新工科背景下物聯網工程專業人才培養模式探索

屈愛平 何嘯峰 劉立 汪琳霞

摘? 要：在新工科的改革倡議下，隨著物聯網應用領域的不斷擴寬，迫切需要培養出一大批具有較強專業能力的物聯網人才。文章結合物聯網技術的行業發展趨勢以及物聯網工程專業人才培養現狀，針對當前新工科和創新等熱點問題，結合南華大學的辦學定位，探索具有地方和行業特色的物聯網專業人才培養模式，以提高物聯網工程專業的人才培養質量。

關鍵詞：新工科;物聯網工程;人才培養

Abstract： With the initiative of emerging engineering reformation and the expansion of the IOT application， it is urgent to train a large number of IOT talents with strong professional abilities. Based on the industry trends of IOT technologies， the current situation of IOT engineering personnel training， the current hot issues of emerging engineering and the school-running orientation of Nanhua University， this paper explores the talent cultivation model of IOT personnel training with local and clear-cut professional characteristics to improve the quality of personnel training of IOT engineering， in order.

Keywords： emerging engineering; IOT engineering; personnel training

引言

在國家“新型工業化”的目標和規劃下，探索新興工科教育新模式，是教育部教學改革的戰略考慮。物聯網將傳統分離的物理世界網絡化和信息化，與信息空間進行連接和整合， 代表了網絡今后發展趨勢。盡管物聯網技術被人們關注時間很短，近些年才引起重視，但已經廣泛應用于交通、能源、農業、建筑、醫療、工業、安全、空間和海洋探索等領域。物聯網工程專業正是國家針對物聯網技術發展而開設的一個戰略性新興專業，該專業學科跨度大、綜合性與實踐性要求強，技術上主要涉及傳感、網絡、通信、計算機等多個領域。

南華大學于2011年申報物聯網工程專業，并于2012年招收第一屆本科生。該專業自成立以來，強調物聯網技術需立足于行業應用，在人才培養過程中不僅注重培養學生物聯網理論知識和體系架構，同時強化學生的工程實踐能力，期望培養出能夠為工業化和信息化融合、為信息產業服務的高水平、高素質的復合型專業人才。物聯網作為工業4.0的核心領域，新經濟的發展必然對物聯網專業人才的培養提出新的挑戰。未來產業和新經濟需要的是工程實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型物聯網人才，他們不僅學業精深，專業知識過硬，而且還應具備“學科交叉融合”的特征;他們不僅能運用所掌握的知識去解決現存問題，也能快速學習新知識、新技術去解決將來發展中的問題，進而引領未來技術和產業發展。

經過多年辦學和探索，我校當前的物聯網培養模式在人才培養方面取得了部分成就，從認識論到方法論都日趨深入和完善，而且初步形成了一批可復制、可推廣的制度成果以及經驗[1]。然而在專業辦學過程中，依然存在重理論傳授輕實踐教育等問題。尤其是針對00 后網絡一代物聯網專業大學生的學習特點，依然存在諸如人才培養主要以教師為中心的課堂教學等問題。為了適合新工業革命與工程發展的趨勢，新工科背景下物聯網專業的人才培養體系必須進行范式變革。如何從實際出發，結合國家和地方相關產業政策，結合學校辦學定位及學生自身特點，探索物聯網專業的人才培養模式是新工科改革迫切需要解決的核心問題[2]。

一、相關情況

物聯網工程專業與實際緊密結合，其應用范圍非常廣泛。處于初創期的物聯網專業人才培養模式部分借鑒了傳統專業，然而其技術體系、知識體系、理論體系和應用體系等與絕大部分現有專業均不一致。近年，隨著高校物聯網專業的不斷發展，現有的培養模式暴露出諸多問題。尤其是面對軟件、硬件、通信、網絡、控制、傳感等諸多領域的融合，凸顯了本科生工程能力培養的難度。

