面向工程教育認證的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)軟件類課程群優(yōu)化研究

王占剛　吳韶波

摘 要：物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的軟件類課程作為專業(yè)基礎(chǔ)課程發(fā)揮著重要作用。傳統(tǒng)計算機軟件類課程群無法滿足本專業(yè)工程教育認證的要求，因此改進與完善物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)軟件類課程群是一個具有共性且迫切需要解決的問題。文中通過梳理軟件類課程設(shè)置現(xiàn)狀，提出了軟件類課程設(shè)置存在的問題，通過研究目前軟件類課程設(shè)置中缺失的內(nèi)容，提出了物聯(lián)網(wǎng)工程軟件類課程群設(shè)置與內(nèi)容改進的建議。研究已有課程內(nèi)容和相關(guān)課程時間關(guān)聯(lián)特征與分布，建立物聯(lián)網(wǎng)工程軟件類課程群拓撲結(jié)構(gòu)圖。明確課程教學與畢業(yè)要求之間的關(guān)系，完善并改進物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)軟件類課程群，為實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)工程教育認證奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)；軟件類課程群；工程教育認證；課程群優(yōu)化

中圖分類號：TP39；G642 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2018）03-0-03

0 引 言

工程教育專業(yè)認證為高校促進專業(yè)建設(shè)、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量創(chuàng)造了機會，也是工程教育改革的必然趨勢與內(nèi)在要求。通過工程教育專業(yè)認證可以增強本專業(yè)的社會影響力，促進專業(yè)建設(shè)良性循環(huán)。工程教育專業(yè)認證標準主要包括專業(yè)目標、質(zhì)量評價、課程體系、師資隊伍、支持條件、學生發(fā)展和管理制度等指標，是工程教育專業(yè)合格的標志。

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)面向新一代信息技術(shù)發(fā)展的前沿，是涉及多領(lǐng)域的交叉學科，以計算機、傳感器、電子與通信技術(shù)等理論為指導，以計算機軟硬件為應(yīng)用平臺，既強調(diào)基本理論和基礎(chǔ)知識，又注重實踐和創(chuàng)新能力，同時還注意對新技術(shù)和新應(yīng)用的學習。

在工程教育專業(yè)認證中，物聯(lián)網(wǎng)工程被劃分到計算機類專業(yè)，除自然科學類課程外，還包括工程基礎(chǔ)和專業(yè)基礎(chǔ)類課程及專業(yè)類課程。其中，工程基礎(chǔ)和專業(yè)基礎(chǔ)類課程的教學內(nèi)容必須覆蓋程序設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計算機組成、操作系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)、軟件工程、信息管理等核心內(nèi)容，主要包含核心概念、基本原理，及相關(guān)基本技術(shù)和方法，培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。專業(yè)類課程應(yīng)覆蓋相應(yīng)知識領(lǐng)域核心內(nèi)容，并培訓學生將所學知識應(yīng)用于復雜系統(tǒng)的能力，使其能夠設(shè)計、實現(xiàn)基于計算機原理、由軟硬件與網(wǎng)絡(luò)支撐的應(yīng)用系統(tǒng)。

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程設(shè)置以培養(yǎng)目標和物聯(lián)網(wǎng)特色定位為依據(jù)，以專業(yè)知識體系為主線，課程之間需要相互支持與銜接。其中，計算機軟件類課程作為專業(yè)基礎(chǔ)課程發(fā)揮著重要作用。但目前本專業(yè)的軟件類課程群多在新建專業(yè)初期提出，參考其他相關(guān)專業(yè)課程設(shè)置與內(nèi)容安排，導致當前課程設(shè)置無法達到本專業(yè)工程教育認證的要求，很難提高學生面對復雜系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)的能力。

1 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)軟件課程設(shè)置現(xiàn)狀分析

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)核心課程體系如圖1所示。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的軟件課程設(shè)置中不僅包含了C 語言程序設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基礎(chǔ)等專業(yè)基礎(chǔ)課，還包含了面向?qū)ο蠹夹g(shù)、Java程序設(shè)計、移動互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)技術(shù)、云計算等專業(yè)選修課。

