物聯網工程國家級一流本科專業實踐教學體系探索與實踐

摘 要：在高校推進“四新”（新工科、新醫科、新農科、新文科）建設的大背景下，培養物聯網工程專業創新人才已成為高校教學改革的方向。應急管理大學物聯網工程專業作為國家級一流本科建設專業，是應急管理信息化的核心支撐專業，緊跟政策導向，積極開展教育教學改革。針對我校物聯網工程專業的發展和教學現狀，結合筆者的教學實踐，對物聯網工程專業的實踐教學體系進行了改革探索與實踐，并提出了構建階梯式實踐平臺體系、強化科教并舉實現“科教融合”、強化校企合作實現“產教結合”、強化應急特色培養這四項措施。通過探索實踐調動了學生學習的主動性，提高了學生的創新意識和實踐能力，為高校物聯網工程專業應用型人才培養提供了參考和借鑒。

關鍵詞：物聯網工程專業；實踐教學；教學體系；實踐能力；人才培養；教學改革

中圖分類號：TP39；TN92；G642 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）07-0-03

0 引 言

2010年物聯網工程專業出現在教育部發布的《2010年度經教育部備案或審批同意設置的高等學校本科專業名單》中。2012年教育部將原物聯網工程專業和傳感網技術專業合并為物聯網工程專業。2020年教育部頒布了《普通高等學校本科專業目錄（2020年版）》，物聯網工程專業為工學門類專業，屬計算機類專業，基本修業年限為四年，授予工學學士學位[1-3]。物聯網工程專業人才要求掌握數學和其他相關的自然科學基礎知識以及與物聯網相關的計算機、通信、傳感和射頻識別等基本理論知識和技能方法，具備物聯網工程師的基本技能，具有綜合運用所掌握的知識、方法和技術解決實際問題的能力，能從事物聯網的協議和標準、網絡架構、無線傳感器、射頻識別、移動應用等的綜合設計、開發、應用、管理與運行維護等工作的應用型高級專門人才[4-7]。物聯網工程專業作為一門新興交叉學科，涉及的知識面廣，具有綜合性強、應用性強等特點，單純的理論學習難以將多學科融合在一起，實踐教學是培養物聯網專業工程科技人才的關鍵，是培養和提高一流專業人才實踐能力的主要途徑。與計算機、通信、電子信息等傳統的信息類學科相比，物聯網工程專業的發展歷史較短，物聯網工程專業實踐教學模式尚未成熟，仍處于探索和發展階段[8-9]，因此探索和研究物聯網工程專業實踐教學體系具有現實意義。

應急管理大學（籌）的物聯網工程專業成立于2014年，其前身為華北科技學院物聯網工程專業，經過多年的發展，專業綜合實力不斷增強，教學質量和辦學水平逐年提高，2021年我校物聯網工程專業獲批為河北省一流本科建設專業，2022年獲批為國家級一流本科建設專業，作為應急管理部安全生產、防災減災救災、應急救援主責主業的重要支撐專業，專業主體面向應急管理行業需求，人才培養以智能物聯網應用為基礎，以應急監測監控能力為核心，專業年招收5個自然班，現有在校生658人，建有河北省物聯網監控技術創新中心。

