新工科背景下應(yīng)用型本科物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)培養(yǎng)模式研究

周梅

摘 要：隨著以互聯(lián)網(wǎng)為核心的新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命的快速發(fā)展，社會(huì)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才的需求日益增加，培養(yǎng)滿足需要的物聯(lián)網(wǎng)人才意義重大。通過(guò)構(gòu)建“文化、服務(wù)、制度、理念”頂層制度，營(yíng)造“卓越工程師”的工匠精神文化氛圍，組建富有活力的教學(xué)團(tuán)隊(duì)，深化全方位協(xié)同培養(yǎng)以及創(chuàng)新和改革實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)、體系與方法，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展與不斷改進(jìn)的應(yīng)用型本科院校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)新模式，為高質(zhì)量應(yīng)用型人才培養(yǎng)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：新工科;應(yīng)用型本科;物聯(lián)網(wǎng);工匠精神

0 引言

經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型對(duì)工程教育提出了更高要求。2017年，教育部應(yīng)國(guó)家重大戰(zhàn)略發(fā)展需求，制定了“新工科發(fā)展指南”。該指南明確了新工科發(fā)展目標(biāo)，要求更深層次優(yōu)化工程教育，培養(yǎng)國(guó)家與社會(huì)需要的高素質(zhì)工程人才，提升學(xué)生的“雙創(chuàng)”能力，深入學(xué)校、企業(yè)和社會(huì)實(shí)現(xiàn)多主體、協(xié)同合作育人，建立動(dòng)態(tài)調(diào)整人才培養(yǎng)方案的優(yōu)化機(jī)制，建立健全質(zhì)量保障體系。學(xué)校結(jié)合自身?xiàng)l件，在不同層次不同領(lǐng)域發(fā)揮自身強(qiáng)項(xiàng)。應(yīng)用型高校應(yīng)結(jié)合區(qū)域特色及經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求，為地方產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供全面支持[1-2]。可以看出，在新工科背景下，應(yīng)用型本科教育不僅沒(méi)有弱化，反而被提出了更高層次的要求，這為應(yīng)用型本科教育帶來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是近幾年發(fā)展很快的學(xué)科，是通信、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、自動(dòng)化控制、人工智能等多學(xué)科交叉的新興技術(shù)。南京郵電大學(xué)是教育部首批批準(zhǔn)開(kāi)設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的高校。自2010年成立以來(lái)，學(xué)校培養(yǎng)的多屆物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的本科生均得到社會(huì)認(rèn)可。其中，南京郵電大學(xué)通達(dá)學(xué)院結(jié)合揚(yáng)州區(qū)域特色及經(jīng)濟(jì)發(fā)展，更是為當(dāng)?shù)嘏囵B(yǎng)了眾多具有較強(qiáng)動(dòng)手能力和解決實(shí)際問(wèn)題能力的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生。

經(jīng)過(guò)近10年的建設(shè)與發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)建設(shè)面臨著新的挑戰(zhàn)。黃東軍[3]分析研究了目前主流的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設(shè)情況，分析了培養(yǎng)目標(biāo)不明確、課程設(shè)置針對(duì)性不強(qiáng)、學(xué)生就業(yè)方向與物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)契合度低等問(wèn)題，給出了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程設(shè)置改革的3種模式;李洪兵等[4]結(jié)合新工科具體要求，針對(duì)地方應(yīng)用型本科院校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設(shè)提出了“五位一體”模式，從課程體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化、校企合作新模式、教師隊(duì)伍建設(shè)新舉措以及實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建等方面展開(kāi);葉繼華[5]等針對(duì)新工科背景下加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)問(wèn)題，提出了相應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)方案以及教學(xué)體系新舉措;文獻(xiàn)[6-7]提出一種基于CDIO理念與協(xié)同創(chuàng)新的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)應(yīng)用型卓越人才培養(yǎng)模式優(yōu)化框架。

