面向工業互聯網的工業物聯網人才培養方案探索與實踐

陳良銀 張 磊 楊彥兵 胡順仿[2] 郭 敏[3] 陳彥如

（[1]四川大學計算機學院 四川·成都 610065；[2]云南民族大學數學與計算機學院 云南·昆明 650031；[3]西北民族大學數學與計算機科學學院 甘肅·蘭州 730050）

0 緒論

工業互聯網人才需求量大、門類廣、層次齊全。它大大推動了制造業的數字化轉型升級，同時也帶來了人才培養的巨大挑戰。目前尚缺乏工業互聯網方向的人才培養體系。如何通過產教深度融合，向工業互聯網持續提供其所需求的人才，已經成為擺在高校面前的重要課題。由于工業要素的泛在聯接是工業互聯網的關鍵基礎，因此工業物聯網建設是工業互聯網的“基建”，是重中之重。

工業物聯網以數據為血液，為工業互聯網提供各種有價值的信息和養分。據此，四川大學將面向工業互聯網的工業物聯網作為專業建設重點，并偏重具有共性的工業大數據分析、挖掘、應用和工業數據安全等特色方向，提出了對應的人才培養方案、課程體系，編著了相關教材、探索了相關創新教學方法。經過一段時間的實踐檢驗形成了可推廣的工業物聯網多層次復合型人才培養方案，為工業物聯網專業建設提供了示范樣本。

圖1：高等院校工業互聯網相近專業分布圖

1 面向工業互聯網的工業物聯網教育主要面臨的教學問題

1.1 工業互聯網相關專業與職業匹配度不高，人才培養體系尚未形成

工業互聯網相關專業的知識體系覆蓋面非常寬廣。它是信息技術和制造業深度融合的產物，是傳統制造業數字化轉型升級的必由之路。它的發展既需要創新能力拔尖的學術人才，也需要能夠解決實際問題的應用型人才。在學術型人才的培養上，目前直接針對工業互聯網的培養還極少。在應用型人才的培養上，針對工業互聯網產教深度融合的培養場景尚未形成。因為各高校目前都還沒有工業互聯網專業沒有對應的人才培養體系。

1.2 工業互聯網人才培養缺乏課程資源

工業互聯網需要OT和IT復合型人才，要求掌握多維度的相關技術，現有人才培養機制無法滿足工業互聯網的人才需求。因此需要建立新的人才培養方案，提升人才培養質量。目前，部分高校已開始考慮面向工業互聯網方向開展教學改革，但是由于師資匱乏、缺乏配套課程等教學資源，在教學過程中面臨很多實際困難。

1.3 亟需編制用于工業互聯網教育教學的專門教材

針對全國近600家出版社的調查數據顯示：截至2020年6月，依然沒有“工業互聯網”專門教材出版發行。工業互聯網相關的出版物雖然不少，比例如《工業互聯網：技術與實踐》、《工業互聯網體系與技術》、《數字孿生》等，但它們尚不足以形成教材體系。它們主要從不同維度對工業互聯網進行介紹、宣傳和科普等。

2 面向工業互聯網的工業物聯網人才培養方案探索與實踐

2.1 制定工業物聯網復合型人才培養方案

（1）優化培養目標：制定面向工業互聯網的工業物聯網培養方案、課程體系，以培養研究型、復合型、多樣化的國際一流創新創業人才為目標。要求學生具備包括計算思維在內的科學思維能力，獨立思考能力，掌握工業物聯網基本理論，具備從事工業物聯網系統相關技術和產品開發、應用推廣和商業模式設計的能力，綜合素質高，創新意識強，能緊跟學科專業國內外發展前沿的復合型高素質人才。

