面向新工科建設的物聯網工程實踐課設改革思路

王秀娟 鄭康鋒 張佳玥 方娟 梁毅

[摘 要] 新工科建設對人才培養模式提出了要求，需要開展深化產教融合、校企合作的體制機制和人才培養模式改革研究和實踐;物聯網工程實踐課程設計是物聯網工程專業的綜合實踐環節，對本專業的人才培養有著極為重要的作用，因此本文圍繞專業育人目標，課程目標等，提出了課程的改革思路，以適應新工科建設的需求。

[關鍵詞] 新工科;物聯網工程;實踐課設;教學改革

[基金項目] 北京工業大學教育教學研究課題（ER2018C020308，ER2020B003）;北京工業大學19內涵發展定額教材建設立項（040000514119547 ， 040000514119550）;華為產學合作協同育人項目（40007013202001）

[作者簡介] 王秀娟（1979—），女，山東人，博士，北京工業大學信息學部計算機學院講師，研究方向為機器學習和網絡安全;鄭康鋒（1975—），男，山東人，博士，北京郵電大學網絡空間安全學院教授，研究方向為網絡安全;張佳玥（1986—），女，遼寧人，博士，北京工業大學信息學部計算機學院講師，研究方向為人工智能。

[中圖分類號] G642 ? ?[文獻標識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）43-0186-03 ? ?[收稿日期] 2020-03-23

一、引言

物聯網IoT（The Internet of things）的概念自1999年提出的以來，其定義和范圍不斷變化，能夠基于互聯網、傳統電信網等，將物品通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議進行信息交換和共享，以實現智能化識別和管理。經過20多年的發展，物聯網已經不再是簡單的概念，而是深入到我們的身邊，共享單車，智能物流，實時路況地圖，自動駕駛等物聯網應用，都給人類的生活帶來了極大的便利。5G網絡的發展，需要物聯網技術中加入5G網絡，這就進一步促進了物聯網技術落地[1]，物聯網已經成為能夠推動生產力飛躍的重要技術之一。相應地，物聯網方向的人才需求日益增長[2]。物聯網工程專業自2011年獲批招生，成為國家重點發展的新興學科。

教育部高教司于2017年推出了新工科建設計劃，并先后形成了“復旦共識”“天大行動”“北京指南”等指導性文件[3]。新工科專業主要指針對新興產業的專業，以互聯網和工業智能為核心，包括大數據、云計算、人工智能、區塊鏈、虛擬現實、智能科學與技術等相關工科專業，物聯網專業是新工科專業的重要一員，新工科建設對物聯網專業的建設發展提供了指導和要求。

物聯網工程實踐課程設計是北京工業大學物聯網工程專業的實踐環節必修課，為專業的多個培養目標提供支持，因此，在本門課程中以新工科建設為標準的課程改革將對本專業建設發揮重要作用。本文將從新工科的建設內容出發，分析物聯網工程實踐課程設計的培養目標，并對課程改革思路進行探討。

二、新工科內容與課程目標分析

新工科研究和實踐圍繞工程教育改革的新理念、新結構、新模式、新質量、新體系開展[4]。具體到課程，需要著重關注工程教育的新理念，提出工程教育改革創新的理念和思路;開發人才培養的新模式，開展深化產教融合、校企合作的機制和人才培養模式改革研究和實踐;同時，應重視教育教學的新質量，開展多維度的教育教學質量評價等。

物聯網工程實踐課程設計是為物聯網專業學生單獨開設的一門以動手實踐為主的課程，其目的是使學生理解物聯網技術的基本概念、以物聯網體系結構為核心，從基本的感知層，到網絡層，到應用層;從物聯網的構建，到物聯網的管理，到物聯網的應用，實現整體的物聯網架構與管理，讓學生能夠綜合運用所學知識，進行應用系統設計，強調學生實際技能和綜合能力的培養，引導學生在系統級上再認識物聯網的架構及關鍵技術，培養其程序設計與實現、算法設計與分析、物聯網系統三大專業基本能力，提高學生在物聯網系統設計和開發應用方面具有較強的創新意識和一定的創新能力。

課程目標中涵蓋了對學生創新能力的培養，基本符合新工科建設的要求，在具體實施中，需要在培養方式、實踐具體內容、教學質量評價等方面進一步細化，以貼合新工科建設的需要。

三、課程改革

基于新工科建設內容及課程目標的分析，我們擬圍繞課程目標，從企業導向、環境支持、內容設計、課程思政、效果反饋五個方面進行課程改革，如圖1所示：

企業導向：物聯網專業的社會用人需求極大，高校在物聯網工程專業的建設上應當契合社會的需求[5]，以企業需求為導向進行建設，梳理總結企業需求中涉及到的技術，映射到物聯網工程實踐課程設計的具體內容中。除了課設內容，企業導向也應當映射到物聯網實踐教學的師資力量培養，通過參與產學研協同育人計劃項目，切實提高教師水平，為課設的順利進行提供基礎。

