基于六感思維模式的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式

劉 波，周浩宇，何 軼，戴小鵬

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 東方科技學(xué)院，湖南 長沙 410128）

0 引 言

當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷成熟，并向各行業(yè)不斷滲透，推動各行業(yè)不斷將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理過程中，企業(yè)也逐漸探索出新的商業(yè)模式，如生產(chǎn)更加智能化、產(chǎn)品模式轉(zhuǎn)型為服務(wù)模式等，這都需要大量物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新人才做支撐[1-2]?？墒俏锫?lián)網(wǎng)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)并非一朝一夕，而是一個漫長的過程。因此，我國高等教育的主要任務(wù)是為適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)+與新硬件的需求，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高端專門人才，特別是站在當(dāng)前人工智能的高地，研究型和應(yīng)用型人才培養(yǎng)必須對接我國經(jīng)濟建設(shè)這個主戰(zhàn)場，不僅要與世界教育接軌，更要貼近地方經(jīng)濟騰飛的需求，為地方經(jīng)濟的振興和可持續(xù)發(fā)展提供持續(xù)的人才服務(wù)[3-5]。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在各行業(yè)的廣泛應(yīng)用，對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才創(chuàng)新與實踐能力的要求也越來越高[6-8]。針對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的特色，圍繞實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，筆者構(gòu)建“六感思維模式”的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，為本專業(yè)人才培養(yǎng)模式提出一種新的探索思路。

1 六感思維模式

六感，即設(shè)計感、故事感、綜合感、共情感、娛樂感和意義感。其中，設(shè)計感指在設(shè)計創(chuàng)作時，不僅要關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)工程系統(tǒng)本身的功能，更要注重上位機與下位機的信息交互能力；故事感指在項目研究時，要關(guān)注系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)理論，更要注重項目實踐的成果，學(xué)生需講述好個人開發(fā)、研究的小故事；綜合感指要關(guān)注本專業(yè)特性，更要注重本專業(yè)與其他專業(yè)的聯(lián)系；共情感指要關(guān)注框架與模塊，更要注重其具體應(yīng)用；娛樂感指產(chǎn)品研究時既要嚴肅，也要輕松娛樂；意義感指要關(guān)注項目本身，更要注重成果對社會的推動作用，見圖1 。

設(shè)計感、故事感、綜合感、共情感、娛樂感和意義感是學(xué)生學(xué)好本專業(yè)必須具備的基本知識與技能，在學(xué)習(xí)與實踐中如何激發(fā)學(xué)生潛在能力，讓學(xué)生在創(chuàng)新教育中愉快學(xué)習(xí)、主動學(xué)習(xí)、跟蹤學(xué)習(xí)才是關(guān)鍵。

由于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)開設(shè)時間不長，當(dāng)前專業(yè)建設(shè)尚處于探索階段，教學(xué)內(nèi)容主要由各開設(shè)高校根據(jù)教育部制定的培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合本校實際情況自行設(shè)計，沒有形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，在培養(yǎng)模式，特別在創(chuàng)新教育模式上沒有成熟的經(jīng)驗可以借鑒。

當(dāng)前教學(xué)創(chuàng)新面臨一系列問題，主要歸納如下：

（1）我國高等教育規(guī)模較大，需要的實驗資源越來越多，但受國家資助經(jīng)費限制，難以滿足高校擴招需求，特別是物聯(lián)網(wǎng)工程等新專業(yè)，實驗設(shè)備有待完善。

（2）雖然國家在推進各高校雙一流建設(shè)，但大多數(shù)地方高校辦學(xué)經(jīng)費有限，拿不出足夠經(jīng)費改善教學(xué)需要的實驗設(shè)備與師資條件。

（3）受高校擴招的影響，大班制教學(xué)導(dǎo)致學(xué)生動手能力普遍不強，在專業(yè)實驗環(huán)境中強化訓(xùn)練的實驗數(shù)量不足，或適應(yīng)性不夠。