（2）調整培養要求：要求學生學習工業物聯網方面的基本理論和知識；培養工程精神和工程意識，同時培養創新能力和科研能力，以滿足相關行業對不同層次人才的需求。具體包括：具有社會責任感和職業道德規范，掌握人文基礎知識，了解物聯網產業發展動態和相關國家政策、法律法規；能夠運用專業知識，理解和分析相關工程具有的價值和對社會發展的影響；具備多渠道獲取所需信息的能力、解決實際物聯網工程問題的能力；能夠利用科學原理和科學方法對實際工程問題進行分析和研究，結合有效信息得到合理的結論；擁有扎實的工程實踐基礎、項目管理方面的素養和意識；具有一定的物聯網工程設計與實施能力；了解國內、外物聯網工程新技術、新成果和發展動態。

（3）部分專業基礎和核心課程：方案從通識課、專業基礎課、專業課及綜合實踐課四個維度規劃和開發課程。代表性課程包括：“高級語言程序設計”、“數據結構與算法分析”、“物聯網傳感器原理及應用”、“傳感網原理及應用”、“工業物聯網系統及接口”、“工業物聯網信息安全”、“工業物聯網通信控制技術原理”、“物聯網與信息服務”、“物聯網設備云平臺應用開發實踐”、“海量數據處理與智能決策”、“網絡數據挖掘”、“大數據技術原理與應用”、“機器學習”、“科研訓練指導”等課程。

（4）教學計劃及其他：培養方案采用學分制，畢業總學分不低于174，3-6年修完學分即可授予工學學士學位。其中：大一主修通識課，大二主修專業基礎課，大三主修專業課，包括專業理論課及專業實踐課，大四進行綜合實踐，包括專業實習等。

2.2 定制化的課程體系

為提高學生分析和解決問題的能力，建設了部分綜合能力培養課程、問題導向課程和交叉學科研討課程。并對選修課程進行了整合，以加強必修課能力培養。通過學校“雙一流”建設的“感知未來探索式課程建設工程”建設“工業物聯網工程前沿探索”課程。

依據課程特點，采用探究式、研討式等多種教學方法和手段，組合了微課、線上線下結合等方式。

對課程考核方式進行了改進，采用筆試和上機考試結合的方式。增加設計類命題，使用動態及格線，鼓勵采用以團隊任務考核方式。

2.3 工業物聯網專業教材建設

針對工業物聯網缺乏專業教材的問題，團隊成員翻譯、編著了部分相關教材及教輔材料，可用于工業物聯網不同教學場景。團隊目前已經完成的自編教材或參考輔助教材與課程對應關系如表1所示。

表1：自編教材或參考輔助教材與課程對應關系

2.4 教學方法創新

第一，針對不同能力的學生制定不同的教學方法：針對學術型人才，引導學生在5G、安全、大數據、傳感網、智能制造等方向進行研究探索，鼓勵學生積極參與“信息+”等交叉學科的探索研究；針對應用型人才，積極搭建軟硬件平臺，培養學生實踐能力、加強學生對于工業物聯網平臺關鍵技術的運用與理解；鼓勵學生積極參與各種級別的工業互聯網比賽。第二，為提高學生工程精神和工程意識，讓學生深入工業現場、熟悉產業流程，從市場規劃、設計、制造、銷售、維護等過程了解生產需求，充分利用物理模型、傳感更新、運行歷史等數據，集成多學科、多物理量、多尺度的仿真。第三，為促進專業學科的交叉融合，學校搭建了多個工業互聯網產業平臺，聯合企業、高校、科研院所共建實訓基地，圍繞工業互聯網體系建設實訓環境，著重培養復合型人才。第四，借鑒國內外工程人才培養經驗，開設國際課程和國際周活動，授予國際學位。

3 總結

通過探索與實踐，課題組提出面向工業互聯網的工業物聯網專業培養方案，注重工業大數據特色的課程體系，編著了14本相關教材，探索了新工科實踐課程創新教學方法，并將實踐課程比例提升到40%，有效保證了人才培養質量，本科畢業生接近100%進入頭部公司、知名國企、海內外名校。

在以后的教學研究探索中將以新一代信息技術和制造業深度融合為主線，強化基礎能力，提高綜合水平，健全多層次人才培養體系。并注重將國內外前沿研究成果引入相關專業教學中。引進工業互聯網領域高級實踐人才作為兼職教師，加強“工業互聯網+”領域實踐教學。