“新農業”視野下物聯網工程專業特色建設探究

刁麗娜，孫向群，趙 敏

（山東農業工程學院 信息科學與工程學院，山東 濟南 250100）

2010 年7 月，物聯網工程專業在國家首次以戰略性新興產業為背景正式獲批開設，得到了工業界、學術界以及社會方面的高度關注。 物聯網在社會上所發揮的作用是至關重要的，也因此物聯網工程專業的建設與改革也受到高校的密切關注。 我國作為一個發展中的農業大國，物聯網這一綜合性技術在農業生產領域的應用前景就目前來看可謂是極具發展潛力，現如今物聯網技術在現代農業中的廣泛應用，不僅能夠有效提升農作物的實際產量和品質， 另一方面還可以擴大信息技術在農業生產活動中的使用范圍， 更可以促進我國農業經濟的進一步發展。因此，物聯網技術在新農業的發展過程中的廣泛應用也離不開這一專業領域相對具有影響力人才的引導性發展，這就要求物聯網工程專業學生以及優秀畢業生必須具備較高的專業水準和超強的綜合實踐能力來增強畢業后的就業競爭力。所以，為進一步有效促進新農業的發展， 開展物聯網工程這一綜合性專業的各大農林高校必須以積極培養素質極高、水準極高專業人才為目標， 最終讓這一專業的人才成為“新農業”領域下更深層次發展的核心力量。

1 背景

就現在而言我國的物聯網行業還處于初步發展階段， 物聯網發展的人才需求量相對較高。而現階段在農業領域，對于物聯網來說，還有著廣闊的發展空間，同時對于物聯網工程這一綜合性學科來說，在農業中的應用離不開專業對口領域頂尖人才的培養，因為物聯網工程這一專業涵蓋著多個學科的相關技術，屬于一個交叉型學科因此具有一定的綜合性以及復雜性，與其他的工科專業有著較為明顯的區別[1]。 這就要求各大農林類高校的相關人員必須具備較高的專業教學能力和綜合實踐操作以及糾錯能力。 因此，若想進一步縱向發展“新農業”及其相關產業，首要問題是培養一批物聯網工程專業人才， 使其成為“新農業”發展的核心力量。

物聯網工程專業作為近年來新興的專業，因此，各大農業類高校在如何培養學生與課程大綱的擬定及其專業培養的發展方向的具體實施上，目前我國并沒有可以借鑒的先例。 此外，目前我國的各大高校針對于物聯網工程這門課程配備的實際教學資源及其師資力量相對而言并不均衡；此外，各大農林類高校針對該專業的教學課程目標以及人才發展方向的設置也不一樣，所以在課程構架方面不那么協調，上述這一系列問題都嚴重影響了物聯網工程這一專業人才培養的效果，這就使得國內在對該專業在進行人才培養及確定發展方向時缺乏規范性，這就導致物聯網工程這一專業培養出的人才其特色不夠突出明了，缺乏與其他相關專業人才，例如電氣及其自動化專業人才的明顯區別。 不僅如此，我國目前的各大高校對于物聯網工程這一專業的實踐教學方面也不夠重視， 教學模式相對而言略顯單一。總體而言物聯網工程這一專業是為了培養一批面向未來科技化、未來信息化的特殊人才而成立的專業。 因此，物聯網工程這一專業培養的人才不僅需要熟練應用包括網絡技術、電子通信技術等在內的多種信息科學技術，更需要與特色明顯的專業性實踐相結合。這些專業極強知識技能的學習，則需要這一專業學生不斷通過相關實踐操作來完成。 但是，就目前來看國內大部分具有物聯網工程這一專業的農業類高校的實際能夠進行實踐教學學時所占比例僅有百分之三十到百分之四十左右。 與此同時，目前部分高校在現如今在實際的教學過程當中，可能還會由于某些突發情況進而縮減一部分原本的實踐教學學時以及運用一些相關軟件來進行實驗從而忽略真實的實踐操作，這就導致現如今實際能夠進行課程實踐教學時長僅占總的教學時長的百分之二十左右這樣的尷尬局面。 對于這種過于重視理論教育而忽視實踐課程教學的專業人才培養手段，不僅會嚴重影響新時代大學生在學校學習過程中自主學習主導地位及其自主探索精神， 而且這樣不重視學生學習過程中自主動手操作能力以及獨立思考能力培養的教學方法使得培養出的新時代大學生出現只能夠“紙上談兵”而不能進行實際操作的情況， 這將與物聯網工程這一專業前期發展時定下的培養應用型人才的目標相矛盾。

