新工科背景下獨立學院物聯網工程專業教學體系研究與探索

摘 要：對京津冀地區高校物聯網專業進行調研，以天津大學仁愛學院物聯網工程專業建設為案例，根據行業背景與社會需求制定培養計劃，引入MOOC等前端教學技術及CDIO新型育人理念，以競賽驅動及創新創業教育輔助，提出適合獨立學院的物聯網工程專業教學體系，對全國新工科建設背景下獨立學院新專業建設和物聯網人才培養起到示范作用。

關鍵詞：新工科;物聯網工程專業;獨立學院;培養模式;創新創業;人才培養

中圖分類號：TP393;G642.0文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）04-0-03

0 引 言

隨著當今世界新一輪科技革命和產業變革加速進行，我國經濟發展進入新常態，高等教育步入新階段。2017年2月以來，教育部積極推進新工科建設，先后形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”，高等教育應主動適應新技術、新產業、新經濟發展，以互聯網和工業智能為核心，升級改造物聯網、智能制造、機器人、基因工程等新工科專業培養體系，推動大數據、云計算、人工智能、智能科學與技術等相關技術創新發展[1]。

產業革命背景下物聯網工程專業的人才培養目標要求畢業生既要掌握扎實的理論基礎、豐富的實踐經驗，更要全面掌握當前技術前沿及其發展趨勢，培養前瞻性視角和創新精神。因此，高校尤其是獨立學院傳統的人才教育培養模式不再適合新科技時代的發展[2]，亟待探索建立獨立學院物聯網工程專業發展新范式，結合產業需求調整專業培養結構，結合技術發展調整培養計劃，更新物聯網工程專業人才知識體系，結合學生志趣調整教學方法，創新工程教育方式與手段。

1 行業背景及需求評估

麥肯錫預測，到2020年，物聯網市場在基于信息通信技術領域的支出產值將達5 810億美元，年復合增長率在7%～15%之間;預計離散型制造、運輸、物流及公用事業等行業在物聯網平臺、系統和服務上的投入各自將達400億美元。2020年全球垂直行業占比情況預測如圖1所示。預計北美物聯網消費級電子市場將從2017年的900億美元增加到2022年的1 800億美元，年復合增長率達10.9%[3]。

天津大學仁愛學院物聯網工程專業教研組通過參加2018年第二屆世界智能大會并走訪天津物聯網產業園區多家物聯網企業，按專業課程的企業推薦度排序如圖2所示。此類課程主要包括嵌入式應用技術、傳感器與檢測技術、單片機原理與應用、移動終端應用開發、Java程序設計、物聯網應用系統綜合實訓等。

2 傳統工程類專業培養體系現狀

教研組通過對區域經濟發展情況、企業用人需求、雙一流高校與獨立學院物聯網相關專業建設情況、實時運行、生源情況、人才產出等多角度全方位調研，梳理了目前專業建設及人才培養過程中存在的問題：2010年初教育部開始設立物聯網相關專業[4-5]，相關經驗少，國內外并無成功培養模式可供借鑒;獨立學院專業定位、培養方案、課程教材、師資和實驗設備等人才培養模式不成熟，仍有眾多問題待解決;教師結構不盡合理，物聯網專業新，但相關知識單一陳舊，不能快速改變觀念、更新知識，以適應物聯網教育要求;教師培訓經費短缺，教師提升及繼續教育機會不多。

3 引入前端教學技術及新型育人理念

考慮到傳統工程類專業培養過程影響新工科建設及人才培養總體效果等因素，天津大學仁愛學院物聯網工程專業課題組提出傳統教學結合慕課（Massive Open Online Course，MOOC）前端技術，引入最新理念CDIO（Conceive Design Implement Operate）結合課堂理論講授，輔之以競賽驅動和創新創業教育，完善物聯網工程專業教學體系。

3.1 MOOC

MOOC指大規模在線開放課程[6]，始于2012年美國諸多頂尖大學聯合設計的一種新型在線網絡課程教學形式，具有便于使用、費用低廉、資源豐富可共享等特點。將其引入教學及評價體系可以補充課堂內容，讓學生近距離接觸一線名師和行業領軍人物，學習其實踐中處理問題的寶貴經驗。其次，MOOC資源可持續，可重復觀看且易于獲取統計數據，能夠鍛煉學生統籌規劃時間安排、自主學習、主動思考的能力。教師更要合理組織課堂活動，安排學習進度，使課堂講解與MOOC內容相輔相成。

