基于CDIO的物聯網工程專業課程體系一體化設計

易 軍，周 偉，張元濤

（重慶科技學院 電氣與信息工程學院，重慶 401331）

0 引 言

近年來，工程教育在國內外高校如火如荼地開展，大量教育工作者都在積極探索工科專業人才培養模式改革，但由于受本專業理論體系和歷史經驗的影響，大部分制訂的專業教學計劃仍然不能脫離原課程體系的框架，在兼顧培養學生具有較完整的理論基礎和培養學生具備較好的應用實踐能力兩方面顧此失彼，左支右絀。這導致一方面理論深、難度大的課程在教學計劃中仍占有較大的比重，而另一些實踐性較強的課程難以全面吸納和融入教學計劃中[1-2]，造成以上矛盾的主要因素有：①專業培養理念對學生的定位與現代各類型企業對員工的不同要求還存在一定差距；②專業建設重點更偏理論邏輯和公式推導，缺乏各級項目和校企合作的應用實踐訓練；③由于教育的慣性，目前的評價體系仍注重理論成績考核，缺乏對學生綜合素質，特別是工程師素質培養；④缺乏與工業界在培養人才方面的合作與交流機制。

物聯網工程是一門新興的多學科多專業綜合的學科，這給教育工作者提供了一個深入課程改革的機會。文獻[3-5]通過汲取原信息學科的辦學經驗，根據專業特點和企業對人才的需求，完全以培養工程能力為目的，提出基于CDIO工程教育理念的物聯網工程專業課程體系，以適應社會對物聯網技術高級專門應用型人才的需要。

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果[6-7]，簡單地說，CDIO代表了從前期產品設計、研發到后期維護運行的全生命周期中的各個重要環節：構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）[8-10]。由于CDIO貼近企業生產實際，能夠讓學生將模塊化的理論知識運用到完整項目中，從而形成實實在在的工程實踐能力。物聯網工程專業課程體系結合CDIO培養理念，將學生的能力分為工程基礎知識、工程系統能力、個人能力和人際團隊能力4個層面,并結合教學大綱要求以綜合的培養方式使學生在這4個層面達到預定目標。

1 物聯網工程人才培養目標

通識課程培養學生的人文精神與社會責任感等綜合素質，學校通過課堂教學、實習實踐將細致的思政工作滲透到各教學環節，并對學生形成潛移默化的影響，給學生打下素質教育的底子。在此基礎上，本科教育需要重點加強專業知識傳授與能力培養。學校在這個過程中需要逐步凝練出本科人才培養的理念，明確學生必須掌握的基礎、使用的工具和鍛煉的能力。專業知識作為大學本科階段培養學生的重點，課程設置需要重視學習過程與效果，發揮課程的載體作用，細化為前期實施數學、物理、電子和信息的整合培養，拓寬加厚理論基礎；后期主要進行專業培養，加強項目工程訓練與實習，強化工程能力培養。由于信息領域知識更新很快、特別是物聯網技術的專業知識更新得更快，需要審慎考慮課程設置和教學的側重點，提高專業課程設置的彈性，加大學生的選擇空間。在課程教學環節，通過梳理培養素質主線，精心設計專業核心課程和以三級項目為依托的課程群，注意課程的前后銜接，培養學生獨立實操項目的能力，激發學生的創新思維。

2 課程體系一體化設計的內容

以三級項目為主線，構建專業課程群，培養學生的項目設計、項目實現和團隊合作能力，提升學生職業道德，加強實踐能力與技能教學。在第1、第2學年，重點在素質教育、專業基礎課程的教學，必修課較多；第3學年，著重學習專業知識體系的相關內容；第4學年安排物聯網綜合實訓、畢業實習和畢業設計等內容。此外，在專業課程設置方面，根據物聯網知識體系的組成分為3個課程群，分別是控制與感知、網絡與傳輸、軟件與服務，學生可以根據自己的興趣和就業導向，選修其中一個或多個課程群。一體化課程體系如圖1所示。

圖1 物聯網工程本科專業課程體系結構

3 三級項目實踐環節的設計

根據不同的學習階段和任務，將涉及的知識范圍劃分為三級項目，學生以工程項目的形式進行實踐教學，獲得比課堂教學更加貼近實際的工程能力。實施方案包括：①將CDIO項目按規模和范圍劃分為三級，1級為包含本專業主要核心課程和能力要求的項目；2級為包含一組相關核心課程群、能力要求的項目；3級為單門課程內為增強該門課程能力與理解而設的項目。三級項目的設立與否及形式由各門課程大綱根據需要確定。②本專業至少有2次1級項目。一般在一、二年級進行一次以了解本專業為目的的行業情況展示、新技術展示，增強對本專業以認知為目的的1級項目；而以畢業實習+畢業設計為第2次1級項目。每個1級項目作為一門課程單獨計分。③以6個2級項目為載體加強本專業核心課程的學習與應用。

