基于CDIO模式下的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)的研究

程星晶++蔣學(xué)勤++劉繼乾

摘要：本文闡述了CDIO工程教育模式的基本思路，結(jié)合CDIO工程教育模式的基本特點(diǎn)與物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的人才培養(yǎng)需求，將CDIO能力大綱作為構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的宏觀指導(dǎo)，基于CDIO理念培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)、工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；CDIO；人才培養(yǎng)；工程教育

【中圖分類號(hào)】G632

物聯(lián)網(wǎng)被稱為計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的第3次信息化產(chǎn)業(yè)革命性發(fā)展的浪潮。美國(guó)將互聯(lián)網(wǎng)升之為國(guó)家戰(zhàn)略，歐盟發(fā)布了互聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展藍(lán)圖，日本把互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展鮮明地寫在國(guó)家通訊發(fā)展策略，韓國(guó)樹立了通過構(gòu)建世界最先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)實(shí)施打造未來廣播通信融合鄰域一流強(qiáng)國(guó)的目標(biāo)，我國(guó)也將物聯(lián)網(wǎng)升為重要戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)?！丁笆濉眹?guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》明確指出，要著力突破傳感網(wǎng)；物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，及早部署時(shí)代相關(guān)技術(shù)研發(fā)，是信息網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生成為推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，邁向信息社會(huì)的發(fā)動(dòng)機(jī)。在這樣的背景下，教育部于2010年批準(zhǔn)設(shè)置了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)。到目前為止，全國(guó)已有100多所本科院校開辦了該專業(yè)，預(yù)計(jì)辦學(xué)規(guī)模還將繼續(xù)擴(kuò)大。作為后IP時(shí)代推動(dòng)我國(guó)信息網(wǎng)絡(luò)信息產(chǎn)業(yè)的核心專業(yè)之一，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)必須主動(dòng)服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略和社會(huì)需求，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、實(shí)踐能力強(qiáng)，適應(yīng)信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要的物聯(lián)網(wǎng)工程卓越后備人才，以滿足新時(shí)期我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的戰(zhàn)略發(fā)展需求。

CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)施（Implement）和運(yùn)作（Operate），強(qiáng)調(diào)以產(chǎn)品從研發(fā)到運(yùn)行的完整生命周期為載體，讓學(xué)生在其中以主動(dòng)的實(shí)踐的課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程理論知識(shí)，積累工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和提升各種工程能力。經(jīng)過20多年的研究與探索，CDIO已經(jīng)得到國(guó)際高等工程教育界的廣泛認(rèn)可，形成了非常鮮明的工程教育特色。首先，CDIO以一種系統(tǒng)宏觀的視角來培養(yǎng)工程人才，強(qiáng)調(diào)以工程項(xiàng)目為載體，讓學(xué)生從工程項(xiàng)目的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)作等全方面深入工程實(shí)際。不僅強(qiáng)調(diào)工程教育過程中學(xué)校、社會(huì)和產(chǎn)業(yè)三者之間的密切合作，同時(shí)還強(qiáng)調(diào)從項(xiàng)目構(gòu)思到實(shí)施過程的系列評(píng)估，體現(xiàn)了大工程觀理念。其次，CDIO的培養(yǎng)目標(biāo)涵蓋了在社會(huì)和企業(yè)環(huán)境下，對(duì)產(chǎn)品、生產(chǎn)流程、工程系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行所需的專業(yè)技術(shù)知識(shí)和工程實(shí)踐能力。此外，CDIO還特別注意培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作、人際交往能力，發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題的能力，批判思維能力，職業(yè)道德和職業(yè)態(tài)度，工程組織與管理能力等全方位的工程素養(yǎng)。再次，CDIO產(chǎn)業(yè)教育模式強(qiáng)調(diào)以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向，結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目，使學(xué)生吧專業(yè)知識(shí)技能與完全真實(shí)的社會(huì)環(huán)境中的產(chǎn)品研發(fā)流程結(jié)合起來，通過構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)作等個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行開發(fā)能力的訓(xùn)練，使教學(xué)內(nèi)容和的方法與產(chǎn)業(yè)發(fā)展同步理論與實(shí)踐結(jié)合。最后，CDIO強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生在完整的工程項(xiàng)目全過程中邊做邊學(xué)，而不是淺嘗輒止簡(jiǎn)單離散的實(shí)踐環(huán)節(jié)的拼接。通過實(shí)踐環(huán)節(jié)讓學(xué)生理解和消化教師傳授的知識(shí)和技能，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，最終達(dá)到培養(yǎng)工程創(chuàng)新能力的目的。

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的專業(yè)能力總體上應(yīng)包括計(jì)算機(jī)的計(jì)算思維能力、算法設(shè)計(jì)與分析能力、程序設(shè)計(jì)與是實(shí)現(xiàn)能力系統(tǒng)能力等，并將這些專業(yè)能力具體體現(xiàn)到物聯(lián)網(wǎng)感知層、傳輸層、數(shù)據(jù)處理層、應(yīng)用層以及完整物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)等環(huán)節(jié)。通過前文對(duì)CDIO特點(diǎn)的分析不難發(fā)現(xiàn)，CDIO的理念與物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)需求之間存在相當(dāng)高的契合性。因此，可將能力大綱作為構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的宏觀指導(dǎo)和方向把握，采用CDIO的先進(jìn)工程教育模式并借鑒其在工程教育實(shí)踐中的成功經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)思，設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)

