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開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創(chuàng)造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇物聯(lián)網(wǎng)技術導論,希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞:物聯(lián)網(wǎng)技術導論;實驗教學;實驗考核
中圖分類號:TP393;G642 文獻標識碼:A 文章編號:2095-1302(2014)03-0091-02
0 引 言
物聯(lián)網(wǎng)被認為是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后的第三次信息浪潮。2009年8月總理在無錫考察傳感網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展時提出“感知中國”后,物聯(lián)網(wǎng)的探索逐漸成為國家戰(zhàn)略。2010年3月底,教育部批準30所高校第一批開設物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè),沒有物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的學校也相繼開設了物聯(lián)網(wǎng)相關的課程。我校于2010年招生時就將物聯(lián)網(wǎng)及相關課程加入了計算機科學技術、網(wǎng)絡工程專業(yè)的培養(yǎng)方案,并于本學期首次開設了《物聯(lián)網(wǎng)技術導論》課程。本課程的特點是理論性強,通過實驗課加強學生對于物聯(lián)網(wǎng)理論內(nèi)容的理解,才能很好地培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力和專業(yè)實踐能力,加強實踐教學是培養(yǎng)應用型人才的重要途徑。研究《物聯(lián)網(wǎng)技術導論》課程的實驗內(nèi)容,對培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)應用人才具有重大的意義。
1 研究現(xiàn)狀及存在問題
《物聯(lián)網(wǎng)技術導論》是本學期為2010級計算機科學技術專業(yè)新開設的一門專業(yè)任選課。課程的目標是使學生可以對物聯(lián)網(wǎng)技術的相關知識有一個全面、系統(tǒng)的認識;具備規(guī)劃設計與構(gòu)建出一些簡單的物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)的能力;具備運用理論知識解決實際問題的基本素質(zhì)。
現(xiàn)在開設物聯(lián)網(wǎng)課程的學校很多,主要從理論上講解物聯(lián)網(wǎng)中的無線傳感器網(wǎng)絡、RFID(射頻識別)技術等,項目組對市面上的物聯(lián)網(wǎng)技術課程及實驗的教材及幾個學校的實驗教學做了調(diào)查,主要發(fā)現(xiàn)有以下幾個問題:
1.1 課程內(nèi)容差異很大,實驗內(nèi)容不統(tǒng)一
物聯(lián)網(wǎng)是一個相對比較新的技術,很多理論還沒有完全沉淀下來,形成非常統(tǒng)一的理論體系。不同的學校不同的教材講授的內(nèi)容有很大差異,相對于實驗內(nèi)容也就有不同的安排。
1.2 開設的專業(yè)不同,實驗內(nèi)容的重點不一
物聯(lián)網(wǎng)技術是一個綜合性比較強的新技術,涉及到計算機技術、通信技術、自動控制技術等,造成了不同專業(yè)都開物聯(lián)網(wǎng)課程的現(xiàn)狀。通信技術相關專業(yè)講解的重點在于物聯(lián)網(wǎng)通信傳輸、通信協(xié)議分析等,自動控制相關專業(yè)講解的重點在于物聯(lián)網(wǎng)芯片的研究設計等。計算機相關專業(yè)講解的重點在于物聯(lián)網(wǎng)相關算法、應用開發(fā)等。開設專業(yè)的不同,導致了實驗內(nèi)容的重點不一。如北京科技術大學王志良教授出版的實訓教程[1]有大量的硬件設計指導等。
1.3 不同學校配備的實驗箱不同,實驗操作不一致
對于物聯(lián)網(wǎng)課程的實驗大部分都是基于實驗箱進行操作的,不同的學校配備的實驗箱基本都不同。每種實驗箱都有不同的核心板,不同的程序,操作起來都有自己的步驟[2]。本系關于物聯(lián)網(wǎng)的實驗箱共有3套,即使是同一種類型的實驗,軟硬件環(huán)境,實驗效果也都不同,這也給實驗的選擇、融合帶來一定的難度。
1.4 學生層次不同,實驗內(nèi)容的難易度設置問題
物聯(lián)網(wǎng)實驗需要大量的硬件編程基礎,這些基礎都是通過以前課程的學習積累的。有的學生基礎好些,如果實驗內(nèi)容過淺,就不能滿足學生對知識的渴望,設置過難又使基礎不好的學生失去信心。
基于以上問題的分析,我們在實驗內(nèi)容的選擇上要以符合專業(yè)需求為主要方向,找出實驗教學的重點,體現(xiàn)實驗的層次性等,為培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)方向的應用人才奠定基礎。
2 實驗內(nèi)容研究
主要研究《物聯(lián)網(wǎng)技術導論》課程的基礎實驗與應用實驗內(nèi)容,以符合專業(yè)需求為導向,整合現(xiàn)有實驗箱實驗的基礎上,在各個實驗中擬設置選學內(nèi)容,以滿足不同層次學生的要求,同時為學生深入學習物聯(lián)網(wǎng)相關課程打下堅實基礎。
擬選取以下6組實驗:
(1)建立實驗環(huán)鏡
實驗為1學時,主要是認識實驗設備,安裝配置IAR、KeilC開發(fā)環(huán)境。
(2)數(shù)據(jù)感知實驗
實驗為3學時,主要物聯(lián)網(wǎng)感知層的實驗,包括溫濕度傳感器、超聲波傳感器、酒精傳感器的實驗,使學生通過各種傳感器感知信號及編程方法。選學內(nèi)容設置為光電傳感器、壓力傳感器。
(3)ZigBee組網(wǎng)實驗
實驗為4學時,主要是讓學生熟悉ZigBee協(xié)議棧原理、工作流程,掌握點對點、星狀網(wǎng)通信原理及相關程序應用分析。選學內(nèi)容為樹狀通信實驗等。
(4)網(wǎng)關通信實驗
實驗為2學時,使學生掌握網(wǎng)關上各種通信接口如串口,網(wǎng)口、GPRS的使用及程序分析修改。
(5)認識RFID系統(tǒng)實驗
實驗為2學時,使學生掌握RFID 的基本原理,學會RFID 模塊的使用方法及相關程序分析。選學內(nèi)容為超高頻RFID模塊分析等。
(6)物聯(lián)網(wǎng)應用實驗
實驗為4學時,是物聯(lián)網(wǎng)應用層的實驗,主要是對智能家居系統(tǒng)、智能超市系統(tǒng)和智能倉儲系統(tǒng)從系統(tǒng)功能、架構(gòu)、原理上進行分析,并通過各種模擬系統(tǒng)進行實際分析等。選學內(nèi)容為智能農(nóng)業(yè)等。
實驗的總學時為16學時,我們的重點放在無線傳感器網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)應用上。
3 實驗教學方法與手段
3.1 啟發(fā)式教學
為了培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力,激發(fā)學生學習興趣,改變以往填鴨式教學方法,在實驗中,先講解實驗內(nèi)容和實驗要求等基本內(nèi)容后,再將本次實驗的結(jié)果展示出來,然后引導學生觀察、發(fā)現(xiàn)問題,由教師以點撥、提問和探討的方式加以解決。實驗中根據(jù)學生的實際情況,這種變學生被動為主動參與的教學方法在調(diào)動學生的學習主動性及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)上均收到了良好的效果。
3.2 層次教學
根據(jù)實驗教學的進度和實驗深度要求的不同,把實驗分成不同的層次,有助于引導學生由淺入深地學習。在物聯(lián)網(wǎng)實驗教學中分成兩個方面的層次。
第一個層次,是從必學到選學將實驗內(nèi)容分成必學和選學,必學是所有學生都要學習的內(nèi)容。選學內(nèi)容是對本實驗更有興趣的學生學習的內(nèi)容。
第二個層次,是將必修實驗再分為使用、驗證分析、綜合設計3個層次。
在教學前期適合于做一些使用層次要求的實驗,如建立實驗環(huán)鏡、傳感器和ZigBee網(wǎng)等, 通過全面使用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)使學生對傳感器、ZigBee等操作有全面的感性認識。 在有一定的操作和理論基礎時可做驗證分析層次的實驗,從外部觀察驗證傳感器、ZigBee的原理、編程、實現(xiàn)過程。如學完進程就可通過在實際的操作系統(tǒng)上編程使用系統(tǒng)調(diào)用來觀察操作系統(tǒng)的進程調(diào)度結(jié)果,并根據(jù)結(jié)果分析不同的調(diào)度策略。 在驗證分析的基礎上就可做設計實現(xiàn)層次的實驗,要求學生在模擬操作系統(tǒng)上自己編程實現(xiàn)操作系統(tǒng)的功能模塊,并觀察自己所設計的功能模塊的工作情況。讓學生對物聯(lián)網(wǎng)功能有一個使用、探索驗證、自己設計逐步深入的學習過程。
4 實驗考核
考試是引導學生學習、了解教師教學效果的一個重要方法。許多高校計算機科學技術專業(yè)硬件課程實驗教學和課堂教學的比例超過20%,但學生的成績僅憑試卷考試來確定,忽略了實驗教學成績,這是不全面的。因此需要完善學生成績評定,充分調(diào)動學生對實驗教學的積極性,達到學生實驗動手能力的成績在總評成績中占一定比例。在平時的實驗教學中,應該告知學生實驗成績在總評成績中的比例,要求學生重視實驗報告,啟發(fā)學生創(chuàng)新思維,鼓勵學生認真總結(jié)實驗經(jīng)驗,杜絕抄襲他人現(xiàn)象。幾年來在計算機科學技術專業(yè)硬件實驗教學成績占課程總評成績的20%~30%是比較恰當?shù)摹?/p>
5 結(jié) 語
本文對《物聯(lián)網(wǎng)技術導論》實驗課程的內(nèi)容、實驗教學方法與手段、實驗考核等方面所作的分析,可為高校建設物聯(lián)網(wǎng)技術導論課程提供一些參考。物聯(lián)網(wǎng)技術導論的實驗教學是培養(yǎng)實用性和創(chuàng)新性的高素質(zhì)物聯(lián)網(wǎng)技術人才的重要途徑和手段。因此,實驗教學是當前需要認真研究和探討的問題。
參 考 文 獻
[1]王志良,王新平. 物聯(lián)網(wǎng)工程實訓教程:實驗案例和習題解答[M].北京:機械工業(yè)出版社,2011.
[2]魏曉寧. 物聯(lián)網(wǎng)實驗教學初探[J]. 計算機時代, 2011(10):49-53.
[3]劉云浩. 物聯(lián)網(wǎng)導論[M].北京:科學出版社, 2010.
[4]吳功宜. 物聯(lián)網(wǎng)工程導論[M].北京:機械工業(yè)出版社,2012.
[5]徐勇軍. 物聯(lián)網(wǎng)實驗教程[M].北京:機械工業(yè)出版社,2011.
