面向新工科的物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐教學(xué)模式探索

楊桂松， 彭志偉， 何杏宇

（上海理工大學(xué)a．光電信息與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院；b．出版印刷與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，上海200093）

0 引 言

“新工科”這一概念于2016 年提出，此后教育部多次組織高校進(jìn)行深入研討、調(diào)研和論證，于2017 年正式推出“新工科”計(jì)劃，并先后形成了“復(fù)旦共識(shí)”［1］“天大行動(dòng)”［2］和“北京指南”［3］等指導(dǎo)性文件?！靶鹿た啤笔窍鄬?duì)于傳統(tǒng)工科而言的，是以新經(jīng)濟(jì)、新產(chǎn)業(yè)為背景，是一個(gè)動(dòng)態(tài)的概念。“新工科”建設(shè)既要推動(dòng)現(xiàn)有工科專業(yè)的升級(jí)改造，探索符合工程教育規(guī)律和時(shí)代特征的新培養(yǎng)模式，也要設(shè)置和發(fā)展一批新興工科專業(yè)，并加強(qiáng)建設(shè)、提升質(zhì)量［4］。

物聯(lián)網(wǎng)被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。2009 年8 月，我國(guó)首次提出發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)，之后在教育部2010 年3 月發(fā)布的《教育部辦公廳關(guān)于戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)專業(yè)申報(bào)和審批工作的通知》文件中明確將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)加入戰(zhàn)略性新興資源產(chǎn)業(yè)，隨后，我國(guó)高校開(kāi)始申請(qǐng)并建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)。而在2018 年教育部辦公廳印發(fā)的《關(guān)于公布首批“新工科”研究與實(shí)踐項(xiàng)目的通知》中，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)包含其中。為了響應(yīng)“新工科”的號(hào)召，物聯(lián)網(wǎng)工程教學(xué)需要改革、推陳出新［5］，從而跟上時(shí)代的步伐，更好地服務(wù)于國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及產(chǎn)業(yè)升級(jí)。一些研究者以“新工科”為背景，探索了物聯(lián)網(wǎng)工程特定課程的教學(xué)改革，比如文獻(xiàn)［6］中從“無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與實(shí)踐”課程的特點(diǎn)出發(fā)，對(duì)該課程的定位、標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)資源、教學(xué)過(guò)程以及師資隊(duì)伍等方面進(jìn)行了詳細(xì)的探究，提出了基于CDIO（構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)施-運(yùn)作）、項(xiàng)目化、啟發(fā)討論式相結(jié)合的教學(xué)模式。文獻(xiàn)［7］中依照工程教育認(rèn)證培養(yǎng)方案，采用CDIO、雙語(yǔ)教學(xué)、校企合作等方法，探索了傳感器原理與檢測(cè)技術(shù)課程的教學(xué)改革。也有一些研究者提出了面向“新工科”的培養(yǎng)方案改革，比如文獻(xiàn)［8］中以東莞理工學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)為例，在闡述人才培養(yǎng)方案制定及實(shí)施過(guò)程的基礎(chǔ)上，從培養(yǎng)目標(biāo)、核心能力、課程結(jié)構(gòu)與學(xué)分要求4 個(gè)方面分析了人才培養(yǎng)方案的實(shí)踐內(nèi)容。文獻(xiàn)［9］中針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設(shè)中存在的培養(yǎng)目標(biāo)不聚焦、課程設(shè)置過(guò)于寬泛、畢業(yè)生就業(yè)去向與物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)匹配度低等問(wèn)題，分析了教學(xué)實(shí)踐中課程設(shè)置模式的不同特點(diǎn)，指出物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程設(shè)置的發(fā)展方向和歸屬。文獻(xiàn)［10］中圍繞工科專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、課程設(shè)置、實(shí)踐安排等主要環(huán)節(jié)開(kāi)展調(diào)查，深入分析了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生工程實(shí)踐能力的現(xiàn)狀，指出其中的關(guān)鍵性問(wèn)題，并提出了建立以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)為主要驅(qū)動(dòng)力的實(shí)踐能力培養(yǎng)平臺(tái)的思路。文獻(xiàn)［11］中從工程教育新理念、交叉與融合的課程體系、深度學(xué)習(xí)的教學(xué)模式以及產(chǎn)學(xué)研深度合作4 個(gè)方面闡述了作者對(duì)于“新工科”背景下物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式的思考。文獻(xiàn)［12］中研究了在“新工科”的背景下物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)方面存在的問(wèn)題，并以平頂山學(xué)院為例提出了一些改進(jìn)方案。除此之外，還有一些研究者也闡述了關(guān)于“新工科”背景下教學(xué)方法的思考，比如文獻(xiàn)［13］中鼓勵(lì)教師采用體驗(yàn)式學(xué)習(xí)、基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)、基于問(wèn)題學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)、主動(dòng)學(xué)習(xí)方法以及運(yùn)用案例教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)方法。文獻(xiàn)［14］中以上海交通大學(xué)的研究型實(shí)驗(yàn)課程為例，解決在某些實(shí)驗(yàn)課程中教材過(guò)時(shí)、實(shí)驗(yàn)無(wú)創(chuàng)新性等問(wèn)題，該研究型實(shí)驗(yàn)課程提出包括介紹、示范、研究以及評(píng)估4 個(gè)階段的教學(xué)方法，并使用主題-工作成果-書(shū)面報(bào)告三維評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。

