醫學院校物聯網工程專業應用型人才的培養

1 物聯網工程專業應用型人才培養的相關概念

1.1 物聯網

物聯網(Internet of Things，簡稱IOT)技術被稱為是繼計算機與互聯網之后信息產業的第三次浪潮[1]，代表了今后信息技術發展的重要方向。國際電信聯盟認為[2]，世界上所有物體都可以通過互聯網主動進行交流，無需人的干預，即物聯網遵循相關協議，可以借助各類信息傳感設備，通過互聯網實現物品的自動識別、定位、追蹤、監控以及信息的互聯與共享。

1.2 物聯網工程專業

2009年伴隨“感知中國”概念的提出，無錫等城市相繼建立了物聯網實驗區。物聯網工程是國家戰略性新興產業，2010年7月教育部批準30多所高校設立該專業，2012年物聯網工程出現在教育部新修訂的本科專業目錄中。2013年教育部同意備案并招生的高校多達126所，物聯網工程專業如雨后春筍般蓬勃發展。

2011年，筆者所在的濟寧醫學院醫學信息工程學院(以下簡稱“我校”)通過校企合作的方式，在計算機科學與技術專業下增設了物聯網工程專業方向，并于當年招生。根據教育部2012年頒布的本科專業目錄，物聯網工程專業屬于計算機類[3]，專業編號是080905。

1.3 應用型人才培養

教育部高等教育司司長張大良說，“培養應用型人才是地方高校辦學的首要使命和根本任務”[4]。應用型人才的培養以利用知識解決現實問題為目的，更注重知識的有用性、創新精神和綜合運用知識的能力，是社會發展和高等教育發展的必然要求。

根據《山東省中長期教育改革和發展規劃綱要(2011-2020年)》，山東省決定實施普通本科高校應用型人才培養專業發展支持計劃(魯教高字〔2014〕14號)試點工作。其重點就是用3年左右的時間，完成優化人才培養方案、改革課程體系、創新教育教學方法、加強教師隊伍建設、完善實驗實踐教學體系等5個方面的任務。

2 物聯網工程專業應用型人才的培養方案

制定培養方案是一個系統工程。作為地方高校，我校在制定過程中首先考慮的是服務地方經濟建設，其次是考慮地方與院校實際情況，適當兼顧學生多層次發展需求[5]。筆者以四年物聯網工程專業方向的教學實踐為基礎，從以下3個方面探索了醫學院校物聯網工程專業培養應用型人才的方案。

2.1 以培養卓越工程師為目標

教育部在2010年制定了卓越工程師教育培養計劃(簡稱“卓越計劃”)，并出臺了實施這一計劃的若干意見(教高[2011]1號)，將以實施“卓越計劃”為突破口，促進工程教育改革和創新，面向工業界、面向世界，培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才，促進我國從工程教育大國走向工程教育強國[6]。山東省也積極推進并實施“卓越計劃”，2013年確定了《山東省卓越工程師培養計劃項目》，我校計算機科學與技術專業榮列其中。

2014年5月我校正式啟動“卓越計劃”，并將物聯網工程專業方向納入其中。根據山東省“卓越計劃”的要求，通過調研分析，我校將培養目標修訂為培養具有良好的科學素養、職業道德，熟悉物聯網產業鏈中標識、感知、處理和信息傳送四個環節，具備相當的計算機網絡專業知識，掌握電子、射頻、無線通信相關技術，同時精通無線傳感器網絡技術，既具有較強的實踐工作能力又具有創新能力的高層次應用型專業人才。

2.2 以服務智慧醫療為特色

現在物聯網技術已在物流、交通運輸、辦公、家居、環境監測等領域成功應用，為行業發展帶來巨大變化。目前國內公共醫療體系醫療成本高、覆蓋面低，大醫院人山人海，社區醫院人煙稀少，普通老百姓看病難、看病貴依然是社會關注的焦點，因此建設一套智慧醫療信息網絡平臺體系很有必要。

智慧醫療作為一個新興的、應用越來越廣泛的大系統，正在引起醫療衛生系統、信息技術系統等高度關注。該系統主要由兩個系統和兩個平臺組成，兩個系統是智慧醫院系統和遠程醫療系統，兩個平臺是區域衛生信息平臺和家庭健康平臺。

