基于PBL的物聯網工程專業學生創新能力培養研究

摘 要：在“新工科”建設的背景下，圍繞著培養物聯網工程專業應用型高級技術人才的目標，以PBL教學法和協同創新理念為指導思想，探究物聯網工程專業人才培養的新模式。通過構建物聯網智慧學習工廠推進產教融合力度，升華和革新校企合作模式，強化本科生創新能力，為物聯網工程專業學生創新能力培養提供了一種思路。

關鍵詞：PBL；物聯網工程；智慧學習工廠；產教融合；創新能力；教育體系改革

中圖分類號：TP3-05 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）10-0-03

0 引 言

黨的十九大報告指出，創新是推動現代化經濟發展的主要驅動力[1]。日本、歐美等國家和地區已經進行了大量的物聯網關鍵技術研究，2016年，中國政府明確把物聯網和大數據等核心技術納入了“十三五”規劃。在物聯網產業鏈迅猛發展的背景下，為了推進我國物聯網核心技術的發展，急需培養具備物聯網技術創新思維及實踐能力的高級人才。近年來，國家極其重視高校創新創業教育改革，因此對物聯網工程專業在創新創業教育方面的改革與探索十分必要。

1 物聯網工程人才培養現狀

當前，國內外許多高校都在積極探索教學模式的改革，但也暴露出一些現實問題，主要體現在以下3個方面：

（1）物聯網工程專業如何進行創新創業教學實踐改革。隨著“大眾創新，萬眾創業”號召的提出，各高校相繼開展“互聯網+”“大學生創新創業”等項目，物聯網工程專業作為國家重點發展的戰略性新興產業學科，其技術的創新性和復合型適用于大學生創新創業項目，但技術如何與企業接軌是實現物聯網工程專業創新創業教育所必須解決的關鍵問題。

（2）多樣化專業培養方式亟需深化[2]。物聯網工程專業是一個綜合性學科，知識覆蓋面廣，當前學生培養方式較單一，不能調動學生的主觀能動性，因此急需探索多樣化的培養模式，提供個性化的教育方式。

（3）創新創業課程實踐環節亟需整合優化。物聯網工程專業具有很強的實踐性，由于物聯網工程專業實踐環節未能滿足新時代的社會需求，導致實踐實訓內容和社會需求存在一定的脫節[3]。針對目前物聯網工程專業人才培養模式中存在的問題，急需以“新工科”建設為引領[4]，在物聯網應用、云計算和大數據等領域深入探索研究創新創業教育體制和人才培養機制教學改革模式，打破傳統單一教學模式，融合PBL與協同創新教育理念和教學方法，建設“面向應用”的物聯網專業的新型教學體系，構建滿足本專業需求的創新創業教學平臺。

2 基于PBL與協同創新的物聯網工程專業創新創業教育體系改革

2.1 基于PBL創新能力培養優化

PBL是指基于實踐、問題及項目的一種動態教學方法，其核心是以學生為中心，有效培養學生的創新精神和創新能力，促使學生使用科學的觀點及方法探究復雜的工程問題，主動獲取知識，積極思考問題。在長期研究與實踐中，以PBL和協同創新理論為基礎，并結合物聯網專業的實際情況，提出一種面向應用型、復合型人才培養新模式，如圖1所示。整合校內外教學資源，將基于PBL的創新創業教育模式融入人才培養框架中，實施分類、分層的個性化教學。

物聯網專業的人才培養目標要求學生不僅具有扎實的理論知識和優秀的實踐能力，更要求學生具有包括基礎能力、應用能力、工程能力及崗位能力的思維創新應用能力，以解決復雜的工程問題。

培養學生的基礎能力，強化學生的工匠精神。改革現有課堂教學模式和實踐教學體系，利用智慧學習工廠或網課、慕課等線上資源面向低年級學生開設基于項目案例引導的創新創業通識課程，通過設置交叉學科復合課程、個性化課程和實踐實訓環節，激發學生的創新思維及感性認識，增強學生的創新精神和創業意識。

校企合作，一課雙師，改革單一教學模式。聘請企業技術人員擔任導師進行技術指導，設計基于實際工程的實踐項目，產教融合將新技術、新知識及時融入教學進行應用能力培養。

結合社會需求，通過產教融合強化工程能力[5]，培養創新思維。面向有項目成果的學生團隊提供資金支持，選拔優秀的創新項目分層次、分級孵化，并進行跟蹤服務，進一步提高創新創業的成功率[6]。

一專多能，多崗位遷移能力及創新精神的培養。通過產教融合基地進行專業見習、職業素養培訓及多崗位綜合實訓，學生通過工程實踐學習專業技能和技術，體驗崗位工作內容[7]。

