物流工程專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術課程建設

郭成波 閆薪宇 海靖 王涵彬 孫術發(fā)

[摘要]針對物流工程專業(yè)特點，結合物聯(lián)網(wǎng)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(yè)培養(yǎng)目標的物聯(lián)網(wǎng)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(jiān)控管理等環(huán)節(jié)的技術特點，將物聯(lián)網(wǎng)技術的感知層、網(wǎng)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(fā)，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(xiàn)、在線學習、階段考試、實驗操作、實驗表現(xiàn)和期末考試的過程化考核方式。

[關鍵詞]物聯(lián)網(wǎng)技術;物流工程專業(yè);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(yè)大學教育教學研究項目（DGY2021-32）;中央高校基本科研業(yè)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(lián)網(wǎng)技術等。

0引言

物聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)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(wǎng)絡和途徑實現(xiàn)，并能方便地使用各種服務，實現(xiàn)現(xiàn)實物質世界和數(shù)字虛擬世界的共存與互動。

物聯(lián)網(wǎng)技術被稱為信息科技產業(yè)的第三次革命[2]，2005年國際電信聯(lián)盟發(fā)布物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展報告指出物聯(lián)網(wǎng)的時代即將到來。物聯(lián)網(wǎng)技術內容涉及自動識別技術、射頻識別技術、無線傳感器網(wǎng)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(yè)，因此物聯(lián)網(wǎng)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(lián)系[4-5]，以培養(yǎng)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(chuàng)新能力的培養(yǎng)[6-7]，智慧物流是物流工程的重要組成部分[8]，將物聯(lián)網(wǎng)技術課程引入到物流工程專業(yè)人才培養(yǎng)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(yè)和再深造方向。

1物流工程專業(yè)引入物聯(lián)網(wǎng)技術課程的必要性

物流工程專業(yè)以培養(yǎng)具備扎實的系統(tǒng)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(yè)知識，具備良好的科學文化素養(yǎng)、創(chuàng)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(fā)、運營管理和規(guī)劃設計的復合型工程技術人才[11]。

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

針對物流倉儲、分揀、出入庫及運輸過程監(jiān)控管理等環(huán)節(jié)的技術需求特點，將物聯(lián)網(wǎng)技術感知層、網(wǎng)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(lián)網(wǎng)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(wǎng)絡、定位技術、云計算和互聯(lián)網(wǎng)等技術可以分別應用于倉庫安防、運輸過程實時監(jiān)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(lián)網(wǎng)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(shù)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(lián)網(wǎng)技術更好的服務于物流行業(yè)發(fā)展，需要對物聯(lián)網(wǎng)技術課程體系進行針對性設計和規(guī)劃。因此，本文將基于物流工程專業(yè)對人才知識培養(yǎng)的需求，結合在物聯(lián)網(wǎng)技術方面多年的教學經(jīng)驗，探討適用于物流工程專業(yè)特色的物聯(lián)網(wǎng)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(yè)的物聯(lián)網(wǎng)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(xiàn)在的物流實踐活動中，許多環(huán)節(jié)已逐漸引入物聯(lián)網(wǎng)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(huán)節(jié)等。因此，結合物流工程實際應用設計物聯(lián)網(wǎng)技術課程知識體系，使學生既能系統(tǒng)性的掌握物聯(lián)網(wǎng)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(yǎng)與專業(yè)實踐有效結合。2.1物聯(lián)網(wǎng)技術知識體系架構

物聯(lián)網(wǎng)技術具有全面感知、可靠傳送和智能處理的特點，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術特點可分為三層體系架構，即感知層、網(wǎng)絡層和應用層。感知層為三層架構的最底層，是物聯(lián)網(wǎng)技術應用的基礎，主要實現(xiàn)對物品和環(huán)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(xiàn)途徑。網(wǎng)絡層主要負責實現(xiàn)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)傳輸，其中近距離數(shù)據(jù)傳輸主要通過ZigBee技術、藍牙技術和無線傳感網(wǎng)絡等技術實現(xiàn)，遠距離數(shù)據(jù)傳輸主要通過互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)絡和衛(wèi)星通信等技術實現(xiàn)。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(xiàn)智能化的管理、應用和服務，主要涉及到云計算、大數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)挖掘、人工智能等技術。

