工程教育認證背景下物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學探索與改革

吳韶波

摘 要：針對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的特點以及工程教育認證的要求，分析了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學體系的課程設(shè)置，設(shè)計了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實驗教學內(nèi)容，并對實驗教學模式進行了探究。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)工程；實踐教學；教學內(nèi)容；教學模式

中圖分類號：TP393；G642 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）11-0-03

0 引 言

工程教育的一個突出特征在于對實踐能力的培養(yǎng)，結(jié)合理論教學，通過技術(shù)實踐，將多學科知識進行交叉融合，以滿足未來社會在技術(shù)不斷創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)意、工程管理等方面的多樣性人才需求。開展工程教育認證不僅可以推動高等工程教育與工業(yè)界的協(xié)同創(chuàng)新，還能促進我國工程教育與國際工程教育的互認，進而提升國際競爭力。工程教育專業(yè)認證更注重學生工程實踐能力的培養(yǎng)，中國工程教育專業(yè)認證協(xié)會2015年發(fā)布的工程教育認證標準著重強調(diào)了培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力要求。

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)作為2010年開辦的新工科專業(yè)，具有跨學科、技術(shù)廣、發(fā)展快、綜合性強的特點，對學生的綜合實踐能力要求較高。經(jīng)過幾年的教學實踐與探索，逐漸摸索出一些經(jīng)驗，也發(fā)現(xiàn)了亟待解決的問題，急需針對工程教育認證的需求，圍繞物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的實踐教學課程體系進行改革，從實踐教學的目標確立、教學內(nèi)容、教學模式、教學手段、考核機制、對學生畢業(yè)要求的能力支撐等進行設(shè)計和改革嘗試，以滿足工程教育認證要求為目標，培養(yǎng)具有鮮明特色的物聯(lián)網(wǎng)工程人才的實踐與創(chuàng)新能力。

參照計算機教學指導委員會物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程設(shè)置指導意見（2012年），物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的實踐教學體系不僅包含理論課教學的實驗環(huán)節(jié)，還設(shè)置了“物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)認識與實踐”“物聯(lián)網(wǎng)感知綜合實踐”“物聯(lián)網(wǎng)傳輸綜合實踐”“計算機通信網(wǎng)絡(luò)實訓”“物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理綜合實踐”、“嵌入式信息系統(tǒng)課程設(shè)計”和“物聯(lián)網(wǎng)綜合應用實踐”等相關(guān)獨立實踐環(huán)節(jié)，如圖1所示，旨在融合物聯(lián)網(wǎng)感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應用層三層技術(shù)體系所包含的知識點，促進理論教學、實踐教學、創(chuàng)新能力培養(yǎng)的緊密結(jié)合，突出創(chuàng)新與工程綜合實踐能力的培養(yǎng)，拓寬學生知識面并緊跟先進技術(shù)的發(fā)展，這都需要從教學目標、教學內(nèi)容等方面進行摸索和改革，并從多形式教學實施、多樣化教學方式、多方位課程考核等方面實現(xiàn)全面提升。

1 教學目標的確立

工程教育改革引入成果導向教育（Outcome Based Education，OBE）理念，以學生為中心、以培養(yǎng)目標為導向，教學設(shè)計和教學實施的目標注重學生通過教育過程最后所取得的學習成果。認證標準（2015年版）中對“畢業(yè)要求”應覆蓋的內(nèi)容作了詳細說明，主要涉及工程知識、問題分析、設(shè)計、研究、使用現(xiàn)代工具等12 項內(nèi)容。而要達成這些畢業(yè)要求的前3項，要求學生能夠?qū)⑺鶎W知識用于解決復雜工程問題。而“復雜工程問題”具有很高的綜合性，僅靠常規(guī)方法很難完全解決，需要將多個相互關(guān)聯(lián)的子問題通過建立合適的抽象模型進行解決，在建模過程中亦要體現(xiàn)出一定的創(chuàng)造性。

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是一個跨學科的專業(yè)，學生所學的課程包含數(shù)學、自然科學、工程基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識。所要解決的復雜工程問題，在設(shè)計上要滿足特定的技術(shù)要求或工藝流程；在方法上除查閱文獻等參考資料外，還要會借助實驗、計算機仿真、硬件實現(xiàn)、信息綜合等手段來對問題進行分析、預測、模擬、實現(xiàn)。這些都要求學生在四年內(nèi)的一系列實踐環(huán)節(jié)中完成從基本操作技能到實驗技巧和創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。所以，要達到工程教育認證的畢業(yè)要求標準，必須明確實踐體系中每一門實踐課程的教學目標，并確定課程之間與能力培養(yǎng)的關(guān)聯(lián)。

