物流工程专业物联网技术课程建设

2022-04-03郭成波闫薪宇海靖王涵彬孙术发

物流技术 2022年2期

郭成波闫薪宇海靖王涵彬孙术发

[摘要]针对物流工程专业特点，结合物联网技术的体系架构，以智慧物流服务为目标，对适用于物流工程专业培养目标的物联网技术课程建设进行了探索。针对物流仓储、分拣、出入库及运输过程监控管理等环节的技术特点，将物联网技术的感知层、网络层和应用层分别与其在物流领域中的具体应用相衔接，从智慧物流具体应用需求出发，设计了基于射频识别技术、ZigBee基础编程和传感器应用的课程实验，采用线上与线下、理论与实践相结合的教学过程管理方式，建立了基于课堂表现、在线学习、阶段考试、实验操作、实验表现和期末考试的过程化考核方式。

[关键词]物联网技术;物流工程专业;智慧物流;课程建设

[中图分类号]G642

[文献标识码]A

[文章编号]1005-152X（2022）02-0128-05

[收稿日期]2021-10-13

[基金项目]东北林业大学教育教学研究项目（DGY2021-32）;中央高校基本科研业务费专项资金资助（2572021BL01）

[作者简介]郭成波，男，山东人，博士，讲师，主要研究方向：物流工程、物联网技术等。

0引言

物联网技术是指把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理，其目标是使任何人与物能够随时随地和任何人与物进行连接[1]，并且这种连接可以通过任何网络和途径实现，并能方便地使用各种服务，实现现实物质世界和数字虚拟世界的共存与互动。

物联网技术被称为信息科技产业的第三次革命[2]，2005年国际电信联盟发布物联网发展报告指出物联网的时代即将到来。物联网技术内容涉及自动识别技术、射频识别技术、无线传感器网络技术、自动化技术、计算机技术、通信技术等多个学科方向，每一部分内容独立出来都可以作为一门课程甚至一个专业，因此物联网技术知识体系具有交叉复杂性[3]。

物流工程是一门综合型边缘学科，是物流学与工程技术相结合的产物，与管理科学与工程、电子商务、交通运输工程、机械工程、计算机科学等领域具有内在联系[4-5]，以培养物流领域需求的复合型工程技术人才为目标。在“新工科”背景下，物流领域人才更加强调实践能力和创新能力的培养[6-7]，智慧物流是物流工程的重要组成部分[8]，将物联网技术课程引入到物流工程专业人才培养方案中，能够显著提高学生对物流智能化的认知水平，拓宽学生视野，为学生提供新的就业和再深造方向。

1物流工程专业引入物联网技术课程的必要性

物流工程专业以培养具备扎实的系统工程、交通运输工程、机械工程、计算机科学与技术等学科基础[9-10]，熟练掌握工程技术及物流工程专业知识，具备良好的科学文化素养、创新思维意识和国际化视野，拥有健全人格和健康身心，能够从事物流及其相关领域技术研发、运营管理和规划设计的复合型工程技术人才[11]。

随着我国电商经济的迅猛发展，物流作为电商经济的命脉，作用日益突出，智慧物流成为物流行业提质升速的关键。物联网技术是以应用为驱动，服务于各行各业为特点的应用型技术，物流的智能化发展过程中，应用了大量的物联网相关技术，智慧物流的发展离不开物联网技术，因此为了培养适应时代需要的物流人才，物流工程专业人才培养过程中引入物联网技术课程，对于培养发展智慧物流需要的高技术专业型人才非常必要。

针对物流仓储、分拣、出入库及运输过程监控管理等环节的技术需求特点，将物联网技术感知层、网络层和应用层相应技术分别与其在物流领域中的具体应用相衔接。如图1所示，物联网技术所包含的条码识别、射频识别、自动识别（图像和生物特征识别等）、无线传感器网络、定位技术、云计算和互联网等技术可以分别应用于仓库安防、运输过程实时监控及管理、自动盘货、自动分拣、货物智能签收等物流场景。

物联网技术课程中包含通信技术、自动化技术、计算机科学、信息工程等众多学科的知识内容，因此对学生数学、物理、电工电子、自动控制原理、C语言编程等相关知识的前期掌握情况具有较高要求。同时，为了使物联网技术更好的服务于物流行业发展，需要对物联网技术课程体系进行针对性设计和规划。因此，本文将基于物流工程专业对人才知识培养的需求，结合在物联网技术方面多年的教学经验，探讨适用于物流工程专业特色的物联网技术课程知识体系、实验设计和考核方式。