關鍵詞:物聯(lián)網(wǎng);高職;建設思路;課程體系
中圖分類號:TP393 文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2012)35-8464-02
2009年8月7日,國務院總理來到中科院無錫高新傳感網(wǎng)工程技術研發(fā)中心考察并發(fā)表重要講話后,“物聯(lián)網(wǎng)”這一概念在中國迅速走紅。各地相繼成立了各種與物聯(lián)網(wǎng)有關的組織,目前在中國,物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)被提升到國家戰(zhàn)略。
物聯(lián)網(wǎng)是通過RFID、無線傳感器、GPS等信息傳感設備,按照約定的協(xié)議,把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來,進行通訊和信息交換,以實現(xiàn)智能化識別、監(jiān)控、定位、管理的一種網(wǎng)絡。簡單地說,物聯(lián)網(wǎng)是指把世界上所有的物體都聯(lián)接到互聯(lián)網(wǎng)上,形成“物聯(lián)網(wǎng)”。
1 物聯(lián)網(wǎng)技術
目前,物聯(lián)網(wǎng)公認為有三個層次,最底層是感知層,這里的感知主要就是指系統(tǒng)信息的采集,包括把物品通過射頻識別(RFID)、一維、二維條碼、傳感器、紅外感應器、GPS等信息傳感裝置自動采集到與物品相關的信息;第二層是網(wǎng)絡層,它是物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡傳輸平臺,建立在現(xiàn)有的移動通訊網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和其他專網(wǎng)的基礎上,將從底層獲取的數(shù)據(jù)傳輸出去;最上面則是應用層,將所獲得的數(shù)據(jù)進行分析、處理,完成物聯(lián)網(wǎng)的“收集―傳輸―處理”三個步驟。
2 專業(yè)方向與課程體系
從技術上來分析,物聯(lián)網(wǎng)所涉及的核心技術有傳感器技術、RFID技術、無線網(wǎng)絡技術、云計算技術等, 這些技術覆蓋面廣,從專業(yè)建設的角度來說不可能全部涉及,要有專業(yè)的定位。從物聯(lián)網(wǎng)的主要應用來看物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)至少可以有以下幾個方向:
2.1物聯(lián)網(wǎng)工程方向
1)培養(yǎng)目標:面向物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè),服務區(qū)域與地方經(jīng)濟發(fā)展,培養(yǎng)具有扎實的專業(yè)理論基礎知識、較強的實踐能力、良好的團隊協(xié)作能力,具有可持續(xù)發(fā)展能力與創(chuàng)新精神,掌握物聯(lián)網(wǎng)基本知識和基本原理,具備物聯(lián)網(wǎng)組建、管理、維護、應用,物聯(lián)網(wǎng)設備營銷與技術支持等能力的高素質(zhì)技能型人才。
2)專業(yè)核心能力:物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)方案擬定及物聯(lián)網(wǎng)組建能力;物聯(lián)網(wǎng)工程施工組織及實施能力;網(wǎng)絡設備配置與調(diào)試能力;物聯(lián)網(wǎng)管理與維護及保障網(wǎng)絡系統(tǒng)安全運行的能力;網(wǎng)絡系統(tǒng)運行維護(監(jiān)控、故障排除、網(wǎng)絡系統(tǒng)優(yōu)化和升級)能力;物聯(lián)網(wǎng)應用能力;物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)管理與維護能力;物聯(lián)網(wǎng)設備營銷與技術支持能力。
3)主干課程:物聯(lián)網(wǎng)技術導論、網(wǎng)頁設計與制作、電子技術、數(shù)據(jù)庫設計、嵌入式技術、編程與應用、綜合布線、C#程序設計等
4)核心課程:傳感器與無線傳感器網(wǎng)絡技術、RFID技術、短距離無線數(shù)據(jù)通信、網(wǎng)絡設備配置調(diào)試與管理、物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃與組建等。
2.2 智能建筑方向
1)培養(yǎng)目標:面向智能建筑樓宇智能化產(chǎn)業(yè),服務地方經(jīng)濟發(fā)展,培養(yǎng)具有智能建筑樓宇智能化必備的專業(yè)理論知識,良好的團隊協(xié)作和創(chuàng)新精神,較強實踐操作技能,掌握樓宇智能化產(chǎn)品營銷運作、樓宇智能化設備的生產(chǎn)與維修、樓宇智能工程的設計與施工等方面技術,具備樓宇智能工程行業(yè)生產(chǎn)、服務、技術、管理等職業(yè)能力的高素質(zhì)技能型人才。
2)專業(yè)核心能力:智能建筑及小區(qū)物業(yè)設備管理能力;智能建筑行業(yè)電氣方面的安裝、施工、管理和監(jiān)理能力;建筑智能產(chǎn)品的生產(chǎn)、銷售及售后服務能力;建筑智能系統(tǒng)的調(diào)試、維護維修、設備更新能力;建筑智能化系統(tǒng)相關產(chǎn)品研制開發(fā)的能力等。
3)主干課程:電子電路技術、樓宇自動化技術、AutoCAD工程制圖、現(xiàn)代空調(diào)制冷與測控技術、建筑樓宇節(jié)能過程控制技術、PLC編程技術、綜合安防監(jiān)控技術等。
4)核心課程:物聯(lián)網(wǎng)技術導論、RFID技術與高頻技術、傳感器與無線傳感器網(wǎng)絡技術、智能樓宇組態(tài)軟件設計與應用、網(wǎng)絡設備配置調(diào)試與管理、云語言信息技術、網(wǎng)絡通信技術等
2.3車聯(lián)網(wǎng)方向
1)培養(yǎng)目標:面向汽車行業(yè),培養(yǎng)具有扎實的專業(yè)理論基礎知識、較強的實踐能力、良好的團隊協(xié)作能力,具有可持續(xù)發(fā)展能力與創(chuàng)新精神,掌握車聯(lián)網(wǎng)基本知識和基本原理,具備車聯(lián)網(wǎng)組建、管理、維護、應用,車聯(lián)網(wǎng)設備營銷與技術支持等能力的高素質(zhì)技能型人才。
2)專業(yè)核心能力:車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)管理能力;衛(wèi)星定位系統(tǒng)應用能力;信號收集與利用能力,車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)配置能力;車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)監(jiān)管處理能力;網(wǎng)絡設備配置與調(diào)試能力。
3)主干課程:網(wǎng)絡通信技術、車載技術、交通導航與信息服務、藍牙技術、智能軌道交通管理、無線網(wǎng)絡技術、微波技術等。
4)核心課程:M2M技術應用、RFID技術與高頻技術、傳感器與無線傳感器網(wǎng)絡技術、GPS定位技術/北斗定位技術、網(wǎng)絡設備配置調(diào)試與管理、云語言信息技術、短距離無線通信技術、3G移動通信技術等。
2.4智能農(nóng)業(yè)方向
1)培養(yǎng)目標:面向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)單位培養(yǎng)具有扎實的智能農(nóng)業(yè)管理專業(yè)理論基礎知識、較強的實踐能力、良好的團隊協(xié)作能力,具有創(chuàng)新能力和奉獻精神,掌握智能農(nóng)業(yè)管理基本知識和基本原理,具備農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理、農(nóng)業(yè)信息獲取及處理、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模擬、農(nóng)業(yè)決策支持系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡技術等能力的高素質(zhì)技能型人才。
2)專業(yè)核心能力:信息存儲和處理能力、通訊系統(tǒng)應用能力、WSN網(wǎng)絡應用能力、地理信息系統(tǒng)GIS應用能力、全球定位系統(tǒng)GPS應用能力,遙感技術應用能力等。
3)主干課程:精準農(nóng)業(yè)管理、地理地質(zhì)信息應用技術、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與治理、設施農(nóng)業(yè)智能化管理、精細化農(nóng)業(yè)管理、種子儲藏加工與種子管理、WSN現(xiàn)代農(nóng)業(yè)應用、灌溉技術等。
4)核心課程:物聯(lián)網(wǎng)技術導論、RFID技術與高頻技術、傳感器與無線傳感器網(wǎng)絡技術、無線網(wǎng)絡技術、網(wǎng)絡設備配置調(diào)試與管理、短距離無線通信技術、3G移動通信技術等。
3 總結(jié)
物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的方向與課程體系的建設要依靠區(qū)域的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè),這樣才能為專業(yè)發(fā)展提供行業(yè)背景支撐,區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展建設,同樣也需要大量物聯(lián)網(wǎng)人才支持。一個專業(yè)的建設與發(fā)展,需要很多硬件或軟件的條件,只有因地制宜,與時俱進,制定出合理的專業(yè)方向和課程體系才能培養(yǎng)出更多的物聯(lián)網(wǎng)高素質(zhì)技能型人才。
參考文獻:
【關鍵詞】RFID 物聯(lián)網(wǎng)技術 教學檔案 管理
【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089(2013)06-0237-01
學院教學檔案是一個學院在教學管理、教學實踐和教學研究等活動中形成的、對學院當前與長遠發(fā)展具有指導意義的文件材料。教學檔案的存儲、整理、保存和利用是教學管理工作的重要組成部分,是影響學院評估效果的一個重要因素。但是,由于教學檔案的種類繁多,而且需要維護的檔案數(shù)量也非常龐大,經(jīng)過長期的積累,必然給檔案的管理、維護、查閱等帶來極大的挑戰(zhàn),通過基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)技術,為每種檔案設置不同標簽,將極大的減輕管理人員的工作強度并提高工作效率。
1.教學檔案管理主要內(nèi)容及目前現(xiàn)狀及面臨的問題
1.1 教學檔案管理主要內(nèi)容
作為教學過程的主要記錄載體,學院教學檔案需要很多的書面材料,主要包括:(一)教學類檔案:課程教學大綱、授課計劃表、課程試題庫、試卷審批表A、B卷及標準答案、學生成績一覽表、考場記錄表、試卷分析表、記分冊、網(wǎng)絡課程、多媒體課件、雙語教學課程建設相關材料、典型教案、重要備課記錄;(二)畢業(yè)設計類檔案:畢業(yè)設計課題及成績匯總表、畢業(yè)設計相關管理規(guī)定、畢業(yè)設計(論文)報告、畢業(yè)設計工作安排及檢查材料、教師指導畢業(yè)設計的經(jīng)驗體會等典型材料;(三)實驗實踐類檔案:學生社會實踐工作計劃、總結(jié)、表彰材料、實習教學相關的規(guī)章制度、校內(nèi)外教學實踐、實習基地建設和運轉(zhuǎn)情況材料、實習報告、考核表、實結(jié)、實習教學的典型材料、實習學生、指導教師名單及分組表、實習計劃或方案;(四)其他類型的檔案:本科專業(yè)學士學位申請材料、課程建設規(guī)劃、課程組建設和活動情況、教學內(nèi)容、方法和手段改革以及考試內(nèi)容、方法和手段改革相關材料、其他教學建設的典型材料。
隨著學院的發(fā)展,教學檔案的數(shù)量日漸增多,種類也日趨多樣化,同時檔案管理人員少,任務繁重,傳統(tǒng)的教學檔案管理方法已很難適應現(xiàn)代的教學檔案管理要求。所面臨的主要問題有:
一、教學檔案材料種類繁多,材料的收集易出錯,容易丟失材料;
二、教學檔案存放雜亂無序;
三、教學檔案查閱非常繁瑣費時,當學校檢查或者評估時,檔案材料的查閱非常困難,需要花費較長的時間和精力;
四、教學檔案的安全管理,例如,未經(jīng)允許,不準隨意查詢教學資料或者記錄誰在何時查閱什么資料。
因此,教學檔案管理技術手段急需升級改造,利用RFID物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)教學檔案管理的自動化與智能化,從而提高工作效率,加強管理流程。
2.RFID技術及在檔案管理中的應用
2.1RFID技術
RFID(Radio Frequency Identification)技術利用射頻信號通過空間耦合實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到自動識別的目的[1]。通常一個RFID系統(tǒng)由閱讀器、天線和標簽三部分組成。應用中,通過讀寫器將物品的相關信息例如名稱、所有人等屬性信息寫入RFID標簽,然后將該標簽貼在待識別物體表面。讀寫器可無接觸地讀取并識別電子標簽中所保存的數(shù)據(jù),并將該數(shù)據(jù)傳遞到智能終端,從而實現(xiàn)對物體識別信息的遠距離、無接觸式采集、無線傳輸和處理等功能,并且同時能識別多個RFID標簽[2][3]。 RFID技術應用于教學檔案管理可以促進檔案管理的自動化、智能化,具有很多優(yōu)點,比如:遠距離快速掃描、安全性高[4][5][6]。
2.2RFID物聯(lián)網(wǎng)教學檔案管理系統(tǒng)
基于RFID物聯(lián)網(wǎng)技術的教學檔案管理系統(tǒng),主要有如下幾大模塊和功能:
(1)RFID 教學檔案管理信息系統(tǒng),該系統(tǒng)將RFID閱讀器所讀取的數(shù)據(jù) 進行保存和處理。檔案管理人員通過該系統(tǒng)可實時查看檔案的實際情況。
(2)教學檔案的RFID標簽。通過RFID標簽制作設備,將檔案的信息例如,教學檔案的教師姓名,課程名稱,班級等信息寫入到該標簽,并將其貼在教學檔案袋之上。
(3)教學檔案的儲存柜實時監(jiān)控。該柜安裝有多個RFID閱讀器和通信模塊,能實時監(jiān)控檔案的存放位置的情況。儲藏柜每個存放位置都有一個RFID閱讀器,當存入檔案材料時,由該閱讀器讀取標簽信息并將該信息及存放位置信息通過通信模塊傳輸給管理信息系統(tǒng)保存。當取出檔案材料時,信息管理系統(tǒng)記錄取出材料的信息及借閱人的相關信息。
3.RFID物聯(lián)網(wǎng)技術在教學檔案管理中的應用
新技術的應用必然導致工作流程的規(guī)范化,以前課程的教學材料只需要任課考試將所有材料整理好之后,放入到檔案袋中,查閱時,相關人員可隨意從中抽取瀏覽;還有些教學材料的收集時間跨度非常長,有些教師長時間不交材料,造成管理的不方便。這些問題都可通過在引入RFID物聯(lián)網(wǎng)技術后進行規(guī)范化操作。
3.1 教學檔案入庫管理
每一個學期,新的教學檔案入庫前,要對該檔案進行標識例如檔案制作人,檔案名稱等,將這些信息由相關責任人通過終端管理器寫入RFID標簽。
3.2 教學檔案查閱管理
教學檔案在入庫管理時,由儲存柜上的閱讀器將放置的位置信息與標簽信息一起寫入到系統(tǒng)中,用戶在查閱時,可先在系統(tǒng)根據(jù)關鍵詞,例如課程名稱,任課教師等信息查閱具置,因而可快速地發(fā)現(xiàn)文件。
3.3教學檔案的統(tǒng)計管理
通過該技術,管理人員可以很方便的統(tǒng)計各種材料的情況,不需要手工統(tǒng)計。系統(tǒng)也可由管理人員對相關材料設置時間要求,若在規(guī)定時間未提交材料,則系統(tǒng)通過郵件向相關教師進行提醒。
4.總結(jié)
通過RFID物聯(lián)網(wǎng)技術在教學檔案管理中的應用,不僅提高了工作效率,而且對教學管理工作的流程進一步規(guī)范化,標準化提供了基礎,為教學工作提供更好的支持和幫助,使之成為學院工作的重要支撐。
參考文獻:
[1]吳功宜,吳英. 物聯(lián)網(wǎng)工程導論[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社,2012.
[2]劉云浩. 物聯(lián)網(wǎng)導論[M]. 北京: 科學出版社,2011.
[3]游站清,李蘇劍,張益強等.無線射頻識別技術理論與應用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.21-52.
[4]嚴林.電子檔案管理―計算機技術在檔案管理中的應用[J].機電兵船檔案,2010,3:81-82.
