物聯(lián)網(wǎng)新工科創(chuàng)新人才培養(yǎng)及實踐平臺建設

引 言

物聯(lián)網(wǎng)是物物互聯(lián)需求和信息技術高速發(fā)展下形成的一種新型網(wǎng)絡，被認為是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后的又一次信息 產業(yè)浪潮。美國 IBM 的“智慧地球”把新一代信息技術應用到各行各業(yè)中，并通過超級計算機和云計算等方式進行整合， 從而實現(xiàn)人類社會與物理系統(tǒng)的無縫、智慧連接。我國提出的 “感知中國”戰(zhàn)略發(fā)展新思路旨在加快推動物聯(lián)網(wǎng)關鍵核心技術研發(fā)與產業(yè)化發(fā)展，以形成創(chuàng)新驅動、應用牽引、協(xié)同發(fā)展、安全可控的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展格局。

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)正是國家針對信息技術發(fā)展而設立的一個戰(zhàn)略性新興專業(yè)，該專業(yè)具有學科跨度大、綜合性與實踐性要求強的特點，涉及傳感技術、網(wǎng)絡技術、通信技術、計算機技術等多個領域。隨著高等工程教育發(fā)展的必然趨勢和強烈需求，新工科專業(yè)建設受到國內各個高校的廣泛重視，但在理念、人才結構、知識體系、培養(yǎng)模式等方面還存在一定的短板 [1]。因此，在專業(yè)建設過程中，不僅需要結合學校專業(yè)發(fā)展定位構建完善的課程體系，以滿足本專業(yè)領域發(fā)展的課程教學需要，還需構建能夠滿足專業(yè)工程實踐能力培養(yǎng)的創(chuàng)新實踐平臺，堅持以學生為中心，以成果為導向，持續(xù)改進培養(yǎng)思路 [2]，強化人才培養(yǎng)效果。

1 物聯(lián)網(wǎng)工程人才培養(yǎng)問題與思考

國內物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)經過近十年的發(fā)展，市場產業(yè)規(guī)模快速增長，在信息感知、組網(wǎng)傳輸、信息融合、支撐技術與系統(tǒng)集成應用等方面逐步形成了較為完善的產業(yè)鏈條。目前，社會對物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)人才的需求旺盛，且人才需求的知識體系更新速度也在逐步加快。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的設立時間不長，雖然在課程體系、師資隊伍、專業(yè)環(huán)境建設等方面不斷補充和完善，但也面臨著一些問題。

1.1 專業(yè)發(fā)展定位不夠清晰

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)隸屬于工學中的計算機大類，但國內院校在相應的院系劃分上有所差異，一般主要劃歸為計算機類院系和電子信息類院系。不同的專業(yè)歸屬使得各個院校在物聯(lián)網(wǎng)培養(yǎng)方向存在一定的差別，也因此形成了院校各自的培養(yǎng)特色[3]。我校根據(jù)信息與通信相關學科的發(fā)展情況，將物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)劃歸到信息工程學院通信工程系，其專業(yè)建設規(guī)劃主要依據(jù)計算機類專業(yè)工程認證標準和計算機類教學質量國家標準，并參考電子信息與電氣工程認證標準制定。

為適應社會多樣化需求，結合學院在信息與通信類專業(yè)建設和學科建設的特色，進一步梳理和明晰物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的發(fā)展定位。本專業(yè)的培養(yǎng)目標是面向物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中裝置 / 單元的工程設計與開發(fā)，培養(yǎng)兼具軟硬件設計、制作、調試、測試、初步分析與表達能力，能在物聯(lián)網(wǎng)感知與控制、通信與組網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理、軟件與服務等應用領域具有專業(yè)特長的應用型高級工程技術人才。在課程教學的基礎上，以課程設計、畢業(yè)設計、創(chuàng)新實踐為導引，培養(yǎng)學生的工程應用與實踐開發(fā)能力以及創(chuàng)新意識。