新工科計(jì)劃是在世界新興科技蓬勃發(fā)展的背景下提出的新的發(fā)展方向，它具有新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式4個(gè)特征。面對(duì)新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)發(fā)展，應(yīng)用型本科教育應(yīng)主動(dòng)擁抱新技術(shù)，積極適應(yīng)學(xué)科新發(fā)展，營(yíng)造培養(yǎng)“卓越工程師”的工匠精神文化氛圍，科學(xué)優(yōu)化培養(yǎng)體系，組建富有活力的教學(xué)團(tuán)隊(duì)，深化全方位協(xié)同培養(yǎng)模式，創(chuàng)新和改革實(shí)踐性教學(xué)平臺(tái)、體系與方法，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和發(fā)展提供智力資源支撐。

1 現(xiàn)狀分析

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)作為一門新興學(xué)科，由于其涉及多個(gè)學(xué)科，在發(fā)展過(guò)程中存在一些問(wèn)題。這些問(wèn)題有體制性產(chǎn)生的舊有問(wèn)題，也有在發(fā)展過(guò)程中產(chǎn)生的新問(wèn)題。

1.1 “工匠”精神文化氛圍缺乏

當(dāng)前很多學(xué)校強(qiáng)調(diào)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設(shè)方面的各種軟硬件基礎(chǔ)建設(shè)，但如何將工匠精神貫穿于教與學(xué)以及未來(lái)學(xué)生就業(yè)之中較為匱乏。在培養(yǎng)過(guò)程中，強(qiáng)調(diào)教學(xué)方法、教學(xué)設(shè)施、教學(xué)管理、各種軟硬件建設(shè)，但對(duì)“工匠”精神文化建設(shè)缺少投入。目前，一些本科生進(jìn)入大學(xué)后，在缺乏家長(zhǎng)與學(xué)校嚴(yán)格的管理下迷失了方向。對(duì)于未來(lái)發(fā)展方向、學(xué)習(xí)目標(biāo)、就業(yè)發(fā)展都缺乏想法，缺少一種精神力量。部分學(xué)生沉溺于游戲，最終耽誤了學(xué)業(yè)。筆者認(rèn)為，對(duì)于應(yīng)用型本科院校學(xué)生的培養(yǎng)，工匠精神的塑造對(duì)于學(xué)生的發(fā)展至關(guān)重要，新工科的發(fā)展理念也要求高校為社會(huì)發(fā)展提供具有卓越“工匠”精神的工程師。

1.2 培養(yǎng)方案特色不鮮明

開(kāi)設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)應(yīng)適應(yīng)科技發(fā)展需要，但各個(gè)高校都缺少實(shí)際培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)，物聯(lián)網(wǎng)學(xué)科本身的特殊性也要求在設(shè)計(jì)培養(yǎng)方案時(shí)需要綜合考慮。因此，缺乏“新工科”指導(dǎo)思想的培養(yǎng)方案定位不清、目標(biāo)不夠明確、課程體系面面俱到、缺乏鮮明特色。課程體系部分沿用母校，理論內(nèi)容相對(duì)較多，綜合實(shí)踐性應(yīng)用偏少，針對(duì)性較弱，這使得應(yīng)用型本科院校部分學(xué)生學(xué)習(xí)有一些困難[8-9]。同時(shí)，培養(yǎng)方案缺少對(duì) “新工科”和“工匠”理念的支持，使工程應(yīng)用類培養(yǎng)內(nèi)容不突出，職業(yè)精神、鉆研精神、服務(wù)精神培養(yǎng)不到位。

1.3 實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱

實(shí)踐教學(xué)對(duì)學(xué)生理解掌握關(guān)鍵理論，分析解決實(shí)際問(wèn)題至關(guān)重要。但現(xiàn)有的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容主要針對(duì)理論課程，雖有部分綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，但與實(shí)際應(yīng)用和企業(yè)需求尚有一定差距。由于師資力量不足，部分實(shí)踐課程無(wú)法做到小班化教學(xué)。缺乏相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)軟硬件環(huán)境，使得部分課程實(shí)驗(yàn)通過(guò)模擬器進(jìn)行。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用是一種集成多種軟硬件的綜合應(yīng)用，而現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室只能滿足課程需要，無(wú)法滿足學(xué)生通過(guò)實(shí)際操作，利用各種技術(shù)將多種感知裝置集成，構(gòu)建綜合應(yīng)用的需求。部分學(xué)校雖然購(gòu)買了物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置，但這些裝置主要用于驗(yàn)證軟硬件理論，學(xué)生缺乏從零開(kāi)始組建物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的全方位體驗(yàn)。

