新工科背景下物聯網工程專業實踐教學改革研究

摘? 要：新工科專業群建設體現了學科交叉、突出技術應用的特點，非常契合應用型本科高校人才培養的途徑，文章通過介紹滇西邊疆高校的物聯網工程專業辦學經驗，探討實踐教學改革的途徑和挑戰，提出實踐教學體系，文章認為實踐教學改革應當實施以學生為中心的改革之路，緊扣物聯網和新工科技術發展方向，努力實現校企間人才無縫對接，提高學生就業競爭力。

關鍵詞：新工科;物聯網;實踐教學

中圖分類號：G420? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）09-0196-03

Research on the Practical Teaching Reform of Internet of Things

Engineering under the Background of New Engineering

——Take the School of Artificial Intelligence & Information Engineering as an Example

SI Biao

（School of Artificial Intelligence & Information Engineering，West Yunnan University，Lincang? 677000，China）

Abstract：The construction of new engineering specialty group reflects the characteristics of interdisciplinary and technology application，which is very suitable for the way of talent cultivation of application-oriented undergraduate colleges. This paper introduces the experience of running the internet of things engineering specialty in the universities in the west of Yunnan Province，discusses the ways and challenges of practical teaching reform，and puts forward the practical teaching system. The article holds that the practical teaching reform should be carried out with students as the center on the way of reform，we should closely follow the development direction of the internet of things and new engineering technology，strive to realize the seamless connection of talents between schools and enterprises，and improve the employment competitiveness of students.

Keywords：new engineering;internet of things;practical teaching

0? 引? 言

物聯網一詞的提出最早可追溯到1995年比爾·蓋茨在“未來之路”中提及的物品與計算機網絡相結合的觀點，2005年國際電信聯盟正式提出物聯網的概念。1999年我國開始了傳感器網絡的研制與開發，國內在2009年提出了“感知中國”的概念，2010年成立了傳感（物聯）網絡技術產業聯盟，物聯網技術成為了繼計算機與互聯網之后又一次信息產業的革命性發展。自2010年起，教育部批準開始在高校設置物聯網相關專業[1]，國家正式將物聯網列為重點發展的戰略性新興產業之一，目前國內已有200多所高校設置有此專業。

在工業智能化轉型背景下，麻省理工學院（MIT）建立了“大工程觀”的改革理念，提出了知識的完整性和系統性[2]。2016年以來，國家推動創新驅動發展，實施“一帶一路”“中國制造2025”“互聯網+”等重大戰略，以新技術、新業態、新模式、新產業為代表的新經濟蓬勃發展，對工程科技人才提出了更高要求，迫切需要加快工程教育改革創新[3]，“新工科”成為各高校工科教育教學改革的新方向，其主要內涵是強調實際應用性和理論知識的綜合交叉性，增強創新能力和實踐能力，滿足新興產業對創新性、具有市場競爭力的復合型人才的迫切需求[4]。物聯網工程專業特點亦是如此，二者一脈相承，物聯網工程專業的建設和發展成為推動“新工科”教育教學改革的重要因素。因此，在新工科背景下研究物聯網工程教學改革對夯實國家戰略具有積極意義。

1? 技術應用對實踐教學需求變化趨勢產生的影響

2010年全國展開物聯網技術的人才培養以來，實踐教學始終作為工科人才培養的重點環節，物聯網產業起步階段，沒有形成明確的應用領域，人才培養與市場契合度不高[5]，主要從傳感器、RFID、無線傳感網絡等技術的應用來建設實踐教學體系，重點建設感知層的技術應用教學體系，包括以51單片機、傳感器、CC2530、ZigBee等設備為主的實踐教學內容。

2015年以來，隨著智能終端、互聯網等技術迅速發展，產業需求逐漸多元化，以智能終端為中心的物聯網技術應用對實踐教學改革提出了新要求，數據的流動體現物聯網的應用價值，實踐教學以數據傳輸和數據共享為主要內容，特別是開發計算機網絡之下的數據傳輸教學案例[6]，實踐教學逐漸增加和完善關于嵌入式開發、無線傳感網、Wi-Fi無線傳輸、藍牙傳輸、NB-IoT等方面的教學內容。

2018年以來，信息技術朝著智能化方向發展，新一輪科技革命和產業變革正在萌發，大數據的形成、理論算法的革新、計算能力的提升及網絡設施的演進，驅動人工智能發展進入新階段，智能化成為技術和產業發展的重要方向[7]。物聯網技術在智能化的道路上，起到關鍵的支撐作用，更加細化和多元化的產業發展對物聯網專業的實踐教學提出的更高的要求，一方面體現在M2M的硬件智能化能力需求提高，另一方面體現在基于互聯網的平臺化應用趨勢突顯，實踐教學傾向于更具創新性的項目拓展和應用，包括基于單片機的智能硬件集成創新、基于互聯網的SaaS物聯網平臺應用等，實踐內容包括了Arduino、樹莓派智能開發、總線設計、人臉識別平臺應用、熱成像集成開發等。

2? 實踐教學體系改革探討

地方應用型本科高校的新工科人才培養以工程應用為主要的培養途徑，針對物聯網工程專業來看，可以總結為突出集成創新能力的培養。物聯網工程專業是我院最早開辦的新工科專業，經過多年實踐教學總結，形成了“1+2”的專業實踐教學體系，如圖1所示。所謂“1”，是指以數據傳輸為主的一個實踐教學基礎;所謂“2”，是指向單片機及以下的集成創新和向物聯網云平臺應用開發兩個方面拓展。“1+2”實踐教學體系貫穿于專業課的課內實踐、學科競賽、集中實習和畢業論文等教學環節，從實踐項目的前期準備、設計方案、團隊開發協作、項目測試和運維等多個維度強化學生對工程技術的應用和創新。