1.2 實踐教學體系不完善

課堂教學是長期以來慣用的教學方式，教師、教室、實驗室是這種方式的主體，學生被動地接受教學信息。雖然能夠以課堂互動的方式建立學生與教師之間的聯(lián)系，但是由于課程節(jié)奏、思維跟蹤等因素限制，課堂互動的實際效果并不特別理想，難以大規(guī)模地發(fā)動學生學習的主觀能動性。另外， 增加實踐教學課時量能在一定程度上保障學生參與實踐訓練的工作量，但是程式化、步驟化的教學過程只能起到告知作用。即學生通過確定的操作手段能夠獲得相應的實驗結論，但是難以起到引導作用，即引導學生結合理論課程獨立思考實驗的目的以及所采用方法的性能與原因。

由于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的強實踐、強應用要求，需要進一步完善物聯(lián)網(wǎng)人才培養(yǎng)過程中的實踐內容和手段 [4]。圍繞“學- 教- 練 - 用”的思路方針，優(yōu)化實踐教學組織結構，形成多維度、立體化的創(chuàng)新實踐教學體系。

所謂“學”是指學生首先要具備一定的理論基礎和工具使用知識，在理論學習和實踐訓練間構建順暢的轉化渠道， 這就要求課程設置銜接合理，并能及時更新知識發(fā)展。

所謂“教”是指實踐教學師資要有足夠的工程實踐教學能力，能夠有效引導學生理解實踐訓練的內涵。

所謂“練”是指通過實驗室等實踐平臺提供充分的練習訓練環(huán)境，提升學生的技術開發(fā)與實踐能力，引入CDIO 工程教育模式[5]，結合項目團隊訓練模式，通過構思（Conceive）、設計（Design）、實現(xiàn)（Implement）與運作（Operate）讓學生充分了解項目前期設計、研發(fā)、后期運行維護的全生命周期環(huán)節(jié)。

所謂“用”是指根據(jù)學生綜合訓練效果，借助校企聯(lián)合培養(yǎng)方式，讓學生了解企業(yè)運作模式和項目產品研發(fā)過程，達到教學聯(lián)系實際的效果。

1.3 實踐平臺有待加強

圍繞物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設，為強化人才培養(yǎng)的工程應用能力，需建設與之相匹配的實踐平臺。傳統(tǒng)的實驗實踐中，一般采用課程配套實驗和課程設計方式。其中，課程配套實驗主要用于理論課程教學的補充和原理性驗證，課程設計主要用于綜合性實驗設計，但限于儀器設備，使得課程設計側重功能驗證性設計且軟件類題目較多，難以在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構上進行全面的實踐訓練。

為達到應用型高級工程技術人才培養(yǎng)目標，需進一步強化實踐平臺的建設工作，以形成課程體系與實踐訓練相輔相成、相互促進的教學效果 [6]。以專業(yè)教學為主線，合理協(xié)調理論課程教學與實驗教學之間的關系，突出工程實踐教育模式， 構建滿足課程教學和實踐訓練的層次化實踐平臺。

2 人才培養(yǎng)課程體系建設

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是我院信息與通信工程一級學科的重要支撐本科專業(yè)，該一級學科是學?！靶畔⑴c控制學科群”四川省一流學科的核心支撐學科，該一級學科下的通信與信息系統(tǒng)二級學科被評為國防特色學科和四川省重點學科。本專業(yè)設立以來，已經與學科建設形成了相互推動和促進的關系。

課程體系是創(chuàng)新人才培養(yǎng)的基石，也是實踐平臺建設的依據(jù)源泉。根據(jù)本科專業(yè)工程認證標準和教學質量國家標準， 課程體系圍繞感知層、網(wǎng)絡層、應用層的物聯(lián)網(wǎng)技術架構開展相應的建設和完善措施 [7]，并結合我院在信息與通信學科領域上的優(yōu)勢，形成具有特色的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系。