（4）國內(nèi)現(xiàn)在的一流設(shè)備缺少一流的操作人員，本科生作為最初的創(chuàng)新主體，需要優(yōu)秀師資引導(dǎo)與培養(yǎng)。由于國內(nèi)現(xiàn)行制度設(shè)置，往往重設(shè)備采購、輕設(shè)備使用與創(chuàng)新，常導(dǎo)致購買的設(shè)備無人指導(dǎo)，學(xué)生需較長時間摸索，浪費了許多寶貴時間。

（5）沒有條件實現(xiàn)本、碩學(xué)生的連續(xù)培養(yǎng)，特別是地方性高校，根本沒有擇優(yōu)的條件，個別學(xué)生讀研也只是為文憑，生源質(zhì)量很難得到保證，更談不上創(chuàng)新團隊連續(xù)性、持續(xù)性與繼承性。

圖1 六感思維模式定義

因此，針對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生的情況，開展“六感思維模式”的創(chuàng)新人才培養(yǎng)是非常必要的，畢竟一流學(xué)科建設(shè)需要一批一流的大腦，更離不開創(chuàng)新人才的訓(xùn)練與持續(xù)參與。

2 建設(shè)方案

本專業(yè)是一個綜合性、實踐性非常強的新興專業(yè)，涉及計算機科學(xué)、電子信息工程、通信工程等多門專業(yè)的核心知識，尤其以傳感器、射頻識別、嵌入式系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)、無線通信技術(shù)、分布式系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)處理等技術(shù)為基礎(chǔ)，對監(jiān)控對象實現(xiàn)聲音、圖像、環(huán)境、位置等信號的采集，進行遠距離信息傳輸、信息處理、實時控制以及對海量數(shù)據(jù)分析挖掘，最終實現(xiàn)對各種受控對象的智能感知和反饋?；诖?，筆者提出六感思維模式驅(qū)動創(chuàng)新建設(shè)方案，見圖2。

圖2 六感思維模式驅(qū)動創(chuàng)新解決方案

1）筑好基礎(chǔ)平臺，遞推三類課程。

首先在本專業(yè)平臺基礎(chǔ)上，做好基礎(chǔ)課程、專業(yè)課程的設(shè)計，讓學(xué)生了解并初步掌握上位機與下位機的開發(fā)模式、步驟與方法，逐漸以企業(yè)項目為中心，通過創(chuàng)新課程引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識。

其中基礎(chǔ)課程主要有C、Java、Java Web、物聯(lián)網(wǎng)工程導(dǎo)論、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計算機網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫原理、操作系統(tǒng)等，專業(yè)課主要有LINUX編程、移動通信技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、通信原理、傳感器原理與應(yīng)用、單片機原理、RFID原理及應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)等，創(chuàng)新課主要以專業(yè)課為基礎(chǔ)，加深、加強實驗課程設(shè)計、介紹團隊開發(fā)方法與策略、企業(yè)項目開發(fā)過程組織等，見圖3。

圖3 物聯(lián)網(wǎng)工程創(chuàng)新課程體系

2）情感交流為主，興趣驅(qū)動教學(xué)。

在“六感思維”教學(xué)模式中，最重要的是情感交流。在利用教學(xué)設(shè)備的基礎(chǔ)上，真正吸引學(xué)生參與課程互動，有效提高學(xué)生的專注力，激發(fā)其熱情。

引導(dǎo)學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的興趣，首先要讓他們了解這個專業(yè)是干什么的，哪些地方吸引自己？哪些需要重點關(guān)注？另外教師要用有趣的教學(xué)方法吸引學(xué)生，多組織交流活動與電路制板任務(wù)，讓學(xué)生掌握上位機與下位機的信息交流和編程實現(xiàn)等。每學(xué)期有計劃安排教師外出學(xué)習(xí)，充實教師的知識。讓學(xué)生有興趣走進實驗室，教師的引導(dǎo)是關(guān)鍵，當(dāng)前項目引導(dǎo)活動有無人機比賽、山洪災(zāi)害數(shù)據(jù)可視化交互系統(tǒng)、農(nóng)村應(yīng)急廣播、智慧豬欄、村鎮(zhèn)黨員微信管理系統(tǒng)等。

