基于卓越工程師培養(yǎng)的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)體系

琚生根，周 剛，陳 潤(rùn)，王相國(guó)，陳祥東，連豫輝

(四川大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，成都 610065))

基于卓越工程師培養(yǎng)的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)體系

琚生根，周 剛，陳 潤(rùn)，王相國(guó)，陳祥東，連豫輝

(四川大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，成都 610065))

從物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)特點(diǎn)和社會(huì)需求出發(fā),探討基于卓越工程師的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)的體系結(jié)構(gòu),提出物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建框架,包括規(guī)范和加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)、重視學(xué)生課余校內(nèi)實(shí)踐活動(dòng)的開展,結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)開展多種形式的技能競(jìng)賽活動(dòng)等。

卓越工程師; 物聯(lián)網(wǎng)工程;實(shí)踐教學(xué)體系;框架

物聯(lián)網(wǎng)這一重要信息基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)應(yīng)用于社會(huì)各領(lǐng)域，對(duì)高層次物聯(lián)網(wǎng)人才需求也在不斷增加，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)也是在為了滿足社會(huì)對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)和應(yīng)用人才的迫切需求而設(shè)置的，用人單位對(duì)于該專業(yè)畢業(yè)生的物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐能力有較高的要求。但目前高校畢業(yè)生的供應(yīng)與企業(yè)的人才需存在著一定的脫節(jié)，企業(yè)對(duì)人才的需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)得不到滿足。提高高等教育人才的全面素質(zhì)和創(chuàng)新精神，實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)是非常重要的。因此，完善物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系，強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐能力和工程創(chuàng)新能力，培養(yǎng)高素質(zhì)的物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)人才，已成為高等學(xué)校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)發(fā)展中的重要工作。

教育部提出的“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”是未來較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)我國(guó)高等工程教育改革的重大舉措.根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀,結(jié)合了“卓越計(jì)劃”的內(nèi)涵和要求,對(duì)四川大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)如何實(shí)施卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃進(jìn)行了一定思考.

“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”(以下簡(jiǎn)稱“卓越計(jì)劃”)由教育部發(fā)起,旨在為未來各行各業(yè)培養(yǎng)各種類型的、優(yōu)秀的工程師后備軍[2-3].作為首批卓越工程師培養(yǎng)院校,更要根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的特點(diǎn),探索具有自身特色的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)“卓越工程師”培養(yǎng)規(guī)律和有效途徑。

1 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀分析

實(shí)踐教學(xué)包括：實(shí)驗(yàn)教學(xué)、教學(xué)實(shí)習(xí)、畢業(yè)論文等多種形式。目前，各高校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)都存在一定問題。

1.1 人才培養(yǎng)目標(biāo)定位模糊

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是一個(gè)工程應(yīng)用性很強(qiáng)的專業(yè)，但各高校在實(shí)際教學(xué)中，由于教學(xué)學(xué)時(shí)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制,技術(shù)性、實(shí)踐性和綜合性的內(nèi)容不斷削弱,學(xué)術(shù)性和理論性的內(nèi)容不斷增強(qiáng)。人才培養(yǎng)模式與研究型、學(xué)術(shù)型的人才培養(yǎng)模式?jīng)]有太大區(qū)別,人才培養(yǎng)定位模糊,導(dǎo)致培養(yǎng)的人才與社會(huì)需求脫節(jié)。

1.2 教學(xué)內(nèi)容陳舊,考核方式單一

目前，大部分高等院校的物聯(lián)網(wǎng)工程沿襲傳統(tǒng)的封閉式辦學(xué),專業(yè)教學(xué)與市場(chǎng)相脫離,因此課程內(nèi)容滯后于專業(yè)技術(shù)的更新和發(fā)展,教學(xué)中較少有反映新的應(yīng)用技術(shù)的等內(nèi)容[1]。此外,對(duì)學(xué)生的考核形式單一,考核的重點(diǎn)是學(xué)生掌握知識(shí)的多少,這在一定程度上教師的教學(xué)重點(diǎn)導(dǎo)向重書本知識(shí)傳授而忽略能力培養(yǎng)。