內容設計：選取典型物聯網應用場景，例如，目前廣為熟知的物聯網應用包括智能家居、智能物流、共享單車、實時路況等，其中涉及到低功耗廣域網、衛星定位、二維碼技術、RFID、無線數據采集、無線數據傳輸、云路口攝像頭檢測、大數據挖掘、云存儲等技術。課設內容可以在覆蓋大部分技術的基礎上進行凝練剪裁，在綜合實踐課程中進行架構實現。除此之外，系統安全問題也是社會關注的焦點，在課設內容中融入安全要素。物聯網發展日新月異，同時出于培養學生創新能力的考慮，課設的應用系統不唯一，應當根據物聯網專業的發展和社會對物聯網人才需求的動態變化，或者盡最大可能滿足學生的創意進行靈活調整、擴展和升級。

除了技術層面的培養，團隊合作、溝通表達也是本課程的培養目標之一，因此，課設內容可以加入答辯環節，讓學生走上講臺，調動學生學習的積極性與主動性，通過對課設內容的總結與陳述，也有利于學生對課程內容的反芻，培養學生的思考學習能力。

環境支持：基于課設內容設計，需對環境支持進行建設，從系統及軟件開發、硬件支持等方面為課設順利開展奠定基礎。如前所述，典型物聯網應用系統中涉及到了低功耗廣域網、衛星定位、二維碼技術、RFID、無線數據采集、無線數據傳輸、路口攝像頭檢測、大數據挖掘、云存儲、應用程序開發等技術，因此，課設需要提供常用的軟件開發平臺，如Visual C++，Java，Python等。在硬件支持方面，課設可提供完備的硬件設備以滿足基本技術層面功能以及學生創新性應用功能的需求。無線數據采集涉及到RFID高頻卡、讀卡器、各類傳感器節點、網絡攝像頭等;無線數據傳輸可涉及藍牙網絡組件、低功耗WIFI網絡組件、網絡攝像頭等;衛星定位技術涉及到GPS定位模塊等;程序開發則包括了用戶界面設計、數據通信、協議解析、數據處理算法實現等;云存儲則可以借用已有的物聯網平臺，如表1所示：

課程思政：三全育人，即全員育人、全程育人、全方位育人，是中共中央、國務院在《關于加強和改進新形勢下高校思想政治工作的意見》中提出的，是對當下和長遠育人的綜合思路。以此為指導，高校應當把立德樹人作為根本任務，將思想價值引領貫穿到教育教學的各個環節。物聯網工程實踐課程設計是重要的實踐課程，需要深入挖掘思政元素，助力教書育人、實踐育人。

本門課程的課程思政育人目標可以圍繞愛國主義教育、職業道德修養、人生價值觀等來展開。物聯網應用在我國開展范圍廣，影響大，走在了世界前列，中國物聯網相關的企業在世界范圍內也聲名鵲起。在教學設計中，可以結合物聯網應用系統的發展情況與愛國主義教育、和熱點新聞相結合。科技向來是把雙刃劍，物聯網系統更是如此，因此，需要對學生進行潛在的職業道德修養引領，讓學生意識到良好職業素養的必要性。此外，物聯網系統的實現需要學生具有嚴謹的科學態度，課設分組進行可以培養學生的團隊合作精神，在硬件、軟件調試過程中對實際問題的解決，都可以培養學生勇于實踐、直面挫折的人生價值觀。

效果反饋：教學效果反饋是有效教學的重要環節，對如何改進教學活動具有重要的指導作用[6]，有助于形成教育環節的閉環。效果反饋可以分為學生反饋與用人單位反饋兩類。學生是課程的主體，因此，學生的教學反饋是最直接，也最有效的。通過在課程中、課設驗收結束后分別對學生展開問卷調查，可形成對本門課程的學生短時反饋;學生畢業后走上工作崗位之后，會對課程有更多的體會，因此，可以再次回訪，形成學生長效反饋;用人單位在更高層面會對學生的整體素養形成用人單位反饋，這也將對本門課程的教學活動提供指導。

四、結論

綜上所述，新工科建設對物聯網工程實踐課程設計的教學提供了方向指引，本文分析了課程目標與新工科建設的需求，并提出了課程改革思路，為本門課程的進一步課程建設提供了建議，對物聯網工程專業的建設也具有一定的積極作用。

參考文獻

[1]郭建民.5G在物聯網中的作用和對新技術的需求[J].無線通信與移動互聯網安全，2020（3）：74-75.

[2]閆文娟.基于崗位需求的《物聯網工程》課程建設思考[J].現代職業教育，2018（11）：46.

[3]教育部辦公廳.教育部辦公廳關于公布首批“新工科”研究與實踐項目的通過[EB/OL].（2018-03-01）[2019-01-16].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201803/t20180329_331767.html.

[4]教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知[DB/OL].中國大學教育，2017-03-01.

[5]李翔宇，曾燕清，陳志德.基于崗位需求的物聯網工程專業實訓教學體系建設思考[J].福建電腦，2016（9）：36-37.

[6]王荷芳，孔德明.儀器分析課程有效教學之有效測評及反饋[J].大學化學，2020（1）.