物流工程專業物聯網技術課程建設

郭成波 閆薪宇 海靖 王涵彬 孫術發

[摘要]針對物流工程專業特點，結合物聯網技術的體系架構，以智慧物流服務為目標，對適用于物流工程專業培養目標的物聯網技術課程建設進行了探索。針對物流倉儲、分揀、出入庫及運輸過程監控管理等環節的技術特點，將物聯網技術的感知層、網絡層和應用層分別與其在物流領域中的具體應用相銜接，從智慧物流具體應用需求出發，設計了基于射頻識別技術、ZigBee基礎編程和傳感器應用的課程實驗，采用線上與線下、理論與實踐相結合的教學過程管理方式，建立了基于課堂表現、在線學習、階段考試、實驗操作、實驗表現和期末考試的過程化考核方式。

[關鍵詞]物聯網技術;物流工程專業;智慧物流;課程建設

[中圖分類號]G642

[文獻標識碼]A

[文章編號]1005-152X（2022）02-0128-05

[收稿日期]2021-10-13

[基金項目]東北林業大學教育教學研究項目（DGY2021-32）;中央高校基本科研業務費專項資金資助（2572021BL01）

[作者簡介]郭成波，男，山東人，博士，講師，主要研究方向：物流工程、物聯網技術等。

0引言

物聯網技術是指把所有物品通過射頻識別等信息傳感設備與互聯網連接起來，實現智能化識別和管理，其目標是使任何人與物能夠隨時隨地和任何人與物進行連接[1]，并且這種連接可以通過任何網絡和途徑實現，并能方便地使用各種服務，實現現實物質世界和數字虛擬世界的共存與互動。

物聯網技術被稱為信息科技產業的第三次革命[2]，2005年國際電信聯盟發布物聯網發展報告指出物聯網的時代即將到來。物聯網技術內容涉及自動識別技術、射頻識別技術、無線傳感器網絡技術、自動化技術、計算機技術、通信技術等多個學科方向，每一部分內容獨立出來都可以作為一門課程甚至一個專業，因此物聯網技術知識體系具有交叉復雜性[3]。

物流工程是一門綜合型邊緣學科，是物流學與工程技術相結合的產物，與管理科學與工程、電子商務、交通運輸工程、機械工程、計算機科學等領域具有內在聯系[4-5]，以培養物流領域需求的復合型工程技術人才為目標。在“新工科”背景下，物流領域人才更加強調實踐能力和創新能力的培養[6-7]，智慧物流是物流工程的重要組成部分[8]，將物聯網技術課程引入到物流工程專業人才培養方案中，能夠顯著提高學生對物流智能化的認知水平，拓寬學生視野，為學生提供新的就業和再深造方向。

1物流工程專業引入物聯網技術課程的必要性

物流工程專業以培養具備扎實的系統工程、交通運輸工程、機械工程、計算機科學與技術等學科基礎[9-10]，熟練掌握工程技術及物流工程專業知識，具備良好的科學文化素養、創新思維意識和國際化視野，擁有健全人格和健康身心，能夠從事物流及其相關領域技術研發、運營管理和規劃設計的復合型工程技術人才[11]。

隨著我國電商經濟的迅猛發展，物流作為電商經濟的命脈，作用日益突出，智慧物流成為物流行業提質升速的關鍵。物聯網技術是以應用為驅動，服務于各行各業為特點的應用型技術，物流的智能化發展過程中，應用了大量的物聯網相關技術，智慧物流的發展離不開物聯網技術，因此為了培養適應時代需要的物流人才，物流工程專業人才培養過程中引入物聯網技術課程，對于培養發展智慧物流需要的高技術專業型人才非常必要。

針對物流倉儲、分揀、出入庫及運輸過程監控管理等環節的技術需求特點，將物聯網技術感知層、網絡層和應用層相應技術分別與其在物流領域中的具體應用相銜接。如圖1所示，物聯網技術所包含的條碼識別、射頻識別、自動識別（圖像和生物特征識別等）、無線傳感器網絡、定位技術、云計算和互聯網等技術可以分別應用于倉庫安防、運輸過程實時監控及管理、自動盤貨、自動分揀、貨物智能簽收等物流場景。

物聯網技術課程中包含通信技術、自動化技術、計算機科學、信息工程等眾多學科的知識內容，因此對學生數學、物理、電工電子、自動控制原理、C語言編程等相關知識的前期掌握情況具有較高要求。同時，為了使物聯網技術更好的服務于物流行業發展，需要對物聯網技術課程體系進行針對性設計和規劃。因此，本文將基于物流工程專業對人才知識培養的需求，結合在物聯網技術方面多年的教學經驗，探討適用于物流工程專業特色的物聯網技術課程知識體系、實驗設計和考核方式。

