國家職業技術技能標準下物聯網嵌入式學科教育教學探索

楊 露，康曉娜

（成都東軟學院 計算機與軟件學院，四川 成都 611844）

0 引言

物聯網技術的飛速發展給嵌入式系統的發展與應用提供了更廣泛的空間，為嵌入式相關課程的教學內容注入了新鮮血液。然而，物聯網技術在給嵌入式帶來新機遇的同時，也帶來了新的挑戰。物聯網工程是一門綜合性學科，涉及到智能感知、軟硬件開發、網絡通信、信息安全等多方面知識領域。由于學科的復雜程度，固守傳統的教學出現了一些不合時宜的問題，如缺乏專業針對性、創新意識薄弱；實踐教學課時不足，動手能力培養效果欠佳；學生就業易出現高不成、低不就現象等。這不利于創新性的物聯網人才的培養，無法迎合時代發展的需要。嵌入式軟硬件課程如何契合物聯網專業的教育教學，是從事物聯網教育的工作者面臨的新的難題[1,2]。如何實現學生專業能力、素質能力和工程能力的綜合性培養，需要在培養目標、課程體系以及教學方式上進行相應的改革及優化。

1 培養目標

明確培養目標（朝什么方向教）是教育教學過程中需把握的首要關鍵因素，是專業學科培養的方針導向。2021年10月，國家人力資源保障部、工業和信息化部正式頒布了《物聯網工程技術人員國家職業技術技能標準》（以下簡稱《國標》），實現了物聯網工程技術人員專業活動內容的規范細致描述。該技術人員的職業定義是從事物聯網架構、平臺、芯片、傳感器、智能標簽等技術的研究和開發，以及物聯網工程的設計、測試、維護、管理和服務的工程技術人員；職業方向有三個，其中之一則是物聯網嵌入式開發[3]。物聯網專業人才的培養應以《國標》為依據進行有實際意義的教育教學改革，做到與國家發展、社會需求接軌。

2 課程體系

職業標準以職業活動為導向，以專業能力為核心，尊重技術發展和人才成長規律，突出相關職業領域的核心理論知識、主流技術及未來發展要求。以《國標》作為指導方針，有據可循、有理可依，特點鮮明。參考《國標》中物聯網嵌入式方向初級和中級技術人員職業功能所對應的專業能力要求及知識要求，確立物聯網嵌入式方向的課程體系，制定相應的課程教學內容。物聯網工程專業的課程可分為學科基礎課和專業主干課[4]。學科基礎包括若干門計算機類及物聯網工程專業基礎性課程，如程序設計基礎（如C、Python 等）、計算機組成原理、計算機網絡、數據結構、操作系統、面向對象程序設計等，為計算機大門類的必修課程；物聯網專業導引課、物聯網概論、大數據與云計算基礎、人工智能基礎、移動應用開發等，為面向物聯網工程專業的基礎性課程。學科主干課程包含七門核心課程：智能感知技術、單片機原理與應用、物聯網嵌入式系統開發、實時操作系統應用開發，為物聯網軟硬件構建的技術性課程；物聯網通信技術、物聯網信息安全、物聯網組網技術，為物聯網通信組網技術性課程。課程體系及與《國標》中的職業能力映射關系如圖1所示。

圖1 物聯網嵌入式學科課程體系

《國標》中物聯網嵌入式方向的職業功能一是感知控制開發，智能感知技術、單片機原理與應用課程支撐物聯網嵌入式初級所對應的職業能力的映射；物聯網嵌入式系統開發、實時操作系統應用開發支撐中級指標的映射。物聯網通信技術支撐物聯網協議應用開發（職業功能二）和物聯網組網通信開發（職業功能三）的初級職業能力指標，物聯網信息安全、物聯網組網技術這兩門課程則對應高級能力指標。課程的知識點與能力要求見表1 所列。除必修課程外，可適當開設選修課程供學生進行進階學習，如結合實際項目的物聯網系統規劃與設計、物聯網工程實施與運維知識以及相關法律法規知識。

表1 課程知識點與能力要求

3 教學組織

CDIO 是國際工程教育發展的最新成果[5]。東軟學院在踐行CDIO（C-構思、D-設計、I-實現、O-運作）工程教育理念的基礎上，以“項目進課堂”為宗旨，實施“1321”學期設置（一個學年3 個學期，其中2 個理論學期，1 個實踐學期），強化實踐教學，推行任務驅動、項目導向等“學做一體化”的教學模式[6]。結合物聯網嵌入式方向的課程培養體系，理論學期實施以項目（三級項目）教學為導向的理論教學，以精講多練的方式完成學科基礎課和學科主干課的教學。實踐學期實施項目實訓教學，重在“實際應用”，按照教育教學規律實施達成職業技能的、面向行業應用的進階式項目實踐教學[7,8]。課程及項目的進程安排如圖2所示。

圖2 物聯網嵌入式學科學習進程

按照本科四年學制的安排，大一學年的理論學期完成學科的基礎課（計算機大類必修課），大一的實踐學期進行基本能力實訓，是基于學科基礎課的核心知識點運用和能力培養要求而設置的一個項目實訓，該實訓通常為程序設計類題目（如小游戲開發），培養和提升學生的計算機素養和編程基本功；大二學年完成學科基礎課（面向物聯網工程專業通識基礎課）以及部分學科主干課（物聯網軟硬件構建類），在實踐學期進行專業能力實訓一，即基于嵌入式課程群的應用系統開發類的實訓，通過實訓熟練掌握嵌入式軟硬件開發平臺及工具的使用，熟悉應用的開發流程，提升感知控制開發的能力；大三學年完成其余學科主干課，并進行實踐學習完成專業能力實訓二，基于組網通信的物聯網應用系統設計，掌握嵌入式物理設備組網通信的關鍵技術及實現。

學生在理論學期中掌握專業知識和關鍵技術，在小學期實訓中，完成應用系統設計、規劃、實施及應用創新，讓學生提出更多有創意的解決方案或開發出有新意的物聯網應用作品，通過對學生小學期實訓效果的評價和總結，積極推動優秀作品的成果轉化，參與科技競賽、成果專利申報等[9]。

大一至大三學年施行的基本能力實訓和專業能力實訓主要訓練學生綜合應用多門課程知識，培養專業核心綜合能力。在前三學年的學習基礎上，大四學年進行一個“壓頂石”項目，即學科綜合實訓，將物聯網嵌入式行業與崗位實際的項目轉換為可教學化的項目，可聯合企業開展定制培養，通過引入企業軟硬件開發平臺或教學資源，利用現有實驗室資源，對接職業標準，輔助特色小學期實訓課程的建設與改進，校企合作共同完成學生實踐教學任務，全面強化實踐技能和體驗崗位工程師構思、設計、實施、運行的工程能力，同時為畢業設計打好堅實的基礎。

4 結語

國家職業技術技能標準的頒布為物聯網嵌入式人才的培養提供了最新依據及培養方向。以《物聯網工程技術人員國家職業技術技能標準》為總指導方針，并按照我校踐行工程教育理念的教學工作特色，以培養學生物聯網嵌入式系統研究與應用能力和創新意識為動力，旨在明確現行該發展方向人才培養的關鍵要素和新思路，輔助培養應用型人才的課程體系的改進與完善，促進實踐平臺與科技活動平臺的搭建和運行[10]。同時，借提出的專業建設參考思路進行拋磚引玉，引出教育同仁的更多的關于物聯網人才教育教學的創新探索。