1.3 實(shí)踐性教學(xué)缺位,產(chǎn)學(xué)結(jié)合困難

許多高校教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)非常薄弱,安排的實(shí)驗(yàn)多為演示性、驗(yàn)證性,學(xué)生真正意義上的動(dòng)手較少。實(shí)踐需要環(huán)境,而產(chǎn)學(xué)結(jié)合仍有困難。一方面,高校與企業(yè)聯(lián)系不夠緊密,企業(yè)不愿也沒有義務(wù)提供實(shí)習(xí)和見習(xí)場(chǎng)所,導(dǎo)致沒有實(shí)踐基地；另一方面學(xué)校管理難到位,教師管理不到位,見習(xí)變成了參觀,實(shí)習(xí)變成了見習(xí),課程設(shè)計(jì)千篇一律,抄襲嚴(yán)重。實(shí)踐的缺位,導(dǎo)致學(xué)生在實(shí)際工作中分析問題和解決問題的能力較弱。

1.4 缺乏有實(shí)踐和工程經(jīng)驗(yàn)的教師

高校教師的來源主要是高校畢業(yè)生,缺乏在企業(yè)工作和工程實(shí)踐經(jīng)歷。而且現(xiàn)行高校教師的教學(xué)評(píng)價(jià)體系、職稱晉升體系、科技成果獎(jiǎng)勵(lì)體系,多以科學(xué)家類型的人才為目標(biāo),以文章數(shù)量為標(biāo)準(zhǔn),這種純科學(xué)的導(dǎo)向扼殺了工程特色。很多教師缺乏動(dòng)手實(shí)踐能力及項(xiàng)目設(shè)計(jì)和組織管理的實(shí)際經(jīng)驗(yàn),高校嚴(yán)重缺乏“雙師型”教師。

2 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建

2.1 物聯(lián)網(wǎng)工程卓越工程師培養(yǎng)的總體思路

實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的成功與否直接關(guān)系到卓越工程師人才培養(yǎng)的質(zhì)量。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)卓越工程師人才培養(yǎng)的總體思路是遵循“基礎(chǔ)寬厚、專業(yè)扎實(shí)、強(qiáng)化實(shí)踐、注重創(chuàng)新”，圍繞學(xué)生實(shí)踐能力和工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，整合實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，改革人才培養(yǎng)體系，構(gòu)建強(qiáng)基礎(chǔ)、重工程實(shí)踐的卓越工程師人才培養(yǎng)體系，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力，使學(xué)生掌握融入行業(yè)和市場(chǎng)主流的實(shí)用技術(shù)。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建

通過合理的課程設(shè)置和實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、科技創(chuàng)新、社會(huì)實(shí)踐等實(shí)踐環(huán)節(jié)來實(shí)施，形成符合理論教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)內(nèi)容體系[4-7]。

依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的培養(yǎng)要求，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)工程本科專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)體系(認(rèn)知實(shí)踐教學(xué)-專業(yè)實(shí)踐教學(xué)—綜合創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)等)[8]，在實(shí)踐教學(xué)體系中各教學(xué)環(huán)節(jié)要體現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)相結(jié)合，課程實(shí)驗(yàn)與技能訓(xùn)練相結(jié)合，校內(nèi)實(shí)驗(yàn)與校外基地相結(jié)合；在物聯(lián)網(wǎng)軟件開發(fā)能力和物聯(lián)網(wǎng)工程建設(shè)能力方面，著重加大實(shí)踐課程的安排，如有條件可以每年組織學(xué)生到實(shí)踐基地訓(xùn)練和學(xué)習(xí)。還可以結(jié)合學(xué)科的專業(yè)實(shí)踐、畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等。

其中：專業(yè)實(shí)踐教學(xué)可以包括物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)、接入技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、安全技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)等實(shí)踐教學(xué)；綜合創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)可以結(jié)合競(jìng)賽、課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)等來設(shè)計(jì)一些實(shí)用性的實(shí)踐項(xiàng)目，例如，人體健康感知系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、智能門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、家居環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、湖泊水水環(huán)境的檢測(cè)等。

在物聯(lián)網(wǎng)軟件開發(fā)能力和物聯(lián)網(wǎng)工程建設(shè)能力的培養(yǎng)過程中，實(shí)踐環(huán)節(jié)主要體現(xiàn)在程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、JAVA程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)庫(kù)原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)、物聯(lián)網(wǎng)接口實(shí)驗(yàn)、物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)驗(yàn)、物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)實(shí)踐等課程中。