三級項目示意圖如圖2所示。

4 企業實習培養計劃設計

企業學習分為3個層次，分別為專業認知實習、物聯網應用系統分析與設計、畢業設計，總學習時間為26周（見表1）。

4.1 專業認知實習（2周）

通過到物聯網實習基地參觀學習，建立起物聯網系統的整體概念和感性認識，了解本專業涉及物聯網最新產品的設計、生產、測試等整個流程，進一步了解課程涉及傳感器、執行器、操作系統以及移動終端程序等領域的基本應用。實施上可以依托物聯網工程專業實習基地，安排一定的實習時間。

4.2 物聯網應用系統分析與設計（6周）

圖2 物聯網工程專業核心課程三級項目示意圖

表1 企業實習階段的安排

本階段主要是讓企業專業知識進課堂，通過課程置換等方式，將企業工程師或培訓師引入課程實踐環節，通過產品案例分析，了解和參與企業項目的立項、需求分析、概要設計、詳細設計與測試等研發過程，以及后期系統生產和維護過程等方面的相關課程，同時對課程的理論學習所進行的實操訓練進行考核。如果條件允許，也可以選擇物聯網相關產業如移動終端程序APP設計、微電子和集成電路設計等知名企業和公司，通過現場考察和實際操作的形式完成學習過程。

4.3 畢業設計（18周）

畢業設計是本科4年最后的綜合實踐階段，通過與企業工程師聯合給出培養方案，結合現場的實際工程問題設計有針對性的、有明確工程應用背景的畢業題目。學生在實施過程中，緊緊依托在公司做項目的實習機會，結合自己的專業知識，掌握企業的先進技術和專業技能，完成規定題目，最后由企業和學校對其進行考核。畢業答辯小組由企業工程師和學校教師共同組成，注重學生實踐動手能力的考核。該過程不但能為學校培養動手能力強的學生，也為企業培養和招錄優秀員工提供了機會。

5 設計中應該注意的問題

工程項目設計是課程體系設計的關鍵所在，大綱上的學習課程和內容，都應該以此為核心，使所有課程形成一個有機的整體。在設計過程中應注意以下問題：①教學觀念上以CDIO理念為核心，堅持以提高學生工程實踐能力為目標；②課程設置上充分體現物聯網當前技術的發展動態，體現差異性、層次性培養；③教材建設上以知識結構為組織形式，及時更新教材，鼓勵校企雙方共同出版圍繞主題的教學資源，注重技能訓練；④教學質量評價方式上側重動手能力考查，過程評價與效果評價相結合，方式靈活多樣。

6 結 語

通過汲取CDIO切實可行的先進教育理念，結合我國和重慶科技學院的教育實際現狀，提出切實可行、可操作的基于CDIO理念的物聯網工程課程體系，從課程設置、實踐設計、質量評價和師資培訓等方面進探索與實踐改革，才能改革并設計出新的有利于促進大學生創新思維和創新能力培養的信息類應用型人才培養模式。

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[3]吳功宜. 對物聯網工程專業教學體系建設的思考[J]. 計算機教育, 2010(21): 26-29.

[4]鄧淼磊. 對物聯網工程專業培養方案的幾點思考[J]. 教育教學論壇, 2014(11): 182-183.

[5]吳瑾. 淺談物聯網工程專業學生的知識結構[J]. 教育教學論壇, 2013(9): 142-144.

[6]康全禮, 陸小華, 熊光晶. CDIO 大綱與工程創新型人才培養[J]. 高等教育研究學報, 2008, 31(4): 15-18.

[7]李曼麗. 用歷史解讀CDIO 及其應用前景[J]. 清華大學教育研究, 2008, 29(5): 78-87 .

[8]查建中. 工程教育改革戰略“CDIO”與產學合作和國際化[J]. 中國大學教育, 2008 (5): 16-19.

[9]秦磊華, 石柯, 甘早斌. 基于CDIO的物聯網工程專業實踐教學體系[J]. 高等工程教育研究, 2013(5): 168-172.

[10]查建中. 論“做中學”戰略下的CDIO模式[J]. 高等工程教育研究, 2008(3): 1-6.