【關鍵字】物聯(lián)網(wǎng);移動通信;4G
2009年,在無錫,溫總理提出了“感知中國”示范中心的建立,標志著我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的啟動。物聯(lián)網(wǎng)是我們國家重點發(fā)展的戰(zhàn)略技術,如果在物聯(lián)網(wǎng)方面落后了,我們在下個世紀,在未來的100年,就會全面落后。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,受制于通信技術。目前三大運營商,都已經(jīng)進入4G階段,技術不斷成熟,通信功能日益強大,業(yè)務不斷的擴展,4G通信技術在物聯(lián)網(wǎng)中的應用,廣受關注。4G通信技術,已經(jīng)為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,提供了強大的技術支撐。
一、物聯(lián)網(wǎng)基本概念
物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術的重要組成部分,也是“信息化”時代的重要發(fā)展階段。其英文名稱是:“Internetofthings(IoT)”。顧名思義,物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。這有兩層意思:其一,物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng),是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上的延伸和擴展的網(wǎng)絡;其二,其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間,進行信息交換和通信,也就是物物相息。物聯(lián)網(wǎng)通過智能感知、識別技術與普適計算等通信感知技術,廣泛應用于網(wǎng)絡的融合中,也因此被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的應用拓展,與其說物聯(lián)網(wǎng)是網(wǎng)絡,不如說物聯(lián)網(wǎng)是業(yè)務和應用。因此,應用創(chuàng)新是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的核心,以用戶體驗為核心的創(chuàng)新2.0是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的靈魂。物聯(lián)網(wǎng)作為一個新經(jīng)濟增長點的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè),具有良好的市場效益,《2014-2018年中國物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應用領域市場需求與投資預測分析報告》數(shù)據(jù)表明,2010年物聯(lián)網(wǎng)在安防、交通、電力和物流領域的市場規(guī)模分別為600億元、300億元、280億元和150億元。2011年中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模達到2600多億元。2014、2015年的Gartner技術成熟曲線中,物聯(lián)網(wǎng)技術都實現(xiàn)了登頂,而2016年曲線中又出現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)平臺技術。伴隨著NB-IOT以及LTE-V在3GPP協(xié)議凍結(jié),5G網(wǎng)絡面向的3個場景中有2個均為物聯(lián)網(wǎng)應用,物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)終于迎來通信運營商的加入,首次大規(guī)模商用在即。NB-IoT是第一個面向物聯(lián)網(wǎng)的運營商級別通信協(xié)議。三大運營商都在2017年大規(guī)模商用NB-IoT,LoRa、SigFox、Ingenu、NWave等一系列技術均不同程度的活躍起來。NB-IoT將在低耗能、低信息量、巨量化傳感器網(wǎng)絡中應用,領域包括:①以水電氣的智能抄表業(yè)務為代表的智能家居業(yè)務;②以郵筒、垃圾箱、路燈、下水道、停車位管理為代表的智慧城市業(yè)務;③以快遞、寵物、畜牧業(yè)、兒童老人跟蹤為代表的智能追蹤業(yè)務;④以可穿戴健康設備為代表的智能醫(yī)療業(yè)務;⑤其他工業(yè)領域小規(guī)模、長時間數(shù)據(jù)收集案例或周期性控制應用。
二、4G通信技術在物聯(lián)網(wǎng)中的應用
第四代移動電話行動通信標準,指的是第四代移動通信技術,外語縮寫:4G。該技術包括TD-LTE和FDD-LTE兩種制式(嚴格意義上來講,LTE只是3.9G,盡管被宣傳為4G無線標準,但它其實并未被3GPP認可為國際電信聯(lián)盟所描述的下一代無線通訊標準IMT-Advanced,因此在嚴格意義上其還未達到4G的標準。只有升級版的LTEAdvanced才滿足國際電信聯(lián)盟對4G的要求)。4G是集3G與WLAN于一體,并能夠快速傳輸數(shù)據(jù)、高質(zhì)量、音頻、視頻和圖像等。4G能夠以100Mbps以上的速度下載,比目前的家用寬帶ADSL(4兆)快25倍,并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務的要求。此外,4G可以在DSL和有線電視調(diào)制解調(diào)器沒有覆蓋的地方部署,然后再擴展到整個地區(qū)。很明顯,4G有著不可比擬的優(yōu)越性。2017年全球運營商迎拐點,相對樂觀但有不確定因素。我們認為總體上通信行業(yè)2017年應該會好于2016年,主要有政策推動:運營商混改列入第一批試點名單,引入互聯(lián)網(wǎng)巨頭或直接流量經(jīng)營、數(shù)據(jù)經(jīng)營轉(zhuǎn)型,全面形成“云管端”閉環(huán),行業(yè)形態(tài)有望重塑;以及技術周期推動:5G標準制定關鍵階段,下半年海外運營商同步實現(xiàn)商用。全球市場運營商資本開支迎來拐點之年,增速觸底。我們預期2017年全年全球通信設備市場仍將有3%的小幅下降,但在下半年資本開支有望觸底反彈,4.5G網(wǎng)絡擴容,5G及物聯(lián)網(wǎng)的投資開始加大;國內(nèi)廠商份額提升,全球市場占據(jù)半壁江山(無線通信市場,華為市場份額第一,達到35%;中興穩(wěn)健上升,從2010年市場份額6%提高至12%,表現(xiàn)搶眼。
參考文獻
[1]瞿中,熊安萍,蔣溢.計算機科學導論(第3版).北京:清華大學出版社,2010年3月
[2]PeterNorton著;楊繼萍,錢偉等譯.計算機導論(第6版).北京:清華大學出版社,2009年1月
[3]郭衛(wèi)斌,楊建國.計算機導論.上海:華東理工大學出版社,2012年8月
[4]吳功宜,吳英.物聯(lián)網(wǎng)工程導論.北京:高等教育出版社,2012年7月
[5]劉云浩.物聯(lián)網(wǎng)導論.北京:科學出版社,2011年3月
關鍵詞: 物聯(lián)網(wǎng);IPv6;ZigBee;無線網(wǎng)絡
中圖分類號:TP393
0 引 言
物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things,IoT),顧名思義就是指“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”,就是在物理世界的實體中部署具有一定感知能力、計算能力和執(zhí)行能力的嵌入式芯片和軟件,使之成為“智能物體”,進而通過網(wǎng)絡設施實現(xiàn)信息傳輸、協(xié)同和處理,從而實現(xiàn)物與物、物與人之間的通信 。
2009年8月7日,總理在無錫考察時提出要盡快建立中國的傳感信息中心(也稱為“感知中國”中心),標志著我國發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)的信心與決心。事實上,物聯(lián)網(wǎng)的概念是在1999年提出的。根據(jù)2005年國際電信聯(lián)盟(ITU)的定義,物聯(lián)網(wǎng)主要解決物到物(Thing to Thing, T2T)、人到物(Human to Thing, H2T)、人到人(Human to Human, H2H)之間的互聯(lián)。這一高度交叉的新興前沿領域在國際上備受關注,現(xiàn)在,物聯(lián)網(wǎng)已成為我國經(jīng)濟領域的熱詞,也將成為我國經(jīng)濟發(fā)展的新型發(fā)動機。
1 計算機網(wǎng)絡技術在物聯(lián)網(wǎng)時展中的作用
物聯(lián)網(wǎng)可廣泛應用于社會生產(chǎn)和人們生活的各行各業(yè),從而大大提升整個社會的信息化水平,并在提高效率的同時,實現(xiàn)節(jié)能減排。物聯(lián)網(wǎng)的魅力來源于三大關鍵特征:第一,全面感知,即利用RFID、二維碼、傳感器等隨時隨地獲取物體的信息;第二,可靠傳遞,即通過各種電信網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)的融合,將物體的信息實時準確地傳遞出去;第三,智能處理,即利用云計算、模糊識別等各種智能計算技術,對海量的數(shù)據(jù)和信息進行分析和處理,對物體實施智能化的控制。在業(yè)界,物聯(lián)網(wǎng)大致公認為有三個層次,其中底層是用來感知數(shù)據(jù)的感知層,中間是數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡層,最上面則是內(nèi)容信息的應用層。圖1所示是物聯(lián)網(wǎng)體系的基本架構(gòu)。
物聯(lián)網(wǎng)技術是在互聯(lián)網(wǎng)技術基礎上延伸和擴展的一種網(wǎng)絡技術,其核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng)技術,其用戶端延伸和擴展到了任何物品和物品之間進行信息交換和通訊。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡層將建立在現(xiàn)有的移動通訊網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)基礎上。物聯(lián)網(wǎng)通過各種接入設備與移動通訊網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)相連,網(wǎng)絡層也包括了信息存儲查詢、網(wǎng)絡管理等功能。網(wǎng)絡層中的感知數(shù)據(jù)管理與處理技術是實現(xiàn)以數(shù)據(jù)為中心的物聯(lián)網(wǎng)的核心技術。現(xiàn)在,越來越多的高校都開設了計算機網(wǎng)絡技術的相關課程,包括無線傳感網(wǎng)絡概論、TCP/IP網(wǎng)絡與協(xié)議等目前物聯(lián)網(wǎng)方向?qū)I(yè)的主要課程。就不同的行業(yè)和應用背景,眾多高校同仁在如何改進計算機網(wǎng)絡技術教學內(nèi)容方面,提出了諸多有益的理念。隨著信息技術的發(fā)展,計算機網(wǎng)絡技術教學過程中的諸多環(huán)節(jié),仍然需要進一步的探索和改進。
2 計算機網(wǎng)絡技術課程的改革
2.1 加入IPv6內(nèi)容
盡管物聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)對象數(shù)不勝數(shù),但卻主要分為兩類:一類是體積小、能量低、存儲容量小、運算能力弱的智能小物體,如傳感器節(jié)點;另一類是沒有上述約束的智能終端,如無線POS機、智能家電、視頻監(jiān)控等。這兩類互聯(lián)對象,從終端側(cè)向通信網(wǎng)絡提出了特定的需求,而支持巨大的地址空間、網(wǎng)絡可擴展、傳遞可靠等顯然是其共性需求。通信網(wǎng)絡不僅要能提供足夠多的地址空間來滿足互聯(lián)對象對地址的需求,而且網(wǎng)絡容量足夠大,能滿足大量智能終端、智能小物體之間的通信需求。值得注意的是,智能小物體在尺寸與復雜度等方面的限制決定了其能量、存儲、計算速度與帶寬也是受限的,因而需要通信網(wǎng)絡能夠提供輕量級的通信協(xié)議、可靠的低速率傳輸,同時網(wǎng)絡還要具備自組織能力。
基于以上原因,物聯(lián)網(wǎng)對IP地址產(chǎn)生了前所未有的大量需求。而構(gòu)成現(xiàn)今互聯(lián)網(wǎng)技術基石的IPv4,在面臨地址資源枯竭等困境的背景下,顯然已無法為地球上存在的萬事萬物都分配一個IP地址,而這又恰恰是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的關鍵。
所以,在現(xiàn)在的計算機網(wǎng)絡技術教學中適當引入IPv6的教學內(nèi)容,有助于學生了解當前網(wǎng)絡的狀態(tài)和物聯(lián)網(wǎng)時代的要求。
2.2 加大無線網(wǎng)技術的內(nèi)容
物聯(lián)網(wǎng)技術的應用主要以公眾無線網(wǎng)絡為載體,大多使用2G、3G網(wǎng)絡來實現(xiàn)遠程通信,同時也有部分應用采用固定光纖接入方式。固定光纖接入具有傳輸速率高、傳輸信息量大、可靠穩(wěn)定、保密性好等特點,因此,應用時需要根據(jù)不同的應用場景選擇不同的接入方式。
常用的近距離無線通信技術有802.11b、802.15.4(ZigBee)、Bluetooth、UWB、RFID、IrDA等。其中,ZigBee是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術,完整的協(xié)議棧只有32 KB,可以嵌入到各種設備中,同時支持地理定位功能,因而成為構(gòu)建近距離無線傳感網(wǎng)的主流技術。
鑒于上述情況,在課程內(nèi)容中加入物聯(lián)網(wǎng)中的無線通信內(nèi)容,讓學生學習各種無線RF通訊技術與標準,比如ZigBee、藍牙、Wi-Fi、GPRS、CDMA、3G、4G、5G等,使學生能夠適應未來物聯(lián)網(wǎng)時代的發(fā)展要求。
3 結(jié) 語
物聯(lián)網(wǎng)是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的信息產(chǎn)業(yè)的一個新方向。作為培養(yǎng)中、高級應用人才的主力軍,高等學校要掌握時代的脈搏,要通過廣泛的社會調(diào)研來跟蹤物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的趨勢和前沿技術,以此占領人才培養(yǎng)的制高點,促進高等學校計算機專業(yè)的改革和發(fā)展,從而使所教知識都能轉(zhuǎn)化為社會生產(chǎn)力。
參 考 文 獻
[1] 馬建.物聯(lián)網(wǎng)技術概論[M].北京:機械工業(yè)出版社,2011.
[2] 王汝傳,孫力娟秀. 物聯(lián)網(wǎng)技術導論[M].北京:清華大學出版社,2011.
[3] Ayesta U, avrachenkov K. The effect of the initial window size and limited transmit algorithm on the transient behavior of TCP transfers[C]. Proc. of The 15th ITC Specialist Seminar on Internet Traffic Engineering and Traffic Management, Wutzburg, Germany, 2002, 7.
[4] Manish Jain, Ravi S. Prasad, Constantinos Dovrolis. The TCP Bandwidth-Delay Product revisited: network buffering cross traffic, and socket buffer auto-sizing[R]. Technical Report GIT-CERCS-03-02, College of Computling, Georgia Tech, 2003.
關鍵詞:物聯(lián)網(wǎng);射頻識別;傳感器;無線網(wǎng)絡
中圖分類號:TP391.44;TN929.5
1 物聯(lián)網(wǎng)的概念
2005年11月,在突尼斯舉行的信息社會世界峰會(WSIS)上,國際電信聯(lián)盟(ITU)了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005:物聯(lián)網(wǎng)》,正式提出了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念。2009年,美國總統(tǒng)奧巴馬將物聯(lián)網(wǎng)上升至美國國家戰(zhàn)略,由此引發(fā)了世界各國對物聯(lián)網(wǎng)的追捧。由于世界各國都在投入巨資深入研究探索物聯(lián)網(wǎng)技術,所以,時下的物聯(lián)網(wǎng)被普遍認為與當年的“信息高速公路”一樣,成為振興經(jīng)濟、確立競爭優(yōu)勢的關鍵。美國權威咨詢機構(gòu)FORRESTER預測,到2020年,世界上物物互聯(lián)的業(yè)務,跟人與人通信的業(yè)務相比,將達到30比1,因此,“物聯(lián)網(wǎng)”被稱為是下一個萬億級的通信業(yè)務。所有的跡象都表明,世界已經(jīng)開始進入物聯(lián)網(wǎng)時代。
物聯(lián)網(wǎng)是指通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備,按約定的協(xié)議,把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接,進行信息交換和通信,以實現(xiàn)對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng),是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上的延伸和擴展的網(wǎng)絡;其用戶端延伸和擴展到了任何物體與物體之間,進行信息交換和通信。
2 物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術
2.1 射頻識別技術
射頻識別技術(Radio Frequency Identification,縮寫RFID),是20世紀80年展起來的一種自動識別技術,利用射頻信號及其空間耦合傳輸特性,實現(xiàn)對靜態(tài)或移動物體的自動識別。RFID系統(tǒng)主要由電子標簽、天線、讀寫器和主機組成。工作原理是由讀寫器通過發(fā)射天線發(fā)送特定頻率的射頻信號,當電子標簽進入有效工作區(qū)域時產(chǎn)生感應電流,從而獲得能量被激活,使得電子標簽將自身編碼信息通過內(nèi)置天線發(fā)射出去;讀寫器的接收天線接收到從標簽發(fā)送來的調(diào)制信號,經(jīng)天線的調(diào)制器(交變磁場或電磁場)實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的,對靜止或移動物體的自動識別。
射頻識別技術具有防水、耐高溫、使用壽命長、讀取距離遠、標簽數(shù)據(jù)加密、存儲數(shù)據(jù)容量大、存儲信息隨意修改、識別高速運動中的物體,識別多個標簽,在惡劣環(huán)境下工作等優(yōu)點。
2.2 傳感器技術
傳感器是一種檢測裝置,能夠感受被測量信息,并能將檢測感受到的信息按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出,以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求,它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié),是物聯(lián)網(wǎng)應用中的信息來源。
2.3 無線網(wǎng)絡技術
無線網(wǎng)絡技術豐富多樣,根據(jù)距離不同,可以組成無線個域網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、無線城域網(wǎng)和無線廣域網(wǎng)。其中近距離的無線技術是物聯(lián)網(wǎng)最為活躍的部分,因為物聯(lián)網(wǎng)被稱作是互聯(lián)網(wǎng)的最后一公里,也稱為末梢網(wǎng)絡。根據(jù)應用的不同,其通信距離可能是幾厘米到幾百米之間,目前常用的技術主要有藍牙、ZigBee、Z-wave、RFID、NFC、UWB、WI-FI等。
藍牙(Bluetooth)是一種低成本、低功率、近距離無線連接技術標準,是實現(xiàn)數(shù)據(jù)與話音無線傳輸?shù)拈_放性規(guī)范。藍牙技術使用的工作頻率為2.4G-2.5G之間,屬于免費的ISM頻段。藍牙技術可以實現(xiàn)語音、視頻和數(shù)據(jù)的傳輸,其最高的通信速率為1Mb/s,采用時分方式的全雙工通信,通信距離為10m左右(如果配置功率放大器可以使通信距離達到100m)。
ZigBee技術是一種新興的短距離無線通信技術,主要面向低速率無線個人區(qū)域網(wǎng),典型特征是近距離、低功耗、低成本、低傳輸速率,主要適用于工業(yè)監(jiān)控、遠程控制、傳感器網(wǎng)絡、家庭監(jiān)控、安全系統(tǒng)和玩具等領域,目的是為了滿足小型廉價設備的無線聯(lián)網(wǎng)和控制。Zigbee技術采用三種頻段:2.4GHz、868MHz和915MHz。2.4GHz頻段是全球通用頻段,868MHz和915MHz則是用于美國和歐洲的ISM頻段,這兩個頻段的引入避免了2.4GHz附近各種無線通信設備的相互干擾。
“UWB”(ultra wideband)是超寬帶無線技術的縮寫。UWB技術是一種使用1GHz以上帶寬的無線通信技術。雖然是無線通信,但其通信速度可以達到幾百Mbit/秒以上。
Wi-Fi(WirelessFidelity,無線高保真)屬于無線局域網(wǎng)的一種,通常是指符合IEEE802.11b標準的網(wǎng)絡產(chǎn)品,Wi-Fi可以將個人電腦、手持設備等終端以無線方式互相連接。
3 物聯(lián)網(wǎng)的應用
物聯(lián)網(wǎng)應用領域范圍幾乎覆蓋了各行各業(yè)。目前,我國物聯(lián)網(wǎng)應用已開展了一系列的試點和示范。為了推動物聯(lián)網(wǎng)的健康發(fā)展,2012年國家工業(yè)和信息化部的《物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)十二五發(fā)展規(guī)劃》確定了智能工業(yè)、智能農(nóng)業(yè)、智能物流、智能交通、智能電網(wǎng)、智能環(huán)保、智能安防、智能醫(yī)療、智能家居9大重點示范應用領域。
智能工業(yè)是運用物聯(lián)網(wǎng)技術,將勞動力從繁瑣和機械的操作中解放出來,大幅提高工業(yè)制造效率,改善產(chǎn)品質(zhì)量,降低產(chǎn)品成本和資源消耗。
智能農(nóng)業(yè)是運用物聯(lián)網(wǎng)技術,在微觀尺度上直接與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動、生產(chǎn)管理相結(jié)合,創(chuàng)造新型的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。
智能物流是指貨物從供應者向需求者的智能移動過程,包括智能運輸、智能倉儲以及智能信息的獲取、加工和處理等多項基本活動。
智能交通系統(tǒng)是將物聯(lián)網(wǎng)技術進行有效地集成,實現(xiàn)高效、便捷、安全、環(huán)保、舒適、實時、準確的綜合交通運輸管理系統(tǒng)。
智能電網(wǎng)是電網(wǎng)的智能化,實現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟、高效、安全的目標,為新能源接入、電網(wǎng)防災減災、提高輸電能力、激勵用戶參與電網(wǎng)調(diào)峰、提高資產(chǎn)管理效益等方面產(chǎn)生重要影響。
智能環(huán)保是運用物聯(lián)網(wǎng)技術,構(gòu)建全方位、多層次、全覆蓋的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡,推動環(huán)境信息資源高效、精準的傳遞,促進污染減排與環(huán)境風險防范。
4 結(jié)束語
物聯(lián)網(wǎng)以無線和移動技術為主要特征,通過智能感知、識別技術、云計算、泛在網(wǎng)絡的有機融合,成為了第三次信息技術革命。目前物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展仍處于起步階段,許多關鍵技術有待突破,大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)的普遍應用還沒有到來。我們必須抓住歷史機遇,突破關鍵技術和核心技術,形成自主產(chǎn)權的成果和可持續(xù)競爭力,用心做大事,用力做小事,將感知中國、智慧地球都變?yōu)楝F(xiàn)實。
參考文獻:
[1]溫濤.物聯(lián)網(wǎng)應用技術導論[M].大連:東軟電子出版社,2013.