3）實踐能力培養(yǎng)與物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新實驗室建設(shè)雙肩挑。

實踐能力是創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)，大學(xué)期間提供足夠的實踐訓(xùn)練有助于學(xué)生提高綜合素質(zhì)，畢業(yè)后能快速適應(yīng)工作環(huán)境。可以從兩方面加強物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)：一是實踐課時的保障，專業(yè)課程配套實驗率達到100%，學(xué)生學(xué)習(xí)后，定期匯報，講述學(xué)習(xí)、研究故事；對于應(yīng)用技術(shù)類課程，按照理論與實驗比例1:1 以上配設(shè)實驗，改變以往被動式的學(xué)習(xí)模式，學(xué)生在講好故事的基礎(chǔ)上，體現(xiàn)對知識的綜合運用與技術(shù)掌握，開發(fā)具有社會價值的產(chǎn)品。

4）專業(yè)課程實訓(xùn)與大學(xué)生競賽體系建設(shè)完備。

近幾年來，各高校響應(yīng)國家號召，紛紛組織學(xué)生參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽，這也是對各高校培養(yǎng)人才的激勵與檢驗。其中最困難的是比賽經(jīng)費問題，該經(jīng)費不僅包含學(xué)生報名費、參賽費，也包括研究與開發(fā)費用，對于有創(chuàng)新、有實際價值的項目，不是幾千元就能支持的，這對指導(dǎo)教師來說是一個不小的負擔(dān)。因此，及時將科技成果轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品非常有意義，如何完善專業(yè)實訓(xùn)與競賽體系非常重要。對應(yīng)需解決的關(guān)鍵問題見圖4。

圖4 六感思維模式解決關(guān)鍵問題圖

1）六感思維模式改進教學(xué)方法。

改進教學(xué)方法策略，主要包括教師定期培訓(xùn)、充實課堂內(nèi)容、提升課堂興趣、校企聯(lián)合、項目引導(dǎo)等方法，吸引學(xué)生進入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大門。

2）突出信息服務(wù)特色，突出多方位創(chuàng)新人才培養(yǎng)環(huán)境。

“六感思維”教學(xué)模式只為創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提供了一個好的切入點，要切實發(fā)揮更大的作用，還需要建立能持續(xù)運行的人才培養(yǎng)環(huán)境。深厚的科研積累是這一環(huán)境的有效支持，為創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供知識源泉，相關(guān)課程及第二課堂的開設(shè)機制決定了創(chuàng)新人才培養(yǎng)的持續(xù)性和長效性。

3）構(gòu)建、探索具有可推廣、可復(fù)制的物聯(lián)網(wǎng)校企聯(lián)合產(chǎn)學(xué)研合作平臺。

在以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的新型教學(xué)模式中，企業(yè)實踐教學(xué)活動作為一種重要的學(xué)習(xí)過程，不僅能開拓學(xué)生視野，提升科研素質(zhì)，更能鍛煉學(xué)生的動手能力、主動思考能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實踐能力。

4）六感思維教學(xué)模式突出服務(wù)品質(zhì)。

一個好的創(chuàng)新人才應(yīng)具有許多優(yōu)秀品質(zhì)：批評性思維、懷疑的心態(tài)、不用固定思維看待問題；自拓展的知識結(jié)構(gòu)，能綜合運用各學(xué)科的知識，通過深度學(xué)習(xí)，吃透專業(yè)課程，具備向任何知識領(lǐng)域進行拓展的能力；良好的技術(shù)理解力，學(xué)會應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)工具作為必備技能；以人為本的設(shè)計思維，關(guān)注用戶體驗感，持續(xù)優(yōu)化產(chǎn)品性能。優(yōu)秀品質(zhì)不僅要善于駕馭物，更要深入理解人，以人的需求為本才是關(guān)鍵，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)做好人的服務(wù)才是宗旨。

