从系统与控制的角度浅谈关于物联网工程专业的教学

摘要：当前，物联网的相关研究已经引起了学术界广泛的关注。伴随着物联网研究的兴起，很多高校已经陆续开设物联网工程专业，以培养适应物联网产业的专门技术人才。本文从系统与控制的角度，浅谈关于物联网工程本科专业的几点教学方面的思考，以探索物联网工程专业有效的教学方法，提高学生的培养质量。

关键词：物联网；信息技术；系统与控制

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）15-0083-02

一、引言

物联网基于集成信息空间的网络技术、计算技术与物理空间中的控制技术、自动化技术等，通过信息交互，展现、操作和控制物理器件，实现物理世界和信息世界的互联互通，广泛地应用于智能交通、能源、制造业、医疗卫生、公共安全、智能安防、工业监测、智能家居等多个领域，被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮[1]。

为了紧跟国际前沿，中国的学术界与企业界也加大了物联网领域的研究。《国家中长期科学与技术发展规划（2006—2020年）》[2]、“新一代宽带移动无线通信网”重大专项[3]、国家自然科学基金、国家863计划和国家973计划等均将物联网领域作为重点资助领域，导致物联网在我国的研究一浪高过一浪，逐步形成了物联网产业链，以带动市场的发展[4]。与此同时，根据教育部办公厅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）的精神，教育部决定在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，物联网技术专业是信息网络产业方向重点支持的开办专业之一[1，5]。重庆邮电大学是国家布点设立并重点建设的几所邮电高校之一，是工业和信息化部与重庆市共建的一所以信息科学技术为特色和优势，在邮电通信行业、信息产业领域，在西部乃至全国具有重要影响和地位的教学研究型大学。为了积极响应国家的号召，重庆邮电大学于2011年通过审批，成为全国较早开设物联网工程本科专业的高校之一，成为西部开展物联网教学的重要基地之一。物联网工程涉及多学科，其中主要涉及控制学科、计算机学科和通信学科，所以大部分高校的物联网专业也主要围绕这三个学科来加以建设。重庆邮电大学是由自动化学院来开办物联网工程专业，主要依托控制学科加以建设，因此，本文主要从系统和控制的角度来谈谈物联网工程专业的教学问题。

二、物联网概述

1.物联网定义。2009年1月，IBM提出“智慧地球”构想，物联网为其中不可或缺的一部分，而奥巴马对“智慧地球”构想作出了积极回应，并将其提升为国家层级的发展战略，从而引起全球广泛关注。同年8月，温家宝同志在无锡视察时指出：“尽快建立中国的传感信息中心，或者叫‘感知中国中心”，迅速在全国掀起了物联网研究的高潮[6]。物联网是一个崭新的研究领域，其定义还在不断发展与完善之中，目前尚无统一的物联网定义，比较常见的描述如表1所示[7-8]。

上述关于物联网的定义虽不尽相同，但其一个重要的共同点在于：物联网的核心是实现事物（包含人）之间的互联，从而能够实现所有事物之间主动的信息交换和通信。物体的信息通过网络传输到信息处理中心后可实现各种信息服务和应用。与此对应的物联网架构包括三层结构[9]：感知延伸层、网络层、应用服务层。第一层是感知延伸层，通过传感器连接事物和感知信息；第二层传输层，包括现有的互联网、通信网、广电网以及各种接入网和专用网，实现对信息的传输和处理；第三层是应用层，为PC、手机、智能终端等各种终端设备提供感知信息的应用服务。

2.物联网的内涵。对物联网内涵的认识，主要包括两个方面：一是广义的物联网，即只要是连接物体状态的网络都是物联网；二是狭义的物联网，即能够将物体的身份识别、自身特征、存在状态等生命信息进行智能管理和反馈控制的网络。二者的差别在于对应用物联网的目的性的不同[10]。物联网不应理解为一种独立发展起来的技术，而是现代通信技术、传感技术等在典型领域中的一种新的理念或系统，物联网的研究应用应结合某些领域来进行，同时应重视人在社会活动中的特点。因此，发展物联网的最终目标不是简单地将物与物互联，而是要催生很多具有“计算、通信、控制、协同和自治”特征的智能设备与系统，实现“实时感知、动态控制和智慧处理”[11]，从物理世界到信息世界，实现二者的深度融合，进而发展到人类社会，促进人类社会的和谐与平衡。

