物聯網時代的卓越網絡工程師人才培養實踐教學改革

肖德琴，潘春華，黃 瓊，杜治國，肖 磊，徐東風

（華南農業大學 軟件學院，廣東 廣州 510642）

教改縱橫

物聯網時代的卓越網絡工程師人才培養實踐教學改革

肖德琴，潘春華，黃 瓊，杜治國，肖 磊，徐東風

（華南農業大學 軟件學院，廣東 廣州 510642）

針對物聯網產業的廣泛應用前景，文章指出卓越工程師教育培養計劃和農業物聯網建設的重要性，分析卓越網絡工程師培養目標，提出卓越網絡工程實踐教學改革的創新思路，并具體介紹華南農業大學在實施過程中的做法和取得的成績。

物聯網；卓越網絡工程師；教學改革；實踐教學

1 背 景

“卓越工程師教育培養計劃”是貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010 — 2020年）》和《國家中長期人才發展規劃綱要（2010 —2020年）》的重大改革項目，也是促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國的重大舉措[1]。工程師作為新生產力的重要創造者和新興產業的開拓者，在當今社會扮演著越來越重要的角色。如何結合時代前沿技術需求，持續高效地培養卓越工程師，成為當前高校工程類學科改革的重要議題。

物聯網指利用局部網絡或互聯網等通信技術把傳感器、控制器、機器、人員和物品等通過新的方式連在一起，形成人與物、物與物相連，實現信息化、遠程管理控制和智能化的網絡。農業物聯網就是物聯網技術在農業生產、經營、管理和服務中的應用，具體就是運用各類傳感器、RFID、視覺采集終端等感知設備廣泛地采集大田種植、設施園藝、畜禽養殖、水產養殖、農產品物流等領域的現場信息，充分利用無線傳感器網絡、電信網和互聯網等多種現代信息傳輸通道實現農業信息的多尺度可靠傳輸，最后將獲取的海量農業信息進行融合、處理并通過智能化操作終端實現農業的自動化生產、最優化控制、智能化管理、系統化物流、電子化交易，進而實現農業集約、高產、優質、高效、生態和安全的目標[2]。以互聯網為核心、以物聯網為新興增長點的信息網絡產業是我國經濟發展的重要產業支柱與戰略選擇，國家領導人多次在公開場合表示出對網絡產業發展與突破的關注與重視[3]。2011年11月國家發布了物聯網“十二五”發展規劃，將物聯網產業上升為國家戰略需求。隨著物聯網和“互聯網+”向各個領域的滲透，對卓越網絡工程師人才的需求量越來越大[4]。物聯網集合了信息學科的眾多技術及理論，不論從理論上還是從技術上均處于發展期[5]。針對此現象，根據長期以來對網絡工程專業人才培養的實踐，在當前物聯網和“互聯網+”時代背景下，為順應國家卓越工程師的規劃綱要，針對網絡工程專業人才培養的改革需要，以及綜合性農業大學相關學科對信息的應用需求，探索卓越網絡工程師的人才培養改革目標很有必要。

2 卓越網絡工程師人才培養目標

網絡工程人才培養的基本目標是培養具有高度社會責任感，知識、能力、素質協調發展，具備計算機科學與技術基本理論與基本知識、網絡工程專業知識與專業思想，掌握網絡工程方法和技能，具有較強網絡工程意識與工程能力、良好的工程師素養與職業發展潛力，可快速適應業界需求的網絡工程應用型人才。為實現農業物聯網特色的卓越網絡工程師的人才培養目標，具體建設目標包括四個方面。

1）構建塑造卓越網絡工程師的實踐教學模式。

進一步建立和完善創新試驗平臺，通過提供必要的農業物聯網設備和實驗場所，組成由學生自主管理，專業教師和實驗人員輔助管理和指導的“多元化、開放式”的創新團隊，如軟件開發型、硬件設計型、校企聯合型、知識競賽型、學科交叉型、項目驅動型。

2）引導學生參與面向信息學科軟硬件方面的創新設計。

積極組織申報大學生創新項目，吸收有興趣、有潛力的優秀學生參與進來。開展農業物聯網相關的科學和工程實驗，在項目實施過程中培養學生的科學思維及計算思維。

3）推廣學生科技創新，鼓勵和組織學生參與各類知識創新競賽。

在進行知識創新教育和動手能力培養時，也進行創新和個性化培養教育，提高他們的價值觀、人生觀和世界觀。

4）形成多樣化的創新人才培養機制和體制。

通過一系列的創新實踐，使學生了解本學科發展趨勢和最新成就，從而具有較強的知識更新能力，有較強的工程能力或創新能力，有較強的運用知識的能力、動手能力、實踐能力，培養學生的團隊協作精神和自主創新意識，能有效地求解復雜問題。

我校卓越網絡工程師人才建設的最終目標是：根據農業物聯網產業對網絡人才的要求，將知識結構、能力結構以及整體素質的培養有機結合，培養具備良好科學思維和綜合素養，擁有農業物聯網工程能力或創新能力的高級網絡工程人才和創新人才。

