新工科背景下應用型本科物聯網專業培養模式研究

周梅

摘 要：隨著以互聯網為核心的新一輪科技和產業革命的快速發展，社會對物聯網工程專業人才的需求日益增加，培養滿足需要的物聯網人才意義重大。通過構建“文化、服務、制度、理念”頂層制度，營造“卓越工程師”的工匠精神文化氛圍，組建富有活力的教學團隊，深化全方位協同培養以及創新和改革實踐教學平臺、體系與方法，實現可持續發展與不斷改進的應用型本科院校物聯網工程專業培養新模式，為高質量應用型人才培養提供借鑒。

關鍵詞：新工科;應用型本科;物聯網;工匠精神

0 引言

經濟轉型對工程教育提出了更高要求。2017年，教育部應國家重大戰略發展需求，制定了“新工科發展指南”。該指南明確了新工科發展目標，要求更深層次優化工程教育，培養國家與社會需要的高素質工程人才，提升學生的“雙創”能力，深入學校、企業和社會實現多主體、協同合作育人，建立動態調整人才培養方案的優化機制，建立健全質量保障體系。學校結合自身條件，在不同層次不同領域發揮自身強項。應用型高校應結合區域特色及經濟發展要求，為地方產業轉型升級提供全面支持[1-2]。可以看出，在新工科背景下，應用型本科教育不僅沒有弱化，反而被提出了更高層次的要求，這為應用型本科教育帶來新的發展機遇。

物聯網工程專業是近幾年發展很快的學科，是通信、計算機科學與技術、自動化控制、人工智能等多學科交叉的新興技術。南京郵電大學是教育部首批批準開設物聯網工程專業的高校。自2010年成立以來，學校培養的多屆物聯網工程專業的本科生均得到社會認可。其中，南京郵電大學通達學院結合揚州區域特色及經濟發展，更是為當地培養了眾多具有較強動手能力和解決實際問題能力的物聯網工程專業學生。

經過近10年的建設與發展，物聯網專業建設面臨著新的挑戰。黃東軍[3]分析研究了目前主流的物聯網工程專業建設情況，分析了培養目標不明確、課程設置針對性不強、學生就業方向與物聯網工程專業契合度低等問題，給出了物聯網工程專業課程設置改革的3種模式;李洪兵等[4]結合新工科具體要求，針對地方應用型本科院校物聯網工程專業建設提出了“五位一體”模式，從課程體系結構優化、校企合作新模式、教師隊伍建設新舉措以及實踐教學體系構建等方面展開;葉繼華[5]等針對新工科背景下加強學生創新創業能力培養問題，提出了相應的物聯網工程專業培養方案以及教學體系新舉措;文獻[6-7]提出一種基于CDIO理念與協同創新的物聯網專業應用型卓越人才培養模式優化框架。

新工科計劃是在世界新興科技蓬勃發展的背景下提出的新的發展方向，它具有新技術、新產業、新業態和新模式4個特征。面對新技術新產業發展，應用型本科教育應主動擁抱新技術，積極適應學科新發展，營造培養“卓越工程師”的工匠精神文化氛圍，科學優化培養體系，組建富有活力的教學團隊，深化全方位協同培養模式，創新和改革實踐性教學平臺、體系與方法，為當地經濟轉型和發展提供智力資源支撐。

1 現狀分析

物聯網工程專業作為一門新興學科，由于其涉及多個學科，在發展過程中存在一些問題。這些問題有體制性產生的舊有問題，也有在發展過程中產生的新問題。

1.1 “工匠”精神文化氛圍缺乏

當前很多學校強調物聯網工程專業建設方面的各種軟硬件基礎建設，但如何將工匠精神貫穿于教與學以及未來學生就業之中較為匱乏。在培養過程中，強調教學方法、教學設施、教學管理、各種軟硬件建設，但對“工匠”精神文化建設缺少投入。目前，一些本科生進入大學后，在缺乏家長與學校嚴格的管理下迷失了方向。對于未來發展方向、學習目標、就業發展都缺乏想法，缺少一種精神力量。部分學生沉溺于游戲，最終耽誤了學業。筆者認為，對于應用型本科院校學生的培養，工匠精神的塑造對于學生的發展至關重要，新工科的發展理念也要求高校為社會發展提供具有卓越“工匠”精神的工程師。