1 物聯網工程專業實踐教學體系現狀

物聯網工程專業實踐教學體系主要包括課程實驗、課程上機、課程設計、實習實訓、畢業設計和學科競賽共6個部分。課程實驗、課程上機和課程設計是根據學科基礎課、專業教育課程配套設置的實踐環節，包括驗證性實驗、綜合性實驗和開放性實驗項目。實習包括認識實習、生產實習和畢業實習等，實習要求學生將所學專業理論知識和技能應用到實際工況環境中，是對所學專業知識和技能掌握程度的檢驗。實訓是針對本專業知識體系進行的開放性綜合訓練項目，綜合運用所學的Java、嵌入式技術、RFID技術以及數據庫技術等開發一個具有一定功能的物聯網應用系統。畢業設計包括選題、開題、中期檢查、方案設計、系統設計、開發測試、畢設論文撰寫等環節，培養學生綜合運用所學專業知識分析問題、解決問題的能力。學科競賽是以科技創新活動為基礎，以大學生科技競賽為載體，為學生提供一個實戰舞臺，將所學知識和技能應用到具體的項目開發中，通過競賽實踐提高實踐動手能力和技術開發能力。目前國內各個已開設物聯網工程專業的高校根據自身辦學定位和專業發展實際情況均已建立了相應的實踐教學體系，但不同程度地存在重理論輕實踐、實踐課時少、各實踐環節間缺少銜接未能形成有機整體、忽視工程實踐能力和創新能力培養等問題[10]。本文結合我校的辦學定位和專業特色，依據高等教育新形勢、CDIO等新的教學理念，對物聯網工程專業的實踐教學體系改革進行了探索和研究，提出了構建階梯式實踐平臺體系、強化科教并舉實現“科教融合”、強化校企合作實現“產教結合”、強化應急特色培養這四項措施。

2 物聯網工程專業實踐教學體系改革探索與實踐

2.1 構建階梯式實踐平臺體系

高校實踐平臺或實驗室作為實踐教學的重要場所及教學和科研的重要基地，其作用不言而喻。實驗教學對學生的創新意識、創新能力和科學素養的培養至關重要，在應用型創新人才培養中起著關鍵性作用。我校物聯網工程系積極響應國家新工科建設的要求和服務大國應急的號召，根據物聯網工程專業人才培養方案中實踐環節的安排，構建了“基礎-專業-實訓-創新-創業”階梯式實踐平臺體系，形成了包括基礎訓練、專業訓練、綜合實訓、科技創新和產教融合等方面的完整的工程實踐能力培養體系。各層次平臺的教學內容相互銜接，且內容上由簡單到復雜，可以循序漸進地培養學生的工程實踐能力。

2.1.1 基礎實驗教學平臺

該平臺有微型計算機660臺，配有在線實驗平臺istudy客戶端和CG客戶端，裝有通用程序設計語言開發和調試工具，以及SQL Server、MySQL、Oracle等數據庫系統軟件等。該平臺主要承擔程序設計語言（C、Python、Java）、數據庫技術及應用和專業課程設計方面的課程實驗、上機等實踐教學任務，旨在培養物聯網工程專業學生的程序設計開發等能力。

2.1.2 專業課程實踐教學平臺

該平臺主要承擔物聯網工程專業各類課程實驗、課程設計等任務，以專業基礎知識應用練習為主，促進學生對理論知識的理解和把握。該平臺的特色在于根據課程的目的、性質和內容將實驗分為驗證性、綜合性、設計性等不同性質的實驗項目。實驗設備主要以實驗箱的形式提供，本平臺主要為“傳感器原理與應用”“無線傳感器網絡及應用”“RFID原理與應用”“物聯網通信技術”“物聯網底層程序設計”“物聯網嵌入式應用系統開發”“物聯網綜合實訓”等課程承擔實驗教學任務。目前我校已經建立含有嵌入式基礎實驗箱、RFID物聯網教學實驗箱、微機原理與接口技術實驗箱、SOPC實驗箱、物聯網通信實驗箱等多種模塊化實驗箱的實踐教學平臺。

