基于CDIO工程教育理念的高職院校 物聯網人才培養模式的構建

江 帆

(江蘇聯合職業技術學院 蘇州工業園區分院， 江蘇 蘇州 215123)

1 研究背景

CDIO是以美國麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學為代表，于2000年提出的工程教育理念，其內涵是構思(Conceive)、設計(Design)、實現(Implement)和運作(Operate)[1],其宗旨是培養國際化的工程師。我國教育部于2005年宣布加入CDIO，2016年由中國汕頭大學牽頭，發起了“CDIO工程教育聯盟”，至今在世界范圍內已有超過100所高校加入，其中包括我國清華大學、北京交通大學等六所高校。

2011年，工信部發布《物聯網“十二五”發展規劃》，2015年國務院印發《中國制造2025》，提出工業互聯網領域發展的核心是物聯網。我國教育部于2010年批準設立了國內首批物聯網專業，物聯網專業在本科高校及高職高專院校中迅速發展起來。

CDIO的理念與物聯網專業人才培養需求在很多方面是一致的，兩者存在相當高的契合度。因此，高職院校物聯網專業可將CDIO的工程素養培養目標作為培養物聯網專業人才的指導性方向,采用CDIO的工程項目實踐模式，借鑒其在工程項目實踐中的成功經驗，構建高職院校物聯網專業人才的培養模式，并按CDIO工程項目執行過程，培養學生的創新意識、團隊意識和能力素養[2]。

2 高職院校物聯網人才培養亟待解決的問題

物聯網專業是融合了計算機技術、網絡技術和電子通信技術的復合性專業，其專業建設時間較短，經驗不足，人才培養模式還不完善，這主要表現在三個方面。

第一，缺少以專業能力培養為基礎的完善的人才培養方案。高職院校的物聯網人才培養方案，可借鑒本科院校的經驗，但不必生搬硬套。由江蘇聯合職業技術學院各分院所制定的物聯網人才培養方案也不盡相同，其知識體系、課程體系仍未完善，其工程實踐能力的培養未形成統一的體系標準。

第二，重視理論，輕視實踐。高職院校物聯網專業教學中普遍存在的問題是重視理論教學，忽視實踐教學。由于受到辦學條件、教學場所等限制，學生日常上課以學習物聯網理論知識為主，缺少鍛煉實際操作技能的機會，也很少有機會參與實際的企業項目[3]。

第三，師資隊伍建設有待加強。培養高素質的人才需要高素質的教師。目前，高職院校的物聯網專業教師有相當一部分是出身于計算機、電子信息等專業，其學科背景較為復雜，對物聯網的理解也不盡相同，結果導致他們的教學方法各異，教學效果與物聯網行業需求也存在差距。

第四，傳統教學方法難以適應物聯網的學科特性。由于物聯網專業的學科復合性，其技術應用需要通過實驗操作對多個學科領域進行綜合運用，需要通過較多的課時數量來完成項目操作，而目前絕大多數的實操項目均難以在兩課時內完成。因此，傳統的教學組織方式難以順利地開展教學。

3 CDIO物聯網人才培養策略

江蘇聯合職業技術學院蘇州工業園區分院不斷修訂并完善物聯網人才培養方案，同時不斷創新形成基于CDIO工程教育模式的物聯網人才培養策略，以適應物聯網產業經濟的發展和人才的需求。

3.1 明確專業方向，精準對接職業崗位

基于CDIO工程教育模式的特點和物聯網的系統結構(感知層、網絡層、應用層)，學校將物聯網專業劃分為三個專業方向[4-5]。

3.1.1傳感器及嵌入式系統方向 該方向對應物聯網系統中的“感知層”，要求具備的能力有：傳感器節點管理及維護，協議棧軟件設計，RFID技術和嵌入式系統開發。該專業方向對應的崗位是物聯網感知設備的選配、安裝與調試。

3.1.2物聯網網絡傳輸方向 該方向對應物聯網系統中的“網絡層”，要求具備的能力有：網絡組建、管理與維護能力，物聯網系統分析與設計能力，物聯網系統施工與管理能力，無線網絡組建與管理能力。該專業方向對應的崗位是網絡系統的規劃、組建與管理。

3.1.3物聯網應用方向 該方向對應物聯網系統中的“應用層”，要求具備的能力有：物聯網應用設計開發能力，物聯網應用實施能力，信息化智能應用系統的設計、開發與維護能力。該專業方向對應的崗位是信息化管理軟件的設計、實施與運維。

3.2 構建CDIO物聯網工程教學體系

借鑒CDIO的工程教育理念，江蘇聯合職業技術學院蘇州工業園區分院建立了CDIO物聯網工程教學體系。教師在授課過程中以項目的形式開展教學活動,將物聯網典型項目分解為多個模塊，分散在各個專業課程內，學生分學期、按模塊逐一學習，按照“選題(教師指導)—開題(學生匯報)—實施(項目實施)—結題(成果匯報)”的過程組織實施，教學過程中教師運用創造思維教學，鼓勵學生多溝通、嘗試、探究。

3.2.1構建典型項目，實施教學改革 CDIO的教學理念是以工程項目為主線，貫穿整個教學過程，工程項目應能夠覆蓋物聯網專業的核心技術及對應的職業崗位。蘇州工業園區分院選擇“智慧城市”為典型項目，逐層分解，將項目精細化，歸納總結知識點和技能點，轉換成適合于高職院校的教學項目，形成項目化課程體系[6]，如圖1所示。

