欠發達地區新工科物聯網專業人才培養探索
——以蘭州理工大學物聯網工程專業人才培養為研究對象

張恩展，張霞，張璽君，薛建彬，謝鵬壽，馬維俊，郭顯

（蘭州理工大學 計算機與通信學院，甘肅 蘭州）

我國加入《華盛頓協議》之后，在專業人才培養方面更加強調“以生為本”的成果導向[1]，同時也充分體現了國內高等工程教育與國際接軌的強烈意愿。在當前教育主導群體強調“新業態”和“新工科”的背景下，依據“復旦共識”“天大行動”“北京指南”的新工科建設思路，深入推進科教結合、產學融合、校企合作。建立多層次、多領域的校企聯盟，深入推進產學研合作辦學、合作育人、合作就業、合作發展，實現合作共贏。然而，在欠發達地區內，由于企業資源不足，尤其是新興學科相關的企業資源匱乏；師資力量薄弱；教學資源和資金投入無法快速跟上專業發展需求；教學方法和模式呆滯；從而在欠發達地區環境中實現多渠道、高質量的物聯網專業人才培養方面面臨嚴峻的困難和考驗。本文重點針對物聯網專業人才培養在欠發達地區所面臨的問題，以蘭州理工大學物聯網專業人才培養模式為例，探索培養方案、教學模式、協同育人、校企合作、創新創業幾個方面的工作，在新工科背景下提出面向西部地區可行的物聯網專業人才培養方法。

一 物聯網專業教育的本質與內涵

自2009年8月7日，國務院總理溫家寶在無錫視察時發表重要講話，2009年11月3日，溫家寶總理向首都科技界發表了題為《讓科技引領中國可持續發展》的講話，2010年1月19日，全國人大常委會委員長吳邦國參觀無錫物聯網產業研究院以來，我國政府高層一系列的重要講話、報告和相關政策措施表明：大力發展物聯網產業將成為今后一項具有國家戰略意義的重要決策。自2010年開始開辦物聯網工程專業至今，除西藏省以外，全國各省份都開設有物聯網工程專業進行人才培養。

物聯網專業的發展融入新工科建設的價值與意義[2]：2015年發布的《中國工程教育質量報告》指出，我國工程學科、專業大學畢業生的創新能力、分析解決工程問題的能力、溝通能力和團隊協作能力發展不足。此外，工科人才培養與產業需求脫節、工科教育能力建設滯后、工程教育實踐能力薄弱等，導致我國在全球工程技術領域競爭中處于不利地位。“新工科”建設的“復旦共識”和“天大行動”為解決我國工程教育領域中存在的問題提供了契機和可能。正如周緒紅指出，工程教育不能局限于教室和書本，而應建立與產業形態、商業模式融合的“工商融合范式”的工程教育模式。他認為這一模式有助于把創新創業理念融入到工程技術的構思、設計、實現和運作的全過程，從而強化學生的探究精神、認知能力和創新創業實踐技能。

為此，我們把物聯網專業教育的本質和內涵理解為：工程教育在“第三次全球信息化浪潮”中應對新科技革命、新產業革命和新型經濟模式的戰略選擇與戰術設計，旨在為新業態、新需求、新戰略、新經濟模式培養具有創新創業思維、視野、態度、技能和知識的新型工程技術專業人才，以支撐我國創新驅動的發展戰略，為我國經濟發展和技術進步注入新動能。

在新工科建設背景下，我們牢牢把握人才培養方向，分別從人才培養方案、課程體系建設與課堂教學模式改革、創新創業教育、產學合作教育、校企聯合培養等進行人才培養模式的探索。

二 人才培養方案

培養方案是保證教學質量，達到人才培養目標的綱領性文件，是組織開展教學活動的依據。為貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》，深入推進本科教育教學改革，深化創新創業教育，探索以提升質量為核心的本科人才培養內涵式發展之路，參照中國工程教育專業認證協會修訂的《工程教育認證標準（2015版）》，結合《蘭州理工大學創新本科人才培養機制實施方案》和《蘭州理工大學關于深化創新創業教育改革的實施方案》的文件精神，充分調研電子科技大學、江南大學等院校的培養方案和計劃，制訂了2017版本科物聯網工程專業人才培養方案[3]。

本專業培養方案的制訂緊緊圍繞新工科建設理念，以高技術人才產出為培養目標，打造地方專業特色，重要關注點為：①以教學質量國家標準為基準，修訂新專業人才培養方案；②做好頂層設計，優化課程體系；③優化課程知識結構，改革教學與考核的方法和模式；④深化實踐教學改革，推進行業協同育人；⑤培育創新精神、增強創新創業意識，提升創新創業能力；⑥加強新專業本科教育的國際化進程，培養和擴大學生國際視野；⑦多模式、多層次專業培養，拓寬精細化個性培養途徑。

物聯網工程專業所在學院制定了“1433”人才培養模型，即“規劃一生終身學習”，“4個層次（通識、領域、工程、崗位）迭代遞進”，“3個階段（學校培養、企業培養、職業生涯）終身學習和培養”，“3個方面（知識、能力、素質）相互支撐、協調發展”。從而在人才培養方案上給出明確的培養目標、方向和方針路線。