論文關鍵詞:物聯(lián)網(wǎng),融合
近年來,通信行業(yè)迅速發(fā)展,技術日新月異,3G這個名詞已經(jīng)為大家所熟悉,3G網(wǎng)絡已經(jīng)成為人們?nèi)粘Mㄓ崐蕵返闹饕侄沃弧N锫?lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到一定階段后人們將目光聚焦到物體網(wǎng)絡互聯(lián)而出現(xiàn)的一個新的概念,逐漸為人們所理解和關注。3G和物聯(lián)網(wǎng)都是通訊、網(wǎng)絡技術發(fā)展過程中新生事物,各不相同,又相互關聯(lián),在生產(chǎn)生活中發(fā)揮著積極的作用。
3G技術簡述
第三代移動通信技術(3rd-generation,3G)是相對于第一代模擬手機(1G)和第二代數(shù)字手機(2G)而言的,是無線通信和多媒體通信緊密結(jié)合的支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動通信技術。1G只能用于語音通話,目前已經(jīng)被淘汰,2G增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ埽?G較之以前的技術,主要區(qū)別在于無線空中速率大幅度提高,隨之而來的一些2G手機上不能實現(xiàn)的應用都可以在3G手機上實現(xiàn),主要表現(xiàn)在視頻通信、高速上傳/下載、流媒體傳輸?shù)确矫妗,F(xiàn)在3G的應用非常普遍,手機無線上網(wǎng)隨時隨地,收發(fā)郵件、查詢信息、微博微信、在線視頻等等,都已經(jīng)為人們所熟悉,除此之外,3G利用衛(wèi)星輔助定位技術,能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的定位,定位精度可以達到5m到50m,有利于開展城市導航等精度相對要求高的定位業(yè)務。
物聯(lián)網(wǎng)簡述
物聯(lián)網(wǎng)從字面上理解就是物體的網(wǎng)絡互聯(lián),它通過一定的信息技術手段將物體與互聯(lián)網(wǎng)連接起來,進行信息交換和通信,實現(xiàn)物體的識別、定位、跟蹤和監(jiān)控,實現(xiàn)人與物或者物與物的對話,使得所連接的物品都能實現(xiàn)智能化管理。它是互聯(lián)網(wǎng)技術的延伸和擴展,通過無線傳感、射頻識別、紅外感應、全球定位系統(tǒng)等對物體進行識別、定位和跟蹤,再通過互聯(lián)網(wǎng)連接起來。
物聯(lián)網(wǎng)的應用非常廣泛,交通運輸、環(huán)境保護、公共安全、食品衛(wèi)生、軍事情報、工業(yè)監(jiān)測等等。一個簡單的例子可以幫我們更清楚的了解物聯(lián)網(wǎng):一個物流公司應用了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)進行管理,物品搬運擺放時會自動提醒你是否要輕拿輕放,是否需要隔離處理,貨車裝載會自動提示超重和發(fā)車時間,運輸過程可以跟蹤監(jiān)控等等。
3G與物聯(lián)網(wǎng)融合
3G網(wǎng)絡和物聯(lián)網(wǎng)給人們的生活帶來了巨大的變化,兩網(wǎng)融合將是錦上添花,不僅可以是3G的內(nèi)容更加的豐富,同時,也可以促進物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展,二者互相促進,使得人類的生活更加的智慧和智能。
1、智能支付
在人們已經(jīng)習慣了卡類支付、網(wǎng)絡支付之后,手機支付受到了新的追捧,通過移動終端對所有消費進行支付,既方便又快捷,可以隨時隨地,輕松消費。物聯(lián)網(wǎng)技術的加入使得這種消費支付方式成為現(xiàn)實。目前大家所熟悉的手機刷公交卡就是將RFID芯片與手機SIM卡合二為一,用戶不僅可以打電話,還可以用其進行一些公共事物的消費,除了公交刷卡之外,也可以用于醫(yī)院看病、超市購物、公園門票等,而且還可以用于身份鑒別、門禁管理等,真正實現(xiàn)一機在手,諸事不愁。其實現(xiàn)成本低,應用范圍廣,是一種低成本、高效率的新型移動電子商務服務。
2、智能應急
生活中難免會遇到各種各樣的突發(fā)事件,火警和急救是社會應急的兩大方式,急救信號一旦發(fā)出,就是和時間賽跑。所以,應急技術直接關系到人們生命和財產(chǎn)的安全。將應急車輛安裝物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),并且和3G定位系統(tǒng)進行融合,可以通過3G通信網(wǎng)絡進行實時的視頻傳輸,和3G衛(wèi)星定位系統(tǒng)相結(jié)合,通過高速傳輸技術實時獲取應急道路擁堵情況的信息,選擇最佳最快的通行道路,贏取更多的應急時間。3G物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)傳感器還可以將病人體征數(shù)據(jù)和火險等級等現(xiàn)場情況及時傳輸?shù)娇刂浦行模奖憧刂浦行倪M行綜合判斷和指導,提高遠程施救的能力。
3、智慧交通
城市的道路越修越寬,車輛越來越多,特別是大城市,高峰期開車出行已經(jīng)成為一件可怕的事情。由于交通的擁堵,選擇公共交通工具出行的人越來越多,城市公交又重新受到眾多上班族的青睞,3G和物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)合打造的智慧交通能讓人們的出行更加的順暢和愉悅。公交站牌不在只是一個路標,車輛的位置信息將會動態(tài)呈現(xiàn),某路公共汽車距離某站點最近的在哪,預計幾分鐘后到達將非常清楚,等候的乘客將不再焦慮。車輛管理和調(diào)度人員將能實時了解車輛的位置和運行情況,車內(nèi)乘客的多少,是否需要增派車輛等等。同時,這些信息也可以通過3G手機網(wǎng)絡準確獲取,乘客可以踩著點坐車,讓公交車變成帶司機的私家車。
4、智慧管家
家是每個人心中的港灣,家的安全永遠是人們心中所系,尤其是城市上班族,白天經(jīng)常家里沒人,防火防盜就更加的重要。3G和物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合,共同打造安全網(wǎng)絡,感應器可以將感應到的危險信號通過3G網(wǎng)絡直接反映到手機上,主人可以通過手機直接控制家里的天然氣閥門或預設安全措施,如有人為破壞,也可以通過視頻掌握現(xiàn)場情況,及時撥打求救電話,就像家里有個管家長期看管一樣,可以放心出行。
小結(jié)
3G和物聯(lián)網(wǎng)融合是兩網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢,融合的方式也不僅限于本文所例舉出的幾種形式將會是多種多樣的,目前,這些應用都是剛剛起步,隨著網(wǎng)絡智能化終端的發(fā)展和普及,這些智能化的應用也將逐漸走近每一位普通民眾,使得人們的生活真正實現(xiàn)智能和智慧。
參考文獻
1 趙海闊,趙宇杰,石 蕊。3G技術綜述,甘肅高師學報,2010, 5.
關鍵詞: 物聯(lián)網(wǎng);智能校園;建設
中圖分類號:TP6 文獻標識碼:A 文章編號:1671-7597(2013)0110110-01
1 構(gòu)建平安節(jié)能數(shù)字校園,滿足我校信息化深入應用的需求
我校在2012年投資1800萬元完成了國內(nèi)外一流的,功能完善、技術先進的多系統(tǒng)多業(yè)務融合的全數(shù)字校園網(wǎng)建設。該數(shù)字校園網(wǎng)通過光纖、六類雙絞線、無線實現(xiàn)十萬兆為骨干、萬兆到樓、千兆到桌面的信息接入,可實現(xiàn)對校園區(qū)域的全面覆蓋。已經(jīng)實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡、IP視頻安全監(jiān)控、教學巡查、校園一卡通、班班通、網(wǎng)絡接入、IP語音與視頻、信息、多媒體錄播系統(tǒng)等多系統(tǒng)業(yè)務的一體化。該數(shù)字校園不但可以滿足我校辦公、管理以及教學的數(shù)字化需要,還利用200M出口帶寬和數(shù)字教學資源平臺為我市職業(yè)教育區(qū)域數(shù)字資源中心提供服務。
1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術的不斷發(fā)展,使得基于物聯(lián)網(wǎng)技術的數(shù)字校園建設從軟硬件上成為可能
物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things,簡稱IOT)又稱為傳感網(wǎng),是互聯(lián)網(wǎng)從人向物的延伸,是指在真實物理世界中部署具有一定感知能力和信息處理能力的嵌入式芯片和軟件系統(tǒng),通過網(wǎng)絡設施實現(xiàn)信息傳輸和實時處理。從而實現(xiàn)物與物、物與人之間的通信。從技術的角度來看,物聯(lián)網(wǎng)是在計算機網(wǎng)絡基礎上利用射頻識別(RFID)、傳感器技術、無線數(shù)據(jù)通信等技術,將射頻識別設備、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設施按約定的協(xié)議把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來進行信息交換和數(shù)據(jù)通信,以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)測和管理的新一代網(wǎng)絡技術。同傳統(tǒng)數(shù)字校園平臺相比,在物聯(lián)網(wǎng)技術中,最關鍵的技術是傳感器技術和云計算機技術。隨著云計算技術和傳感器技術的快速發(fā)展,促使了物聯(lián)網(wǎng)時代的到來。
1.2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術下的數(shù)字校園硬件平臺基礎建設工程
現(xiàn)有數(shù)字校園網(wǎng)基礎上,根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)建設要求,通過技術改造和升級,增加信息點數(shù)量和物聯(lián)無線網(wǎng)覆蓋范圍,滿足智慧校園網(wǎng)絡基礎要求;在原有校園一卡通數(shù)據(jù)庫基礎上,對資產(chǎn)設備和校內(nèi)資源進行統(tǒng)一編碼和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定制,構(gòu)建全校統(tǒng)一的規(guī)范化的校園信息庫和數(shù)據(jù)中心;建設傳感器網(wǎng)絡,實現(xiàn)重點區(qū)域和關鍵區(qū)域的傳感器部署和設計;升級目前數(shù)據(jù)中心服務器和存儲設備,購買配套平臺軟件,滿足智慧校園數(shù)據(jù)處理和存儲需求。
智能管理數(shù)字校園---通過完善現(xiàn)有校園一卡通系統(tǒng)以及數(shù)字校園平臺,在此基礎上,增加2.4G ID 網(wǎng)絡,結(jié)合傳感器技術,實現(xiàn)師生員工信息電子地圖系統(tǒng),及時掌握師生動態(tài)位置和狀態(tài)信息。同時,嘗試在學校管理中采用基于物聯(lián)網(wǎng)技術的學生綜合管理信息系統(tǒng)。滿足學校特色活動以及日常管理和家校互動的需求,實現(xiàn)學生管理的特色化。
平安數(shù)字校園--升級數(shù)字視頻安全監(jiān)控系統(tǒng),在原數(shù)字校園全IP數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基礎上,通過基于物聯(lián)網(wǎng)技術的升級改造,升級為數(shù)字校園安全與環(huán)境監(jiān)控中心,實現(xiàn)平安數(shù)字校園。
節(jié)能數(shù)字校園---建立基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字校園資源監(jiān)控與管理中心,通過對校園內(nèi)水、電等資源的集中控制,掌握實時能源耗費信息,并能提供資源使用付費控制,完成對教室、實驗室等資源的實時使用狀態(tài)管理和資源分配,對車輛、固定資產(chǎn)的管理,以及對主要建筑物實現(xiàn)智能電表網(wǎng)絡化管理和水資源網(wǎng)絡管理,改造建設燈光網(wǎng)絡管理系統(tǒng),實現(xiàn)校園的節(jié)能與環(huán)保。
2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術下的數(shù)字校園平臺基礎建設工程
在現(xiàn)有全覆蓋數(shù)字校園綜合布線基礎上,根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)建設的需求,建設基于zigbee無線自組網(wǎng)的無線網(wǎng)絡,覆蓋所有傳感器節(jié)點和主要建筑和設施。
Zigbee是一種基于IEEE 802.15.4標準的便宜的、低功耗近距離無線組網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)這個協(xié)議規(guī)定的技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。主要適合用于自動控制和遠程控制領域,可以嵌入各種設備。由于ZIGBEE的優(yōu)越特性,基于ZIGBEE技術的無線組網(wǎng)是一種比較合適的下行信道的實現(xiàn)手段。特別適合應用于一些布線困難舊樓改造的能耗管理系統(tǒng)中。而若將其與成熟的工業(yè)以太網(wǎng)和GPRS/CDMA上行信道結(jié)合,與后臺管理主站組成集抄和監(jiān)控系統(tǒng),則可以為遠程管理提供一個有效的解決方案。
物聯(lián)網(wǎng)硬件區(qū)別于傳統(tǒng)數(shù)字網(wǎng)絡的特點之一就是大量傳感器的應用,物聯(lián)網(wǎng)下的傳感器是一種能感知預定的被測指標并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件和裝置,通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成,是物聯(lián)網(wǎng)中采集信息和實現(xiàn)對現(xiàn)實世界感知的重要設備。傳感器的種類很多,如速度傳感器、入侵傳感器、溫度濕度傳感器、位置傳感器、能耗傳感器等,也可以包含以師生用戶的電子標簽卡或者手機一卡通卡為EPC碼存儲設備的RDID傳感器。下圖顯示了傳感器數(shù)據(jù)采集示意圖。
傳感器數(shù)據(jù)采集示意圖
3 建設基于物聯(lián)網(wǎng)技術的數(shù)字校園各應用系統(tǒng)
1)構(gòu)建校園電子地圖系統(tǒng),實現(xiàn)智能管理數(shù)字校園。實現(xiàn)與目前數(shù)字校園各模塊的匯集,實現(xiàn)智能管理數(shù)字校園。此部分是在原有數(shù)字校園模塊,特別是數(shù)字校園平臺和監(jiān)控系統(tǒng)的基礎上,按照物聯(lián)網(wǎng)要求,實現(xiàn)師生員工信息電子地圖系統(tǒng),來及時掌握師生動態(tài)位置和狀態(tài)信息。實現(xiàn)學生或員工的考勤和狀態(tài)信息管理的智能化。通過開發(fā)基于Web的校園電子地圖系統(tǒng)也即地理信息系統(tǒng),利用GIS技術、信息技術以動態(tài)網(wǎng)頁技術搭建的基于B/S模型的校園地理信息服務網(wǎng)站。可以直觀地反映校園信息,有效提高校園信息交互檢索的效率,使校園的師生迅速的熟悉校園的環(huán)境,并且利用地圖的形式,將校園信息展現(xiàn)的方式從傳統(tǒng)的純文字模式解脫出來,實現(xiàn)地圖與文字、圖片等展現(xiàn)模式相結(jié)合。
2)升級數(shù)字視頻安全監(jiān)控系統(tǒng),在原有安全監(jiān)控單一功能的基礎上,通過物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術,升級為校園安全與環(huán)境監(jiān)控中心,實現(xiàn)平安數(shù)字校園。
通過開發(fā)基于物聯(lián)網(wǎng)的“數(shù)字校園安防集成系統(tǒng)”,通過軟件圖形化的管理形式方便相關人員進行日常管理、檢查工作;通過巡更及上報分析系統(tǒng),確保校園安保制度的貫徹執(zhí)行。數(shù)字校園安防集成系統(tǒng)主要包括視頻監(jiān)控、紅外射頻防盜報警、門禁系統(tǒng)、巡更系統(tǒng)、緊急求助、呼叫系統(tǒng)、對講系統(tǒng)等相對獨立子系統(tǒng),根據(jù)安防應用需要,快速、方便地在安防監(jiān)控中心把各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源、控制資源等信息,通過集成聯(lián)動平臺的方式組合起來,最大限度地利用整體資源,達到優(yōu)勢組合的目的,幫助學校及上級主管部門實現(xiàn)監(jiān)督管理、監(jiān)控互動、及時排除校園安防中的漏洞,最大限度保護學校師生的財產(chǎn)、生命安全。
