工程認證背景下物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設(shè)

劉三民，劉 濤，王 勇

(安徽工程大學(xué) 計算機與信息學(xué)院，安徽 蕪湖 241000)

引言

互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心預(yù)測全球物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟收益到2021年將達到1.4萬億美元[1]，相關(guān)產(chǎn)業(yè)將得到快速發(fā)展。在此次產(chǎn)業(yè)浪潮的推動下，我國高校積極布局，申請開辦物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，為物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)人才。

為提高教學(xué)質(zhì)量，輸出具有工程背景的專業(yè)人才，相關(guān)教研工作開展如火如荼。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)較強的實踐特色，吳迪[2]借鑒TRIZ理論構(gòu)建了提高學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力和創(chuàng)業(yè)能力的實踐教學(xué)體系。陳穎結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)能力的需求，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)特征構(gòu)建的課程體系，體現(xiàn)出以能力為導(dǎo)向的人才培養(yǎng)特色[3]。譚艷萍以“新專業(yè)、新方法、新思維”為理念探索新工科背景下校企合作模式，該培養(yǎng)模式能提高學(xué)生的動手能力，體現(xiàn)專業(yè)特色[4]。趙榮陽探索與企業(yè)合作實施“2+2”培養(yǎng)模式，引導(dǎo)企業(yè)參與“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃”項目，將企業(yè)工程項目引入培養(yǎng)體系，為新工科人才培養(yǎng)提供新思路[5]。焦俊針對專業(yè)實踐過程中內(nèi)容多時間少的問題，提出基于項目驅(qū)動的專業(yè)綜合實訓(xùn)教學(xué)方法，對于提高學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力具有促進作用[6]。竇易文以“物聯(lián)網(wǎng)安全”課程為例，討論課程建設(shè)難點，提出有針對性的教學(xué)方法，突出課程知識連續(xù)性、實驗設(shè)計和創(chuàng)新實踐的重要性，為提高教學(xué)質(zhì)量奠定基礎(chǔ)[7]。

為提高教學(xué)質(zhì)量，眾多教師從多個角度對專業(yè)培養(yǎng)過程中所遇到的問題進行探索實踐，取得了一定研究成果。但在專業(yè)建設(shè)方面仍然存在問題需待完善，如培養(yǎng)體系構(gòu)建，專業(yè)能力需求等。因此，本文以工程認證要求為導(dǎo)向，厘清專業(yè)建設(shè)思路與專業(yè)能力需求，完善課程與能力支撐關(guān)系。在教學(xué)模式構(gòu)建方面突出以“學(xué)生為中心、輸出為導(dǎo)向和持續(xù)改進”的特點。

一、構(gòu)建工程認證為導(dǎo)向的專業(yè)培養(yǎng)體系

工程認證要求專業(yè)必須有明確、公開可衡量的畢業(yè)要求（具體包括工程知識、問題分析、設(shè)計/開發(fā)解決方案、研究、使用現(xiàn)代工具、工程與社會、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展、職業(yè)規(guī)范、個人和團隊、溝通、項目管理和終身學(xué)習(xí)），在測評時重點考核支撐畢業(yè)要求的達成關(guān)系。在專業(yè)培養(yǎng)體系構(gòu)建時需要綜合考慮這些要求，把畢業(yè)要求融合到專業(yè)建設(shè)的各個環(huán)節(jié)。因此，我們需要從三個方面來分析專業(yè)體系構(gòu)建內(nèi)容。

（一）專業(yè)培養(yǎng)目標

專業(yè)培養(yǎng)目標貫穿整個培養(yǎng)、教學(xué)過程，直接影響人才培養(yǎng)質(zhì)量，也是工程認證能力考核關(guān)鍵點之一。相關(guān)教學(xué)活動基于專業(yè)培養(yǎng)目標展開，直接影響學(xué)生的綜合能力。

