從系統(tǒng)與控制的角度淺談關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的教學(xué)

摘要：當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)研究已經(jīng)引起了學(xué)術(shù)界廣泛的關(guān)注。伴隨著物聯(lián)網(wǎng)研究的興起，很多高校已經(jīng)陸續(xù)開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，以培養(yǎng)適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的專門技術(shù)人才。本文從系統(tǒng)與控制的角度，淺談關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)工程本科專業(yè)的幾點(diǎn)教學(xué)方面的思考，以探索物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)有效的教學(xué)方法，提高學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；信息技術(shù)；系統(tǒng)與控制

中圖分類號：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）15-0083-02

一、引言

物聯(lián)網(wǎng)基于集成信息空間的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算技術(shù)與物理空間中的控制技術(shù)、自動化技術(shù)等，通過信息交互，展現(xiàn)、操作和控制物理器件，實(shí)現(xiàn)物理世界和信息世界的互聯(lián)互通，廣泛地應(yīng)用于智能交通、能源、制造業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、公共安全、智能安防、工業(yè)監(jiān)測、智能家居等多個領(lǐng)域，被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮[1]。

為了緊跟國際前沿，中國的學(xué)術(shù)界與企業(yè)界也加大了物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的研究。《國家中長期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃（2006—2020年）》[2]、“新一代寬帶移動無線通信網(wǎng)”重大專項(xiàng)[3]、國家自然科學(xué)基金、國家863計(jì)劃和國家973計(jì)劃等均將物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域作為重點(diǎn)資助領(lǐng)域，導(dǎo)致物聯(lián)網(wǎng)在我國的研究一浪高過一浪，逐步形成了物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈，以帶動市場的發(fā)展[4]。與此同時，根據(jù)教育部辦公廳關(guān)于戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)專業(yè)申報(bào)和審批工作的通知（教高廳函[2010]13號）的精神，教育部決定在2010年4月底前完成一次戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)專業(yè)的申報(bào)和審批工作，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專業(yè)是信息網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)方向重點(diǎn)支持的開辦專業(yè)之一[1，5]。重慶郵電大學(xué)是國家布點(diǎn)設(shè)立并重點(diǎn)建設(shè)的幾所郵電高校之一，是工業(yè)和信息化部與重慶市共建的一所以信息科學(xué)技術(shù)為特色和優(yōu)勢，在郵電通信行業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，在西部乃至全國具有重要影響和地位的教學(xué)研究型大學(xué)。為了積極響應(yīng)國家的號召，重慶郵電大學(xué)于2011年通過審批，成為全國較早開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程本科專業(yè)的高校之一，成為西部開展物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)的重要基地之一。物聯(lián)網(wǎng)工程涉及多學(xué)科，其中主要涉及控制學(xué)科、計(jì)算機(jī)學(xué)科和通信學(xué)科，所以大部分高校的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)也主要圍繞這三個學(xué)科來加以建設(shè)。重慶郵電大學(xué)是由自動化學(xué)院來開辦物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，主要依托控制學(xué)科加以建設(shè)，因此，本文主要從系統(tǒng)和控制的角度來談?wù)勎锫?lián)網(wǎng)工程專業(yè)的教學(xué)問題。

二、物聯(lián)網(wǎng)概述

1.物聯(lián)網(wǎng)定義。2009年1月，IBM提出“智慧地球”構(gòu)想，物聯(lián)網(wǎng)為其中不可或缺的一部分，而奧巴馬對“智慧地球”構(gòu)想作出了積極回應(yīng)，并將其提升為國家層級的發(fā)展戰(zhàn)略，從而引起全球廣泛關(guān)注。同年8月，溫家寶同志在無錫視察時指出：“盡快建立中國的傳感信息中心，或者叫‘感知中國中心”，迅速在全國掀起了物聯(lián)網(wǎng)研究的高潮[6]。物聯(lián)網(wǎng)是一個嶄新的研究領(lǐng)域，其定義還在不斷發(fā)展與完善之中，目前尚無統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)定義，比較常見的描述如表1所示[7-8]。

上述關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的定義雖不盡相同，但其一個重要的共同點(diǎn)在于：物聯(lián)網(wǎng)的核心是實(shí)現(xiàn)事物（包含人）之間的互聯(lián)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)所有事物之間主動的信息交換和通信。物體的信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)叫畔⑻幚碇行暮罂蓪?shí)現(xiàn)各種信息服務(wù)和應(yīng)用。與此對應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)包括三層結(jié)構(gòu)[9]：感知延伸層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用服務(wù)層。第一層是感知延伸層，通過傳感器連接事物和感知信息；第二層傳輸層，包括現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)、廣電網(wǎng)以及各種接入網(wǎng)和專用網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對信息的傳輸和處理；第三層是應(yīng)用層，為PC、手機(jī)、智能終端等各種終端設(shè)備提供感知信息的應(yīng)用服務(wù)。

