工程認證背景下物聯網工程專業建設

劉三民，劉 濤，王 勇

(安徽工程大學 計算機與信息學院，安徽 蕪湖 241000)

引言

互聯網數據中心預測全球物聯網經濟收益到2021年將達到1.4萬億美元[1]，相關產業將得到快速發展。在此次產業浪潮的推動下，我國高校積極布局，申請開辦物聯網工程專業，為物聯網生態產業培養人才。

為提高教學質量，輸出具有工程背景的專業人才，相關教研工作開展如火如荼。根據物聯網工程專業較強的實踐特色，吳迪[2]借鑒TRIZ理論構建了提高學生的實踐創新能力和創業能力的實踐教學體系。陳穎結合物聯網工程專業培養能力的需求，根據物聯網體系結構特征構建的課程體系，體現出以能力為導向的人才培養特色[3]。譚艷萍以“新專業、新方法、新思維”為理念探索新工科背景下校企合作模式，該培養模式能提高學生的動手能力，體現專業特色[4]。趙榮陽探索與企業合作實施“2+2”培養模式，引導企業參與“大學生創新創業計劃”項目，將企業工程項目引入培養體系，為新工科人才培養提供新思路[5]。焦俊針對專業實踐過程中內容多時間少的問題，提出基于項目驅動的專業綜合實訓教學方法，對于提高學生的動手能力和創新能力具有促進作用[6]。竇易文以“物聯網安全”課程為例，討論課程建設難點，提出有針對性的教學方法，突出課程知識連續性、實驗設計和創新實踐的重要性，為提高教學質量奠定基礎[7]。

為提高教學質量，眾多教師從多個角度對專業培養過程中所遇到的問題進行探索實踐，取得了一定研究成果。但在專業建設方面仍然存在問題需待完善，如培養體系構建，專業能力需求等。因此，本文以工程認證要求為導向，厘清專業建設思路與專業能力需求，完善課程與能力支撐關系。在教學模式構建方面突出以“學生為中心、輸出為導向和持續改進”的特點。

一、構建工程認證為導向的專業培養體系

工程認證要求專業必須有明確、公開可衡量的畢業要求（具體包括工程知識、問題分析、設計/開發解決方案、研究、使用現代工具、工程與社會、環境和可持續發展、職業規范、個人和團隊、溝通、項目管理和終身學習），在測評時重點考核支撐畢業要求的達成關系。在專業培養體系構建時需要綜合考慮這些要求，把畢業要求融合到專業建設的各個環節。因此，我們需要從三個方面來分析專業體系構建內容。

（一）專業培養目標

專業培養目標貫穿整個培養、教學過程，直接影響人才培養質量，也是工程認證能力考核關鍵點之一。相關教學活動基于專業培養目標展開，直接影響學生的綜合能力。

專業培養目標的確立需要考慮較多因素。結合實踐，在專業培養目標設置時要充分考慮學校定位、教學可用資源和社會需求三個方面。學校定位是主體，專業培養目標必須與其相契合，這樣保證專業建設具有連續性和更多資源的投入。同時，教學單位是實現專業培養目標的主體，所擁有的資源是物質基礎，能夠更好地服務教學過程并體現專業特色，直接影響學生專業能力的培養質量。教學、科研和服務社會是高校的三大職能，最后落腳點是服務社會，這也是工程認證中考核學生就業方面的原因，所以在考慮專業培養目標時要充分考慮社會需求。分析社會需求時需考慮區域屬性和專業屬性，區域屬性反映出學校向周邊的輻射能力或影響力，體現社會對學校人才的期望。另外就是專業屬性，應該深度挖掘專業設置時的功能界定，即我們希望向社會輸送人才類型。基于分析，筆者所在學校的物聯網工程專業培養目標概述為：要求掌握數學及自然科學基礎知識以及物聯網、計算機、通信和傳感領域的基本理論、基本知識、基本技能和基本方法，能夠勝任物聯網應用系統規劃、分析、設計、開發、部署、運行維護等工作崗位要求的高素質應用型人才。

（二）專業能力需求

基于培養目標和工程認證要求，物聯網工程專業學生應該具備三項最基本的綜合能力，即專業基本能力、解決工程能力和創新能力，具體如圖1所示。

圖1 能力培養關系

專業基本能力體現學生的專業素養，也是進一步提升的基礎，能力高低與學生課程學習有依賴關系。專業基本能力具體可以分為三部分：軟件開發能力、平臺操作能力和硬件設計能力。這三種能力體現物聯網工程專業的特色，即以硬件為骨架、軟件為靈魂、平臺為基礎。解決工程能力和創新能力是學生綜合素質的體現，這些能力決定學生畢業后能否滿足崗位要求，快速實現角色轉換，在某種程度上反映出可持續發展的能力。解決工程能力、創新能力均與專業基本能力相關。通常情況下，專業基本能力強的學生，另外兩種能力均較強。這符合成績好的學生，能力普遍較強的認知規律。教學質量提高，學生知識掌握更牢固，能力體現更強，社會口碑更好，更加有利于專業發展。因此，在培養過程中應以提高學生能力為第一要務，這就要求制定出科學合理的培養方案，即課程設置。

（三）課程與能力培養支撐關系

基于培養目標和專業能力需求，如何設置課程是關鍵。把課程與能力培養之間的支撐關系厘清，將有利于課程建設，做到有的放矢。結合培養目標和專業能力需求，表1描述專業能力、課程設置和涉及主要內容之間的對應關系。

