李華瑋　彭紅梅　程媛

摘要：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷推廣和應(yīng)用，社會對物聯(lián)網(wǎng)人才的素質(zhì)要求逐步提高，而物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)科建設(shè)仍處于發(fā)展階段。文章在分析這一現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才創(chuàng)新實踐能力和科研能力培養(yǎng)方式進行探討，為培養(yǎng)能夠從事物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用相關(guān)工作的高層次、高素質(zhì)的復(fù)合型和創(chuàng)新型技術(shù)人才提供思路。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智慧地球；創(chuàng)新能力；科研能力

0、引言

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在世界范圍內(nèi)被關(guān)注才只有十幾年時間，而引起重視并獲得快速發(fā)展也只是近幾年的事情，卻已經(jīng)開始在軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、建筑、醫(yī)療、空問和海洋探索等領(lǐng)域投入應(yīng)用。隨著教育部批準(zhǔn)各高校開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程以來，國內(nèi)具有一定教學(xué)和科研基礎(chǔ)的高校陸續(xù)響應(yīng)，積極投入師資力量和硬件資源。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)屬于計算機、通信、電子等多領(lǐng)域的交叉學(xué)科，各院校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)基本是培養(yǎng)具有多領(lǐng)域基礎(chǔ)理論知識和創(chuàng)新實踐能力的復(fù)合型人才。

根據(jù)當(dāng)前國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以應(yīng)用為先導(dǎo)的特點，大部分高校在注重物聯(lián)網(wǎng)理論知識體系架構(gòu)的同時，還加強對學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)，培養(yǎng)為我國工業(yè)化和信息化融合、為信息產(chǎn)業(yè)服務(wù)的高層次、高素質(zhì)的復(fù)合型和創(chuàng)新型技術(shù)人才。顯然，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷推廣和應(yīng)用使得社會對物聯(lián)網(wǎng)人才素質(zhì)的要求逐步提高。面對21世紀(jì)信息化時代的挑戰(zhàn)，如何培養(yǎng)面向廣大應(yīng)用市場需求的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才和科研人才，成為現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)教育領(lǐng)域的一項研究課題。

1、物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)的基本要求

物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)架構(gòu)可以概括為C3SD，即建立在傳感網(wǎng)絡(luò)fsensor network）之上的通訊（communication）、計算（computation）、控制（control）、數(shù)據(jù)海（Data Ocean）集成的架構(gòu)。物聯(lián)網(wǎng)由通訊系統(tǒng)、計算系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和數(shù)據(jù)海5大技術(shù)系統(tǒng)支撐。

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的實踐課程必須是以物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)為核心進行設(shè)計和技術(shù)開發(fā)。相應(yīng)地，我們在學(xué)生培養(yǎng)的不同時期設(shè)置不同的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實踐課程，使學(xué)生循序漸進地學(xué)習(xí)和運用物聯(lián)網(wǎng)5大技術(shù)的不同層次的開發(fā)和集成應(yīng)用，具有較強的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)綜合應(yīng)用和工程實踐能力，能夠從事物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計、實施、管理和維護等相關(guān)工作。

2、物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)方式

以物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的需求為引導(dǎo)，學(xué)生針對不同的應(yīng)用方向和已有物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域知識進行創(chuàng)新，通過技術(shù)創(chuàng)新鞏固已有的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)理論知識，形成將理論學(xué)習(xí)與運用創(chuàng)新相結(jié)合的良性循環(huán)，在注重物聯(lián)網(wǎng)理論知識體系架構(gòu)的同時，也加強對工程實踐能力的培養(yǎng)。

2.1 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)知識學(xué)習(xí)