3.2.2以工程理念為指導，實施多元化教學 CDIO工程教學體系的各門課程在工程實踐的基礎上設定教學目標，實施多元化教學，具體包括以下四個方面。

(1)建立專業課程體系架構。高職院校物聯網專業課程分為三大類：通識類課程、專業類課程和實踐類課程。

圖1 CDIO項目化課程體系

根據國家要求實施素質教育的理念，通識類課程主要由公共基礎課程(德育、法律、語文、數學、英語、體育、美育)、自然科學課程(物理)和綜合素質課程(計算機應用)組成，其設置目的在于拓展學生的知識面，使之兼備人文素養與科學素養。

專業類課程按照物聯網的三個層次劃分。第一層(感知層)課程包括：物聯網感知技術、RFID射頻識別技術、傳感器技術、無線傳感器技術、微距離通信技術、模擬電子技術、數字電子技術；第二層(網絡層)課程包括：計算機網絡、ZigBee無線網絡技術、物聯網系統集成與管理；第三層(應用層)課程包括：數據庫原理、單片機技術、C語言、C#、Java、Qt軟件開發技術、Web技術。

實踐類課程包括：通識課程實踐、專業課程實踐、工程項目實訓、畢業設計等，其目的是通過課程實踐加強學生的動手能力、創新能力和團隊意識。實踐課程內容包括物聯網硬件能力培養，物聯網軟件開發能力培養，物聯網系統設計(軟硬件協同設計)能力培養。

物聯網硬件能力培養的實踐課程包括：物聯網工程布線、ZigBee組網、計算機網絡搭建與調試、電子產品安裝與調試、嵌入式系統原理。

物聯網軟件開發能力培養的實踐課程包括：C語言程序設計、C#程序設計、Android移動應用開發、數據庫管理系統、軟件工程項目實踐。

物聯網系統設計能力培養的實踐課程包括：單片機編程(C語言)、C#物聯網軟件開發、Android物聯網軟件開發，嵌入式軟件開發技術，Qt軟件開發技術。

(2)層層推進，建立多層次實驗課程。蘇州工業園區分院建立物聯網專業的時間較短，學生對于CDIO教學模式需要一個循序漸進的適應過程。另外，物聯網學科具有綜合性及復合性，因此，教師們采用“先易后難、逐層遞進”的方法，建立了認知類實驗課程，設計類實驗課程和綜合類實驗課程的多層次實驗課程體系。

認知類實驗課程使學生對物聯網技術及應用領域有一個全局性的、感知上的認識；設計類課程應用物聯網主干課程的基礎知識，設計、開發物聯網系統中的相關部件和功能模塊；綜合類實驗課程側重于物聯網應用層軟硬件的設計與開發。

以智能家居課程為例，認知類實驗使學生掌握各類傳感器的工作原理及應用方法,設計類實驗使學生掌握特定傳感器(如溫濕度傳感器、光敏傳感器等)的設計及優化方法，綜合類實驗使學生掌握智能家居各應用子系統(照明系統、人體安防、門禁、家電控制等)的軟硬件設計與開發的方法。

(3)“做中學”科技創新實踐。CDIO工程教育模式的特色之一是“做中學”，學科競賽、科技創新活動是其具體實踐形式，也是高職院校學生較為喜愛的學習方式。通過學科競賽、學生同臺競技、相互交流心得體會等方式，能夠有效激發學生們的創造積極性，培養其創新精神，鍛煉其創新能力，提高其解決問題的能力，增強其團隊合作意識和人際交往能力。

江蘇聯合職業技術學院蘇州工業園區分院每年舉辦一次“科技節”，其中物聯網專業的主題是智能家居和智慧城市。為體現CDIO工程教育特色，物聯網專業將競賽項目設置為重點考核學生物聯網工程項目實踐能力和對專業體系結構的把握能力，具體賽項涉及物聯網系統的感知層、網絡層和應用層，突出對學生軟硬件設計與開發能力的培養。

(4)緊密聯系產業，強化頂崗實習與畢業設計。為培育學生的物聯網工程素養，蘇州工業園區分院依托蘇州工業園區科教創新區和國際科技園，利用其人才優勢和技術優勢，立足區域經濟，建立物聯網校企合作基地，促進“產、學、研、用”的有機結合，讓學生以參與企業項目的方式開展頂崗實習與畢業設計(論文)。學校聘用企業工程師為實習導師，制訂實習計劃，指導、評價實習過程，同時，將企業中真實的物聯網項目適當重組、優化，提煉為畢業設計項目，讓學生切實地體會真實環境下的物聯網項目。

4 結論

江蘇聯合職業技術學院蘇州工業園區分院在物聯網專業人才培養方面，本著“創新源于實踐，技術始于問題”的認識，著眼于CDIO工程教育的理念，以典型項目貫穿整個教學過程，建立了基于CDIO理念的物聯網人才培養模式。目前，該模式在學校物聯網應用技術專業教學實踐中已經取得了良好的教學效果，學校建成了現代化的物聯網實訓基地和專業實驗室，以物聯網典型項目為基礎，開展“科技節”創新競賽活動，組織學生參加江蘇省職業學校物聯網應用與維護項目技能大賽，獲得二等獎，申報并成立了市級名師工作室，學校定期組織學生校外交流，拓展知識面，組織學生參觀物聯網產業園，了解物聯網產業發展動態。