郭成波 閆薪宇 海靖 王涵彬 孫術(shù)發(fā)

[摘要]針對物流工程專業(yè)特點，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的體系架構(gòu)，以智慧物流服務(wù)為目標(biāo)，對適用于物流工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)課程建設(shè)進(jìn)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(shù)特點，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層分別與其在物流領(lǐng)域中的具體應(yīng)用相銜接，從智慧物流具體應(yīng)用需求出發(fā)，設(shè)計了基于射頻識別技術(shù)、ZigBee基礎(chǔ)編程和傳感器應(yīng)用的課程實驗，采用線上與線下、理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)過程管理方式，建立了基于課堂表現(xiàn)、在線學(xué)習(xí)、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(guān)鍵詞]物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);物流工程專業(yè);智慧物流;課程建設(shè)

[中圖分類號]G642

[文獻(xiàn)標(biāo)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(xué)教育教學(xué)研究項目（DGY2021-32）;中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)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(shù)等。

0引言

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是指把所有物品通過射頻識別等信息傳感設(shè)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(biāo)是使任何人與物能夠隨時隨地和任何人與物進(jìn)行連接[1]，并且這種連接可以通過任何網(wǎng)絡(luò)和途徑實現(xiàn)，并能方便地使用各種服務(wù)，實現(xiàn)現(xiàn)實物質(zhì)世界和數(shù)字虛擬世界的共存與互動。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被稱為信息科技產(chǎn)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(shù)內(nèi)容涉及自動識別技術(shù)、射頻識別技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)等多個學(xué)科方向，每一部分內(nèi)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(shù)知識體系具有交叉復(fù)雜性[3]。

物流工程是一門綜合型邊緣學(xué)科，是物流學(xué)與工程技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，與管理科學(xué)與工程、電子商務(wù)、交通運輸工程、機械工程、計算機科學(xué)等領(lǐng)域具有內(nèi)在聯(lián)系[4-5]，以培養(yǎng)物流領(lǐng)域需求的復(fù)合型工程技術(shù)人才為目標(biāo)。在“新工科”背景下，物流領(lǐng)域人才更加強調(diào)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(shù)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(xué)生對物流智能化的認(rèn)知水平，拓寬學(xué)生視野，為學(xué)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(shù)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(xué)與技術(shù)等學(xué)科基礎(chǔ)[9-10]，熟練掌握工程技術(shù)及物流工程專業(yè)知識，具備良好的科學(xué)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(guān)領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)、運營管理和規(guī)劃設(shè)計的復(fù)合型工程技術(shù)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(zhì)升速的關(guān)鍵。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是以應(yīng)用為驅(qū)動，服務(wù)于各行各業(yè)為特點的應(yīng)用型技術(shù)，物流的智能化發(fā)展過程中，應(yīng)用了大量的物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)，智慧物流的發(fā)展離不開物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，因此為了培養(yǎng)適應(yīng)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(shù)課程，對于培養(yǎng)發(fā)展智慧物流需要的高技術(shù)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(shù)需求特點，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層相應(yīng)技術(shù)分別與其在物流領(lǐng)域中的具體應(yīng)用相銜接。如圖1所示，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(luò)、定位技術(shù)、云計算和互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)可以分別應(yīng)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(shù)課程中包含通信技術(shù)、自動化技術(shù)、計算機科學(xué)、信息工程等眾多學(xué)科的知識內(nèi)容，因此對學(xué)生數(shù)學(xué)、物理、電工電子、自動控制原理、C語言編程等相關(guān)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(shù)更好的服務(wù)于物流行業(yè)發(fā)展，需要對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)課程體系進(jìn)行針對性設(shè)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(jié)合在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方面多年的教學(xué)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(shù)課程知識體系、實驗設(shè)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(shù)課程內(nèi)容建設(shè)

