應用型物聯網工程本科專業實踐教學體系探索

劉德兵，張晶晶，劉金羽，黃建清，劉永娜

（海南大學 應用科技學院，海南 儋州 571737）

物聯網技術是指通過傳感與標識設備獲得信息，按約定的協議進行信息傳輸，形成信息通信網絡，結合云平臺和手機APP 等可視化設計，實現物體智能識別、定位、跟蹤和監管等功能，是信息科技產業的第三次革命[1]。我國在“十二五”期間就提出要大力發展物聯網技術，“十三五”后物聯網上升為國家發展戰略，成為國家戰略性新興產業之一[2]。近十幾年，物聯網等新興產業高層次人才需求一直很旺盛。為適應社會對物聯網工程專業的人才需求，國家自2010 年開設物聯網工程專業以來，全國已有400 多所院校開設了這一專業。隨著高等教育的不斷發展，特別是在國家大力倡導新工科、大力培養戰略人才的情況下，對培養具有創新精神的物聯網工程專業人才提出了更高的要求[3]。作為實踐性特別強的物聯網工程專業來說，實踐教學開展質量的高低，直接關系著培養的學生能否適應新形勢下市場的挑選。怎樣根據專業特點結合各自的實際情況，強化物聯網工程專業的實踐教學，培養適合行業需求的新工科人才，具有很強的現實意義[4]。

一、實踐教學對物聯網工程專業的意義

近年來，我國工業和經濟的快速發展，得益于我國工程教育的快速發展，為我國的工業發展培養了大批人才。2010 年，教育部在全國實施了“卓越工程師教育培養計劃”，旨在推動培養創新能力強、適應社會經濟發展的高質量工程人才。2017 年，發布了《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》，鼓勵全國各高校開展新工科的研究與實踐，培養適應新興產業發展和國際競爭的高素質工科人才。無論是推進卓越工程師的培養還是不斷加強新工科的建設，都強調實踐能力的訓練[5]。

物聯網工程專業同時具有學科交叉性強及實踐性強的特點，涉及標識與傳感器技術、通信技術及計算機技術，是理論與實踐并重的新興學科專業。物聯網技術的應用范圍十分廣泛，從生態監測到智慧家居、校園和城市，再到智慧農業、交通和物流等各個領域，而物聯網在各個領域的應用不僅需要開發人員具有堅實的物聯網理論基礎，還應擁有良好的工程實踐能力。對于物聯網工程專業，特別是應用型的物聯網工程專業的教學來說，加強工程實踐能力的訓練和提高無疑是確保培養質量的重要保證[6]。因此，無論是從當今相關行業對物聯網工程應用型人才的需求，還是從工科人才培養的改革與發展趨勢來看，物聯網工程專業人才的培養都必須要進一步強化實踐教學，促進物聯網工程專業人才由知識型培養到知識技能型培養的重要轉變，以培養素質更高、適應性更強的物聯網工程專業人才[7]。

二、物聯網工程專業實踐教學現狀

物聯網工程是具有較強的交叉性、綜合性的專業，它不僅涉及要加強多學科理論知識的學習，而且與綜合性的實踐技能還密切相關。我國雖已辦學10 余年，但對于培養目標、模式依舊在探索，目前大部分還是沿用傳統的理工科培養模式，人才培養與人才需求相脫節。關于該專業在實踐教學方面存在的問題主要有以下幾方面。

（一）培養方案特色不鮮明

物聯網工程專業作為一個新興專業，與科技的發展結合十分緊密，但因辦學時間還不夠長，實際的培養經驗各高校都相對缺乏，往往是根據所在高校原來專業的背景來進行培養方案的調整，突破性不大且特色不鮮明，特別是一些高校由于實踐教學條件的實際限制，往往理論內容相對較多，綜合性、實踐性應用偏少，針對性也較弱，導致應用型本科院校的部分學生學習有一些困難，或者即使學了但卻又遠落后于實際，學生還未“出門”就已落后于社會。對于教育部重點強調的新工科要求及工匠精神的實際需要，在培養方案中缺少具體的體現，進而影響到學生“職業精神、鉆研精神、服務精神”的培養。

