物聯網工程專業應用型人才培養模式探析

肖賢建 李曉芳 莊燕濱 莊華 李曙英

摘要：介紹國內外物聯網工程專業的建設情況，針對專業建設的一些問題，結合物聯網工程專業建設過程及行業特色，對該專業的培養目標、培養方案、課程設置、人才培養模式和教學資源的建設提出建議。

關鍵詞：物聯網；專業建設；培養方案；課程體系；創新創業

1、背景

被稱為下一個億萬級產業的物聯網已成為全球科技人員和政府決策部門持續關注的熱點，相關產業研討和學術交流如火如荼。在教育界，高校物聯網工程人才培養工作得到國家的大力支持。《國家中長期教育改革與發展規劃綱要（2010—2020）》提出“促進高校辦出特色，建立高校分類體系，實行分類管理”，“建立現代職業教育體系”，建立產教融合和協同創新機制，推動地療高等學校更好地服務區域經濟社會發展。

2、國內外高校相關專業情況

物聯網理念最早可追溯到1995年比爾·蓋茨的《未來之路》一書。在《未來之路》中，比爾·蓋茨已經提及“物互聯”。1998年，美國麻省理工學院創造性地提出了當時被稱作EPC系統的物聯網構想。1999年，在物品編碼、RFID技術和互聯網的基礎上，美國Auto-ID中心首先提出物聯網概念。IBM在2008年提出“智慧地球”概念后，“智慧地球”框架下多個典型智能解決方案已經在全球推廣。歐盟于2009年6月發布了全球首個國家級物聯網發展戰略規劃。日本和韓國等發達國家也都分別提出“U-Japan”和“U-Korea”信息化戰略。以上核心內容都是利用無所不在的泛在網絡技術實現人與人、物與物、人與物之間的連接，讓民眾可以隨時隨地享受智慧服務。

物聯網專業作為一個全新學科，受到教育部和各高校的高度重視。在2012年最新頒布的普通高等學校本科專業目錄中，物聯網工程專業屬于工學中的計算機大類，標準學制4年，畢業后授予工學學士學位。2010年7月，教育部批復首批30個物聯網工程本科專業。2011年至2014年，教育部又分4批審批了近350個物聯網工程本科專業。同時，許多高職高專紛紛設立物聯網專業，僅2014年1月公布的一批高等職業學校專業設置備案結果中，就有264所學校開設了物聯網應用技術專業。至今，開設物聯網工程專業的高校已達600余所。如何建設好物聯網工程專業，為我國物聯網戰略新興產業的發展培養高質量人才成為各界關注的焦點。

圍繞物聯網工程專業建設和人才培養的一系列問題，2010年，教育部計算機教指委牽頭，聯合首批建設物聯網工程專業的30所高校成立了物聯網工程專業教學研究專家組，對物聯網工程專業的發展戰略、教學規范、實踐教學規范進行了研究，并發布了《高等學校物聯網工程專業發展戰略研究報告暨專業規范（試行）》和《高等學校物聯網工程專業實踐教學體系與規范（試行）》。物聯網專業是一門交叉學科，涉及計算機、通信技術、電子技術、測控技術等專業基礎知識以及管理、軟件開發等多方面內容，對于這個處于摸索階段的新興專業，各校都在根據自身的特色不斷探索和修訂物聯網工程專業人才培養方案。

3、人才培養模式與課程體系設置

3.1人才培養模式

物聯網是計算機技術與電子學科、智能學科緊密結合，在各行各業進行更深層次應用的必然產物，其結構可分為感知層、網絡層與應用層。但是，不同學科對物聯網的理解各有側重，例如電子信息學科注重物聯網技術的“感知”與“網絡”，兼顧應用，其目標是多傳感器協同獲取目標信息，又稱傳感網技術；而計算機學科則注重“網絡”與“應用”，兼顧“感知”，其目標是全面感知現實世界并開發智能應用，稱為物聯網工程。正因如此，各校都在根據自身的學科優勢，不斷探索和修訂物聯網工程專業人才培養模式。