基于PBL的物聯網工程專業創新能力培養模式將學生的工程實踐能力、職業崗位能力及創新思維能力作為人才培養的核心，從而保障本專業學生高質量就業。

2.2 構建“智慧學習工廠”，加強物聯網工程的“多元”教學資源開發框架建設

根據物聯網專業多學科融合、重應用、重實踐的特點，依托“產教融合、校企合作”突破傳統學習場景的桎梏，建設物聯網智慧學習工廠，如圖2所示。系統由自主學習模塊、智慧學習工廠模塊、教學評價與反饋等主要模塊組成。通過項目案例視頻演示、任務引導、設備詳解、應用搭建、代碼二次開發、系統測試等方式培養學生的創新思維及系統開發能力。智慧學習工廠中包括以“成果為導向”建設的智能

農業、智能家居、智慧交通等物聯網典型案例。例如，在物聯網智慧學習工廠搭建智能家居應用，通過建立網關通信，發送指令獲取采集器數據并控制繼電器通道的開關，或者設置閾值，智能控制設備開關等，讓學生掌握智能硬件的選型，了解智能農業系統的搭建步驟。

智慧學習工廠中設計了基于項目基礎開發、專項開發、應用拆解、綜合案例等多層次、全過程的多元教學資源。首先，學生通過智慧學習工廠中基礎及專項開發等案例，掌握實際物聯網項目搭建流程，幫助學生掌握和理解開發過程，培養學生的系統開發能力。接著按照應用進行拆解，通過硬件設備選型、綜合設計、實例解析及代碼二次開發等將物聯網各部分知識串聯起來搭建綜合物聯網系統。最后通過項目測試、評價及問題、分析討論使學生了解實際工程項目開發全過程及技術瓶頸，培養學生的創新思維能力。智慧學習工廠解決了以往課程內容相對獨立、實踐內容相關性弱、課程知識銜接性弱等問題。通過智慧學習工廠多元教學資源開展基于物聯網典型案例的產教融合特色教學，同時通過建立校企合作高校科技創新團隊和工作室，和企業簽訂協同育人合同，聘請企業導師進行技術指導，企業導師入校進行基于真實工程項目的實踐培訓，企業支持舉辦物聯網學科競賽等，使教學內容與社會需求緊密結合。

物聯網智慧學習工廠打破了傳統封閉、單一的教學模式，形成了“以項目為抓手”的理論教學、工程項目實踐和創新能力培養相結合的教學特色，打通了企業與高校對接、溝通的渠道，督促學生積極參與創新活動和創業實踐。

2.3 基于PBL和協同創新的實踐教學改革

創新精神是創新的靈魂與動力，借鑒CDIO教育理念[8]，基于物聯網體系結構及核心技術，進行實踐教學內容設計及教學方法改革，構建“基礎層＼專業層＼綜合設計＼創新思維”分層遞進式學生創新實踐能力培養體系，如圖3所示。

在學生實踐教學的不同階段設置不同層次的物聯網專業實踐課程，使驗證性實驗、設計性實踐項目、大學生創新創業項目、畢業實習、學科競賽及畢業設計等實踐環節通過典型物聯網項目銜接貫通。通過漸進式實踐能力培養使學生循序漸進地學習、實踐，最終掌握物聯網核心技術，實現物聯網系統復雜工程的開發和應用，增強實踐創新能力。

2.4 依托優勢學科，校企合作優化師資隊伍

根據物聯網技術發展的社會需求和人才培養方案，培養一支知識結構多元化、學緣結構合理、學歷層次高的教學隊伍[9]。針對物聯網教學、實踐、學科競賽、雙創等各環節，建立由學業導師和企業導師組成的雙師指導機制，與企業合作編寫基于工程項目案例的教材。企業導師進行學術前沿講座和實踐培訓，對學生進行學業指導、學科前沿技術指導、創新創業項目技術指導及學科競賽輔導，提高學生的工程問題解決能力，培養學生的創新思維。

3 結 語

新一輪科技革命和產業變革下，構建復合型創新工科人才是高校教學改革的方向[10]。結合物聯網專業特點和“新工科”人才培養需求，提出了基于PBL的物聯網工程專業學生創新能力培養模式，為突破物聯網行業人才培養中的瓶頸提供理論支撐；搭建了物聯網智慧學習工廠，深化產教融合力度，構建崗位能力要求與專業課程對應的職業能力培養與學習情境，為物聯網工程專業人才培養提供實踐指導；以項目為紐帶，搭建全過程遞進式實踐教學體系，通過實際工程項目開發、學生創新創業項目及學科競賽引導實踐創新，深化改革校企合作模式。通過多年教學實踐證明，該模式對學生創新思維及創業能力培養起到了積極作用。本科生創新創業項目申報獲批及學科競賽獲獎數年均29項，其中，國家級獎項12項，省部級獎項17項，分別較往年提高10.2%和15.3%；近3年學生發表學術論文12篇，申請專利及軟件著作權27件，分別較以往提高35.3%和29.8%。近3年的實踐表明，基于PBL的物聯網工程專業學生創新能力培養新模式能夠全方位鍛煉學生的實踐能力和創新意識，為培養適應新時代物聯網產業發展的工科人才提供了借鑒方案。

參考文獻

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