1.4 師資隊(duì)伍亟待優(yōu)化

隨著高校規(guī)模的不斷擴(kuò)大，學(xué)校不斷引進(jìn)高學(xué)歷人才，但高學(xué)歷人員主要進(jìn)行前沿學(xué)術(shù)研究，具有較高的撰寫論文能力[10]。申報(bào)項(xiàng)目或職稱評(píng)審需要學(xué)術(shù)論文支撐，使教師將相當(dāng)多的精力放在學(xué)術(shù)研究與論文發(fā)表方面。教師缺少實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，缺乏大型工程項(xiàng)目歷練，很難將前沿學(xué)術(shù)研究與工程應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，也無(wú)法將企業(yè)實(shí)際需求與課堂教學(xué)結(jié)合。有部分教師具有較為豐富的工程經(jīng)驗(yàn)，但是需要制定相應(yīng)的激勵(lì)機(jī)制使他們有更大的發(fā)展空間，支持鼓勵(lì)他們積極投入應(yīng)用型本科教學(xué)。

2 培養(yǎng)模式

南京郵電大學(xué)通達(dá)學(xué)院明確了“建設(shè)成為高水平信息類應(yīng)用型技術(shù)大學(xué)”的辦學(xué)目標(biāo)和“應(yīng)用型、多科性、國(guó)際化”的辦學(xué)定位。在新工科發(fā)展背景下，立足于“工程實(shí)踐”與“工匠”精神，創(chuàng)新物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)新模式，更好地滿足地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求。

2.1 專業(yè)培養(yǎng)模式改革整體框架

圖1給出了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)模式改革整體框架，該框架包括文化、服務(wù)、制度及理念4個(gè)部分。

教學(xué)模式方式改革涉及多個(gè)角色，需要從頂層設(shè)計(jì)開(kāi)始全面考慮，建立一種可持續(xù)不斷改進(jìn)的系統(tǒng)框架。

文化指建立一種欣欣向榮，每個(gè)人都樂(lè)于、善于進(jìn)行工程應(yīng)用教與學(xué)的氛圍。這種氛圍的建立需要長(zhǎng)期通過(guò)制度保障才能實(shí)現(xiàn)。每個(gè)角色在這種文化氛圍下都有所進(jìn)步，教師有成就感，學(xué)生有收獲，專業(yè)有發(fā)展。

服務(wù)指將傳統(tǒng)的管理角色轉(zhuǎn)變?yōu)榉?wù)角色。教師與學(xué)生是最重要的兩個(gè)主體，為廣大師生服務(wù)是管理人員的主要職能。將僵硬的管理手段轉(zhuǎn)變?yōu)槿诵曰?wù)，激發(fā)教師的教學(xué)激情與動(dòng)力，為學(xué)生提供安心學(xué)習(xí)的良好環(huán)境。通過(guò)引入服務(wù)人員滿意度評(píng)分制，對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行評(píng)分，切實(shí)提高學(xué)院行政管理人員的服務(wù)意識(shí)與能力。

制度建設(shè)包括兩個(gè)層面：①建立一套靈活的順應(yīng)時(shí)代發(fā)展變化要求的培養(yǎng)模式;②立足于應(yīng)用型本科教學(xué)需求制定各種規(guī)范，如符合工程教育需求的師資隊(duì)伍建設(shè)規(guī)范、面向新工科的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)體系、面向社會(huì)重大工程需求的實(shí)踐教育等。

不斷學(xué)習(xí)、消化與吸收先進(jìn)教育教學(xué)理念，把握時(shí)代發(fā)展潮流，不斷優(yōu)化培養(yǎng)模式，制定科學(xué)合理的制度，營(yíng)造良好的文化氛圍，提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，以此夯實(shí)應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)體系。

2.2 “工匠”文化建設(shè)