2適用于物流工程專業的物聯網技術課程內容建設

物流工程的知識涉及物流活動的全過程，包含物流裝備、物流運輸、物流存儲、物流揀選、物流管理等部分，現在的物流實踐活動中，許多環節已逐漸引入物聯網相關技術，例如，射頻識別技術已廣泛應用于商品的盤貨活動，條形碼廣泛應用于商品識別和結算環節等。因此，結合物流工程實際應用設計物聯網技術課程知識體系，使學生既能系統性的掌握物聯網相關技術，又能夠將所學技術應用于物流實踐活動，使得知識能力培養與專業實踐有效結合。2.1物聯網技術知識體系架構

物聯網技術具有全面感知、可靠傳送和智能處理的特點，根據物聯網技術特點可分為三層體系架構，即感知層、網絡層和應用層。感知層為三層架構的最底層，是物聯網技術應用的基礎，主要實現對物品和環境的全面感知功能，以條碼識別技術（一維碼和二維碼）、圖像識別技術、射頻識別技術和傳感器技術等為主要實現途徑。網絡層主要負責實現數據高可靠、高安全性、無障礙的及時傳輸，其包括近距離和遠距離數據傳輸，其中近距離數據傳輸主要通過ZigBee技術、藍牙技術和無線傳感網絡等技術實現，遠距離數據傳輸主要通過互聯網、移動通信網絡和衛星通信等技術實現。應用層主要功能是把感知和傳輸來的信息進行分析和處理，做出正確的控制和決策，實現智能化的管理、應用和服務，主要涉及到云計算、大數據處理、數據挖掘、人工智能等技術。

物聯網技術三層體系架構彼此既相互聯系又相互獨立，每一部分內容均可獨立為研究方向，所包含的內容都非常豐富，而且相應的知識學科之間跨度較大。對于物流工程專業學生而言，通過一門課程全面深入的學習物聯網技術非常困難，非常容易陷入空泛虛的困境。因此，需要從物聯網技術在物流工程領域的具體應用為出發點，將物聯網技術的知識架構與物流工程專業的人才培養模式相統一，以將學生培養成為物流工程領域的復合型創新型人才作為物聯網技術課程內容建設的目標。

2.2適用于物流工程專業人才培養的物聯網技術課程內容建設

基于物聯網技術三層體系架構，搭建了的物流工程專業物聯網技術課程內容體系（見表1），將物聯網技術感知層、網絡層和應用層中相關技術與其在物流環節中的具體應用建立了直接聯系，授課過程中以物流具體應用為驅動對相關物聯網技術知識進行講解，有利于培養學生的創新思維，并加深對相關知識的理解。

物聯網技術相關知識內容與物流工程具體應用主要關聯如下：

（1）條碼識別技術是最基礎的感知技術，目前在物流中已經取得廣泛應用，一維條形碼廣泛應用于產品標識，在產品統計、結算、物流軌跡跟蹤方面獲得了普及性應用，近幾年隨著手機掃碼功能的普及推廣，二維碼在支付、產品信息標識、產品防偽、產品可追溯系統設計中獲得了大規模應用。

（2）圖像和生物特征識別技術是目前逐漸興起的自動識別技術，特別是指紋識別、頭像識別和圖像特征提取技術目前都已獲得大量工程應用，在物流中可以應用于物流包裹自動簽收、物流貨物自動分揀、倉庫安防系統設計等環節，能夠使相應物流環節的提高工作效率并節省大量的人工成本。

（3）射頻識別技術利用標簽內的射頻芯片對商品信息進行標識，能夠在一定距離內實現非接觸識別，已經在無人超市商品識別結算系統、倉庫盤貨和出入庫貨品統計、倉庫及超市貴重物品防盜竊系統中等獲得應用，目前微型化射頻標簽已經可以設計得像普通一維條形碼標簽一樣大小，隨著射頻識別系統成本的逐漸降低，射頻識別技術一定會在物流中獲得更廣泛的應用。

（4）傳感器及檢測技術結合無線傳感網絡技術已廣泛應用于冷鏈物流運輸監控系統等需要對運輸環境進行監控的物流活動中，實現對運輸環境溫濕度、位置等信息的實時監控，并根據所獲取實時信息實現對運輸過程的實時管理，從而保證冷鏈物流產品的質量，特別是在醫藥、危險品和疫苗冷鏈運輸過程中，其作用非常顯著。