在本專業(yè)課程體系中，數(shù)學與自然科學類課程是電子信息類、計算機類專業(yè)的通識基礎課程，主要包括《高等數(shù)學》《概率論與數(shù)理統(tǒng)計》《線性代數(shù)》《離散數(shù)學和大學物理》等，還包括《經濟管理概論》《思想道德修養(yǎng)與法律基礎》等人文和社會科學基礎課程。專業(yè)基礎課程主要包括《電路分析基礎》《模擬電子技術》《數(shù)字電子技術》《信號與系統(tǒng)》、《傳感器原理及應用》等。專業(yè)核心課程主要包括《計算機網(wǎng)絡》《RFID 應用系統(tǒng)》《無線傳感器網(wǎng)絡》《物聯(lián)網(wǎng)控制技術》《數(shù)據(jù)挖掘》《物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設計與應用》等。專業(yè)平臺課程作為實踐教學的基本工具，根據(jù)教學過程的深入逐步開設。在大學計算機基礎與程序設計基礎（C 語言）的基礎上，開設《軟件技術基礎》《計算機原理及應用》《單片機應用技術》，進而擴展《數(shù)據(jù)庫技術》《系統(tǒng)應用軟件技術》（Java/C++ 方向二選一）、系統(tǒng)處理器技術（FPGA/ARM 方向二選一）等課程。為豐富專業(yè)的個性化學習，還可選修移動通信與無線通信、物聯(lián)網(wǎng)信息安全、現(xiàn)代通信網(wǎng)、DSP 技術等課程。

通過通識基礎課程、專業(yè)基礎課程、專業(yè)核心課程、專業(yè)平臺課程以及選修課程的學習，能夠幫助學生梳理完整的物聯(lián)網(wǎng)技術架構。同時，為加強專業(yè)實踐能力，除了理論課程配套的實驗學時外，專門開設專業(yè)實踐類課程，主要包括物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)認識實習、工程訓練、電子技術課程設計、軟件技術課程設計、物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)項目實訓、物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)生產實習，并通過畢業(yè)實習和畢業(yè)設計進一步鍛煉和檢驗學生理論聯(lián)系實踐的工程應用能力，進而評價人才培養(yǎng)效果。

從人才培養(yǎng)的課程體系建設來看，所培養(yǎng)學生需在知識、能力及素質上協(xié)調發(fā)展，具備系統(tǒng)寬厚的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)知識和實踐能力，理論與實踐教學體系較為完善，符合我校物聯(lián)網(wǎng)工程的專業(yè)發(fā)展定位。

3 實踐平臺建設

新工科背景下物聯(lián)網(wǎng)工程實踐平臺能夠為學生提供一個高效靈活的實驗環(huán)境，使學生能夠全面、充分地了解物聯(lián)網(wǎng)技術的體系結構，并針對各個關鍵技術開展測試實驗和創(chuàng)新開發(fā)。從前述的專業(yè)發(fā)展思考和課程建設來看，我院物聯(lián)網(wǎng)人才培養(yǎng)結合西部大開發(fā)戰(zhàn)略規(guī)劃、中國科技城（綿陽）區(qū)域特色和學科資源優(yōu)勢，以市場、學生職業(yè)導向為培養(yǎng)需求，在新工科教學指引下，構建以“課程學習 + 實踐訓練”為重點的工程應用型人才培養(yǎng)體系，強化與企業(yè)的合作培養(yǎng)力度，加強校內外實踐平臺建設，提高物聯(lián)網(wǎng)人才的培養(yǎng)質量。

緊密圍繞物聯(lián)網(wǎng)新工科創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標，結合課程體系建設與“學 - 教- 練 - 用”的實踐教學體系思路方針，構建包括課程配套實驗、專業(yè)實踐課程、實踐平臺訓練、校企聯(lián)合實踐指導的多維度、立體化創(chuàng)新實踐教學體系，其結構如圖1所示。課程配套實驗由相關課程教學團隊和課程教學實驗室完成。專業(yè)實踐課程主要由兩部分組成：一部分在校內完成，將學生分成小組分配給專職教師，實現(xiàn)小批量、高效率的實踐教學，如電子技術課程設計、軟件技術課程設計；另一部分通過校內、校外實踐基地完成，聯(lián)合校企導師指導應用實踐， 如認識實習、生產實習。實踐平臺訓練是建設綜合實訓的場所 [8]，既可為相關課程提供支持，又可為學生創(chuàng)新開發(fā)、科技競賽等拓展訓練提供支持。校企聯(lián)合實踐指導則利用雙導師方式，進一步拓展學生實踐渠道，提供更緊密的企業(yè)實踐訓練[9]。各個實踐環(huán)節(jié)由相關的教學團隊介入負責，由淺入深地開展實踐訓練。