2.物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵。對物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)涵的認(rèn)識，主要包括兩個方面：一是廣義的物聯(lián)網(wǎng)，即只要是連接物體狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)都是物聯(lián)網(wǎng)；二是狹義的物聯(lián)網(wǎng)，即能夠?qū)⑽矬w的身份識別、自身特征、存在狀態(tài)等生命信息進(jìn)行智能管理和反饋控制的網(wǎng)絡(luò)。二者的差別在于對應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)的目的性的不同[10]。物聯(lián)網(wǎng)不應(yīng)理解為一種獨(dú)立發(fā)展起來的技術(shù)，而是現(xiàn)代通信技術(shù)、傳感技術(shù)等在典型領(lǐng)域中的一種新的理念或系統(tǒng)，物聯(lián)網(wǎng)的研究應(yīng)用應(yīng)結(jié)合某些領(lǐng)域來進(jìn)行，同時應(yīng)重視人在社會活動中的特點(diǎn)。因此，發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)的最終目標(biāo)不是簡單地將物與物互聯(lián)，而是要催生很多具有“計(jì)算、通信、控制、協(xié)同和自治”特征的智能設(shè)備與系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)“實(shí)時感知、動態(tài)控制和智慧處理”[11]，從物理世界到信息世界，實(shí)現(xiàn)二者的深度融合，進(jìn)而發(fā)展到人類社會，促進(jìn)人類社會的和諧與平衡。

3.物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)[10]。從系統(tǒng)和控制的角度來看物聯(lián)網(wǎng)，則物聯(lián)網(wǎng)具有以下幾個明顯的特征：全面感知。利用RFID、傳感器、二維碼及其他各種的感知設(shè)備隨時隨地采集各種動態(tài)對象的信息，實(shí)現(xiàn)對物理世界的全面感知。可靠傳輸。任一物體都可以通過嵌入信息化設(shè)備，使用高可靠的無線或有線通訊技術(shù)，與其他物體進(jìn)行主動交互，實(shí)現(xiàn)物理世界的感知信息到信息世界的可靠傳輸。有效認(rèn)知。利用云計(jì)算等先進(jìn)的智能計(jì)算技術(shù)，對海量的數(shù)據(jù)、信息和實(shí)施狀態(tài)進(jìn)行分析和處理，挖掘海量信息中蘊(yùn)含的特征信息，實(shí)現(xiàn)對物理現(xiàn)象的有效、深度和完備認(rèn)知。智能管控。基于對物理世界的感知信息及對物理現(xiàn)象的完備認(rèn)知，根據(jù)期望的目標(biāo)，對其發(fā)展過程施以影響，并應(yīng)用相應(yīng)的反饋信息，實(shí)現(xiàn)對物理對象的智能化管理與控制。

三、物聯(lián)網(wǎng)的教學(xué)思考

首先，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)劃歸工學(xué)門類，幾乎沒有異議，但是歸屬到何種學(xué)科，則存在分歧。將物聯(lián)網(wǎng)劃歸計(jì)算機(jī)學(xué)科的呼聲似乎較高，且不論學(xué)科歸屬，我們對一個物聯(lián)網(wǎng)工程新專業(yè)的教學(xué)應(yīng)從多個角度進(jìn)行審視，目的是促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)工程教學(xué)趨于完善。作者一直從事控制科學(xué)與工程的相關(guān)研究，想從系統(tǒng)和控制的角度來談?wù)勎锫?lián)網(wǎng)工程的課程建設(shè)與教學(xué)問題。

1.物聯(lián)網(wǎng)工程的課程建設(shè)應(yīng)兼顧課程體系的完整性和特殊性。雖然物聯(lián)網(wǎng)工程是新興的專業(yè)，但是其課程建設(shè)應(yīng)注意課程設(shè)置的完整性，同時，正是基于其是新興專業(yè)的特點(diǎn)，還應(yīng)注意課程設(shè)置的特殊性。課程的設(shè)置應(yīng)該避免“掛羊頭賣狗肉”的嫌疑，而應(yīng)著重從專業(yè)的背景、基礎(chǔ)、實(shí)踐和未來發(fā)展趨勢加以考慮。此外，從師資配置方面來看，既應(yīng)考慮教師的前期基礎(chǔ)，也要兼顧教師的知識背景和目前所從事的研究。