智慧醫院系統將主要實現對人(醫護、病患、管理人員)的智能化醫療與對物的智能化管理。其中對人的智能化信息管理，是通過物聯網將醫護病患信息、醫療信息、血液信息等收集匯總，實現信息共享互聯；對物的智能化管理，主要包括醫療設備與藥品防偽、全程實時監控、醫療垃圾信息管理，藥品存儲、醫療器械與藥品追溯，藥品制劑防誤，新生兒防盜等。遠程醫療系統主要是依靠高精密的傳感器在體域范圍內通過信息同步，構建以患者為中心的集遠程醫療與持續監護服務于一體的系統。區域衛生信息平臺[7]則是收集、處理、傳輸社區、醫院、醫療科研機構、衛生監管部門記錄的所有信息的平臺，主要包括電子健康檔案(Electronic Health Record，HER)、轉診和接收的社區醫療服務系統等。而家庭健康平臺[8]將做到對行動不便不能送往醫院進行救治病患的視頻醫療，對慢性病以及老幼病患遠程照護，對智障、殘疾、傳染病等特殊人群的健康監測，還包括自動提示用藥時間、服用禁忌、剩余藥量等的智能服藥系統等。

醫學院校的物聯網工程專業學生很有必要了解物聯網技術在醫療衛生行業的應用，即要了解以智慧醫療[9]為代表的智能化發展方向。

2.3 以“211質量工程”促進互聯互通為手段

物聯網技術主要是信息獲取、傳輸、處理技術，因此電子信息科學、計算機科學與技術、通信工程都是物聯網工程專業的相關專業[10]。

為了保證人才培養質量，我們從2012年開始實施“211質量工程”，促進“三個互聯互通”，即相近專業之間的互聯互通、課程之間的互聯互通、高校與企業間的互聯互通。具體來說就是，第一、二學年搭建一個通識課與基礎課教學平臺，不同專業間、課程間實現互聯互通，同一門課程做到3個同一，即同一學時、同一開課學期、同一教學內容；第三學年主要是專業課教學，加強課程之間的優化與銜接，專業課和基礎課之間實現互聯互通；第四學年，學生到合作企業進行頂崗實訓，校企之間互聯互通，培養學生的動手與實踐能力，真正達到培養應用型卓越人才的目的。

3 物聯網工程專業知識與能力要求

3.1 知識要求

物聯網工程專業涉及到計算機、控制、通信技術、電子技術、信息安全、系統工程等多個領域[5]，學生應當掌握計算機應用技術、計算機網絡技術、數據分析與處理技術、物聯網技術等基礎理論，具備通信技術、網絡技術、傳感技術、信息技術等領域的專業知識，成為具有獨立工程實踐能力的卓越工程師，服務于地方經濟建設。

3.2 能力要求

物聯網工程專業學生首先應具備學習能力、觀察能力、思維能力、記憶能力、交流能力、管理能力等本科生須具備的能力。但是作為工程教育“卓越計劃”培養的工程師，還應該具備3個特殊的能力：工程能力，包括工程實踐能力、工程設計能力、工程創新能力；組織協調能力，物聯網工程涉及面廣，為保證工作的順利開展，有效的積極的溝通協調是很關鍵的；分析判斷能力，在構建、測試、管理等一系列過程中，要有敏銳的分析、判斷問題的能力，及時發現問題并在工程能力的支撐下解決問題。

3.3 骨干課程

物聯網工程專業學生不僅要和其他專業學生一樣學習通識課程，還要兼顧工程能力培養、醫學信息特色與考研深造，因此筆者認為該專業骨干課程應由專業基礎課、專業核心課和特色課程組成。

專業基礎課主要有電磁學、電路分析、模擬電子技術、數字邏輯、數據庫原理、高級程序設計、數據結構、計算機組成原理、計算機網絡原理、操作系統等；專業核心課主要有物聯網導論、通信原理、傳感器原理與應用、RFID技術、無線傳感網技術原理與應用、ARM體系結構與程序設計、嵌入式Linux程序設計、Zigbee技術及應用、物聯網信息安全等，特色課程主要有醫院管理學、醫學信息分析與研究、醫學數據挖掘、臨床醫學講座等。

4 培養物聯網工程專業應用型人才的探索實踐

4.1 更新教育觀念

2014年是國家全面深化改革年，也是教育行業全面深化改革的起始年。教育改革最重要的是觀念的更新，物聯網工程專業的培養目標是卓越工程師，因此要突破傳統的思維定勢，從3個方面更新觀念。一是樹立工程教育觀，以CDIO(Conceive Design Implement Operate)理念為基礎，以培養工程能力為特色，確立真正體現面向工程的新教育理念，使工程教育的任務由培養工程科學家向培養企業工程師轉變，要讓學生從一開始就能從工程觀點出發學習知識、研究問題、思考問題、處理問題和解決問題；二是樹立以學生為中心的理念，推廣主動學習、合作學習、基于問題的探究式學習、基于案例的討論式學習、基于項目的參與式學習和探索性實驗等教學方法，培養學生的能力；三是加強素質教育，凸顯工程理念、倫理、文化和工程安全及環境保護等方面的內容，促進專業教育向工程素質教育轉變。

