面向新工科的物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)方案探索

吳宣夠，鄭 嘯，陶 陶

(安徽工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，安徽 馬鞍山 243002)

物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)向物理世界的延伸，旨在建立萬(wàn)物互聯(lián)互通[1]。物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)作為信息領(lǐng)域新興的多學(xué)科交叉專(zhuān)業(yè)，其涉及計(jì)算機(jī)、通信與電子技術(shù)三個(gè)學(xué)科[2]，符合新工科提出的交叉融合特點(diǎn)，是典型的新工科專(zhuān)業(yè)。物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)自2010年開(kāi)設(shè)以來(lái)，已有多所高校經(jīng)歷一段時(shí)間的教學(xué)實(shí)踐與人才培養(yǎng)相關(guān)探索，形成一些經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題。

一、國(guó)內(nèi)高校相關(guān)專(zhuān)業(yè)情況

2011年至2014年教育部共批準(zhǔn)350余所高校開(kāi)設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)，截至2017年全國(guó)共有500余所本科高校開(kāi)設(shè)該專(zhuān)業(yè)。大部分高校才剛剛完成第一版人才方案的培養(yǎng)，最早開(kāi)始物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)的高校才僅有三屆畢業(yè)生。全國(guó)還沒(méi)有高校物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)通過(guò)工程教育認(rèn)證，當(dāng)然這與工程教育認(rèn)證需要有三屆及以上畢業(yè)生才可以申報(bào)有關(guān)。由于物聯(lián)網(wǎng)工程是一個(gè)多學(xué)科交叉專(zhuān)業(yè)，在人才培養(yǎng)過(guò)程中易導(dǎo)致僅學(xué)習(xí)各學(xué)科的皮毛或很難將各學(xué)科很好融合。針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)，相關(guān)高校都處于不斷的改革與探索的過(guò)程中[3-4]。近年來(lái)，隨著大數(shù)據(jù)與人工智能等技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)也提出了新的要求。

安徽工業(yè)大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)是2013年獲教育部批準(zhǔn)并于2014年開(kāi)始招生，是安徽省高等教育“振興計(jì)劃”建設(shè)專(zhuān)業(yè)。經(jīng)過(guò)4年來(lái)的發(fā)展、改革與探索，該專(zhuān)業(yè)建設(shè)思路逐漸清晰，人才培養(yǎng)方案與課程體系已經(jīng)逐步完善。

二、人才培養(yǎng)模式與課程體系設(shè)置

(一) 人才培養(yǎng)模式

物聯(lián)網(wǎng)工程是一個(gè)多學(xué)科交叉專(zhuān)業(yè)，涉及計(jì)算機(jī)、通信和電子相關(guān)學(xué)科，這對(duì)人才培養(yǎng)提出比較高的要求。同時(shí)近年來(lái)5G、大數(shù)據(jù)和人工智能等新技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)底層定位“感知”與“組網(wǎng)”的模式已很難適應(yīng)現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)展與需求。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已不再是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)更多側(cè)重于“智能感知”、“智能應(yīng)用”以及助力傳統(tǒng)行業(yè)的升級(jí)改造。相關(guān)高校根據(jù)自身特點(diǎn)，不斷修訂與更新物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)方案與模式。安徽工業(yè)大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)依托計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院原有計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程和網(wǎng)絡(luò)工程三個(gè)專(zhuān)業(yè)，為物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)從不同方面提供支撐。結(jié)合安徽工業(yè)大學(xué)是傳統(tǒng)冶金類(lèi)高校和計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)大類(lèi)招生的特點(diǎn)，本專(zhuān)業(yè)定位于面向工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)，其人才培養(yǎng)方案修訂流程如圖1所示。

圖1 人才方案修訂流程

本專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)學(xué)生德、智、體全面發(fā)展，具有良好的科學(xué)素養(yǎng)；掌握計(jì)算機(jī)、通信和電子的基礎(chǔ)知識(shí)，具備物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)集成、物聯(lián)網(wǎng)硬件與軟件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)能力的工程應(yīng)用型人才。在對(duì)學(xué)生四年的培養(yǎng)過(guò)程中，覆蓋工程教育認(rèn)證提出的工程知識(shí)、問(wèn)題分析、設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)解決方案、終生學(xué)習(xí)等12項(xiàng)要求。發(fā)揮自身與冶金行業(yè)緊密聯(lián)系的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行交叉融合，拓展專(zhuān)業(yè)內(nèi)涵建設(shè)，培養(yǎng)符合工程科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的人才需求，服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)和冶金行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

(二) 課程體系設(shè)置

物聯(lián)網(wǎng)工程課程體系是落實(shí)人才培養(yǎng)的關(guān)鍵所在，必須支撐專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)與畢業(yè)要求， 本專(zhuān)業(yè)的主要基礎(chǔ)與核心課程包括計(jì)算機(jī)類(lèi)的程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)等課程，電子類(lèi)的電子與電路、傳感器原理、射頻識(shí)別技術(shù)、單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)等課程，通信類(lèi)的通信原理、近距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)等課程。學(xué)生在第一二年主要是學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)的基本理論知識(shí)與程序設(shè)計(jì)，三年級(jí)主要學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與軟件設(shè)計(jì)，第四年主要學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)信息處理與應(yīng)用系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。