1.2 培養方案特色不鮮明

開設物聯網工程專業應適應科技發展需要，但各個高校都缺少實際培養經驗，物聯網學科本身的特殊性也要求在設計培養方案時需要綜合考慮。因此，缺乏“新工科”指導思想的培養方案定位不清、目標不夠明確、課程體系面面俱到、缺乏鮮明特色。課程體系部分沿用母校，理論內容相對較多，綜合實踐性應用偏少，針對性較弱，這使得應用型本科院校部分學生學習有一些困難[8-9]。同時，培養方案缺少對 “新工科”和“工匠”理念的支持，使工程應用類培養內容不突出，職業精神、鉆研精神、服務精神培養不到位。

1.3 實踐教學環節薄弱

實踐教學對學生理解掌握關鍵理論，分析解決實際問題至關重要。但現有的實踐教學內容主要針對理論課程，雖有部分綜合性實驗內容，但與實際應用和企業需求尚有一定差距。由于師資力量不足，部分實踐課程無法做到小班化教學。缺乏相應的實驗軟硬件環境，使得部分課程實驗通過模擬器進行。物聯網應用是一種集成多種軟硬件的綜合應用，而現有實驗室只能滿足課程需要，無法滿足學生通過實際操作，利用各種技術將多種感知裝置集成，構建綜合應用的需求。部分學校雖然購買了物聯網綜合實驗裝置，但這些裝置主要用于驗證軟硬件理論，學生缺乏從零開始組建物聯網應用的全方位體驗。

1.4 師資隊伍亟待優化

隨著高校規模的不斷擴大，學校不斷引進高學歷人才，但高學歷人員主要進行前沿學術研究，具有較高的撰寫論文能力[10]。申報項目或職稱評審需要學術論文支撐，使教師將相當多的精力放在學術研究與論文發表方面。教師缺少實際經驗，缺乏大型工程項目歷練，很難將前沿學術研究與工程應用結合起來，也無法將企業實際需求與課堂教學結合。有部分教師具有較為豐富的工程經驗，但是需要制定相應的激勵機制使他們有更大的發展空間，支持鼓勵他們積極投入應用型本科教學。

2 培養模式

南京郵電大學通達學院明確了“建設成為高水平信息類應用型技術大學”的辦學目標和“應用型、多科性、國際化”的辦學定位。在新工科發展背景下，立足于“工程實踐”與“工匠”精神，創新物聯網工程專業培養新模式，更好地滿足地方經濟發展需求。

2.1 專業培養模式改革整體框架

圖1給出了物聯網工程專業培養模式改革整體框架，該框架包括文化、服務、制度及理念4個部分。

教學模式方式改革涉及多個角色，需要從頂層設計開始全面考慮，建立一種可持續不斷改進的系統框架。

文化指建立一種欣欣向榮，每個人都樂于、善于進行工程應用教與學的氛圍。這種氛圍的建立需要長期通過制度保障才能實現。每個角色在這種文化氛圍下都有所進步，教師有成就感，學生有收獲，專業有發展。

服務指將傳統的管理角色轉變為服務角色。教師與學生是最重要的兩個主體，為廣大師生服務是管理人員的主要職能。將僵硬的管理手段轉變為人性化服務，激發教師的教學激情與動力，為學生提供安心學習的良好環境。通過引入服務人員滿意度評分制，對相關人員進行評分，切實提高學院行政管理人員的服務意識與能力。

制度建設包括兩個層面：①建立一套靈活的順應時代發展變化要求的培養模式;②立足于應用型本科教學需求制定各種規范，如符合工程教育需求的師資隊伍建設規范、面向新工科的物聯網工程專業培養體系、面向社會重大工程需求的實踐教育等。

不斷學習、消化與吸收先進教育教學理念，把握時代發展潮流，不斷優化培養模式，制定科學合理的制度，營造良好的文化氛圍，提供優質服務，以此夯實應用型本科人才培養體系。

2.2 “工匠”文化建設

“工匠精神”基本內涵包括敬業、精益、專注、創新等內容[11]。雖然大部分高校都提供了職業素養等理論課程，但這些課程偏重于理論，學生無法理解這種兢兢業業負責任的態度對于個人發展的重要性。工匠精神教育更應該通過言傳身教，在實踐過程中得到提升。一方面，學校與相關企業建立合作基地，引入企業導師，在相關項目實踐過程中，培養職業素養及負責任精神，從而學生了解自己的特長，提高自身的專注力并結合實際需求進行創新活動。另一方面，學校主動邀請各行各業工作中的杰出校友來校進行專題講座，這些校友結合其親身體會進行經驗交流，幫助學生了解社會并進行深入思考。學生結合自身特點，選擇某個方向進行深入鉆研。定期宣傳學生在各種競賽創新活動中的成果并組織交流，如將獲得優秀獎項的項目公開展示，舉行學術交流會等。文化氛圍建設不是一朝一夕而成，但是一旦形成，將能夠充分激發出學生活力。