專業(yè)培養(yǎng)目標的確立需要考慮較多因素。結(jié)合實踐，在專業(yè)培養(yǎng)目標設(shè)置時要充分考慮學(xué)校定位、教學(xué)可用資源和社會需求三個方面。學(xué)校定位是主體，專業(yè)培養(yǎng)目標必須與其相契合，這樣保證專業(yè)建設(shè)具有連續(xù)性和更多資源的投入。同時，教學(xué)單位是實現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標的主體，所擁有的資源是物質(zhì)基礎(chǔ)，能夠更好地服務(wù)教學(xué)過程并體現(xiàn)專業(yè)特色，直接影響學(xué)生專業(yè)能力的培養(yǎng)質(zhì)量。教學(xué)、科研和服務(wù)社會是高校的三大職能，最后落腳點是服務(wù)社會，這也是工程認證中考核學(xué)生就業(yè)方面的原因，所以在考慮專業(yè)培養(yǎng)目標時要充分考慮社會需求。分析社會需求時需考慮區(qū)域?qū)傩院蛯I(yè)屬性，區(qū)域?qū)傩苑从吵鰧W(xué)校向周邊的輻射能力或影響力，體現(xiàn)社會對學(xué)校人才的期望。另外就是專業(yè)屬性，應(yīng)該深度挖掘?qū)I(yè)設(shè)置時的功能界定，即我們希望向社會輸送人才類型?；诜治?，筆者所在學(xué)校的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)目標概述為：要求掌握數(shù)學(xué)及自然科學(xué)基礎(chǔ)知識以及物聯(lián)網(wǎng)、計算機、通信和傳感領(lǐng)域的基本理論、基本知識、基本技能和基本方法，能夠勝任物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)規(guī)劃、分析、設(shè)計、開發(fā)、部署、運行維護等工作崗位要求的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。

（二）專業(yè)能力需求

基于培養(yǎng)目標和工程認證要求，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生應(yīng)該具備三項最基本的綜合能力，即專業(yè)基本能力、解決工程能力和創(chuàng)新能力，具體如圖1所示。

圖1 能力培養(yǎng)關(guān)系

專業(yè)基本能力體現(xiàn)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，也是進一步提升的基礎(chǔ)，能力高低與學(xué)生課程學(xué)習(xí)有依賴關(guān)系。專業(yè)基本能力具體可以分為三部分：軟件開發(fā)能力、平臺操作能力和硬件設(shè)計能力。這三種能力體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的特色，即以硬件為骨架、軟件為靈魂、平臺為基礎(chǔ)。解決工程能力和創(chuàng)新能力是學(xué)生綜合素質(zhì)的體現(xiàn)，這些能力決定學(xué)生畢業(yè)后能否滿足崗位要求，快速實現(xiàn)角色轉(zhuǎn)換，在某種程度上反映出可持續(xù)發(fā)展的能力。解決工程能力、創(chuàng)新能力均與專業(yè)基本能力相關(guān)。通常情況下，專業(yè)基本能力強的學(xué)生，另外兩種能力均較強。這符合成績好的學(xué)生，能力普遍較強的認知規(guī)律。教學(xué)質(zhì)量提高，學(xué)生知識掌握更牢固，能力體現(xiàn)更強，社會口碑更好，更加有利于專業(yè)發(fā)展。因此，在培養(yǎng)過程中應(yīng)以提高學(xué)生能力為第一要務(wù)，這就要求制定出科學(xué)合理的培養(yǎng)方案，即課程設(shè)置。

（三）課程與能力培養(yǎng)支撐關(guān)系

基于培養(yǎng)目標和專業(yè)能力需求，如何設(shè)置課程是關(guān)鍵。把課程與能力培養(yǎng)之間的支撐關(guān)系厘清，將有利于課程建設(shè)，做到有的放矢。結(jié)合培養(yǎng)目標和專業(yè)能力需求，表1描述專業(yè)能力、課程設(shè)置和涉及主要內(nèi)容之間的對應(yīng)關(guān)系。