常州工學院于2012年獲批成立物聯網工程專業并于當年招生。該專業依托學校計算機科學與技術、軟件工程、通信工程、電子信息工程、自動化、電子科學與技術等重點優勢學科建立，這些學科和專業從不同研究方向對物聯網工程專業形成有力支撐。特別是計算機科學與技術和軟件工程學科，面向地方經濟發展和信息化建設需求，以網絡化、信息化、智能化計算機技術及應用為學科建設主線，培養適應地方經濟建設需要、具備國際視野的應用型人才，構建“校企一體化”軟件工程卓越人才培養模式。學校物聯網工程專業充分利用現有培養基礎，遵循“工程應用型”模式制訂專業培養方案，加強工程實踐能力的培養，注重學生創新、創業能力的培養，通過提高學生創新和創業能力來鞏同已有的物聯網專業知識，形成將理論學習與運用創新相結合的良性循環。

3.2課程體系設置

物聯網工程專業的課程體系沒置必須落實本專業的培養目標和要求，堅持“課程精，實驗強”的專業課程建設原則。物聯網工程專業開設的課程主要包括基礎課和專業核心課，涵蓋計算機系列課程、信息與通信工程、模擬電子技術、物聯網技術及應用、物聯網安全技術等幾十門課程。

根據人才培養要求并借鑒國內知名高校的物聯網工程專業課程體系建設經驗，學校物聯網工程專業的課程體系設置及其銜接關系如圖1所示。總體上，物聯網工程專業教學大綱分為6個模塊。

1）通識教育課程。

根據學校的統一部署及中宣部、教育部文件精神，學校安排思想政治理論課；大學英語教學實行大學英語I、Ⅱ和大學英語選修，共分三級；數學物理類課程按機電類專業標準開設高等數學、線性代數、概率論與數理統計、工程數學、大學物理和大學物理實驗。

2）學科平臺課程。

開設電子線路CAD實踐、C程序設計I和Ⅱ：根據建立相近專業課程群原則，由電路分析、模擬電子技術、數字電子技術、電子技術實驗、信號與系統、通信原理、單片機原理及應用、操作系統、數據結構與算法、數據庫系統概論、Java程序設計等課程組成全院大平臺課程。為滿足物聯網工程專業的學科交叉共性要求，學校開設了數字信號處理和傳感器原理與檢測技術課程。

3）專業核心課程。

專業核心課程突出體現物聯網工程的感知識別層、網絡構建層、管理服務層和行業應用層等4個層次的核心課程，開設課程為嵌入式系統開發及應用、無線傳感網原理與應用、物聯網工程規劃與設計、ZigBee網絡原理與應用開發和移動應用開發。

4）專業選修課程。

在專業核心課程的基礎上，學校開設了硬件方向、軟件方向的選修模塊。硬件方向課程包括射頻技術與RFID、微波技術與天線、硬件描述語言、DSP原理與應用、人工智能原理及其應用；軟件方向課程包括云計算技術、計算機網絡與協議、通信與網絡安全技術、物聯網工程規劃與設汁、數據融合技術、網絡仿真技術。

5）集中性實踐環節。

該環節主要由IT類學生必備知識培養環節、物聯網工程專業學生實踐能力培養環節、學生工程實踐能力培養環節和學生綜合實踐能力培養環節等4部分組成。第1部分由電子實習I、電子線路CAD實踐、數字電子技術課設、C程序設計課設和單片機技術課設構成；第2部分由嵌入式系統綜合實踐和無線傳感網原理與應用課設構成；第3部分由專業認識實踐、物聯網工程綜合實踐和物聯網工程規劃與設計課設構成；第4部分由創新創業實踐、畢業實習和畢業設計構成。

6）素質教育課程。

按照常州工學院本科生素質學分管理辦法等有關規定，學校開設軍事理論、軍訓、形勢與政策、社會實踐等素質教育課程，共計l3學分

本專業的培養方案本著“卓越工程師”目標設置，采用“校企一體化”培養模式，以工程教育背景設置教學計劃。在第7學期14～19周的物聯網工程綜合實踐和物聯網工程規劃與設計課程中，學生將在校內企業常工富藤科技有限公司開展實踐。第8學期將繼續加強學生理論與實踐的結合能力，在校內外企業的工程化訓練平臺上完成畢業設計。在培養方案中，學校要求學生4年必須修滿創新創業2學分，積極引導學生參加各類專業競賽，以競賽促學習。