表1 物聯網工程專業能力與課程設置關系

與專業基本能力相關課程設置主要包括計算機類課程、專業課程和根據自身資源所設置的專業方向課以及通識教育課。各高校之間計算機類基本課程與專業核心課程基本相似。專業方向課程在一定程度上體現專業特色和專業發展定位，突出以“學生為中心，輸出為導向”的專業建設目標。解決工程能力方面主要有各類實習教學環節、課程設計、專業綜合大實踐以及畢業設計等環節，這些教學環節主要是以提高學生動手能力為主，結合案例融合所學理論知識，做到理論指導實踐，實踐中提升能力，使所學知識得到升華，實現良性循環。創新能力的培養方式主要有選修課，假期實踐和學科競賽等。該環節以學生為主體，且相關學習過程主要安排在課外，以作品的形式展現。通過這些教學環節的支撐使學生具備創新精神和意識，并在實踐中不斷地提升自己的綜合能力。

二、教學模式構建

提高教學質量，增強學生掌握知識的深度和廣度，是提升學生能力具體途徑之一。完善學生知識體系，培養學生的綜合能力，需要針對不同課程和不同階段實施不同的教學模式。結合課程與能力培養支撐關系，在專業建設過程中我們構建三種教學模式，即理論課程教學模式、實踐課程教學模式和創新能力課程教學模式，并在不同的教學模式中采用不同的教學方法。

理論課程教學模式倡導以“教師主導，學生為中心”的理論教學環節，強調教師“傳授”過程，以及如何提高“傳授”質量。針對不同課程，主要采用“模塊化”“任務驅動”“現場演示”“問題探究”等教學方法，并且借助網絡平臺充分利用精品課程、MOOC等輔助教學手段。麥考瑞大學的經驗是探索理論精講、實踐突出特色。在“程序設計語言”類課程教學模式中以“模塊化”和“現場演示”兩種教學方法為主，講解程序結構、基礎語法和編程思想，并針對較難及重要的知識點（如指針、函數調用等）運用“問題探究”“一題多解”和“對比分析”方法提高學生對知識的領悟深度和熟練程度。“物聯網安全”課程實現理論精講、實踐突出的思想。通過精講安全算法原理、安全機制實現框架和安全策略，讓學生在實踐過程中領會安全的重要性和技術實現方法，并能借助資料編程實現安全需求。核心專業課程建立網絡課程資源并對學生開放，如“數據結構”等。根據課程性質形成物聯網軟件開發、嵌入式和網絡通信三大課程群，施行課程負責人制度，不斷創新理論課程教學模式。

實踐課程教學模式倡導以“學生為中心”，強調學生的領悟和實踐，為學生創建一種寬松、自由的氛圍，采用“協作交流”“任務驅動”“企業參與”的形式完成實踐學習任務。考核時采用文檔描述和現場答辯相結合的方法進行成績評定，體現“成果導向、持續改進”的評價機制，突出成果的工作量和創新性，并通過提高總評中實踐成績所占比重，以達到突出實踐的目的。在專業認識實習環節通過參觀走訪，實現與行業直接對話交流，提升專業認知度。了解社會需求，增強學生專業幸福感。通過對學生問卷調研的結果表明，專業認識環節對于提高學生的學習熱情，專業投入和個人定位具有重要的作用。在生產實習和專業綜合大實踐環節，引入相關企業，體現“項目引領、理論指導，實踐出成果”的精神。以經典案例為對象，分析用戶需求、搭建框架、講解技術要領，形成軟件開發流水線平臺，使學生學有所得、學有所用。該環節要求專業教師深度參與，在提升自身工程背景，同時也為日常教學提供案例。目前我們已經構建出相對完善的實踐教學模式，形式、內容呈現多樣化，提升了學生解決工程實踐能力。

創新能力課程教學模式倡導“學生為主，教師為輔”，體現師生互動的教學場景。教學活動以課外安排為主，以“課題驅動”“學科競賽引領”的模式構建。建立物聯網工程專業協會，按照課題和學生興趣愛好組建團隊。積極組織團隊參與學科競賽，如物聯網應用設計大賽等。結合學科競賽案例，參與國家級、省級和校級創新創業項目的申請，實現項目孵化。定期開展案例交流，完善案例、提升案例。在老師的指導下，鼓勵學生結合作品申報發明專利或實用新型專利，并依托協會開辦“物聯沙龍”，宣講物聯網相關技術和知識，開展系列創新講座和第二課堂，倡導“頭腦風暴”“金點子行動”等活動內容，使得每期的“物聯沙龍”活動體現“提高自己、啟迪他人”的宗旨。通過對相關數據（如學生競賽獲獎數量及質量，項目申請數量和學生參與人數等）分析表明，這種創新能力課程教學模式既能鍛煉學生的創新能力、團隊溝通和管理等方面的能力，又能增強學生學習的主動性和熱情。

結語

本文結合工程認證要求，探索專業培養體系的構建，做到思路清晰、目標明確、環環相扣。為提高教學質量，對教學模式進行了探索。這些改革措施已經取得良好的教學效果，如近年來專業的考研錄取率提高，就業質量上升，學生的科研立項數目增加，學生對專業認同感增強。由于物聯網工程專業跨學科特性，相關理論技術發展較快，在后期建設中需要更加關注：（1）利用跨學科優勢，充分融合各學科的知識體系，避免出現專業知識點分離，出現出“拼盤式”教學；（2）及時掌握社會需求和技術發展，做好專業培養體系的完善和更新；（3）加強師資隊伍建設，要求教師不但要有較好的理論基礎，更要具備工程實踐能力；（4）結合專業特性，消化吸收新的教學理念，探索新的教學方法。