基于CDIO理論的物聯網工程專業教學改革研究

（隴東學院 信息工程學院，甘肅 慶陽 745000）

0 引 言

CDIO（Conceive Design Implement Operate, CDIO）是國際工程教育改革產生的一種工程教育模式，包含構思、設計、實現和運作四層含義，通過CDIO工程教育模式的培育，不僅可以使學生主動學習，而且還可以使學生用工程的思想將各門課程有機地聯系起來學習。CDIO工程教育的培養模式是將培養學生的能力分為工程基礎知識型、個人能力型、人際團隊能力型和工程系統能力型四個不同目標[1]，培養計劃按照四個不同目標設定了相應的培養模式及考核方式。CDIO包括了三個要素：一個愿景、一個大綱和十二條標準。一個愿景是能夠為所有學生提供基礎的工程教育思想；一個大綱是將整個CDIO教育流程具體化，使其教育模式的方向性更加明確，具有一定系統性；十二條標準是對整個工程教育模式指出了具體全面的工作細則、工作規范，對其實施及檢測做出了系統的、全面的指引，使得工程教育改革方法具體化、實踐可操作、數據可測量，這將對學生和教師都具有一定指導意義。CDIO具有工程教育理念先進、實踐操作性強、課程體系全面、可以更好地適應工程教育驅動的人才培養模式等優點[1]。因此，轉型發展中的地方型本科院校，建設物聯網工程專業這類工程應用實踐性較強的課程，可以采用CDIO的教育理念來開展教學方式方法的研究及創新。以CDIO理論為指導，對物聯網工程專業課程教學改革，培養學生的工程能力為主導，以物聯網專業學生應用能力的培養為目標，實現學生專業能力的職業化培養。

1 物聯網工程專業特點

物聯網（Internet of Things, IoT）即萬物聯網之意，主要解決物到物、人到物、人到人之間的互聯關系。物聯網工程專業是2012年頒布的普通高等學校本科專業目錄中的一個新專業，其屬于工學中的計算機大類[2]。計算機科學與技術是物聯網工程專業的基礎，物聯網工程專業不僅包含網絡工程方面的理論和技能，還應該具有電子信息工程、通信工程等相近學科的部分知識與技能。物聯網工程專業開設的課程可以分為基礎課和專業課兩大類，學生主要學習研究電子相關硬件和通信網絡彼此之間的作用、相互轉換的方法和技術，有著較強的工程實踐性。物聯網工程專業以萬物聯網為宗旨，以培養具有相關技能人才為目標，要求畢業生具備通信技術、傳感技術等信息領域專業知識，達到企業對工程技術人員的要求[3]。因此，高校專業課程設置與實踐教學體系的設計要圍繞專業基本能力的培養展開。

2 物聯網工程專業教學存在的問題

目前，國內已開設物聯網工程專業的院校都在探索該專業的培養方式方法，但仍沒有完善的培養方案可以參考。通過調研地方型二本院校物聯網工程專業開設情況，結合本校實際情況，認為物聯網工程專業教學存在以下問題：

（1）人才培養模式體系不夠完善。人才培養模式的設計是一個專業教學設置很重要的一部分，但由于學校自身資源匱乏等原因，設置適合應用型人才培養的課程實施模式時，理論與實踐教學課時分配不能滿足工程能力培養的要求。或者說，雖然有完善的教學課程體系、課程標準、課程內容、組織課堂教學、考核、評價，但實踐項目的工作過程、工作任務及職業能力培養如何有效地貫穿于物聯網課程教學的全過程，仍是一個值得思考的問題。

（2）師資力量薄弱。不同院校之間硬件設備及師資力量是不同的，這會使得物聯網工程專業的教學產生很大差異。比如，985、211院校的教學設備、師資力量都比較雄厚[4]，而普通二本院校在學習其成功教學案例時顯然是力不從心的。而物聯網工程專業作為一個新專業，在普通本科院校開設最大的問題就是師資力量匱乏，這個問題比較普遍。

（3）沒有完善的學生創新創業能力培養體系。物聯網工程專業是信息產業發展的產物，其對學生實踐應用能力要求比較高，而由于教師大多都是理論比較扎實，但是實踐應用能力不夠強，加上學校硬件資源缺乏，使得學生的學習過程大多局限于軟件仿真或者實驗箱模擬，這樣學生的工程實踐能力仍然沒有得到較大提高，更沒有創新能力的提高[5]。由于沒有完善的創新創業能力培養體系，學生對于各類創新創業項目及競賽更是望塵莫及，沒有信心嘗試與挑戰，這不符合應用型人才培養的目標[6]。