（二）實踐教學環節缺乏整體性、系統性的規劃

培養方案未能根據專業需求進行及時調整，特別是在實踐教學方面，未能及時調整比重。有些學校雖加強了實踐教學的比重，但因教師往往還是原來從其他相近專業轉型過來的教師，因長期的教學慣性等原因未及時作出調整，“重理論、輕實踐”的觀念依然不同程度地存在，這些教師往往習慣性地過多去強調專業理論知識學習，在實際的教學過程中缺乏對學生實踐能力提升的設計，導致學生動手能力的鍛煉與提升不足[8]。

（三）實踐教學體系更新不足

從目前來看，諸多學校的實踐教學依舊沿用以往的“課內實驗+課內實習+校外實習+畢業設計”的模式，各個實踐教學環節雖都具備，但各個環節之間相對獨立而缺乏統一的管理和協調，不利于促進學生完整知識體系的形成。另外，不少學校因師資、實踐條件等限制，仍然以理論教學為主，課程實驗為輔，實踐教學仍停留在演示性、驗證性實驗上，綜合性、設計性實驗數量過少，學生的自主性學習、探索性學習不夠，學生的創新素養和工程實踐能力未能得到有效練成。

另外，有些高校的實踐教學訓練環節安排與實際行業應用相脫節，工程能力訓練也明顯不足，主要原因是現有的物聯網工程相關的實踐教學環節依舊沿用以往過渡專業的方式，學生依舊被動地按照原來的實驗指導書進行操作，通過訓練雖然能夠實現學生對具體知識點的理解及基礎操作技術的掌握，但對學生主觀能動性及創新性的調動性卻不夠；傳統的實踐教學模式帶來的另外一個不良后果就是現有的知識訓練環節設置導致了實際應用項目的整體性與多種知識應用的關聯性相割裂，未能密切對接行業的應用環境，學生的工程化程度訓練也明顯不足，對信息技術的整體認知程度亦不高，進而影響學生對相對復雜工程解決能力的訓練及培養。

（四）實踐教學條件參差不齊

一方面，校內缺乏與行業發展相適應的物聯網工程實踐教學平臺，主要是因為現有的實踐教學平臺大部分是原有計算機專業、電子相關專業的實踐教學平臺的簡單擴展，專業型的物聯網工程實踐教學平臺開發明顯不足，不利于學生物聯網專業素養的提升；另一方面，由于該行業的實際，學生在校外實習基地的實習往往停留在對生產過程的觀摩，學生在實習期間得不到有效的指導和缺乏實際的操作實踐，生產實習未能達到預期效果。

（五）雙師型師資不足

物聯網工程專業為新型專業，工程實戰經驗豐富的技術人員在市場上的就業狀況很好，因薪水等問題而不愿意從事教師行業；愿意從事教師行業的人員大部分缺乏系統工程實踐背景，導致在實踐教學過程中存在“本領恐慌”等問題。

（六）課程考核方法有待調整

傳統的學分構成和課程考核方法，不利于學生對工程實踐能力和創新能力的提升。現有的學分構成除常規的實驗和實習外，理論課程占據了學分的主體部分，考試成績仍是學分高低的決定性因素，長此以往，這樣的導向只會“引導”學生重理論輕實踐。物聯網工程專業在實際應用過程中往往是多學科交叉運用才能解決復雜的工程問題，因此，只有加大實踐能力在學生整體評價中的比重，學生在學習過程中才會重視實踐能力的鍛煉[9]。

結合當前物聯網工程專業的辦學實際，針對目前實踐教學中普遍存在的問題，積極探索面向創新型、交叉型和集成型的物聯網工程專業的實踐教學體系方案，對培養兼具創新能力和實踐技能的應用型物聯網人才具有重要意義。

