新工科背景下物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)

葉繼華，王明文，王仕民，劉長紅，雷震春

（江西師范大學(xué) 計算機信息工程學(xué)院 江西 南昌，330022）

0 引 言

目前地方高校培養(yǎng)出的學(xué)生高分低能現(xiàn)象較為普遍，解決實際問題的能力有待提高，主要原因是現(xiàn)行的計算機課程教學(xué)體系普遍缺少對學(xué)生工程能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。創(chuàng)新能力的培養(yǎng)需要通過大量的實踐來實現(xiàn)，其中學(xué)生的自學(xué)能力、獲取并分析信息的能力、交流合作能力等實踐能力的培養(yǎng)是重點[1]。

教育管理部門和有關(guān)院校注意到這個現(xiàn)象，開展了新工科建設(shè)。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)具備工科的交叉復(fù)合優(yōu)勢，是新工科中的一個重要專業(yè)。江西師范大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)積極響應(yīng)新工科建設(shè)的要求，借鑒國內(nèi)外高校的成功經(jīng)驗，面向社會實際需求，基于CDIO理念[2]構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)方向本碩貫通的教學(xué)體系，著力培養(yǎng)學(xué)生的工程化開發(fā)能力和創(chuàng)新能力，進而形成一個融理論教學(xué)、工程實踐、創(chuàng)新能力培養(yǎng)為一體的整體化培養(yǎng)機制，讓學(xué)生的基礎(chǔ)知識、科學(xué)素養(yǎng)、專業(yè)知識、創(chuàng)新能力、工程能力和職業(yè)素質(zhì)都能得到全面均衡的發(fā)展。

1 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)理論教學(xué)體系構(gòu)建

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是一個交叉專業(yè)，培養(yǎng)的畢業(yè)生應(yīng)系統(tǒng)掌握物聯(lián)網(wǎng)的基本理論、技術(shù)和應(yīng)用知識，同時還要具備良好的技術(shù)創(chuàng)新與工程實踐能力[3]。本碩貫通的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式能夠?qū)⒈究坪痛T士學(xué)習(xí)設(shè)計成一個有機連貫的整體，將本碩學(xué)生的學(xué)習(xí)、實踐、創(chuàng)新融為一體。在本科階段強化通識教育、加強實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)、開展專業(yè)領(lǐng)域初步訓(xùn)練，碩士階段重點強化研究開發(fā)訓(xùn)練、科研創(chuàng)新及發(fā)明[4]。結(jié)合CDIO改革的總目標，培養(yǎng)具有更好的技術(shù)基礎(chǔ)知識、具備創(chuàng)新開發(fā)與運行能力，并且具有社會與歷史責(zé)任感的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才。

在本科階段，我們從“小型物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建綜合設(shè)計”入手，通過設(shè)置感知層、接入層、應(yīng)用層的相關(guān)課題，鞏固學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)基本原理和基礎(chǔ)理論的理解，了解并掌握目前物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域與未來方向，進一步提高學(xué)生編程能力、團隊合作能力、綜合運用所學(xué)知識的實踐能力。

根據(jù)培養(yǎng)目標和能力的需要，可將課程分為基礎(chǔ)模塊、感知模塊、網(wǎng)絡(luò)通信與安全模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、實踐模塊5個模塊。

在研究生階段，我們以導(dǎo)師團隊的形式，從應(yīng)用項目的研發(fā)入手，要求研究生尤其是專業(yè)碩士，必須有一定階段的工程實踐。在完成相關(guān)的基礎(chǔ)課程后，以前沿技術(shù)為導(dǎo)向，結(jié)合專題講座，提升學(xué)生的研究問題、解決問題的能力。

為根據(jù)培養(yǎng)目標和能力的需要，實行學(xué)分制，另設(shè)置必修環(huán)節(jié)。學(xué)位課分為公共基礎(chǔ)、專業(yè)基礎(chǔ)、專業(yè)方向課程和選修課程。必修環(huán)節(jié)包括實驗技能訓(xùn)練、文獻閱讀綜述、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)前沿專題、學(xué)術(shù)報告會（不少于8次）、學(xué)位論文。