在實踐平臺教學體系中，基礎實驗室和專業(yè)實驗室是基礎，且主要側重于課程實踐，校內外實踐平臺側重于拓展實踐訓練，同時基于資源復用的優(yōu)化原則，兩者之間也可靈活調配?；A實驗室經過多年建設，已完全能夠滿足基礎課程實驗需要。隨著物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的發(fā)展，已構建形成傳感網(wǎng)絡實驗室、物聯(lián)網(wǎng)技術實驗室、網(wǎng)絡通信實驗室等專業(yè)實驗室，能夠滿足專業(yè)課程實踐需要。在此基礎上，進一步構建物聯(lián)網(wǎng)應用技術創(chuàng)新實踐班、智能系統(tǒng)與智慧服務創(chuàng)新實踐班、ACM 程序設計訓練室等校內實踐平臺，開展系統(tǒng)的專業(yè)方向拓展實踐訓練，開展創(chuàng)新開發(fā)和科技競賽活動，并提供相應指導和支持。此外，本專業(yè)積極與行業(yè)企業(yè)開展融合協(xié)同育人工作，與四川長虹、四川九洲、中興通訊成都研究所、中國鐵塔綿陽分公司等多家行業(yè)單位構建了實習實踐基地或聯(lián)合實驗室，打通校企聯(lián)合實踐應用的通道，讓學生能夠切實參與企業(yè)實踐。

4 工程實踐能力培養(yǎng)

工程實踐能力培養(yǎng)應循序漸進，在相關課程學習及其實訓的基礎上，通過校內外實踐平臺開展實踐訓練是提升工程實踐能力的重要措施?？紤]到項目團隊運行模式能將貼近實際場景的工作形式引入到教學過程中，且可激發(fā)學生的團隊協(xié)作和學習創(chuàng)新能力，具有較好的實踐教學優(yōu)勢 [10]。因此，在工程實踐能力培養(yǎng)過程中，根據(jù)學生的技能特點進行項目團隊分組，并結合 CDIO 工程教育模式，針對項目目標，開展技術調研、需求分析、方案構思、技術路線設計與論證、項目實現(xiàn)和運行測試等系列工作，充分調動學生解決項目問題的積極性。這種方式既可讓學生充分了解項目開發(fā)全生命周期環(huán)節(jié)，也便于對項目團隊各個環(huán)節(jié)的進展情況進行教學互動和考核。

在拓展實踐訓練中，針對創(chuàng)新開發(fā)，實踐平臺以大學生創(chuàng)新基金、大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練等項目為驅動，鍛煉學生的項目運作能力；針對科技競賽，通過電子設計競賽、物聯(lián)網(wǎng)設計競賽、ACM程序設計競賽等科技活動提升學生的實踐質量和水平，鼓勵和選拔學生參與校企聯(lián)合實踐訓練。例如， 邀請中興通訊成都研究所技術專家開展嵌入式操作系統(tǒng)培訓與實踐工作 ；與中國鐵塔綿陽分公司開展項目協(xié)同實踐，針對基于鐵塔資源的大氣環(huán)境質量監(jiān)測需求，構建物聯(lián)網(wǎng)智能監(jiān)測系統(tǒng)。

總體來看，通過實踐平臺建設和工程實踐訓練，從傳感電路、嵌入式系統(tǒng)、無線組網(wǎng)通信、數(shù)據(jù)中心、軟件設計與服務應用等方面，強化了人才培養(yǎng)對物聯(lián)網(wǎng)架構和技術實施細節(jié)的理解和認知，利用項目創(chuàng)新開發(fā)、科技競賽、校企協(xié)同實踐等方式全方位提升了物聯(lián)網(wǎng)人才創(chuàng)新學習和工程實踐能力。

5 結 語

隨著新工科建設的持續(xù)推進，工程教育已達到國家教育發(fā)展戰(zhàn)略的高度。物聯(lián)網(wǎng)工程的創(chuàng)新人才與工程實踐能力培養(yǎng)是適應新工科專業(yè)發(fā)展的必然趨勢。通過對課程體系與實踐平臺建設的融會貫通，使得人才培養(yǎng)能夠達到理論緊密聯(lián)系工程實際的良好效果，對于推動物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設具有重要意義。