三 課程體系建設與課堂教學模式改革

課程體系建設的邏輯起點是育人目標，課程體系是人才培養的抓手，也是課堂教學改革的立足點。因此，圍繞培養方案建設課程體系，探索教學模式和方法的改革。

（一） 課程體系建設

物聯網工程專業人才培養的課程體系由通識與公共基礎課程、學科基礎課程、專業課程、創新與創業教育四大類組成（見表1）。

表1 課程體系

通過該課程體系能夠使學生成長為基礎理論實、專業口徑寬、工程能力強、綜合素質高，具有國際視野和創新精神的高級專門人才。

（二） 課堂教學模式改革

按照2017版人才培養方案，針對所建設的課程體系中的專業課程和人才拓展計劃類課程，我們系教師嘗試多種課堂教學模式，并進行積極探索，大膽改革和創新，把行之有效的教學模式進行推廣交流。典型的教學模式分別為：翻轉課堂、對分課堂、CDIO教學模式。

1.翻轉課堂模式。翻轉課堂作為一種新的教學模式，在國內還沒有嚴格的定義界定。翻轉課堂指重新調整課堂內外的時間，將學習的決定權從教師轉移給學生，通過對知識傳授和知識內化的顛倒安排，改變了傳統教學中的師生角色并對課堂時間的使用進行重新規劃，實現對傳統教學模式的革新[4]。我們學院系部教師分別根據自己所教授的課程申請了翻轉課堂教學項目，項目見表2。教師們嘗試課上、課下，線上、線下，多素材、多形式的課堂教學模式改革，分別收到不同的教學效果；尤其是信息類、計算機類課程，可以緊跟前沿技術發展，讓同學們從多個視角和維度了解和學習課程知識。

2.對分課堂模式。對分課堂是張學新教授提出的一個新的課堂教學模式[5]。通過對分課堂教學模式，可以增加學生課堂討論的主動性和積極性。針對大學高年級專業課教學存在的學生積極性不高、教師熱情降低、教學手段方法無法滿足教學需求等問題，2016年和2017年秋季學期筆者采用對分混合式教學方法進行大四專業課《無線傳感器網絡》的課程教學實踐，取得較好的教學效果。

表2 翻轉課堂教學改革項目

首先，針對大四學生采用對分課堂模式，是因為大四學生具備了一定的專業知識和自學專業知識的能力；其次，在專業課的課堂上采用對分課堂教學模式是因為專業課的教學可以采用專題講座的形式，既能讓學生了解專業知識專題的歷史背景，又能透析專業知識中的重難點的原因和技術發展趨勢，還能給學生提供充足的討論交流時間。

在該模式教學過程中，學生的積極性和主動性有大幅度提高。學生的學習能力、批判性思維、演講能力和領導能力等都得到了鍛煉，激發了持續學習的動力。尤其是課下，學生用于搜集資料、討論學習、準備報告材料等學習時間增加了，學習氛圍也得到改善。對分課堂注重教學流程和教學方式手段的改革，是一種經濟、實用的教學改革。后續如何在多門課程中實踐對分課堂教學模式，并借助網絡、多媒體等工具對其進行進一步優化、完善，是未來探索和實踐的方向。

3.CDIO人才培養模式下的課堂教學。CDIO于2005年由顧佩華教授從加拿大引入中國，并在汕頭大學進行試點改革[6-7]。十幾年來，在汕頭大學的帶領下，江南大學、成都信息工程學院、廣州大學、燕山大學等100多所高校成為CDIO模式的試點高校。2018年3月，蘭州理工大學派13名教師參加2018年CDIO工程教育聯盟年會暨新工科建設實施路徑研討會，學習新工科建設背景下，賦予CDIO的新內涵。同年7月，蘭州理工大學邀請汕頭大學包能勝、崔巖等教授一行來蘭州理工大學交流工程教育CDIO的教學理念和實施方法。2018年秋季學期，物聯網工程系計劃推出《ZigBee技術與實踐》和《移動Web開發》兩門課程作為試點，嘗試把CDIO的三級項目開發（課程項目開發）融入到課堂教學中。該教學模式還處于一個起步摸索階段，因此僅嘗試兩門課程，未在物聯網工程專業的四個年級鋪展。這兩門課程的具體實施方法和措施是根據《CDIO能力大綱》的指導，盡力以課程為抓手，以課程項目為載體，培養學生的能力。

