“面向雙創、項目驅動”的物聯網工程專業實驗課程體系研究

張會兵+潘芳+林煜明

摘 要：針對物聯網工程專業多學科融合與集成創新的特性，結合國家“雙創”戰略，研究物聯網工程專業實驗課程體系設計中的關鍵問題，分析實驗課程要素的關系，構建項目驅動的實驗課程內容并說明其設計方法和過程，為構建物聯網工程專業實驗課程體系提供參考。

關鍵詞：物聯網工程；項目驅動；知識點融合

文章編號：1672-5913（2017）07-0144-05

中圖分類號：G642

0 引 言

物聯網驅動產業發生變革的趨勢已經形成，物聯網已經從概念解讀逐步向產業探索與實踐演變[1]。據國際知名電信運營商沃達豐發布的《物聯網應用晴雨表2016》披露：在調研的1 000多家企業中，有63%的企業表示物聯網給其帶來可觀的收益。隨著產業的發展，對物聯網工程專業人才的需求在數量和質量上都提出了更高的需求，如何培養出能夠“解決復雜工程問題”能力的“雙創”型人才成為擺在高校面前的一個迫切任務[2-5]。

中國工程院院士鄔賀銓指出：物聯網不是網絡，而是應用和業務。換言之，物聯網體現的是在技術融合基礎上的應用創新、智慧服務和系統集成創新[6]。由此可以看出，物聯網工程專業具有兩個明顯的基本特征：多學科融合與集成創新。從支撐技術和學科知識來源講，物聯網橫跨計算機科學與技術、控制科學與工程、電子科學與技術、信息與通信工程等多個學科，是典型的多學科融合；從應用實踐來講，物聯網強調與產業、行業結合，應用物聯網技術、理念來改造傳統產業，通過精準、高效的信息流來重構產業業務流，通過應用創新和智慧服務來促進產業轉型升級，并由此創造更高的效益。這兩個特征互為因果，共同構成了物聯網工程專業課程體系建設的兩塊基石。

當前，“大眾創業，萬眾創新”（雙創）的理念已深入人心，為更好地推動“雙創”向更高層次、更廣領域發展，對高校人才的培養提出了新的要求：高校的專業建設應體現“雙創”的要求，高校的畢業生應引領“雙創”的潮流。物聯網工程專業多學科融合與集成創新的特征天然地契合“雙創”需求，如何將專業特點轉化為專業特色和優勢、提升“雙創”型物聯網工程人才培養質量成為物聯網工程專業建設的一個核心問題。

物聯網工程的專業特點決定了實驗（本文中除需要專門指出的地方，統一用實驗來涵蓋實踐、實訓、學科競賽、項目研發等）課程體系的特殊重要性。從一定意義上講，能否依據專業特點來構建特色鮮明、優勢突出的實驗課程體系是決定專業建設好壞的關鍵。

1 “面向雙創、項目驅動”的實驗課程要素之間的關系

創新創業對學生能力的培養，尤其是對專業核心實驗能力提出了新的更高要求，而層次清晰、銜接有序、行業導向的應用項目設計是培養學生專業核心實驗能力的有效驅動力。

1.1 “創新創業”對專業核心實驗能力的要求

在創新創業環境下，設計實現、探索發現、應用創新和協作交流這4種能力是實驗教學需要著重培養的核心實驗能力。

（1）設計實現能力。通俗地講，就是依據設定好的功能目標及約束條件，利用所學的專業知識給出詳細可行的技術方案，并能依據該方案通過軟件或硬件的方法構建可實際運行的系統。它強調對專業基礎知識的掌握及工程開發能力。

（2）探索發現能力。從知識學習的角度講，具備課堂教學之外的專業知識自學及學科前沿知識跟蹤學習能力，能夠對新的問題發現規律、建立模型等；從工程實踐的角度講，能夠對學習的理論、模型進行試驗驗證、評價等。它強調對未知知識學習或未知領域的實踐。

（3）應用創新能力。依據用戶需求（或潛在需求）設定系統功能目標和約束條件，通過多學科知識融合，構造新的系統或功能模塊。它強調在對用戶需求深刻理解基礎上的系統目標設定及新技術、新方法應用，即通過創新的方法解決應用實踐中的新問題、新需求。

（4）協作交流能力。這里著重包括兩個方面的能力：團隊內部成員協作交流以及與外部協作交流。需特別指出，外部協作交流主要是指能夠基于工程、社會及環境等相關背景，對工程實踐結果進行社會、健康、安全、環保及文化等多角度進行評估，并能夠將評估結果與政府、投資人、用戶或大眾進行高效溝通。