“工匠精神”基本內(nèi)涵包括敬業(yè)、精益、專注、創(chuàng)新等內(nèi)容[11]。雖然大部分高校都提供了職業(yè)素養(yǎng)等理論課程，但這些課程偏重于理論，學(xué)生無(wú)法理解這種兢兢業(yè)業(yè)負(fù)責(zé)任的態(tài)度對(duì)于個(gè)人發(fā)展的重要性。工匠精神教育更應(yīng)該通過(guò)言傳身教，在實(shí)踐過(guò)程中得到提升。一方面，學(xué)校與相關(guān)企業(yè)建立合作基地，引入企業(yè)導(dǎo)師，在相關(guān)項(xiàng)目實(shí)踐過(guò)程中，培養(yǎng)職業(yè)素養(yǎng)及負(fù)責(zé)任精神，從而學(xué)生了解自己的特長(zhǎng)，提高自身的專注力并結(jié)合實(shí)際需求進(jìn)行創(chuàng)新活動(dòng)。另一方面，學(xué)校主動(dòng)邀請(qǐng)各行各業(yè)工作中的杰出校友來(lái)校進(jìn)行專題講座，這些校友結(jié)合其親身體會(huì)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)交流，幫助學(xué)生了解社會(huì)并進(jìn)行深入思考。學(xué)生結(jié)合自身特點(diǎn)，選擇某個(gè)方向進(jìn)行深入鉆研。定期宣傳學(xué)生在各種競(jìng)賽創(chuàng)新活動(dòng)中的成果并組織交流，如將獲得優(yōu)秀獎(jiǎng)項(xiàng)的項(xiàng)目公開(kāi)展示，舉行學(xué)術(shù)交流會(huì)等。文化氛圍建設(shè)不是一朝一夕而成，但是一旦形成，將能夠充分激發(fā)出學(xué)生活力。

2.3 培養(yǎng)方案構(gòu)建

傳統(tǒng)的培養(yǎng)方案主要從學(xué)科方向發(fā)展及學(xué)術(shù)研究方向出發(fā)設(shè)置各類課程，這種思想指導(dǎo)下的課程體系無(wú)法適應(yīng)快速發(fā)展變化的社會(huì)需求，導(dǎo)致教學(xué)與社會(huì)實(shí)踐脫節(jié)。OBE理念強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，明確學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)以及如何實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。通過(guò)借鑒OBE指導(dǎo)思想，從應(yīng)用型本科教學(xué)出發(fā)，本文制定培養(yǎng)方案如圖2所示。

把握新工科及“工匠精神”內(nèi)涵，結(jié)合自身所處信息產(chǎn)業(yè)及應(yīng)用型本科定位，充分調(diào)研行業(yè)需求，制定物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)。充分聽(tīng)取行業(yè)企業(yè)、學(xué)科或?qū)W術(shù)帶頭人、專業(yè)教師、畢業(yè)學(xué)生以及在校學(xué)生意見(jiàn)，制定科學(xué)合理、滿足實(shí)際需求的培養(yǎng)方案。在制定過(guò)程中，要充分征集意見(jiàn)并論證，學(xué)生意見(jiàn)不應(yīng)忽略。

在制定培養(yǎng)方案過(guò)程中，既要防止與一般本科院校定位重復(fù)，又要避免過(guò)渡應(yīng)用化，與高職定位相沖突。應(yīng)用型本科絕不是不需要理論基礎(chǔ)，理論基礎(chǔ)課應(yīng)該保留核心課程及核心課程中的核心內(nèi)容。理論課程內(nèi)容不宜貪多求全，應(yīng)該集中將核心知識(shí)點(diǎn)講透，讓學(xué)生可靈活運(yùn)用。在制定培養(yǎng)方案中，考慮將相關(guān)課程建立課程群，從應(yīng)用的角度提煉出最有用的核心知識(shí)點(diǎn)，例如將計(jì)算機(jī)組成原理、匯編語(yǔ)言、嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用、微機(jī)原理與接口技術(shù)等課程進(jìn)一步提煉出核心技術(shù)，增加實(shí)踐環(huán)節(jié)。

