新工科背景下物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式探索

屈愛平 何嘯峰 劉立 汪琳霞

摘? 要：在新工科的改革倡議下，隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)寬，迫切需要培養(yǎng)出一大批具有較強(qiáng)專業(yè)能力的物聯(lián)網(wǎng)人才。文章結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)以及物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)現(xiàn)狀，針對(duì)當(dāng)前新工科和創(chuàng)新等熱點(diǎn)問題，結(jié)合南華大學(xué)的辦學(xué)定位，探索具有地方和行業(yè)特色的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)模式，以提高物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的人才培養(yǎng)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：新工科;物聯(lián)網(wǎng)工程;人才培養(yǎng)

Abstract： With the initiative of emerging engineering reformation and the expansion of the IOT application， it is urgent to train a large number of IOT talents with strong professional abilities. Based on the industry trends of IOT technologies， the current situation of IOT engineering personnel training， the current hot issues of emerging engineering and the school-running orientation of Nanhua University， this paper explores the talent cultivation model of IOT personnel training with local and clear-cut professional characteristics to improve the quality of personnel training of IOT engineering， in order.

Keywords： emerging engineering; IOT engineering; personnel training

引言

在國(guó)家“新型工業(yè)化”的目標(biāo)和規(guī)劃下，探索新興工科教育新模式，是教育部教學(xué)改革的戰(zhàn)略考慮。物聯(lián)網(wǎng)將傳統(tǒng)分離的物理世界網(wǎng)絡(luò)化和信息化，與信息空間進(jìn)行連接和整合， 代表了網(wǎng)絡(luò)今后發(fā)展趨勢(shì)。盡管物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被人們關(guān)注時(shí)間很短，近些年才引起重視，但已經(jīng)廣泛應(yīng)用于交通、能源、農(nóng)業(yè)、建筑、醫(yī)療、工業(yè)、安全、空間和海洋探索等領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)正是國(guó)家針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展而開設(shè)的一個(gè)戰(zhàn)略性新興專業(yè)，該專業(yè)學(xué)科跨度大、綜合性與實(shí)踐性要求強(qiáng)，技術(shù)上主要涉及傳感、網(wǎng)絡(luò)、通信、計(jì)算機(jī)等多個(gè)領(lǐng)域。

南華大學(xué)于2011年申報(bào)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，并于2012年招收第一屆本科生。該專業(yè)自成立以來，強(qiáng)調(diào)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)需立足于行業(yè)應(yīng)用，在人才培養(yǎng)過程中不僅注重培養(yǎng)學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)理論知識(shí)和體系架構(gòu)，同時(shí)強(qiáng)化學(xué)生的工程實(shí)踐能力，期望培養(yǎng)出能夠?yàn)楣I(yè)化和信息化融合、為信息產(chǎn)業(yè)服務(wù)的高水平、高素質(zhì)的復(fù)合型專業(yè)人才。物聯(lián)網(wǎng)作為工業(yè)4.0的核心領(lǐng)域，新經(jīng)濟(jì)的發(fā)展必然對(duì)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才的培養(yǎng)提出新的挑戰(zhàn)。未來產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)需要的是工程實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)復(fù)合型物聯(lián)網(wǎng)人才，他們不僅學(xué)業(yè)精深，專業(yè)知識(shí)過硬，而且還應(yīng)具備“學(xué)科交叉融合”的特征;他們不僅能運(yùn)用所掌握的知識(shí)去解決現(xiàn)存問題，也能快速學(xué)習(xí)新知識(shí)、新技術(shù)去解決將來發(fā)展中的問題，進(jìn)而引領(lǐng)未來技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

經(jīng)過多年辦學(xué)和探索，我校當(dāng)前的物聯(lián)網(wǎng)培養(yǎng)模式在人才培養(yǎng)方面取得了部分成就，從認(rèn)識(shí)論到方法論都日趨深入和完善，而且初步形成了一批可復(fù)制、可推廣的制度成果以及經(jīng)驗(yàn)[1]。然而在專業(yè)辦學(xué)過程中，依然存在重理論傳授輕實(shí)踐教育等問題。尤其是針對(duì)00 后網(wǎng)絡(luò)一代物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)大學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，依然存在諸如人才培養(yǎng)主要以教師為中心的課堂教學(xué)等問題。為了適合新工業(yè)革命與工程發(fā)展的趨勢(shì)，新工科背景下物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的人才培養(yǎng)體系必須進(jìn)行范式變革。如何從實(shí)際出發(fā)，結(jié)合國(guó)家和地方相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策，結(jié)合學(xué)校辦學(xué)定位及學(xué)生自身特點(diǎn)，探索物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的人才培養(yǎng)模式是新工科改革迫切需要解決的核心問題[2]。

