一流本科專業建設背景下地方高校物聯網工程專業課程體系構建實踐探究

孟小艷 靳晟 楊瑩

摘要：文章在探討一流本科專業建設的背景下，以新疆農業大學物聯網工程專業為例，介紹了物聯網工程專業課程體系建設的內容和實踐經驗。在本科層次的物聯網工程專業的課程體系構建中，針對地方高校應用型本科的特點，從培養學生解決應用型工程問題的能力出發，將人才培養目標定位到應用型工程人才的培養，結合地方高校特色，引入“人工智能+”思路，構建了能夠達成畢業要求的專業課程體系。實踐表明，該課程體系能夠有效提升人才培養質量，對地方應用型高校在建設物聯網工程專業具有一定的參考意義。

關鍵詞：物聯網工程；課程體系；國家一流本科專業建設；地方高校

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）31-0157-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

0 引言

在高等教育改革持續創新的當下，如何有效提升高等教育的質量和水平，如何滿足人們日益增長的對優質高等教育資源的追求和向往，已經成為新時代我國高等教育發展的重大歷史使命。一流本科專業的建設正是推動我國高等教育發展和優化的重要環節。一流本科專業建設從2019年正式啟動到現如今初見成效。

作為國家倡導的戰略性新興產業，物聯網備受各界重視，并成為就業前景廣闊的熱門領域，因此物聯網工程專業成為各家高校爭相申請的新專業。新疆農業大學物聯網工程專業于2012年成功申報該專業招生，2016年入選自治區戰略新興重點建設專業并在2020年底通過驗收，2022年初獲批國家級一流本科專業建設點，已為新疆各行各業輸送了多批物聯網專業緊缺人才。專業針對本校農科特色，明確專業定位，在專業建設上進行了有效的探索。

1 研究背景及意義

課程體系是指在一定的教育價值理念指導下，將課程的各個構成要素加以排列組合，使各個課程要素在動態過程中統一指向課程體系目標實現的系統[1]。課程體系是專業培養目標的具體化和依托，規定了培養目標實施的規劃方案。課程體系的質量和完備性是影響專業教育質量和水平的重要因素之一。如果課程體系不完備或不合理，那么相應的專業教育也將受到影響，導致學生畢業后無法很好地勝任工作。隨著技術的不斷進步和社會的不斷變革，行業的需求和趨勢也在不斷發生變化，課程體系也需要不斷更新，引入更多的新技術和新領域的知識，使學生具備適應行業快速變化的能力。因此課程體系的持續建設和實踐是有意義的工作。

一流本科專業建設是為了適應經濟社會發展對高素質人才的需求，推進高等教育內涵建設，提高本科教育質量，推進高等教育現代化而進行的一項改革措施[2]，它體現了國家高等教育綜合治理的整體思路；也彰顯了國家對本科教育的高度重視；順應了卓越高級專門人才培養的需求；建設一流本科專業，是提升人才培養質量、推動高校內涵發展、實現高等教育強國夢想的必然舉措。面對一流本科專業認證，原有的課程體系需要進行更科學的改革和優化。因此圍繞如何改革優化核心課程體系，使其能貼合新工科建設標準，能支撐起專業的培養目標展開研究是有意義的工作[3]。同時，探索專業課程體系改革中的方法，分析課程體系建設對專業人才培養的影響，有助于提高該專業人才培養能力，為學院其他相近工科專業開展專業認證提供借鑒和參考[4]。

2 專業建設理念

物聯網工程是一個技術與應用高度融合的領域[5]，因此，課程設置應該緊密圍繞工程應用開展。新疆農業大學物聯網工程專業建設的定位是：立足新疆，面向西部，側重“三農”，以“絲綢之路經濟帶”作為專業建設的重要方向服務社會，凝練具有地方教育特色的專業建設體系，構筑西部地區物聯網高等教育平臺，打造培育物聯網骨干人才的搖籃，全力為各行各業持續輸送高水平、高質量、高素質的復合型和創新型工程技術緊缺人才。

首先，要確保學生掌握計算機科學、通信技術和工程知識的綜合應用能力。其次，應該注重培養學生的實踐與創新能力，通過實踐教學、競賽等方式激發學生的興趣，促進學生的創新思維和實踐能力提升。同時，結合學校傳統優勢學科，凸顯和強化2個物聯網工程應用領域，一個是農業物聯網工程與應用，與農學、林學等傳統優勢學科有機結合，為“三農”問題的解決提供信息技術支撐；一個是干旱區資源環境物聯網工程應用，與水利、草業等傳統優勢學科有機結合，為新疆敏感脆弱生態環境保護和可持續發展提供信息技術支持。