3 卓越網絡工程師培養改革思路

物聯網技術屬于多學科交叉、融合的技術，如何能夠根據社會企事業單位、工業界對物聯網人才的需求以及就業崗位的能力要求來設計當前的具體實踐教學內容。通過對社會需求的分析，在實驗教學環節上提高對學生動手能力的培養，使之符合社會的需要。通常課堂理論教學側重于知識點的傳授，學生長期、持續的動手能力的培養，需要在培養內容的選擇上充分考慮社會的需求。同時，學生具備農業物聯網相關應用領域實際開發的能力是更重要的素質。

3.1 構建卓越網絡工程師人才培養教學體系

在目前制定的基礎課程模塊中，主要課程為計算機類專業的通用基礎課程，都已有成熟的教學方案及師資力量，包括的課程有：數字電路、C語言程序設計、數據通信、計算機網絡、數據結構、操作系統等。該模塊相應課程的實驗教學構成網絡工程專業課程教學的基礎。但是，圍繞卓越網絡工程的培養目標，需要在現有教學內容的框架下，從實驗的具體內容設置方面進行調整，在內容和考核要求的具體內容上，更貼近本專業的教學需求。

我們主要配套了如下系列理論與實踐綜合教學課程：嵌入式系統設計、網絡安全與攻防、網絡管理、網絡程序設計、無線網絡技術和物聯網工程，以及數據通信實驗、網絡程序設計、網絡協議分析與設計課程設計、網絡安全與攻防實習、農業物聯網實訓、網絡工程畢業實習等專門實踐課程。要求學生至少設計完成2件以上農業物聯網相關實踐作品，以達到培養物聯網工程師基本專業素質的需要。

3.2 優化實踐教學的環境，以專業競賽為抓手，豐富實踐教學的內容

結合卓越網絡工程師的培養目標，對典型物聯網工作崗位及其工作技能進行分析，并設計相關實踐課程的內容，以及合理、高效的教學方法。將原來依附與理論教學某些課程的實驗室進行合并，按照“實戰演練”的場景，對課程的實驗內容及實驗室布局進行重新整合，新建了農業物聯網實驗室，可以開設溫濕度傳感器網絡構建、大棚設施物聯網、養殖環境監測網等農業物聯網實驗項目[6]。為項目實踐的教學內容增添智能環境監控、智能家居等相應的農業物聯網設備，提高實驗的應用性、實用性、綜合性、創新性水平。

將學科競賽模式引入實踐教學環節，積極組織學生設計農業物聯網作品，開展大學生創新項目，參加“挑戰杯”及“高校杯”比賽等，以此為抓手強化軟硬件設計實現能力。競賽的設置和評價標準強調知識面廣、技術新穎，并強調實際的分析問題和解決問題的能力。

3.3 卓越網絡工程師后備人才選拔策略

每年從網絡工程專業2年級學生中選拔30人參與卓越網絡工程師培養計劃。對這部分培養目標，從探索創新實驗模式入手，開展多元化的學生創新實驗活動。將軟件開發，硬件設計、學科交叉、校企聯合、項目驅動、知識競賽等多種創新活動有機融合、多元互動，在實踐中構建了系統科學的創新實驗方法體系。通過營造良好的創新氛圍，引導學生參加各類創新團隊，讓創新人才脫穎而出，達到培養卓越網絡工程師高素質專業人才的需要。

3.4 建立基于農業物聯網的卓越網絡工程師創新實驗室

在創新實驗場所方面，我們根據創新實驗的需求和實驗室自身的條件建立農業物聯網軟件與硬件創新開放實驗室，由院實驗教學中心提供農業物聯網實驗平臺、元器件、硬件組裝平臺、程序設計開發平臺等。近年來，購置了50套溫濕度網絡傳感器、90套農業物聯網設備嵌入式開發平臺、90套無線通信設備等，建立了智慧農業沙盤、智能家居沙盤等多項農業物聯網展示平臺。這些創新實驗室可以是某個創新實驗團隊專用的，也可以是幾個創新團隊合用，部分創新團隊還可以利用教學實驗室的開放時間完成實驗。

通過創新實驗室建立“教師、學生、項目”間的聯系紐帶。利用教師的所具備理論知識、科學思維、教學和科研經驗等優勢，定期主辦、承辦和參與學生科技創新活動；定期發布物聯網相關的訓練題目；通過講座、輔導、討論、專題訓練、競賽、自主設計實驗項目、項目開發等多種方法，鼓勵學生積極參加科技活動，培養學生的科技創新能力。

為了讓盡可能多的學生能從創新實驗室得到收獲，創新實驗室實行開放式管理，任何學生只要有明確的課外創新訓練目標或題目，通過學生本人或指導老師提出申請，就可以免費使用創新實驗室的設備與資源。同時，針對各個專題都有明確的培養、訓練計劃，配備有豐富經驗的專家教授進行專題指導、主持專題討論。

3.5 設立專項創新實驗經費

當前，在廣東省高水平大學建設資金支持下，創新實驗經費得到充分保障，除學校提供大學生創新項目經費的支持外，學校還專門從本科實驗教學經費中節余出一定的經費用于學生開展創新活動所需元器件、耗材等支出，學院還提供經費組織學生參加國際、國內及廣東省各類大學生創新比賽。此外，校企聯合的廣東溫氏集團等企業方也提供部分設備與資金的支持，一些參與科研項目創新團隊還可獲得科研項目的經費支持。