3 實施方案

創(chuàng)新精神是創(chuàng)新的靈魂與動力，“六感思維”教學(xué)模式是以物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)為核心進行設(shè)計和技術(shù)開發(fā)，在學(xué)生培養(yǎng)的不同時期設(shè)置不同的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實踐課程，使學(xué)生循序漸進地學(xué)習(xí)和運用物聯(lián)網(wǎng)五大技術(shù)，進行不同層次的開發(fā)和集成應(yīng)用，具有較強的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)綜合應(yīng)用和工程實踐能力，能夠從事物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計、實施、管理和維護等相關(guān)工作。

以實際項目需求為引導(dǎo)，以物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系為藍本，學(xué)生針對不同的應(yīng)用方向和已有物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域知識進行創(chuàng)新，通過技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用創(chuàng)新鞏固已有的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)理論知識，形成將理論知識與工程運用相結(jié)合的良性循環(huán)，在物聯(lián)網(wǎng)理論知識體系架構(gòu)內(nèi)，以“六感思維”教學(xué)模式為引導(dǎo)，加強對工程實踐能力的培養(yǎng)，見圖5。

圖5 六感思維模式實施方案

1）專業(yè)人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)方式。

（1）本專業(yè)知識學(xué)習(xí)。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)方式的側(cè)重點在于全方位的計算機硬件、軟件以及物聯(lián)網(wǎng)理論知識的學(xué)習(xí)，而不局限于單一行業(yè)的知識運用需求。區(qū)別于計算機專業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)更注重學(xué)生專業(yè)應(yīng)用實踐能力的培養(yǎng)，將計算機知識如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法、編程語言、數(shù)據(jù)庫等運用到物聯(lián)網(wǎng)實際應(yīng)用領(lǐng)域中，進行物聯(lián)網(wǎng)理論和方法相關(guān)課程的創(chuàng)新思維培養(yǎng)，達到創(chuàng)新性學(xué)習(xí)目標(biāo)。

（2）以工程應(yīng)用需求作為創(chuàng)新培養(yǎng)基礎(chǔ)。學(xué)生需結(jié)合自身專業(yè)特色，深入分析當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用需求，以企業(yè)需求為藍本，找到切入物聯(lián)網(wǎng)的興趣點，將物聯(lián)網(wǎng)理論和技術(shù)運用到實際問題中，如交通紅綠燈算法、智慧農(nóng)村廣播、智慧豬欄等。

（3）以學(xué)生為中心的自主創(chuàng)新模式道路。在培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力的過程中，通過“六感思維”教學(xué)模式重點培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力，允許學(xué)生自主選題、自主研究，將自身興趣、專業(yè)知識和研究方向緊密結(jié)合，尊重學(xué)生的思想獨立性，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已有的專業(yè)知識和自身的興趣愛好，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具體應(yīng)用，選擇自主研究領(lǐng)域，同時為學(xué)生提供開發(fā)資源，如STM32開發(fā)實驗箱、無線通信實驗箱、RFID+GPS終端、示波器等，針對不同的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用方向開展具體研究，并不斷拓展創(chuàng)新。

2）本專業(yè)人才科研能力培養(yǎng)方式。

結(jié)合工程應(yīng)用的需求和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可擴展的特點，為本專業(yè)學(xué)生提供廣闊空間，不僅讓學(xué)生掌握虛擬平臺軟、硬件系統(tǒng)各部件的原理，而且讓學(xué)生系統(tǒng)理解多種器件的集成通信與信息交互，理解電路圖與PCB圖的區(qū)別與聯(lián)系。

（1）針對終端硬件的創(chuàng)新實踐，引導(dǎo)對嵌入式開發(fā)感興趣的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生，結(jié)合已有的硬件理論知識，從嵌入式設(shè)備軟件設(shè)計原則出發(fā)，設(shè)計針對移動終端的三維虛擬地球軟件框架，改善GIS算法性能，改進虛擬現(xiàn)實的人機交互算法，為湖南山洪災(zāi)害三維建模技術(shù)與農(nóng)村應(yīng)急廣播研究打基礎(chǔ)。

（2）針對不同行業(yè)應(yīng)用的創(chuàng)新研究，主要將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，特別是生豬養(yǎng)殖，利用各類傳感器進行數(shù)據(jù)采集、快速空間分析、高效三維顯示等功能，引導(dǎo)對圖形圖像和傳感器感興趣的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生設(shè)計相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理算法，并在此基礎(chǔ)上進行應(yīng)用創(chuàng)新實踐，構(gòu)建生豬養(yǎng)殖可視化交互系統(tǒng)。

