工業互聯網背景下物聯網工程多元化人才培養體系研究與實踐

胡順仿，佘玉梅，繆 清，趙艷芳，蔣 作，張寒云，陳君華

(云南民族大學 數學與計算機科學學院，云南 昆明 650031)

近年來，世界各國政府機構高度重視第4次工業革命，為確保國家制造業的國際競爭力，紛紛頒布了以工業轉型升級為重點的國家戰略政策，專注于工業技術的發展，如美國“工業互聯網”、德國“工業4.0”、 日本“互聯工業”和中國“智能制造”等[1-5].同時，為迎接這樣轉變，需要勞動力技能、組織結構、領導機制和企業文化的重大改革.工業互聯網戰略的對教育尤其是高等教育產生了深遠的影響，要求教育需與技術的發展相適應.為適應技術發展需求，畢業生必須具備良好的創新和創業能力、溝通和協作能力.要求學校培養的學生有持續自學能力，才能在技術快速迭代更新的時代中保持與時俱進.也對教師的教學設計和信息通信技術知識運用提出了新的要求，以提高教學效果和教學效率[6-7].

大數據、云計算、數據分析、人工智能、機器學習、物聯網、自適應機器人、虛擬化和智能制造等是工業互聯網的主要技術組成部分，在各學科工程教育計劃中全面納入.而且工程教育需要學術學科與復雜的社會技術系統的發展相結合.與工業互聯網相關專業工程教育中需要專業知識和技術專家及工業專家密切合作，為將來學生能參與工業互聯網跨學科合作做好準備，在教學過程中設計和實施跨學科教學，促進學生參與跨學科學習[8-10].為了應對工業互聯網的需求挑戰，世界各地的高等教育中對教學進行研究改革，融合了現代學習和教學方法的技術，如在線學習、大規模在線開放課程(MOOC)和遠程教育、混合學習、翻轉課堂模式[11-14]，開發了各類在線教學輔助平臺，以促進教師之間的交流和互動，并利用移動學習和游戲化來提高學習者的軟技能[15].

由此可見，教育教學中教師重視工業互聯網對教育的革新和影響，并重新設計了高等教育內容與教學方法，以提高教學效果.但是，還沒有形成一套工業互聯網相關學科轉型的成熟的人才培養機制.作為新一代信息技術，物聯網技術被列為國家重點培育的6大戰略性新興產業之一，因此成立和發展物聯網工程專業具有國家戰略意義.為應對工業互聯網人才需求，物聯網工程在學科發展過程中需要，更新現有的課程體系和知識結構，重新設計課程計劃和個人培訓計劃，提高人才能力，以適應制造業創新發展帶來的挑戰.

1 物聯網工程專業人才培養現狀

物聯網工程專業人才培養目標需要緊跟工業互聯網發展的步伐，培養能應對工業互聯網發展需求的物聯網專業人才.但物聯網工程專業的人才培養還存在亟待解決的問題.團隊結合我校實際情況，根據多年的教學經歷和調查研究，分析了物聯網工程專業的人才培養中存在問題.

1.1 知識結構交叉龐雜，學生學業不精

物聯網工程內容涉及多門信息學科交叉，知識結構龐雜.培養方案中涵蓋了計算機科學與技術、電子信息、通信技術、傳感器技術、自動控制等學科領域內容，而且要求硬件與軟件知識兼備，理論知識與應用實踐能力齊備，交叉性對課程設置及學生在該專業的學習帶來很大的困擾.因此，物聯網工程學生對學科知識的理解不透，學習過程中熱情不足，學業不精，面對工業互聯網環境下的就業環境無所適從.

1.2 教師隊伍亟待升級

作為新成立的工程專業，教師大多來自計算機、電子和通信等方向，還沒有形成專門的教師人才隊伍，教師中大多數沒有受到物聯網工程專業相關的系統化學習訓練，缺乏在專業進行教學科研的經歷，尚不能很好把控物聯網工程專業的知識體系.而且教師們沿襲傳統教學和思維方式，教學過程中圍繞教師展開教學,以完成教學任務為目標.這造成教學與社會發展要求相脫節,畢業生質量與工業互聯網的人才需求有一定差距，學生就業質量待提高.