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)方式的側(cè)重點在于全方位的計算機硬件、軟件以及物聯(lián)網(wǎng)理論知識的學(xué)習(xí)，而不局限于單一行業(yè)的知識運用需求。區(qū)別于計算機專業(yè)學(xué)習(xí)，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)知識學(xué)習(xí)更加注重學(xué)生的專業(yè)應(yīng)用實踐能力培養(yǎng)，將計算機知識如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法、編程語言設(shè)計、數(shù)據(jù)庫等運用到物聯(lián)網(wǎng)實際應(yīng)用領(lǐng)域中，通過數(shù)據(jù)處理、算法分析、系統(tǒng)開發(fā)等實際應(yīng)用驗證計算機和物聯(lián)網(wǎng)理論知識。

學(xué)生可以通過算法和理論進一步理解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)原理，尤其是通過相關(guān)實訓(xùn)應(yīng)用程序開發(fā)（傳感器原理及應(yīng)用、REID原理及應(yīng)用、傳感器網(wǎng)絡(luò)原理及應(yīng)用、數(shù)據(jù)處理與智能決策、物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)控制、物聯(lián)網(wǎng)信息安全等）進行物聯(lián)網(wǎng)理論和方法相關(guān)課程的創(chuàng)新思維培養(yǎng)，達到創(chuàng)新性學(xué)習(xí)。

2.2 以工程應(yīng)用需求作為創(chuàng)新性培養(yǎng)方向

基于工程應(yīng)用需求的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)模式建立在市場對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生有較高的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展洞察力、解決特殊問題的創(chuàng)新能力等要求基礎(chǔ)上。學(xué)生需要結(jié)合自身專業(yè)特色對當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用需求進行深入分析，找到切入物聯(lián)網(wǎng)的興趣點，將物聯(lián)網(wǎng)理論和技術(shù)運用到實際問題中，如智能交通、智能倉儲，進入運用理論解決問題以及利用問題促進理論創(chuàng)新的良性循環(huán)。

將計算機、物聯(lián)網(wǎng)理論和工程應(yīng)用相結(jié)合，為物聯(lián)網(wǎng)理論創(chuàng)新性教學(xué)提供了一個方向。目前，計算機學(xué)院已建設(shè)智能交通、智能倉儲等實訓(xùn)綜合平臺，基于工程應(yīng)用需求不斷更新和優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容，強化學(xué)生實訓(xùn)和實踐能力鍛煉，采用項目案例庫的方式培養(yǎng)學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)工程設(shè)計能力和開發(fā)創(chuàng)新能力。

2.3 以學(xué)生為中心的自主創(chuàng)新

在培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力的過程中，我們更需要注重學(xué)生的自主創(chuàng)新能力培養(yǎng)，允許學(xué)生自主選題并自主研究，將自身興趣、專業(yè)知識和研究方向緊密結(jié)合，尊重學(xué)生的思想獨立性，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已有的計算機和物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)知識和自身的興趣愛好，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具體應(yīng)用，選擇自主研究領(lǐng)域。同時，為學(xué)生提供開發(fā)資源如開發(fā)平臺、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、RFID+GPS物流管理系統(tǒng)（利用RFID技術(shù)、GPS定位技術(shù)、自動控制技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備等搭建物流管理實驗平臺）等，讓學(xué)生從實際應(yīng)用中體會物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，針對不同的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用方向開展具體的研究并不斷創(chuàng)新。

在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生從計算機技術(shù)的角度思考物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)問題，鼓勵學(xué)生從計算系統(tǒng)以外的角度進行系統(tǒng)創(chuàng)新，將計算機和物聯(lián)網(wǎng)理論知識與實際的工程運用需求相結(jié)合，培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)和實踐能力。

3、物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才自主科研能力培養(yǎng)方式

面對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計算機學(xué)科的不斷發(fā)展以及科研成果的不斷涌現(xiàn)，如何將學(xué)科的新理論、新技術(shù)、新方法引入實驗教學(xué)，使實驗教學(xué)真正緊跟學(xué)科發(fā)展，培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力和自主科研能力的高級專業(yè)人才，成為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教育工作者面臨的新問題。