物聯網工程專業這門學科相對來說課程難度較高、專業性要求極強，因此對于物聯網工程這一專業的人才培養而言，這一專業的人才不僅要學習射頻識別技術、無線傳感器技術以及電路等相關專業知識，更要求這一專業的人才精通計算機專業的相關知識和一定的計算機相關實踐綜合能力。在物聯網工程專業與“新農業”的結合下，通過培養專業水平較高的復合型人才，可以進一步建設具有鮮明“新農科”特色的物聯網工程專業，以助推我國現代農業的發展。

2 物聯網工程專業建設改革

現如今我國大多數高校對于物聯網工程專業培養缺乏規范性，多數依托于計算機與通信專業下進行建設，再與電子信息類相結合，但由于對應用及方向性把握不到位，經驗不足，其專業建設特色及成果較為不足。 本文基于此背景，并結合當前現代農業發展現狀，探討基于“新農科”背景下， 培養高素質應用型物聯網工程專業人才，專業改革主要以下有五大方面。

2.1 重視專業特色建設，明確專業應用方向

首先需要高校找準自身物聯網工程專業教學定位，針對于與農業相關的物聯網專業課程建設，物聯網專業教師更應從實際出發，在相關農業部門了解并明確當前物聯網專業在農業方面的實際需要制定相應的教學目標及教學計劃，增設現代農業相關課程， 培養學生知農愛農的情懷。當前多數高校所培養的物聯網專業人才對于大多數農業生產勞動僅僅停留在課本上，但未能付諸于實踐中，就導致部分實踐理想化未能與實際情況具體聯系，在物聯網工程專業建設上我們應切實明確該專業“應用”的具體定義、明確該專業學生具體應具備哪些應用能力。

2.2 重視師資能力培養，提高專業課程質量

教師是教育發展的第一資源， 是立教之本。師資隊伍建設是提高高校教育質量的關鍵，偉大時代的高校教育，必然呼喚一流教師培養造就一流的新時代學生。 對于高校教師的能力，物聯網專業教師應該達到三個基本境界，第一個是“手中有書”， 這種境界教師自己能準確地理解教材中的知識，“這是基本合格的教師水平”； 第二個是“胸中有法”，教師應能有效地促進學生習得教材中的知識和技能，培育學科核心素養。 根據大多數的研究來看，“這是骨干教師水平”； 第三個老師是“目中有人”，他們能高效地教書育人。“目中有人”是指作為一名高校教師不僅僅需要注重學生的科研水平與能力更需要在課程之余注重學生道德品質的發展。對于教師的科研水平應有著定時的監督與測試，好的教師是課程發展的關鍵。對于物聯網這一專業人才的培養更需要有著專業的理論能力與實踐能力，因此加強師資力量的培養是促進專業課程發展的關鍵。

2.3 完善人才培養方案，增強專業人才質量

物聯網工程這一專業覆蓋的范圍非常之廣泛，包括嵌入式智能技術、分布式計算技術、實時數據交換等多方面的課程實踐內容，但實際教學課時著實有限，并不能全部涉及，所以目前應對其進行仔細篩選，明確教學重點，從而讓培養的人才更具有針對性[2]，因此面向于新農業方面的物聯網專業人才的培養過程中，需要優化教學課程，進行“新農業”應用型人才培養方案建設。