早期的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃基于物聯(lián)網(wǎng)的三層架構(gòu)，即感知層、傳輸層、應(yīng)用層，多門專業(yè)基礎(chǔ)課圍繞感知層與傳輸層展開(kāi)[12-13]。隨著技術(shù)不斷發(fā)展，底層技術(shù)不斷成熟，社會(huì)對(duì)單純硬件人才的需求遠(yuǎn)不如軟件或軟硬結(jié)合的人才需求大。從工程應(yīng)用開(kāi)發(fā)考慮，將基于體系架構(gòu)的教學(xué)體系逐漸過(guò)渡到面向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)教學(xué)體系中，提出了如圖3所示的課程體系改革方式。在新的物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)體系中，將傳輸層與感知層的知識(shí)整合在物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施層，作為核心基礎(chǔ)知識(shí)。應(yīng)用型本科教學(xué)重點(diǎn)是讓學(xué)生在此基礎(chǔ)上靈活運(yùn)用，開(kāi)發(fā)各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，同時(shí)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)學(xué)科特點(diǎn)及新工科要求，加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)內(nèi)容。新工科要求應(yīng)用型本科不能局限于現(xiàn)有信息技術(shù)，還要隨著國(guó)家產(chǎn)業(yè)升級(jí)需求不斷演進(jìn)。智能化物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用處理是國(guó)家產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向 [14-16]，有必要學(xué)習(xí)這些課程。

2.4 協(xié)同創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)

由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)仍在不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)與軟件工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)相比面臨更大的挑戰(zhàn)，涉及的內(nèi)容更廣更復(fù)雜 [17-20]。

（1）建立綜合性的物聯(lián)網(wǎng)自主實(shí)驗(yàn)環(huán)境。建立典型的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景，利用開(kāi)源軟硬件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)全棧開(kāi)發(fā)[3]。與萬(wàn)維網(wǎng)開(kāi)發(fā)中的全棧開(kāi)發(fā)相比，物聯(lián)網(wǎng)需要全方位的軟硬件知識(shí)和技能。因此，物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐性教學(xué)非常適合以創(chuàng)新項(xiàng)目的形式通過(guò)團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)。這種形式會(huì)鍛煉隊(duì)長(zhǎng)的組織協(xié)調(diào)能力，隊(duì)員之間的溝通交流能力，團(tuán)隊(duì)與指導(dǎo)教師（或企業(yè)指導(dǎo)老師）的合作能力。學(xué)生除了要掌握物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)技能外，還要培養(yǎng)責(zé)任心和職業(yè)素養(yǎng)。

（2）應(yīng)用型師資隊(duì)伍建設(shè)。物聯(lián)網(wǎng)對(duì)教師的工程及應(yīng)用能力帶來(lái)重大挑戰(zhàn)。學(xué)術(shù)型教師往往在某個(gè)方向研究，缺乏綜合性的集成開(kāi)發(fā)能力。將教師、企業(yè)指導(dǎo)老師、學(xué)生一起進(jìn)行培訓(xùn)，可實(shí)現(xiàn)協(xié)同創(chuàng)新培養(yǎng)和多方共贏。學(xué)生獲得了成長(zhǎng)，教師也有機(jī)會(huì)深入了解企業(yè)實(shí)際需求，縮短了科研與市場(chǎng)距離，企業(yè)也有所收益。

3 結(jié)語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)模式改革在新的時(shí)代背景下具有重要意義。本文首先通過(guò)頂層制度設(shè)計(jì)，從文化、制度、服務(wù)、理念等方面保證改革的先進(jìn)性、科學(xué)性與可執(zhí)行性;其次，強(qiáng)調(diào) “工匠”精神等文化氛圍塑造的重要性，通過(guò)各種活動(dòng)激發(fā)學(xué)生內(nèi)在動(dòng)力是教學(xué)能否成功的關(guān)鍵;然后在課程體系改革方面立足于工程性、應(yīng)用性教學(xué)目標(biāo)，強(qiáng)調(diào) “核心課程，核心內(nèi)容”，分析綜合性實(shí)驗(yàn)在物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)中的重要作用;最后介紹了協(xié)同創(chuàng)新實(shí)踐性教學(xué)方式。本文對(duì)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)在應(yīng)用型本科教育中的培養(yǎng)方式進(jìn)行了初步思考和分析，可為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學(xué)提供借鑒。

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