物聯(lián)網(wǎng)技術三層體系架構彼此既相互聯(lián)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(yè)學生而言，通過一門課程全面深入的學習物聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)技術在物流工程領域的具體應用為出發(fā)點，將物聯(lián)網(wǎng)技術的知識架構與物流工程專業(yè)的人才培養(yǎng)模式相統(tǒng)一，以將學生培養(yǎng)成為物流工程領域的復合型創(chuàng)新型人才作為物聯(lián)網(wǎng)技術課程內容建設的目標。

2.2適用于物流工程專業(yè)人才培養(yǎng)的物聯(lián)網(wǎng)技術課程內容建設

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

物聯(lián)網(wǎng)技術相關知識內容與物流工程具體應用主要關聯(lián)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(jīng)取得廣泛應用，一維條形碼廣泛應用于產品標識，在產品統(tǒng)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(tǒng)設計中獲得了大規(guī)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(tǒng)設計等環(huán)節(jié)，能夠使相應物流環(huán)節(jié)的提高工作效率并節(jié)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(xiàn)非接觸識別，已經(jīng)在無人超市商品識別結算系統(tǒng)、倉庫盤貨和出入庫貨品統(tǒng)計、倉庫及超市貴重物品防盜竊系統(tǒng)中等獲得應用，目前微型化射頻標簽已經(jīng)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(tǒng)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(wǎng)絡技術已廣泛應用于冷鏈物流運輸監(jiān)控系統(tǒng)等需要對運輸環(huán)境進行監(jiān)控的物流活動中，實現(xiàn)對運輸環(huán)境溫濕度、位置等信息的實時監(jiān)控，并根據(jù)所獲取實時信息實現(xiàn)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(yī)藥、危險品和疫苗冷鏈運輸過程中，其作用非常顯著。

（5）物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡技術主要應用于物流管理人員對物流各環(huán)節(jié)的遠程實時監(jiān)控，實現(xiàn)物流前端與后臺數(shù)據(jù)的及時更新，有利于實現(xiàn)物流網(wǎng)絡各環(huán)節(jié)的實時管理。

（6）物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)處理技術可以應用于物流數(shù)據(jù)統(tǒng)計，并利用海量的物流信息，通過數(shù)據(jù)挖掘等從中獲取物流規(guī)律，并應用于物流動態(tài)預測分析等。物聯(lián)網(wǎng)信息安全技術主要針對物聯(lián)網(wǎng)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(fā)現(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)相關技術均可以應用于物流中的具體環(huán)節(jié)中，有助于提高物流效率和管理水平，與智慧物流的發(fā)展方向一致。

3基于智慧物流應用的物聯(lián)網(wǎng)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(yǎng)學生動手能力和創(chuàng)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(yǎng)學生的動手能力，加深學生對物聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)技術實驗設計，順應技術發(fā)展趨勢，開拓學生視野，引導學生養(yǎng)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(lián)網(wǎng)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(fā)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(yǎng)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(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)硬件的控制，加深學生對編程理論知識的理解，并引發(fā)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(fā)，引發(fā)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(tài)，并根據(jù)傳感器狀態(tài)控制執(zhí)行元件進行相應的動作，從而實現(xiàn)閉環(huán)控制，引導學生探索無線傳感網(wǎng)絡技術在物流中的應用。

4物聯(lián)網(wǎng)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(chuàng)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(lián)網(wǎng)技術相關的物流實踐活動。圖2所示為物聯(lián)網(wǎng)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(huán)節(jié)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(yǎng)學生動手能力、自主學習能力、協(xié)作能力和創(chuàng)新能力為目標，以實驗課堂表現(xiàn)、操作熟練程度、編程能力、完成度等為依據(jù)，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(lián)網(wǎng)技術探索解決物流中存在的難題，物聯(lián)網(wǎng)技術實驗平臺對學生進行相關大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目提供軟硬件支持。

5結語

基于物流工程專業(yè)對人才知識培養(yǎng)的需求分析，結合在物聯(lián)網(wǎng)技術方面多年的教學經(jīng)驗，對適用于物流工程專業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)技術課程建設進行了探索。將物聯(lián)網(wǎng)技術劃分為感知層、網(wǎng)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(fā)點，對物聯(lián)網(wǎng)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(xiàn)、在線學習、階段考試、實驗操作、實驗表現(xiàn)和期末考試的學習過程化考核方式。

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