地方本科院校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)應用型人才培養(yǎng)方案的質(zhì)量標準研究

趙翠芹　吳啟明　黃星壽

摘 要：針對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)特性，分析了物聯(lián)網(wǎng)面臨的問題，給出了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的專業(yè)質(zhì)量標準和大學四年各個年級的定位和學習目標，從而給物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學生的學習和領域選擇提供了一個參考。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)工程；嵌入式技術(shù)；培養(yǎng)方案；教學改革

中圖分類號：TP39；G642 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）09-0-03

0 引 言

河池學院從2014年開始招收物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的學生，現(xiàn)已快三年。因物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)屬于典型的跨學科、跨平臺的交融學科，涉及到軟件和硬件方面的綜合應用知識[1，2]，牽扯到的課程很多且要求熟練掌握，還必須做到精通各式各樣的技術(shù)，因此很多物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的學生都會為自己的前途擔憂，不知道該如何抓牢這些課程，也不知道物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)需要儲備什么知識。為了給學生的學習提供一些參考，幫助學生看清該專業(yè)今后的發(fā)展方向提供了一些建議。

如今的IT界實用當?shù)溃锫?lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計算當屬其中翹楚。它們憑借著廣泛的應用，已收獲不少企業(yè)的青睞。近幾年，有著億萬紅海市場的“萬物互聯(lián)”IoT發(fā)展迅猛。這是一個談“物聯(lián)”色變的年代，也是一個無“物聯(lián)”不歡的年代。微軟計劃在一年內(nèi)攻克智能家居市場[3]；亞馬遜的無結(jié)賬環(huán)節(jié)便利店即將上線[4]；2016年年底，ZigBee聯(lián)盟遍布37個國家的400多家公司，國內(nèi)的南京物聯(lián)、華為和阿里云也位列其中[5]；微博、微信朋友圈中每天都有顛覆式的黑科技占據(jù)著科技行業(yè)的頭條，有些已成為路人皆知的技術(shù)，比如在充電技術(shù)方面有OPPO的“超級閃充”[6]，高通驍龍的Quick Charge 4.0[7]，載有石墨烯技術(shù)的榮耀Magic[8]；在虹膜識別方面有微軟推出的Lumia 950和三星Note 7；在VR （虛擬現(xiàn)實）和AR（增強現(xiàn)實）的全息投影技術(shù)方面有百度神燈以及各種游戲，微軟HoloLens，谷歌Project Tango，Google Glass，Magic Leap等；2017年可能實現(xiàn)的無邊框、全玻璃智能手機、藍牙5、折疊手機、蘋果雙卡雙待等黑科技。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)在全球范圍內(nèi)漸成燎原之勢，人們的夢想也在接二連三地變成現(xiàn)實。

1 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)面臨的問題

物聯(lián)網(wǎng)就是實現(xiàn)讓“物開口說話”，利用感知識別設備將物理世界的量轉(zhuǎn)換為計算機能處理的信息量，然后通過紅外、RFID、藍牙、ZigBee等無線低速網(wǎng)絡、無線局域網(wǎng)802.11的WiFi、3G、4G、5G等無線移動網(wǎng)絡進行傳輸，與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合形成一個“萬物為一家，一網(wǎng)聯(lián)天下”的巨型網(wǎng)絡。物聯(lián)網(wǎng)在車聯(lián)網(wǎng)、智能家居、智慧城市等方面已全面開花，但物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)技術(shù)依舊面臨以下幾個問題：

（1）嵌入式技術(shù)是一項非常活躍的技術(shù)，標準缺乏，規(guī)格多變。沒有一個行業(yè)能不斷容納所有層出不窮的技術(shù)，因為詳細闡述某一項技術(shù)便需要撰寫卷帙浩繁的書籍，學者用心去學，剛?cè)跁炌ǎ摷夹g(shù)卻可能已失去生機，比如Nokia的Symbian、Intel的MeGoo，你追我趕，卻不合時宜，跟不上時代的步伐。