物聯網工程專業自2010年被批準開設以來，已成為國內近十年新增院校數量最多的專業之一。部分高校已開展了專業人才培養及實踐教學模式的探索和實踐工作[3-8]。武漢大學物聯網專業嘗試基于物聯網應用軟件平臺，引領學生進行科研探索，提高學生的實踐和獨立思考能力，訓練其具備物聯網工程應用領域的開闊思維，同時培養學生的物聯網技術應用創新能力[9]。通過在培養過程中尊重物聯網工程專業的人才培養規律，建立以課群為核心的“四類型六環節”本科教學體系，完整覆蓋了該專業本科教學的實驗類型與教學環節[10]。國防科技大學重視物聯網工程專業以能力為導向的人才培養模式，在制定課程體系時，依照計算機的大類要求強調學科基礎，將感知層、網絡層和應用層等多層面內容融于教學內容中。同時強化實踐能力提升，將課內實驗、課程設計、課外創新、專業實習以及畢業設計等貫穿于整個教學環節，進而形成一套循序漸進的教學體系[11]。南京郵電大學物聯網工程專業構造“文化、服務、制度、理念”頂層制度，強調“卓越工程師”工匠精神的培養，組建充滿活力的教學團隊，進一步深化全方位協同培養以及創新和改革教學平臺、體系和方法[12]。

“新工科”改革倡議的興起，對高校物聯網專業的人才培養而言，既是機遇，也是挑戰。工業和商業界越來越要求物聯網工程專業培養學生的工程實踐、創新創業和自我管理等技能。物聯網工程教育必然會引起全方位的變革，該專業的人才培養標準和培養模式也將面臨新的挑戰。

二、物聯網工程專業人才培養模式幾點探索

在制定物聯網工程專業人才培養方案時，我校結合物聯網技術行業發展趨勢以及當今社會對物聯網技術人員的素質要求，針對當前新工科和雙創熱點問題，構建以新工科為導向、以創新為核心的物聯網工程專業知識構成體系。針對我校物聯網工程專業人才培養目標，我們注重專業課程體系、實踐教學模式，校企深度合作等多方面全方位的改革。我們主要完成了下面幾點探索：

（一）重塑課程體系，強化智慧醫療特色

物聯網專業課程涉及不同學科，構建課程教學體系的時候，不可能包括全部相關學科的課程內容，只能按照物聯網專業辦學的目標定位，結合市場對人才素質的需求，整合各學科相關內容，形成足以支撐物聯網體系架構的課程教學知識集合。南華大學辦學定位明確為“特色鮮明、國內一流、具有國際影響的高水平教學研究型大學”，學校擁有六所直屬型附屬醫院，醫品牌作為校辦學特色。我們結合學校的辦學定位，服務于地方經濟為宗旨，以智慧醫療為研究對象，研究采用現代智能控制技術提高醫院信息化的可靠性、靈活性和經濟性。在教學體系建設過程中，融合新醫科理念，通過深入了解和研究物聯網技術在醫學真實環境中的各種應用場景以及重大工程項目，如采用新器件、新方法和新技術改進藥品、耗品管理系統，解決病房人手不足的醫療安全監控系統;監控發熱門診數據自動連接和報警，鞏固衛生防疫;開發睡眠呼吸等檢測儀，建立個人健康系統等。從工程項目角度出發，分析技術，凝練知識點。將知識點貫穿于物聯網各主干課程，同時開設智慧醫療課程，搭建以智慧醫療特色的物聯網工程專業的課程體系。

（二）探索多層面的實踐教學模式

與新工科背景下的高等學校教學質量與教學改革工程相適應，根據專業的人才培養模式和特色追求，逐步形成物聯網基礎應用認知、物聯網核心進階訓練、創新創業實踐與學生課外科技活動等四個教育訓練層面。堅持理論和實踐、課堂和課外結合，創建基于生產認知、基礎訓練、工程應用和創新訓練的多層面實踐教學模式，工程化完成實踐教學。具體實施則依托于四個實踐訓練平臺：

1. 創新思維培養的校企合作平臺

以與廣州粵嵌科技股份有限公司共建的湖南省物聯網和智慧醫療校企合作創新創業人才培養示范基地、衡陽中興網信科技有限公司產學研合作基地為平臺，為學生提供充分的智慧醫療等物聯網系統設計、開發、運行、維護等環節的實踐機會，學生能夠接觸和深入物聯網應用系統運行最前沿，從最初的感性認知，到發現問題，到提出問題和進一步研討問題，完成培養和訓練其創新思維的目的。

