人工智能背景下的物聯網工程專業人才培養模式探析

劉曉華，鄧峰，譚云松

(武漢工程大學計算機科學與工程學院，湖北武漢 430205)

1 引言

為在新一輪國際競爭中構筑優先發展態勢,我國提出了共建“一帶一路”的重大倡議，在此倡議下，一系列重大戰略如“創新驅動發展”“中國制造2025”“互聯網+”“新一代人工智能”等得到有效實施[1-2].由此，以新技術、新理念、新產業、新趨勢為主流的創新經濟及技術發展對工程應用及專業創新人才的培養提出了更高、更新的要求。物聯網技術作為創新驅動發展和人工智能實現過程中的關鍵途徑[3-4]，在現代工業、農業、電力、醫療、交通、船舶等多個領域得到廣泛應用[5-9]，比以往任何時候都更需要復合型應用人才，為實施創新驅動發展戰略和“萬物智聯”智能化生態體系提供有力技術支撐和人才保障。物聯網技術的深入應用，有力地推動了人工智能、大數據和云計算的深度融合及高速發展，并構成了一個完整的智能閉環控制與優化系統。為進一步適應“一帶一路”倡議背景下新產業發展的需求，將息息相關的物聯網、云計算、大數據和人工智能融合到專業建設及人才培養過程中，培養專業實踐動手能力強、有創新意識，能夠解決復雜條件下工程應用問題、具備國際核心技術競爭力的高素質、創新型、復合型“新興工科”人才，是當前物聯網工程專業最為迫切的任務。

針對上述專業人才培養面臨的緊迫問題，本文以“萬物智聯”目標和前景為驅動力，推進物聯網工程專業人才培養體系建設，實施并構筑了一個以“知識鏈、能力鏈、素質鏈三鏈一體”為特色的物聯網工程專業課程體系。

2 原有培養方案中需改進的地方

2.1 課程體系結構需跟進新技術發展，增加專業前沿課程

原有的物聯網專業培養方案中專業課程設置相對獨立，有些課程學了在后期項目和專業實踐中用不上，缺乏工程實踐；有些課程在學習過程中發現知識點有重合，未能形成難度梯度；還有一些課程教學重學術、輕實踐，對實踐內容要達成的目標不明確，學生不經歷動手實踐，很難直接通過課堂講授或書本自學達到理解和掌握的目的，導致學生對部分專業課程學習積極性不高。

隨著新的技術和知識需求不斷更新，原有培養方案需跟進新技術發展對人才培養的需求，需要增加專業前沿課程設置。

2.2 明確學科和專業定位，加強交叉融合

人才培養的關鍵和基礎，是學科和專業的明確定位。學科和專業的正確定位不僅決定人才培養的目標及模式，最終還將影響人才培養質量。

目前的物聯網工程專業在大類上隸屬于計算機科學與技術學科，因此還在計算機大類基礎上進行物聯網工程相關課程的建設及學生培養。這也導致物聯網工程專業定位不清，培養目標、課程體系缺乏針對性。硬件不如信息工程、軟件不如軟件工程、傳輸不及通信工程，綜合運算能力不如計算機。在社會需求的發展初期，畢業生基本在傳統IT領域就業，考研與就業方向主要聚焦于計算機科學與技術、電子與通信工程、電子科學與技術等。隨著物聯網技術的深入發展，智能設備的廣泛普及，通過物聯網、傳感器，產生、集合海量的數據，存儲于數據云端、邊緣端，再通過大數據技術進行分析處理，以及更高形式的人工智能學習與優化，實現萬物數字化、萬物智能化、萬物網絡化，物聯網邁入了人工智能、大數據時代。