3.物联网的特点[10]。从系统和控制的角度来看物联网，则物联网具有以下几个明显的特征：全面感知。利用RFID、传感器、二维码及其他各种的感知设备随时随地采集各种动态对象的信息，实现对物理世界的全面感知。可靠传输。任一物体都可以通过嵌入信息化设备，使用高可靠的无线或有线通讯技术，与其他物体进行主动交互，实现物理世界的感知信息到信息世界的可靠传输。有效认知。利用云计算等先进的智能计算技术，对海量的数据、信息和实施状态进行分析和处理，挖掘海量信息中蕴含的特征信息，实现对物理现象的有效、深度和完备认知。智能管控。基于对物理世界的感知信息及对物理现象的完备认知，根据期望的目标，对其发展过程施以影响，并应用相应的反馈信息，实现对物理对象的智能化管理与控制。

三、物联网的教学思考

首先，物联网工程专业划归工学门类，几乎没有异议，但是归属到何种学科，则存在分歧。将物联网划归计算机学科的呼声似乎较高，且不论学科归属，我们对一个物联网工程新专业的教学应从多个角度进行审视，目的是促进物联网工程教学趋于完善。作者一直从事控制科学与工程的相关研究，想从系统和控制的角度来谈谈物联网工程的课程建设与教学问题。

1.物联网工程的课程建设应兼顾课程体系的完整性和特殊性。虽然物联网工程是新兴的专业，但是其课程建设应注意课程设置的完整性，同时，正是基于其是新兴专业的特点，还应注意课程设置的特殊性。课程的设置应该避免“挂羊头卖狗肉”的嫌疑，而应着重从专业的背景、基础、实践和未来发展趋势加以考虑。此外，从师资配置方面来看，既应考虑教师的前期基础，也要兼顾教师的知识背景和目前所从事的研究。

2.物联网工程的教学应兼顾理论教学与实践教学的统一性。众所周知，物联网工程是一个强调实际操作能力的专业。但是，我们必须清醒地认识到理论教学的重要性，特别是对于本科阶段的培养。物联网虽然是一个属于未来的概念，但是物联网的基础大部分都是先有的成熟的知识，其并不是一个突然产生的概念。从物联网的体系结构来看，物联网的感知层，主要涉及传感技术，因此，教学过程中应注重传感原理的讲述。诚然，理论教学主要是为了以后的发展打下基础，实践教学则是要在实践的过程中体会理论教学的内涵。

3.物联网工程的教学应突出系统和控制的特点。从系统和控制的角度来看，物联网终究是要为实现人类的某种意图而发挥作用的，它将在系统功能实现的过程中扮演重要的角色。而控制的思想正是基于实际的效果与期望的效果不一致，借助误差信号反馈来逐步实现人们的预期。因此，在教学过程中，我们应该从宏观的视角，阐述物联网在未来的应用中所起的作用，避免一味地沉溺于某一种专门技术。

四、结束语

物联网工程作为一个新兴的专业，其教学质量的好坏直接关系到学生未来的发展。本文从系统和控制的角度浅谈了几点关于物联网工程的教学问题，以促进物联网工程教学趋于完善，提高教学质量。

参考文献：

[1]桂小林.物联网技术专业课程体系探索[J].计算机教育，2010，（16）：7-9.

[2]中华人民共和国国务院.国家中长期科学与技术发展规划（2006—2020年）[DB/OL].[2006-02-01].http：//wenku.baidu.com/view/ddcecbcea1c7aa00b52acbb6.html.

[3]中华人民共和国科学技术部.“新一代宽带无线移动通信网”国家科技重大专项2011年度课题申报指南[DB/OL].[2010-05-01].http：//www.most.gov.cn/tztg/201005/W020100512591012346402.doc.