武漢大學(xué)計算機學(xué)院有豐富的科研成果，尤其在計算機軟件體系結(jié)構(gòu)、軟件工程、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等研究領(lǐng)域具有鮮明的科研特色和優(yōu)勢。在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實驗教學(xué)體系建設(shè)中，計算機學(xué)院充分利用科學(xué)研究、合作交流等方面的資源和成果，打造具有自身特色和優(yōu)勢的實驗體系品牌，促進科學(xué)研究與教學(xué)實驗體系建設(shè)之間形成良性互動，構(gòu)建通暢的教學(xué)與科研互動渠道，實現(xiàn)資源全面共享，同時將當(dāng)前的科研成果融入實驗教學(xué)，以培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生的自主科研能力。endprint

我們以移動三維虛擬地球軟件平臺為例詳細(xì)說明。智慧城市作為一種熱門應(yīng)用，涵蓋了云計算、物聯(lián)網(wǎng)、TD-LTE、高端軟件、集成電路、下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）等多種前沿技術(shù)。近些年來，物聯(lián)網(wǎng)與智慧城市也從起初的兩個新鮮概念，在技術(shù)進步和應(yīng)用需求的潛在推動下越走越近。物聯(lián)網(wǎng)是智慧城市建設(shè)的途徑，智慧城市建設(shè)又為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供廣闊的空間。目前，三維虛擬地球是智慧城市的主要依托平臺，是結(jié)合計算機仿真、物聯(lián)網(wǎng)、地理空間信息、數(shù)據(jù)庫、智能分析等前沿技術(shù)構(gòu)建的數(shù)字地球模型，能夠?qū)崿F(xiàn)對全球地理數(shù)據(jù)無縫、多尺度地瀏覽和互操作。

三維虛擬地球軟件平臺是當(dāng)前相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用熱點，是計算機技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與GIS理論技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，也是信息化社會的建設(shè)需求，因而更具有前沿性和應(yīng)用性。隨著計算機硬件技術(shù)的發(fā)展，平板電腦以靈活、方便攜帶等特點，在移動操作系統(tǒng)的支持下得到廣泛應(yīng)用。與此同時，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)近幾年的快速發(fā)展，也積極推動了移動三維虛擬地球軟件平臺的研究和應(yīng)用。移動三維虛擬地球軟件平臺和傳統(tǒng)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)平臺主要有以下幾個方面的典型差異：（1）平臺硬件限制；（2）應(yīng)用方向明確；（3）服務(wù)器需求更高。對此，我們從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運用的角度出發(fā)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力。移動三維虛擬地球軟件平臺使用先進技術(shù)，可與社會需求無縫銜接。這些科研成果在實驗教學(xué)中的使用有效地增強了學(xué)生綜合運用知識、解決實際問題的能力，更重要的是激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強了自信心，開拓了思維能力。

結(jié)合工程應(yīng)用的需求和該平臺可擴展的特點，為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的學(xué)生提供廣闊空間，不僅讓學(xué)生掌握虛擬平臺中軟、硬件系統(tǒng)各個部件的原理，而且讓學(xué)生系統(tǒng)地理解多種部件的集成。我們從工程應(yīng)用角度、用戶體驗、發(fā)展前沿3個方面進行理論和應(yīng)用創(chuàng)新，在學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)上取得了重大突破。

3.1 針對終端硬件的創(chuàng)新實踐

移動終端有CPU、GPU、管線等硬件性能差異，傳統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)平臺軟件無法高效運行，單一地從GIS算法方面進行創(chuàng)新改進，不能從根本上改善這一現(xiàn)狀。我們引導(dǎo)對嵌入式開發(fā)感興趣的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生，結(jié)合已有的計算機硬件理論知識，從嵌入式設(shè)備軟件設(shè)計原則的角度出發(fā)，設(shè)計針對移動終端的三維虛擬地球軟件框架，改善傳統(tǒng)GIS算法性能。同時，針對移動終端的硬件特性鞏固計算機嵌入式設(shè)備CPU、網(wǎng)絡(luò)等方面基礎(chǔ)知識，在傳統(tǒng)虛擬現(xiàn)實交互方法的基礎(chǔ)上進行創(chuàng)新，改進虛擬現(xiàn)實的人機交互算法。

