基于CDIO模式下的物聯網工程專業人才培養的研究

程星晶++蔣學勤++劉繼乾

摘要：本文闡述了CDIO工程教育模式的基本思路，結合CDIO工程教育模式的基本特點與物聯網工程專業的人才培養需求，將CDIO能力大綱作為構建物聯網工程專業實踐教學體系的宏觀指導，基于CDIO理念培養學生的工程意識、工程素質和工程實踐能力。

關鍵詞：物聯網；CDIO；人才培養；工程教育

【中圖分類號】G632

物聯網被稱為計算機和互聯網的第3次信息化產業革命性發展的浪潮。美國將互聯網升之為國家戰略，歐盟發布了互聯網研究發展藍圖，日本把互聯網發展鮮明地寫在國家通訊發展策略，韓國樹立了通過構建世界最先進的互聯網基礎實施打造未來廣播通信融合鄰域一流強國的目標，我國也將物聯網升為重要戰略性新興產業。《“十二五”國家戰略性新興產業發展規劃》明確指出，要著力突破傳感網；物聯網關鍵技術，及早部署時代相關技術研發，是信息網絡產生成為推動產業升級，邁向信息社會的發動機。在這樣的背景下，教育部于2010年批準設置了物聯網工程專業。到目前為止，全國已有100多所本科院校開辦了該專業，預計辦學規模還將繼續擴大。作為后IP時代推動我國信息網絡信息產業的核心專業之一，物聯網工程專業必須主動服務國家戰略和社會需求，培養造就一大批創新能力強、實踐能力強，適應信息產業發展需要的物聯網工程卓越后備人才，以滿足新時期我國信息產業轉型升級的戰略發展需求。

CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）和運作（Operate），強調以產品從研發到運行的完整生命周期為載體，讓學生在其中以主動的實踐的課程之間有機聯系的方式學習工程理論知識，積累工程實踐經驗和提升各種工程能力。經過20多年的研究與探索，CDIO已經得到國際高等工程教育界的廣泛認可，形成了非常鮮明的工程教育特色。首先，CDIO以一種系統宏觀的視角來培養工程人才，強調以工程項目為載體，讓學生從工程項目的構思、設計、實施和運作等全方面深入工程實際。不僅強調工程教育過程中學校、社會和產業三者之間的密切合作，同時還強調從項目構思到實施過程的系列評估，體現了大工程觀理念。其次，CDIO的培養目標涵蓋了在社會和企業環境下，對產品、生產流程、工程系統進行構思、設計、實施、運行所需的專業技術知識和工程實踐能力。此外，CDIO還特別注意培養學生的團隊合作、人際交往能力，發現、分析、解決問題的能力，批判思維能力，職業道德和職業態度，工程組織與管理能力等全方位的工程素養。再次，CDIO產業教育模式強調以產業需求為導向，結合實際工程項目，使學生吧專業知識技能與完全真實的社會環境中的產品研發流程結合起來，通過構思、設計、實施、運作等個環節進行開發能力的訓練，使教學內容和的方法與產業發展同步理論與實踐結合。最后，CDIO強調讓學生在完整的工程項目全過程中邊做邊學，而不是淺嘗輒止簡單離散的實踐環節的拼接。通過實踐環節讓學生理解和消化教師傳授的知識和技能，培養學生的動手能力，最終達到培養工程創新能力的目的。

物聯網工程專業的專業能力總體上應包括計算機的計算思維能力、算法設計與分析能力、程序設計與是實現能力系統能力等，并將這些專業能力具體體現到物聯網感知層、傳輸層、數據處理層、應用層以及完整物聯網應用系統的分析、設計與實現等環節。通過前文對CDIO特點的分析不難發現，CDIO的理念與物聯網工程專業人才培養需求之間存在相當高的契合性。因此，可將能力大綱作為構建物聯網工程專業實踐教學體系的宏觀指導和方向把握，采用CDIO的先進工程教育模式并借鑒其在工程教育實踐中的成功經驗，構思，設計物聯網工程專業實踐教學