根據(jù)本專(zhuān)業(yè)的定位與人才培養(yǎng)目標(biāo)和第一版課程體系，同時(shí)借鑒國(guó)內(nèi)高校物聯(lián)網(wǎng)工程課程體系、工程教育認(rèn)證要求和新工科提出的交叉融合，制定修訂版物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)課程體系，其課程關(guān)系如表1所示。根據(jù)不同課程性質(zhì)，本課程體系分為6個(gè)模塊：

表1物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)課程表

(1)公共基礎(chǔ)課程。公共基礎(chǔ)課程是由學(xué)校統(tǒng)一制定的，主要分為四類(lèi)：思想政治類(lèi)課程、大學(xué)英語(yǔ)類(lèi)課程、數(shù)學(xué)類(lèi)課程和大學(xué)物理類(lèi)課程。

(2)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程。專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程主要是物聯(lián)網(wǎng)基本理論和程序設(shè)計(jì)課程，其包括電子電路技術(shù)、C程序設(shè)計(jì)(I)和(II)、數(shù)字邏輯、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、通信原理、傳感器原理。

(3)專(zhuān)業(yè)核心課程。專(zhuān)業(yè)核心課程主要是培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)能力，其包括Linux程序設(shè)計(jì)、單片機(jī)與接口技術(shù)、RFID課程、嵌入式系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)信息處理課程。

(4)專(zhuān)業(yè)選修課程。專(zhuān)業(yè)選修課分為兩類(lèi)，一個(gè)是提供學(xué)生繼續(xù)深造方向，一個(gè)是學(xué)生直接就業(yè)方向。繼續(xù)深造方向選修課包括物聯(lián)網(wǎng)信息安全、算法設(shè)計(jì)與分析、人工智能基礎(chǔ)、云計(jì)算技術(shù)、Python程序設(shè)計(jì)。就業(yè)方向包括數(shù)據(jù)庫(kù)概論、Java程序設(shè)計(jì)、Web技術(shù)開(kāi)發(fā)、移動(dòng)開(kāi)發(fā)技術(shù)、軟件工程課程。要求學(xué)生選修課程學(xué)分合計(jì)不少于12學(xué)分。

(5)集中實(shí)踐課程。實(shí)踐是工程專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)過(guò)程不可缺少的環(huán)節(jié)，主要包括專(zhuān)業(yè)認(rèn)知實(shí)習(xí)、課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)實(shí)習(xí)與設(shè)計(jì)四個(gè)層次。集中課程設(shè)計(jì)課程包括C語(yǔ)言課程設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)、數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)、單片機(jī)與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)、嵌入式課程設(shè)計(jì)、物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)課程設(shè)計(jì)等課程設(shè)計(jì)。

(6)素質(zhì)教育課程。素質(zhì)教育課程主要包括通識(shí)教育課程、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課程和社會(huì)責(zé)任教育課程，如軍事理論、創(chuàng)造學(xué)與創(chuàng)新能力開(kāi)發(fā)、形勢(shì)與政策、大學(xué)生職業(yè)發(fā)展與就業(yè)指導(dǎo)等課程。

三、新工科背景下物聯(lián)網(wǎng)工程培養(yǎng)方案特色

(一)課程設(shè)置特色

傳感器技術(shù)。該課程是物聯(lián)網(wǎng)核心基礎(chǔ)課程之一，其主要內(nèi)容包括傳感器及其基本特性、電阻應(yīng)變式、電容式、電感式、壓電式、磁電式、熱電式、光電等常用傳感器原理與應(yīng)用技術(shù)。

射頻識(shí)別技術(shù)。該課程同樣是物聯(lián)網(wǎng)核心基礎(chǔ)課程之一，主要圍繞RFID組成原理、無(wú)線(xiàn)通信原理、天線(xiàn)技術(shù)、標(biāo)簽、閱讀器、RFID協(xié)議、RFID安全等方面展開(kāi)。

嵌入式技術(shù)。該課程為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)底層開(kāi)發(fā)核心課程，其主要圍繞嵌入式硬件、ARM處理器、嵌入式Linux、軟件開(kāi)發(fā)等方面展開(kāi)。

物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)。該課程主要實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)底層通信功能，主要包括物聯(lián)網(wǎng)近距離通信技術(shù)、WiFi通信技術(shù)、藍(lán)牙通信技術(shù)、ZigBee通信技術(shù)、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)設(shè)計(jì)與組建等方面開(kāi)展。

(二)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐特色

針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)是多學(xué)科交叉融合的工程應(yīng)用型專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，按照新工科背景下對(duì)人才培養(yǎng)的需求，全面貫徹工程教育認(rèn)證理論。本專(zhuān)業(yè)在實(shí)踐方面特色如下：在一年級(jí)開(kāi)設(shè)專(zhuān)業(yè)導(dǎo)論、新生研討課與企業(yè)認(rèn)知實(shí)習(xí)，提升學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)的了解與認(rèn)同感；在二三年級(jí)開(kāi)設(shè)以課內(nèi)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)相結(jié)合的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課與專(zhuān)業(yè)核心課程；在四年級(jí)開(kāi)設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)習(xí)、工程實(shí)踐和畢業(yè)設(shè)計(jì)，全面培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力與解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力。全面貫徹落實(shí)理論學(xué)習(xí)、CDIO實(shí)踐與企業(yè)實(shí)習(xí)相結(jié)合的人才培養(yǎng)模式。