2 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學(xué)體系構(gòu)建

根據(jù)教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知[5]（教高司函[2017]6號），新工科研究和實踐包括工程教育的新理念、人才培養(yǎng)的新模式等。其中，人才培養(yǎng)的新模式是指在總結(jié)卓越工程師教育培養(yǎng)計劃、CDIO等工程教育人才培養(yǎng)模式改革經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，開展深化產(chǎn)教融合、校企合作的體制機制和人才培養(yǎng)模式改革研究和實踐。我們在連續(xù)完成二個年級卓越工程師項目的基礎(chǔ)上，借鑒CDIO教育理念，結(jié)合創(chuàng)新能力培養(yǎng)這個目標，設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學(xué)體系。

1）以工程為主線，強化工程理念，設(shè)計實踐教學(xué)。

為更好地傳授工程理念，進一步提高師資隊伍的應(yīng)用實戰(zhàn)型人才培養(yǎng)水平，學(xué)校給青年教師提供在企業(yè)工作的機會，以增強工程實踐經(jīng)歷和項目管理實施經(jīng)驗；并對企業(yè)外聘教師在上崗前進行基本的教學(xué)方法和技能培訓(xùn)。

同時，把握行業(yè)動態(tài)和市場需求，以工程項目為載體，堅持工程理念不斷線，設(shè)計課程實驗、實踐實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計等實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，構(gòu)建符合CDIO理念的物聯(lián)網(wǎng)實踐教學(xué)體系。我們制定了不同層次、不同目標的強化工程理念的方式方法，如圖1所示。

圖1　強化工程理念的若干途徑

2）綜合運用多種教學(xué)模式，校企深層合作，全程聯(lián)合培養(yǎng)。

在教學(xué)體制和模式方面，不斷創(chuàng)新與企業(yè)的交流機制，采用了突出實效的多樣化教學(xué)模式。學(xué)校精心挑選一批知名度高、行業(yè)背景深厚、綜合實力強、能接受大量學(xué)生的企業(yè)進行多方位合作，聘請企業(yè)相關(guān)人員以多種形式，全程參與學(xué)生的培養(yǎng)。主要有如下措施：

企業(yè)參與完善專業(yè)培養(yǎng)方案。與企業(yè)聯(lián)合制定企業(yè)培養(yǎng)方案，明確學(xué)生在企業(yè)實訓(xùn)時需要掌握的技能、完成的任務(wù)，并在此基礎(chǔ)上完成畢業(yè)設(shè)計。學(xué)生在做項目設(shè)計時全程參照并遵守企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)和工程項目實施管理制度。

聯(lián)合企業(yè)深化實訓(xùn)基地建設(shè)，提升學(xué)生參與企業(yè)生產(chǎn)一線的深度和廣度，不斷提高學(xué)生應(yīng)用知識解決實際問題的能力，提高學(xué)生實習(xí)的含金量。

促進產(chǎn)學(xué)研合作不斷深入，推動合作方式的轉(zhuǎn)變，學(xué)生全程參與到校企雙方進行產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)方面的合作，既培養(yǎng)了學(xué)生應(yīng)用知識解決實際問題的能力和產(chǎn)品開發(fā)能力，也通過學(xué)生的視野拓展了企業(yè)的設(shè)計理念，還能夠進一步充實企業(yè)開發(fā)力量。

同時，綜合使用了基于問題的學(xué)習(xí)、企業(yè)教師專題報告、基于項目的學(xué)習(xí)、案例教學(xué)等多種研究性學(xué)習(xí)方法，訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新能力，如圖2所示。

圖2　教學(xué)模式示意圖

3）面向社會需求，優(yōu)化課程內(nèi)容體系。

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)面向新興的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，強調(diào)應(yīng)用導(dǎo)向。在課程配置方面，弱化理論課程，新增許多實踐性較強的課程，如Android應(yīng)用開發(fā)、智能終端、數(shù)字圖像處理等。在課程內(nèi)容上，精簡理論介紹，引入工程背景的案例，讓學(xué)生在案例中理解、應(yīng)用并掌握理論。

4）以能力培養(yǎng)為中心，加強實踐教學(xué)，由培養(yǎng)“單一型”人才轉(zhuǎn)變?yōu)榕囵B(yǎng)“多元化應(yīng)用型人才”。