從宏觀角度看，物聯網工程專業實踐教學的長遠目標是提升學生的工程素養，培養學生物聯網工程實踐能力工程設計能力和工程創新能力，培養支撐物聯網行業和產業發展的工程技術人才；從微觀角度看，物聯網工程專業實踐教學的階段新目標是服務與專業課程的學習，既加深對物聯網專業各專業課程理論知識的理解，并培養初步應用課程知識的工程實踐能力。高等工程教育的實踐表明，僅僅依靠離散的課程實踐環節，難以培養學生的工程實踐能力，工程設計能力和工程創新能力，同樣也難以實現實踐教學從微觀的階段性目標向宏觀的長遠目標轉移。為此，在構思物聯網工程專業實踐教學體系的過程中，可借鑒CDIO工程教育理念，全面引入大工程觀思想，以實際工程項目為載體，基于工程項目全方位設計課程實驗，生產學習，科技創新和畢業設計等實踐教學環節，并綜合構思實踐教學的實施方式和運作管理方式，構建及構思、設計、實施與運作四位一體的物聯網實踐教學體系。

物聯網工程專業屬于工程類，專業實踐教學體系的設計要立足于培養學生的工程能力和工程的素養。工程能力包括解決物聯網工程的實際問題的能力，即綜合物聯網學科各領域的基礎理論，專業知識和分析手段，解決物聯網工程的實際問題；工程創新能力即在合理解決工程實際難題的基礎上，能從中提煉出創新性思路和方法；工程項目及生產管理能力；有效的溝通與交流能力以及技術跟蹤與學習能力。工程素養包括熟悉行業政策法規，養成養好的職業道德、職業素養、社會責任，另外還要注重養成學生的團隊合作精神、批判性思維，關注工程與環境社會的和諧發展等。為此，必須密切聯系物聯網產業，以實際工程項目為背景，以工程技術為主線，將項目實施作為主線貫穿于實踐教學的全過程。規劃與整合各類課程實驗，設計基于CDIO理念并且圍繞項目來組織的實驗教學體系，包括課程試驗、課程設計、課外科技創新活動、生產實習畢業設計等環節。

一方面，由于物聯網工程專業是新辦專業學生對物聯網系統及該專業知識體系的認識需要一個漸進的過程，另一個方面物聯網工程專業的學科基礎包括計算機控制、電子通信等學科，具有很強的綜合性和交叉學科特點，因此針對核心專業課實驗，應該遵循由淺入深循序漸進的認知規律設計，由認知實驗設計性實驗到綜合性實驗的多層次實踐教學體系。認知實驗使學生對物聯網主要核心課程所涉及的技術對象和應用對象有一個概念性的感知上的認識，設計性實驗側重利用核心課程中所學理論知識設計或優化互聯網的相關部件或功能模塊，綜合性實驗立足于物聯網應用子系統軟硬件的設計和開發。以傳感器原理與應用課程為例，通過認知實驗讓學生了解常見傳感器的原理與基本結構以及常用案例，通過設計性試驗設計特定的傳感器或對某傳感器進行優化，通過綜合性實驗設計一個基于傳感器的自動檢測子系統。物聯網工程專業其他核心課程三個層次的實驗可按照上述思路靈活設計。

為提升物聯網工程專業學生的工程素養，培養其物聯網工程實踐能力、工程設計能力和工程創造能力，建議把物聯網工程專業納入卓越工程師培養計劃，或按照卓越工程師計劃的模式組織實踐教學。目前，物聯網已正式列為國家重點發展的戰略性新興產業之一，越來越多的企業開始轉向物聯網產業。在這種背景下，學校可利用自身的科研優勢和人才優勢，立足行業或區域，建校企聯合實訓基地，促進校企之間產、學、研的有機結合，吸引更多的行業企業深度參與物聯網工程專業人才培養，在企業的主導下實施實習和畢業設計環節。一方面，以企業導師為主，制定實習計劃，指導實習、評價實習。另一方面，將源于企業物聯網產品研發或工程項目中的內容提煉成畢業設計的題目，讓學習在物聯網企業環境下真刀真槍地開展畢業設計和課程設計。

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基金項目：貴州理工學院教學改革項目（教改20132011）。endprint