2.3 培養方案構建

傳統的培養方案主要從學科方向發展及學術研究方向出發設置各類課程，這種思想指導下的課程體系無法適應快速發展變化的社會需求，導致教學與社會實踐脫節。OBE理念強調以學生為中心，明確學生的學習目標以及如何實現這些目標。通過借鑒OBE指導思想，從應用型本科教學出發，本文制定培養方案如圖2所示。

把握新工科及“工匠精神”內涵，結合自身所處信息產業及應用型本科定位，充分調研行業需求，制定物聯網工程專業培養目標。充分聽取行業企業、學科或學術帶頭人、專業教師、畢業學生以及在校學生意見，制定科學合理、滿足實際需求的培養方案。在制定過程中，要充分征集意見并論證，學生意見不應忽略。

在制定培養方案過程中，既要防止與一般本科院校定位重復，又要避免過渡應用化，與高職定位相沖突。應用型本科絕不是不需要理論基礎，理論基礎課應該保留核心課程及核心課程中的核心內容。理論課程內容不宜貪多求全，應該集中將核心知識點講透，讓學生可靈活運用。在制定培養方案中，考慮將相關課程建立課程群，從應用的角度提煉出最有用的核心知識點，例如將計算機組成原理、匯編語言、嵌入式系統原理與應用、微機原理與接口技術等課程進一步提煉出核心技術，增加實踐環節。

早期的物聯網工程專業培養計劃基于物聯網的三層架構，即感知層、傳輸層、應用層，多門專業基礎課圍繞感知層與傳輸層展開[12-13]。隨著技術不斷發展，底層技術不斷成熟，社會對單純硬件人才的需求遠不如軟件或軟硬結合的人才需求大。從工程應用開發考慮，將基于體系架構的教學體系逐漸過渡到面向物聯網應用開發教學體系中，提出了如圖3所示的課程體系改革方式。在新的物聯網教學體系中，將傳輸層與感知層的知識整合在物聯網基礎設施層，作為核心基礎知識。應用型本科教學重點是讓學生在此基礎上靈活運用，開發各種物聯網應用，同時結合物聯網學科特點及新工科要求，加強物聯網應用開發內容。新工科要求應用型本科不能局限于現有信息技術，還要隨著國家產業升級需求不斷演進。智能化物聯網應用處理是國家產業發展方向 [14-16]，有必要學習這些課程。

2.4 協同創新實踐教學

由于物聯網技術仍在不斷發展，物聯網工程專業實踐教學與軟件工程專業實踐教學相比面臨更大的挑戰，涉及的內容更廣更復雜 [17-20]。

（1）建立綜合性的物聯網自主實驗環境。建立典型的物聯網應用場景，利用開源軟硬件平臺，實現物聯網全棧開發[3]。與萬維網開發中的全棧開發相比，物聯網需要全方位的軟硬件知識和技能。因此，物聯網實踐性教學非常適合以創新項目的形式通過團隊實現。這種形式會鍛煉隊長的組織協調能力，隊員之間的溝通交流能力，團隊與指導教師（或企業指導老師）的合作能力。學生除了要掌握物聯網應用開發技能外，還要培養責任心和職業素養。

（2）應用型師資隊伍建設。物聯網對教師的工程及應用能力帶來重大挑戰。學術型教師往往在某個方向研究，缺乏綜合性的集成開發能力。將教師、企業指導老師、學生一起進行培訓，可實現協同創新培養和多方共贏。學生獲得了成長，教師也有機會深入了解企業實際需求，縮短了科研與市場距離，企業也有所收益。

3 結語

物聯網工程專業培養模式改革在新的時代背景下具有重要意義。本文首先通過頂層制度設計，從文化、制度、服務、理念等方面保證改革的先進性、科學性與可執行性;其次，強調 “工匠”精神等文化氛圍塑造的重要性，通過各種活動激發學生內在動力是教學能否成功的關鍵;然后在課程體系改革方面立足于工程性、應用性教學目標，強調 “核心課程，核心內容”，分析綜合性實驗在物聯網教學中的重要作用;最后介紹了協同創新實踐性教學方式。本文對物聯網專業在應用型本科教育中的培養方式進行了初步思考和分析，可為物聯網工程專業教學提供借鑒。

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（責任編輯：杜能鋼）