為了保證所有畢業(yè)生都能滿足畢業(yè)要求，課程體系必須全方位覆蓋所有培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求的達成，培養(yǎng)的成果要跟教學環(huán)節(jié)關(guān)聯(lián)對應。實踐課程體系建設(shè)與完善關(guān)系到學生解決復雜工程問題的能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，故必須以工程教育專業(yè)認證為背景確定教學目標，進一步細化教學內(nèi)容，采用多形式教學手段，探索合理的多方位考核方式。

實踐課程內(nèi)容的設(shè)計應該有企業(yè)參與進行，以保證緊跟行業(yè)技術(shù)發(fā)展，獲得最新的行業(yè)技術(shù)信息及崗位能力需求，及時調(diào)整能力培養(yǎng)的目標和方法。

學生質(zhì)量跟蹤調(diào)查和評價是對教學過程的一個有益補充，通過對調(diào)查結(jié)果進行科學的整理和統(tǒng)計，為教學改革提供科學依據(jù)和參考，揚長避短、持續(xù)改進，逐步完善教學相關(guān)內(nèi)容，引入先進知識，全面提升教學質(zhì)量和教學水平。

2 教學內(nèi)容的設(shè)計

我校2016版培養(yǎng)計劃中，實踐教學體系構(gòu)建包括兩類課程：一類是必修實踐環(huán)節(jié)，如專業(yè)認識與實踐、物聯(lián)網(wǎng)感知、傳輸、數(shù)據(jù)處理、綜合應用等課程；另一類是選修實踐環(huán)節(jié)，如計算機通信網(wǎng)絡(luò)實訓、移動互聯(lián)網(wǎng)應用開發(fā)實訓和四門專業(yè)自主實踐課（開放實驗、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、學科競賽、科研項目）。這些課程總體上分為四個層次：基本操作技能實驗、綜合性實驗、設(shè)計性實驗、自主研究性實驗。大一至大二學年，重點培養(yǎng)學生的實驗基本操作和基本技能；大二至大三學年，著重培養(yǎng)實驗技巧和創(chuàng)新思維，初步訓練其分析問題、解決問題的能力；大三至大四學年，重點培養(yǎng)綜合運用所學的理論知識與實驗技能解決實際問題的能力，提升創(chuàng)新能力。從最初的認知到電子工藝實習、課程設(shè)計、專業(yè)實習、畢業(yè)設(shè)計，所有環(huán)節(jié)都有企業(yè)參與教學內(nèi)容的設(shè)計并貫穿到實踐過程中，實踐內(nèi)容緊跟社會需求和主流技術(shù)，使學生最終具有獨立解決復雜工程問題的能力。

根據(jù)各門實踐課程的教學目標，需進一步確定其教學內(nèi)容及其與其他課程能力培養(yǎng)的關(guān)聯(lián)性與延續(xù)性。依據(jù)工程教育認證對復雜工程問題7個特征的描述，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的實踐教學內(nèi)容可分為兩類：單元實驗和實例作品。單元實驗主要是根據(jù)課程理論知識進行驗證或?qū)嶒?，?cè)重于培養(yǎng)學生的實驗研究能力；實例作品則根據(jù)某個應用命題進行系統(tǒng)集成和科研開發(fā)，著重培養(yǎng)學生的設(shè)計和開發(fā)能力。教學團隊可以根據(jù)課程教學內(nèi)容適當拓展加深，緊隨主流先進技術(shù)，多個命題，學生自選題目自行設(shè)計完成作品，部分優(yōu)秀作品可進一步完善參加學科競賽。endprint

3 改革教學方法和手段，探索考核評價新思路

因為實踐課程在不同的階段具有不同的課程性質(zhì)，所以需要按照課程特點來選擇教學方法和手段。例如，對于安排在大二上學期的物聯(lián)網(wǎng)工程認識與實踐課程，學生在此之前已經(jīng)學習了物聯(lián)網(wǎng)工程導論課程，對物聯(lián)網(wǎng)的主要技術(shù)有了初步了解，則此課程的教學內(nèi)容就是讓學生具備感性的認識。以往只是帶領(lǐng)學生進行企業(yè)參觀，了解智能家居、智能醫(yī)療、智能農(nóng)業(yè)等應用的示范樣板間。在2016版培養(yǎng)方案中，利用口袋實驗室的套件讓學生先按照給定的例程實現(xiàn)1～2個簡單的功能，進一步提出小組的設(shè)想與技術(shù)思路，在后續(xù)的實踐環(huán)節(jié)中逐步完善。

考慮到教學形式和實踐管理模式的變化，課程的考核結(jié)構(gòu)也應隨之變化，適當分離對基礎(chǔ)內(nèi)容和創(chuàng)造性內(nèi)容的考核、基礎(chǔ)理論和實際解決問題能力的考核，采用綜合評價，細化評分標準，逐步建立科學公平可操作的評價體系。單元實驗根據(jù)預習報告、實驗過程、實驗結(jié)果、數(shù)據(jù)記錄與分析4個方面進行現(xiàn)場評分；實例作品根據(jù)項目成果、現(xiàn)場操作、答辯、報告撰寫和校企共同評價等環(huán)節(jié)評分，注重對學生能力和素質(zhì)的考核。