這4種能力之間的關系如圖1所示。前面3種能力呈正三角形狀，設計實現能力是基礎與當下，需要針對每個學生進行扎實嚴格的訓練；探索發現能力兼顧長遠與當下，需要依據個人興趣因材施教、差異化培養；應用創新能力是提升和長遠，需要依據領域行業特點進行拓展。協作交流能力與前面3種能力相輔相成，并相應地呈倒三角形狀，也就是說與前面3種能力相匹配，依次需要更多的協作交流能力。

1.2 基于“項目驅動”的實驗課程要素邏輯關系

面向“雙創”需求，以項目為核心，兼顧課內、課外協調發展，統籌課內實驗、實踐實訓、專業競賽、項目研發及創新創業5大要素，形成如圖2所示的課內、課外協同培養的雙環結構。

以課內實驗為起點（順時針看），通過科學合理的內容設置、一絲不茍的設計操作，培養學生扎實的技術功底、嚴謹的實驗作風，從而為實踐實訓打下良好基礎；相對獨立的實踐課程、真刀真槍的實訓環境能夠培養學生獨立解決實際問題及滿足工作需求的能力；獨立解決問題的能力為參加各類學科專業競賽提供技術和思想準備；面向學科前沿或實際應用需求的學科競賽內容，能夠提升學生獨立探索學科前沿或解決實際工作的能力，重點在于參與、探索與創新意識的培養，并且能夠在參賽的過程中發現問題、培養興趣，為參與實際的前沿理論研究、項目產品開發提供基礎；以學校先進的學科平臺、教師的縱向或橫向項目為依托，在深入的研究開發過程中培養創新思維、問題意識與產品意識，研發的成果為創新創業提供思想、技術或產品源泉；創新創業的核心要點在創和試，以過程為導向形成創新創業的氛圍，在創和試的過程中探索未知、沉淀技術與經驗；創新創業的成果既可以用來替換部分課內實驗學分，從而為創新創業提供更多的時間，也可以將創新專業過程中積累的新經驗、發現的新知識融合到課內實驗中，驅動課內實驗不斷更新。

以創新創業為起點（逆時針看），創新創業的氛圍和成效對學生項目研發有很大的影響。一方面，良好的創新創業氛圍能夠影響、調動學生參與教師項目研發的興趣，激發學生參與項目研發的熱情；另一方面，學生在創新創業過程中會遇到新的問題，這些新問題可轉化為研發項目，驅動研發深入發展。項目研發的階段性成果可以用來參加各種學科專業競賽，提升參與專業競賽的競爭力，并通過全國甚至全球范圍內的競賽來檢驗項目研發對人才培養的成效。根據專業競賽的成果來動態調整實踐實訓的內容，使實踐實訓能夠適合甚至引領學科或應用的方向。實踐實訓既與課內實驗一起構成完整的課程體系，也是檢驗校正課內實驗成效最直接的途徑。

2 項目驅動的實驗課程內容構建

2.1 面向產業需求的專業目標定位

應用驅動創新創業逐漸成為當前的共識，而產業需求是工程應用產生的最直接、最真實來源。物聯網工程專業的基本特征決定了專業建設必須面向物聯網產業需求，以培養解決物聯網應用復雜工程問題能力作為核心任務和目標。從人才培養的角度來看，產業應用需求是相對宏觀和抽象的概念，而項目作為產業應用的具體承載形式，它包含了具體的設計要求、實現技術、知識單元等。因此，以產業需求為導向、以項目驅動人才培養的全過程已成為我們探索物聯網工程專業人才培養模式主要指導思想。

2.2 基于知識點融合的實驗課程內容設計

黃旭等指出物聯網工程專業的課程體系建設應以知識點為中介，從課程與項目兩個視角來看待學科融合問題，支撐物聯網工程專業多個學科融合的內涵就是各個學科原有知識點的有機融合[6]。基于這樣的理念，我們來構建物聯網工程專業的實驗課程內容，如圖3所示：以項目為基礎驅動培養目標的實現，以知識點為核心貫通培養目標、技術素養與課程內容。

以項目為基礎驅動培養目標的實現。從產業需求中凝練典型項目群，項目之間相互銜接、難度遞進并能有機地構成一個整體；每一個項目都涵蓋若干知識點，所有項目的知識點集合覆蓋整個教學內容的要求。整個教學過程通過項目來驅動：實驗課程內容直接來源于項目，體現原汁原味的產業需求；每一個項目都體現了產品研發的具體技術集（技術素養）；每個項目都可以直接、明確地還原為若干知識點。