3 課程體系建設

3.1 整體課程體系

物聯網工程專業培養造就具有通信技術、計算機技術、電子技術等相關專業知識，掌握通信系統理論和物聯網技術工程領域的專門知識與關鍵技術，具備扎實的電子技術、傳感技術、通信網絡理論、信息處理技術等基礎理論，基礎寬厚。目前的課程體系主要分為3個層次：通識教育、專業教育、素質教育。通識教育層次分為同時理論課和通識實踐課；專業教育層次又細分為專業基礎課、專業核心課、專業選修課和專業實踐課；素質教育層次包括素質教育限選和素質教育任選。具體物聯網工程本科專業的課程體系如圖1所示。

課程體系中特別要說明的如下。

1） 通識理論課主要有：數學素質類（高等數學、線性代數、概率統計）、大學物理、Python程序設計導論、英語、體育、思政類課程（中國近現代史綱要、思想道德修養與法律知識、馬克思主義基本原理、形勢與政策、毛澤東思想和中國特色社會主義理論體系概論、新疆簡明歷史），統稱6課。

2） 專業基礎課程主要有：C++程序設計、Android應用開發、Java語言程序設計、數據結構、電路分析、模擬電子電路、數字邏輯與數字電路、可編程邏輯器件與應用技術、計算機網絡。

3） 專業核心課程主要有：物聯網工程學科導論、設備自動傳感與執行、傳感器與智能感知、物聯網組網技術、物聯網多媒體技術、設置Dragon Board開發平臺、Arduino接口及項目開發、樹莓派接口及項目開發等。

4） 專業選修課程主要有：ARM體系架構與編程、實時操作系統、機器學習、神經網絡與深度學習、卷積神經網絡與圖像分類、農業信息采集與處理等。

5） 專業實踐課程主要有：除了專業課程對應的實踐課，還開設有綜合實踐和綜合應用實踐課。其中，綜合實踐包括電子技術基本實訓、綜合電子設計、物聯網工程綜合實踐。多手段強化實踐環節效果。

3.2 專業課程建設

物聯網工程是一門交叉學科，涉及了計算機、電子、自動控制和通信等多個領域的相關專業知識，綜合性強，內容復雜，并同時包括了軟件和硬件。因此在進行專業課程體系建設時，注重課程間的銜接和關聯的同時，還不斷增加專業課占比。表1為專業課學分占比，除去專業實踐課（專業實踐課以周為單位，學分一直未變），可以看出專業必修課、選修課、核心課的比重在總學分整體下降的情況下，仍然呈現占比升高的趨勢。

專業基礎課程的學習，可以使學生學習到專業相關的基本理論、基本知識和基本技能，能夠幫助學生建立全面的學科知識體系。因此，從軟件、硬件、網絡三個維度進行了課程設置，為學生進一步深入學習提供專業支撐。專業基礎課設置基本穩定，在優化了語言設計類課程的同時，增加了手機端開發新技術“Android應用開發”和硬件新技術“可編程邏輯器件與應用開發”。隨著學院整體方向的優化，增加了人工智能+課程“探尋人工智能”，保證學生專業基礎扎實。

學習了基礎課程之后，可以進階到核心課程進行深入學習。在核心課程中引導學生學習物聯網工程的基本概念和應用領域，開設了物聯網技術導論。接著引導學生學習常見傳感器的類型、原理和設備的自動化，開設了傳感器與智能感知和設備自動傳感與執行課程。隨后引導學生學習了物聯網設備組網，開設了物聯網設備組網技術。最后為提高學生的實踐能力和創新能力，讓學生學習了嵌入式系統設計和開發、開源硬件和開源軟件的使用和開發等方面的知識，開設了設置Dragon Board開發平臺、Arduino接口及項目開發和樹莓派接口及項目開發課程。這些核心課程從原理到應用開發，全面覆蓋物聯網體系架構中的感知層、網絡層和應用層。與傳統重理論的課程體系不同，課程設置理論和實驗學時對半，通過加大實驗學時、項目式驅動教學等思路，提升學生的實踐能力。同時，多門課程項目和課程設計基于農科背景加強交叉融合，著力解決新疆農業數字化問題。

除此以外，為開闊學生的視野，幫助學生更好地發掘自己的潛力和才能，從硬件和AI兩個方向設置了專業選修課。專業選修課程全面升級為前沿技術，將程序設計類課程調整成專業基礎課后，舍棄傳統課程專業英語，添加側重硬件方向的前沿技術類課程ARM體系架構與編程、實時操作系統，同時在專業選修課中體現“人工智能+”模式。在AI方向，開設了機器學習、神經網絡與深度學習和卷積神經網絡與圖像分類等課程，并且將“卷積神經網絡”細化為專業中應用較多的圖像分類任務。為使學生了解當前信息技術前沿，考慮到新疆農業大學農業優勢學科多的特點，還開設了與農業結合的農業信息采集與處理課程。

