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规范建设物联网专业教材
作者：谢琛 杨家海
来源：《中国教育网络》杂志
日期：2010-12-10 16:06:47
摘要：2010年初，教育部办公厅发布“关于战略性新兴产业相关专业申报和审批工作的通知”(教高厅函[2010]13号)，在2010年4月底前完成一次战略性新兴产业相关专业的申报和审批工作，物联网技术专业作为信息网络产业方向重点支持的开办专业之一，也在此次申报之列。
2010年初，教育部办公厅发布“关于战略性新兴产业相关专业申报和审批工作的通知”(教高厅函[2010]13号)，在2010年4月底前完成一次战略性新兴产业相关专业的申报和审批工作，物联网技术专业作为信息网络产业方向重点支持的开办专业之一，也在此次申报之列。通知公布后，众多高校争相申报，截至2010年3月，全国已有近700所高等院校向教育部提交了增设物联网等相关专业的申请，其中37所院校获准开设物联网相关专业，并从2011年起开始招生。
涉及广泛的技术领域
物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。业内专家认为，物联网一方面可以提高经济效益，大大节约成本；另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。
物联网的概念于1999年由美国麻省理工学院提出。早期的物联网是指依托射频识别(RFID)技术的物流网络，随着技术和应用的发展，物联网的内涵已经发生变化。
中国式物联网定义是：将无处不在的末端设备和设施，包括具备“内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频监控系统等，和“外在使能”，如贴上RFID标签的各种资产、携带无线终端的个人或车辆等“智能化物件或动物”或“智能尘埃”，通过各种无线和/或有线的长距离和/或短距离通信网络实现互联互通、应用大集成，以及基于云计算的SaaS营运等模式，在内网、专网和/或互联网环境下，采用适当的信息安全保障机制，提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、进程控制、安全防范、进程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面（集中展示的Cockpit Dashboard）等管理和服务功能，实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化TaaS（everyThing as a Service）服务。
物联网具备以下特征：
１．全面感知，即利用传感器、RFID等随时随地获取物体的信息；
２．可靠传递，通过承载网，将物体的信息实时准确地传递出去；
３．智能处理，利用云计算、模糊识别等智能计算技术，对海量数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的管理。
物联网涉及的技术领域非常广泛，欧盟于2009年9月发布了《欧盟物联网战略研究路线图》白皮书。这份白皮书列出13类关键技术，包括：标识技术、物联网体系结构技术、通信技术、网络技术、网络发现、软件和算法、硬件、数据和信号处理技术、发现与搜索引擎技术、网络管理相关技术、电源和能量储存技术、安全与隐私技术以及标准化技术等。
设置人才培养要求与主干学科
物联网专业作为一个全新的学科，其理论体系尚未健全，各高校物联网学科建设和课程还未成体系，实验室建设技术标准有待探讨和规范。有鉴于此，除了已经获准设立物联网专业的有关高校在准备专业课程设置相关的工作外，有关部门和单位也先后组织了多场研讨会。2010年8月29日，在教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会和教育部高等学校电子信息与电气学科教学指导委员会的共同指导和支持下，由全国首批批准设立物联网相关专业的高校共同发起的“全国高校物联网及相关专业教学指导小组”正式成立，以推进物联网及相关专业的建设与发展。
物联网是典型的交叉学科，它所涉及的核心技术包括IPv6技术、云计算技术、传感技术、RFID智能识别技术、无线通信技术等。因此，从技术角度讲，物联网专业主要涉及的现有高校院系与专业有：计算机科学与工程、电子与电气工程、电子信息与通讯、自动控制、遥感与遥测、精密仪器、电子商务等等。在已经获准设立物联网专业的37所高校中，很多高校都是在上述院系（专业）的基础上，扩充形成新的物联网专业或者物联网学院。但不管物联网专业的“实体”如何形成，有关专家在物联网专业学生的培养目标、基本要求和主干学科及主要课程设置等方面已经达成共识。