2.物聯(lián)網(wǎng)工程的教學(xué)應(yīng)兼顧理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的統(tǒng)一性。眾所周知，物聯(lián)網(wǎng)工程是一個強(qiáng)調(diào)實(shí)際操作能力的專業(yè)。但是，我們必須清醒地認(rèn)識到理論教學(xué)的重要性，特別是對于本科階段的培養(yǎng)。物聯(lián)網(wǎng)雖然是一個屬于未來的概念，但是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)大部分都是先有的成熟的知識，其并不是一個突然產(chǎn)生的概念。從物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)來看，物聯(lián)網(wǎng)的感知層，主要涉及傳感技術(shù)，因此，教學(xué)過程中應(yīng)注重傳感原理的講述。誠然，理論教學(xué)主要是為了以后的發(fā)展打下基礎(chǔ)，實(shí)踐教學(xué)則是要在實(shí)踐的過程中體會理論教學(xué)的內(nèi)涵。

3.物聯(lián)網(wǎng)工程的教學(xué)應(yīng)突出系統(tǒng)和控制的特點(diǎn)。從系統(tǒng)和控制的角度來看，物聯(lián)網(wǎng)終究是要為實(shí)現(xiàn)人類的某種意圖而發(fā)揮作用的，它將在系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的過程中扮演重要的角色。而控制的思想正是基于實(shí)際的效果與期望的效果不一致，借助誤差信號反饋來逐步實(shí)現(xiàn)人們的預(yù)期。因此，在教學(xué)過程中，我們應(yīng)該從宏觀的視角，闡述物聯(lián)網(wǎng)在未來的應(yīng)用中所起的作用，避免一味地沉溺于某一種專門技術(shù)。

四、結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)工程作為一個新興的專業(yè)，其教學(xué)質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到學(xué)生未來的發(fā)展。本文從系統(tǒng)和控制的角度淺談了幾點(diǎn)關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)工程的教學(xué)問題，以促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)工程教學(xué)趨于完善，提高教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]桂小林.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專業(yè)課程體系探索[J].計(jì)算機(jī)教育，2010，（16）：7-9.

[2]中華人民共和國國務(wù)院.國家中長期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃（2006—2020年）[DB/OL].[2006-02-01].http：//wenku.baidu.com/view/ddcecbcea1c7aa00b52acbb6.html.

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[4]錢紅燕，陳兵，燕雪峰.物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)實(shí)踐體系研究[J].計(jì)算機(jī)教育，2011，（23）：25-29.

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[6]屈偉平.物聯(lián)網(wǎng)掀起新的信息技術(shù)革命浪潮[J].物流技術(shù)與應(yīng)用，2009，（11）：44-47.

[7]劉云浩.物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論[M].北京：科學(xué)出版社，2012.

[8]ITU Internet Reports 2005：The Internet of Things [R].http：//www.itu.int/osg/spu/publications/internetofthings/，2005.

[9]Internet of Things in 2020：Roadmap for the Future[R].EpoSS.2008.http：//www.iot-visitthefuture.eu/

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[10]孫棣華.物聯(lián)網(wǎng)在交通領(lǐng)域的典型應(yīng)用[R].全國“智能駕駛與車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”高級研修班，2012-10-16.

[11]吳功宜.對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學(xué)體系建設(shè)的思考[J].計(jì)算機(jī)教育，2010，（21）：30-33.

基金項(xiàng)目：重慶郵電大學(xué)教改項(xiàng)目（XJG1322）；重慶市自然科學(xué)基金院士專項(xiàng)（cstc2011jjys30001）。

作者簡介：李永福（1984-），男，湖北黃崗人，博士，副教授，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)和智能交通系統(tǒng)等研究。

2.物聯(lián)網(wǎng)工程的教學(xué)應(yīng)兼顧理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的統(tǒng)一性。眾所周知，物聯(lián)網(wǎng)工程是一個強(qiáng)調(diào)實(shí)際操作能力的專業(yè)。但是，我們必須清醒地認(rèn)識到理論教學(xué)的重要性，特別是對于本科階段的培養(yǎng)。物聯(lián)網(wǎng)雖然是一個屬于未來的概念，但是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)大部分都是先有的成熟的知識，其并不是一個突然產(chǎn)生的概念。從物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)來看，物聯(lián)網(wǎng)的感知層，主要涉及傳感技術(shù)，因此，教學(xué)過程中應(yīng)注重傳感原理的講述。誠然，理論教學(xué)主要是為了以后的發(fā)展打下基礎(chǔ)，實(shí)踐教學(xué)則是要在實(shí)踐的過程中體會理論教學(xué)的內(nèi)涵。