4、專業應用型人才培養新方案的特色

物聯網工程專業培養方案以模塊化方式組織教學，突出工科本科學生在通識教育和素質教育方面應掌握的知識；學科平臺和專業核心課程注重培養物聯網專業學生最核心的基礎知識；專業選修和集中性實踐環節則強化其應用能力的培養。

依托學校“校企一體化”訓練平臺，培養方案突出了工程培養理念。從大一入學開始，學生即修創新學分，由雙師型導師領隊，高年級學生和低年級學生形成創新競賽梯隊，目前已有常芯隊、機器人隊等5個隊伍，每隊由2～3人組成，采用實踐創新梯隊導師制。第7學期14～19周的培養由校內和校外企業開設物聯網項目工程設計；第8學期由企業副高以上職稱的企業老師和高校教師聯合指導畢業設計。

4.1專業特色課程設置

1）無線傳感網原理與應用。

本課程圍繞無線傳感網絡的基本原理，主要介紹網絡支撐技術（物理層、MAC、路由協議、協議標準）、服務支撐技術（時間同步、節點定位、容錯技術、安全設計、服務質量保證）及應用支撐技術（網絡管理、操作系統以及開發環境）等，探討無線傳感器網絡的開發和應用。

2） ZigBee網絡原理與應用開發。

本課程是物聯網工程專業學生掌握和運用短距離通信技術以及具體網絡的一門課程，深入講述ZigBee網絡的體系結構和工作原理，涉及ZigBee的物理層、MAC層、網絡層、應用層及ZigBee安全服務特性。

3）嵌入式系統開發及應用。

該課程以ARM和Linux為重點，詳細討論嵌入式系統的基本原理和主要技術，特別是嵌入式系統的操作系統及軟件開發。

4）移動應用開發。

該課程介紹SIM卡編程環境所需的應用技術，內容包括如何在應用環境中設計、建立和集成SMS短消息應用；如何創建能夠充分利用SIM卡功能的代碼；如何在3G電話中使用微瀏覽器和微Web服務器；如何在現代網絡中建立具有前導性的移動商務應用；如何從服務器或筆記本上發送和接收SMS短消息；如何使用接f1和其他必需的組件；如何為公司網絡及VPN創建安全的無線應用。

5）物聯網工程規劃與設計。

該課程結合應用背景，介紹硬件系統集成、軟件系統集成、軟件工程設計方法、接口技術、總線技術、系統優化等技術。

4.2專業特色實踐

物聯網工程專業具有面向行業的強應用特點。該專業的實驗和實踐一般可以按照認知實驗、驗證實驗和綜合實踐逐級深化，最終設計和實現一個有創意的智能系統。

1）應用認知實驗。

該實驗結合各種物聯網典型應用，按照物聯網體系架構可視化強的特點進行實驗，學生從中體驗物聯網概念和技術，激發學習興趣。

2）專業實驗。

該實驗體系分為無線傳感網實驗、無線射頻識別（RFID）實驗、嵌入式和短距離通信網絡實驗等。

3）綜合應用創新實驗。

學生可以根據自己的創意進行系統設計，提出技術路線和實現手段，在創新活動室中自制模塊搭建系統，例如學生搭建的智能魚缸生態監控系統和名貴花卉監控系統。其中名貴花卉監控系統中的蘭花精靈系統在全國大學生物聯網設計競賽華東分賽區決賽中獲得一等獎。

5、結語

物聯網工程專業注重培養知識結構合理，具備扎實的電子技術、傳感技術、通信網絡理論、信息處理技術、汁算機技術等基礎理論，掌握物聯網系統的分析與設計等專門知識和技能，具有一定的系統集成與優化等方面的綜合素質，具備在本專業領域跟蹤新理論、新知識和新技術的能力以及較強的創新實踐能力的應用型人才。學校從大一開始開展學校和企業雙導師，結合工程項目，依托大學生創新實踐基地和物聯網綜合實踐基地展開人才培養，效果明顯。