3.6 創新團隊管理

在創新實驗團隊管理方面，主要采取導師制。在學生創新實驗團隊的管理中主要采用如下幾點做法。

（1）為鼓勵優秀學生參與創新團隊，在學院組織下組建各類創新團隊，每個團隊有相應的專家教授做指導，讓學生自愿參加所感興趣的創新團隊。鼓勵學生互相學習、取長補短，學習科學的研究方法，熟悉研究過程和體驗取得成果的樂趣。介于教師的大多數項目都是農業物聯網相關的科研項目，這一舉措也很好地帶動了學生物聯網理論與實踐能力方面的培養。

（2）每個團隊均有產學研合作機會，通過與廣東未來信息科技有限公司、廣東溫氏集團、廣東東升農場、廣東材村通公司等企業合作，讓學生到企業做項目，在企業工程師的指導下提高學生的動手能力。

（3）鼓勵團隊成員參加知識創新大賽。要求每個團隊每年至少參加一項全省乃至全國活動進行競賽挑戰，通過創新競賽對學生進行創新和個性化培養教育，讓學生具備更強的實踐動手能力。

（4）完善科技創新獎勵機制。按創新實驗項目完成情況加以考核，并按規定申請創新學分；對學生依托實驗項目參加科技創新競賽獲獎，可給予創新學分獎勵，以激勵學生拓展學習與創新學習。

4 結 語

高校卓越工程師培養計劃是實現建設具有中國特色新型工業化國家、建設創新型國家、建設人才強國等國家發展戰略的重要教育舉措。高校應抓住培養卓越工程師的契機，轉變傳統的教學模式，有效提高學生的實踐能力、創新能力，以期為我國培養出適應經濟社會發展的高質量工程技術人才。農業物聯網是國家戰略性新興產業，急需大批具有較強理論知識和較高實踐能力的專業人才，為滿足新興產業發展對高素質人才迫切需求及教學科研需要，開展基于農業物聯網背景的卓越網絡工程教學培養探索具有重要的現實意義[7]。

華南農業大學兩年的教學探索表明，卓越網絡工程師的培養改革使得學生在網絡工程實踐能力方面有了較大的進步，尤其在農業物聯網設計能力和動手能力方面有更多的同學表現突出[8]。截至2015年12月，進入卓越網絡工程師創新訓練的60位學生中，通過思科、思博倫等國際職業網絡工程師認證，以及國內工信部暨人保部網絡工程師認證學生20人次，參加網絡攻防大賽、思科網院杯大學生網絡大賽、H3C網絡知識大賽和360杯全國大學生信息安全技術大賽等比賽30余人次，獲得省級創新項目6項，校、院級大學生創新項目40項，本科生已完成農業物聯網相關項目設計100件以上，畢業生中三分之一的學生在企業學習期間被較大規模IT企業簽約錄用，2014年和2015年應聘到物聯網企業的同學每年均超過20人次。

卓越網絡工程師培養是一個新事物，需要把握其特殊性，但是從教學而言，新教改脫胎于長期發展的傳統培養模式，成功的教學經驗值得在實踐教學內容改革上予以借鑒。

[1] 蔡靜. 校企聯合培養“卓越工程師教育培養計劃”進展研究——對部分試點高校網絡調研綜述[J]. 高校教育管理, 2012(1)：7-14.

[2] 葛文杰, 趙春江. 農業物聯網研究與應用現狀及發展對策研究[J]. 農業機械學報, 2014(7)： 222-230.

[3] 車巍. 關于對物聯網產業現狀的研究[J]. 電子技術與軟件工程, 2015(19)： 38.

[4] 姚宏, 梁慶中, 曾德澤, 等. 網絡工程(物聯網方向)專業實驗教學內容整合與創新思路[J]. 中國地質大學學報(社會科學版)，2014(增刊1)： 46-48.

[5] 尹向東, 張新林.“卓越工程師”背景下“計算機網絡”實驗課程教學改革與實踐[J]. 湖南科技學院學報, 2013(4)： 71-73.

[6] 肖克輝, 肖德琴, 周權. 農業物聯網實驗室建設[EB/OL]. [2016-09-10]. http：//cpfd.cnki.com.cn/Article/CPFDTOTALTTTT201108002066.htm.

[7] 戴涵斐, 胥琳. 物聯網產業應用及發展對策研究[J]. 現代營銷(學苑版), 2015(3)： 5.

[8] 肖德琴, 潘春華, 殷建軍. 以就業為導向的地方高校網絡工程專業教學研究[J].計算機教育, 2014(20)： 27-30.

（編輯：史志偉）

1672-5913(2017)03-0115-04

G642

廣東省高等學校教學質量工程項目“卓越網絡工程師人才培養模式創新實驗區和網絡工程專業綜合改革”。

肖德琴，女，教授，研究方向為無線傳感器網絡、計算機網絡， deqinx@scau.edu.cn。