4.2 改革課堂教學模式，促進學生自主學習

從教育觀念上講要以學生為中心，但是在教學中真正實現從以教師為中心到以學生為中心的轉變并不容易，筆者認為這也是深化教育教學改革的重點與難點。我們的做法主要有兩個方面，一是改變目前傳統的課堂講授方法，盡可能適當采用已比較成熟的合作學習、協作學習、探究學習、PBL(Problem-Based Learning)、“三明治”等教學方法，充分發揮學生的主觀能動性，讓學生積極主動地參與到教學中來，體現學生的中心地位；二是充分利用網絡資源實現課堂翻轉，要做到“三加強”，即加強網絡課程建設、加強教學資源與平臺建設、加強MOOC教學，在課前讓學生通過觀看視頻進行針對性的學習，課堂教學時以問題為導向促進學生知識內化和實現課堂上從教師為主到學生為主的翻轉。

4.3 強化實踐教學環節，提高學生工程實踐能力

實踐教學環節不僅包括實驗課教學，還包含實習與實訓環節，主要目的就是通過培養動手解決實際問題的能力來培養學生的工程實踐能力。

4.3.1 改革實驗課教學

在專業基礎課與核心課程中，我們對實驗課進行了3項改革：一是電子技術、計算機網絡、傳感器、物聯網等課程實驗教學中，強化了項目驅動教學[11]，并以項目為體系編著出版了《實戰計算機網絡》；二是與校企合作公司一起開發了物聯網實驗箱，針對實際需要設計實驗，既能滿足教學需要，又能培養學生進行整體設計與技術開發的能力；三是增加設計性試驗，現在已有6門課程采用設計性實驗的方式，即教師提出要求，學生根據要求設計完成。

4.3.2 虛擬仿真實驗

為使學生高效地利用網絡仿真實驗，在《通信原理》等實驗課程中，配套開發了可在網上開展的虛擬實驗，系統模擬實驗中用到的器材和設備，提供與真實實驗相似的實驗環境，提供網上實驗教學過程管理功能，包括典型實驗庫的維護、實驗安排、提交實驗報告、實驗批改、成績統計、實驗答疑等功能模塊。

4.3.3 強化實訓環節

我校物聯網工程專業是與企業合作共建的實施“211質量工程”項目，第四學年安排學生到公司頂崗實訓。實訓期間，按照人才培養目標、企業需求和實施“卓越計劃”的培養要求，確定學生在企業實習階段的培養目標和標準，讓學生分階段、分層次到不同企業進行專業實習和工程實踐，并在企業培養過程中實行雙導師制，充分發揮學校導師和企業導師的各自優勢，共同確定學生的研發方向和工程課題，指導學生在企業生產實踐中完成課程設計和畢業設計。

4.4 通過科技創新活動培養學生的工程設計能力與創新能力

通過參加綜合性競賽和各類專業培訓，培養學生的專業應用能力、工程設計能力與創新能力。我們2013年創建了電子系統設計與開發創新平臺，全天候對學生開放。目前學生已設計開發出很多作品，其中兩件作品在2013年第八屆全國信息技術應用大賽中獲得2等獎，2014年有一件作品獲得第九屆大賽的3等獎，一件獲得山東省信息安全大賽3等獎1項。2014年，依托省自然科學基金“基于無線傳感器的醫療物聯網架構與安全認證機制的研究”項目，聯合醫院、公司和兄弟高校，創建了智慧醫療協同創新平臺，并開展了一系列工作。如在教師的指導下，學生共同完成的“病房保姆”作品就很好地利用了物聯網技術解決醫院護理中一些難題。

5 結語

物聯網工程專業是新專業，相應的研究與探討也是新的。一方面，培養的學生是否真正學到各種知識和掌握了基本技能，有沒有達到培養卓越應用型人才的目標和學校的標準，都還需要進行效果考核和成績評價；另一方面，教師如何加強與提高工程能力，學校與企業如何更好的互通互聯，也有待于我們進一步深入研究。