其中，學(xué)科專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)又分為課內(nèi)實(shí)驗(yàn)和開放實(shí)驗(yàn)。課內(nèi)實(shí)驗(yàn)在課內(nèi)學(xué)時(shí)完成，以加深對(duì)課程理論知識(shí)的理解；開放實(shí)驗(yàn)在課外時(shí)間完成，以進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究能力和創(chuàng)新能力。

2.2.1 合理規(guī)劃課程和教學(xué)進(jìn)度

筆者認(rèn)為要能真正地實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐能力,對(duì)于學(xué)制為四年的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生來說,課程設(shè)置尤為重要,特別需要課程設(shè)置能夠和教學(xué)進(jìn)度保持統(tǒng)一,課程設(shè)置與物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)保持統(tǒng)一。從培養(yǎng)目標(biāo)來看,物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)的人才,主要是面向物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用型人才,在確定每門課程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí),必須依據(jù)教學(xué)計(jì)劃、相關(guān)課程內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目情況、實(shí)驗(yàn)條件和學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)。并且經(jīng)過教研室組織教師集體討論來確定,從而使得實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置合理、規(guī)范。這既有利于學(xué)生能力提高又可防止相關(guān)課程的交叉,避免造成時(shí)間、資源和學(xué)生、教師的精力浪費(fèi)。

2.2.2 規(guī)范和加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課和實(shí)踐課

(1)基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)課程。獨(dú)立開設(shè)的主要課程：計(jì)算機(jī)物聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)高級(jí)應(yīng)用技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)工程、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息系統(tǒng)安全等。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括基本驗(yàn)證型與綜合設(shè)計(jì)型兩種類型的實(shí)驗(yàn)；在核心技術(shù)課程，例如物聯(lián)網(wǎng)高級(jí)應(yīng)用技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)管理等課程中設(shè)計(jì)了少量創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。所有實(shí)驗(yàn)均以任務(wù)驅(qū)動(dòng)形式開展，以提高學(xué)生的興趣。

(2)基于工程思想的課程設(shè)計(jì)。對(duì)于主干的技術(shù)性課程，例如程序設(shè)計(jì)、物聯(lián)網(wǎng)工程、物聯(lián)網(wǎng)管理、物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)等，增加課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。目的是從工程學(xué)的角度出發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生具有應(yīng)用相應(yīng)課程的技術(shù)解決問題的基本能力，鍛煉學(xué)生的工程意識(shí)和協(xié)作精神[9]。

(3)基于應(yīng)用能力與創(chuàng)新精神培養(yǎng)的學(xué)年設(shè)計(jì)與實(shí)習(xí)。根據(jù)每一學(xué)年的課程計(jì)劃，安排在實(shí)習(xí)基地進(jìn)行的學(xué)年設(shè)計(jì)與實(shí)習(xí)。有時(shí)將課程設(shè)計(jì)與學(xué)年設(shè)計(jì)相結(jié)合。由實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師根據(jù)實(shí)習(xí)基地的需要提出基本的任務(wù)需求，在實(shí)習(xí)過程中解決問題。

(4)以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的工程實(shí)踐項(xiàng)目。為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，為基礎(chǔ)較好、學(xué)習(xí)積極性較高的學(xué)生提供更多的自主選擇機(jī)會(huì)，設(shè)計(jì)工程實(shí)踐和創(chuàng)新項(xiàng)目，將項(xiàng)目與課外學(xué)習(xí)興趣小組結(jié)合起來[10]。具體做法是根據(jù)學(xué)生興趣分成多個(gè)方向，例如物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)與規(guī)劃等，每個(gè)方向安排2～3位指導(dǎo)教師，由指導(dǎo)老師提出任務(wù)(項(xiàng)目)，學(xué)生自主學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)解決問題的方案并提交報(bào)告或者程序清單。

(5)畢業(yè)實(shí)訓(xùn)與設(shè)計(jì)。根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)，安排最后一個(gè)半學(xué)期時(shí)間，將畢業(yè)設(shè)計(jì)與畢業(yè)實(shí)習(xí)結(jié)合起來。根據(jù)實(shí)習(xí)基地的實(shí)際需求確定設(shè)計(jì)與實(shí)習(xí)內(nèi)容，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下完成實(shí)習(xí)與設(shè)計(jì)任務(wù)。