3)建立基于物聯(lián)網(wǎng)的校園資源監(jiān)控與管理中心,實現(xiàn)節(jié)能數(shù)字校園。采用物聯(lián)網(wǎng)技術,通過對全校各部分的水、電等資源的參數(shù)進行檢測,實施集中控制,掌握實時能源耗費信息,并能提供資源使用付費控制,完成對教室、實驗室等資源的實時使用狀態(tài)管理和資源分配,對車輛、固定資產(chǎn)的管理,以及對學生公寓實現(xiàn)智能電表網(wǎng)絡化管理和水資源網(wǎng)絡管理,改造建設燈光系統(tǒng),實現(xiàn)校園的節(jié)能與環(huán)保。
參考文獻:
[1]劉云浩,《物聯(lián)網(wǎng)導論》,2011.
關鍵詞:計算機網(wǎng)絡;專業(yè)設置;物聯(lián)網(wǎng)
中圖分類號:TP311 文獻標識碼:A 文章編:1009-3044(2016)31-0112-02
1引言
物聯(lián)網(wǎng)是1999年提出的,是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮,是一個全新的技術領域,包含RFID射頻技術、有線傳感技術、無線傳感技術、數(shù)據(jù)交換與網(wǎng)絡異構(gòu)、終端管理等關鍵技術。
在國外:美國提出“智慧地球”;2009年10月,歐盟委員會以政策文件的形式對外了物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略,提出要讓歐洲在基于互聯(lián)網(wǎng)的智能基礎設施發(fā)展上領先全球;日本在2004年提出了U-Japan計劃,2006年提出了I-Japan戰(zhàn)略2015;韓國在2004年3月提出了U-Korea戰(zhàn)略等。
在國內(nèi):2009年8月和12月,提出建立"感知中國"。2011年11月末國家又制定了物聯(lián)網(wǎng)十二五發(fā)展規(guī)劃。近年來,我國中央政府及各地方政府對物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的政策扶持力度不斷深入,“政策先行、技術主導、需求驅(qū)動”成為了我國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的主要模式。經(jīng)過多年的發(fā)展,我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模已經(jīng)從2009年的1700多億元增長到2014年的6000多億元,預計,2016年物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模將達到8500億元,年復合增長率超過30%。到2020年,物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模要比信息互聯(lián)網(wǎng)大30倍,是典型的朝陽產(chǎn)業(yè)。在這樣的背景下,2011年有近40所知名院校獲批開辦物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)、2012年又有30多所院校獲批開辦物聯(lián)網(wǎng)專業(yè),2013年有些中職學校也開始開設物聯(lián)網(wǎng)相關方向的專業(yè),我校在《廈門市人民政府關于加強職業(yè)培訓促進就業(yè)的實施意見》(廈府[2011]219號)文件精神下,結(jié)合海峽西岸經(jīng)濟區(qū)建設發(fā)展戰(zhàn)略,根據(jù)我校辦學及專業(yè)的特色和優(yōu)勢,也在計算機網(wǎng)絡技術專業(yè)下與廈門軟件職業(yè)技術學院聯(lián)合開辦了物聯(lián)網(wǎng)方向的5年制高職班)。
1在中職學校開設物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的意義
中職學校當下的教育目標是將學生造就成為未來社會發(fā)展的主體,使學生成為會學習,能工作且自立于社會的人;成為探求新知不斷完善自我、主動適應社會發(fā)展和職業(yè)變革的人。中職學生有了寬厚的知識和扎實的基礎能力,有了正確的價值觀、人身觀和科學的思維方法,就會極大地促進學生廣泛就業(yè)的適應能力,成為一專多能、一專多技的應用型人才。
物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和普及,急需大量的相關研究人才,高等學校爭相開設的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè),培養(yǎng)的大都是這一類型的人才,主要為企業(yè)培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)技術系統(tǒng)設計,系統(tǒng)及設備的硬件設計制造及軟件代碼編寫等方面的人才。同時,在物聯(lián)網(wǎng)技術的創(chuàng)新發(fā)展和應用推廣等,還需要大量中低端的應用型技術人才,職業(yè)院校的培養(yǎng)目標就是為社會培養(yǎng)這類工程技術類人才。隨著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和普及,在工程技術領域,還需要大量的一線技術人才。物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)設備的規(guī)范和統(tǒng)一,為中職學生成為物聯(lián)網(wǎng)工程技術一線技術人才創(chuàng)造了可能,在中等職業(yè)學校開設物聯(lián)網(wǎng)應用技術專業(yè)也成了當務之急的事。
學生在畢業(yè)后要能夠依據(jù)行業(yè)及社會現(xiàn)實,通過對各種信息進行收集分析、整合判斷,對計算機網(wǎng)絡行業(yè)的發(fā)展趨向有所預測。現(xiàn)在一生從事多種職業(yè)已成為普遍現(xiàn)象。這就要求中職畢業(yè)生要想得到很好地發(fā)展,不僅要對本行業(yè)的前景有預測能力,還要對相關行業(yè)或可能從事的行業(yè)乃至社會的發(fā)展做出預測。進而能夠根據(jù)行業(yè)及社會的發(fā)展要求,不斷調(diào)適自己,以適應社會,立于不敗之地。
2用物聯(lián)網(wǎng)思想向中職計算機網(wǎng)絡技術專業(yè)的滲透
2.1入學的專業(yè)介紹
現(xiàn)階段的初中生在中考結(jié)束,報考中職學校時選擇專業(yè)具有盲目性,對將要學習的專業(yè)認識嚴重不足。甚至有相當一部分學生對本專業(yè)有著認識的誤區(qū),片面地認為學計算機網(wǎng)絡就是“玩”電腦聯(lián)網(wǎng)游戲。因此,中職學校在新生入學時,非常有必要向?qū)W生介紹計算機網(wǎng)絡專業(yè)的內(nèi)容和特點,同時也把物聯(lián)網(wǎng)介紹給學生。從物聯(lián)網(wǎng)的技術支持到物聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)實應用,讓學生真實地感知“物聯(lián)網(wǎng)時代”就像“互聯(lián)網(wǎng)時代”一樣已經(jīng)洶涌澎湃地向我們走來,并且我們所學的計算機網(wǎng)絡專業(yè)正是這浪潮的最前峰技術甚至是主力技術。這種學前的引導,對每位選擇計算機網(wǎng)絡專業(yè)的學生都是一種激勵。
2.2 學生的專業(yè)學習
物聯(lián)網(wǎng)技術是通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、無線傳感器網(wǎng)絡、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備,按約定的協(xié)議,把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來,進行信息交換和通訊,以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。技術上,中職學校計算機網(wǎng)絡專業(yè)課程與物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)系緊密以及相關聯(lián)內(nèi)容的是多方面的。在信息傳輸技術方面,關于信息的物理傳輸介質(zhì)、組網(wǎng)技術、信息傳輸方式、路由協(xié)議和算法等知識內(nèi)容都與網(wǎng)絡技術相通;在信息處理技術方面,關于數(shù)據(jù)存儲技術、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)管理技術、數(shù)據(jù)安全機制、海量數(shù)據(jù)處理等知識內(nèi)容也是相類似的。對于文化基礎不是很好的中職生來說是比較難于理解掌握的部分,也是需要我們計算機教師想方設法利用各教學方法手段來完成這個教學目標,以達到良好的教學效果。
應用上,中職學校計算機專業(yè)普遍都會開設的圖形圖像設計、網(wǎng)頁制作、動態(tài)網(wǎng)頁制作、動畫制作、視頻剪輯等課程的知識內(nèi)容在物聯(lián)網(wǎng)上應用都具有舉足輕重的地位。由于物聯(lián)網(wǎng)的真正內(nèi)涵是讓人們?nèi)フ嬲龑崿F(xiàn)“物―物”相連,“物―人―信息―社會”相通,即是讓人們能輕松去“感知”這個物的世界,因此,“交互性”是各種物聯(lián)網(wǎng)應用的重要體現(xiàn)。據(jù)此,教師在教授像Photoshop、網(wǎng)絡操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡設備調(diào)試等課程時,應打破以往的教學常規(guī),利用項目教學法、學習德國職業(yè)教育模式、校企合作、微課教學、Mooc教學、混合式教學、頂崗實習等模式進行教學,這些對于物聯(lián)網(wǎng)即將來臨時代的中職計算機網(wǎng)絡專業(yè)的學生來說,是他們職業(yè)生涯的珍貴的基石。
2.3 學生的就業(yè)指導
職業(yè)類院校培養(yǎng)的學生主要從事安裝、調(diào)試、維護、生產(chǎn)、營銷和推廣等工作。物聯(lián)網(wǎng)是一個智能的網(wǎng)絡,它在現(xiàn)實生活中方方面面的應用,涵蓋了交通、建筑、家居、環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)業(yè)、食品安全、健康醫(yī)療、軍事車防、電網(wǎng)、物流等很多行業(yè)。縱觀物聯(lián)網(wǎng)的從業(yè)崗位,對于技術人員,尤其是建設調(diào)試、維修保養(yǎng)、技術服務、營銷推廣等工作,不需要非常深的理論知識,只需要掌握相關的操作規(guī)范與標準,具備最基礎的專業(yè)知識,具備相應崗位必備的技能技巧即可以,正符合中職學校學生基礎比較薄弱、學習主動性差、動手能力強、適合奔波式工作的職業(yè)特色,所以對于當前人才需求量大的物聯(lián)網(wǎng)技術相關行業(yè)中必然會有相關崗位需要我們中職學校的計算機網(wǎng)絡專業(yè)學生去就職。
3用物聯(lián)網(wǎng)思想向中職計算機網(wǎng)絡技術專業(yè)的課程調(diào)整
3.1 調(diào)整網(wǎng)絡技術專業(yè)化方向
目前,中職計算機網(wǎng)絡主要有網(wǎng)絡技術專業(yè)化方向、網(wǎng)站建設與管理專業(yè)化方向。以計算機網(wǎng)絡技術專業(yè)化為例,該專業(yè)化的學生學習以網(wǎng)絡硬件操作為主線,該專業(yè)的畢業(yè)生具有網(wǎng)絡基礎知識、網(wǎng)絡操作系統(tǒng)的安裝維護、網(wǎng)絡設備的安裝、調(diào)試和配置、中、小型網(wǎng)絡建設、管理和安全維護的能力。能夠從事網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)化綜合布線、網(wǎng)絡設備的安裝、配置和調(diào)試、網(wǎng)絡運行維護與安全管理工作,也可以從事網(wǎng)絡設備的銷售及售后服務等工作,但對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的概念、RFID、各種傳感器、物聯(lián)設備的安裝、調(diào)試等工作不了解。需要適時調(diào)整專業(yè)化方向,在課程設置上融入物聯(lián)網(wǎng)思想。為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)時代的到來儲備好人才。
3.2 計算機網(wǎng)絡技術專業(yè)化課程設置
中職計算機網(wǎng)絡專業(yè)的課程設置分為文化基礎課、專業(yè)基礎課程、專業(yè)核心課程和專業(yè)化課程。原來的網(wǎng)絡技術專業(yè)基礎課程由:網(wǎng)絡基礎,計算機組裝與維護,PS圖形圖像處理;專業(yè)核心課程有:Acess數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡操作系統(tǒng)(Windows Server 2008/Linux)、網(wǎng)頁制作;專業(yè)化方向課程有:網(wǎng)絡設備配置與管理、計算機網(wǎng)絡安全基礎、動態(tài)網(wǎng)站開發(fā),網(wǎng)絡布線技術。以上專業(yè)課程均沒有涉及物聯(lián)網(wǎng)思想的內(nèi)容,因此可以通過修訂人才培養(yǎng)方案和課程標準的途徑,在專業(yè)化課程設置時融入物聯(lián)網(wǎng)思想相關的課程,如:專業(yè)基礎課程加入物聯(lián)網(wǎng)技術導論,電工基礎、C/C++程序設計;專業(yè)核心課程加入電路分析、傳感器及WSN技術、RFID及二維碼技術、SQL Server安裝配置與管理;專業(yè)化方向課程加入.NET應用程序開發(fā)、智能家居綜合實訓、安卓物聯(lián)網(wǎng)應用程序開發(fā)、智慧生活綜合實訓、物聯(lián)網(wǎng)工程設計與實施、智能追溯綜合實訓等課程,提升專業(yè)課程與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的吻合度。
將學生的素質(zhì)提高和能力培養(yǎng)應貫穿始終。重視文化基礎課教育,促進學生德、智、體、美全面發(fā)展,提高學生的基本素質(zhì)。專業(yè)基礎課程、專業(yè)核心課程和專業(yè)化方向課程應注意培養(yǎng)學生的職業(yè)素養(yǎng),增強學生的企業(yè)意識、崗位意識、工程意識和規(guī)范意識,同時還要培養(yǎng)團隊合作能力,鍛煉學生的項目組織與管理能力,從而提高學生為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)服務的能力。
3.3 教師更新物聯(lián)網(wǎng)新思想,更新教學內(nèi)容
當前,物聯(lián)網(wǎng)技術正在蓬勃發(fā)展,而學生所使用的教材跟不上物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,更落后于技術、產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度,與生產(chǎn)、生活實際脫節(jié)。所以,學校應安排一線教師到物聯(lián)網(wǎng)相關企業(yè)進行培訓,學習物聯(lián)網(wǎng)的新理論、新技術、新方法、新工藝、新設備等新知識;一線教師應把學到的新知識帶回學校并積極開展專業(yè)課程教學內(nèi)容改革,更新教學內(nèi)容,讓學生能夠跟上物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的步伐,為學生今后能夠順利地在物聯(lián)網(wǎng)相關行業(yè)、產(chǎn)業(yè)找到合適的崗位,并為學生晉升高一級學府學習奠定良好的基礎。
4結(jié)束語
總之,物聯(lián)網(wǎng)時代已到來了,中職學校作為培養(yǎng)中低端的應用型技術人才的搖籃,要根據(jù)時代的發(fā)展,用物聯(lián)網(wǎng)思想對計算機網(wǎng)絡專業(yè)學生進行專業(yè)滲透,調(diào)整專業(yè)的人才培養(yǎng)模式中的專業(yè)課程。通過對行業(yè)、企業(yè)調(diào)研,占領人才培養(yǎng)的制高點,緊跟時代步伐,為中職學校計算機網(wǎng)絡專業(yè)的改革和發(fā)展提供思路和方法,從而使計算機網(wǎng)絡專業(yè)的畢業(yè)生能順利踏入社會,找到理想的及與所學專業(yè)相關的崗位進行就業(yè)。
參考文獻:
[1] 劉鑫國.淺析物聯(lián)網(wǎng)背景下中職計算機網(wǎng)絡技術專業(yè)課程設置[J].福建電腦,2013(4).