由于“新工科”更強(qiáng)調(diào)學(xué)科的實(shí)用性、交叉性與綜合性，尤其注重信息通信、電子控制、軟件設(shè)計(jì)等新技術(shù)的融合，另外“新工科”要求注重創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)，倡導(dǎo)多渠道協(xié)同育人。為此，本文在物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐教學(xué)模式中，設(shè)計(jì)多學(xué)科交叉融合的課程體系，逐步引導(dǎo)學(xué)生由淺入深地學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)知識(shí)，夯實(shí)基礎(chǔ)；制定注重培養(yǎng)創(chuàng)新能力的教學(xué)方案，著力提升學(xué)生的實(shí)踐能力以及創(chuàng)新意識(shí)，并進(jìn)一步提供多方位育人機(jī)制，整合教學(xué)資源，優(yōu)化教學(xué)氛圍。另外，該教學(xué)模式提出建立學(xué)生學(xué)習(xí)風(fēng)格檔案，通過(guò)該檔案，一方面讓學(xué)生在學(xué)習(xí)實(shí)踐中更加了解自己感興趣的技術(shù)以及自己最適合的學(xué)習(xí)方式，從而提高學(xué)習(xí)效率；另一方面，讓老師通過(guò)該檔案了解每一個(gè)學(xué)生的特點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)，提高人才培養(yǎng)的效率和質(zhì)量。同時(shí)，該檔案不是一成不變的，它根據(jù)實(shí)踐教學(xué)情況不斷更新，從而形成自適應(yīng)的教學(xué)促進(jìn)和反饋。

1 物聯(lián)網(wǎng)工程的理論知識(shí)架構(gòu)以及學(xué)習(xí)風(fēng)格概念的引入

1.1 物聯(lián)網(wǎng)工程的理論知識(shí)架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)工程是一個(gè)交叉領(lǐng)域，涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、電子技術(shù)、測(cè)控技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)，它的發(fā)展將為促進(jìn)國(guó)家信息產(chǎn)業(yè)升級(jí)貢獻(xiàn)重要力量。為了促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，國(guó)家在發(fā)布的《“十三五”國(guó)家信息化規(guī)劃》［15］中特別提到了智慧物流、智慧交通、智慧健康醫(yī)療、智慧旅游、智慧休閑、智慧能源等物聯(lián)網(wǎng)在各個(gè)細(xì)分領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用。因此，在“新工科”的背景下，物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐教學(xué)不僅需要做好各學(xué)科知識(shí)的交叉融合，還要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，使其能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)融入生產(chǎn)實(shí)踐［16］。