1.3 課堂教學與實踐相脫離

物聯網工程培養方案中理論知識教學是物聯網工程專業重要的一部分，但是作為工程類專業，實踐能力培養也是物聯網工程專業很重要組成部分，而且實踐教學需與具體的行業應用集合.但是沒有與實際應用相結合的教學示范項目，缺乏具有物聯網工程技術背景的實踐指導教師，使得實踐教學環節薄弱，重課堂理論教學，課堂教學與實踐相脫離.

2 物聯網工程專業人才培養模式與教學方法研究與實踐

在以工業互聯網發展為國家戰略背景下，信息技術與行業應用結合催生各行業技術迭代更新，發展物聯網技術是國家重大戰略.目前，物聯網工程人才培養的模式很難滿足行業發展需求，專業人才培養模式與教學方法改革勢在必行.團隊依托云南民族大學教育教學改革研究項目，面向工業互聯網發展方向，創新物聯網工程人才的培養模式和解決教學問題.在物聯網工程專業人才培養模式與教學方法研究過程中，緊跟工業互聯網革命和新產業變革對物聯網工程人才的新需求，構建工業互聯網環境下物聯網工程人才培養的“新理念”“新體系”和“新方法”，培養面向未來發展需求的新類型人才.

2.1 人才培養理念更新

在工業互聯網背景下，人才培養需要服務國家發展戰略，畢業生需適應新時代發展要求，教學過程中強化課程思政,以學生為中心，建立培養創新人才的教學理念.

1) 強化課程思政、創新教育理念和教育實踐 充分利用課堂教學，持續改進和加強思想政治理論課，在教學中啟發和引導學生正確認識具有中國特色社會主義和國際比較，讓學生全面客觀認識當代中國，正確看待外部世界.課程教學中緊緊圍繞新時代黨中央對人才培養的新要求和新使命，讓學生緊跟信息技術新時代發展要求，有擔當、有家國情懷.教育教學中以著力培養基礎扎實、專業能力強、德智體美勞全面發展的高素質創新人才為目標.

2) 從以教為中心轉為以學為中心 在課程教學過程中，教師根據學生學習實際情況及課題的特點，科學設計教學過程，主動將課堂還以學生，讓學生主體角色得到了充分的體現，激發學生內在的學習動力，提升學生持續學習和終身學習的能力.教學過程中教師與學生融洽互動，活躍課堂氣氛.教學中的重點與難點師生共同討論，通過反轉課程和小組項目驅動等方式，讓學生自己講解，有意識讓學生成為課堂主體.在“以教為中心”向“以學為中心”轉變過程中，充分利用學校建設的智慧教學環境，實現教學空間與教育理念、模式和教學方法的雙向促進.通過學生能積極參與各項活動，拓展分析和解決問題思路，激發學生的創造性和批判性思維，助力學生個人素養的培養，始終圍繞著“授之以漁”的主線，以培養“全面發展的人”為核心進行教學實踐.

3) 樹立“服務國家戰略、面向新技術發展”的新理念 物聯網工程人才培養需與國家工業互聯網發展戰略相適應，教學中以新的信息技術應用和學生實踐創新能力培養為導向，建立面向新技術發展的物聯網工程人才培養的教學體系.新時代背景下，確立新信息技術在物聯網工程人才培養中的關鍵地位和作用，設計了物聯網工程與產業應用深度融合的開放、包容的課程內容，強化新技術手段與經典過程強化技術融合的新方法論.

2.2 教學新體系和教學方法創新

1) 多學科交叉融合教學新體系 面對物聯網工程與家居、農業、交通、工業和物流等行業融合形成的新產業生態和新產業模式，發揮新技術的平臺性作用，創設多學科交叉專業方向，構建建立多學科交叉融合教學新體系.在工業互聯網背景下，團隊發揮信息新技術的引領作用，完善多學科交叉，融通知識體系，強化課程思政,中以學生為中心，建立培養創新人才的教學理念建立教育教學的新方法.