3 物聯網工程專業教學改革方案

物聯網工程專業的教學體系不夠完善，本文針對上述問題設計教學改革的具體思路：首先，調研并分析相關企業項目研究方向、項目設計內容、項目目標及員工工作技能要求，得出相關崗位對人才職業能力的要求，結合學校自身條件及人才培養特色，完善人才培養方案。其次，根據崗位對人才職業能力要求，構建課程體系、制定課程標準、設置課程內容、設計教學情境，對課程體系進一步優化。然后，通過與企業合作，加強師資培訓，不斷壯大物聯網工程專業教師隊伍，提高教師工程實踐能力。最后，優化課程建設管理機制。

3.1 明確物聯網工程專業人才培養目標定位

（1）人才培養目標。順應“互聯網+”和大數據時代信息技術的發展趨勢，分析社會對專業人才的需求，結合地方型本科院校人才培養特色及要求，確定適合本校本專業人才培養目標及定位，為后續專業建設及改革提供基礎和思路。

（2）人才培養方式。根據人才培養目標的要求，研究傳統人才培養方案及大綱，結合物聯網工程專業工程應用型人才培養的需求，培養對象應掌握相關專業知識及結構、知識點之間的邏輯關系、課程的先后學習順序，確定課程設置的邏輯關系及授課方式，同時確定相關課程的考核方式及教學體系評價辦法。

（3）人才能力培養宗旨。根據人才培養目標的要求，研究物聯網工程專業人才應具備的能力，及能力間的關系，確定應用型人才所需理論能力和實踐應用能力，有針對性地安排實驗課程和實踐課程，以達到CDIO教學理念的教學目標。

3.2 物聯網工程專業課程體系設置優化

（1）物聯網工程專業課程體系建設及創新。調研地方型本科院校物聯網工程專業建設的基本思路、常用教學方法、校企合作途徑、課程設置及教學評價標準，結合CDIO教學改革理念，提出更為科學、實用、合理的物聯網工程專業課程體系，進一步完善教學內容。

（2）物聯網工程專業特色課程、一流課程建設。一流專業建設及一流課程建設是當前專業建設及教學改革研究的重點，可以通過特色課程的設置，促進專業發展；通過一流課程的建設帶動其他課程的建設，重點將CDIO理念運用在教學改革、課程體系建設及一流課程建設中，使課程建設更具有研究價值和實用性。

3.3 體系結構優化后的課程教學與教師隊伍建設

（1）系統優化后的理論課程教學改革。面向應用型人才培養，研究理論教學應達到的深度及高度；運用現代化信息手段進行教學方式改革；采用線上線下混合式教學方式展開理論課程的教學；在理論教學中積極融入課程思政內容；理論教學應為實踐實驗教學做良好的理論基礎；理論教學效果的考核應采用更靈活、更多樣的方式進行全面的考核，應更注重工程實踐能力的考核。

（2）系統優化后的實驗實踐課程教學改革。對于物聯網工程類工科專業，其培養學生的重點是工程應用能力、實踐能力，因此實踐課程是教學改革的重中之重。實踐課程應重點研究新形勢下學生的社會實踐該如何展開，如何選擇理論性強且實踐應用豐富的主題；實驗教學在軟硬件設施不足時，可以用虛擬仿真系統來實施，以項目驅動學生思考、設計，可以達到更好的教學效果；實踐實驗教學的考試（考核）讓學生以小組為單位，小組成員分工協作完成一個具體項目。

（3）體系優化后的教師隊伍建設。隨著課程體系的變革，教師作為教學的主體，也需要做一些調整以適應新的課程體系。因而，急需建立一支專業水平、學歷結構、職稱結構、年齡結構、師生比例較為合理的師資隊伍，從而不斷提高物聯網工程專業師資整體水平，優化教學團隊，以主講教師帶動課程相關教師改變教學方法，使得課程建設能夠有創新性進步[6]。教師應以工程應用理念為驅動，通過運用視頻案例教學，啟發學生思考，讓學生參與到教學活動中，增加對學習內容的理解深度，同時調動學生視、聽、說能力協調發展，將教學內容以多維度、多視角方式呈現，提高學習效率。

3.4 體系優化后的課程建設管理機制研究

分析原有課程建設管理機制的優缺點，結合體系優化后的課程特點，分析課程優化中存在的問題、重點及難點。建立一套科學合理、切實可行的課程建設管理制度、考核制度、監控和獎懲機制，從而實現課程建設方案的可行化、可靠化和工程應用化管理，為后期課程改革及創新提供基礎和方向。

4 結 語

物聯網工程專業教學模式改革是物聯網技術發展的必然要求，積極尋求與企業合作，共同制定物聯網工程專業的人才培養方案和課程評價體系，共建實踐基地，讓企業與學校共同參與教學，是物聯網專業建設的方向。另外，教師可以借助學校平臺參加各級各類互聯網相關創新創業競賽和項目，主動引導，積極培養學生的創新創業能力，為社會培養出具有創新能力和工程應用能力的新一代信息技術人才。