圖1 所示為物聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)鍵技術(shù)和理論知識(shí)架構(gòu)。根據(jù)數(shù)據(jù)流向，將物聯(lián)網(wǎng)工程的相關(guān)技術(shù)劃分為感知技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、信息處理技術(shù)和應(yīng)用4 個(gè)層次，而在前3 個(gè)層次中，每1 個(gè)層次又有相應(yīng)的理論支撐。其中，電路原理、傳感器原理、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)等為感知技術(shù)提供理論支撐；通信原理、信號(hào)處理方法、計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)等為網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)提供理論支撐；自動(dòng)控制理論、人工智能理論、數(shù)據(jù)庫(kù)理論等為信息處理技術(shù)提供理論支撐。根據(jù)圖1，數(shù)據(jù)從產(chǎn)生到應(yīng)用的過(guò)程描述為：①利用感知技術(shù)中包含的硬件感知或軟件感知采集數(shù)據(jù)；②利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)中包含的有線通信或無(wú)線通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞；③利用信息處理技術(shù)對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、檢索和處理；④ 這些存儲(chǔ)和處理的數(shù)據(jù)將應(yīng)用在能源管理、安防監(jiān)控、智能交通和物流監(jiān)控等領(lǐng)域。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)工程的關(guān)鍵技術(shù)和知識(shí)架構(gòu)

1.2 學(xué)習(xí)風(fēng)格概念的引入

在物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐教學(xué)模式中，建立學(xué)生學(xué)習(xí)風(fēng)格檔案是關(guān)鍵。學(xué)習(xí)風(fēng)格這一概念是由美國(guó)學(xué)者Thelen［17］于20 世紀(jì)50 年代提出的，此后許多學(xué)者都對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行了研究，并給出了各自的定義?？v觀已有定義，看法基本相同，即學(xué)習(xí)風(fēng)格是學(xué)習(xí)者帶有的獨(dú)特的、相對(duì)穩(wěn)定的、且是個(gè)性化的學(xué)習(xí)方式［18］。在物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐教學(xué)模式中，采用Keefe［19］給出的學(xué)習(xí)風(fēng)格定義，即“學(xué)習(xí)風(fēng)格是學(xué)習(xí)者特有的認(rèn)知、情感和生理行為，它是反映學(xué)習(xí)者如何獲取信息、如何與學(xué)習(xí)環(huán)境相互作用并對(duì)學(xué)習(xí)環(huán)境做出相應(yīng)反應(yīng)的相對(duì)穩(wěn)定的學(xué)習(xí)方式”。根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)風(fēng)格為其制定相適應(yīng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)計(jì)劃或?qū)W習(xí)方法，可以使得學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率快速提高［20］。

為了獲得學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)風(fēng)格，研究人員提出了多種學(xué)習(xí)風(fēng)格模型，其中以Felder-Silverman 等［21-23］的學(xué)習(xí)風(fēng)格模型最被重視。傳統(tǒng)的方法根據(jù)學(xué)習(xí)風(fēng)格模型中給出的風(fēng)格量表，通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷獲得量表需要的各項(xiàng)信息，經(jīng)過(guò)信息處理便可獲得學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格。但是，該方法存在一些缺陷，比如調(diào)查問(wèn)卷獲得信息受學(xué)生主觀因素的影響，不一定能反映其真實(shí)的情況。另外，由于學(xué)習(xí)風(fēng)格是相對(duì)穩(wěn)定、但不是一成不變的，因此需要不斷更新，而調(diào)查問(wèn)卷操作麻煩，不易于重復(fù)進(jìn)行。隨著研究的發(fā)展與進(jìn)步，一些新的獲得學(xué)習(xí)風(fēng)格的方法被提出，比如使用決策樹(shù)算法，基于規(guī)則的分類方法，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，混合機(jī)器學(xué)習(xí)法以及隱馬爾可夫模型等。通過(guò)記錄學(xué)生真實(shí)的學(xué)習(xí)實(shí)踐情況，獲得基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，然后使用任一上述算法，便可以獲得學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格。相較于傳統(tǒng)方式，這類新方法可以減少學(xué)生主觀因素對(duì)結(jié)果的影響，因而獲得的學(xué)習(xí)風(fēng)格更客觀，而且操作容易，一旦搭建完成基礎(chǔ)環(huán)境便可持續(xù)更新學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格。