3.2 CDIO

引入CDIO工程教育模式[7]，將畢業生的工程能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面，讓學生主動以實踐驗證課程、課程聯系實踐的方式學習工程，符合物聯網工程專業涉及多學科交叉融合、重應用的特點，有助于培養畢業生較強的工程實踐能力。CDIO模式引入專業實踐課程體系架構如圖3所示。例如，在天津大學仁愛學院物聯網工程專業實踐類課程《物聯網應用系統綜合設計》中，以題目“實驗室監控管理系統設計”為例，教師提供系統硬件平臺，安排題目及具體指標要求，學生根據題目結合所學專業理論，通過查閱資料，構思系統框架、人員分工、分模塊設計、系統整合測試等步驟，將課上所學理論用于實際工程設計，提升學生工程和社會能力。

此外，為了保證培養過程與當前科技發展接軌，課題組與天津市職業技能公共實訓中心、百科融創科技發展有限公司、深圳市訊方技術股份有限公司、深圳市沃爾核材股份有限公司等單位展開校企合作，聘請企業導師整合更新培養計劃及實踐實訓內容，實現產教融合、聯合培養。

3.3 競賽驅動

傳統工科人才培養模式形式單一，易導致學生專業學習興趣不強烈，尤其對于物聯網工程專業，知識體系龐雜，涵蓋多個專業學科，獨立學院的學生面對多學科多領域課程知識，如果對專業學習路線不清晰，很容易喪失專業興趣。此外，傳統教學僅滿足課程知識的傳授與掌握，缺乏對學生創新應用能力的訓練。因此課題組思考構建以賽促學、以賽致用的競賽驅動教學體系，頒布競賽獎勵機制并抵扣相關課程學分，培養學生的學習興趣和專業技能，提高學生工程實踐和創新能力。競賽驅動下物聯網工程專業實踐教學體系結構如圖4所示。

3.4 創新創業

教育部積極推進新工科建設過程中，在“大眾創業、萬眾創新”的趨勢下，培養學生創新創業能力始終是一項重要議題。獨立學院物聯網工程專業建設更應從創新創業教育現狀入手，旨在使專業教育與創新創業教育融合發展。

教研組與合作企業建立協同創新創業培養模式，由企業提供平臺將創意原型變成產品，實現創意價值。學校合理劃分創客空間區域，有序安排創客活動。教師進行理論教學，企業工程師進行創客活動指導，將創客項目實用、深入、可持續地開展，培養學生終身學習、誠實嚴謹的態度，溝通交流、團隊合作的意識，靈活創新、艱苦創業的精神。

4 結 語

物聯網融合多種技術且發展迅猛，物聯網工程專業畢業生要有工程實踐能力。在教育部新工科建設推動下，在物聯網工程專業教學過程中，需引入前端教學技術及新型育人理念，結合競賽驅動和創新創業培養理念，不斷改革創新教學體系，緊跟科技發展潮流。

參 考 文 獻

[1]教育部高等教育司.“新工科”建設行動路線（“天大行動”）[EB/OL].[2017-07-01].http：//www.moe.edu.cn/.

[2]種楠楠，李曉峰，戴維迪.獨立學院電氣信息類工程師培養模式研究與探索[J].實驗室科學，2015，18（4）：211-214.

[3] STATISTA.互聯網數據資訊中心.[EB/OL].[2018-04-06].https：//www.statista.com/study/27915/internet-of-things-iot-statista-dossier/.

[4]宋樂，付魯華，王仲，等.面向精密機械課程設計的行動導向教學[J].實驗科學與技術，2013，11（2）：114-116.

[5]教育部高校學生司.140個戰略性新興產業相關專業招生[EB/OL].[2011-07-04].http：//www.moe.gov.cn/.

[6] BAYECK R Y，HRISTOVA A，JABLOKOW K W，et al. Exploring the relevance of single‐gender group formation： What we learn from a massive open online course （MOOC）[J]. British journal of educational technology，2018（49）：59-61.

[7] CHUCHALIN A.Evolution of the CDIO approach： BEng，MSc，and PhD level[J]. European journal of engineering education，2018（6）：1-10.

[8]肖曉萍，余濤，廖青，等.創新實踐課程體系的研究與探索[J].實驗科學與技術，2012（2）：64-67.

[9]王長征.開放性實驗室建設的研究[J].華東交通大學學報，2005 （z1）：115-117.

[10]張維平，梁延德.建設現代工程訓練中心，培養創新人才[J].實驗技術與管理，2005（2）：28-30.