3.2 針對不同行業(yè)應(yīng)用的創(chuàng)新研究

移動三維虛擬地球的應(yīng)用方向非常明確，即針對電力、農(nóng)林、漁牧、地下管線、物流倉儲、等方面的不同需求，要求移動三維虛擬地球平臺實現(xiàn)移動數(shù)據(jù)采集、快速空間分析、高效三維顯示等功能；針對不同的功能特性設(shè)計相應(yīng)算法，如數(shù)據(jù)采集要求低精度移動設(shè)備相機拍攝的數(shù)據(jù)能夠在后期的數(shù)據(jù)加工處理中實現(xiàn)影像還原，學(xué)生必須在傳統(tǒng)圖像處理算法的基礎(chǔ)上進行創(chuàng)新，實現(xiàn)這一特定功能。我們引導(dǎo)對圖形圖像和傳感器感興趣的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生設(shè)計相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理算法，并在此基礎(chǔ)上進行應(yīng)用創(chuàng)新實踐。

3.3 針對數(shù)據(jù)服務(wù)器的創(chuàng)新研究

移動設(shè)備通過移動互聯(lián)網(wǎng)提供面向大眾化的信息服務(wù)，但由于受到硬件性能限制，使得用戶在終端無法對海量空間數(shù)據(jù)進行快速處理，傳統(tǒng)的商業(yè)數(shù)據(jù)庫如Oracle、sqlserver無法滿足數(shù)據(jù)預(yù)處理的需求，但是服務(wù)器端要求能夠針對移動終端的特定數(shù)據(jù)請求提前進行數(shù)據(jù)預(yù)處理。針對移動三維虛擬地球?qū)?shù)據(jù)服務(wù)器的特定要求，我們必須采取新型的后臺服務(wù)器，對新型數(shù)據(jù)服務(wù)器設(shè)計地理空間數(shù)據(jù)的存儲架構(gòu)，對數(shù)據(jù)處理算法進行創(chuàng)新，以滿足移動虛擬地球的數(shù)據(jù)服務(wù)需求；引導(dǎo)對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)感興趣的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生設(shè)計相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫存儲方法，并在此基礎(chǔ)上進行應(yīng)用創(chuàng)新和科研實踐。

總之，移動三維虛擬地球軟件平臺這一科研成果轉(zhuǎn)換為創(chuàng)新實驗平臺，極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)與實踐的積極性，尤其是促進了學(xué)生科學(xué)研究能力與創(chuàng)新能力的提高?？蒲泻徒虒W(xué)是相輔相成的關(guān)系，將科研成果融入教學(xué)，加強了實踐環(huán)節(jié)教學(xué)，對于提高創(chuàng)新型人才培養(yǎng)質(zhì)量具有深遠(yuǎn)意義。

4、結(jié)語

我們在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的實踐教學(xué)過程中突出體現(xiàn)知識應(yīng)用能力、科研素質(zhì)提高以及創(chuàng)新意識培養(yǎng)，在鞏固學(xué)生已掌握知識的同時，注重培養(yǎng)學(xué)生在實際應(yīng)用過程中分析和解決實際問題的能力、自主探索和自主創(chuàng)新意識。針對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生的特點、特長和興趣，我們在計算機和物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)上，進一步優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)不同研究方向的培養(yǎng)模式，利用物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用軟件平臺的科研實踐引導(dǎo)學(xué)生提高動手能力和獨立思考能力，使學(xué)生具有物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用的開闊思維，具備一定的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新能力，從而為培養(yǎng)具有知識基礎(chǔ)、創(chuàng)新精神、實踐能力和科研能力的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新人才提供一種教學(xué)模式。endprint