培养目标
物联网专业是要培养适应国家现代化建设需要的，具有基础厚、口径宽、能力强、综合型、素质高等特点的，面向现代信息处理技术，能从事物联网领域的基础理论、系统设计、系统分析与科技开发及研究方面的高层次人才。这种人才必须具备扎实的电子技术、现代传感器和无线网络技术、物联网相关高频和微波技术，有线和无线网络通信理论、信息处理、计算机技术、系统工程等基础理论，掌握物联网系统体系结构，及传感层、传输层与应用层关键设计等专门知识和技能，并且具备在本专业领域跟踪新理论、新知识、新技术的能力以及较强的创新实践能力和从事科学研究的能力。
基本要求
物联网专业的基本要求包括3个方面，即知识要求、能力要求和素质要求。具体内容包括：
1．知识要求：包括共性的要求和专业知识的要求。在共性要求方面，应具有宽广的专业知识面、较强的工作适应能力；具有扎实的自然科学基础、较好的人文社会科学基础和外语综合能力。在专业知识要求方面，应系统地掌握物联网技术领域的基本理论、基本知识，掌握本专业所需的电工、电子、计算机、自动化和通信等相关学科的基本理论和基本知识；掌握物联网感知与标识的基本理论与技术、物联网信息处理技术；掌握物联网体系结构、数据传输与安全技术；掌握物联网系统的硬件、软件设计和开发能力，具备在物联网系统及其应用方面进行综合研究、开发和集成的能力。
2．能力要求：获取最新科学技术知识和信息的能力；熟练阅读英文专业科技文献、并具有运用英语进行沟通和交流的能力；运用计算机及信息网络辅助物联网规划、设计、计算、控制的能力；了解相关的技术标准，具备进行物联网系统及装置研发、设计、制造、运行与管理的能力；具备较强的创新意识和从事物联网领域科学研究的基本能力；具有国际视野和跨文化的交流、竞争与合作能力。
3．素质要求：具有高度的社会责任感；具有良好的职业道德和学术道德；具有全球视野及可持续发展理念；具有博爱和宽容的道德情操；具有锲而不舍、追求真理的精神。
主干学科与课程
物联网专业涉及的主干学科包括信息与通信工程、电子科学技术、计算机科学与技术、控制科学与工程等。主要的专业基础课和专业课包括：物联网概论、信号与系统、模拟电子技术、数字电路与逻辑设计、计算机网络、现代通信网、传感器原理、嵌入式系统设计、无线通信原理、无线传感器网络、近距无线传输技术、二维条码技术、数据采集与处理、物联网安全技术、物联网组网技术等。
启动教材建设
当前物联网专业教育面临的最大的问题就是缺乏规范的教材。各个学校各自为政，缺乏有效的学术合作与协作。各个学校选用不同的教材或者传授自编的内容，不同学校的学生所学到的有关物联网的概念、见解都不统一。
因此，针对物联网专业的教材规划和建设工作应该尽快启动。
制定参考性教材大纲
由于高校设置物联网专业在某种程度上具有一定的超前性，许多准备工作都未及时跟上，其中之一就是缺少规范统一的教学大纲。四年制的本科培养时间紧凑： 在大学的一、二年级，除了公共基础课以外，一般是计算机、软件或通信专业的基础课程，这些基础课程大同小异；在大学三年级，学生开始学习专业课程（含课程实践）；在大学四年级，学生忙于制作毕业设计和寻找工作。为了最大限度地体现物联网专业的特色，并使该专业的毕业生在将来的就业选择中具备足够的竞争力，高校应该及早规划本专业的教学大纲和专业主干课，特别是对大学三、四年级的教学内容安排。
成立丛书编写委员会
和教学大纲同等重要的是教材的出版工作。实际上，早在此次物联网专业申报工作之前，全国就已经有部分高校的部分院系开展了一些和物联网技术相关的教学工作，但缺乏统一的组织和管理工作，缺乏系统的教材，导致各个学校各自为政，所选参考教材内容不系统、针对性不强，授课内容差别很大，甚至出现了基本概念不统一的现象。
此次37所高校正式设立物联网专业后，这种状况将有所改变。在教育部相关职能部门和新成立的“全国高校物联网及相关专业教学指导小组”的指导下，37所高校可以依托部分有实力的出版社，共同成立“全国高校物联网及相关专业教材编写委员会”，邀请部分已经获准设立物联网专业的高校相关院系的授课老师、相关专业的专家学者，有针对性地编写和出版一套和教学大纲配套的教材。
优先编写专业基础课程的教材
物联网专业是一门宽口径的学科，在应用层面可以衍生出许许多多的物联网应用，比如教育领域的物联网应用（智能教室）；农业领域的物联网应用（蔬菜大棚的智能监控），地下矿井的物联网应用（矿井无人警报系统）等等。各种各样的物联网应用都有共性的技术基础，这应该成为物联网专业基础课程涵盖的内容，这些内容相对成熟，在教材的使用上也更急迫，因此在教材的组织上应该优先组织人力编写专业基础课程的教材。
实验辅助教材和实验室建设