在物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐教學(xué)模式中，采用了Felder-Silverman學(xué)習(xí)模型，并使用隱馬爾可夫模型獲得學(xué)生學(xué)習(xí)風(fēng)格。Felder-Silverman學(xué)習(xí)模型依據(jù)學(xué)習(xí)者對(duì)信息的感知、輸入、理解、加工等認(rèn)知過(guò)程，將學(xué)習(xí)者分為感悟型／直覺(jué)型、視覺(jué)型／言語(yǔ)型、綜合型／序列型、活躍型／沉思型等4 個(gè)維度8 種類別［24］，因此更全面。對(duì)于隱馬爾可夫模型，文獻(xiàn)［25］中的示例表明，該模型通過(guò)考慮學(xué)習(xí)者各行為之間的關(guān)聯(lián)性，能夠提高學(xué)習(xí)風(fēng)格的判斷準(zhǔn)確率，而且該方法能夠預(yù)測(cè)學(xué)習(xí)風(fēng)格的傾向性，這對(duì)于學(xué)生自身或老師根據(jù)學(xué)習(xí)風(fēng)格自適應(yīng)調(diào)整學(xué)習(xí)或教學(xué)有重要的指導(dǎo)作用。

2 物聯(lián)網(wǎng)工程自適應(yīng)實(shí)踐教學(xué)模式

物聯(lián)網(wǎng)工程自適應(yīng)實(shí)踐教學(xué)模式是一種面向“新工科”的新型模式。如圖2 所示，該教學(xué)模式可以分為設(shè)計(jì)多學(xué)科交叉融合的課程體系、制定培養(yǎng)創(chuàng)新能力的教學(xué)方案以及探索多方位育人機(jī)制層層遞進(jìn)的3個(gè)方面。①通過(guò)設(shè)計(jì)多學(xué)科交叉融合的課程體系夯實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)；②在此基礎(chǔ)上通過(guò)制定注重創(chuàng)新能力的教學(xué)方案提升學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)；③通過(guò)探索多方位育人機(jī)制整合教學(xué)資源以及優(yōu)化教學(xué)氛圍。這3 個(gè)方面中的每1 個(gè)方面都和學(xué)習(xí)風(fēng)格檔案相關(guān)聯(lián)，學(xué)習(xí)風(fēng)格檔案為其提供指導(dǎo)，而其實(shí)踐教學(xué)情況又會(huì)反過(guò)來(lái)更新學(xué)習(xí)風(fēng)格檔案，形成自適應(yīng)的教學(xué)促進(jìn)和反饋。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)工程自適應(yīng)實(shí)踐教學(xué)模式

2.1 建立學(xué)習(xí)風(fēng)格檔案，自適應(yīng)教學(xué)

為了實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)教學(xué)，需要建立學(xué)習(xí)風(fēng)格檔案。在物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐教學(xué)模式中，使用隱馬爾可夫模型來(lái)獲得學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格。該模型是一種統(tǒng)計(jì)模型，用來(lái)描述一個(gè)有隱含未知參數(shù)的馬爾可夫過(guò)程，它可以通過(guò)5 元組來(lái)描述［26］：

式中：S為無(wú)法通過(guò)直接觀測(cè)得到的隱含狀態(tài)，O為可以通過(guò)直接觀測(cè)得到的可觀測(cè)狀態(tài)，A 為隱含狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣，B為可觀測(cè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣，π為初始狀態(tài)概率矩陣。

