理工類高校物聯網專業創新工程型人才培養方案研究與建設

王勇

摘要：針對目前理工類高校物聯網這個新專業如何培養滿足社會產業發展需要的工程型技術人才問題，分析該專業特點，提出各高校開辦該專業時首先需要對人才培養目標進行準確定位，從而制訂相應的課程體系和實踐教學方案，才能培養出社會需要的技術人才的觀點。

關鍵詞：物聯網；工程師；人才培養；課程體系

物聯網概念自1999年提出，目標是使用各種感知設備和無線傳感器網等將物品連入互聯網，以便對其進行統一監控和管理；被稱為是以計算機為終端的互聯網之后信息產業第三次浪潮。在各國都不斷提出物聯網發展戰略的大環境下，我國也在積極推動相關方面技術研究和應用推廣，從而導致對物聯網人才的需求急劇增加。國家教委于2010年啟動的戰略性新興產業相關專業申報和審批中提出物聯網專業。迄今為止，眾多高校申報成立該專業并獲得批準。新專業的成立，必須研究并建立包括專業目標、教學內容、課程體系、實踐教學、教學方法和管理機制等在內的完整人才培養體系。物聯網涉及傳感器技術、互聯網技術、通信技術、智能技術、自動控制技術、計算機軟硬件技術等非常廣泛的信息技術，而且從當前發展來看，物聯網應用系統更多是集成現有成熟技術進行的應用創新而不是技術創新。因此，物聯網專業究竟應該培養哪個方面的人才，如何進行定位，培養出來的學生與相關專業學生相比，就業核心競爭優勢在哪里，都非常值得研究。

信息技術的快速發展使得業界對技術型人才提出了更高的要求，不但要求他們具備實踐動手能力，還進一步要求他們具備一定的工程能力，而且優秀的工程人才還應該具備一定的創新能力。工程型人才培養是在對應用型人才加強實踐動手能力培養的基礎上，強調培養學生滿足企業崗位需求的各種工程素質，即工程技術人員在決策、實施工程實踐活動的全過程中應該具備的基本素質。因此，工程型人才培養的核心是要加強校企合作，引導企業參與到學生培養過程中，讓學生在學習期間充分接觸企業的工作崗位，全面了解企業對人才的各方面要求，充分掌握企業崗位要求的技術和能力。如何培養物聯網專業創新工程型技術人才，成為當前急需探索和研究的問題。

1、物聯網應用系統技術需求分析

高校人才培養為社會經濟發展服務，培養出的人才需要滿足社會需求。理工類高校更應該將培養目標定位在為業界提供需要的技術人才。物聯網行業提供的典型應用遍及社會生活各個方面，如安全防護、智能交通、智能家居、城市管理、環境監測等領域。這些應用涉及的技術通常可以分為3個層面：感知層（或感知控制層）、傳輸層和應用層，主要工作流程為首先通過感知層技術和相應設備對物體的狀態、位置等信息進行收集與簡單處理，然后通過各種網絡傳輸技術將信息匯聚到一起，采用數據挖掘、信息融合、智能決策等信息處理技術對其進行處理，最后通過友好的人機界面進行實時展示。部分系統還將根據預先設置的條件或人工操作進行反向控制，即將控制信息通過網絡反向傳輸到感知層，感知層通過執行機構執行控制任務（這時候的感知層也可以說是感知控制層）。

感知層主要包括各類信息采集技術，如各類傳統的傳感技術、錄音錄像技術、RFID等新型物體標示和自動識別感知技術。對于需要進行反饋控制的系統，感知層還集成諸多自動控制技術。傳輸層則主要包含2個層次，即涉及2大類傳輸技術：①無線傳感器網絡（Wireless SensorNetworks，WSN）、紅外傳輸、藍牙等短距離無線傳輸技術，專門用于將數據從感知層設備傳輸到互聯網的邊緣設備；②互聯網傳輸技術，包括廣播電視網、雙絞線、光纖等支撐的有線互聯網技術，Wi-Fi、Wi-MAX以及電信2G/3G/4G支撐的無線互聯網技術，將信息基于現有的互聯網進行傳輸。應用層則通常由已有的軟件技術實現，包括智能算法、應用軟件開發、數據庫技術、網頁技術等。這些物聯網系統涉及的技術面非常廣，物聯網產業的發展和應用系統的開發，需要具有這些方面技術的大量人才。