因此，我們提出改進現有的物聯網專業培養模式，增加其與國家號召高校加快培養人工智能領域高精尖人才的戰略匹配度，縮小戰略差距，提升專業競爭力。

2.3 人才培養目標多樣化，人才培養模式開拓化

專業培養過程的共性化，是原物聯網工程專業的人才培養目標中存在的問題，這直接造成了嚴重的培養目標普遍同質化現象。由此導致在國際化視野上，物聯網工程專業人才培養目標與發達國家相比仍有很大差距，呈現出復合型人才培養的導向性不明確，跨學科創新平臺缺乏、協同育人深度不夠等特點。若僅僅是對原有計算機科學與技術專業人才培養方案修訂或再擴充，這與所追求的以需求領先推動科技發展、加強科學研究、彰顯優勢、突出專業特色的匹配度較低。

除了培養物聯網技術領域的高級工程技術人才，還可培養畢業生成為人工智能領域前沿領導者的目標。工業4.0和智能制造行業也急需物聯網方向的精英和專門人才，因此培養目標可定位為向多個行業輸送高端專門人才，滿足國家多方面發展的戰略需求。

3 課程教學新思維構建

本研究針對物聯網工程專業人才培養的問題，先行先試，構建“三鏈一體”解決方案和路徑優化策略。以物聯網工程專業學生為核心及實施對象，在教育管理部門、學校及企業三方面的多重管理與教育引導和專業導向等支持下，構建并實施“三鏈一體”的創新教育理念和人才培養模式，旨在“強基礎、廣口徑、重實踐、求創新”的人才培養方針，堅持"立足學校、著眼未來，重點智能，人才攻關"的基本原則，推動“萬物互聯”向“萬物智聯”發展，為實現科技強國的戰略目標貢獻自己的力量。

圖1 “三鏈一體”培養模式

在本研究中對本科生培養方法探析如下：

(1)以知識鏈為基礎，構建良好的導學關系

緊密關注國家和行業重大需求和關鍵技術發展前沿，主動邀請人工智能、物聯網工程、大數據及云計算等前沿領域的科技開發人員、校外企業導師，與學校導師一起，從宏觀上著手，細節上精心討論，群策群力制訂物聯網工程專業的培養方案、培養目標和培養方向。在課程設置方面，優化傳統的課程設置，注重理論與實踐、人文與科技、校內外多方面指導相結合、理論教學與實踐操作一體化設計，多學科交叉與深度融合，構建多角度、多層次、模塊化課程體系。采用創新的指導方法，線上線下結合，理論與案例結合，實施混合式教學。

學業導師和學生之間的關系，因不同于單一的師生關系，可稱為“導學關系”，導師傳授從課本知識上升到涵蓋基礎知識，專業知識、前沿知識，理論知識和交叉學科知識的“知識鏈”體系。在四年的陪伴與指導中，學生人數以小組方式為主，采用引導式、啟發式、互動式，老師與同學互動，小組內、小組之間相互交流、探討，針對具體問題的解決方法深入探討，發揮每個人的聰明才智。以知識鏈為主線，通過構建師生之間良好的導學關系，形成“導師激發、指導、支持，師生討論、探索、創造”的良性循環特征。在構建的導學關系中，提升學生競賽成績、促進學生參加各類校外科技活動的積極性、鼓勵學生主動參與學業導師的科研項目。

圖2 以知識鏈為基礎的導學關系

(2)以能力鏈為核心，構建創新實踐體系

人才培養不僅強調知識的學習、運用和創新能力，注重學科專業知識研究與分析的能力，也強調自我表達、解決問題、職業規劃等方面的實踐能力以及溝通能力、團隊合作、國際交流能力等多方面綜合發展的“能力鏈”。人才培養的能力提升策略，主要表現在系統課程的規劃與形成、課程目標的達成、充實的專業訓練與實踐和多學科包括的學習環境等方面。積極與企業聯合建設多學科交叉的物聯網工程開放創新平臺、應用場景平臺、聯合實驗室、實訓基地，邀請企業參與制定培養方案，參與組織開展物聯網工程領域人才創新創業和技能競賽，校企協同育人，構建自主創新和人才培養共同體。