[4]钱红燕，陈兵，燕雪峰.物联网教学实践体系研究[J].计算机教育，2011，（23）：25-29.

[5]教育部办公厅关于战略性新兴产业相关专业申报和审批工作的通知[S/OL].[2010-04-21].http：//www.moe.edu.cn/edoas/website18/33/info1268120766807633.htm.

[6]屈伟平.物联网掀起新的信息技术革命浪潮[J].物流技术与应用，2009，（11）：44-47.

[7]刘云浩.物联网导论[M].北京：科学出版社，2012.

[8]ITU Internet Reports 2005：The Internet of Things [R].http：//www.itu.int/osg/spu/publications/internetofthings/，2005.

[9]Internet of Things in 2020：Roadmap for the Future[R].EpoSS.2008.http：//www.iot-visitthefuture.eu/

fileadmin/documents/researchforeurope/270808_IoT_in_2020_Workshop_Report_V1-1.pdf.

[10]孙棣华.物联网在交通领域的典型应用[R].全国“智能驾驶与车联网技术”高级研修班，2012-10-16.

[11]吴功宜.对物联网工程专业教学体系建设的思考[J].计算机教育，2010，（21）：30-33.

基金项目：重庆邮电大学教改项目（XJG1322）；重庆市自然科学基金院士专项（cstc2011jjys30001）。

作者简介：李永福（1984-），男，湖北黄岗人，博士，副教授，研究方向：物联网和智能交通系统等研究。

2.物联网工程的教学应兼顾理论教学与实践教学的统一性。众所周知，物联网工程是一个强调实际操作能力的专业。但是，我们必须清醒地认识到理论教学的重要性，特别是对于本科阶段的培养。物联网虽然是一个属于未来的概念，但是物联网的基础大部分都是先有的成熟的知识，其并不是一个突然产生的概念。从物联网的体系结构来看，物联网的感知层，主要涉及传感技术，因此，教学过程中应注重传感原理的讲述。诚然，理论教学主要是为了以后的发展打下基础，实践教学则是要在实践的过程中体会理论教学的内涵。

3.物联网工程的教学应突出系统和控制的特点。从系统和控制的角度来看，物联网终究是要为实现人类的某种意图而发挥作用的，它将在系统功能实现的过程中扮演重要的角色。而控制的思想正是基于实际的效果与期望的效果不一致，借助误差信号反馈来逐步实现人们的预期。因此，在教学过程中，我们应该从宏观的视角，阐述物联网在未来的应用中所起的作用，避免一味地沉溺于某一种专门技术。

四、结束语

物联网工程作为一个新兴的专业，其教学质量的好坏直接关系到学生未来的发展。本文从系统和控制的角度浅谈了几点关于物联网工程的教学问题，以促进物联网工程教学趋于完善，提高教学质量。

参考文献：

[1]桂小林.物联网技术专业课程体系探索[J].计算机教育，2010，（16）：7-9.

[2]中华人民共和国国务院.国家中长期科学与技术发展规划（2006—2020年）[DB/OL].[2006-02-01].http：//wenku.baidu.com/view/ddcecbcea1c7aa00b52acbb6.html.

[3]中华人民共和国科学技术部.“新一代宽带无线移动通信网”国家科技重大专项2011年度课题申报指南[DB/OL].[2010-05-01].http：//www.most.gov.cn/tztg/201005/W020100512591012346402.doc.

[4]钱红燕，陈兵，燕雪峰.物联网教学实践体系研究[J].计算机教育，2011，（23）：25-29.

[5]教育部办公厅关于战略性新兴产业相关专业申报和审批工作的通知[S/OL].[2010-04-21].http：//www.moe.edu.cn/edoas/website18/33/info1268120766807633.htm.

[6]屈伟平.物联网掀起新的信息技术革命浪潮[J].物流技术与应用，2009，（11）：44-47.

[7]刘云浩.物联网导论[M].北京：科学出版社，2012.

[8]ITU Internet Reports 2005：The Internet of Things [R].http：//www.itu.int/osg/spu/publications/internetofthings/，2005.