（2）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)涉及軟件知識和硬件知識。硬件方面需掌握51單片機內(nèi)核系列、嵌入式STM32、A8網(wǎng)管系統(tǒng)和嵌入式FPGA硬件電路設計和原理圖；軟件方面需要從語言、操作系統(tǒng)、調(diào)試工具等方面熟練掌握。這些技術(shù)種類多樣，除了看是否受到開發(fā)者的青睞，還要考慮是否是業(yè)界所需。

2 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的專業(yè)質(zhì)量標準

參照2012年《普通高等學校本科專業(yè)目錄和專業(yè)介紹》制定了應用型專業(yè)人才培養(yǎng)方案的專業(yè)質(zhì)量標準，結(jié)構(gòu)如圖1所示。專業(yè)質(zhì)量標準主要包括專業(yè)培養(yǎng)目標和標準、專業(yè)課程和實踐與創(chuàng)新三個模塊。專業(yè)培養(yǎng)目標和標準主要是從素質(zhì)結(jié)構(gòu)和基礎能力方面考慮；專業(yè)課程模塊包括通識教育課程、學科專業(yè)基礎課程和專業(yè)技能三個模塊；實踐與創(chuàng)新模塊包括創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課程、行業(yè)企業(yè)項目選修和集中性實踐教學三個模塊。

根據(jù)人才培養(yǎng)質(zhì)量標準制訂了人才培養(yǎng)方案，并計算出了表1所列的各類課程學分數(shù)與學時數(shù)比例分配、表2所列的實踐教學環(huán)節(jié)構(gòu)成及其學分比例、表3所列的選修課學分數(shù)構(gòu)成。從表1可以看出各模塊的選修和必修課程所對應的學分和比例情況；從表2可以看出實踐課所占比例比理論課多，學校應注重學生的實際操作能力。

3 物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學生四年的定位和目標

崗位-任務-能力-課程結(jié)構(gòu)簡表見表4所列。硬件向著集成化、智能化、數(shù)字化方向發(fā)展。軟件和硬件各司其職、揚長避短，期望學生“軟硬”兼有潛力。學校可根據(jù)自身的辦學實力，以兩大主要崗位（群）、任務、能力來建設物聯(lián)網(wǎng)課程體系，兩大崗位包括物聯(lián)網(wǎng)工程師和嵌入式系統(tǒng)工程師，并列出了業(yè)界通用的軟硬件核心課程。

安排一年級的學生完成表5所列的認知實習，從宏觀上把握物聯(lián)網(wǎng)的分層架構(gòu)、物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)標準和應用、行業(yè)現(xiàn)狀、就業(yè)前景。在這一階段，C語言程序設計、物聯(lián)網(wǎng)導論、電路與電子技術(shù)基礎和數(shù)字電路等課程均需要學習。C語言的作用不可小覷，它是軟件開發(fā)的基礎，家喻戶曉且久經(jīng)考驗的Windows和Linux操作系統(tǒng)都是用C語言編寫的；51系列單片機、帶有μC/OS-II和觸摸屏的STM32系列32位單片機、ARM架構(gòu)A8網(wǎng)管的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、ZigBee協(xié)議棧的分析幾乎都采用C語言編寫，因此C語言必牢固掌握。硬件方面則應熟悉電路的基本知識、常用元器件，數(shù)字電路課程最好采用FPGA嵌入式開發(fā)，這對熟悉硬件開發(fā)模式、設計模式和熟悉各種芯片及外圍設備特別有用；軟件主要包括Multisim、Quartus II、Qsys、Nios II等。