（5）物聯網通信與網絡技術主要應用于物流管理人員對物流各環節的遠程實時監控，實現物流前端與后臺數據的及時更新，有利于實現物流網絡各環節的實時管理。

（6）物聯網大數據處理技術可以應用于物流數據統計，并利用海量的物流信息，通過數據挖掘等從中獲取物流規律，并應用于物流動態預測分析等。物聯網信息安全技術主要針對物聯網用戶的信息保護，在物流中可以應用于物流運輸過程中的用戶信息保護、產品防偽追溯等，比如用加密二維碼代替明文用戶信息，利用射頻識別技術對貴重物流商品進行全過程防偽追溯等。由以上分析能夠發現，物聯網相關技術均可以應用于物流中的具體環節中，有助于提高物流效率和管理水平，與智慧物流的發展方向一致。

3基于智慧物流應用的物聯網技術基礎實驗設計

實驗設計以提高學生對理論知識的認知水平，培養學生動手能力和創新思維為目標。針對射頻識別技術和傳感器感知技術，基于這些技術在物流中的實際應用，設計了相應的認知性和操作性實驗，加強學生對理論知識理解的同時，培養學生的動手能力，加深學生對物聯網技術理論與物流工程實踐應用相結合的思考，并引導學生將物聯網相關知識應用于物流實踐活動中[12-13]，解決物流中存在的實際問題。

表2為以智慧物流應用為背景的物聯網技術實驗設計，順應技術發展趨勢，開拓學生視野，引導學生養成將最新科學研究技術成果應用于物流領域的意識，并鼓勵學生應用所學物聯網技術知識解決物流實際問題[14-15]。

其中，射頻識別技術應用實驗，學生能夠接觸到目前常用的各頻段的射頻識別標簽，通過對各標簽編碼的操作，使學生切身理解射頻識別技術在盤貨、產品溯源等物流場景中的應用方法，并引發學生對射頻識別技術在物流中更深入應用的探索。ZigBee基礎編程實驗，主要培養學生的編程能力和程序思維，使學生能夠通過自己編寫程序，實現對物聯網硬件的控制，加深學生對編程理論知識的理解，并引發學生對編程的興趣。傳感器應用實驗，主要使學生能夠真實接觸到各種功能的傳感器，從表象功能出發，引發對其工作原理的理解，最終使學生能夠通過編寫程序，驅動傳感器工作，獲取傳感器狀態，并根據傳感器狀態控制執行元件進行相應的動作，從而實現閉環控制，引導學生探索無線傳感網絡技術在物流中的應用。

4物聯網技術課程考核評價方式

為驅動學生掌握扎實的理論知識，同時具備一定的實踐能力和創新思維，課程考核更強調學習過程管理，引導學生能夠真正進行物聯網技術相關的物流實踐活動。圖2所示為物聯網技術課程考核方式，摒棄以期末考試決定課程成績的一考制，整個考核以驅動學生過程化學習為目的，每個考核環節成績最多占到總成績的30%。

教學過程中采用線上與線下、理論與實踐相結合的方式，考核貫穿整個學習過程。針對理論知識學習，建立了線上學習平臺，為學生提供課前預習、課后復習及背景知識等內容，鼓勵學生在學習平臺交流溝通，并通過線上學習考核的方式督促學生進行在線學習。

實驗考核摒棄以實驗報告評價實驗教學效果的單一化手段，以培養學生動手能力、自主學習能力、協作能力和創新能力為目標，以實驗課堂表現、操作熟練程度、編程能力、完成度等為依據，對每位學生進行單獨隨機實操性實驗考核。同時為鼓勵學生利用所學物聯網技術探索解決物流中存在的難題，物聯網技術實驗平臺對學生進行相關大學生創新創業項目提供軟硬件支持。

5結語

基于物流工程專業對人才知識培養的需求分析，結合在物聯網技術方面多年的教學經驗，對適用于物流工程專業的物聯網技術課程建設進行了探索。將物聯網技術劃分為感知層、網絡層和應用層三層體系架構，對每一部分技術對應的物流具體應用進行了分析。基于智慧物流應用的需求為出發點，對物聯網技術中的射頻識別技術、ZigBee基礎編程和傳感器應用等實驗內容進行了設計。采用了線上與線下、理論與實踐相結合的教學過程管理方式，建立了基于課堂表現、在線學習、階段考試、實驗操作、實驗表現和期末考試的學習過程化考核方式。

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