表1 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)能力與課程設(shè)置關(guān)系

與專業(yè)基本能力相關(guān)課程設(shè)置主要包括計算機類課程、專業(yè)課程和根據(jù)自身資源所設(shè)置的專業(yè)方向課以及通識教育課。各高校之間計算機類基本課程與專業(yè)核心課程基本相似。專業(yè)方向課程在一定程度上體現(xiàn)專業(yè)特色和專業(yè)發(fā)展定位，突出以“學(xué)生為中心，輸出為導(dǎo)向”的專業(yè)建設(shè)目標。解決工程能力方面主要有各類實習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)、課程設(shè)計、專業(yè)綜合大實踐以及畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)，這些教學(xué)環(huán)節(jié)主要是以提高學(xué)生動手能力為主，結(jié)合案例融合所學(xué)理論知識，做到理論指導(dǎo)實踐，實踐中提升能力，使所學(xué)知識得到升華，實現(xiàn)良性循環(huán)。創(chuàng)新能力的培養(yǎng)方式主要有選修課，假期實踐和學(xué)科競賽等。該環(huán)節(jié)以學(xué)生為主體，且相關(guān)學(xué)習(xí)過程主要安排在課外，以作品的形式展現(xiàn)。通過這些教學(xué)環(huán)節(jié)的支撐使學(xué)生具備創(chuàng)新精神和意識，并在實踐中不斷地提升自己的綜合能力。

二、教學(xué)模式構(gòu)建

提高教學(xué)質(zhì)量，增強學(xué)生掌握知識的深度和廣度，是提升學(xué)生能力具體途徑之一。完善學(xué)生知識體系，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，需要針對不同課程和不同階段實施不同的教學(xué)模式。結(jié)合課程與能力培養(yǎng)支撐關(guān)系，在專業(yè)建設(shè)過程中我們構(gòu)建三種教學(xué)模式，即理論課程教學(xué)模式、實踐課程教學(xué)模式和創(chuàng)新能力課程教學(xué)模式，并在不同的教學(xué)模式中采用不同的教學(xué)方法。

理論課程教學(xué)模式倡導(dǎo)以“教師主導(dǎo)，學(xué)生為中心”的理論教學(xué)環(huán)節(jié)，強調(diào)教師“傳授”過程，以及如何提高“傳授”質(zhì)量。針對不同課程，主要采用“模塊化”“任務(wù)驅(qū)動”“現(xiàn)場演示”“問題探究”等教學(xué)方法，并且借助網(wǎng)絡(luò)平臺充分利用精品課程、MOOC等輔助教學(xué)手段。麥考瑞大學(xué)的經(jīng)驗是探索理論精講、實踐突出特色。在“程序設(shè)計語言”類課程教學(xué)模式中以“模塊化”和“現(xiàn)場演示”兩種教學(xué)方法為主，講解程序結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)語法和編程思想，并針對較難及重要的知識點（如指針、函數(shù)調(diào)用等）運用“問題探究”“一題多解”和“對比分析”方法提高學(xué)生對知識的領(lǐng)悟深度和熟練程度?！拔锫?lián)網(wǎng)安全”課程實現(xiàn)理論精講、實踐突出的思想。通過精講安全算法原理、安全機制實現(xiàn)框架和安全策略，讓學(xué)生在實踐過程中領(lǐng)會安全的重要性和技術(shù)實現(xiàn)方法，并能借助資料編程實現(xiàn)安全需求。核心專業(yè)課程建立網(wǎng)絡(luò)課程資源并對學(xué)生開放，如“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”等。根據(jù)課程性質(zhì)形成物聯(lián)網(wǎng)軟件開發(fā)、嵌入式和網(wǎng)絡(luò)通信三大課程群，施行課程負責人制度，不斷創(chuàng)新理論課程教學(xué)模式。