对于物联网这种应用性强的学科，仅仅传授基本概念和基础知识是不够的，要从实验和应用入手，培养学生从事实际产品研发的能力，这样培养出来的学生才会受到社会和企业的欢迎，才能更好更快地促进物联网技术发展。因此在规划教学大纲和课程教材的同时，应该同步考虑实验环节的辅助教材，并出版相应的实验室建设指南。同时，物联网既涉及单元技术的研发，也涉及系统和网络的建设，因此，除了实验室的实验之外，学生进行实际产品的研发，甚至动手搭建实际的物联网系统，也是必要的环节。总之，有关高校应该联合相关的企业，共同建立学生实训基地。
（作者单位：1为清华大学出版社，2为清华大学信息网络工程研究中心）
涉及广泛的技术领域
物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。业内专家认为，物联网一方面可以提高经济效益，大大节约成本；另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。
物联网的概念于1999年由美国麻省理工学院提出。早期的物联网是指依托射频识别(RFID)技术的物流网络，随着技术和应用的发展，物联网的内涵已经发生变化。
中国式物联网定义是：将无处不在的末端设备和设施，包括具备“内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频监控系统等，和“外在使能”，如贴上RFID标签的各种资产、携带无线终端的个人或车辆等“智能化物件或动物”或“智能尘埃”，通过各种无线和/或有线的长距离和/或短距离通信网络实现互联互通、应用大集成，以及基于云计算的SaaS营运等模式，在内网、专网和/或互联网环境下，采用适当的信息安全保障机制，提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、进程控制、安全防范、进程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面（集中展示的Cockpit Dashboard）等管理和服务功能，实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化TaaS（everyThing as a Service）服务。
物联网具备以下特征：
１．全面感知，即利用传感器、RFID等随时随地获取物体的信息；
２．可靠传递，通过承载网，将物体的信息实时准确地传递出去；
３．智能处理，利用云计算、模糊识别等智能计算技术，对海量数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的管理。
物联网涉及的技术领域非常广泛，欧盟于2009年9月发布了《欧盟物联网战略研究路线图》白皮书。这份白皮书列出13类关键技术，包括：标识技术、物联网体系结构技术、通信技术、网络技术、网络发现、软件和算法、硬件、数据和信号处理技术、发现与搜索引擎技术、网络管理相关技术、电源和能量储存技术、安全与隐私技术以及标准化技术等。
设置人才培养要求与主干学科
物联网专业作为一个全新的学科，其理论体系尚未健全，各高校物联网学科建设和课程还未成体系，实验室建设技术标准有待探讨和规范。有鉴于此，除了已经获准设立物联网专业的有关高校在准备专业课程设置相关的工作外，有关部门和单位也先后组织了多场研讨会。2010年8月29日，在教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会和教育部高等学校电子信息与电气学科教学指导委员会的共同指导和支持下，由全国首批批准设立物联网相关专业的高校共同发起的“全国高校物联网及相关专业教学指导小组”正式成立，以推进物联网及相关专业的建设与发展。
物联网是典型的交叉学科，它所涉及的核心技术包括IPv6技术、云计算技术、传感技术、RFID智能识别技术、无线通信技术等。因此，从技术角度讲，物联网专业主要涉及的现有高校院系与专业有：计算机科学与工程、电子与电气工程、电子信息与通讯、自动控制、遥感与遥测、精密仪器、电子商务等等。在已经获准设立物联网专业的37所高校中，很多高校都是在上述院系（专业）的基础上，扩充形成新的物联网专业或者物联网学院。但不管物联网专业的“实体”如何形成，有关专家在物联网专业学生的培养目标、基本要求和主干学科及主要课程设置等方面已经达成共识。
培养目标
物联网专业是要培养适应国家现代化建设需要的，具有基础厚、口径宽、能力强、综合型、素质高等特点的，面向现代信息处理技术，能从事物联网领域的基础理论、系统设计、系统分析与科技开发及研究方面的高层次人才。这种人才必须具备扎实的电子技术、现代传感器和无线网络技术、物联网相关高频和微波技术，有线和无线网络通信理论、信息处理、计算机技术、系统工程等基础理论，掌握物联网系统体系结构，及传感层、传输层与应用层关键设计等专门知识和技能，并且具备在本专业领域跟踪新理论、新知识、新技术的能力以及较强的创新实践能力和从事科学研究的能力。