在本科生的第1 學(xué)年上半學(xué)期進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)調(diào)查問(wèn)卷，并結(jié)合各種基礎(chǔ)考試獲得學(xué)生的初始學(xué)習(xí)風(fēng)格，以此作為衡量隱馬爾可夫模型是否準(zhǔn)確的基準(zhǔn)。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建隱馬爾可夫模型的過(guò)程如圖3 所示，首先隨機(jī)初始化參數(shù)A，B，π得到一個(gè)未完成訓(xùn)練的隱馬爾可夫模型，然后在第1 學(xué)年下半學(xué)期的各類課程和網(wǎng)絡(luò)調(diào)查問(wèn)卷中重復(fù)將學(xué)生的學(xué)習(xí)實(shí)踐數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)預(yù)處理后輸入隱馬爾可夫模型，并將得到的結(jié)果與基準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，若準(zhǔn)確率不高則繼續(xù)校準(zhǔn)，直到該模型能夠獲得較高的準(zhǔn)確率，最終建立一個(gè)經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的隱馬爾可夫模型。使用經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的隱馬爾可夫模型，能夠?yàn)槊恳晃粚W(xué)生建立其學(xué)習(xí)風(fēng)格檔案，該檔案將會(huì)在后續(xù)學(xué)年的實(shí)踐教學(xué)中發(fā)揮指導(dǎo)作用，而實(shí)踐教學(xué)的結(jié)果又會(huì)更新該檔案，形成自適應(yīng)的教學(xué)反饋和促進(jìn)。

圖3 隱馬爾可夫模型的建立過(guò)程

2.2 設(shè)計(jì)多學(xué)科交叉融合的課程體系，夯實(shí)基礎(chǔ)

為了夯實(shí)學(xué)生的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)合理的課程體系是第1 步。圖4 所示是根據(jù)圖1 中的理論框架所設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)工程課程體系，該體系涵蓋了圖1 中所示理論框架中的所有知識(shí)，并且層層遞進(jìn)，環(huán)環(huán)相扣。從橫向來(lái)看，該體系分4 學(xué)年，并由低學(xué)年向高學(xué)年逐步加深課程難度，涉及多學(xué)科知識(shí)，便于學(xué)生由淺入深地學(xué)習(xí)，其中，感知技術(shù)相關(guān)的知識(shí)學(xué)習(xí)安排在第2 學(xué)年，通信技術(shù)和信息處理技術(shù)相關(guān)的知識(shí)學(xué)習(xí)安排在第3 學(xué)年，深入應(yīng)用安排在第4 學(xué)年。從縱向來(lái)看，該培養(yǎng)模式分為理論支撐、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、工程實(shí)踐4 個(gè)階段，由易到難，有利于培養(yǎng)學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐創(chuàng)新的能力。