[9]Internet of Things in 2020：Roadmap for the Future[R].EpoSS.2008.http：//www.iot-visitthefuture.eu/

fileadmin/documents/researchforeurope/270808_IoT_in_2020_Workshop_Report_V1-1.pdf.

[10]孙棣华.物联网在交通领域的典型应用[R].全国“智能驾驶与车联网技术”高级研修班，2012-10-16.

[11]吴功宜.对物联网工程专业教学体系建设的思考[J].计算机教育，2010，（21）：30-33.

基金项目：重庆邮电大学教改项目（XJG1322）；重庆市自然科学基金院士专项（cstc2011jjys30001）。

作者简介：李永福（1984-），男，湖北黄岗人，博士，副教授，研究方向：物联网和智能交通系统等研究。

2.物联网工程的教学应兼顾理论教学与实践教学的统一性。众所周知，物联网工程是一个强调实际操作能力的专业。但是，我们必须清醒地认识到理论教学的重要性，特别是对于本科阶段的培养。物联网虽然是一个属于未来的概念，但是物联网的基础大部分都是先有的成熟的知识，其并不是一个突然产生的概念。从物联网的体系结构来看，物联网的感知层，主要涉及传感技术，因此，教学过程中应注重传感原理的讲述。诚然，理论教学主要是为了以后的发展打下基础，实践教学则是要在实践的过程中体会理论教学的内涵。

3.物联网工程的教学应突出系统和控制的特点。从系统和控制的角度来看，物联网终究是要为实现人类的某种意图而发挥作用的，它将在系统功能实现的过程中扮演重要的角色。而控制的思想正是基于实际的效果与期望的效果不一致，借助误差信号反馈来逐步实现人们的预期。因此，在教学过程中，我们应该从宏观的视角，阐述物联网在未来的应用中所起的作用，避免一味地沉溺于某一种专门技术。

四、结束语

物联网工程作为一个新兴的专业，其教学质量的好坏直接关系到学生未来的发展。本文从系统和控制的角度浅谈了几点关于物联网工程的教学问题，以促进物联网工程教学趋于完善，提高教学质量。

参考文献：

[1]桂小林.物联网技术专业课程体系探索[J].计算机教育，2010，（16）：7-9.

[2]中华人民共和国国务院.国家中长期科学与技术发展规划（2006—2020年）[DB/OL].[2006-02-01].http：//wenku.baidu.com/view/ddcecbcea1c7aa00b52acbb6.html.

[3]中华人民共和国科学技术部.“新一代宽带无线移动通信网”国家科技重大专项2011年度课题申报指南[DB/OL].[2010-05-01].http：//www.most.gov.cn/tztg/201005/W020100512591012346402.doc.

[4]钱红燕，陈兵，燕雪峰.物联网教学实践体系研究[J].计算机教育，2011，（23）：25-29.

[5]教育部办公厅关于战略性新兴产业相关专业申报和审批工作的通知[S/OL].[2010-04-21].http：//www.moe.edu.cn/edoas/website18/33/info1268120766807633.htm.

[6]屈伟平.物联网掀起新的信息技术革命浪潮[J].物流技术与应用，2009，（11）：44-47.

[7]刘云浩.物联网导论[M].北京：科学出版社，2012.

[8]ITU Internet Reports 2005：The Internet of Things [R].http：//www.itu.int/osg/spu/publications/internetofthings/，2005.

[9]Internet of Things in 2020：Roadmap for the Future[R].EpoSS.2008.http：//www.iot-visitthefuture.eu/

fileadmin/documents/researchforeurope/270808_IoT_in_2020_Workshop_Report_V1-1.pdf.

[10]孙棣华.物联网在交通领域的典型应用[R].全国“智能驾驶与车联网技术”高级研修班，2012-10-16.

[11]吴功宜.对物联网工程专业教学体系建设的思考[J].计算机教育，2010，（21）：30-33.

基金项目：重庆邮电大学教改项目（XJG1322）；重庆市自然科学基金院士专项（cstc2011jjys30001）。

作者简介：李永福（1984-），男，湖北黄岗人，博士，副教授，研究方向：物联网和智能交通系统等研究。