中心的自主創(chuàng)新
在培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力的過(guò)程中,我們更需要注重學(xué)生的自主創(chuàng)新能力培養(yǎng),允許學(xué)生自主選題并自主研究,將自身興趣、專(zhuān)業(yè)知識(shí)和研究方向緊密結(jié)合,尊重學(xué)生的思想獨(dú)立性,引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已有的計(jì)算機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)知識(shí)和自身的興趣愛(ài)好,結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具體應(yīng)用,選擇自主研究領(lǐng)域。同時(shí),為學(xué)生提供開(kāi)發(fā)資源如開(kāi)發(fā)平臺(tái)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、RFID+GPS物流管理系統(tǒng)(利用RFID技術(shù)、GPS定位技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備等搭建物流管理實(shí)驗(yàn)平臺(tái))等,讓學(xué)生從實(shí)際應(yīng)用中體會(huì)物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu),針對(duì)不同的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用方向開(kāi)展具體的研究并不斷創(chuàng)新。
在此基礎(chǔ)上,引導(dǎo)學(xué)生從計(jì)算機(jī)技術(shù)的角度思考物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)問(wèn)題,鼓勵(lì)學(xué)生從計(jì)算系統(tǒng)以外的角度進(jìn)行系統(tǒng)創(chuàng)新,將計(jì)算機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)理論知識(shí)與實(shí)際的工程運(yùn)用需求相結(jié)合,培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)和實(shí)踐能力。
3、物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)人才自主科研能力培養(yǎng)方式
面對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計(jì)算機(jī)學(xué)科的不斷發(fā)展以及科研成果的不斷涌現(xiàn),如何將學(xué)科的新理論、新技術(shù)、新方法引入實(shí)驗(yàn)教學(xué),使實(shí)驗(yàn)教學(xué)真正緊跟學(xué)科發(fā)展,培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力和自主科研能力的高級(jí)專(zhuān)業(yè)人才,成為物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)教育工作者面臨的新問(wèn)題。
武漢大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院有豐富的科研成果,尤其在計(jì)算機(jī)軟件體系結(jié)構(gòu)、軟件工程、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等研究領(lǐng)域具有鮮明的科研特色和優(yōu)勢(shì)。在物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)中,計(jì)算機(jī)學(xué)院充分利用科學(xué)研究、合作交流等方面的資源和成果,打造具有自身特色和優(yōu)勢(shì)的實(shí)驗(yàn)體系品牌,促進(jìn)科學(xué)研究與教學(xué)實(shí)驗(yàn)體系建設(shè)之間形成良性互動(dòng),構(gòu)建通暢的教學(xué)與科研互動(dòng)渠道,實(shí)現(xiàn)資源全面共享,同時(shí)將當(dāng)前的科研成果融入實(shí)驗(yàn)教學(xué),以培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生的自主科研能力。endprint
我們以移動(dòng)三維虛擬地球軟件平臺(tái)為例詳細(xì)說(shuō)明。智慧城市作為一種熱門(mén)應(yīng)用,涵蓋了云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、TD-LTE、高端軟件、集成電路、下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)等多種前沿技術(shù)。近些年來(lái),物聯(lián)網(wǎng)與智慧城市也從起初的兩個(gè)新鮮概念,在技術(shù)進(jìn)步和應(yīng)用需求的潛在推動(dòng)下越走越近。物聯(lián)網(wǎng)是智慧城市建設(shè)的途徑,智慧城市建設(shè)又為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供廣闊的空間。目前,三維虛擬地球是智慧城市的主要依托平臺(tái),是結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真、物聯(lián)網(wǎng)、地理空間信息、數(shù)據(jù)庫(kù)、智能分析等前沿技術(shù)構(gòu)建的數(shù)字地球模型,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)全球地理數(shù)據(jù)無(wú)縫、多尺度地瀏覽和互操作。
三維虛擬地球軟件平臺(tái)是當(dāng)前相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用熱點(diǎn),是計(jì)算機(jī)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與GIS理論技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物,也是信息化社會(huì)的建設(shè)需求,因而更具有前沿性和應(yīng)用性。隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的發(fā)展,平板電腦以靈活、方便攜帶等特點(diǎn),在移動(dòng)操作系統(tǒng)的支持下得到廣泛應(yīng)用。與此同時(shí),物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)近幾年的快速發(fā)展,也積極推動(dòng)了移動(dòng)三維虛擬地球軟件平臺(tái)的研究和應(yīng)用。移動(dòng)三維虛擬地球軟件平臺(tái)和傳統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)平臺(tái)主要有以下幾個(gè)方面的典型差異:(1)平臺(tái)硬件限制;(2)應(yīng)用方向明確;(3)服務(wù)器需求更高。對(duì)此,我們從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用的角度出發(fā),激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力。移動(dòng)三維虛擬地球軟件平臺(tái)使用先進(jìn)技術(shù),可與社會(huì)需求無(wú)縫銜接。這些科研成果在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的使用有效地增強(qiáng)了學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)、解決實(shí)際問(wèn)題的能力,更重要的是激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,增強(qiáng)了自信心,開(kāi)拓了思維能力。