2.1.3 物聯網綜合實訓教學平臺

該平臺儀器設備有物聯網應用開發實驗臺10套、物聯網智能未來生活館1個、智慧農業沙盤1個、智能停車場管理沙盤1個、物聯定位控制系統1套、視頻監控平臺1套、北斗傳輸系統1套，配有相關開發軟件和調試工具。本平臺為開放性專業實驗室，可提供豐富的單一和綜合任務實驗項目，支持擴展創新，便于物聯網工程等專業學生選擇。安排為期2～3周的綜合實訓，主要為了讓學生完成實習、實訓、創新實踐及其畢業設計等綜合性學習任務，也可用于教師及研究生的研究創新，旨在培養學生綜合運用所學知識解決物聯網應用問題的實踐能力。通過案例展示可使學生建立物聯網綜合應用場景直觀印象，通過實際操作、系統搭建、程序設計等掌握物聯網系統整個開發流程，通過擴展開發鍛煉了學生的動手開發能力。所用設備是生產中的實際產品或相近產品，從實戰出發進行綜合實訓，培養學生的工程觀念。

2.1.4 科技創新實踐教學平臺

該平臺旨在為學生提供一個將設計想法、理念變為現實的平臺。我校加強了科技創新實踐項目的支持力度，學生參與創新的機會大大增加，學生受益面更廣。鼓勵學生將所學專業知識和技能與具體設計項目相結合，提高學生的實操能力和開發創新能力。該平臺中學生參與科技創新的流程主要為：由學生申請項目課題，提交申報書，并給出具體項目研究方案，經過學院評審通過后給予一定的經費資助。在該平臺中學生根據自己的興趣和特長可自由組隊，指導教師給予技術支持。針對競賽主題，小組隊員分工協作，完成文獻查閱、可行性分析、方案論證、軟硬件設計、實物制作、安裝調試、分析優化、成果提煉等全套的項目開發工作，在項目實施過程中鍛煉了學生的動手能力，培養了團隊意識、合作精神，提高了學生的綜合素質。為了鼓勵更多的學生參與科技創新，我院于2005年建立了第一個“科技創新平臺—創新實驗室”，為學生開展科技創新提供了良好場所。通過科技創新實踐活動，我院學生的實踐能力、科研能力得到了明顯提高，在全國大學生電子設計競賽、全國大學生“挑戰杯”賽等各種高水平全國性賽事中均取得了可喜成績。

2.1.5 產教融合創新教育平臺

物聯網工程在人才培養中繼續秉承工程實踐能力驅動的應用型人才培養模式，依托河北省物聯網監控工程技術研究中心、國家安監總局“機械化換人、自動化減人”技術支撐中心物聯網綜合實驗室、廊坊市大數據智能處理與安全保障重點實驗室、物聯網眾創空間等平臺，加強高校與企業之間的交流與合作，使之成為學校和產業界聯系的紐帶，為學生搭建合適的產教融合創業教育平臺，激發大學生的創新潛能，培養他們的創新意識，提升他們的創業能力。引導有敏銳洞察力的學生加入平臺進行孵化，對創業有興趣的學生，系部會結合當前產業需求熱點和學生自身特點，協助為其匹配創業方向，為其提供創業啟動基金和辦公場所。同時，需多方聯系相關企事業單位建立實習實訓基地、聯合實驗室、產業研究院等，鼓勵產學研用聯合，積極推動研究成果轉化應用。同時該平臺也為物聯網工程專業的課程設計、認識實習、生產實習、綜合實訓、畢業實習、畢業設計等實踐環節提供了實驗設備和場地。

2.2 強化科教并舉，實現“科教融合”

科研和教學是相輔相成、相互促進的，將科學研究和教研教育融為一體，以高水平科學研究支撐高質量人才培養。學校應定期邀請國內外、校內外的高水平專家學者來校做學術報告，介紹物聯網技術及行業的發展動態、創新狀況和最新科研成果等，擴大學生的學術視野，激發他們的科研熱情；將重點實驗室或工程技術創新中心等科研平臺向本科生開放，鼓勵學生參與到教師的科研活動中，在教師的指導下完成一定的科研任務，提高學生的科研眼界，培養學生的科研素質、科研實踐能力；鼓勵教師將教學和科研融合起來，將教師的科研成果引入課堂，讓課堂內容緊跟本學科前沿發展，同課程基本理論知識有機結合，激發學生的求知欲；與相關企業院所合作，聯合培養本科生，定期派遣優秀本科生到合作單位頂崗實習，真正參與到科研項目中；加大學校對大學生科技創新項目的支持力度，增加參加科技創新的人數，擴大受益群體；結合學院的科研團隊建設，組建物聯網工程專業教學團隊，實現科研與教學協調發展，真正做到通過科研促進教學。實行本科生導師制，從大一開始就為每位同學配備導師，對專業和科研方面進行全面指導，使學生較早地接觸到科研活動，培養他們的實踐能力、科研素質、團隊協作能力等。通過以上措施將科研訓練貫穿到整個人才培養過程中。