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(guān)技術(shù)，例如，射頻識別技術(shù)已廣泛應(yīng)用于商品的盤貨活動，條形碼廣泛應(yīng)用于商品識別和結(jié)算環(huán)節(jié)等。因此，結(jié)合物流工程實際應(yīng)用設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)課程知識體系，使學(xué)生既能系統(tǒng)性的掌握物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)，又能夠?qū)⑺鶎W(xué)技術(shù)應(yīng)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(jié)合。2.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)知識體系架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(shù)特點可分為三層體系架構(gòu)，即感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層為三層架構(gòu)的最底層，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)，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(shù)（一維碼和二維碼）、圖像識別技術(shù)、射頻識別技術(shù)和傳感器技術(shù)等為主要實現(xiàn)途徑。網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)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(yuǎn)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(shù)、藍(lán)牙技術(shù)和無線傳感網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)實現(xiàn)，遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸主要通過互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星通信等技術(shù)實現(xiàn)。應(yīng)用層主要功能是把感知和傳輸來的信息進(jìn)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(yīng)用和服務(wù)，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(shù)。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)三層體系架構(gòu)彼此既相互聯(lián)系又相互獨立，每一部分內(nèi)容均可獨立為研究方向，所包含的內(nèi)容都非常豐富，而且相應(yīng)的知識學(xué)科之間跨度較大。對于物流工程專業(yè)學(xué)生而言，通過一門課程全面深入的學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(shù)在物流工程領(lǐng)域的具體應(yīng)用為出發(fā)點，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的知識架構(gòu)與物流工程專業(yè)的人才培養(yǎng)模式相統(tǒng)一，以將學(xué)生培養(yǎng)成為物流工程領(lǐng)域的復(fù)合型創(chuàng)新型人才作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)課程內(nèi)容建設(shè)的目標(biāo)。

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(shù)課程內(nèi)容建設(shè)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)三層體系架構(gòu)，搭建了的物流工程專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)課程內(nèi)容體系（見表1），將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層中相關(guān)技術(shù)與其在物流環(huán)節(jié)中的具體應(yīng)用建立了直接聯(lián)系，授課過程中以物流具體應(yīng)用為驅(qū)動對相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)知識進(jìn)行講解，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，并加深對相關(guān)知識的理解。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相關(guān)知識內(nèi)容與物流工程具體應(yīng)用主要關(guān)聯(lián)如下：

（1）條碼識別技術(shù)是最基礎(chǔ)的感知技術(shù)，目前在物流中已經(jīng)取得廣泛應(yīng)用，一維條形碼廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品標(biāo)識，在產(chǎn)品統(tǒng)計、結(jié)算、物流軌跡跟蹤方面獲得了普及性應(yīng)用，近幾年隨著手機掃碼功能的普及推廣，二維碼在支付、產(chǎn)品信息標(biāo)識、產(chǎn)品防偽、產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)設(shè)計中獲得了大規(guī)模應(yīng)用。

（2）圖像和生物特征識別技術(shù)是目前逐漸興起的自動識別技術(shù)，特別是指紋識別、頭像識別和圖像特征提取技術(shù)目前都已獲得大量工程應(yīng)用，在物流中可以應(yīng)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(shè)計等環(huán)節(jié)，能夠使相應(yīng)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(shù)利用標(biāo)簽內(nèi)的射頻芯片對商品信息進(jìn)行標(biāo)識，能夠在一定距離內(nèi)實現(xiàn)非接觸識別，已經(jīng)在無人超市商品識別結(jié)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(yīng)用，目前微型化射頻標(biāo)簽已經(jīng)可以設(shè)計得像普通一維條形碼標(biāo)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(shù)一定會在物流中獲得更廣泛的應(yīng)用。

（4）傳感器及檢測技術(shù)結(jié)合無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于冷鏈物流運輸監(jiān)控系統(tǒng)等需要對運輸環(huán)境進(jìn)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(chǎn)品的質(zhì)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(luò)技術(shù)主要應(yīng)用于物流管理人員對物流各環(huán)節(jié)的遠(yuǎn)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(luò)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(shù)可以應(yīng)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(yīng)用于物流動態(tài)預(yù)測分析等。物聯(lián)網(wǎng)信息安全技術(shù)主要針對物聯(lián)網(wǎng)用戶的信息保護(hù)，在物流中可以應(yīng)用于物流運輸過程中的用戶信息保護(hù)、產(chǎn)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(shù)對貴重物流商品進(jìn)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(guān)技術(shù)均可以應(yīng)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(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)實驗設(shè)計