[2] 舒松,喻會. 高職物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)建設初探[J].湖北成人教育學院學報,2012(1).
[3] 鄧兆紅,桑慶兵.物聯(lián)網(wǎng)在教育中的應用與思考[J].無錫職業(yè)技術學院學報,2010,9(4):48- 51.
[4] 顧衛(wèi)杰,王云良.對不同層次教育的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)定位的思考[J].中國電力教育,2011(27):182-183.
[5] 柴方艷.邵丹,李祥杰.物聯(lián)網(wǎng)應用技術下計算機網(wǎng)絡技術專業(yè)建設的探討[J].高師理科學刊,2011(5).
關鍵詞:物聯(lián)網(wǎng);課程體系;本科院校
一、引言
自2009年8月同志提出“感知中國”以來,物聯(lián)網(wǎng)已成為國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的重要組成內(nèi)容。2013 年2 月,國務院提出了關于推進物聯(lián)網(wǎng)有序健康發(fā)展的指導意見。物聯(lián)網(wǎng)是繼互聯(lián)網(wǎng)之后的又一次信息技術浪潮,具有廣闊的應用前景和難得的發(fā)展機遇。在教育領域,自2010年7月教育部批準30余所高校院系建設物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)以來,2011年,教育部又批準了27所高等院校設立物聯(lián)網(wǎng)工程的申請;2013年4月,我校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)獲得教育部批準。在學科發(fā)展方面,中國電子學會物聯(lián)網(wǎng)專家委員會、教育部電子信息與電氣學教育部高等學校計算機科學與技術教學指導委員會一直高度關注物聯(lián)網(wǎng)及相關專業(yè)建設。全國高校物聯(lián)網(wǎng)及相關專業(yè)教學指導小組組織高校在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的知識體系、課程體系、工程實踐和人才培養(yǎng)等方面進行了一系列的探索,國內(nèi)高校也根據(jù)自身的情況對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的課程體系進行了探索。作為國家倡導的新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè),物聯(lián)網(wǎng)備受各界重視,并成為就業(yè)前景廣闊的熱門領域,該專業(yè)主要就業(yè)于與物聯(lián)網(wǎng)相關的企業(yè)、行業(yè),從事物聯(lián)網(wǎng)的通信架構(gòu)、網(wǎng)絡協(xié)議和標準、信息安全等的設計、開發(fā)、管理與維護,就業(yè)口徑廣,需求量十分大。但是,在眾多高校積極申報的專業(yè)的同時也面臨一個十分嚴峻的問題,物聯(lián)網(wǎng)目前屬于新興產(chǎn)業(yè),中國高校剛剛開始開設物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè),沒有成熟的經(jīng)驗可以借鑒。本文通過分析物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的知識體系、主要知識領域,提出了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系的基本思路,以期為兄弟院校物聯(lián)網(wǎng)相關專業(yè)課程規(guī)劃拋磚引玉。[1]
二、物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)涉及的關鍵技術
物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的拓展應用和網(wǎng)絡延伸,它利用多種不同的感知技術對現(xiàn)實物理世界進行感知后,通過網(wǎng)絡完成對數(shù)據(jù)的傳輸,然后進行數(shù)據(jù)挖掘、分析、決策,最終實現(xiàn)人與人、人與物、物與物之間的信息交流,最終達到對物理世界進行管控、決策的目的。因此,常規(guī)意義上物聯(lián)網(wǎng)可以分為三個層次:感知層、網(wǎng)絡層和應用層。[2]
1、感知層關鍵技術
感知層是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應用的基礎,RFID技術、傳感和控制技術、 短距離無線通訊技術是感知層涉及的主要技術,主要負責物品的標識、信息感知采集。該層的關鍵技術包括:傳感器網(wǎng)絡、射頻技術、傳感器技術。
2、網(wǎng)絡層關鍵技術
網(wǎng)絡層將建立在現(xiàn)有的移動通訊網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)基礎上,其主要功能是直接通過現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)或移動通信網(wǎng)(如GSM、CDMA)、 無線接入網(wǎng)(WiMAX)、無線局域網(wǎng)(WiFi)、衛(wèi)星網(wǎng)等基礎網(wǎng)絡設施,負責物聯(lián)網(wǎng)感知層感知信息的接入、融合、交換與傳遞,是實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互、物物相連的關鍵,在物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)中起到承上啟下的作用。物聯(lián)網(wǎng)最終將實現(xiàn)異質(zhì)網(wǎng)絡互聯(lián)互通,因此通信技術將是網(wǎng)絡層的核心技術,包括藍牙、ZigBee、WiFi、GSM、CDMA、GPRS 等相關技術。
3、應用層關鍵技術
應用層對網(wǎng)絡層傳輸過來的信息進行處理,主要由業(yè)務支撐平臺、服務支撐平臺、網(wǎng)絡管理和信息處理等平臺構(gòu)成,共同完成對信息的分析、計算、存儲、挖掘等處理操作,供決策者使用和決策。應用層核心技術包括中間件技術、云計算、海量數(shù)據(jù)存儲、挖掘、檢索以及虛擬技術等。
三、物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)核心課程構(gòu)成
物聯(lián)網(wǎng)是典型的交叉學科,涉及到網(wǎng)絡工程、自動化、電子工程、計算機、通信工程、信息安全等多個學科。由于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)涵蓋面寬,應用廣泛,所以物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)包含的知識點較多,課程涉及基礎課模塊、感知類課程模塊、網(wǎng)絡與通信類課程模塊與數(shù)據(jù)處理與領域應用類課程模塊。
基礎類課程為:數(shù)理類課程,如高等數(shù)學、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、線性代數(shù)、離散數(shù)學、大學物理等;電路類課程,如數(shù)字邏輯、電路與電子技術、高頻電子線路等;程序算法類課程,如C語言程序設計、Java語言程序設計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法等。
感知類課程為:RFID原理及應用、傳感器原理及應用、模式識別與狀態(tài)監(jiān)控、微機原理與接口技術、數(shù)據(jù)獲取與信息處理系統(tǒng)等。
網(wǎng)絡與通信類課程為:計算機網(wǎng)絡、通信原理、物聯(lián)網(wǎng)通信技術、無線傳感器網(wǎng)絡、短距離無線與移動通信網(wǎng)絡、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫技術等。[3]
數(shù)據(jù)處理與領域應用類課程為:物聯(lián)網(wǎng)工程導論、操作系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)設計、物聯(lián)網(wǎng)信息安全、海量數(shù)據(jù)存儲、物聯(lián)網(wǎng)工程設計與實施、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)綜合設計、移動應用開發(fā)、智能物流等。
四、物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系構(gòu)建
物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是以應用為驅(qū)動的專業(yè),專業(yè)人才的培養(yǎng)根據(jù)專業(yè)共性和我校其他相關優(yōu)勢專業(yè)的特點,以達到能服務區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展為目的。因此我校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)確立了以智能物流和智能家居兩個應用方向,在后期應用類課程突出物聯(lián)網(wǎng)技術在這兩個方向的工程應用,且物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)建設要緊密聯(lián)系社會、學生、專業(yè)發(fā)展的需求,統(tǒng)籌兼顧其“專業(yè)新、對應產(chǎn)業(yè)鏈長、相關技術門類差異大”的特點,深入研究,準確定位,根據(jù)計算機類專業(yè)工程教育關于課程體系的總體要求和專業(yè)的目標定位設置科學的課程體系,注重課程體系的交叉融合。本專業(yè)將相關主干學科的核心課程和專業(yè)課程統(tǒng)籌結(jié)合,與物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)知識體系相對應,將專業(yè)課程按照以上不同類型進行了梳理,制定出了初步的課程體系,具體層次關系如圖1所示。
圖1 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系結(jié)構(gòu)圖
五、結(jié)束語
物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是面向國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要而設置的,作為為國家培養(yǎng)人才的高校,應站在國家發(fā)展戰(zhàn)略的視野來看待專業(yè)建設。根據(jù)本文提出的物聯(lián)網(wǎng)的技術體系、培養(yǎng)目標和課程體系,我校在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的建設過程中,高度凝煉專業(yè)特色,認真把握本專業(yè)綜合性強,學科交叉等特點,加強師資隊伍和實驗室等建設,改革人才培養(yǎng)方案,強化實踐教學,以推進物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設與人才培養(yǎng)。
參考文獻
[1]吳國民.地方工科院校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)的研究[J].現(xiàn)代計算機.2011(07):35~37
[2]馬忠梅,孫娟,李奇.物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系與實踐探討[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應用,2011,(10):1~4.
[3]熊曙光.物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式與課程體系研究[J].科教文匯.2012,(11):45~46.
關鍵詞:物聯(lián)網(wǎng);精準農(nóng)業(yè);果蔬種植;預警系統(tǒng);專家系統(tǒng)
中圖分類號:S126;TP391 文獻標識碼:A 文章編號:0439-8114(2016)14-3741-04
DOI:10.14088/ki.issn0439-8114.2016.14.051
Abstract: The Internet of thing early warning system for precision agriculture, relying on expert system, neural network based on genetic algorithm to optimize of disease diagnosis of early warning platform, production management early warning platform and logistics platform is constructed, reasonable arrangement of sensors, at the same time, the application of Internet of things technology such as RFID,3G, ZigBee, GPRS. The system applied in the production of rinse hot demonstration in the process of production and transportation, the environment parameters beyond good value for early warning, and fine regulation and water, the effect of temperature and humidity, pesticide and so on, in order to reduce the production cost, wide range application can create better economic benefits.
