基于CDIO的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系一體化設(shè)計

易 軍，周 偉，張元濤

（重慶科技學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院，重慶 401331）

0 引 言

近年來，工程教育在國內(nèi)外高校如火如荼地開展，大量教育工作者都在積極探索工科專業(yè)人才培養(yǎng)模式改革，但由于受本專業(yè)理論體系和歷史經(jīng)驗的影響，大部分制訂的專業(yè)教學(xué)計劃仍然不能脫離原課程體系的框架，在兼顧培養(yǎng)學(xué)生具有較完整的理論基礎(chǔ)和培養(yǎng)學(xué)生具備較好的應(yīng)用實踐能力兩方面顧此失彼，左支右絀。這導(dǎo)致一方面理論深、難度大的課程在教學(xué)計劃中仍占有較大的比重，而另一些實踐性較強的課程難以全面吸納和融入教學(xué)計劃中[1-2]，造成以上矛盾的主要因素有：①專業(yè)培養(yǎng)理念對學(xué)生的定位與現(xiàn)代各類型企業(yè)對員工的不同要求還存在一定差距；②專業(yè)建設(shè)重點更偏理論邏輯和公式推導(dǎo)，缺乏各級項目和校企合作的應(yīng)用實踐訓(xùn)練；③由于教育的慣性，目前的評價體系仍注重理論成績考核，缺乏對學(xué)生綜合素質(zhì)，特別是工程師素質(zhì)培養(yǎng)；④缺乏與工業(yè)界在培養(yǎng)人才方面的合作與交流機制。

物聯(lián)網(wǎng)工程是一門新興的多學(xué)科多專業(yè)綜合的學(xué)科，這給教育工作者提供了一個深入課程改革的機會。文獻[3-5]通過汲取原信息學(xué)科的辦學(xué)經(jīng)驗，根據(jù)專業(yè)特點和企業(yè)對人才的需求，完全以培養(yǎng)工程能力為目的，提出基于CDIO工程教育理念的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系，以適應(yīng)社會對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)高級專門應(yīng)用型人才的需要。

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果[6-7]，簡單地說，CDIO代表了從前期產(chǎn)品設(shè)計、研發(fā)到后期維護運行的全生命周期中的各個重要環(huán)節(jié)：構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate）[8-10]。由于CDIO貼近企業(yè)生產(chǎn)實際，能夠讓學(xué)生將模塊化的理論知識運用到完整項目中，從而形成實實在在的工程實踐能力。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系結(jié)合CDIO培養(yǎng)理念，將學(xué)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識、工程系統(tǒng)能力、個人能力和人際團隊能力4個層面,并結(jié)合教學(xué)大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這4個層面達到預(yù)定目標(biāo)。

1 物聯(lián)網(wǎng)工程人才培養(yǎng)目標(biāo)

通識課程培養(yǎng)學(xué)生的人文精神與社會責(zé)任感等綜合素質(zhì)，學(xué)校通過課堂教學(xué)、實習(xí)實踐將細致的思政工作滲透到各教學(xué)環(huán)節(jié)，并對學(xué)生形成潛移默化的影響，給學(xué)生打下素質(zhì)教育的底子。在此基礎(chǔ)上，本科教育需要重點加強專業(yè)知識傳授與能力培養(yǎng)。學(xué)校在這個過程中需要逐步凝練出本科人才培養(yǎng)的理念，明確學(xué)生必須掌握的基礎(chǔ)、使用的工具和鍛煉的能力。專業(yè)知識作為大學(xué)本科階段培養(yǎng)學(xué)生的重點，課程設(shè)置需要重視學(xué)習(xí)過程與效果，發(fā)揮課程的載體作用，細化為前期實施數(shù)學(xué)、物理、電子和信息的整合培養(yǎng)，拓寬加厚理論基礎(chǔ)；后期主要進行專業(yè)培養(yǎng)，加強項目工程訓(xùn)練與實習(xí)，強化工程能力培養(yǎng)。由于信息領(lǐng)域知識更新很快、特別是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的專業(yè)知識更新得更快，需要審慎考慮課程設(shè)置和教學(xué)的側(cè)重點，提高專業(yè)課程設(shè)置的彈性，加大學(xué)生的選擇空間。在課程教學(xué)環(huán)節(jié)，通過梳理培養(yǎng)素質(zhì)主線，精心設(shè)計專業(yè)核心課程和以三級項目為依托的課程群，注意課程的前后銜接，培養(yǎng)學(xué)生獨立實操項目的能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

2 課程體系一體化設(shè)計的內(nèi)容

以三級項目為主線，構(gòu)建專業(yè)課程群，培養(yǎng)學(xué)生的項目設(shè)計、項目實現(xiàn)和團隊合作能力，提升學(xué)生職業(yè)道德，加強實踐能力與技能教學(xué)。在第1、第2學(xué)年，重點在素質(zhì)教育、專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)，必修課較多；第3學(xué)年，著重學(xué)習(xí)專業(yè)知識體系的相關(guān)內(nèi)容；第4學(xué)年安排物聯(lián)網(wǎng)綜合實訓(xùn)、畢業(yè)實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計等內(nèi)容。此外，在專業(yè)課程設(shè)置方面，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)知識體系的組成分為3個課程群，分別是控制與感知、網(wǎng)絡(luò)與傳輸、軟件與服務(wù)，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣和就業(yè)導(dǎo)向，選修其中一個或多個課程群。一體化課程體系如圖1所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)工程本科專業(yè)課程體系結(jié)構(gòu)