以知識點為核心貫通培養目標、技術素養與課程內容。解決物聯網應用復雜工程能力的專業素養體現為具體知識點構成及掌握程度；實驗課程的內容及教學效果也體現為學生對知識點掌握與理解程度；項目開發所需要的技術體現為知識點的應用與綜合能力。因此，從專業培養目標、過程及結果來看，都圍繞著知識點展開，是知識點在不同角度的呈現方式。

3 項目驅動的實驗課程體系設計

實驗課程體系設計需要綜合考慮校內校外、課內課外、實驗實踐、行業專業這4個要素在時間與空間上的合理分布，如圖4所示。

該課程體系全程貫穿“一個中心、兩個基本”：以核心實驗能力培養為中心，在實驗教學過程中，以項目為基本單位和驅動力，培養基本的工程開發與科學研究素養。通過對調查研究、問題分析、探索創新、協作交流、報告撰寫與展示等培養環節的科學設置與實施，為物聯網創新創業提供扎實的基礎支撐。在不同的學期對觀念理念、基本技能、工程能力、創新創業等能力素養有重點地逐步推進：第1學期，選取物聯網應用典型項目，對其應用背景、經濟效益、社會效益及關鍵技術的現狀趨勢等通過各種方式進行展示，以科普的形式使學生了解物聯網，對物聯網產生興趣；第2—3學期，通過物聯網創意大賽（學院組織）、創青春全國大學生大賽等重點培養物聯網應用創新、創意設計能力，通過物聯網技術發展報告、調研實踐培養文獻查閱、整理、報告撰寫與展示的能力，并初步接觸物聯網項目開發，以培養問題分析及理論向實踐轉化的能力；第4—5學期，通過物聯網產業發展報告，使學生了解物聯網技術、產品、產業鏈、產業布局的發展現狀與趨勢，通過學校組織的物聯網設計大賽（學院組織），使每個學生都參與進來進行設計開發。在此基礎上，為廣西大學生電子設計大賽、全國大學生課外學術科技作品競賽選拔參賽人員、儲備技術和作品，并且在進入第4學期后實施科教協同計劃，鼓勵學生參與到教師的科研工作中進行科研訓練。學生以參與各種項目（有一定難度和規模）的形式進行實際的設計、開發工作；第6—8學期，通過物聯網行業應用調研報告，使學生了解物聯網與各個行業的融合情況，選擇自己感興趣的行業領域，開始學習相應行業的特定專業知識，為行業應用奠定基礎。這個階段，學生能夠深入融合到教師的科研團隊中，獨立承擔起具體的任務，進行探索研究。對相應的開發研究成果，經過進一步的總結來參加“互聯網+”全國大學生創新創業大賽、“挑戰杯”中國大學生創業計劃競賽、全國高校物聯網創新應用大賽等國家級的高水平專業大賽。在大賽中開闊視野、錘煉技能、提升產品設計創新的能力，為創新創業提供支撐。

4 結 語

物聯網工程專業多學科融合與集成創新以及與產業密切結合的特性使其天然地順應了當前國家的“雙創”戰略以及社會對人才的需求。因此，以產業需求為導向、以典型項目為載體實施實驗、實踐教學成為物聯網工程專業培養高素質工程人才的一個優選方案。今后還需要在教學實踐中貫徹、優化相關的理念，并進一步研究建立相應的保障機制，如學分替換、質量保障、教師（導師）保障、項目更新等。

參考文獻：

[1] 物聯網智庫. 物聯網產業全景圖譜報告[EB/OL]. [2016-12-10]. http：//gongkong.ofweek.com/2016-09/ART-3100 03-8100 -30040348.html.

[2] 李東. 物聯網工程專業卓越工程師培養： 以哈爾濱工業大學軟件學院為例[J]. 計算機教育， 2015（5）： 16-19.

[3] 沈艷霞， 孫子文. 物聯網工程專業協同育人培養模式探索與實踐[J]. 物聯網技術， 2015（8）： 107-108.

[4] 孫士明， 劉新平， 張曉東. 競賽驅動的物聯網工程專業實踐教學體系[J]. 計算機教育， 2016（1）： 153-156.

[5] 錢慧. 物聯網工程應用創新型實踐教學培養體系探索[J]. 大學教育， 2015（3）： 37-38.

[6] 黃旭， 蔣云良， 顧永跟. 物聯網工程專業建設中多學科融合的探索與實踐[J]. 高等工程教育研究， 2016（2）： 86-90.

（見習編輯：景貴英）