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(shí)體系，構(gòu)建了面向物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程師所需的課程體系。

關(guān)鍵詞：企業(yè)需求;物聯(lián)網(wǎng)工程;課程體系

中圖分類號(hào)：G646? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1674-9324（2019）43-0031-03

一、引言

實(shí)施網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略，推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)向各行業(yè)全面融合滲透，構(gòu)建萬(wàn)物互聯(lián)的新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)體系，是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)在我國(guó)“十三五”國(guó)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(shù)成熟度曲線”[2]。可以看出，物聯(lián)網(wǎng)成熟度越來(lái)越高。同時(shí)，沃達(dá)豐最新發(fā)布的《物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)晴雨表》顯示[3]，越是擁有更多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的企業(yè)，其帶來(lái)的收益越高。隨著當(dāng)前規(guī)模的連接驅(qū)動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)方案逐漸成熟，對(duì)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(lǐng)域人才成為高校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)所面臨的一個(gè)迫切任務(wù)。

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(guò)各種感知設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化管理的一種網(wǎng)絡(luò)[4]。通常情況下，可以把物聯(lián)網(wǎng)分為四層體系結(jié)構(gòu)，即感知層、傳輸層、處理層和應(yīng)用層。其中，感知層主要完成物品標(biāo)識(shí)和信息的智能采集，由感知器件和感知網(wǎng)絡(luò)組成，主要涉及傳感器理論、射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID）理論、信息獲取與識(shí)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(jié)構(gòu)、通信、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSN）、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與協(xié)同等;處理層完成協(xié)同、管理、計(jì)算、存儲(chǔ)、分析、挖掘等，主要涉及大數(shù)據(jù)智能處理技術(shù)、軟件建模與設(shè)計(jì)方法、物聯(lián)網(wǎng)中間件技術(shù)、信息安全與隱私保護(hù)技術(shù)、高可信技術(shù)、虛擬化技術(shù)等;應(yīng)用層提供面向行業(yè)和大眾用戶的服務(wù)，包括虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、云計(jì)算服務(wù)模式、面向服務(wù)的體系架構(gòu)（Service-oriented Architecture，SOA）等。顯然，物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)多學(xué)科交叉領(lǐng)域，涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、通信工程和電子科學(xué)與技術(shù)等基礎(chǔ)學(xué)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(guān)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(shù)，具備“人—機(jī)—物”融合的計(jì)算思維能力、物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)與實(shí)施能力、物品智慧化設(shè)計(jì)能力和系統(tǒng)能力的高級(jí)工程技術(shù)人才。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的知識(shí)體系[5]包括專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)、專業(yè)核心知識(shí)和行業(yè)應(yīng)用知識(shí)，其中專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)涉及算法與程序設(shè)計(jì)、電路與電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)等;物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)核心知識(shí)涉及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系、標(biāo)識(shí)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(shè)計(jì)與實(shí)施等;行業(yè)應(yīng)用知識(shí)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(cè)、國(guó)防應(yīng)用等。

三、物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)需求分析

據(jù)Gartner預(yù)測(cè)，到2020年，全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將達(dá)260億臺(tái)，市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)1.9萬(wàn)億美元;據(jù)麥肯錫預(yù)測(cè)，到2025年，市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)11.1萬(wàn)億美元。近期，物聯(lián)網(wǎng)智庫(kù)聯(lián)合科學(xué)出版社對(duì)來(lái)自物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)展開(kāi)了調(diào)查[6]，其中來(lái)自應(yīng)用層的企業(yè)占近50%。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，企業(yè)對(duì)技術(shù)類的工程師需求較大，其中物聯(lián)網(wǎng)軟件開(kāi)發(fā)工程師、物聯(lián)網(wǎng)硬件開(kāi)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(wú)線通信技術(shù);熟悉計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和TCP/IP協(xié)議，對(duì)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(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn);對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法有深入的理解;對(duì)機(jī)器到機(jī)器（Machine to Machine，M2M）業(yè)務(wù)有較深了解，對(duì)傳感器和RFID的應(yīng)用相當(dāng)熟悉;熟練分布式系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分布式存儲(chǔ)架構(gòu)，具有實(shí)際應(yīng)用的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn);熟悉軟件架構(gòu)模式、概念和技巧，能夠準(zhǔn)確無(wú)誤地理解相關(guān)系統(tǒng)架構(gòu);熟悉Linux/Windows操作系統(tǒng)內(nèi)核、分布式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用;熟悉Openstack/ cloudstack云計(jì)算技術(shù)、Hadoop/HBase等分布式文件存儲(chǔ)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(shè)計(jì)、印刷電路板（Printed Circuit Board，PCB）設(shè)計(jì)等應(yīng)用工具;熟悉單片機(jī)、進(jìn)階精簡(jiǎn)指令集機(jī)器（Advanced RISC Machine，ARM）、數(shù)字信號(hào)處理（Digital Signal Processing，DSP）等嵌入式硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì);熟悉數(shù)字、模擬電路設(shè)計(jì)與調(diào)試;有模數(shù)轉(zhuǎn)換器（Analog-to-Digital Converter，ADC）設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和電磁兼容性（Electro Magnetic Compatibility，EMC）測(cè)試經(jīng)驗(yàn);熟悉掌握單片機(jī)（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(kāi)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(yǔ)言;熟悉mysql，sqlite和mssql等數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等。