3 三級項目實踐環(huán)節(jié)的設(shè)計

根據(jù)不同的學(xué)習(xí)階段和任務(wù)，將涉及的知識范圍劃分為三級項目，學(xué)生以工程項目的形式進行實踐教學(xué)，獲得比課堂教學(xué)更加貼近實際的工程能力。實施方案包括：①將CDIO項目按規(guī)模和范圍劃分為三級，1級為包含本專業(yè)主要核心課程和能力要求的項目；2級為包含一組相關(guān)核心課程群、能力要求的項目；3級為單門課程內(nèi)為增強該門課程能力與理解而設(shè)的項目。三級項目的設(shè)立與否及形式由各門課程大綱根據(jù)需要確定。②本專業(yè)至少有2次1級項目。一般在一、二年級進行一次以了解本專業(yè)為目的的行業(yè)情況展示、新技術(shù)展示，增強對本專業(yè)以認(rèn)知為目的的1級項目；而以畢業(yè)實習(xí)+畢業(yè)設(shè)計為第2次1級項目。每個1級項目作為一門課程單獨計分。③以6個2級項目為載體加強本專業(yè)核心課程的學(xué)習(xí)與應(yīng)用。

三級項目示意圖如圖2所示。

4 企業(yè)實習(xí)培養(yǎng)計劃設(shè)計

企業(yè)學(xué)習(xí)分為3個層次，分別為專業(yè)認(rèn)知實習(xí)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)分析與設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計，總學(xué)習(xí)時間為26周（見表1）。

4.1 專業(yè)認(rèn)知實習(xí)（2周）

通過到物聯(lián)網(wǎng)實習(xí)基地參觀學(xué)習(xí)，建立起物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的整體概念和感性認(rèn)識，了解本專業(yè)涉及物聯(lián)網(wǎng)最新產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)、測試等整個流程，進一步了解課程涉及傳感器、執(zhí)行器、操作系統(tǒng)以及移動終端程序等領(lǐng)域的基本應(yīng)用。實施上可以依托物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實習(xí)基地，安排一定的實習(xí)時間。

4.2 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)分析與設(shè)計（6周）

圖2 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)核心課程三級項目示意圖

表1 企業(yè)實習(xí)階段的安排

本階段主要是讓企業(yè)專業(yè)知識進課堂，通過課程置換等方式，將企業(yè)工程師或培訓(xùn)師引入課程實踐環(huán)節(jié)，通過產(chǎn)品案例分析，了解和參與企業(yè)項目的立項、需求分析、概要設(shè)計、詳細設(shè)計與測試等研發(fā)過程，以及后期系統(tǒng)生產(chǎn)和維護過程等方面的相關(guān)課程，同時對課程的理論學(xué)習(xí)所進行的實操訓(xùn)練進行考核。如果條件允許，也可以選擇物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)如移動終端程序APP設(shè)計、微電子和集成電路設(shè)計等知名企業(yè)和公司，通過現(xiàn)場考察和實際操作的形式完成學(xué)習(xí)過程。

4.3 畢業(yè)設(shè)計（18周）

畢業(yè)設(shè)計是本科4年最后的綜合實踐階段，通過與企業(yè)工程師聯(lián)合給出培養(yǎng)方案，結(jié)合現(xiàn)場的實際工程問題設(shè)計有針對性的、有明確工程應(yīng)用背景的畢業(yè)題目。學(xué)生在實施過程中，緊緊依托在公司做項目的實習(xí)機會，結(jié)合自己的專業(yè)知識，掌握企業(yè)的先進技術(shù)和專業(yè)技能，完成規(guī)定題目，最后由企業(yè)和學(xué)校對其進行考核。畢業(yè)答辯小組由企業(yè)工程師和學(xué)校教師共同組成，注重學(xué)生實踐動手能力的考核。該過程不但能為學(xué)校培養(yǎng)動手能力強的學(xué)生，也為企業(yè)培養(yǎng)和招錄優(yōu)秀員工提供了機會。

5 設(shè)計中應(yīng)該注意的問題

工程項目設(shè)計是課程體系設(shè)計的關(guān)鍵所在，大綱上的學(xué)習(xí)課程和內(nèi)容，都應(yīng)該以此為核心，使所有課程形成一個有機的整體。在設(shè)計過程中應(yīng)注意以下問題：①教學(xué)觀念上以CDIO理念為核心，堅持以提高學(xué)生工程實踐能力為目標(biāo)；②課程設(shè)置上充分體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)前技術(shù)的發(fā)展動態(tài)，體現(xiàn)差異性、層次性培養(yǎng)；③教材建設(shè)上以知識結(jié)構(gòu)為組織形式，及時更新教材，鼓勵校企雙方共同出版圍繞主題的教學(xué)資源，注重技能訓(xùn)練；④教學(xué)質(zhì)量評價方式上側(cè)重動手能力考查，過程評價與效果評價相結(jié)合，方式靈活多樣。

6 結(jié) 語

通過汲取CDIO切實可行的先進教育理念，結(jié)合我國和重慶科技學(xué)院的教育實際現(xiàn)狀，提出切實可行、可操作的基于CDIO理念的物聯(lián)網(wǎng)工程課程體系，從課程設(shè)置、實踐設(shè)計、質(zhì)量評價和師資培訓(xùn)等方面進探索與實踐改革，才能改革并設(shè)計出新的有利于促進大學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的信息類應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式。

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