圖3 能力提升路徑

(3)以素質鏈為總領，建立雙重加權人才綜合素質提升平臺

人才綜合素質的提升，是促進本科生教育內涵式發展的必備要求，也是為社會培養創新型、綜合型人才的關鍵環節和有力保障。人才培養不僅應具有知識素養和專業素養，還應具有科學文化素質、心理素質、思想道德素質、創新素質、身體素質和人文素質非專業素質。

本文中通過建立雙重加權的人才綜合素質提升與評價數學模型，綜合考慮各因素對人才綜合素質的影響程度，確定權重、構建數學模型，在度量人才綜合素質水平的基礎上，分析度量值大小產生的因素，針對該因素引起的原因進行深層次分析并提出解決方案。

圖4 雙重加權人才綜合素質評價模型

4 模式創新與實踐

在創新型、復合型的物聯網工程專業人才培養模式中，創新點主要表現在如下幾個方面：

(1)培養模式創新：構建“三鏈一體”人才培養模式，創建以“知識鏈-能力鏈-素質鏈”為核心引導的復合型、創新型人才培養方式，解決物聯網工程專業人才培養的關鍵問題。

(2)實踐體系創新：建立并優化“項目—成果展示—多維度發展”能力提升路徑，構建行業主導型、需求引導型的聯合培養基地。通過理論提升指導和自己動手實踐，解決復雜工程問題的能力顯著提高，職業素養全面提升，社會責任感明顯增強。

(3)全程保障體系創新：建立雙重加權人才綜合素質評價模型與保障體系，立足培養定位；依據培養目標，識別關鍵環節，強化過程，細化中間環節，溯源跟蹤回饋；建立以提升職業發展能力為導向的全過程質量保障體系。

在具體實施效果方面，主要在以下幾個方面得到了有效提升：

(1)顯著提升了人才培養質量，明顯增強了就業競爭力

在實施中物聯網專業就業競爭實力得到大幅提高，畢業生在就業市場中十分搶手，表現出極強的競爭能力。根據2021年畢業生的就業情況顯示：在“三鏈一體”模式培養下的畢業生簽約國內高端企業數量、升學數量、高薪人數等方面，都明顯優于非該模式培養的學生，“三鏈一體”模式培養的畢業生質量有明顯的提升。

(2)學生創新實踐能力提高顯著，創新實踐取得斐然成績

2021年，物聯網工程專業學生獲獎層次得到提升，在“第二十三屆中國機器人及人工智能大賽全國總決賽人工智能創新賽”“全國高校計算機能力挑戰賽”，計算機技術與軟件專業技術資格考試、軟件著作權等多方面都有了較大突破，藍橋杯競賽人數獲獎創新高。教師指導學生不再“為了比賽而比賽”，而是為了連接創新成果和產業市場，培育創新創業元素和資源。

(3)激勵教師追求卓越，推動專業建設和學科建設的全面提升

以“激發教師潛能、追求卓越教學、提升科研水平、提高師德素養”為教師發展的目標。通過“三鏈一體”學生培養、隊伍建設、科學研究等促進物聯網專業建設和大學科建設，全面提升學科建設水平。2021 年專業老師參與教學研究項目人數達到100%，參加指導學生課外活動的老師達到90%，老師參加科研項目開發人數超過50%。

(4)校企協同育人，推動傳統產業轉型升級

校企合作協同育人的模式豐富了校-企-創融合的教學資源，不僅將成果應用到實踐中，而且還在實踐中檢驗了成果的科學性。“三鏈一體”進一步加強了學校與企業的了解與融合，學校為學生傳道授業解惑，企業為學生提供實習實踐基地，提供物聯網開發套件，校企協同育人，提升了共同攻關創新能力，推動了傳統產業轉型升級。

5 結束語

本文以“萬物智聯”目標和前景為驅動力，通過物聯網工程專業課程體系的改革，形成并實施了一個以“知識鏈、能力鏈、素質鏈三鏈一體”為特色的課程體系，為人工智能背景下的物聯網專業學生培養和評價提供了新的模式和思路。