北京信息科技大學信息與通信工程學院囊括了電信與通信等實力較強的專業(yè)，因此，在物聯(lián)網(wǎng)感知層與傳輸層構(gòu)建方面具有較大優(yōu)勢，但在應(yīng)用層方面卻亟待進一步提高。軟件類課程對于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用比較重要，因此，進一步改進、優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)軟件類課程群建設(shè)具有重要意義。

2 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)軟件類課程設(shè)置存在的問題

目前物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程設(shè)置中存在以下問題：

（1）課程要求未與畢業(yè)要求對應(yīng)

在工程教育認證中，所有課程都必須明確其培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求，所有課程中的知識點需包括明確達到的指標，并與畢業(yè)要求對應(yīng)，而目前的課程大綱和材料均未滿足這些要求。

（2）軟件課程設(shè)置

本專業(yè)課程設(shè)置中已具備了工程教育要求的計算機軟件課程基本科目，但仍缺乏一些重要課程，需要針對工程教育要求調(diào)整。

（3）課程內(nèi)容安排

現(xiàn)有課程內(nèi)容與計算機專業(yè)課程相近，但物聯(lián)網(wǎng)工程的專業(yè)要求和應(yīng)用特殊性對這些課程提出了新的要求。

（4）課程時間安排

在課程時間安排上，由于基礎(chǔ)課程與專業(yè)要求的關(guān)系，需調(diào)整部分課程。例如，《面向?qū)ο蠹夹g(shù)》在僅僅學習了《C語言程序設(shè)計》之后，很難使學生很好地理解、掌握，因此需要對其時間安排進行調(diào)整。

3 面向工程教育認證的物聯(lián)網(wǎng)工程軟件類課程改進建議

3.1 物聯(lián)網(wǎng)工程軟件類課程群設(shè)置與內(nèi)容改進

通過調(diào)研其他高校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的軟件類課程群建設(shè)情況，并對多所大學物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)計劃進行統(tǒng)計后，對收集的數(shù)據(jù)材料進行有針對性的分析。通過走訪、交流，對我校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的本科學生進行了實際調(diào)查，了解了學生對軟件類課程設(shè)置的真實想法。在以上調(diào)研成果的基礎(chǔ)上，提出了物聯(lián)網(wǎng)工程軟件類課程群設(shè)置與內(nèi)容改進建議。

3.1.1 軟件類課程設(shè)置改進

專業(yè)課程設(shè)置中已具備了工程教育要求的計算機軟件課程基本科目，但仍需補充一些重要課程，以完善物聯(lián)網(wǎng)采集、傳輸與應(yīng)用各環(huán)節(jié)中的知識點，包括軟件工程、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)大型系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)、Web應(yīng)用開發(fā)技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘、人工智能等。

軟件工程涉及程序設(shè)計語言、數(shù)據(jù)庫、軟件開發(fā)工具、系統(tǒng)平臺、標準、設(shè)計模式等，方便學生了解軟件相關(guān)領(lǐng)域的綜合知識架構(gòu)，為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺的設(shè)計與開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

嵌入式系統(tǒng)適用于對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)及用戶的應(yīng)用程序等部分組成，用于實現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。嵌入式系統(tǒng)開發(fā)對物聯(lián)網(wǎng)傳感器應(yīng)用具有重要意義。

物聯(lián)網(wǎng)大型系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)是面向嵌入式系統(tǒng)、服務(wù)端軟件的大型物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)、設(shè)計與開發(fā)的課程，為學生學習物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

Web應(yīng)用開發(fā)技術(shù)介紹了Web網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)的基本概念、設(shè)計流程、JSP語法。通過本課程的學習使學生掌握Web開發(fā)常用技術(shù)的應(yīng)用編程，為培養(yǎng)學生進行物聯(lián)網(wǎng)Web應(yīng)用設(shè)計、網(wǎng)站開發(fā)打下基礎(chǔ)。

數(shù)據(jù)挖掘是從大量數(shù)據(jù)中抽取出潛在的、有價值的知識、模型或規(guī)則的過程，可以將物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的大量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成有用的信息和知識。作為一類深層次的數(shù)據(jù)分析方法，它利用了數(shù)據(jù)庫、人工智能等多方面的技術(shù)。