Key words: the Internet of things; precision agriculture; fruit and vegetable production; early warning system; expert system
精準農(nóng)業(yè),也稱精細農(nóng)業(yè),是根據(jù)作物生長的土壤墑情來調(diào)節(jié)對作物的投入,以最節(jié)省的投入達到更高的收入,并能改善環(huán)境的生產(chǎn)方式。精準農(nóng)業(yè)技術由田間信息采集、智能決策和智能裝備技術組成,通過對信息采集、加工及應用,以實現(xiàn)糧食增產(chǎn)和農(nóng)民增收的目標。其中,從田間實時、準確地采集各種影響作物生長的環(huán)境信息及作物長勢是實現(xiàn)精準農(nóng)業(yè)的基礎[1]。物聯(lián)網(wǎng)作為現(xiàn)代信息技術發(fā)展的產(chǎn)物,具有全面感知、可靠傳送、智能處理等特征,將其用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,為實現(xiàn)田間信息采集、遠程監(jiān)測及控制提供可靠保障。物聯(lián)網(wǎng)是指通過射頻識別、傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備,按照約定的協(xié)議,把物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來,進行信息交換和通信,采用智能計算技術對信息進行分析處理,以實現(xiàn)智能識別、定位、跟蹤、智能決策和監(jiān)控的一種網(wǎng)絡。物聯(lián)網(wǎng)技術已經(jīng)深入應用在許多領域[2-6],而將精準農(nóng)業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)技術相結(jié)合,可最大限度提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力,是實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗、環(huán)保等可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)的有效途徑。
本研究提出基于物聯(lián)網(wǎng)的精準農(nóng)業(yè)果蔬種植預警系統(tǒng),利用各種傳感設備實時獲取田間信息,通過無線網(wǎng)絡技術傳至上位機,依托專家系統(tǒng)進行分析、處理,對影響作物生長的因素做出預警與調(diào)控,使果蔬生長在最佳的環(huán)境中,從而實現(xiàn)精準農(nóng)業(yè)作業(yè)的經(jīng)濟化及智能化。基于物聯(lián)網(wǎng)精準農(nóng)業(yè)的果蔬種植預警系統(tǒng)包括軟、硬件兩部分,軟件開發(fā)含3個預警平臺,依托專家系統(tǒng),實現(xiàn)病害診斷預警平臺、生產(chǎn)管理預警平臺和物流運輸預警平臺,通過合理布置無線傳感器,融合3G、ZigBee等無線網(wǎng)絡,運用物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)高效、便捷、實時的科學化果蔬生產(chǎn)管理體系。
1 專家系統(tǒng)構(gòu)建
專家系統(tǒng)(Expert System)是人工智能的一個重要分支,包括知識庫與推理機,將人類專家的知識及經(jīng)驗以適當?shù)男问酱嫒胗嬎銠C,利用一定的算法對知識進行推理,做出判斷和決策等。知識庫是專家系統(tǒng)的核心,是問題求解的集合,包括基本事實、規(guī)則和其他相關信息。推理機是專家系統(tǒng)運用知識對數(shù)據(jù)進行推理的邏輯核心,它控制著知識庫中的知識,對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行推理,以得出新的結(jié)論。用戶提供事實或信息給專家系統(tǒng),相應地收到專家系統(tǒng)的建議或?qū)iT知識。
農(nóng)業(yè)是一個復雜的巨系統(tǒng),農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有復雜多變性。從不同作物的生長需求出發(fā),通過總結(jié)、收集作物栽培領域的知識、專家經(jīng)驗和試驗數(shù)據(jù)構(gòu)建專家知識庫,實現(xiàn)具有咨詢和決策能力的應用服務平臺,是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術的研究熱點。本研究以果蔬種植為例,采用B/S三層體系結(jié)構(gòu),在Windows NT Server平臺下使用,以SQL Server 2008為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),采用Visual C#.NET編程語言,整個軟件分基于遺傳算法優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡的病害預警、生產(chǎn)管理預警、產(chǎn)品運輸預警等服務平臺,平臺包括表現(xiàn)層、業(yè)務層、數(shù)據(jù)訪問層和數(shù)據(jù)庫4層。數(shù)據(jù)訪問用于所有業(yè)務層與數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)管理,是一個公共層,由數(shù)據(jù)訪問組件與數(shù)據(jù)庫連接組件構(gòu)成。業(yè)務層根據(jù)不同的管理對象建立不同的業(yè)務組件,如用戶注冊管理組件、信息采集組件、實施控制組件等,還可根據(jù)實際需求的變化方便地增改組件,易于系統(tǒng)的維護和升級[7]。在果蔬生產(chǎn)管理中,依托專家系統(tǒng),對物聯(lián)網(wǎng)技術獲取的影響果蔬生長的環(huán)境參數(shù)進行推理,并做出決策及調(diào)控,以實現(xiàn)動態(tài)調(diào)節(jié)適宜果蔬生長的最佳條件,為果蔬種植實現(xiàn)智能、節(jié)能、高效的管理提供保障。
2 基于遺傳算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡的病蟲害診斷預警平臺
實現(xiàn)果蔬病害的預警預報,是有效防治和控制病害發(fā)生發(fā)展,減少農(nóng)藥施用和生產(chǎn)無公害果蔬的最佳途徑。影響果蔬病蟲害發(fā)生的因素較多,包括氣象、自然環(huán)境、本身表現(xiàn)出的密度和非密度制約因素等。其中,氣象因子與病害密切相關,大棚內(nèi)濕度、溫度不適是造成病害發(fā)生和蔓延的主要原因。如涮涮辣種植中常見病害有疫病、葉斑病、灰霉病、炭疽病等,每種病害有其獨特的生長習性,其中疫病在溫度為25~30 ℃、濕度高于85%時發(fā)病較重。但氣象因子與病害不具備線性關系,若用數(shù)理統(tǒng)計方法找出氣象因子與病害之間的某種函數(shù)關系有一定難度。BP神經(jīng)網(wǎng)絡理論是一種非線性識別理論,它具有自學習、自適應和容錯能力,在模式識別中得到廣泛應用。但BP神經(jīng)網(wǎng)絡容易陷入局部最優(yōu)的缺點,而遺傳算法可很好克服此缺陷,可先用遺傳算法搜索BP神經(jīng)網(wǎng)絡權值和閾值,求出最優(yōu)的權值和閾值后再訓練BP神經(jīng)網(wǎng)絡,以實現(xiàn)全局最優(yōu)。其思想是對神經(jīng)元的連接權值和閾值進行編碼,使之成為碼串的初始群體,進而通過遺傳選擇、交叉、變異操作對每一代群體進行計算和篩選,直到獲得最佳權值和閾值。將神經(jīng)網(wǎng)絡輸出的均方誤差作為遺傳算法的個體適應度,經(jīng)重復計算,將誤差降至全局最小[8]。遺傳算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡的算法流程如圖1所示。
本研究基于遺傳優(yōu)化后的BP神經(jīng)網(wǎng)絡采用三層結(jié)構(gòu),即輸入層、隱含層和輸出層,每層神經(jīng)元個數(shù)分別用s、q、m表示,則可表示為BP(s,q,m)。以最高溫度、最低溫度、平均溫度、最高濕度、最低濕度、平均濕度、光照強度共7個因素為輸入?yún)?shù),以作物病感指數(shù)為輸出。病感指數(shù)的計算分別見表1病害分級標準和公式(1)。
隱層節(jié)點數(shù)的確定采用試湊法,以涮涮辣常見病害:疫病、青枯病、猝倒病為例進行訓練,根據(jù)表2的訓練結(jié)果,最后確定的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)為BP(7,19,1)。用遺傳算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡的病害預警模型的步驟及用Matlab2009a實現(xiàn)的偽代碼如下:
1)創(chuàng)建BP神經(jīng)網(wǎng)絡
net=newff(minmax(P),[S1,3],{‘tansig’,‘tansig’},’trainlm’)/*S1為隱含層神經(jīng)元數(shù),R、S2分別為輸入、輸出神經(jīng)元數(shù)
2)對初始化參數(shù)選定
3)用遺傳算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡的權值、閾值
R=size(pn,1);
S2=size(tn,1);
S1=20;
S=R*S1+S1*S2+S1+S2;/*S為遺傳算法編碼長度
主程序?qū)崿F(xiàn):/*P,T為訓練樣本的輸入、輸出維數(shù)
[P,T,R,S1,S2,S]=nninit/*初始化
bb=ones(S,1)*[-1,1];/*初始化種群
initPbb=initializega(popa,bb,'gabpEval');/*初始化遺傳算法
計算最優(yōu)的網(wǎng)絡權值與閾值:
[W1,B1,W2,B2]=gadecod(x);
net.IW{1,1}=W1;
net.LW{2,1}=W2;
net.b{1}=B1;
net.b{2}=B2;
net=train(net,P,T);/*用新的權值及閾值訓練網(wǎng)絡
4)仿真操作
訓練停止后可用語句tn_bp_sim=sim(net_bp,P_test)進行仿真,5個測試樣本的正確率分別為98%、99%、100%、92%,97%,平均正確率為97.2%。
3 生產(chǎn)管理預警服務平臺
果蔬生產(chǎn)管理預警平臺包括視頻監(jiān)控、農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測、采集數(shù)據(jù)的存儲及遠程控制模塊組成。視頻監(jiān)控用于定點、定時的觀測果蔬生長情況,該系統(tǒng)包括遠程Web在線查看、視頻數(shù)據(jù)存儲、回放等功能。農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測是精準農(nóng)業(yè)的基礎部分,用于監(jiān)測影響果蔬生長的環(huán)境參數(shù)變化。本研究以物聯(lián)網(wǎng)技術為核心,監(jiān)測影響果蔬生長的光照強度、CO2濃度,溫度、濕度,土壤含氮量、pH等環(huán)境信息[9,10],生產(chǎn)管理者可通過智能終端、Web瀏覽器等方式實時查看監(jiān)控區(qū)域的詳細監(jiān)測信息和經(jīng)推理后的預警信息。
1)大棚精準農(nóng)業(yè)檢測控制系統(tǒng)設計。在果蔬大棚內(nèi)合理布置各種傳感器,以實現(xiàn)實時監(jiān)測各項環(huán)境參數(shù),同時安裝可調(diào)控設施(如抽風機、噴淋系統(tǒng)、加熱器、補光燈等設備),基于物聯(lián)網(wǎng)精準農(nóng)業(yè)的果蔬種植預警管理系統(tǒng)如圖2所示。該系統(tǒng)可實時采集棚內(nèi)環(huán)境參數(shù),將數(shù)據(jù)通過有線或無線方式發(fā)送至上位機,服務器對數(shù)據(jù)進行分析,最后以直觀的曲線、圖表、報警信息等通過終端展現(xiàn)給用戶。同時,系統(tǒng)軟件為棚內(nèi)可控設施預留了端口,可通過預警后的人工操作,或用智能終端開啟或關閉調(diào)控設施實現(xiàn)自動調(diào)控,使作物生長在最佳環(huán)境中。
不同果蔬對環(huán)境、氣象在不同時期有不同的需求,如涮涮辣生長過程中,播種后3~4 d,溫度要控制在30 ℃左右,當種子破土后,白天溫度要控制在15~20 ℃,晚上控制在12~16 ℃;當?shù)谝黄樔~露尖后白天控制在20~25 ℃,晚上控制在適15~20 ℃;當分苗后前3 d,要保持好空氣濕度和溫度,保證白天25~30 ℃,晚上控制在15~20 ℃左右,其他時期最宜溫度平均為16~21 ℃。這些溫度值可預先在專家系統(tǒng)進行設置,若監(jiān)測到的溫度超出設定的范圍,系統(tǒng)將自動報警。同樣光照、濕度、CO2濃度、肥水的最佳范圍值及自動控制策略均可在專家系統(tǒng)中設定。
2)物聯(lián)網(wǎng)傳感平臺節(jié)點布置。基于物聯(lián)網(wǎng)的精準農(nóng)業(yè)生產(chǎn)預警系統(tǒng),無線傳感器節(jié)點是采集信息單元。傳感器節(jié)點通常是一個嵌入式系統(tǒng),各傳感器節(jié)點集成有傳感器其執(zhí)行器模塊、計算與存儲模塊、通信模塊和電源模塊[11,12],其結(jié)構(gòu)如圖3所示。為確保大棚果蔬能在最適宜的環(huán)境中生長,對傳感器節(jié)點的設計提出了較高要求,既要求傳感器節(jié)點能夠精確檢測大棚內(nèi)的各種氣象、土壤墑情等參數(shù),又要求傳感器有效覆蓋大棚的每個角落。
該系統(tǒng)在涮涮辣大棚中進行試驗,傳感器節(jié)點的處理器單元和無線傳輸單元采用CHIPCON公司的CC2430芯片,它是一種基于ZigBee協(xié)議,集成89C51內(nèi)核處理器芯片和ZigBee無線收發(fā)模塊,內(nèi)置RF2420射頻芯片,并增加CC2591增益放大芯片。單點之間傳輸有效距離可達700 m,系統(tǒng)監(jiān)測并存儲大棚內(nèi)各個環(huán)境數(shù)據(jù),所有監(jiān)測節(jié)點均采用無線傳輸。棚內(nèi)空氣溫濕度、CO2濃度、光照強度按每隔10 m布置一個監(jiān)測節(jié)點,每個監(jiān)測點分上、中、下3個層次,距地面高度分別為50、100、160 cm。每個大棚部署3個土壤溫濕度傳感器監(jiān)測點,每個監(jiān)測點又分土層5、15、30 cm 3個層次,布置3個pH和氨氮傳感器監(jiān)測點,每個監(jiān)測點分土層5、、15、30 cm 3個層次。若還需增加監(jiān)測節(jié)點,只需在軟件系統(tǒng)中設置即可,硬件的采集節(jié)點無需修改。施工采用支架式插入土壤,種植時可快速方便布置,而在空閑季節(jié),可方便回收至倉庫保管。采集節(jié)點供電采用鋰電池供電和太陽能板供電二種模式,根據(jù)無線節(jié)點的采集頻率和傳感器耗電量而定,當采集頻率間隔≥5 min/次,無線節(jié)點的低功耗模式啟動,節(jié)點可持續(xù)工作6個月。
4 物流管理預警平臺
物流管理預警平臺是果蔬生產(chǎn)管理的擴展平臺,是保證其價值量的環(huán)節(jié)之一。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,每年在運輸過程中腐爛變質(zhì)的水果、蔬菜、乳制品等易損壞食品的總價值達1 000億元以上,損失率高達25%~30%,而發(fā)達國家果蔬的損失率一般控制在5%。因此對鮮嫩易爛的果蔬在運輸車輛中安裝GPS定位、溫濕度傳感器及RFID射頻識別,實時采集車輛、產(chǎn)品的基本信息,通過3G、GPRS等技術[13]傳至監(jiān)控中心,依托專家系統(tǒng)對采集的數(shù)據(jù)分析,對貨損、延遲、失竊、線路異常等情況預警,以便實現(xiàn)調(diào)度和調(diào)控,從而有效降低果蔬運輸中因腐爛變質(zhì)的損失率。其運輸預警功能結(jié)構(gòu)如圖4所示。
底層信息集由GPS衛(wèi)星導航定位、RFID貨物基本信息采集、傳感器貨物狀態(tài)信息采集等軟硬件組成。監(jiān)控中心的軟件包含數(shù)據(jù)接收存儲、異常報警、基本功能、GIS電子地圖繪制等組成。其中GPS導航定位每隔5 min采集車輛途中的實時經(jīng)緯度、速度及方向信息,通過3G上傳至監(jiān)管中心,監(jiān)管中心收到信息,計算并結(jié)合GIS功能在電子地圖上顯示,若與預設的不一致,通過3G向管理員及駕駛員發(fā)出異常報警信息;RFID定時采集物品的基本信息[14],如物品編碼、采摘日期、數(shù)量、價格、目的地等信息,并與RFID中的初始信息對比,若出現(xiàn)信息不一致,則將異常信息通過3G上傳至監(jiān)管中心,并發(fā)出報警信息;傳感器主要集物品的溫濕度、壓力等狀態(tài)信息,這些參數(shù)通過無線通訊網(wǎng)傳至監(jiān)控中心,計算是否在適宜值范圍內(nèi),否則發(fā)出預警信息,并通知運輸人員采取相應措施,實現(xiàn)對環(huán)境的精準調(diào)控,以滿足產(chǎn)品對保鮮保質(zhì)的需求,降低果蔬在運輸過程中的損失率。
5 小結(jié)
基于物聯(lián)網(wǎng)的精準農(nóng)業(yè)果蔬種植預警系統(tǒng)還處于試驗階段,由于該系統(tǒng)可根據(jù)不同作物在不同時期對影響其生長的環(huán)境參數(shù)按需求設定,并可隨時采集環(huán)境環(huán)境參數(shù)傳至上位機,依托專家系統(tǒng)對數(shù)據(jù)分析,用戶可通過終端設備對環(huán)境參數(shù)進行監(jiān)測,當參數(shù)超出了預設值范圍,將收到警報信息,并能精細控制肥水、及時預警病蟲害、對環(huán)境參數(shù)調(diào)控等功能。因此,基于物聯(lián)網(wǎng)的精準果蔬預警系既能節(jié)約人工工時,將生產(chǎn)成本降低20%左右,又能提高生產(chǎn)效率、提高果蔬的品質(zhì),為高品質(zhì)果蔬打下良好口碑,為強化區(qū)域生態(tài)果蔬,打造本地高端精品果蔬的推廣做了鋪墊工作。
參考文獻:
[1] 王汝傳,孫力娟.物聯(lián)網(wǎng)技術導論[M].北京:清華大學出版社,2011.