2.1? 以數據傳輸為主的實踐教學基礎

我院物聯網工程專業的專業課程體系中，包括專業基礎課、專業核心課和專業選修課。以數據傳輸為主的實踐教學，基于專業核心課和專業選修課。分別在PC平臺和嵌入式平臺以Windows桌面應用開發（.NET框架）和智能移動端應用開發（Java/Android平臺）作為應用基礎進行實踐教學。高級階段，將兩個平臺技術融入到無線傳感網、RFID原理及應用、物聯網通信等課程中，加強對串口編程、TCP傳輸編程、Wi-Fi通信、藍牙模塊通信等方面的實踐教學，以智能網關本地數據匯聚為中心展開學習和實踐，從物聯網技術體系上進行理解，主要對“互聯網最后一公里”物品互聯的技術實施實踐教學。

2.2? 單片機集成創新實踐拓展

將集成創新實踐設置為集中實踐項目，在職業技能綜合訓練、課程設計等教學任務中，以小學期形式展開教學。單片機的集成創新，主要強化學生對硬件技術的設計開發能力。一方面進行PCB設計，開發多樣性的電路板，用于傳感器元器件的集成;另一方進行智能硬件的設計開發，典型實踐應用如Arduino、樹莓派、OpenMV等。單片機的集成創新比較直觀，小學期形式的實踐教學所見即所得，容易激發學生的學習熱情，為學生參加各類學科競賽提供了支持。

2.3? 物聯網云平臺應用開發

我院在集中實習階段和畢業論文撰寫階段，重點對物聯網云平臺的應用開發進行實踐教學，這兩個階段是綜合應用的集中體現，學生通過掌握數據采集-數據匯聚-數據計算分析的過程，將物聯網構建的底層系統采集到的數據整合到云平臺，實現物聯網行業應用的最終目的，強化學生對物聯網應用、項目管理、數據分析等方面的實踐能力，典型實踐應用如Web Service、SSH框架、Web前端開發、數據可視化技術等。

2.4? 學科競賽對實踐教學改革的促進作用

把學科競賽納入教學體系的一部分，通過學科競賽充分調動學生的學習主動性，突出應用型人才的創新能力培養[8]，特別是物聯網工程專業，在智能硬件設計開發、數據匯聚和數據可視化等方面，能夠綜合應用專業知識，探究學科前沿技術，發揮集成創新的優勢，在項目實施、團隊協作、工程應用等方面得到全方位的實踐和鍛煉。近年來，我院物聯網工程專業通過參加學科競賽，結合區域特點，制作出了“智慧倉庫管理系統”“茶葉智慧溯源系統”“精神病院病人行為檢測系統”“重癥監護室智慧看護系統”等一些基于物聯網技術的作品，這些作品通過不斷迭代完善，形成了非常好的實踐教學案例，對實踐教學改革起到了促進作用。我院近三年學生參加學科競賽的趨勢如圖2所示。

從2017年開始，我院物聯網工程專業逐步深化實踐教學課改革的同時，不斷促進學生打造實踐作品，推薦優秀作品參加省級和國家的競賽，從圖2來看，參加學科競賽的數量和質量逐年提高，特別是支持本文的教改項目立項以來，學科競賽促進實踐教學的成效明顯，目前最好成績是全國二等獎，在同等院校中具有明顯優勢。

3? 結? 論

目前，新工科專業群建設開展得如火如荼，本文介紹了滇西邊疆高校的物聯網工程專業辦學經驗，總結了物聯網工程實踐教學中學科交叉、技術應用突出的特點，探討了技術發展對應用型人才培養實踐教學提出的新挑戰，提出了“1+2”的實踐教學模式，立足數據傳輸的實踐核心，展開智能硬件和數據平臺兩個方面的實踐教學和學科競賽。物聯網實踐教學改革的目的是拉近企業人才需求和學校人才培養的距離，實施以學生為中心的改革之路，努力實現無縫對接，提高學生就業競爭力。

參考文獻：

[1] 王毅，張滬寅，黃建忠，等.新工科背景下物聯網專業實驗教學體系探討 [J].軟件工程，2018，21（8）：57-59+50.

[2] 周慧穎，郄海霞.世界一流大學工程教育跨學科課程建設的經驗與啟示——以麻省理工學院為例 [J].黑龍江高教研究，2014（2）：50-53.

[3] 國家教育部.教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知 [R/OL].（2017-02-20）.http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/A08_gggs/A08_sjhj/201702/t20170223_297158.html.

[4] 唐小平，李靖云.新工科建設背景下物聯網專業課程教學改革的研究與實踐 [J].智庫時代，2019（48）：181-182.

[5] 黃東軍.新工科語境下物聯網專業課程設置研究 [J].計算機教育，2018（3）：68-72.

[6] 司飆.以數據傳輸為切入點的物聯網課程教學案例設計思考 [J].信息化建設，2016（5）：287-289.

[7] 工業和信息化部.工業和信息化部關于印發《促進新一代人工智能產業發展三年行動計劃（2018—2020年）》的通知 [R/OL].（2017-12-13）.http：//www.miit.gov.cn/n1146295/n1652858/n1652930/n3757016/c5960820/content.html.

[8] 趙榮陽，楊忠強，郭哲，等.物聯網工程專業新工科人才培養探討 [J].軟件導刊（教育技術），2019，18（8）：83-84.

作者簡介：司飆（1982—），男，漢族，云南彌渡人，物聯網工程、機器人工程專業負責人，副教授，工學碩士，本科，研究方向：物聯網技術應用、機器人工程集成應用等。