2.2.3 依托學(xué)科競(jìng)賽，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力

全國(guó)大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)、信息安全、ACM等競(jìng)賽具有良好的導(dǎo)向性，注意基礎(chǔ)理論知識(shí)與綜合能力的結(jié)合、設(shè)計(jì)計(jì)算與制作測(cè)試的結(jié)合、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)與多專業(yè)內(nèi)容的結(jié)合和工程能力與協(xié)作精神的結(jié)合。學(xué)院要重視各種競(jìng)賽的組織活動(dòng)，積極開展各種形式的培訓(xùn)、宣講會(huì)和經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)。系主任、專職教師和實(shí)驗(yàn)人員和學(xué)生一起，利用實(shí)踐周和暑假時(shí)間進(jìn)行競(jìng)賽前的培訓(xùn)，使學(xué)生在動(dòng)手實(shí)踐能力和分析、解決問題的能力以及工程經(jīng)驗(yàn)都有長(zhǎng)足的進(jìn)步，也使具有不同特長(zhǎng)的學(xué)生脫穎而出，并在競(jìng)賽中獲得了優(yōu)異的成績(jī)。

在各種實(shí)踐活動(dòng)中，教師通過與學(xué)生的溝通交流，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、知識(shí)水平有了更全面的了解，從而能夠結(jié)合實(shí)際改進(jìn)實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)[11]。學(xué)生也可以在這些實(shí)踐中完善知識(shí)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步鍛煉發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、解決問題的能力，形成自己的創(chuàng)新思想。

2.2.4 充分利用校內(nèi)，最大化利用校外資源

在實(shí)踐教學(xué)中要充分發(fā)揮校內(nèi)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)室的潛能，選取盡可能多的課程在實(shí)驗(yàn)室教學(xué)，和成都市物聯(lián)網(wǎng)中心合作，以物聯(lián)網(wǎng)中心為實(shí)習(xí)基地，開展物聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)識(shí)、推廣和應(yīng)用開發(fā)工作。與成都市及國(guó)內(nèi)知名的物聯(lián)網(wǎng)公司聯(lián)合，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)知識(shí)與工程實(shí)踐應(yīng)用密切結(jié)合。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)基于于卓越工程師的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才的實(shí)踐教學(xué)的探討與實(shí)踐，立足于在為高校能夠使物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)出掌握物聯(lián)網(wǎng)理論、物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)用技術(shù),能過了解物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議體系、物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)技術(shù)、組網(wǎng)工程、物聯(lián)網(wǎng)性能評(píng)估、物聯(lián)網(wǎng)管理、物聯(lián)網(wǎng)安全等相關(guān)知識(shí),且具有基礎(chǔ)扎實(shí)、素質(zhì)全面、實(shí)踐能力、分析問題、處理問題和創(chuàng)新能力的,能在各行業(yè)領(lǐng)域從事計(jì)算機(jī)通信物聯(lián)網(wǎng)的研究設(shè)計(jì)生產(chǎn)、物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃與組網(wǎng)設(shè)計(jì)、物聯(lián)網(wǎng)工程設(shè)計(jì)及建設(shè)、物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)及管理、物聯(lián)網(wǎng)安全防護(hù)與性能分析等工作的現(xiàn)代社會(huì)需求的高級(jí)物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)人才工作而進(jìn)行的，在今后的教學(xué)實(shí)踐中仍會(huì)繼續(xù)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以求得更好的教學(xué)方法、教學(xué)方案、教學(xué)實(shí)施等。

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Practice Teaching System of the Internet of ThingsBased on the Outsanding Engineers

JU Shenggen, ZHOU Gang, CHEN Run, WANG Xiangguo, CHEN Xiangdong, LIAN Yuhui

(School of Computer Science, Sichuan University, Chengdu 610065, China)

According to the characteristics of the Internet of Things and social demand, this paper discussed the architecture of the Internet of Things practice teaching, which is based on outsanding engineers.This paper also proposed a framework for building the practice teaching system of the Internet of Things, including regulating and strengthening practice teaching, valueing the practical activities of students after school conduct and carrying out the activities of skills competitions, which combined with professional features.

outsanding engineers; internet of things; practice teaching system; framework

2015-01-14；修改日期: 2015-01-29

四川大學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)立項(xiàng)基金資助項(xiàng)目(2013-79)；四川大學(xué)教改立項(xiàng)基金資助項(xiàng)目(SCUY101)。

琚生根(1970-)，男，博士，副教授，研究方向：智能信息處理，高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)及實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究。

TP399；G424.4

doi:10.3969/j.issn.1672-4550.2015.02.008