2适用于物流工程专业的物联网技术课程内容建设

物流工程的知识涉及物流活动的全过程，包含物流装备、物流运输、物流存储、物流拣选、物流管理等部分，现在的物流实践活动中，许多环节已逐渐引入物联网相关技术，例如，射频识别技术已广泛应用于商品的盘货活动，条形码广泛应用于商品识别和结算环节等。因此，结合物流工程实际应用设计物联网技术课程知识体系，使学生既能系统性的掌握物联网相关技术，又能够将所学技术应用于物流实践活动，使得知识能力培养与专业实践有效结合。2.1物联网技术知识体系架构

物联网技术具有全面感知、可靠传送和智能处理的特点，根据物联网技术特点可分为三层体系架构，即感知层、网络层和应用层。感知层为三层架构的最底层，是物联网技术应用的基础，主要实现对物品和环境的全面感知功能，以条码识别技术（一维码和二维码）、图像识别技术、射频识别技术和传感器技术等为主要实现途径。网络层主要负责实现数据高可靠、高安全性、无障碍的及时傳输，其包括近距离和远距离数据传输，其中近距离数据传输主要通过ZigBee技术、蓝牙技术和无线传感网络等技术实现，远距离数据传输主要通过互联网、移动通信网络和卫星通信等技术实现。应用层主要功能是把感知和传输来的信息进行分析和处理，做出正确的控制和决策，实现智能化的管理、应用和服务，主要涉及到云计算、大数据处理、数据挖掘、人工智能等技术。

物联网技术三层体系架构彼此既相互联系又相互独立，每一部分内容均可独立为研究方向，所包含的内容都非常丰富，而且相应的知识学科之间跨度较大。对于物流工程专业学生而言，通过一门课程全面深入的学习物联网技术非常困难，非常容易陷入空泛虚的困境。因此，需要从物联网技术在物流工程领域的具体应用为出发点，将物联网技术的知识架构与物流工程专业的人才培养模式相统一，以将学生培养成为物流工程领域的复合型创新型人才作为物联网技术课程内容建设的目标。

2.2适用于物流工程專业人才培养的物联网技术课程内容建设

基于物联网技术三层体系架构，搭建了的物流工程专业物联网技术课程内容体系（见表1），将物联网技术感知层、网络层和应用层中相关技术与其在物流环节中的具体应用建立了直接联系，授课过程中以物流具体应用为驱动对相关物联网技术知识进行讲解，有利于培养学生的创新思维，并加深对相关知识的理解。

物联网技术相关知识内容与物流工程具体应用主要关联如下：

（1）条码识别技术是最基础的感知技术，目前在物流中已经取得广泛应用，一维条形码广泛应用于产品标识，在产品统计、结算、物流轨迹跟踪方面获得了普及性应用，近几年随着手机扫码功能的普及推广，二维码在支付、产品信息标识、产品防伪、产品可追溯系统设计中获得了大规模应用。

（2）图像和生物特征识别技术是目前逐渐兴起的自动识别技术，特别是指纹识别、头像识别和图像特征提取技术目前都已获得大量工程应用，在物流中可以应用于物流包裹自动签收、物流货物自动分拣、仓库安防系统设计等环节，能够使相应物流环节的提高工作效率并节省大量的人工成本。

（3）射频识别技术利用标签内的射频芯片对商品信息进行标识，能够在一定距离内实现非接触识别，已经在无人超市商品识别结算系统、仓库盘货和出入库货品统计、仓库及超市贵重物品防盗窃系统中等获得应用，目前微型化射频标签已经可以设计得像普通一维条形码标签一样大小，随着射频识别系统成本的逐渐降低，射频识别技术一定会在物流中获得更广泛的应用。

（4）传感器及检测技术结合无线传感网络技术已广泛应用于冷链物流运输监控系统等需要对运输环境进行监控的物流活动中，实现对运输环境温湿度、位置等信息的实时监控，并根据所获取实时信息实现对运输过程的实时管理，从而保证冷链物流产品的质量，特别是在医药、危险品和疫苗冷链运输过程中，其作用非常显著。

（5）物联网通信与网络技术主要应用于物流管理人员对物流各环节的远程实时监控，实现物流前端与后台数据的及时更新，有利于实现物流网络各环节的实时管理。

（6）物联网大数据处理技术可以应用于物流数据统计，并利用海量的物流信息，通过数据挖掘等从中获取物流规律，并应用于物流动态预测分析等。物联网信息安全技术主要针对物联网用户的信息保护，在物流中可以应用于物流运输过程中的用户信息保护、产品防伪追溯等，比如用加密二维码代替明文用户信息，利用射频识别技术对贵重物流商品进行全过程防伪追溯等。由以上分析能够发现，物联网相关技术均可以应用于物流中的具体环节中，有助于提高物流效率和管理水平，与智慧物流的发展方向一致。