2) 建設跨學科交叉融合的課程體系 為提高學生分析和解決問題的能力，建設了部分綜合能力培養課程、問題導向課程和交叉學科研討課程，整合選修課程，強化培養專業能力的骨干必修課程.堅持物聯網工程學科的主干和核心地位，深化物聯網+與多學科交叉和新科技的融合.課程體系中強調物聯網工程在智能家居、智慧農業、智能交通、智能制造和智慧物流等工程應用；強化物聯網工程與電子信息、通信技術、傳感器技術、自動控制等學科的交叉融合,發揮工業互聯網戰略背景下，新信息技術的平臺化與工具化作用，完善跨學科交叉融合的課程體系.

3) 編著出版面向工業互聯網系列教材 物聯網工程專業成立以來，雖然各大出版都推出了不同側重點教學用書，但是選擇適合自身教學實際的教材非常困難，根據學校創立的辦學實際條件情況，依據物聯網不同的應用場景和核心關鍵技術，團隊成員編著了物聯網工程相關系列教材或參考材料近10本，如《嵌入式物聯網應用技術實踐教程-基于6LoWPAN》《RFID標簽識別工程實踐》《云計算基礎與實踐教程》《物聯網的技術開發與應用研究》、《物聯網信息安全技術與實踐教程》《物聯網信息安全技術與實踐教程》《人工智能原理及應用》和《大學計算機-數據思維與編程素養》等教材，教材融入多學科融合的知識和方法，并對新的信息技術發展趨勢教學探索.

4) 融合教育新技術、創新教學方法 面對工業互聯網人才需求和學生職業發展規劃，在教學過程中因材施教，設立本科生專業學習導師制.積極運用教育教學新技術，教學過程中采用小組任務驅動、翻轉課堂、微課、慕課以及SPOOC等多種創新性授課方式，提升學生學習靈活性和主動性.充分利用學校建設的智慧教學環境，實現實景化教學，到達教學空間與教育理念、模式和教學方法的雙向促進.教學中積極培養學生創新品質和多向能動，在真實的實驗實踐環境里，激發學生綜合應用專業知識和高效技術工具的創新意識和能力.

5) 打造實訓平臺和實踐基地 近年來，學校加強實驗室建設，不斷改善實踐教學條件.目前建有云南高校物聯網應用技術重點實驗室、計算機網絡、嵌入式系統、計算機組成原理、微機原理與接口技術、數字邏輯、電子電路、數學實驗、多媒體技術、軟件工程、數據庫應用技術、計算機維修與維護、計算機基礎、物聯網工程、信息安全等實驗室和計算機軟硬件開放實驗室.學院的“計算機實驗教學中心”為校級實驗教學示范中心，“數據處理與智能計算實驗教學示范中心”分別為校級實驗教學示范中心和云南省實踐能力提升工程建設項目.

目前與華為、浪潮、華清遠見和昆明易用軟件等公司合作，建立了實踐教育中心以及實習基地，對貫通式物聯網工程創新型專業人才培養起到了重要作用.

6) 創辦學科競賽、以賽促學，強化學生跨學科知識應用能力 教學中鼓勵學生參加中國大學生計算機設計大賽、全國大學生數學建模、計算機作品賽、藍橋杯計算機軟件設計賽、互聯網+創新創業等競賽，全面提升并檢驗學生的大工程意識和解決復雜工程問題的能力.通過大賽鼓勵學生用物聯網工程技術解決相關問題，強調以新思想新方法解決問題；讓學生能面對物聯網工程應用需求，創新數字化技術，強調面向需求創新思想創新工具.

3 結語

為響應工業互聯網的國家發展戰略，立足物聯網工程基礎，面向工業發展新趨勢，我校物聯網工程人才培養過程中，以培養新技術革命背景下的創新人才為目標，建立并全面貫徹強化課程思政,以學生為中心，建立培養創新人才的教學理念.堅持物聯網工程學科的主干和核心地位，深化與電子信息、通信技術、傳感器技術、自動控制等多學科的交叉融合，創新了培養方案和課程體系，構建物聯網技術與信息新技術成果和新產業模式深度融合的教育體系.培養過程中將創新教學方法論融合到物聯網工程知識傳授中，提升學生綜合應用專業知識、數學模型和計算機語言來表達專業技術和工程方案的能力.

近年來，隨著物聯網工程人才培養體系的創新與實踐，取得了一些成果，但在新的時代背景下，物聯網工程專業人才的培養模式創新是一個持續的過程，并且繼續擴大項目成果并更廣泛地推廣應用.