以實際技能為導向改革考試方式，把實踐能力和項目能力納入考核范圍。針對給定項目，小組成員分工合作、各司其職、責任到人，避免出現(xiàn)“搭車”現(xiàn)象。此方式通過參考學生在活動過程中的能力表現(xiàn)，結(jié)合課程核心知識的掌握與運用來實現(xiàn)。評價標準突出個性化，對不同的題目、不同分工、不同水平的學生都要有一定的針對性；強調(diào)個人的縱向比較，淡化團隊的橫向比較。把過程性評價與總結(jié)性評價相結(jié)合，以過程性評價為主；把對團隊的評價與對個體的評價相結(jié)合，以對團隊的評價為主。促進學生形成創(chuàng)新意識，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和團隊合作精神，提高綜合實踐能力，而不僅僅單純針對結(jié)果進行評價。

4 建立質(zhì)量跟蹤調(diào)查機制和評價體系，持續(xù)改進

學生質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到專業(yè)的生存與發(fā)展，建立學生質(zhì)量跟蹤調(diào)查機制可更加準確地掌握用人單位對畢業(yè)生的評價，動態(tài)監(jiān)控人才培養(yǎng)目標；通過用人單位和企業(yè)的反饋信息及時發(fā)現(xiàn)問題，調(diào)整教學內(nèi)容和課程安排，持續(xù)進行改進，使課程設(shè)置更加貼近社會的實際需求。因此，有必要建立學生質(zhì)量跟蹤調(diào)查機制和評價體系，滿足社會發(fā)展和建設(shè)的需要。

以工程教育認證標準為指導選擇調(diào)查評價的指標并進行統(tǒng)計分析，質(zhì)量跟蹤調(diào)查必須具有可操作性和全面性，既要涵蓋學生在校表現(xiàn)，又必須包括社會評價，將質(zhì)量跟蹤調(diào)查結(jié)果合理地應用到指導教學改革和培養(yǎng)目標的持續(xù)改進中，形成高校-學生-社會良性互動、相互促進的循環(huán)機制。

5 結(jié) 語

物聯(lián)網(wǎng)作為發(fā)展迅猛的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，未來需要大量的高素質(zhì)應用型人才。經(jīng)過近幾年的教學實踐，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)面臨著急需以強化實踐教學環(huán)節(jié)、深化內(nèi)涵建設(shè)為核心的教學改革，以利于學生系統(tǒng)思維的培養(yǎng)。在一系列由淺入深或模塊化的實踐類課程中，學生完成從認知到實際生產(chǎn)的漸進實踐，不只考慮系統(tǒng)的功能需求，還要對性能指標、器件選型、系統(tǒng)成本等多方面約束條件進行考慮。課程內(nèi)容與企業(yè)聯(lián)系越緊密、與行業(yè)需求越接近，越熟悉主流技術(shù)和工程應用實際，越有益于提高學生解決復雜工程問題的能力。教學實踐表明，依據(jù)OBE理念，順應培養(yǎng)復合型高層次人才的需求，建立質(zhì)量跟蹤調(diào)查機制，持續(xù)改進，有利于擴大學生的物聯(lián)網(wǎng)學科視野，培養(yǎng)學生的實驗技能與創(chuàng)新思維，提高學生解決復雜工程問題的能力。

參考文獻

[1] 吳功宜.對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學體系建設(shè)的思考[J].計算機教育，2010 （21）：26-29.

[2] 教育部高等學校計算機科學與技術(shù)教學指導委員會.高等學校計算機科學與技術(shù)專業(yè)公共核心知識體系與課程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[3] 劉云浩.物聯(lián)網(wǎng)工程導論[M].北京：科學出版社，2017.

[4]李富華，黃新，周江，等.工程教育認證背景下的高頻電路實驗教學探索[J]. 通訊世界，2016 （16）：254-255.

[5] 胡成全，魏曉輝，鐘麗鴻，等.物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程設(shè)置與實踐教學體系設(shè)計[J].計算機教育，2015 （6）：12-15.

[6] 李穎.工程認證背景下大學生工程實踐能力培養(yǎng)創(chuàng)新研究與實踐[J].河南化工，2014 （8）：59-61

[7] 鄭小發(fā).物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)中高職院校教學課程實驗體系研究[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2012，2（2）：75-77.

[8] 張朝磊，張在云. 基于工程教育認證標準培養(yǎng)解決復雜工程問題能力[J].中國冶金教育，2017 （4）：14-17.endprint