3.物聯(lián)網(wǎng)工程的教學(xué)應(yīng)突出系統(tǒng)和控制的特點(diǎn)。從系統(tǒng)和控制的角度來看，物聯(lián)網(wǎng)終究是要為實(shí)現(xiàn)人類的某種意圖而發(fā)揮作用的，它將在系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的過程中扮演重要的角色。而控制的思想正是基于實(shí)際的效果與期望的效果不一致，借助誤差信號反饋來逐步實(shí)現(xiàn)人們的預(yù)期。因此，在教學(xué)過程中，我們應(yīng)該從宏觀的視角，闡述物聯(lián)網(wǎng)在未來的應(yīng)用中所起的作用，避免一味地沉溺于某一種專門技術(shù)。

四、結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)工程作為一個新興的專業(yè)，其教學(xué)質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到學(xué)生未來的發(fā)展。本文從系統(tǒng)和控制的角度淺談了幾點(diǎn)關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)工程的教學(xué)問題，以促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)工程教學(xué)趨于完善，提高教學(xué)質(zhì)量。

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[4]錢紅燕，陳兵，燕雪峰.物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)實(shí)踐體系研究[J].計(jì)算機(jī)教育，2011，（23）：25-29.

[5]教育部辦公廳關(guān)于戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)專業(yè)申報(bào)和審批工作的通知[S/OL].[2010-04-21].http：//www.moe.edu.cn/edoas/website18/33/info1268120766807633.htm.

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[7]劉云浩.物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論[M].北京：科學(xué)出版社，2012.

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[10]孫棣華.物聯(lián)網(wǎng)在交通領(lǐng)域的典型應(yīng)用[R].全國“智能駕駛與車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”高級研修班，2012-10-16.

[11]吳功宜.對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學(xué)體系建設(shè)的思考[J].計(jì)算機(jī)教育，2010，（21）：30-33.

基金項(xiàng)目：重慶郵電大學(xué)教改項(xiàng)目（XJG1322）；重慶市自然科學(xué)基金院士專項(xiàng)（cstc2011jjys30001）。

作者簡介：李永福（1984-），男，湖北黃崗人，博士，副教授，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)和智能交通系統(tǒng)等研究。

2.物聯(lián)網(wǎng)工程的教學(xué)應(yīng)兼顧理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的統(tǒng)一性。眾所周知，物聯(lián)網(wǎng)工程是一個強(qiáng)調(diào)實(shí)際操作能力的專業(yè)。但是，我們必須清醒地認(rèn)識到理論教學(xué)的重要性，特別是對于本科階段的培養(yǎng)。物聯(lián)網(wǎng)雖然是一個屬于未來的概念，但是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)大部分都是先有的成熟的知識，其并不是一個突然產(chǎn)生的概念。從物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)來看，物聯(lián)網(wǎng)的感知層，主要涉及傳感技術(shù)，因此，教學(xué)過程中應(yīng)注重傳感原理的講述。誠然，理論教學(xué)主要是為了以后的發(fā)展打下基礎(chǔ)，實(shí)踐教學(xué)則是要在實(shí)踐的過程中體會理論教學(xué)的內(nèi)涵。

3.物聯(lián)網(wǎng)工程的教學(xué)應(yīng)突出系統(tǒng)和控制的特點(diǎn)。從系統(tǒng)和控制的角度來看，物聯(lián)網(wǎng)終究是要為實(shí)現(xiàn)人類的某種意圖而發(fā)揮作用的，它將在系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的過程中扮演重要的角色。而控制的思想正是基于實(shí)際的效果與期望的效果不一致，借助誤差信號反饋來逐步實(shí)現(xiàn)人們的預(yù)期。因此，在教學(xué)過程中，我們應(yīng)該從宏觀的視角，闡述物聯(lián)網(wǎng)在未來的應(yīng)用中所起的作用，避免一味地沉溺于某一種專門技術(shù)。

四、結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)工程作為一個新興的專業(yè)，其教學(xué)質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到學(xué)生未來的發(fā)展。本文從系統(tǒng)和控制的角度淺談了幾點(diǎn)關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)工程的教學(xué)問題，以促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)工程教學(xué)趨于完善，提高教學(xué)質(zhì)量。

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基金項(xiàng)目：重慶郵電大學(xué)教改項(xiàng)目（XJG1322）；重慶市自然科學(xué)基金院士專項(xiàng)（cstc2011jjys30001）。

作者簡介：李永福（1984-），男，湖北黃崗人，博士，副教授，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)和智能交通系統(tǒng)等研究。