在通識課程這一方面，包括深入學習物聯網的高等數學課程以及離散數學知識、了解物聯網工程這一專業前沿發展的專業英語課程及提高學生思想道德修養水平的思政類課程，另一方面在面對與農業相關的課程我們更應該選擇合適物聯網專業并且與農業相關的課程，如《農學概論》《智慧農業》等，讓學生充分了解物聯網專業在農業方面的需求與現狀，以明確今后努力的方向。

對于物聯網工程專業基礎課程方面，包括數據結構課程、操作系統課程、計算機網絡通信基礎、數據庫原理及應用等應用物聯網專業必須掌握的有關計算機的基礎理論；對于物聯網工程這一專業核心課程，包括電子技術在內以及傳感器技術原理、單片機原理等硬件課程和C 語言基礎課程程序設計、Java 語言程序設計、Python 語言程序設計基礎等其他軟件語言編程課程之外，還設置了農業信息化及物聯網與現代農業等體現農工融合的專業特色課程。

對于實習實訓課程方面，主要包括在校內的課程實訓和企業實習兩大部分，其中校內實訓課程又分為操作類課程和實驗類實踐設計類課程兩大類，從實訓項目的安排上，既有實際操作的項目，又有基于農業上生產場景虛擬仿真實訓。

綜上來說，各大農林類高校制定的人才培養方案不僅僅應該包含農業類人才培養目標的方向、更應開展相關的農林類專業相關專業知識模塊以及實際的農業應用能力的競賽實踐，在制定完初步方案后，各大農林類高校應與物聯網工程以及農業相關發展企業根據實際教學情況，對所制定的人才培養方案進行靈活調整，從而保障所制定的人才培養方案切實有效可行。

2.4 構建數字課程庫，提高高校教師專業水平

就目前來看我國各大高校對于物聯網工程專業的學生培養主要依托于市面上存在的教材但是由于物聯網工程專業與信息技術的高度融合使得物聯網工程這一專業發展更新速度非常之快，教材的更新速度跟不上社會的進步使得高校學生學習不到最先進的技術，甚至于僅僅是此專業的基礎。紙質教材是高校教師開展教學活動更是學生參與課程學習的基本工具，但是目前在培養應用型人才的基礎下物聯網工程專業的教材不夠切合于實際，這就要求物聯網工程專業的高校教師在選擇教材和進行教材的編寫時應該與目前在實際崗位工作的企業人員共同編寫， 同時推動企業一線工作人員結合自身實際經驗編寫教學案例。 另一方面我們可以鼓勵教師構建數字課程庫， 以此來鼓勵高校教師積極參加提高教學水平，這樣不僅高校教師的水平得到了提高，更可以使得學生知識水平在老師的帶領下得到進一步的提升。此外，教師還可以整合網絡上優質教學資源課程， 根據線上課程構建自己所教授學科的數字課程庫， 方便課下所教授學生查看復習鞏固相關課程知識，比如MOOC 慕課、智慧樹教學實踐平臺等網絡課程資源有學有練， 這樣一來既可以檢驗學生學習到的知識又能夠對學到的知識薄弱的點進行查缺補漏，極大提高了課程的質量。這樣一來不僅可以推動各大高校教師利用空余時間提高相關專業能力， 更可以培養學生獨立自主探索精神與學習的積極性。 使得課程得到進一步穩步的發展讓學習和學習者之間形成一個良性的循環。

2.5 改革課程教學方法，注重實踐教學培養

目前高校在培養實踐型人才目標的基礎上，可以引入以應用型人才為培養目標的任務驅動方式，所謂應用型人才，重在“應用”二字，這就需要各大農林類高校開展與農學知識以及物聯網專業相結合的知識并應用于相關的實際教學當中。 在此方法下，教師可以相關課程的教學為項目的主題，同時注重以培養實際的動手能力為重點任務，除此之外可以小組合作的方式為最終項目執行的方案，如此就能夠有效提高高校學生應用物聯網工程專業知識和專業技能的實踐能力。