實驗設(shè)計以提高學(xué)生對理論知識的認(rèn)知水平，培養(yǎng)學(xué)生動手能力和創(chuàng)新思維為目標(biāo)。針對射頻識別技術(shù)和傳感器感知技術(shù)，基于這些技術(shù)在物流中的實際應(yīng)用，設(shè)計了相應(yīng)的認(rèn)知性和操作性實驗，加強學(xué)生對理論知識理解的同時，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，加深學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)理論與物流工程實踐應(yīng)用相結(jié)合的思考，并引導(dǎo)學(xué)生將物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)知識應(yīng)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(yīng)用為背景的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實驗設(shè)計，順應(yīng)技術(shù)發(fā)展趨勢，開拓學(xué)生視野，引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成將最新科學(xué)研究技術(shù)成果應(yīng)用于物流領(lǐng)域的意識，并鼓勵學(xué)生應(yīng)用所學(xué)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)知識解決物流實際問題[14-15]。

其中，射頻識別技術(shù)應(yīng)用實驗，學(xué)生能夠接觸到目前常用的各頻段的射頻識別標(biāo)簽，通過對各標(biāo)簽編碼的操作，使學(xué)生切身理解射頻識別技術(shù)在盤貨、產(chǎn)品溯源等物流場景中的應(yīng)用方法，并引發(fā)學(xué)生對射頻識別技術(shù)在物流中更深入應(yīng)用的探索。ZigBee基礎(chǔ)編程實驗，主要培養(yǎng)學(xué)生的編程能力和程序思維，使學(xué)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(xué)生對編程理論知識的理解，并引發(fā)學(xué)生對編程的興趣。傳感器應(yīng)用實驗，主要使學(xué)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(xué)生能夠通過編寫程序，驅(qū)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(jìn)行相應(yīng)的動作，從而實現(xiàn)閉環(huán)控制，引導(dǎo)學(xué)生探索無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在物流中的應(yīng)用。

4物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)課程考核評價方式

為驅(qū)動學(xué)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(diào)學(xué)習(xí)過程管理，引導(dǎo)學(xué)生能夠真正進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相關(guān)的物流實踐活動。圖2所示為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(qū)動學(xué)生過程化學(xué)習(xí)為目的，每個考核環(huán)節(jié)成績最多占到總成績的30%。

教學(xué)過程中采用線上與線下、理論與實踐相結(jié)合的方式，考核貫穿整個學(xué)習(xí)過程。針對理論知識學(xué)習(xí)，建立了線上學(xué)習(xí)平臺，為學(xué)生提供課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)及背景知識等內(nèi)容，鼓勵學(xué)生在學(xué)習(xí)平臺交流溝通，并通過線上學(xué)習(xí)考核的方式督促學(xué)生進(jìn)行在線學(xué)習(xí)。

實驗考核摒棄以實驗報告評價實驗教學(xué)效果的單一化手段，以培養(yǎng)學(xué)生動手能力、自主學(xué)習(xí)能力、協(xié)作能力和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，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(xué)生進(jìn)行單獨隨機實操性實驗考核。同時為鼓勵學(xué)生利用所學(xué)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)探索解決物流中存在的難題，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實驗平臺對學(xué)生進(jìn)行相關(guān)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目提供軟硬件支持。

5結(jié)語

基于物流工程專業(yè)對人才知識培養(yǎng)的需求分析，結(jié)合在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方面多年的教學(xué)經(jīng)驗，對適用于物流工程專業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)課程建設(shè)進(jìn)行了探索。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)劃分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三層體系架構(gòu)，對每一部分技術(shù)對應(yīng)的物流具體應(yīng)用進(jìn)行了分析?；谥腔畚锪鲬?yīng)用的需求為出發(fā)點，對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的射頻識別技術(shù)、ZigBee基礎(chǔ)編程和傳感器應(yīng)用等實驗內(nèi)容進(jìn)行了設(shè)計。采用了線上與線下、理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)過程管理方式，建立了基于課堂表現(xiàn)、在線學(xué)習(xí)、階段考試、實驗操作、實驗表現(xiàn)和期末考試的學(xué)習(xí)過程化考核方式。

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