新工科背景下地方高校基于CDIO的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)研究

周潤(rùn)苗 劉 鑫 李紅梅

（湖南應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 湖南常德 415000）

教高廳發(fā)布的“教育部辦公廳關(guān)于推薦新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目的通知”文件中明確指出，推薦新工科的目的是為了應(yīng)對(duì)新一輪科技、產(chǎn)業(yè)變革的挑戰(zhàn)，主動(dòng)服務(wù)國家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展和 “中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”等重大戰(zhàn)略實(shí)施，培養(yǎng)造就一批多樣化、創(chuàng)新型工程科技人才，支撐產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

李培根院士從新素養(yǎng)、新結(jié)構(gòu)、新方法三個(gè)方向解析了什么是新工科。新素養(yǎng)指的是多一點(diǎn)“形而上”，關(guān)聯(lián)力、想象力、宏思維、批判性思維；新結(jié)構(gòu)指的是重新審視專業(yè)的邊界，從專業(yè)的結(jié)構(gòu)、課程及知識(shí)體系等方面進(jìn)行邊界再設(shè)計(jì)；新方法主要提到了想象力學(xué)習(xí)、關(guān)聯(lián)、課堂之外、去中心化等。CDIO是構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）與運(yùn)作（Operate）縮寫，它以從產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的整個(gè)生命周期為載體，讓學(xué)生能通過主動(dòng)、實(shí)踐的方式對(duì)課程進(jìn)行有機(jī)的聯(lián)系來進(jìn)行學(xué)習(xí)。

2018年，CDIO工程教育聯(lián)盟年會(huì)暨新工科建設(shè)實(shí)施路徑研討會(huì)上，北京大學(xué)原常務(wù)副校長(zhǎng)王義遒教授作了“從應(yīng)用理科到新工科”的主題報(bào)告。王義遒認(rèn)為，新工科的核心在“融合”；在新工科的教育實(shí)踐層面，新工科建設(shè)關(guān)鍵在于能“融”且“專”；新工科人才要分層、分類、分段培養(yǎng)。如何結(jié)合CDIO思想從新素養(yǎng)、新結(jié)構(gòu)、新方法去設(shè)計(jì)分層、分類的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式，是本文的研究重點(diǎn)。

一、物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)特質(zhì)

（一）物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)特點(diǎn)分析

物聯(lián)網(wǎng)工程作為“新工科”專業(yè)之一，是一門交叉學(xué)科。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)無線通信網(wǎng)絡(luò)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、嵌入式控制等技術(shù)的集合。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)是一門涉及計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)、電子信息、測(cè)控、自動(dòng)化等學(xué)科的交叉專業(yè)。知識(shí)的綜合應(yīng)用和創(chuàng)新應(yīng)用是本專業(yè)的難點(diǎn)。

（二）市場(chǎng)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才的需求

美國《福布斯》雜志評(píng)論未來的物聯(lián)網(wǎng)將比互聯(lián)網(wǎng)大很多，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域人才缺口多達(dá)100W+，物聯(lián)網(wǎng)將被廣泛應(yīng)用于交通、物流、安防、電力、家居、醫(yī)療、礦業(yè)、軍事、農(nóng)業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域。

（三）物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)要求

結(jié)合市場(chǎng)需求和通過對(duì)湖南多所地方高校的人才培養(yǎng)方案進(jìn)行了研究，本文得出對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)要求為：該專業(yè)主要培養(yǎng)適應(yīng)國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的人才，要求具有較好自然人文科學(xué)基礎(chǔ)，能系統(tǒng)掌握物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行原理及相關(guān)理論、方法和技能，具備傳感、網(wǎng)絡(luò)、軟件開發(fā)、通訊及系統(tǒng)集成技術(shù)等專業(yè)知識(shí)，具有較強(qiáng)的理論與工程實(shí)踐能力，以及較強(qiáng)的團(tuán)隊(duì)協(xié)作、知識(shí)綜合運(yùn)用和技術(shù)創(chuàng)新能力，具有多領(lǐng)域和跨專業(yè)的交流、學(xué)習(xí)能力。[1-5]

二、物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的課程設(shè)置與能力培養(yǎng)

本文結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才要求具備的特質(zhì)，根據(jù)能“融”且“專”，人才分層、分類、分段培養(yǎng)精神，以學(xué)生應(yīng)用型技能為根本目標(biāo)，以學(xué)生的工程實(shí)踐創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)為整體目標(biāo)，根據(jù)CDIO培養(yǎng)大綱中培養(yǎng)工程師必須具備工程的基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力和工程系統(tǒng)能力三個(gè)層面來設(shè)計(jì)劃分專業(yè)的課程體系。

