基于六感思維模式的物聯網工程專業創新人才培養模式

劉 波，周浩宇，何 軼，戴小鵬

（1.湖南農業大學 信息科學技術學院，湖南 長沙 410128；2.湖南農業大學 東方科技學院，湖南 長沙 410128）

0 引 言

當前物聯網技術不斷成熟，并向各行業不斷滲透，推動各行業不斷將物聯網技術應用到企業生產經營管理過程中，企業也逐漸探索出新的商業模式，如生產更加智能化、產品模式轉型為服務模式等，這都需要大量物聯網創新人才做支撐[1-2]。可是物聯網創新人才的培養并非一朝一夕，而是一個漫長的過程。因此，我國高等教育的主要任務是為適應互聯網+與新硬件的需求，培養具有創新精神和實踐能力的高端專門人才，特別是站在當前人工智能的高地，研究型和應用型人才培養必須對接我國經濟建設這個主戰場，不僅要與世界教育接軌，更要貼近地方經濟騰飛的需求，為地方經濟的振興和可持續發展提供持續的人才服務[3-5]。

隨著物聯網技術在各行業的廣泛應用，對物聯網工程專業人才創新與實踐能力的要求也越來越高[6-8]。針對物聯網工程專業的特色，圍繞實踐能力和創新能力培養，筆者構建“六感思維模式”的物聯網工程專業創新人才培養模式，為本專業人才培養模式提出一種新的探索思路。

1 六感思維模式

六感，即設計感、故事感、綜合感、共情感、娛樂感和意義感。其中，設計感指在設計創作時，不僅要關注物聯網工程系統本身的功能，更要注重上位機與下位機的信息交互能力；故事感指在項目研究時，要關注系統研究的基礎理論，更要注重項目實踐的成果，學生需講述好個人開發、研究的小故事；綜合感指要關注本專業特性，更要注重本專業與其他專業的聯系；共情感指要關注框架與模塊，更要注重其具體應用；娛樂感指產品研究時既要嚴肅，也要輕松娛樂；意義感指要關注項目本身，更要注重成果對社會的推動作用，見圖1 。

設計感、故事感、綜合感、共情感、娛樂感和意義感是學生學好本專業必須具備的基本知識與技能，在學習與實踐中如何激發學生潛在能力，讓學生在創新教育中愉快學習、主動學習、跟蹤學習才是關鍵。

由于物聯網工程專業開設時間不長，當前專業建設尚處于探索階段，教學內容主要由各開設高校根據教育部制定的培養目標，結合本校實際情況自行設計，沒有形成統一標準，在培養模式，特別在創新教育模式上沒有成熟的經驗可以借鑒。

當前教學創新面臨一系列問題，主要歸納如下：

（1）我國高等教育規模較大，需要的實驗資源越來越多，但受國家資助經費限制，難以滿足高校擴招需求，特別是物聯網工程等新專業，實驗設備有待完善。

（2）雖然國家在推進各高校雙一流建設，但大多數地方高校辦學經費有限，拿不出足夠經費改善教學需要的實驗設備與師資條件。

（3）受高校擴招的影響，大班制教學導致學生動手能力普遍不強，在專業實驗環境中強化訓練的實驗數量不足，或適應性不夠。

（4）國內現在的一流設備缺少一流的操作人員，本科生作為最初的創新主體，需要優秀師資引導與培養。由于國內現行制度設置，往往重設備采購、輕設備使用與創新，常導致購買的設備無人指導，學生需較長時間摸索，浪費了許多寶貴時間。

（5）沒有條件實現本、碩學生的連續培養，特別是地方性高校，根本沒有擇優的條件，個別學生讀研也只是為文憑，生源質量很難得到保證，更談不上創新團隊連續性、持續性與繼承性。

圖1 六感思維模式定義

因此，針對物聯網專業學生的情況，開展“六感思維模式”的創新人才培養是非常必要的，畢竟一流學科建設需要一批一流的大腦，更離不開創新人才的訓練與持續參與。

2 建設方案

本專業是一個綜合性、實踐性非常強的新興專業，涉及計算機科學、電子信息工程、通信工程等多門專業的核心知識，尤其以傳感器、射頻識別、嵌入式系統、計算機網絡、無線通信技術、分布式系統、大數據處理等技術為基礎，對監控對象實現聲音、圖像、環境、位置等信號的采集，進行遠距離信息傳輸、信息處理、實時控制以及對海量數據分析挖掘，最終實現對各種受控對象的智能感知和反饋。基于此，筆者提出六感思維模式驅動創新建設方案，見圖2。

圖2 六感思維模式驅動創新解決方案

1）筑好基礎平臺，遞推三類課程。

首先在本專業平臺基礎上，做好基礎課程、專業課程的設計，讓學生了解并初步掌握上位機與下位機的開發模式、步驟與方法，逐漸以企業項目為中心，通過創新課程引導，培養學生創新創業意識。