2、物聯網專業人才培養定位研究

目前的物聯網應用系統主要集成現有成熟技術，這些技術分布在大學多個專業中，如信息系統、計算機科學與技術、軟件工程、電子與電氣工程、電子信息、網絡工程、通信工程、自動控制、精密儀器等。沒有哪個專業能夠涵蓋物聯網系統涉及的所有技術，而且其中各類技術都具有非常強的專業性。大學專業人才培養方案中規定課程的學分和學時有限，因此一個專業的學生不可能學習所有技術。物聯網專業培養出來的學生與其他專業學生競爭時的專業優勢在哪里？院校必須對人才培養進行準確定位，對技術選擇有所側重。否則，學生如果什么都學，卻什么都學得不深入、不專業，那么就沒有核心競爭力。

在眾多研究中，文獻提出很好的人才培養定位思路，即應該遵從2個原則：①充分發揮專業建設單位現有學科基礎與優勢；②從學校辦學方針和主要就業崗位對畢業生的能力需求出發，反推培養目標并建設相應的課程體系和教學內容。如果物聯網專業建設單位在電子學科和自動控制領域具有優勢，那么較好的選擇是重點培養物聯網系統的感知層器件、自動控制設備和底層應用系統開發的技術人才；建設單位如果在計算機軟件研發等方面具有很強的實力，那么可以重點培養物聯網系統應用層軟件開發技術人才，并增加云計算和大容量信息處理等具有物聯網時代特征的技術課程；建設單位如果基于通信或計算機網絡等優勢學科進行物聯網專業建設，那么可以重點培養物聯網信息傳輸相關技術和網絡信息安全等方面的專業技術人才。

物聯網專業人才培養方案的制訂必須考慮學校現有的基礎條件，包括該專業的師資、實驗環境和現有優勢技術領域等方面支撐條件；確定該專業學生主攻哪個層次的技術，建設較為完善和系統的實踐教學體系，培養學生具備較強實踐能力、工程能力和創新能力；同時開設一些物聯網體系的理論性課程和基礎性課程，讓學生全面了解整個物聯網技術和應用領域，從而培養出能勝任企業具體崗位需求的學生，并充分體現出專業特色和優勢，有效提高學生就業競爭力。

3、人才培養方案制訂的思考和實踐

3.1 現有支撐條件和培養目標定位思路

正如各個大學計算機類專業的特色和技術優勢都不相同，各個學校的物聯網專業也在根據自己單位的現有優勢進行建設。重慶理工大學物聯網專業在計算機學院開設，以現有的計算機科學與技術（含嵌入式方向）、軟件工程、網絡工程和信息系統管理等各專業師資和實踐教學條件為基礎進行建設。因此，物聯網專業的特色和優勢應該強調現有的計算機技術和網絡技術在物聯網領域的應用，而且必須體現與現有各專業技術特色和優勢的差異性。另外，當前計算機專業對人才的技術能力需求明顯增加，而物聯網行業并沒有特殊技術需求，我們還應該讓物聯網專業培養的學生同樣具備滿足現有業界對計算機類人才需求的能力。這樣才有益于提升考生對該專業的報考信心，使培養出的畢業生具有核心競爭力和廣泛適應性，兼顧學生就業競爭力的深度和就業面的廣度。