此外，物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)對(duì)銷售類崗位、產(chǎn)品經(jīng)理、市場(chǎng)營(yíng)銷、運(yùn)營(yíng)、測(cè)試工程師、數(shù)據(jù)工程師、網(wǎng)絡(luò)工程師、算法工程師以及工業(yè)設(shè)計(jì)等也有比較大的需求。其中，產(chǎn)品經(jīng)理需要熟悉WiFi、藍(lán)牙低能耗（Bluetooth Low Energy，BLE），ZigBee，LoRa，NB-IoT以及增強(qiáng)機(jī)器到機(jī)器（enhanced Machine-Type Communication，eMTC）等無(wú)線通信協(xié)議;熟悉約束應(yīng)用協(xié)議（Constrained Application Protocol，CoAP）和消息隊(duì)列遙測(cè)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(tái)實(shí)施或產(chǎn)品開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，能夠設(shè)計(jì)產(chǎn)品原型和產(chǎn)品架構(gòu)，有過(guò)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，熟悉Java和C等開(kāi)發(fā)語(yǔ)言等。數(shù)據(jù)工程師需要掌握Apache，Hadoop，Apark，Hive等大數(shù)據(jù)開(kāi)源框架;掌握MySQL和PostgreSQL等數(shù)據(jù)庫(kù)等。網(wǎng)絡(luò)工程師需要掌握網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，能夠?qū)粨Q機(jī)路由等相關(guān)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試及維護(hù)，熟悉常用接口配置，IP規(guī)劃，靜/動(dòng)態(tài)路由配置;熟悉TCP/IP協(xié)議和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，各種常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置和管理;精通網(wǎng)絡(luò)維護(hù)，熟悉局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并可獨(dú)立完成局域網(wǎng)建設(shè);對(duì)域名系統(tǒng)（Domain Name System，DNS）、動(dòng)態(tài)主機(jī)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(luò)或系統(tǒng)故障;熟悉軟硬件防火墻技術(shù)及局域網(wǎng)內(nèi)病毒防治;熟悉各種常見(jiàn)設(shè)備，并能對(duì)設(shè)備運(yùn)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(xué)習(xí)開(kāi)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(shí)體系

在上述物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)需求的驅(qū)動(dòng)下，需要重新梳理物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)知識(shí)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(shí)以及建議開(kāi)設(shè)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(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(shè)計(jì)與實(shí)施等知識(shí)點(diǎn)沒(méi)有直接關(guān)聯(lián)之外，其余的都已涉及。同時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)，電路與電子技術(shù)等知識(shí)點(diǎn)是物聯(lián)網(wǎng)硬件工程師必備的知識(shí)體系。

五、面向物聯(lián)網(wǎng)工程師的課程體系構(gòu)建

課程設(shè)置是人才培養(yǎng)方案的核心內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)規(guī)格的中心環(huán)節(jié)。學(xué)校按照教育部制定的本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國(guó)家通用標(biāo)準(zhǔn)，落實(shí)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，緊密結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)和物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)需求知識(shí)體系結(jié)構(gòu)，精心構(gòu)建了面向物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程師的課程體系，如下頁(yè)圖1所示。

該課程體系由公共課程、學(xué)科基礎(chǔ)課程、專業(yè)核心課程、專業(yè)實(shí)踐課程與選修課程等幾大模塊構(gòu)成。公共課程模塊旨在夯實(shí)基礎(chǔ)、拓寬口徑，注重加強(qiáng)科學(xué)精神和人文精神的貫通和融合，全面提升學(xué)生的思想道德素質(zhì)、科學(xué)文化素質(zhì)和身心素質(zhì)，滿足學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)需求，拓展學(xué)生知識(shí)面和綜合素質(zhì)，提升學(xué)生價(jià)值判斷、理性思考、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和藝術(shù)審美的能力。公共課程包括人文社會(huì)科學(xué)、公共藝術(shù)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等課程。其中，學(xué)生參加學(xué)科競(jìng)賽、科學(xué)研究、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目等課外創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)并取得相應(yīng)成績(jī)可以沖抵創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程學(xué)分。

學(xué)科基礎(chǔ)課程模塊由相關(guān)學(xué)科基礎(chǔ)課程組成，以學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)為目標(biāo)，課程內(nèi)容強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)性、適應(yīng)性，旨在落實(shí)“厚基礎(chǔ)、寬口徑”的培養(yǎng)要求。其中，電路與電子技術(shù)涉及電路分析、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)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(diǎn)和人才培養(yǎng)職業(yè)定位而設(shè)置的既相對(duì)獨(dú)立又能夠形成有機(jī)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(jié)構(gòu)、NB-IoT和云計(jì)算等課程往往容易被忽視。

專業(yè)實(shí)踐課程模塊包括獨(dú)立設(shè)置的實(shí)驗(yàn)課程、課程設(shè)計(jì)、見(jiàn)習(xí)、專業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)以及電子工藝實(shí)習(xí)等。比如，可以開(kāi)設(shè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)綜合實(shí)訓(xùn)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課程。專業(yè)選修課程是根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)和社會(huì)需求，為發(fā)展和滿足各專業(yè)學(xué)生個(gè)性、興趣、愛(ài)好與特長(zhǎng)，加深學(xué)生對(duì)專業(yè)特定領(lǐng)域的了解，提升其相應(yīng)專業(yè)能力而開(kāi)設(shè)的課程。

六、結(jié)束語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程師需要具備計(jì)算機(jī)、通信與電子等相關(guān)學(xué)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(shù)，需要具備計(jì)算思維能力、算法設(shè)計(jì)與分析能力、程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)能力、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)認(rèn)知能力、設(shè)計(jì)能力和應(yīng)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(diǎn)構(gòu)建了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程師所需知識(shí)的課程體系。針對(duì)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(shí)踐課程兩個(gè)模塊的基礎(chǔ)上增加相應(yīng)的課程。

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