其中基礎課程主要有C、Java、Java Web、物聯網工程導論、數據結構、計算機網絡、數據庫原理、操作系統等，專業課主要有LINUX編程、移動通信技術、無線傳感器網絡、通信原理、傳感器原理與應用、單片機原理、RFID原理及應用、嵌入式系統等，創新課主要以專業課為基礎，加深、加強實驗課程設計、介紹團隊開發方法與策略、企業項目開發過程組織等，見圖3。

圖3 物聯網工程創新課程體系

2）情感交流為主，興趣驅動教學。

在“六感思維”教學模式中，最重要的是情感交流。在利用教學設備的基礎上，真正吸引學生參與課程互動，有效提高學生的專注力，激發其熱情。

引導學生對物聯網工程專業的興趣，首先要讓他們了解這個專業是干什么的，哪些地方吸引自己？哪些需要重點關注？另外教師要用有趣的教學方法吸引學生，多組織交流活動與電路制板任務，讓學生掌握上位機與下位機的信息交流和編程實現等。每學期有計劃安排教師外出學習，充實教師的知識。讓學生有興趣走進實驗室，教師的引導是關鍵，當前項目引導活動有無人機比賽、山洪災害數據可視化交互系統、農村應急廣播、智慧豬欄、村鎮黨員微信管理系統等。

3）實踐能力培養與物聯網創新實驗室建設雙肩挑。

實踐能力是創新能力的基礎，大學期間提供足夠的實踐訓練有助于學生提高綜合素質，畢業后能快速適應工作環境。可以從兩方面加強物聯網工程專業實踐能力培養環節：一是實踐課時的保障，專業課程配套實驗率達到100%，學生學習后，定期匯報，講述學習、研究故事；對于應用技術類課程，按照理論與實驗比例1:1 以上配設實驗，改變以往被動式的學習模式，學生在講好故事的基礎上，體現對知識的綜合運用與技術掌握，開發具有社會價值的產品。

4）專業課程實訓與大學生競賽體系建設完備。

近幾年來，各高校響應國家號召，紛紛組織學生參加大學生創新創業競賽，這也是對各高校培養人才的激勵與檢驗。其中最困難的是比賽經費問題，該經費不僅包含學生報名費、參賽費，也包括研究與開發費用，對于有創新、有實際價值的項目，不是幾千元就能支持的，這對指導教師來說是一個不小的負擔。因此，及時將科技成果轉化成產品非常有意義，如何完善專業實訓與競賽體系非常重要。對應需解決的關鍵問題見圖4。

圖4 六感思維模式解決關鍵問題圖

1）六感思維模式改進教學方法。

改進教學方法策略，主要包括教師定期培訓、充實課堂內容、提升課堂興趣、校企聯合、項目引導等方法，吸引學生進入創新創業大門。

2）突出信息服務特色，突出多方位創新人才培養環境。

“六感思維”教學模式只為創新型人才培養提供了一個好的切入點，要切實發揮更大的作用，還需要建立能持續運行的人才培養環境。深厚的科研積累是這一環境的有效支持，為創新人才培養提供知識源泉，相關課程及第二課堂的開設機制決定了創新人才培養的持續性和長效性。

3）構建、探索具有可推廣、可復制的物聯網校企聯合產學研合作平臺。

在以教師為主導、學生為主體的新型教學模式中，企業實踐教學活動作為一種重要的學習過程，不僅能開拓學生視野，提升科研素質，更能鍛煉學生的動手能力、主動思考能力，培養學生的創新思維和實踐能力。

4）六感思維教學模式突出服務品質。

一個好的創新人才應具有許多優秀品質：批評性思維、懷疑的心態、不用固定思維看待問題；自拓展的知識結構，能綜合運用各學科的知識，通過深度學習，吃透專業課程，具備向任何知識領域進行拓展的能力；良好的技術理解力，學會應用現代技術工具作為必備技能；以人為本的設計思維，關注用戶體驗感，持續優化產品性能。優秀品質不僅要善于駕馭物，更要深入理解人，以人的需求為本才是關鍵，利用物聯網技術做好人的服務才是宗旨。

3 實施方案

創新精神是創新的靈魂與動力，“六感思維”教學模式是以物聯網體系結構為核心進行設計和技術開發，在學生培養的不同時期設置不同的物聯網專業實踐課程，使學生循序漸進地學習和運用物聯網五大技術，進行不同層次的開發和集成應用，具有較強的物聯網技術綜合應用和工程實踐能力，能夠從事物聯網應用系統規劃、設計、實施、管理和維護等相關工作。

以實際項目需求為引導，以物聯網工程專業課程體系為藍本，學生針對不同的應用方向和已有物聯網領域知識進行創新，通過技術創新與應用創新鞏固已有的物聯網專業理論知識，形成將理論知識與工程運用相結合的良性循環，在物聯網理論知識體系架構內，以“六感思維”教學模式為引導，加強對工程實踐能力的培養，見圖5。