實踐課程教學(xué)模式倡導(dǎo)以“學(xué)生為中心”，強調(diào)學(xué)生的領(lǐng)悟和實踐，為學(xué)生創(chuàng)建一種寬松、自由的氛圍，采用“協(xié)作交流”“任務(wù)驅(qū)動”“企業(yè)參與”的形式完成實踐學(xué)習(xí)任務(wù)?？己藭r采用文檔描述和現(xiàn)場答辯相結(jié)合的方法進行成績評定，體現(xiàn)“成果導(dǎo)向、持續(xù)改進”的評價機制，突出成果的工作量和創(chuàng)新性，并通過提高總評中實踐成績所占比重，以達到突出實踐的目的。在專業(yè)認識實習(xí)環(huán)節(jié)通過參觀走訪，實現(xiàn)與行業(yè)直接對話交流，提升專業(yè)認知度。了解社會需求，增強學(xué)生專業(yè)幸福感。通過對學(xué)生問卷調(diào)研的結(jié)果表明，專業(yè)認識環(huán)節(jié)對于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，專業(yè)投入和個人定位具有重要的作用。在生產(chǎn)實習(xí)和專業(yè)綜合大實踐環(huán)節(jié)，引入相關(guān)企業(yè)，體現(xiàn)“項目引領(lǐng)、理論指導(dǎo)，實踐出成果”的精神。以經(jīng)典案例為對象，分析用戶需求、搭建框架、講解技術(shù)要領(lǐng)，形成軟件開發(fā)流水線平臺，使學(xué)生學(xué)有所得、學(xué)有所用。該環(huán)節(jié)要求專業(yè)教師深度參與，在提升自身工程背景，同時也為日常教學(xué)提供案例。目前我們已經(jīng)構(gòu)建出相對完善的實踐教學(xué)模式，形式、內(nèi)容呈現(xiàn)多樣化，提升了學(xué)生解決工程實踐能力。

創(chuàng)新能力課程教學(xué)模式倡導(dǎo)“學(xué)生為主，教師為輔”，體現(xiàn)師生互動的教學(xué)場景。教學(xué)活動以課外安排為主，以“課題驅(qū)動”“學(xué)科競賽引領(lǐng)”的模式構(gòu)建。建立物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)協(xié)會，按照課題和學(xué)生興趣愛好組建團隊。積極組織團隊參與學(xué)科競賽，如物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用設(shè)計大賽等。結(jié)合學(xué)科競賽案例，參與國家級、省級和校級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目的申請，實現(xiàn)項目孵化。定期開展案例交流，完善案例、提升案例。在老師的指導(dǎo)下，鼓勵學(xué)生結(jié)合作品申報發(fā)明專利或?qū)嵱眯滦蛯＠?，并依托協(xié)會開辦“物聯(lián)沙龍”，宣講物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)和知識，開展系列創(chuàng)新講座和第二課堂，倡導(dǎo)“頭腦風暴”“金點子行動”等活動內(nèi)容，使得每期的“物聯(lián)沙龍”活動體現(xiàn)“提高自己、啟迪他人”的宗旨。通過對相關(guān)數(shù)據(jù)（如學(xué)生競賽獲獎數(shù)量及質(zhì)量，項目申請數(shù)量和學(xué)生參與人數(shù)等）分析表明，這種創(chuàng)新能力課程教學(xué)模式既能鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力、團隊溝通和管理等方面的能力，又能增強學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和熱情。

結(jié)語

本文結(jié)合工程認證要求，探索專業(yè)培養(yǎng)體系的構(gòu)建，做到思路清晰、目標明確、環(huán)環(huán)相扣。為提高教學(xué)質(zhì)量，對教學(xué)模式進行了探索。這些改革措施已經(jīng)取得良好的教學(xué)效果，如近年來專業(yè)的考研錄取率提高，就業(yè)質(zhì)量上升，學(xué)生的科研立項數(shù)目增加，學(xué)生對專業(yè)認同感增強。由于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)跨學(xué)科特性，相關(guān)理論技術(shù)發(fā)展較快，在后期建設(shè)中需要更加關(guān)注：（1）利用跨學(xué)科優(yōu)勢，充分融合各學(xué)科的知識體系，避免出現(xiàn)專業(yè)知識點分離，出現(xiàn)出“拼盤式”教學(xué)；（2）及時掌握社會需求和技術(shù)發(fā)展，做好專業(yè)培養(yǎng)體系的完善和更新；（3）加強師資隊伍建設(shè)，要求教師不但要有較好的理論基礎(chǔ)，更要具備工程實踐能力；（4）結(jié)合專業(yè)特性，消化吸收新的教學(xué)理念，探索新的教學(xué)方法。