三、實踐教學體系的探索

目前，國內絕大部分高校物聯網工程專業以OBE（Outcome Based Education）的理念來進行專業培養方案頂層設計，輔以國際工程教育的《華盛頓協議》認證體系為指導，構建本專業的理論課程體系和實踐教學體系。該專業的培養目標一般是根據社會需求、物聯網行業產業發展要求、學校專業定位及實際情況來制定，然后在此基礎上以中國工程教育認證通用標準及專業標準來制定畢業條件，最后形成該專業的課程體系和實踐體系，以實現專業培養目標的有效達成[10]。

（一）完善實踐教學組織機構，加強實踐教學考核

作為工程類專業，實踐教學的重要性毋庸置疑，然而實踐教學效果的實現，離不開實踐性教學組織機構的完善。建立由院、系、教研室有實踐經驗的教師組成的領導小組，組織領導全院的實踐教學活動，如組織編寫并且審批各類指導書、檢查實踐教學進展情況、督促實踐教學的整改等，以切實加強實踐教學過程的管理。

加強過程管理的一個重要手段就是加強實踐教學的考核，以衡量實踐教學效果的好壞，進而才能進行有針對性的整改。實踐教學的考核可以分為兩個方面，一個方面是對教師教學情況的考核，與老師的薪酬、評獎評優等掛鉤，讓老師自己重視實踐教學質量的提高；另一個方面是教師要加強對學生實踐學習效果的考核，依據學生出勤情況、實驗報告質量、實驗產品質量和實習總結等材料，對學生的學習成績給出客觀、公正的評價，讓學生獲得成就感、獲得感。

（二）推進累進式實踐教學體系

實踐教學是理論教學學習效果的有益延伸和補充，在應用型工科人才培養中的重要作用毋庸置疑。根據物聯網工程專業培養方案中實踐教學內容的順序安排，學生依次逐步完成各種實驗任務，學生的動手能力及創新思維也不斷地在分析問題和解決問題的過程中得到訓練和提升。根據學校的教務規定，在不調整整體學分數的前提下，各專業在學制年限內可根據往屆畢業生的就業信息反饋，對專業培養方案進行微調和完善，以更好地適應就業需求。據此，學院在經過多次調整和完善后，逐漸形成了以課程實驗、開放性實驗為基礎，以課程設計、學科競賽和創客空間為拓展，以畢業設計、生產實習為綜合能力提升的累進式專業實踐教學體系，學生的動手能力及創新思維得到逐步的訓練和提升（見表1）。

表1 物聯網工程專業累進式實踐體系

物聯網工程專業實踐教學體系構建的基礎是專業規范和知識要求，方式是累進式培養，核心是利于學生專業素養的培養。在基礎實踐教學中，既包括電工電子、計算機和通信網絡等方面的訓練，也包括物聯網的相關內容如物聯網的基本理論、信息處理、體系結構、系統軟硬件開發、系統集成及數據傳輸與安全技術等方面的學習，通過課程對應的開放性實驗提高和補充學生的操作技能。在累進式培養方面，通過課程實驗、開放性實驗、課程設計、創客空間、學科競賽、生產實習與項目管理等環節的綜合性、拓展性訓練，逐步培養學生的物聯網工程專業素養[11]。

（三）實施多課程協同的實踐授課體系

物聯網工程專業為多學科交叉專業，其學習內容涉及計算機科學與技術、通信工程、電子科學與技術等多個專業。物聯網工程專業學生需要同時學習信息的獲取、傳輸和處理課程，主要包括C 語言程序設計、數據結構、數據庫原理及應用、計算機組成原理、嵌入式系統與設計、操作系統、Java 程序設計、Android 應用開發、Web開發技術、計算機網絡、物聯網通信技術、RFID 原理及應用、射頻識別原理及應用、傳感器原理及應用和無線傳感網技術及應用等課程，內容繁雜且困難[10]；老師授課時也容易沿用原來其所在專業的課程內容和授課方式，未能針對物聯網工程專業進行專門的設計及融合，即使學生學完了也很難融會貫通。鑒于此，在已有培養方案的指導下，充分考慮專業特點及市場需求，通過教學大綱的反復修訂來實現物聯網工程專業課程體系的頂層設計，講與學相促相長，課程間能有機聯系，專業間融合充分，學生的工程化思維及知識點綜合運用能力更加強化，物聯網工程專業的專業特點也更加凸顯。