人工智能是利用計算機來模擬人腦所從事的感知、推理、學習、思考、規(guī)劃等人類智能活動，以延伸人類智能的科學。通過人工智能的學習使學生掌握人工智能的基本概念、基本原理、知識表示、推理機制和求解技術(shù)，以及機器學習的技術(shù)方法。人工智能可為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供智能推理與決策支持。

3.1.2 課程內(nèi)容調(diào)整

物聯(lián)網(wǎng)工程的專業(yè)要求和應(yīng)用特殊性對現(xiàn)有課程提出了新的要求。

“Java程序設(shè)計”的課程內(nèi)容是面向通用程序的設(shè)計，但在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，Java通常用于嵌入式或移動開發(fā)環(huán)境中，將課程中涉及的開發(fā)環(huán)境及部分授課內(nèi)容直接面向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用將會大大提高教學效果。

“云計算”課程著重介紹了云計算的基本概念和原理、云計算平臺和技術(shù)、云計算核心算法和發(fā)展趨勢，為物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)處理與云計算解決方案的實施奠定了基礎(chǔ)。該課程理論與實踐并重，但需要加強云計算平臺應(yīng)用與解決方案案例的內(nèi)容，因此建議以物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)應(yīng)用為主線，將云計算與物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)相結(jié)合，介紹云計算與大數(shù)據(jù)應(yīng)用的最新核心技術(shù)。

“面向?qū)ο蠹夹g(shù)”課程著重講授了面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的基本思路和方法，目前多以C++為授課語言。但若針對開發(fā)量較大的桌面及服務(wù)器應(yīng)用系統(tǒng)，則Java語言使用較多，因此建議本課程選用Java授課。學生可利用所學的Java編程知識和編程技巧，設(shè)計并開發(fā)出物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用小系統(tǒng)，初步熟悉軟件設(shè)計與開發(fā)的基本方法，提高進行工程設(shè)計的基本技能及分析解決實際問題的能力，為相關(guān)課程及工程實踐奠定基礎(chǔ)。

“操作系統(tǒng)”課程重點介紹了操作系統(tǒng)的基本原理與概念，講解了Linux系統(tǒng)的工作原理、主要功能和使用與應(yīng)用方法，為后期從事各類物聯(lián)網(wǎng)軟件系統(tǒng)研究、設(shè)計、開發(fā)工作提供必要的軟件基礎(chǔ)和基本技能。但目前該課程只有8學時課內(nèi)上機，缺少系統(tǒng)操作、Linux開發(fā)的應(yīng)用實踐，建議增加“操作系統(tǒng)課程設(shè)計”課程，以彌補此部分內(nèi)容。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)軟件課程拓撲結(jié)構(gòu)

從軟件類課程群優(yōu)化出發(fā)，對目前的課程及相互聯(lián)系進行剖析，完善并改進了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)軟件類課程群。圖2所示為物聯(lián)網(wǎng)工程軟件類課程群拓撲結(jié)構(gòu)，顯示了各門軟件類相關(guān)課程的時間關(guān)聯(lián)與分布特征。圖中白底課程為現(xiàn)有課程，深底課程為擬新加課程。

3.3 面向工程認證的物聯(lián)網(wǎng)工程軟件類課程培養(yǎng)目標與畢業(yè)要求分析

通過梳理物聯(lián)網(wǎng)工程軟件類課程的培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求，確定課程要求指標，建立課程要求指標與畢業(yè)要求之間的對應(yīng)關(guān)系，具體見表1所列。

4 結(jié) 語

物聯(lián)網(wǎng)工程是一個交叉學科，目前各高校的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)都處于摸索狀態(tài)，其軟件類課程群的改進與完善是一個迫切需要解決的問題，同時該問題也具有一定共性。

軟件類課程是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程中較為重要的組成部分，它對物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用及發(fā)展具有極為重要的作用。本課題從軟件類課程群優(yōu)化出發(fā)，通過對目前的物聯(lián)網(wǎng)軟件課程以及相互聯(lián)系進行剖析，可以快速發(fā)現(xiàn)問題并提出改進建議，明確課程教學與畢業(yè)要求之間的關(guān)系，為實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)工程教育認證奠定基礎(chǔ)。

通過建立完善的課題設(shè)置，提高物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)本科生的整體學習效果，促進學生更好地理解、應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)知識與概念，為實現(xiàn)面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的教學目標提供支持。

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