基本要求
物联网专业的基本要求包括3个方面，即知识要求、能力要求和素质要求。具体内容包括：
1．知识要求：包括共性的要求和专业知识的要求。在共性要求方面，应具有宽广的专业知识面、较强的工作适应能力；具有扎实的自然科学基础、较好的人文社会科学基础和外语综合能力。在专业知识要求方面，应系统地掌握物联网技术领域的基本理论、基本知识，掌握本专业所需的电工、电子、计算机、自动化和通信等相关学科的基本理论和基本知识；掌握物联网感知与标识的基本理论与技术、物联网信息处理技术；掌握物联网体系结构、数据传输与安全技术；掌握物联网系统的硬件、软件设计和开发能力，具备在物联网系统及其应用方面进行综合研究、开发和集成的能力。
2．能力要求：获取最新科学技术知识和信息的能力；熟练阅读英文专业科技文献、并具有运用英语进行沟通和交流的能力；运用计算机及信息网络辅助物联网规划、设计、计算、控制的能力；了解相关的技术标准，具备进行物联网系统及装置研发、设计、制造、运行与管理的能力；具备较强的创新意识和从事物联网领域科学研究的基本能力；具有国际视野和跨文化的交流、竞争与合作能力。
3．素质要求：具有高度的社会责任感；具有良好的职业道德和学术道德；具有全球视野及可持续发展理念；具有博爱和宽容的道德情操；具有锲而不舍、追求真理的精神。
主干学科与课程
物联网专业涉及的主干学科包括信息与通信工程、电子科学技术、计算机科学与技术、控制科学与工程等。主要的专业基础课和专业课包括：物联网概论、信号与系统、模拟电子技术、数字电路与逻辑设计、计算机网络、现代通信网、传感器原理、嵌入式系统设计、无线通信原理、无线传感器网络、近距无线传输技术、二维条码技术、数据采集与处理、物联网安全技术、物联网组网技术等。
启动教材建设
当前物联网专业教育面临的最大的问题就是缺乏规范的教材。各个学校各自为政，缺乏有效的学术合作与协作。各个学校选用不同的教材或者传授自编的内容，不同学校的学生所学到的有关物联网的概念、见解都不统一。
因此，针对物联网专业的教材规划和建设工作应该尽快启动。
制定参考性教材大纲
由于高校设置物联网专业在某种程度上具有一定的超前性，许多准备工作都未及时跟上，其中之一就是缺少规范统一的教学大纲。四年制的本科培养时间紧凑： 在大学的一、二年级，除了公共基础课以外，一般是计算机、软件或通信专业的基础课程，这些基础课程大同小异；在大学三年级，学生开始学习专业课程（含课程实践）；在大学四年级，学生忙于制作毕业设计和寻找工作。为了最大限度地体现物联网专业的特色，并使该专业的毕业生在将来的就业选择中具备足够的竞争力，高校应该及早规划本专业的教学大纲和专业主干课，特别是对大学三、四年级的教学内容安排。
成立丛书编写委员会
和教学大纲同等重要的是教材的出版工作。实际上，早在此次物联网专业申报工作之前，全国就已经有部分高校的部分院系开展了一些和物联网技术相关的教学工作，但缺乏统一的组织和管理工作，缺乏系统的教材，导致各个学校各自为政，所选参考教材内容不系统、针对性不强，授课内容差别很大，甚至出现了基本概念不统一的现象。
此次37所高校正式设立物联网专业后，这种状况将有所改变。在教育部相关职能部门和新成立的“全国高校物联网及相关专业教学指导小组”的指导下，37所高校可以依托部分有实力的出版社，共同成立“全国高校物联网及相关专业教材编写委员会”，邀请部分已经获准设立物联网专业的高校相关院系的授课老师、相关专业的专家学者，有针对性地编写和出版一套和教学大纲配套的教材。
优先编写专业基础课程的教材
物联网专业是一门宽口径的学科，在应用层面可以衍生出许许多多的物联网应用，比如教育领域的物联网应用（智能教室）；农业领域的物联网应用（蔬菜大棚的智能监控），地下矿井的物联网应用（矿井无人警报系统）等等。各种各样的物联网应用都有共性的技术基础，这应该成为物联网专业基础课程涵盖的内容，这些内容相对成熟，在教材的使用上也更急迫，因此在教材的组织上应该优先组织人力编写专业基础课程的教材。
实验辅助教材和实验室建设
对于物联网这种应用性强的学科，仅仅传授基本概念和基础知识是不够的，要从实验和应用入手，培养学生从事实际产品研发的能力，这样培养出来的学生才会受到社会和企业的欢迎，才能更好更快地促进物联网技术发展。因此在规划教学大纲和课程教材的同时，应该同步考虑实验环节的辅助教材，并出版相应的实验室建设指南。同时，物联网既涉及单元技术的研发，也涉及系统和网络的建设，因此，除了实验室的实验之外，学生进行实际产品的研发，甚至动手搭建实际的物联网系统，也是必要的环节。总之，有关高校应该联合相关的企业，共同建立学生实训基地。
（作者单位：1为清华大学出版社，2为清华大学信息网络工程研究中心）