在總課時不變的前提下，為加強實踐教學，進行了學時分配的優化及教學模式的調整。以省級“金課”及校級“金課”建設為契機，對于已立項的建設“金課”進行學時分配優化及教學模式的調整，鼓勵教師開設慕課、開設虛擬仿真實驗，充分利用雨課堂、智慧樹和超星等網上平臺，以靈活上課形式；同時，增設對應的課外實訓課程，延長學生學習時間。通過線上線下混合教學模式的開展，不僅實現了學時分配的優化，又保證了各科教學的效果。

（四）建立健全教產協同育人平臺

教產協同可以有效地促進應用型工程人才培養質量的提升。作為培養應用型人才的地方高校，實習實踐條件往往有限，因此，學生實踐能力的培養與進一步提升離不開行業關聯企業的大力支持。一方面，學校應積極尋求適合自己情況的物聯網工程專業的校外實習實踐基地，采用互利互惠的模式形成校企合作的長效運行機制，將學生在企業的專業實習、畢業實習、畢業設計及企業教師兼職授課等納入日常實踐教學；同時，積極加強與企業的溝通，通過企業來了解市場對人才的需求；另外，鑒于企業對市場變化的高度敏感性，積極邀請企業人員參與物聯網工程專業人才培養方案的修訂，讓學生在學校所學的知識體系及實踐能力與當前行業需求高度吻合，以確保培養的學生“適銷對路”。另一方面，與企業聯合建設實踐教學項目平臺，充分利用企業的資金、技術優勢及學校的人力優勢，讓平臺一落地就能快速產生效益，并切實提高學生的動手實踐能力。

（五）完善以賽促學的實踐訓練模式

隨著學產的進一步融合，物聯網工程專業的大學生學科競賽主題設置往往以當前的研究熱點和技術前沿為中心，競賽內容兼具有競技性與激勵性，學生的學習興趣得到充分調動，通過完成學科競賽使自身的工程實踐能力和開拓創新思維得到有效提升[12]。學院事先篩選出適合物聯網工程專業學生參與的學科競賽，采用專業技能考核的方式選拔學生組隊參賽，同時，學科競賽指導教師積極帶領學生利用業余時間進入專業實驗室，反復改進、提高，學生的實際動手能力和解決問題的工程能力得到快速提高。通過參加國內各種專業的學科競賽、行業技能競賽來使實踐教學逐步深化；學院創造一切條件來為學生的創新創業訓練提供服務，激發學生的專業學習興趣，提高學生的工程實踐能力；專業課教師通過指導學科競賽，熟悉了行業最前沿，倒逼進一步進行教學內容的改革和創新，以進一步促進工程實踐能力強的應用型人才的培養。

（六）課程思政化的全覆蓋

課程思政是近年來的新要求，是實現“三全育人”的重要抓手。物聯網工程專業也不例外，不僅僅要培養學生的專業技能，也更要將學生的德育工作“潤物細無聲”[13]。對標教育部的要求，通過在課程里融入“中國新冠肺炎防控效果”“中國大國重器系列紀錄片”“中國科技卡脖子”等內容，在近兩年內實現了專業課程思政化的全覆蓋，不僅豐富了教學內容，更激發了學生學習科技、科技救國的內生動力，學習效果明顯優于以往。

四、結束語

物聯網工程專業是一個新興的交叉性、復合型的專業，它具有學科交叉融合、系統集成性強和工程實踐性強等特點。我校自2010 年物聯網工程專業招生以來，已有10 余年的辦學歷程，經過不斷探索，通過不斷優化課程體系、強化實踐教學、改善實踐條件、開展學科競賽等綜合舉措，學生的工程實操能力得到了明顯提升，創新精神和團隊意識明顯提高，近三年的高就業率及高質量就業就是最好的證明。物聯網工程作為一個新專業，實踐教學體系仍將需不斷地調整和完善，以為國家培養更多的高素質的應用型物聯網工程技術人才。