3.2 物聯網專業人才培養定位分析與方案制訂實踐

在物聯網應用系統中，起支撐作用的底層感知、控制、傳輸等智能設備開發，通常都是以單片機和嵌入式系統為基礎、以軟件開發技術為核心。目前，高校計算機學院專門開設嵌入式專業的相對較少，但社會對這類畢業生的需求較大，并且物聯網應用的大力推進將進一步增加社會對該類畢業生的需求。基于重慶理工大學計算機科學與技術專業在嵌入式系統技術與開發領域的雄厚師資和實踐教學資源，我們確立課程體系以感知控制層智能設備開發相關知識和技術為重點，以物聯網應用案例項目開發中各層次工程技術能力培養為核心，同時注重學生創新能力培養的專業目標和專業特色。不同學生對各方面技術的接受和領悟能力不一樣，因此我們在實施過程中，根據學生的個體差異性，讓大部分學生熟練掌握智能設備開發技術，同時兼顧部分對應用軟件開發技術或網絡技術更感興趣的學生，以及一些愿意做系統維護和系統集成等方面工作的學生，讓他們也可以從課程體系中發現自己的興趣。考慮到就業面廣度和學生特征，在總體培養方案中，我們根據總體目標和重要性精心安排必修課和選修課，提供多條技術路線，讓學生發現自己的興趣點和特長。

綜上所述，我們確立人才培養方案制訂思路：在課程體系設置上強調計算機學科的基礎課程；突出物聯網應用領域行業對嵌入式人才需求的特點，設置相應的系列專業課程；體現幾條技術路線，合理設置相應課程。表l所示的物聯網專業和新課程體系案例具備如下特征：強調學科基礎課程，在應用能力培養方面體現與硬件相關的應用系統開發能力培養和軟件開發能力培養2條路線；在嵌入式系統開發能力培養方面，硬件知識學習和以C語言為主的軟件技術學習并行，在硬件開發相關課程中得到融合；在軟件技術方面，我們根據各自特征選擇系列課程重點是c/c#方向還是Java方向；動手能力培養方面，每個課程設計相關技術都有相應的工作崗位需求，學生可以根據自己的興趣和特長在每個環節選擇最適合自己的技術方向，從而深入研究物聯網底層設備和應用開發、網站開發、桌面應用軟件或移動應用開發等多個不同方面的技術。

3.3 實踐教學思考與設置

物聯網專業培養的是能集成現有技術以實現物物相聯應用的專門人才，更需要強調學生的應用能力和工程創新能力，因此在該專業的建設過程中，我們必須高度重視建設配合理論教學、提高學生動手能力的實踐教學環境和環節。

在實踐教學理念方面貫徹“動手能力的培養不只是訓練動手的問題，首先培養動腦的能力”的思想。學生如果沒有理解知識和掌握實踐過程，那么在動手過程中就只能照本宣科，而且還不知道為什么要這樣“動手”，在實踐過程中出錯也不知道該如何調試和解決。因此，進行理論課特別是專業課教學的教師必須要有工程背景和實踐經驗，這樣才能在理論教學過程中將理論知識如何應用到實踐及如何指導實踐講清楚，讓學生形成實踐中的系統概念和邏輯思維能力。

在實踐教學實施方面，技術實驗體現對相應理論知識的驗證，可以讓學生將基礎知識應用到實踐中；針對技術開發類課程開設課程設計，則要求學生能將相關基礎知識和技術點串聯起來，并應用這些技術設計出與課程相關的具有特定功能的系統；經過多個環節，在學生積累了相關開發技術后，教師可以通過綜合課程設計和生產實習引導學生綜合應用這些技術，實現一些完整的典型應用案例，并采用項目組形式，充分發揮各個學生的技術優勢，著重培養學生的工程能力。對于一些具有創新意識的學生，教師可以通過創業大賽等各類競賽項目，引導其開發具有實際意義和實踐價值的新型應用案例。

4、結語

新專業建設有其特定的背景和社會需求，應該按照社會需求培養人才。物聯網應用正處于蓬勃發展的階段，涉及技術范圍廣，與已有大學專業交叉性強。在跟隨產業應用和社會需求發展不斷建設和調整專業人才培養體系的過程中，相關院校必須確立該專業的特色和技術優勢，使培養出來的學生能夠具有與其他專業學生不同的獨特競爭力，這樣才能取得人才培養的效果和專業的可持續發展。