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的知識(shí)結(jié)構(gòu)和能力培養(yǎng)要求學(xué)生具有寬厚的人文數(shù)理基礎(chǔ)和更廣的問題空間與使命感。在學(xué)生的第一、二學(xué)年，重點(diǎn)在素質(zhì)教育和基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，以人文數(shù)理基礎(chǔ)方面的課程結(jié)合專業(yè)基礎(chǔ)課程來進(jìn)行教學(xué)；第三個(gè)學(xué)年，重點(diǎn)學(xué)習(xí)專業(yè)核心的相關(guān)內(nèi)容并注重工程實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；最后一學(xué)年主要是綜合實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)與畢業(yè)設(shè)計(jì)等。在專業(yè)課程上，其根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)體系分為兩個(gè)方向課程群，分別是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成、物聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)。學(xué)生可以根據(jù)自己的需求，選修其中一個(gè)或兩個(gè)方向課程群。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的課程體系與能力培養(yǎng)如圖1所示：

三、物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

本文按照CDIO理念，采用雙主體（學(xué)校和企業(yè)）共同構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)的動(dòng)態(tài)實(shí)踐模型。

（一）構(gòu)思：校企合作，根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)，課程設(shè)置構(gòu)建實(shí)踐課程體系，突出課堂教學(xué)、工程實(shí)踐、工程素養(yǎng)教育及創(chuàng)新應(yīng)用的有機(jī)融合。

（二）設(shè)計(jì)：校企合作構(gòu)建高水平實(shí)驗(yàn)室、創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)。

實(shí)驗(yàn)室分三類，分別為：專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的細(xì)節(jié)及原理進(jìn)行學(xué)習(xí)，其主要是產(chǎn)品形態(tài)、實(shí)驗(yàn)箱、開發(fā)板的教學(xué)；體驗(yàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，建立模擬真實(shí)的環(huán)境，讓學(xué)習(xí)者體驗(yàn)真實(shí)的實(shí)際應(yīng)用，主要是應(yīng)用套件、應(yīng)用模型和模擬仿真；實(shí)訓(xùn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，其以某一行業(yè)或?qū)嶋H應(yīng)用為模板，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，主要為應(yīng)用實(shí)訓(xùn)臺(tái)、開發(fā)實(shí)訓(xùn)臺(tái)、實(shí)訓(xùn)沙盤、智慧實(shí)驗(yàn)室、資源環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用套件等。

在校企合作搭建創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺(tái)上，湖南應(yīng)用技術(shù)學(xué)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(chuàng)飛谷平臺(tái)上擁有以社會(huì)需求、企業(yè)技術(shù)應(yīng)用、領(lǐng)域方向?yàn)榛A(chǔ)建設(shè)的大型案例庫，可供學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新學(xué)習(xí)；在該平臺(tái)也可進(jìn)行創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)，其通過具體的“十八個(gè)步驟”實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目全周期的管理，學(xué)生可在該平臺(tái)上進(jìn)行項(xiàng)目申請(qǐng)，得到專業(yè)的創(chuàng)業(yè)指導(dǎo)、實(shí)施項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)、實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目孵化等。

（三）實(shí)施：以CDIO理念為指導(dǎo)，以市場(chǎng)+就業(yè)需求為原則，校企合作，將整個(gè)實(shí)踐分為三級(jí)，通過對(duì)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)行業(yè)進(jìn)行調(diào)研與分析，根據(jù)企業(yè)真實(shí)案例和物聯(lián)網(wǎng)競(jìng)賽相關(guān)題目，確定物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的一級(jí)項(xiàng)目庫，并以此為標(biāo)準(zhǔn)制定相關(guān)的二級(jí)項(xiàng)目及課程項(xiàng)目的內(nèi)容。其基于CDIO 工程理念，以項(xiàng)目為導(dǎo)向，將一級(jí)項(xiàng)目案例庫的建設(shè)貫穿于專業(yè)的四個(gè)教學(xué)年度中；把一級(jí)項(xiàng)目按照技術(shù)模塊進(jìn)行劃分，建設(shè)成二級(jí)項(xiàng)目案例庫，再將二級(jí)項(xiàng)目進(jìn)行細(xì)化分級(jí)到某個(gè)課程的實(shí)踐；隨著物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的更新，一級(jí)項(xiàng)目案例庫也會(huì)更新，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)上會(huì)選擇新的應(yīng)用，在開發(fā)實(shí)現(xiàn)中用到最新的理論、技術(shù)和工具。

（四）運(yùn)作：校企協(xié)同對(duì)實(shí)踐的各環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)施，結(jié)合用人單位的反饋意見來評(píng)價(jià)畢業(yè)生質(zhì)量，根據(jù)畢業(yè)生質(zhì)量來反向更新實(shí)踐培養(yǎng)目標(biāo)及一、二、三級(jí)項(xiàng)目庫，以更高質(zhì)量的培養(yǎng)市場(chǎng)所需人才。

實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)具體模型如圖2所示：

四、具體實(shí)施效果

按照這種課程體系進(jìn)行人才培養(yǎng)，我院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的教學(xué)已初見成效，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)17、18級(jí)學(xué)生在學(xué)科競(jìng)賽、藍(lán)橋杯大賽、物聯(lián)網(wǎng)大賽中嶄露頭角，在研創(chuàng)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目申報(bào)中取得了較好的成績(jī)。但是，隨著市場(chǎng)的變換，專業(yè)需求也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變換。該專業(yè)的培養(yǎng)模式也會(huì)逐步完善，以培養(yǎng)更好的符合市場(chǎng)需求的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)高質(zhì)量人才。