第一，重視學(xué)科基礎(chǔ)理論，突出實踐能力要求，改革考核評價方法。作為一門飛速發(fā)展的計算機學(xué)科，必須打好扎實的基礎(chǔ)，畢業(yè)生才能夠更好地應(yīng)對層出不窮的新產(chǎn)品和日新月異的技術(shù)。同時，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)具有很強的實踐性特點，因此考核時根據(jù)課程的特點合理調(diào)整理論和實踐考核所占的比重。為了有效地進行實踐考核，做到實踐考核的客觀性和標準化，我們制定了合理的實踐考核指標，引導(dǎo)學(xué)生重視實踐，將實踐能力的培養(yǎng)落到實處。第二，豐富實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，提供大量實踐機會，重視學(xué)生的綜合能力培養(yǎng)。從教學(xué)的各個環(huán)節(jié)入手，通過課堂示范、上機練習(xí)、課程設(shè)計、課外興趣小組、科研與科技創(chuàng)新活動、各類比賽、暑期實訓(xùn)、企業(yè)實習(xí)、畢業(yè)論文等種種途徑，為學(xué)生提供一整套專業(yè)實踐機會，使學(xué)生勤于實踐，從實踐中不斷得到激勵，最終樂于實踐。

同時，結(jié)合課堂教學(xué)提供各種演講機會和寫作任務(wù)，提高學(xué)生的表達技能和寫作能力。通過經(jīng)常組織各種集體活動、團隊競賽活動，提高學(xué)生的溝通和團隊合作能力。與社會需求相匹配，物聯(lián)網(wǎng)人才培養(yǎng)應(yīng)當(dāng)是金字塔結(jié)構(gòu)，才能滿足社會需求，降低企業(yè)的再培養(yǎng)成本。

5）其他提升學(xué)生創(chuàng)新能力的舉措。

優(yōu)化課程體系，加強綜合性設(shè)計性實驗；引導(dǎo)學(xué)生參加學(xué)科競賽，如機器人大賽、ACM大賽等，提升設(shè)計水平；設(shè)置面向?qū)W生的科研創(chuàng)新課題；吸納優(yōu)秀學(xué)生參加與企業(yè)的聯(lián)合攻關(guān)項目；著力搭建校內(nèi)外綜合實訓(xùn)平臺，供學(xué)生發(fā)展創(chuàng)新能力；本碩貫通機制；畢業(yè)答辯導(dǎo)師回避制度。

3 培養(yǎng)效果

近幾年，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生成功申報學(xué)校開放實驗項目20余項，學(xué)生積極參加ACM、機器人大賽等各級各類專業(yè)競賽，累計獲得國家獎勵41項，省級和校級獎勵121項，學(xué)生創(chuàng)新能力得到顯著提高。本科生、研究生積極參與老師主持研發(fā)的各類縱向橫向科研課題，在教師指導(dǎo)下進行科研論文的撰寫和發(fā)表，取得了一定效果。其中有本科生在教師指導(dǎo)下，分別被CCF的B類、C類會議各錄用1篇論文。研究生參與導(dǎo)師項目，取得一系列高水平成果，發(fā)表高質(zhì)量論文多篇、省部級科研獎勵多項，授權(quán)發(fā)明專利、實用新型、軟件著作權(quán)、外觀設(shè)計專利多項，多個研究生榮獲省級和校級優(yōu)秀論文，畢業(yè)生成為教育、通信、金融和政府等信息化部門技術(shù)骨干。

畢業(yè)生就業(yè)競爭力得到增強，就業(yè)率一直在省內(nèi)名列前茅，如圖3所示。每年有一批本科生考取華中科技大學(xué)、華東師范大學(xué)等985重點大學(xué)研究生，有一些研究生考取中科院等單位的博士生，研究生的就業(yè)率連續(xù)多年保持100%。用人單位認為我校畢業(yè)生道德品行優(yōu)良，綜合素質(zhì)高，專業(yè)能力過硬，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

圖3　近3年學(xué)生初次就業(yè)情況

4 結(jié) 語

近年來，根據(jù)CDIO工程教育模式，對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生進行創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，取得了一定的效果，但也存在不足。我們通過問卷調(diào)查等形式了解到，今后需要在思想教育，強化學(xué)生的學(xué)習(xí)目的等方面做更多的工作。鼓勵老師開設(shè)更多的前沿知識講座，激發(fā)學(xué)生的興趣；提升項目的趣味性，讓學(xué)生愿意去做；嚴格考核制度，強化個人獨立完成的能力；改善實驗平臺，開設(shè)更多的設(shè)計開發(fā)類實訓(xùn)項目，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

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