四 創新創業教育

學院重視學生的學業學習，鼓勵學生的學習積極性和主動性，鼓勵學生參加社會實踐和學術研究活動，鼓勵學生從事課外創新創業活動以及參加各級各類學術、科技、創業等比賽。學院成立了蘭州市物聯網工程研究中心、蘭州市物聯網人才培養基地，同時建設有創新創業辦公室和創新創業基地為雙創教育提供了培養平臺。蘭州理工大學按照“依次遞進、有機銜接、通專結合、校企合作”的建設思路，建立了包括“理念教育—理論創新—實踐教育”三個階段、貫穿四年的創新創業教育體系，創新創業教育成果顯著。2016年，蘭州理工大學被教育部評為“全國首批深化創新創業教育改革示范高校”。物聯網系率先在教育教學過程中開展“縱向導師制”，即把物聯網專業四個年級的學生縱向分配給系部教師，平均每個年級有4-6個學生選擇一個老師作為自己的導師，從而形成四個年級的縱向梯隊，跟隨導師做科學研究、項目研發、創新創業大賽等鍛煉和學習。這種形式不僅使學生盡快接觸專業，還能盡快接觸專業技術應用、開發和研究，從而讓學生能夠更快地得到CDIO人才培養的四個方面的鍛煉。縱向梯隊的好處是保證了項目開發的延續性和完整性，也為導師輔導學生節省了大量精力。物聯網工程專業2015年-2017年獲批的國家級/省級創新創業項目見表3，校級項目見表4。在這些項目的驅動下，學生們能夠從底層到應用層，從部分功能的開發設計到整體系統的設計和實現進行一個全面的了解和體會，能夠促進學生的專業學習和整體技能的提升。

此外，系部和學院積極推動學生參加“博創杯”全國大學生嵌入式物聯網設計大賽、中國大學生iCAN物聯網創新創業大賽、中國大學生計算機設計大賽、“TI杯”全國大學生物聯網設計競賽、“賽佰特杯”全國大學生物聯網創新應用設計大賽、“互聯網+”全國大學生創新創業大賽、“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽、全國移動互聯創新大賽、下一代互聯網技術創新大賽、全國大學生智能互聯創新大賽、中國創新創業大賽等多個賽事，從而拓寬和豐富學生的視野和人生經歷。2014-2017年間，學生參加的科創、大創和競賽類的項目近60項如圖1，其中獲獎30余項，參與競賽學生占到全系學生的83%。

表3 2015 年-2017 年國家/省級大學生創新項目明細表

五 產學合作教育

學院與物聯網工程系主動與社會企業產業部門合作，申請教育部協同育人項目。其中申請到教育部新工科建設專題項目一項(教育部新工科研究與實踐項目“欠發達地區高校新工科物聯網工程專業建設”)，企業合作育人項目10余項，見表5。

在項目的驅動下，系部教師積極嘗試通過項目帶動學生的學習積極性，提高學生在物聯網專業方面的項目開發技能和團隊合作意識。

表4 2015 年-2017 年校級創新創業項目明細表

表5 教育部協同育人項目

六 校企聯合培養

江南大學物聯網工程專業是國內第一個物聯網專業。該校地處長三角地區，企業資源非常豐富，有利于校企聯合培養學生。與江南大學相比，蘭州理工大學周邊高薪技術企業資源匱乏，校企聯合培養模式是把學生送到上海和北京等城市的企業進行培養，這樣一方面增加了培養成本，另一方面降低了企業和學生的積極性。為了解決校企聯合培養中面臨的資源不足問題，學院和物聯網工程系積極整合社會資源，加強與相關企業的深度合作，拓展校外企業實習基地和聯合培養基地的數量，通過多種渠道建立了穩定的社會實踐平臺與企業在校內建立實訓平臺，為學生提供了良好的實踐、實習、實訓條件。學院現與昆山杰普軟件科技有限公司、北京中軟國際教育科技股份有限公司、達內時代科技集團有限公司、四川華迪信息技術有限公司、長風信息集團5個單位共建校外實習、實訓基地。實習方式通常是由企業技術負責人給學生講授相關的科技實踐、產業實踐和社會實踐知識，也有一些實習是將學生分別安排到不同的企業實習基地進行實習，且與學校導師共同完成畢業設計（論文）。實習基地的建設為提高學生的實踐能力，培養創新型人才起到了重要的作用。學生在實習單位也得到了良好的評價和認可，用人單位也對畢業生的實踐能力給予了充分肯定。

圖2 校企聯合培養的實習實訓流程

在“1433”人才培養模型中，學院牽頭又先后與10多家企業開展密切合作，建立了聯合制定教學計劃、聯合組織教學活動、聯合考評學習質量的人才培養機制。校企聯合培養的實習實訓流程如圖2所示。

七 結語

圖3 2017 年物聯網工程專業學生就業地區分布圖

圖4 2017 年物聯網工程專業學生就業年薪分布

蘭州理工大學物聯網工程專業2017年畢業生就業地區分布和薪資分布見圖3和圖4。通過新工科建設和教學模式的改革，學生產出收到較好的效果。從圖中的分布可以看出，物聯網工程專業學生的就業傾向經濟發達城市和省份，薪資也比較可觀。綜合這幾年的工作，我們認為后續工作中要保證以下5點：第一，緊緊抓住新工科建設理念、OBE理念和CDIO人才培養理念；第二，與時俱進，全面革新教學思想和模式，把發展學生的工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程實踐能力，作為培養“新工科”人才的重要手段；第三，利用好蘭州周邊的企業資源，拓展全國的企業資源為我校人才培養所用，彌補欠發達地區人才培養資源不足的劣勢；第四，通過各類人才培養項目和競賽提高教師和學生的能力；第五，大膽改革創新人才培養模式，持續改進。