圖5 六感思維模式實施方案

1）專業人才創新能力培養方式。

（1）本專業知識學習。物聯網工程專業學生培養方式的側重點在于全方位的計算機硬件、軟件以及物聯網理論知識的學習，而不局限于單一行業的知識運用需求。區別于計算機專業，物聯網工程專業更注重學生專業應用實踐能力的培養，將計算機知識如數據結構和算法、編程語言、數據庫等運用到物聯網實際應用領域中，進行物聯網理論和方法相關課程的創新思維培養，達到創新性學習目標。

（2）以工程應用需求作為創新培養基礎。學生需結合自身專業特色，深入分析當前物聯網工程應用需求，以企業需求為藍本，找到切入物聯網的興趣點，將物聯網理論和技術運用到實際問題中，如交通紅綠燈算法、智慧農村廣播、智慧豬欄等。

（3）以學生為中心的自主創新模式道路。在培養物聯網工程專業學生創新能力的過程中，通過“六感思維”教學模式重點培養學生的自主創新能力，允許學生自主選題、自主研究，將自身興趣、專業知識和研究方向緊密結合，尊重學生的思想獨立性，引導學生根據已有的專業知識和自身的興趣愛好，結合物聯網技術具體應用，選擇自主研究領域，同時為學生提供開發資源，如STM32開發實驗箱、無線通信實驗箱、RFID+GPS終端、示波器等，針對不同的物聯網技術應用方向開展具體研究，并不斷拓展創新。

2）本專業人才科研能力培養方式。

結合工程應用的需求和物聯網技術可擴展的特點，為本專業學生提供廣闊空間，不僅讓學生掌握虛擬平臺軟、硬件系統各部件的原理，而且讓學生系統理解多種器件的集成通信與信息交互，理解電路圖與PCB圖的區別與聯系。

（1）針對終端硬件的創新實踐，引導對嵌入式開發感興趣的物聯網工程專業學生，結合已有的硬件理論知識，從嵌入式設備軟件設計原則出發，設計針對移動終端的三維虛擬地球軟件框架，改善GIS算法性能，改進虛擬現實的人機交互算法，為湖南山洪災害三維建模技術與農村應急廣播研究打基礎。

（2）針對不同行業應用的創新研究，主要將物聯網技術應用于農業領域，特別是生豬養殖，利用各類傳感器進行數據采集、快速空間分析、高效三維顯示等功能，引導對圖形圖像和傳感器感興趣的物聯網工程專業學生設計相應的數據處理算法，并在此基礎上進行應用創新實踐，構建生豬養殖可視化交互系統。

（3）針對數據服務的創新研究，基于山洪災害等三維虛擬建模對數據服務器的特定要求，引導對數據庫系統感興趣的物聯網工程專業學生設計相應的數據庫存儲方法，并在此基礎上進行算法分析與數據挖掘工作，并搭建云計算與大數據處理環境。

在六感思維模式下，針對物聯網工程專業學生的特點、特長和興趣，在專業理論基礎上，進一步優化物聯網工程專業不同研究方向的培養模式，利用物聯網工程平臺的科研實踐引導學生提高動手能力和獨立思考能力，使學生具有物聯網工程應用的開闊思維，具備一定的物聯網技術應用創新能力，為培養具有扎實基礎理論知識、創新精神、實踐能力和科研能力的物聯網工程創新人才提供一種新的探索方向。

4 主要措施

在創新實驗教學過程中，我們主要做好3項工作。

1）加強專業教學與科研項目深度結合。

首先配合學校教務處制訂詳細的本專業人才培養計劃，特別是創新教育計劃，擴大學生受益面，科研向教學的轉化不應只停留在教學內容、教學設施的直接轉化上，而要以學生參與科研的程度說明創新教育在教學過程中的作用。

2）重視科研隊伍的穩定與師資培養內容更新。

注重指導教師自身發展，根據學院經費條件，不間斷安排優秀教師利用寒暑假外出參與企業培訓，擴大指導教師的視野范圍，更新其知識內容，不斷探索教師從事科研與創新教育的有效途徑。

3）營造積極健康向上的學習氛圍與自由創新文化。

積極健康向上的班級創新文化環境和學術氛圍可以激發學生的各種興趣，在六感教學模式下為學生個性自由發展創造自由空間，堅持寒暑假集訓與平時一周一匯報制度。

5 成果分析

為了鼓勵學生創新，本團隊每年至少支出1 000元資金，分兩學期分別獎勵取得創新成果的學生和小組，實施3年來，取得了顯著效果。

表1列出了物聯網1401班3年來的成果。

表1 物1401班3年來創新成果表

當前學生在項目開發方面的進展很快，能較好處理團隊開發中成員的合作與分工，對項目功能擴展，能提出比較合理的建設與設想，其成果也越來越多。

表2列出物聯網1401班畢業生在考研、就業與本院其他專業同年級情況比較（學院2017年12月12日提供數據）。

6 結 語

綜合團隊教學與創新實施經驗，我們總結校企合作模式，通過模塊培養、分組討論、定期匯報、積極參與等方式，探索六感思維模式在培養物聯網工程人才的價值，列出3年來的部分成果，印證這種模式的具體效果，后續還將繼續研究。

表2 同一年級各畢業專業情況對比表