在第1 學(xué)年，首先，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論基礎(chǔ)篇為學(xué)生科普物聯(lián)網(wǎng)工程的基礎(chǔ)知識(shí)，讓學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)和了解，并通過(guò)企業(yè)參觀增進(jìn)學(xué)生的實(shí)際觀感和學(xué)習(xí)興趣，然后，搭配電路原理和大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)以培養(yǎng)學(xué)生的初級(jí)動(dòng)手能力，最后，學(xué)生需要學(xué)習(xí)概率論和統(tǒng)計(jì)學(xué)，為后續(xù)學(xué)年的理論學(xué)習(xí)打下邏輯分析能力的基礎(chǔ)。在第2 學(xué)年，課程難度加大，涉及學(xué)科增加，需要通過(guò)學(xué)習(xí)電工電子學(xué)以及傳感器原理，搭配模擬和數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)，充實(shí)學(xué)生硬件知識(shí)以及培養(yǎng)學(xué)生的中級(jí)動(dòng)手能力，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)原理、軟件開(kāi)發(fā)等課程，打下軟件知識(shí)基礎(chǔ)，為感知技術(shù)課程設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備，該課程設(shè)計(jì)不但為專業(yè)競(jìng)賽預(yù)熱，也為第3 學(xué)年更復(fù)雜的課程設(shè)計(jì)打下設(shè)計(jì)能力基礎(chǔ)。在第3 學(xué)年，課程難度進(jìn)一步加大，課程主要分為通信技術(shù)和信息處理技術(shù)兩個(gè)方面，其中通信技術(shù)涉及通信原理和信號(hào)處理方法等（偏硬件），而信息處理技術(shù)涉及數(shù)據(jù)庫(kù)理論和人工智能等（偏軟件），學(xué)生可以根據(jù)自身的學(xué)習(xí)風(fēng)格檔案自由選擇這兩類課程，這兩類課程設(shè)計(jì)都有相應(yīng)的競(jìng)賽訓(xùn)練類別和專業(yè)實(shí)習(xí)為輔助，以增加學(xué)生的實(shí)戰(zhàn)級(jí)動(dòng)手能力。在第4學(xué)年，學(xué)生已經(jīng)基本完成專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，需要通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)來(lái)總結(jié)所學(xué)知識(shí)，并利用所學(xué)知識(shí)產(chǎn)生創(chuàng)新，而畢業(yè)設(shè)計(jì)中所需的創(chuàng)新靈感和創(chuàng)新實(shí)踐可以通過(guò)崗位實(shí)習(xí)和參與科研項(xiàng)目來(lái)獲取和實(shí)現(xiàn)。在該體系中，第2 學(xué)年學(xué)生風(fēng)格檔案的更新尤為重要，將為第3 學(xué)年的課程類別選擇提供指導(dǎo)，而第3學(xué)年的學(xué)生風(fēng)格檔案的更新將為第4 學(xué)年畢業(yè)設(shè)計(jì)選題提供依據(jù)。

圖4 多學(xué)科交叉融合的課程體系

2.3 制定培養(yǎng)創(chuàng)新能力的教學(xué)方案，提升實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)

圖5 所示為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的教學(xué)方案，該方案主要應(yīng)用于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)當(dāng)中，其實(shí)施可以分為兩個(gè)部分。第1 部分是通過(guò)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，以形成和更新初期學(xué)生風(fēng)格檔案，主要針對(duì)第1 ～2 學(xué)年，在該時(shí)間段內(nèi)，學(xué)生主要學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)工程基礎(chǔ)知識(shí)，建立初步的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，老師需要提供種類多樣，難度不等的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以供學(xué)生選擇，然后根據(jù)學(xué)生的實(shí)際操作形成興趣各異的學(xué)生風(fēng)格檔案。

圖5 注重創(chuàng)新能力的教學(xué)方案

該教學(xué)方案的第2 部分是通過(guò)課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，主要針對(duì)第2 ～4 學(xué)年，在該時(shí)間段內(nèi)，學(xué)生已經(jīng)掌握一定的專業(yè)知識(shí)，經(jīng)過(guò)兩年的培養(yǎng)也已具有一定的設(shè)計(jì)能力，學(xué)習(xí)風(fēng)格檔案也已基本穩(wěn)定。此時(shí)，老師應(yīng)該轉(zhuǎn)變角色，由學(xué)生發(fā)揮主觀能動(dòng)性。學(xué)生參考自身的學(xué)習(xí)風(fēng)格檔案提交一份包含“課題類別、題目、實(shí)施方案、預(yù)期完成時(shí)間、預(yù)期成果”等詳細(xì)內(nèi)容的課程設(shè)計(jì)申報(bào)書(shū)，老師負(fù)責(zé)審核該申報(bào)書(shū)，把握其難易程度，并參考學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格檔案給出具體的指導(dǎo)意見(jiàn)。最終，學(xué)生根據(jù)老師指導(dǎo)意見(jiàn)對(duì)提出的方案進(jìn)行改進(jìn)并進(jìn)行課程設(shè)計(jì)。在該教學(xué)方案中，學(xué)生對(duì)于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)的實(shí)施結(jié)果都將用于更新學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格檔案，幫助提高其學(xué)習(xí)效率。