[2] 朱會霞,王福林,索瑞霞,等.物聯(lián)網(wǎng)在中國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應用[J].中國農(nóng)學通報,2011,33(8):226-228.
[3] 方 露.淺析物聯(lián)網(wǎng)技術在科技館中的應用[J],科技通報,2012,28(3):165-168.
[4] 朱景鋒.物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下電子政務信息系統(tǒng)入侵檢測技術分析與對策研究[J],科技通報,2012,28(4):130-132.
[5] 張國軍,賴小龍,楊睿茜,等.物聯(lián)網(wǎng)技術在精準農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中的應用研究[J].湖南農(nóng)業(yè)科學,2011,(15):173-176.
[6] 付 兵.物聯(lián)網(wǎng)精準農(nóng)業(yè)系統(tǒng)在瓜果種植中的應用[J].科技通報,2014,30(1):106-109.
[7] 楊 嵐,李書琴.基于Web Service的農(nóng)產(chǎn)品交易系統(tǒng)的研究與設計[J].計算機工程與設計,2008,29(8):2118-2120.
[8] 王福順,孫小華.基于優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡的溫室厚皮甜瓜病害預測[J].河南農(nóng)業(yè)科學,2012,41(11):103-106.
[9] 馬斌強,劉美琪,季寶杰,等.ZigBee技術在精準農(nóng)業(yè)中的應用[J].江西農(nóng)業(yè)學報,2008,20(10):121-123.
[10] 洪 霞,江 洪,余樹全.高光譜遙感在精準農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2010(1):529-531.
[11] 董方敏,王紀華,任 東.農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術及應用[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2012.
[12] 丁海峽,賈寶磊,倪遠平.基于GPRS和ZigBee的精準農(nóng)業(yè)模式研究[J].自動化儀表,2009,4(30):17-23.
關鍵詞:精品課程;視頻公開課;課程建設;電子材料
中圖分類號:G642.0?搖 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)02-0189-02
一、引言
電子科技大學的“電子材料”課程,是從事電子材料與元器件、半導體、光電子、材料科學等專業(yè)的科技工作者必備的專業(yè)基礎課程,一直是電子科技大學微電子和固體電子專業(yè)的主干基礎課程。自1958年,“電子材料與元器件”專業(yè)建立以來,本校便開設了“磁性材料”和“電子陶瓷”兩門專業(yè)基礎課程。2002年,“磁性材料”和“電子陶瓷”課程合并為“電子材料”課程。截至2013年5月,“電子材料”課程授課人數(shù)達到約2000人。2001年,清華大學出版了我校李言榮等人編著的《電子材料導論》[1],為“電子材料”課程提供了一本好教材。2013年,以《電子材料導論》為基礎重新編寫《電子材料》并由清華大學出版[2]。2005年,“電子材料”課程被評選為四川省精品課程。2008年,“電子材料”課程被評為國家級精品課程。經(jīng)過5年的建設,“電子材料”課程的優(yōu)質(zhì)教學資源已實現(xiàn)全國網(wǎng)絡共享,向全社會開放,成為學生復習和自學的有力手段和特色環(huán)境。國家精品課程建設注重以專業(yè)性建設為主,受眾為高校學生。近年來,隨著國外名校的視頻公開課風靡網(wǎng)絡,建設我國自己的視頻公開課已勢在必行。網(wǎng)絡視頻公開課是以大學生為服務主體,同時面向社會大眾,是免費開放的科學與文化素質(zhì)教育的網(wǎng)絡視頻課程與學術講座[3]。自2011年11月我國第一批視頻公開課在愛課程網(wǎng)上線以來,引起了熱烈的社會反響,中國大學視頻公開課建設取得了良好的開端。2012年,本校的“電子材料”課程入選國家精品視頻公開課建設計劃。經(jīng)過近一年的建設,該視頻公開課在2013年7月底正式上線播出。
二、講授內(nèi)容選定
“電子材料”課程是一門專業(yè)基礎課,以往受眾為具有一定專業(yè)基礎知識的高校學生,所講述的內(nèi)容為電子信息產(chǎn)業(yè)中使用的具有某種功能特性的材料。如何在有限的時間內(nèi)講述一個完整的專題,避免深奧的專業(yè)知識,讓大多數(shù)人都能聽懂并感興趣,是安排視頻課程內(nèi)容時需要首先考慮的問題。因此,在內(nèi)容安排上我們著重選擇了幾類與現(xiàn)代信息技術密切相關的關鍵基礎電子材料,其目的是通過科普化的授課方式,以社會熱點為載體,使受眾能了解與信息技術密切相關的電子材料的類型、特點、發(fā)展動態(tài)及其在日常生活中的應用,激發(fā)大家對電子材料研究的興趣,廣泛傳播電子材料領域前沿知識,提升社會公眾的科學素養(yǎng)。在上述理念指導下,本課程名字沒有選擇“電子材料”,而是確定為“現(xiàn)代信息技術中的電子材料”,降低了原有名稱“電子材料”所體現(xiàn)出來的專業(yè)性,更貼近生活,拉近了知識與大眾的距離,從而也更能吸引觀眾的眼球,激發(fā)了學習者的學習興趣。在課程內(nèi)容的安排上,本視頻課程也進行了精心的安排,沒有照搬平時上課的內(nèi)容,而是精選了電子材料領域中一些具有代表性的內(nèi)容進行介紹。具體內(nèi)容安排如下:
第一講:現(xiàn)代鐵氧體材料與工業(yè)文明。本講從中國四大發(fā)明之一的司南(指南針前身)中的磁性材料說起,介紹了磁性的起源和分類;隨后介紹鐵氧體材料的內(nèi)涵和分類,簡要說明其晶體結(jié)構(gòu)和磁性來源以及判定其性能高低的指標參數(shù),著重闡述這種材料對以電子電氣為代表的第二次工業(yè)革命和以信息技術為代表的第三次工業(yè)革命的支撐和推動作用,論述其在現(xiàn)代工業(yè)文明中不可替代的基礎性地位。
第二講:新型磁性材料與我們的生活。磁信息材料與器件影響世界電子與信息行業(yè),影響人類的日常生活,也影響著世界的發(fā)展。進入21世紀以后,汽車電子、計算機網(wǎng)絡、移動通信手機、家電和消費電子等已進入我們的生活,并改變著我們的生活方式。本講主要介紹磁信息材料的分類、原理、特點及其在汽車電子、計算機網(wǎng)絡、移動通信手機、家電與消費電子中的應用。
第三講:物聯(lián)網(wǎng)世界的吸波材料。物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術的重要組成部分。其英文名稱是“The Internet of things”。由此,顧名思義,“物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。物聯(lián)網(wǎng)通過智能感知、識別技術與普適計算、泛在網(wǎng)絡的融合應用,被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。近年來,物聯(lián)網(wǎng)概念可以說是炙手可熱,物聯(lián)網(wǎng)正在改變著人們的生活方式。本講從物聯(lián)網(wǎng)概念出發(fā),主要介紹物聯(lián)網(wǎng)中重要組成技術中的無線身份識別技術(RFID/NFC)。其中主要包括無線身份識別技術在物聯(lián)網(wǎng)技術中的應用背景;無線身份識別技術的主要原理及現(xiàn)階段的應用瓶頸;吸波材料在無線身份識別技術中的應用。并擴展介紹一下吸波材料在其他領域的一些主要應用。
第四講:神奇的超導材料。1911年荷蘭物理學家昂內(nèi)斯發(fā)現(xiàn)超導態(tài),這一發(fā)現(xiàn)被認為是20世紀最偉大的發(fā)現(xiàn)。歷經(jīng)100年的發(fā)展,超導材料和超導技術已由實驗研究逐步走向大規(guī)模應用,并有著廣闊的應用前景。本講主要介紹超導的基本原理、超導材料的獨特性質(zhì)(如零電阻特性、完全抗磁性等)、超導材料的種類、發(fā)展歷史,以及超導材料的應用給現(xiàn)代科學研究、生產(chǎn)和生活帶來的巨大變化。
第五講:信息時代的基礎材料——電子陶瓷。陶瓷是人類社會文明進步的產(chǎn)物和象征之一。在世界由鋼鐵時代向信息時代轉(zhuǎn)變以及經(jīng)濟全球化的進程中,人類對陶瓷材料電性能的開發(fā)利用發(fā)揮了極為重要的作用。電子陶瓷在電子信息技術領域影響面寬并且使用量大,已成為電子信息技術發(fā)展的重要物質(zhì)基礎。本講從陶瓷的發(fā)展引出電子陶瓷的定義、分類、特點、制備工藝等內(nèi)容;重點介紹幾類與信息技術發(fā)展緊密相關的電子陶瓷,如介質(zhì)陶瓷、微波陶瓷、鐵電壓電陶瓷、基板及導熱陶瓷的應用領域和使用功能;并對電子陶瓷的重點發(fā)展方向做了展望。
第六講:消費電器中的印制電子。印制電路板(PCB)是電子信息工業(yè)最基礎的電子產(chǎn)品。它既是電子元器件載體,又是電子系統(tǒng)封裝體,已成為世界重要的產(chǎn)業(yè)。本講主要講述印制電子的定義、研究內(nèi)容、功能、作用及發(fā)展趨勢,印制電子在消費電子(智能手機、電腦、數(shù)碼相機、E-Paper等)、物聯(lián)網(wǎng)RFID(無線射頻識別)、太陽能電池等領域中的應用。
三、課程建設經(jīng)驗
由于視頻公開課是以大學生為服務主體,同時面向社會大眾,與精品課程的授課對象不同。另一方面,授課時間短,在只有30~45分鐘一講一主題的情況下,要像上課那樣詳細講解是不可能的,因此需要對視頻公開課的材料進行重新組織。電子材料作為國家級精品課程,教學資源豐富,具有一定的優(yōu)勢和鮮明的特色。
首先,本校的微電子與固體電子學院長期開展電子材料的基礎研究與應用研究,尤其是應用研究在國內(nèi)有較大的影響力,因此為講授該課程積累了大量的教學素材。本視頻公開課的六講所涉及的主題內(nèi)容都是本學院的主要科研方向,所取得的科研成果和本學科的前沿技術為教學提供了很好的素材,確保了本視頻公開課內(nèi)容的先進性和前沿性。本視頻公開課所用的多媒體課件內(nèi)容豐富,圖文并茂,有一些圖片是自己科研的第一手資料,有些圖片是從網(wǎng)絡搜索得到的。這些圖片的引入,給本來相當枯燥無味的文字和概念增加了趣味性和吸引力,也是視頻教學優(yōu)勢的一個體現(xiàn)。
其次,“電子材料”課程經(jīng)過十來年的建設,已形成一支穩(wěn)定的、以學術帶頭人和教授為核心的教學團隊。本視頻公開課的三位主講老師均是各級教學名師和學術帶頭人,直接從事電子材料相關領域高水平的科研工作,在所從事的領域具有豐富的科研經(jīng)驗和寬闊的學術視野,教學能力強,教學經(jīng)驗豐富。他們在講課時能夠結(jié)合具體實例,清晰地演繹課程內(nèi)容,深入淺出,激發(fā)學生進一步學習的興趣,真正起到帶“入門”的作用。這也是視頻課程的優(yōu)勢所在。
四、問題與體會
經(jīng)過緊張的準備和拍攝過程,“現(xiàn)代信息技術中的電子材料”精品視頻公開課終于上網(wǎng)與廣大觀眾見面了。由于時間倉促和經(jīng)驗不足等原因,本視頻課程仍存在一些不足之處,值得今后彌補。
1.教學互動不足。分析問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn),大多數(shù)的學習者不太愿意接受傳統(tǒng)的授課模式,認為教師講課和與學生互動都是不可或缺的元素,希望教師帶領學生一起思辨[4]。國外名校公開課流行的原因,其中重要的一點就是采用開放而思辨的授課方式,啟迪學生去思考,由學生自行判斷什么是合理的。本精品視頻公開課主要以老師的講授為主,互動環(huán)節(jié)設計不夠。
2.拍攝質(zhì)量有待提高。由于當時本校制作條件所限,本精品視頻公開課是采用標清設備拍攝,因此視頻清晰度較差,信息量不足,在呈現(xiàn)效果上與高清設備拍攝有較大差距。視頻公開課不僅傳輸我國文化學術成果,也代表著我國教育信息化水平。因此,建議在以后的精品視頻公開課的錄制時采用高清設備。
3.由于每講必須在30~45分鐘內(nèi)講完一個專題,因此難以對相關內(nèi)容進行深入探討,只能簡要介紹其原理和應用,使觀眾能知其然,卻沒法知其所以然。國外的公開課基本上都是隨堂錄像,視頻課講的內(nèi)容就是平時課堂講授的內(nèi)容。而我國的視頻公開課課程卻強調(diào)普及性,相應地犧牲了部分專業(yè)性,在定位上仍有猶豫。這可能是我們的公開課與國外公開課的一個重要差別。
“電子材料”精品視頻公開課屬于理工類課程,受眾面相對較窄,觀看人數(shù)相對較少,其接受程度肯定低于文史類課程。因此,不能盲目追求觀看率和點擊率。我們認為,要真正建設好“電子材料”精品視頻公開課,應該明確定位,精選題材,內(nèi)容貴精不貴多,完整清晰地講述好若干知識點,讓觀眾真正有所收獲就是成功的。
參考文獻:
[1]李言榮,惲正中,曲喜新.電子材料導論[M].清華大學出版社,2001.
[2]李言榮,林媛,陶伯萬.電子材料[M].清華大學出版社,2013.