2.3 強化校企合作，實現“產教結合”

校企合作、產教結合是物聯網應用型人才培養的內在要求，也是一流專業建設的需要。改革傳統的校企合作模式，實施按步驟、分階段、漸進式的全方位校企合作模式，在人才培養方案制定、實踐基地建設、教育教學改革、實踐教學體系構建、學生就業等方面深度合作，實現企業工程資源教學化。企業全程參與人才培養整個過程，企業專家參加專業指導和人才培養方案的制定，企業為不同年級不同知識水平的學生提供良好的實踐平臺，學生在校內就能聆聽企業專家的授課，教學過程中融入企業元素。企業導師、校內教師共同商定物聯網學生實踐學習內容并給出評定成績。完善考評評價機制，學生和企業可以互評，暢通評價反饋機制，防止企業應付敷衍現象出現，實現校企合作的預期效果。校內校外實習交叉進行，強化理論教學與企業實踐教學的有機結合。時機成熟的時候可聯合企業共建物聯網實驗室、產業研究院等。依托應急管理大學（籌）國家級眾創空間，構建完善的創新創業孵化服務體系；與京津冀多家高新技術企業嘗試建立“校企合作聯盟”。以學生實踐教學為主導，以工程產業項目為抓手，使創新創業教育與專業教育深度融合。考慮學生自身的專業需要，嘗試建設培養優秀學生的“第二課堂”，打造物聯網卓越工程師培養搖籃。

3 強化應急特色培養

結合我校辦學定位，突出應急專業特色，提高應急服務能力。首先，夯實專業基本功，培養學生動手實踐、獨立解決問題、溝通交流等基本能力，鼓勵學生參與校企合作、學科競賽、創新創業、科研項目等。然后強化服務應急能力，培養學生服務、支撐“應急管理、安全生產、防災減災”等領域的能力。可與“應急技術與管理”“安全工程”“防災減災科學與工程”等相關專業密切融合，通過跨學科跨專業打通專業選修課學習、實踐環節指導、學生創新團隊組建等環節壁壘，進行全方位融合；可引入應急領域企事業單位參與學生應急特色能力培養，通過學生或教師進入應急單位現場實踐、參與應急單位項目等方式實現校企協同育人的培養模式。

4 結 語

在高校推進新工科建設的大背景下，應急管理大學以國家應急管理的重大戰略需求和國內外學科發展的前沿為導向，面向京津冀一體化的主戰場，加強教學內涵、實踐教學體系和一流專業建設。為提高大學生的實踐動手能力和創新創業能力，以不斷適應社會經濟發展的速度，我校物聯網工程專業不斷深化人才培養改革、推進人才培養建設和一流專業建設，特別重視實踐教學方面的投入和改革。經過多年的發展，我校物聯網工程專業的實踐教學體系已經建立并逐漸完善，已形成內容豐富、層次合理、多學科綜合、具有應急特色的實踐教學體系，并取得了良好的教學成果。今后我們將繼續努力，推進我校物聯網工程專業的實踐教學體系進一步完善和發展，加快國家級一流本科專業建設的步伐，提高人才培養質量，增強畢業生就業能力。

注：本文通訊作者為黃成玉。

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