3基于智慧物流应用的物联网技术基础实验设计

实验设计以提高学生对理论知识的认知水平，培养学生动手能力和创新思维为目标。针对射频识别技术和传感器感知技术，基于这些技术在物流中的实际应用，设计了相应的认知性和操作性实验，加强学生对理论知识理解的同时，培养学生的动手能力，加深学生对物联网技术理论与物流工程实践应用相结合的思考，并引导学生将物联网相关知识应用于物流实践活动中[12-13]，解决物流中存在的实际问题。

表2为以智慧物流应用为背景的物联网技术实验设计，顺应技术发展趋势，开拓学生视野，引导学生养成将最新科学研究技术成果应用于物流领域的意识，并鼓励学生应用所学物联网技术知识解决物流实际问题[14-15]。

其中，射频识别技术应用实验，学生能够接触到目前常用的各频段的射频识别标签，通过对各标签编码的操作，使学生切身理解射频识别技术在盘货、产品溯源等物流场景中的应用方法，并引发学生对射频识别技术在物流中更深入应用的探索。ZigBee基础编程实验，主要培养学生的编程能力和程序思维，使学生能够通过自己编写程序，实现对物联网硬件的控制，加深学生对编程理论知识的理解，并引发学生对编程的兴趣。传感器应用实验，主要使学生能够真实接触到各种功能的传感器，从表象功能出发，引发对其工作原理的理解，最终使学生能够通过编写程序，驱动传感器工作，获取传感器状态，并根据传感器状态控制执行元件进行相应的动作，从而实现闭环控制，引导学生探索无线传感网络技术在物流中的应用。

4物联网技术课程考核评价方式

为驱动学生掌握扎实的理论知识，同时具备一定的实践能力和创新思维，课程考核更强调学习过程管理，引导学生能够真正进行物联网技术相关的物流实践活动。图2所示为物联网技术课程考核方式，摒弃以期末考试决定课程成绩的一考制，整个考核以驱动学生过程化学习为目的，每个考核环节成绩最多占到总成绩的30%。

教学过程中采用线上与线下、理论与实践相结合的方式，考核贯穿整个学习过程。针对理论知识学习，建立了线上学习平台，为学生提供课前预习、课后复习及背景知识等内容，鼓励学生在学习平台交流沟通，并通过线上学习考核的方式督促学生进行在线学习。

实验考核摒弃以实验报告评价实验教学效果的单一化手段，以培养学生动手能力、自主学习能力、协作能力和创新能力为目标，以实验课堂表现、操作熟练程度、编程能力、完成度等为依据，对每位学生进行单独随机实操性实验考核。同时为鼓励学生利用所学物联网技术探索解决物流中存在的难题，物联网技术实验平台对学生进行相关大学生创新创业项目提供软硬件支持。

5结语

基于物流工程专业对人才知识培养的需求分析，结合在物联网技术方面多年的教学经验，对适用于物流工程专业的物联网技术课程建设进行了探索。将物联网技术划分为感知层、网络层和应用层三层体系架构，对每一部分技术对应的物流具体应用进行了分析。基于智慧物流應用的需求为出发点，对物联网技术中的射频识别技术、ZigBee基础编程和传感器应用等实验内容进行了设计。采用了线上与线下、理论与实践相结合的教学过程管理方式，建立了基于课堂表现、在线学习、阶段考试、实验操作、实验表现和期末考试的学习过程化考核方式。

[参考文献]

[1]张韬政，杜怀昌，孟放《.物联网技术与应用》课程教学初探[J].科技创新导报，2017，14（1）：162-164.

[2]黄艳.非物联网专业《物联网技术导论》课程教学探讨[J].教育现代化，2020，7（27）：153-156.

[3]吴韶波，文江川“.物联网工程导论”课程教学研究[J].中国电力教育，2014（2）：111，114.

[4]王强，姜莉，李雯，等.基于多学科交叉融合的物流工程专业新工科人才培养模式[J].中国物流与采购，2021（15）：28-29.

[5]王国保，宋佳佳，张笑笑.基于社会需求的物流工程本科专业应用型人才培养模式改革[J].物流技术，2021，40（6）：156-160.

[6]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017（3）：16.

[7]李华，胡娜，游振声.新工科：形态、内涵与方向[J].高等工程教育研究，2017（4）：16-19.

[8]秦瑞.基于物联网技术的智慧物流体系研究[J].全国流通经济，2019（34）：19-20.

[9]王强，姜莉，李雯，等.新工科背景下物流工程专业人才培养及课程体系建设[J].物流技术，2018，37（10）：135-138.

[10]秦婷，范锡宏，朱丹丹.新工科背景下应用型高校物流工程专业人才培养体系构建[J].当代教研论丛，2020（3）：36.

[11]杨茉.物流工程综合性专业课程混合式教学方案设计[J].物流工程与管理，2020，42（5）：181-184.