4 教學實施

物聯網工程專業作為一個新興專業，具有較強的交叉性與綜合性，同時與科技的聯系也比較緊密。雖然我國開設此專業已有10余年，但是目前使用的還是傳統的理工科的培養模式，還存在著課程設置不合理、實踐教學不足和創新能力培養不夠的問題。針對存在的這些問題[6]，新疆農業大學物聯網工程專業在教學實施中有幾點做法。

課程設置方面，應根據物聯網工程專業的培養目標和畢業要求，合理安排通識類知識、學科基礎知識、專業知識和實踐性教學等內容，突出物聯網的特色和核心競爭力，避免與其他計算機類專業重復或冗余。同時，應根據物聯網技術和應用的發展變化，及時更新課程內容和教材，在課程導論中引入前沿的理論和案例和項目應用知識，提高課程的時效性和針對性；在專業課程中以項目式教學為驅動，提高學生的動手能力；在選修課程中增加與AI結合的課程。

在實踐教學方面，將物聯網的實踐項目引入課程中，實踐課在專業課的占比達到44%，讓學生能夠有充足的時間在項目中進行實踐操作，提高學生的實踐能力和技能水平。同時，建立了完善的實驗室和設備資源，以國家級工程中心、省級農業工程中心、省級本科實驗教學平臺為依托，提供實驗所需的軟硬件，鼓勵學生進行自主實踐，為學生提供開放實驗室，讓學生能夠在自主實踐中提高技能和實踐能力。

在創新能力培養方面，應培養學生的計算思維、系統思維和創新思維，激發學生對物聯網領域的興趣和探索精神。學院開展了多種形式的科技創新、社會實踐等活動，例如組建無人機植保小分隊，利用暑假時間到田間完成植保任務；鼓勵學生參與科研競賽、創新創業等項目，學院提供指導和支持，學生在國賽和各類省賽中獲獎率逐年攀升。

在一流本科專業建設背景下，物聯網工程專業的課程體系建設和教學方法的優化是至關重要的。通過組建課程團隊形成合力，加快課程建設，在教學內容改革、教學方法改革和課程資源建設等方面進行實踐探索，取得豐碩成果。已建成國家級本科一流課程2門，省級一流課程3門，校級一流課程多門。

5 展望

我國已經制定了高等工程教育改革的發展目標，到2030年，形成中國特色、世界一流工程教育體系，有力支撐國家創新發展；到2050年，形成領跑全球工程教育的中國模式，建成工程教育強國，成為世界工程創新中心和人才高地，為實現中華民族偉大復興的中國夢奠定堅實基礎。培養造就一大批多樣化、創新型卓越工程科技人才，為我國產業發展和國際競爭提供智力和人才支撐，既是當務之急，也是長遠之策。課程體系建設是專業建設的重要組成部分，建設良好的課程體系是每個專業的重要任務之一，有助于提升專業的教育質量和水平，同時也在推動學科的發展和行業的變革創新方面發揮著重要作用。

物聯網工程專業作為新工科的重要組成部分，需要不斷地完善和創新課程體系，以適應社會和產業的發展需求。本校的物聯網工程專業也肩負著同樣的使命，面對越來越多的挑戰，課程體系建設和改革是必然趨勢。新疆農業大學一直以為社會培養專業能力強，具有創造力的新時代學生為己任，希望為國家的新工科建設貢獻一份力量。

參考文獻：

[1] 李海東.融合與創新：高校創新創業課程體系構建研究[J].中國大學教學，2023（3）：42-51.

[2] 劉輝，朱漢，佟礦.一流本科專業建設：主要原則、基本思路及關鍵路徑[J].高教學刊，2023，9（6）：34-38.

[3] 胡淑珂.一流本科教育背景下地方本科專業建設的問題與改進措施[J].佳木斯職業學院學報，2023，39（3）：104-106.

[4] 盛紅坤，張晨，李國東.“雙一流”背景下應用型大學一流本科專業建設體系模式研究[J].高教學刊，2023，9（4）：19-22.

[5] 王建新，謝勇，楊蕊.新工科教育背景下物聯網工程專業本科課程體系優化建設[J].物聯網技術，2021，11（10）：121-123，126.

[6] 施炯，李君.面向工程教育認證的物聯網工程專業課程體系構建[J].寧波工程學院學報，2022，34（1）：103-108.

【通聯編輯：梁書】