同時在物聯網工程這一專業與新農業相結合的實踐過程中可以形成以在課上由教師指導實驗來作為此門課程的基礎、以本學期末的專業課的課程設計為中心環節、另一方面各大高校聯合一同創建相關的學科知識競賽和創新活動作為重要實踐方向、以畢業生的各大專業課的課程實習實訓為最終核心的實踐教育教學體系。由于物聯網實踐教學內容相對較多且復雜，所以在進行此專業的實驗教學時不應只包含簡簡單單只需要學生照著教材來做實驗更需要有能夠調動學生積極性且能夠引發學生思考創新性質的綜合類實驗，既要有驗證基礎理論的理論性研究實驗還要有與此專業相關的實際項目的實驗[3]。 此外在進行校內課程實驗的主要目的是讓學習這一專業的學生進一步理解課堂上相關的理論課程知識并且能夠具有相應的實際應用能力，此課程的實驗主要分為軟件頁面生成和數據算法設計實驗、微電子電路系統的實踐設計以及嵌入式操作系統的設計與實現。其中應用程序前端頁面的設計和底層數據及其算法其目的是實現物聯網終端顯示層的功能，上述做法是決定物聯網是否能夠接入互聯網的重要技術，這其中不僅僅有著多種多樣的計算機網絡和感知層進行的信息處理、交互式的算法，使得程序得到進一步優化以及軟件系統架構等。在此專業利用嵌入式的操作系統來實現具體操作不僅僅是滿足設備的功能， 主要原因是嵌入式的操作系統具有可靠性高、成本體積小、功耗低等優點，另一方面嵌入式操作系統還可以根據不同的應用程序進行移植和剪裁，同時也為進一步實現對象的智能化打下重要基礎。 實踐體系如圖1 所示。

圖1 物聯網實踐體系

正如我們一直強調的，物聯網不是某項具體的技術，而是很多推動萬物相聯趨勢的具體技術的集合。 例如，傳感網一般被認為是物聯網技術的典型代表，其自組織網絡組網技術與計算機網絡相關， 其低功耗數據傳輸與無線通信相關，其定位功能與無線定位技術相關，對于有些結合反饋控制功能的傳感網，其控制策略與機器人技術相關。因此，傳感網本身就是學科交叉的產物，結合不同專業的技術形成“感、聯、知、控”的完整體系。因此，對于學習物聯網專業的學生而言，拋開專業合理性不談，需要破除專業藩籬，根據自己的興趣和項目的需要，選擇學習的課程。 物聯網既是人們預見到的、規劃出來的路，也是人們走出來的路，規劃只能給出大概的方向，而路徑是靠“走的人多了”形成的。

綜上所述， 在物聯網這一專業教學過程中，我們不僅需要教給這一專業的人才能夠掌握物聯網的基本原理和方法，更需要開展大量的實際操作環節，從而能夠進一步培養物聯網專業學生的理論與現實實際相結合的能力不僅僅是熟知理論知識更能夠進行實際的操作，同時也為學生的自主學習能力的提高、創新能力的增強和科學研究能力的發展打下了堅實的基礎。目前國內農林類高校對于物聯網工程這一特色專業的基本的學科定位以及針對于這一專業的課程體系建設并沒有完整的標準和具體的規范，這就要求我們根據物聯網這一新興技術的發展狀況以及現階段社會環境的變化，對我們目前使用的教學方法和教學手段進一步調整，這樣一來就能夠形成一個相對來說比較完善、 就目前來看更加科學，并且易于操作的針對于此專業的一套完整的人才培養方案，就目前發展而言物聯網這一行業將是未來的重點行業，物聯網工程這一學科是不僅包含計算機技術、接入互聯網技術、人工智能技術及網絡通信等多門專業理論知識的綜合性學科，所以，為培養出針對新時代應用綜合型的，具有“三農”情懷，能夠將信息技術、現代工程技術、現代農業管理知識與農學有機融合，能勝任現代農業及相關領域的教學科研、技術服務等工作的“新農業”科技人才，對于各大農林類高校布局建設一批具有適應性、引領性的新農科專業，加快培養急需緊缺農林人才， 促進現代農業的發展，提升服務國家重大戰略需求和區域經濟社會發展能力有著至關重要的作用。