從宏觀角度看，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)是提升學(xué)生的工程素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐能力工程設(shè)計(jì)能力和工程創(chuàng)新能力，培養(yǎng)支撐物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的工程技術(shù)人才；從微觀角度看，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的階段新目標(biāo)是服務(wù)與專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，既加深對(duì)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)各專業(yè)課程理論知識(shí)的理解，并培養(yǎng)初步應(yīng)用課程知識(shí)的工程實(shí)踐能力。高等工程教育的實(shí)踐表明，僅僅依靠離散的課程實(shí)踐環(huán)節(jié)，難以培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，工程設(shè)計(jì)能力和工程創(chuàng)新能力，同樣也難以實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)從微觀的階段性目標(biāo)向宏觀的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)轉(zhuǎn)移。為此，在構(gòu)思物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的過程中，可借鑒CDIO工程教育理念，全面引入大工程觀思想，以實(shí)際工程項(xiàng)目為載體，基于工程項(xiàng)目全方位設(shè)計(jì)課程實(shí)驗(yàn)，生產(chǎn)學(xué)習(xí)，科技創(chuàng)新和畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，并綜合構(gòu)思實(shí)踐教學(xué)的實(shí)施方式和運(yùn)作管理方式，構(gòu)建及構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施與運(yùn)作四位一體的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)體系。

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)屬于工程類，專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的設(shè)計(jì)要立足于培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和工程的素養(yǎng)。工程能力包括解決物聯(lián)網(wǎng)工程的實(shí)際問題的能力，即綜合物聯(lián)網(wǎng)學(xué)科各領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論，專業(yè)知識(shí)和分析手段，解決物聯(lián)網(wǎng)工程的實(shí)際問題；工程創(chuàng)新能力即在合理解決工程實(shí)際難題的基礎(chǔ)上，能從中提煉出創(chuàng)新性思路和方法；工程項(xiàng)目及生產(chǎn)管理能力；有效的溝通與交流能力以及技術(shù)跟蹤與學(xué)習(xí)能力。工程素養(yǎng)包括熟悉行業(yè)政策法規(guī)，養(yǎng)成養(yǎng)好的職業(yè)道德、職業(yè)素養(yǎng)、社會(huì)責(zé)任，另外還要注重養(yǎng)成學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神、批判性思維，關(guān)注工程與環(huán)境社會(huì)的和諧發(fā)展等。為此，必須密切聯(lián)系物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，以實(shí)際工程項(xiàng)目為背景，以工程技術(shù)為主線，將項(xiàng)目實(shí)施作為主線貫穿于實(shí)踐教學(xué)的全過程。規(guī)劃與整合各類課程實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)基于CDIO理念并且圍繞項(xiàng)目來組織的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，包括課程試驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、課外科技創(chuàng)新活動(dòng)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)。

一方面，由于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是新辦專業(yè)學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及該專業(yè)知識(shí)體系的認(rèn)識(shí)需要一個(gè)漸進(jìn)的過程，另一個(gè)方面物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)包括計(jì)算機(jī)控制、電子通信等學(xué)科，具有很強(qiáng)的綜合性和交叉學(xué)科特點(diǎn)，因此針對(duì)核心專業(yè)課實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該遵循由淺入深循序漸進(jìn)的認(rèn)知規(guī)律設(shè)計(jì)，由認(rèn)知實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)到綜合性實(shí)驗(yàn)的多層次實(shí)踐教學(xué)體系。認(rèn)知實(shí)驗(yàn)使學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)主要核心課程所涉及的技術(shù)對(duì)象和應(yīng)用對(duì)象有一個(gè)概念性的感知上的認(rèn)識(shí)，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)側(cè)重利用核心課程中所學(xué)理論知識(shí)設(shè)計(jì)或優(yōu)化互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)部件或功能模塊，綜合性實(shí)驗(yàn)立足于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用子系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)和開發(fā)。以傳感器原理與應(yīng)用課程為例，通過認(rèn)知實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生了解常見傳感器的原理與基本結(jié)構(gòu)以及常用案例，通過設(shè)計(jì)性試驗(yàn)設(shè)計(jì)特定的傳感器或?qū)δ硞鞲衅鬟M(jìn)行優(yōu)化，通過綜合性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一個(gè)基于傳感器的自動(dòng)檢測(cè)子系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)其他核心課程三個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)可按照上述思路靈活設(shè)計(jì)。

為提升物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生的工程素養(yǎng)，培養(yǎng)其物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐能力、工程設(shè)計(jì)能力和工程創(chuàng)造能力，建議把物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)納入卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃，或按照卓越工程師計(jì)劃的模式組織實(shí)踐教學(xué)。目前，物聯(lián)網(wǎng)已正式列為國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，越來越多的企業(yè)開始轉(zhuǎn)向物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)。在這種背景下，學(xué)?？衫米陨淼目蒲袃?yōu)勢(shì)和人才優(yōu)勢(shì)，立足行業(yè)或區(qū)域，建校企聯(lián)合實(shí)訓(xùn)基地，促進(jìn)校企之間產(chǎn)、學(xué)、研的有機(jī)結(jié)合，吸引更多的行業(yè)企業(yè)深度參與物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)，在企業(yè)的主導(dǎo)下實(shí)施實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。一方面，以企業(yè)導(dǎo)師為主，制定實(shí)習(xí)計(jì)劃，指導(dǎo)實(shí)習(xí)、評(píng)價(jià)實(shí)習(xí)。另一方面，將源于企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品研發(fā)或工程項(xiàng)目中的內(nèi)容提煉成畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目，讓學(xué)習(xí)在物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)環(huán)境下真刀真槍地開展畢業(yè)設(shè)計(jì)和課程設(shè)計(jì)。

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