2. 基本技能培養的基礎訓練平臺

以提升學生基礎知識、基本技能為主的基礎訓練平臺是完成理論驗證、培養創新型人才的搖籃。我們建有包括無線傳感網絡實驗室、格爾智慧醫療信息工程聯合實驗室、智能家居實驗室、嵌入式實驗室、大數據技術實驗室等基礎訓練平臺。依托這些平臺，為學生提供基礎實驗訓練以及研究性實驗訓練，從而完成其創新基本技能訓練。基礎訓練平臺具備兩方面特點：（1）通過基礎實驗訓練可以提高學生基本操作能力，加深對物聯網系統基本工作原理、傳感與分析的理解和掌握;（2）學生可組建不同興趣愛好的學習團隊，依托于大學生課外科技活動，訓練和掌握科學研究的基本方法，培養自己的創新創造能力。

3. 以工程知識和實踐能力為主的工程素質訓練平臺

物聯網芯片、傳感新器件等新技術的高速發展，行業對學生的工程能力要求也越來越高。通過基于WiFi的智能小車開發、倉儲物聯網系統開發、車載媒體軟件開發、遠程醫療監護系統開發以及虛擬現實設備實現前庭康復系統開發等訓練項目，使學生能夠接觸來源于生產的工程實踐，訓練學生綜合運用學到的基礎理論和專業知識解決較復雜的實際問題，擁有較高工程實踐能力，以提高其面對不同工程技術問題的應變和適應能力。

4. 以適應于多學科融合的科技研發為方向的創新訓練平臺

依托于各種創新項目，學生通過參加新產品開發、科技活動以及發明創造等實踐活動，全面訓練和提升創新能力。訓練項目包含：社區WiFi室內定位系統的開發及相關校園社交應用的探索、基于視覺的移動機器人跟蹤與瞄準系統、四旋翼飛行器的自主飛行控制、基于計算機視覺的三維測量系統、智能課堂教學質量檢測系統、智能可穿戴醫療手環、智能遠程監護系統、智能醫療無線采集系統等。學生從知識創新、技術創新和管理創新三個層面，挖掘創新潛能、培養創新意識，形成創新思維，擁有解決實際生產中復雜問題的研究能力和創新能力。

（三）深化校企產學研合作，強化校地融合

新工科建設要求中強調培養“具有較強行業背景知識、工程實踐能力、勝任行業發展需求的應用型和技術技能型人才”。由此可見，工程實踐能力培養必然會是新工科專業建設中的根本，高校辦學缺乏產業支撐，產學研的深度合作定然會是高校新工科人才培養的重要途徑。在前期的教學體系中，由于核心專業課師資主要由高校畢業的博士任教，缺乏必要的行業經歷，培養中部分存在重理論，輕實踐的問題。產生這種現象的一個根本原因就是相關企業參與整個培養過程不夠。高校如果缺乏相關專業背景的企業參與和支持專業建設，學校將和行業脫節，缺乏相關實踐資源。所以，想要徹底扭轉這種局面，高校不僅需要開展校企合作，而且需要深入企業，抓好校企合作，進而引進企業的優秀資源。辦學中，我們強化校企合作，創建了湖南省物聯網與智慧醫療校企合作創新創業基地。在學生培養的整個周期中，將許多實踐教學活動安排在企業進行，開展校企聯合培養。依托該基地，我們聘用企業中具備高級職稱的工程師對實踐性很強或者工程性很強的內容進行授課。抓好校企合作的同時，我們注重校地融合，服務地方。衡陽地區現在人口800多萬，作為衡陽地區最好的綜合性本科院校，并擁有5所直屬型附屬醫院服務于地方，同時衡陽市作為全國信息化50強之一，地方政府非常重視城市信息化建設，是促進地方經濟發展的重要方面。我們貫穿執行“校地互動”，不斷嘗試和探索校企產學研結合的特色發展之路，結合地方經濟社會，探索“簽訂合作協議、共享產學成果、共建合作實體”的合作機制;利用寒暑假時間，統一安排學生到合作企業實習，讓學生走進企業和深入企業，切身感受到物聯網技術在不同產業中的應用和發展。