2.4 探索多方位育人機(jī)制

為了整合教學(xué)資源以及優(yōu)化教學(xué)氛圍，提出了多方位的育人機(jī)制。如圖6 所示，該機(jī)制包括3 個(gè)方面：①搭建學(xué)生與實(shí)踐教學(xué)信息之間的橋梁，學(xué)校根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格檔案進(jìn)行個(gè)性化信息推送，所推送的信息包括教學(xué)課件、知識(shí)講座、競(jìng)賽培訓(xùn)、科研動(dòng)態(tài)、技術(shù)進(jìn)展、企業(yè)招聘等信息；②開(kāi)設(shè)物聯(lián)網(wǎng)競(jìng)賽培訓(xùn)班，配備專門(mén)的競(jìng)賽培訓(xùn)師資隊(duì)伍，每年定時(shí)招新、定點(diǎn)訓(xùn)練，形成具有傳承性的競(jìng)賽培訓(xùn)氛圍；③利用學(xué)校的社會(huì)資源，建立校企合作平臺(tái)，與我校建立長(zhǎng)期合作關(guān)系的研究院或企業(yè)有上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究院、上海電器科學(xué)研究院、上海自動(dòng)化儀表股份有限公司等，應(yīng)該充分利用這些資源，給學(xué)生安排工程師講座和提供企業(yè)實(shí)習(xí)和就業(yè)機(jī)會(huì)。

圖6 多方位育人機(jī)制

3 教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)

為了驗(yàn)證面向“新工科”的物聯(lián)網(wǎng)工程自適應(yīng)實(shí)踐教學(xué)模式的成效，除了采用考試成績(jī)、參賽獲獎(jiǎng)情況等作為衡量指標(biāo)外，將在不同學(xué)年對(duì)學(xué)生的目標(biāo)明確程度進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)問(wèn)卷調(diào)查。該問(wèn)卷包含“了解自己”“有明確的努力方向”和“知道實(shí)現(xiàn)的途徑”3 方面內(nèi)容。問(wèn)卷和學(xué)習(xí)風(fēng)格檔案的差異以及學(xué)年之間的問(wèn)卷結(jié)果差異都將反映成效。其中，“了解自己”是指學(xué)生知道自己的優(yōu)勢(shì)和不足，“有明確的努力方向”是指學(xué)生知道自己的興趣是什么或是自己想學(xué)東西有哪些，“知道實(shí)現(xiàn)的途徑”是指學(xué)生知道自己該如何做才能實(shí)現(xiàn)自己的目標(biāo)。這些對(duì)于大學(xué)生來(lái)說(shuō)都是最重要也是不容易明確的東西，只有清楚地知道這些，大學(xué)才會(huì)過(guò)得更有意義。

4 結(jié) 語(yǔ)

作為“新工科”之一的物聯(lián)網(wǎng)工程，其建設(shè)也應(yīng)遵循“新工科”倡導(dǎo)的“融合”“創(chuàng)新”和“共享”等特點(diǎn)。為了更好地培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)工程人才，提出了面向“新工科”的物聯(lián)網(wǎng)工程自適應(yīng)實(shí)踐教學(xué)模式。在該教學(xué)模式中，其課程體系涵蓋支撐物聯(lián)網(wǎng)工程多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)，體現(xiàn)交叉融合的特點(diǎn)；其教學(xué)方案注重實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)；其多方位育人機(jī)制體現(xiàn)校企合作與信息共享。并且，該教學(xué)模式引入學(xué)習(xí)風(fēng)格檔案，將其融入實(shí)踐教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，自適應(yīng)更新并指導(dǎo)師生的個(gè)性化教與學(xué)，有利于提高教學(xué)質(zhì)量和效率。