新工科背景下地方高校基于CDIO的物聯網工程專業人才培養研究

周潤苗 劉 鑫 李紅梅

（湖南應用技術學院 湖南常德 415000）

教高廳發布的“教育部辦公廳關于推薦新工科研究與實踐項目的通知”文件中明確指出，推薦新工科的目的是為了應對新一輪科技、產業變革的挑戰，主動服務國家創新驅動發展和 “中國制造2025”“互聯網+”等重大戰略實施，培養造就一批多樣化、創新型工程科技人才，支撐產業轉型升級。

李培根院士從新素養、新結構、新方法三個方向解析了什么是新工科。新素養指的是多一點“形而上”，關聯力、想象力、宏思維、批判性思維；新結構指的是重新審視專業的邊界，從專業的結構、課程及知識體系等方面進行邊界再設計；新方法主要提到了想象力學習、關聯、課堂之外、去中心化等。CDIO是構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）與運作（Operate）縮寫，它以從產品研發到產品運行的整個生命周期為載體，讓學生能通過主動、實踐的方式對課程進行有機的聯系來進行學習。

2018年，CDIO工程教育聯盟年會暨新工科建設實施路徑研討會上，北京大學原常務副校長王義遒教授作了“從應用理科到新工科”的主題報告。王義遒認為，新工科的核心在“融合”；在新工科的教育實踐層面，新工科建設關鍵在于能“融”且“專”；新工科人才要分層、分類、分段培養。如何結合CDIO思想從新素養、新結構、新方法去設計分層、分類的物聯網工程專業人才培養模式，是本文的研究重點。

一、物聯網工程專業特質

（一）物聯網工程專業特點分析

物聯網工程作為“新工科”專業之一，是一門交叉學科。物聯網技術是互聯網、移動無線通信網絡、傳感器網絡、嵌入式控制等技術的集合。物聯網專業是一門涉及計算機、通信技術、電子信息、測控、自動化等學科的交叉專業。知識的綜合應用和創新應用是本專業的難點。

（二）市場對物聯網工程專業人才的需求

美國《福布斯》雜志評論未來的物聯網將比互聯網大很多，物聯網技術領域人才缺口多達100W+，物聯網將被廣泛應用于交通、物流、安防、電力、家居、醫療、礦業、軍事、農業等各個領域。

（三）物聯網工程專業學生培養要求

結合市場需求和通過對湖南多所地方高校的人才培養方案進行了研究，本文得出對物聯網工程專業學生的培養要求為：該專業主要培養適應國家戰略性新興產業和經濟社會發展的人才，要求具有較好自然人文科學基礎，能系統掌握物聯網的運行原理及相關理論、方法和技能，具備傳感、網絡、軟件開發、通訊及系統集成技術等專業知識，具有較強的理論與工程實踐能力，以及較強的團隊協作、知識綜合運用和技術創新能力，具有多領域和跨專業的交流、學習能力。[1-5]

二、物聯網工程專業的課程設置與能力培養

本文結合物聯網工程專業人才要求具備的特質，根據能“融”且“專”，人才分層、分類、分段培養精神，以學生應用型技能為根本目標，以學生的工程實踐創新能力和綜合素質為整體目標，根據CDIO培養大綱中培養工程師必須具備工程的基礎知識、個人能力和工程系統能力三個層面來設計劃分專業的課程體系。

物聯網工程專業的知識結構和能力培養要求學生具有寬厚的人文數理基礎和更廣的問題空間與使命感。在學生的第一、二學年，重點在素質教育和基礎知識的學習，以人文數理基礎方面的課程結合專業基礎課程來進行教學；第三個學年，重點學習專業核心的相關內容并注重工程實踐創新能力的培養；最后一學年主要是綜合實訓、實習與畢業設計等。在專業課程上，其根據物聯網知識體系分為兩個方向課程群，分別是物聯網系統集成、物聯網移動應用開發。學生可以根據自己的需求，選修其中一個或兩個方向課程群。物聯網工程專業的課程體系與能力培養如圖1所示：

三、物聯網工程專業實踐環節設計

本文按照CDIO理念，采用雙主體（學校和企業）共同構建物聯網專業人才培養的動態實踐模型。

（一）構思：校企合作，根據培養目標，課程設置構建實踐課程體系，突出課堂教學、工程實踐、工程素養教育及創新應用的有機融合。

（二）設計：校企合作構建高水平實驗室、創新實踐平臺。

實驗室分三類，分別為：專業教學實驗室，學生對物聯網相關技術的細節及原理進行學習，其主要是產品形態、實驗箱、開發板的教學；體驗教學實驗室，建立模擬真實的環境，讓學習者體驗真實的實際應用，主要是應用套件、應用模型和模擬仿真；實訓教學實驗室，其以某一行業或實際應用為模板，采用物聯網技術實現，主要為應用實訓臺、開發實訓臺、實訓沙盤、智慧實驗室、資源環境物聯網應用套件等。

在校企合作搭建創新創業平臺上，湖南應用技術學院與廣州飛瑞敖電子科技有限公司建立了校企深度合作。該公司的創飛谷平臺上擁有以社會需求、企業技術應用、領域方向為基礎建設的大型案例庫，可供學生進行創新學習；在該平臺也可進行創業項目實戰，其通過具體的“十八個步驟”實現項目全周期的管理，學生可在該平臺上進行項目申請，得到專業的創業指導、實施項目實戰、實現項目孵化等。

（三）實施：以CDIO理念為指導，以市場+就業需求為原則，校企合作，將整個實踐分為三級，通過對物聯網相關行業進行調研與分析，根據企業真實案例和物聯網競賽相關題目，確定物聯網工程專業的一級項目庫，并以此為標準制定相關的二級項目及課程項目的內容。其基于CDIO 工程理念，以項目為導向，將一級項目案例庫的建設貫穿于專業的四個教學年度中；把一級項目按照技術模塊進行劃分，建設成二級項目案例庫，再將二級項目進行細化分級到某個課程的實踐；隨著物聯網相關技術的更新，一級項目案例庫也會更新，在項目設計上會選擇新的應用，在開發實現中用到最新的理論、技術和工具。

（四）運作：校企協同對實踐的各環節進行實施，結合用人單位的反饋意見來評價畢業生質量，根據畢業生質量來反向更新實踐培養目標及一、二、三級項目庫，以更高質量的培養市場所需人才。

實踐環節設計具體模型如圖2所示：

四、具體實施效果

按照這種課程體系進行人才培養，我院物聯網工程專業的教學已初見成效，物聯網工程專業17、18級學生在學科競賽、藍橋杯大賽、物聯網大賽中嶄露頭角，在研創、創新創業項目申報中取得了較好的成績。但是，隨著市場的變換，專業需求也會發生相應的變換。該專業的培養模式也會逐步完善，以培養更好的符合市場需求的物聯網工程專業高質量人才。