（3）針對數(shù)據(jù)服務(wù)的創(chuàng)新研究，基于山洪災(zāi)害等三維虛擬建模對數(shù)據(jù)服務(wù)器的特定要求，引導(dǎo)對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)感興趣的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生設(shè)計相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫存儲方法，并在此基礎(chǔ)上進行算法分析與數(shù)據(jù)挖掘工作，并搭建云計算與大數(shù)據(jù)處理環(huán)境。

在六感思維模式下，針對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生的特點、特長和興趣，在專業(yè)理論基礎(chǔ)上，進一步優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)不同研究方向的培養(yǎng)模式，利用物聯(lián)網(wǎng)工程平臺的科研實踐引導(dǎo)學(xué)生提高動手能力和獨立思考能力，使學(xué)生具有物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用的開闊思維，具備一定的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新能力，為培養(yǎng)具有扎實基礎(chǔ)理論知識、創(chuàng)新精神、實踐能力和科研能力的物聯(lián)網(wǎng)工程創(chuàng)新人才提供一種新的探索方向。

4 主要措施

在創(chuàng)新實驗教學(xué)過程中，我們主要做好3項工作。

1）加強專業(yè)教學(xué)與科研項目深度結(jié)合。

首先配合學(xué)校教務(wù)處制訂詳細的本專業(yè)人才培養(yǎng)計劃，特別是創(chuàng)新教育計劃，擴大學(xué)生受益面，科研向教學(xué)的轉(zhuǎn)化不應(yīng)只停留在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)施的直接轉(zhuǎn)化上，而要以學(xué)生參與科研的程度說明創(chuàng)新教育在教學(xué)過程中的作用。

2）重視科研隊伍的穩(wěn)定與師資培養(yǎng)內(nèi)容更新。

注重指導(dǎo)教師自身發(fā)展，根據(jù)學(xué)院經(jīng)費條件，不間斷安排優(yōu)秀教師利用寒暑假外出參與企業(yè)培訓(xùn)，擴大指導(dǎo)教師的視野范圍，更新其知識內(nèi)容，不斷探索教師從事科研與創(chuàng)新教育的有效途徑。

3）營造積極健康向上的學(xué)習(xí)氛圍與自由創(chuàng)新文化。

積極健康向上的班級創(chuàng)新文化環(huán)境和學(xué)術(shù)氛圍可以激發(fā)學(xué)生的各種興趣，在六感教學(xué)模式下為學(xué)生個性自由發(fā)展創(chuàng)造自由空間，堅持寒暑假集訓(xùn)與平時一周一匯報制度。

5 成果分析

為了鼓勵學(xué)生創(chuàng)新，本團隊每年至少支出1 000元資金，分兩學(xué)期分別獎勵取得創(chuàng)新成果的學(xué)生和小組，實施3年來，取得了顯著效果。

表1列出了物聯(lián)網(wǎng)1401班3年來的成果。

表1 物1401班3年來創(chuàng)新成果表

當(dāng)前學(xué)生在項目開發(fā)方面的進展很快，能較好處理團隊開發(fā)中成員的合作與分工，對項目功能擴展，能提出比較合理的建設(shè)與設(shè)想，其成果也越來越多。

表2列出物聯(lián)網(wǎng)1401班畢業(yè)生在考研、就業(yè)與本院其他專業(yè)同年級情況比較（學(xué)院2017年12月12日提供數(shù)據(jù)）。

6 結(jié) 語

綜合團隊教學(xué)與創(chuàng)新實施經(jīng)驗，我們總結(jié)校企合作模式，通過模塊培養(yǎng)、分組討論、定期匯報、積極參與等方式，探索六感思維模式在培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)工程人才的價值，列出3年來的部分成果，印證這種模式的具體效果，后續(xù)還將繼續(xù)研究。

表2 同一年級各畢業(yè)專業(yè)情況對比表