結(jié)合工程應(yīng)用的需求和該平臺(tái)可擴(kuò)展的特點(diǎn),為物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生提供廣闊空間,不僅讓學(xué)生掌握虛擬平臺(tái)中軟、硬件系統(tǒng)各個(gè)部件的原理,而且讓學(xué)生系統(tǒng)地理解多種部件的集成。我們從工程應(yīng)用角度、用戶(hù)體驗(yàn)、發(fā)展前沿3個(gè)方面進(jìn)行理論和應(yīng)用創(chuàng)新,在學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)上取得了重大突破。
3.1 針對(duì)終端硬件的創(chuàng)新實(shí)踐
移動(dòng)終端有CPU、GPU、管線(xiàn)等硬件性能差異,傳統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)平臺(tái)軟件無(wú)法高效運(yùn)行,單一地從GIS算法方面進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn),不能從根本上改善這一現(xiàn)狀。我們引導(dǎo)對(duì)嵌入式開(kāi)發(fā)感興趣的物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生,結(jié)合已有的計(jì)算機(jī)硬件理論知識(shí),從嵌入式設(shè)備軟件設(shè)計(jì)原則的角度出發(fā),設(shè)計(jì)針對(duì)移動(dòng)終端的三維虛擬地球軟件框架,改善傳統(tǒng)GIS算法性能。同時(shí),針對(duì)移動(dòng)終端的硬件特性鞏固計(jì)算機(jī)嵌入式設(shè)備CPU、網(wǎng)絡(luò)等方面基礎(chǔ)知識(shí),在傳統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)交互方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新,改進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)的人機(jī)交互算法。
3.2 針對(duì)不同行業(yè)應(yīng)用的創(chuàng)新研究
移動(dòng)三維虛擬地球的應(yīng)用方向非常明確,即針對(duì)電力、農(nóng)林、漁牧、地下管線(xiàn)、物流倉(cāng)儲(chǔ)、等方面的不同需求,要求移動(dòng)三維虛擬地球平臺(tái)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)數(shù)據(jù)采集、快速空間分析、高效三維顯示等功能;針對(duì)不同的功能特性設(shè)計(jì)相應(yīng)算法,如數(shù)據(jù)采集要求低精度移動(dòng)設(shè)備相機(jī)拍攝的數(shù)據(jù)能夠在后期的數(shù)據(jù)加工處理中實(shí)現(xiàn)影像還原,學(xué)生必須在傳統(tǒng)圖像處理算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新,實(shí)現(xiàn)這一特定功能。我們引導(dǎo)對(duì)圖形圖像和傳感器感興趣的物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理算法,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行應(yīng)用創(chuàng)新實(shí)踐。
3.3 針對(duì)數(shù)據(jù)服務(wù)器的創(chuàng)新研究
移動(dòng)設(shè)備通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)提供面向大眾化的信息服務(wù),但由于受到硬件性能限制,使得用戶(hù)在終端無(wú)法對(duì)海量空間數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理,傳統(tǒng)的商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)如Oracle、sqlserver無(wú)法滿(mǎn)足數(shù)據(jù)預(yù)處理的需求,但是服務(wù)器端要求能夠針對(duì)移動(dòng)終端的特定數(shù)據(jù)請(qǐng)求提前進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。針對(duì)移動(dòng)三維虛擬地球?qū)?shù)據(jù)服務(wù)器的特定要求,我們必須采取新型的后臺(tái)服務(wù)器,對(duì)新型數(shù)據(jù)服務(wù)器設(shè)計(jì)地理空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)架構(gòu),對(duì)數(shù)據(jù)處理算法進(jìn)行創(chuàng)新,以滿(mǎn)足移動(dòng)虛擬地球的數(shù)據(jù)服務(wù)需求;引導(dǎo)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)感興趣的物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)方法,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行應(yīng)用創(chuàng)新和科研實(shí)踐。
總之,移動(dòng)三維虛擬地球軟件平臺(tái)這一科研成果轉(zhuǎn)換為創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái),極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)與實(shí)踐的積極性,尤其是促進(jìn)了學(xué)生科學(xué)研究能力與創(chuàng)新能力的提高。科研和教學(xué)是相輔相成的關(guān)系,將科研成果融入教學(xué),加強(qiáng)了實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué),對(duì)于提高創(chuàng)新型人才培養(yǎng)質(zhì)量具有深遠(yuǎn)意義。
4、結(jié)語(yǔ)
我們?cè)谖锫?lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中突出體現(xiàn)知識(shí)應(yīng)用能力、科研素質(zhì)提高以及創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng),在鞏固學(xué)生已掌握知識(shí)的同時(shí),注重培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力、自主探索和自主創(chuàng)新意識(shí)。針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)、特長(zhǎng)和興趣,我們?cè)谟?jì)算機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)上,進(jìn)一步優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)不同研究方向的培養(yǎng)模式,利用物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用軟件平臺(tái)的科研實(shí)踐引導(dǎo)學(xué)生提高動(dòng)手能力和獨(dú)立思考能力,使學(xué)生具有物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用的開(kāi)闊思維,具備一定的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新能力,從而為培養(yǎng)具有知識(shí)基礎(chǔ)、創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力和科研能力的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新人才提供一種教學(xué)模式。endprint