到了大二階段，單片機原理及應用、物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)和傳感器原理等硬件課程和面向?qū)ο蟪绦蛟O計、Linux操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等軟件課程提上日程。大多數(shù)嵌入式開發(fā)平臺都在Linux操作系統(tǒng)中完成，Linux常用的命令、Shell腳本的編寫、GCC、GDB、配置文件的改寫都要熟練掌握；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是寫程序的基礎；Java語言是嵌入式上層軟件開發(fā)的基礎，因為大多數(shù)手機軟件的開發(fā)都采用Java語言來編寫。硬件開發(fā)軟件主要是在Protel、Keil、Proteus等軟件中進行，需要具有高速PCB設計經(jīng)驗，熟悉51系列單片機、32位處理器嵌入式硬件開發(fā)。在這一階段，會安排學生完成表5所列的專業(yè)實習和表6所列專業(yè)技能的訓練，學會物聯(lián)網(wǎng)設備安裝與調(diào)試，數(shù)據(jù)采集與傳輸硬件綜合設計。endprint

大三階段，把前兩年積淀的知識進行強化，主要開設的課程有RFID原理及應用、嵌入式系統(tǒng)與設計、傳感網(wǎng)原理及應用、計算機組成原理、微機接口技術(shù)、STM32應用開發(fā)等。此階段可以利用ZigBee的CC2530模塊實現(xiàn)點對點通信、UART通信、無線組網(wǎng)、遠程數(shù)據(jù)收集等的多跳、自組網(wǎng)綜合設計試驗；利用STM32的GPIO接口連接豐富的外圍設備，掌握庫函數(shù)底層驅(qū)動開發(fā)與μC/OS-II操作系統(tǒng)和UCGUI界面編程，并模擬出豐富的RFID具體應用系統(tǒng)，如公交車收費系統(tǒng)，超市電子價簽系統(tǒng)，2.4 G人員定位系統(tǒng)等；完成基于Android的WiFi通信試驗、藍牙通信試驗、攝像頭通信試驗和GPS定位試驗等。這一階段會安排學生完成表6所列的專業(yè)技能訓練（含暑期集訓），可以嘗試完成無線傳感器網(wǎng)絡綜合實驗和智能家居應用系統(tǒng)的設計。

大四階段，主要是實習和畢業(yè)設計，學生能夠擁有應用WiFi、ZigBee、RFID等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)組建無線傳感網(wǎng)絡、基于ARM Cortex-M3單片機開發(fā)和A8網(wǎng)關嵌入式系統(tǒng)開發(fā)解決實際問題的能力。

4 結(jié) 語

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以科技弄潮兒的形象展示在我們面前，即便錯綜復雜，我們也要抓牢物聯(lián)網(wǎng)這艘小船，去探測這片深不可測的紅海。

參考文獻

[1]趙翠芹.應用需求牽引“物聯(lián)網(wǎng)導論”課程教學改革[J]電腦知識與技術(shù)，2016，12（6X）：148-149.

[2]趙翠芹，黃星壽.基于網(wǎng)絡資源的物聯(lián)網(wǎng)工程導論教學改革研究[J].軟件導刊，2016，15（9）：193-194.

[3]環(huán)球網(wǎng).微軟計劃用Win 10開啟智能家居時代[EB/OL].http：//www.twwtn.com/detail_226652.htm.

[4]眾智網(wǎng).前沿 | 拿了就走，亞馬遜無結(jié)賬環(huán)節(jié)便利店將上線[EB/OL].http：//sanwen.net/a/iqccoqo.html.

[5]電子發(fā)燒友.阿里YunOS加入ZigBee聯(lián)盟[EB/OL].http：//www.elecfans.com/tongxin/rf/20161206455654.html.

[6]新浪手機.OPPO推出超級閃充：15分鐘充滿一部手機[EB/OL].http：//tech.sina.com.cn/mobile/n/n/2016-02-23/doc-ifxprucu3155946.shtml.

[7]威鋒網(wǎng).傳高通驍龍830將支持最新的Quick Charge 4.0[EB/OL].http：//tech.ifeng.com/a/20161113/44492191_0.shtml.

[8]科技訊.比人工智能還亮眼，榮耀Magic首次搭載石墨烯電池[EB/OL].http：//www.kejixun.com/article/161218/262266.shtml.endprint