一、相關(guān)情況

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)與實(shí)際緊密結(jié)合，其應(yīng)用范圍非常廣泛。處于初創(chuàng)期的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)模式部分借鑒了傳統(tǒng)專業(yè)，然而其技術(shù)體系、知識(shí)體系、理論體系和應(yīng)用體系等與絕大部分現(xiàn)有專業(yè)均不一致。近年，隨著高校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的不斷發(fā)展，現(xiàn)有的培養(yǎng)模式暴露出諸多問題。尤其是面對(duì)軟件、硬件、通信、網(wǎng)絡(luò)、控制、傳感等諸多領(lǐng)域的融合，凸顯了本科生工程能力培養(yǎng)的難度。

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)自2010年被批準(zhǔn)開設(shè)以來，已成為國(guó)內(nèi)近十年新增院校數(shù)量最多的專業(yè)之一。部分高校已開展了專業(yè)人才培養(yǎng)及實(shí)踐教學(xué)模式的探索和實(shí)踐工作[3-8]。武漢大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)嘗試基于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用軟件平臺(tái)，引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行科研探索，提高學(xué)生的實(shí)踐和獨(dú)立思考能力，訓(xùn)練其具備物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用領(lǐng)域的開闊思維，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新能力[9]。通過在培養(yǎng)過程中尊重物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的人才培養(yǎng)規(guī)律，建立以課群為核心的“四類型六環(huán)節(jié)”本科教學(xué)體系，完整覆蓋了該專業(yè)本科教學(xué)的實(shí)驗(yàn)類型與教學(xué)環(huán)節(jié)[10]。國(guó)防科技大學(xué)重視物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)以能力為導(dǎo)向的人才培養(yǎng)模式，在制定課程體系時(shí)，依照計(jì)算機(jī)的大類要求強(qiáng)調(diào)學(xué)科基礎(chǔ)，將感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層等多層面內(nèi)容融于教學(xué)內(nèi)容中。同時(shí)強(qiáng)化實(shí)踐能力提升，將課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、課外創(chuàng)新、專業(yè)實(shí)習(xí)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)等貫穿于整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，進(jìn)而形成一套循序漸進(jìn)的教學(xué)體系[11]。南京郵電大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)構(gòu)造“文化、服務(wù)、制度、理念”頂層制度，強(qiáng)調(diào)“卓越工程師”工匠精神的培養(yǎng)，組建充滿活力的教學(xué)團(tuán)隊(duì)，進(jìn)一步深化全方位協(xié)同培養(yǎng)以及創(chuàng)新和改革教學(xué)平臺(tái)、體系和方法[12]。

“新工科”改革倡議的興起，對(duì)高校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的人才培養(yǎng)而言，既是機(jī)遇，也是挑戰(zhàn)。工業(yè)和商業(yè)界越來越要求物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和自我管理等技能。物聯(lián)網(wǎng)工程教育必然會(huì)引起全方位的變革，該專業(yè)的人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)和培養(yǎng)模式也將面臨新的挑戰(zhàn)。

二、物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式幾點(diǎn)探索

在制定物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案時(shí)，我校結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)以及當(dāng)今社會(huì)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)人員的素質(zhì)要求，針對(duì)當(dāng)前新工科和雙創(chuàng)熱點(diǎn)問題，構(gòu)建以新工科為導(dǎo)向、以創(chuàng)新為核心的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)知識(shí)構(gòu)成體系。針對(duì)我校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，我們注重專業(yè)課程體系、實(shí)踐教學(xué)模式，校企深度合作等多方面全方位的改革。我們主要完成了下面幾點(diǎn)探索：

（一）重塑課程體系，強(qiáng)化智慧醫(yī)療特色

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程涉及不同學(xué)科，構(gòu)建課程教學(xué)體系的時(shí)候，不可能包括全部相關(guān)學(xué)科的課程內(nèi)容，只能按照物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)辦學(xué)的目標(biāo)定位，結(jié)合市場(chǎng)對(duì)人才素質(zhì)的需求，整合各學(xué)科相關(guān)內(nèi)容，形成足以支撐物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)的課程教學(xué)知識(shí)集合。南華大學(xué)辦學(xué)定位明確為“特色鮮明、國(guó)內(nèi)一流、具有國(guó)際影響的高水平教學(xué)研究型大學(xué)”，學(xué)校擁有六所直屬型附屬醫(yī)院，醫(yī)品牌作為校辦學(xué)特色。我們結(jié)合學(xué)校的辦學(xué)定位，服務(wù)于地方經(jīng)濟(jì)為宗旨，以智慧醫(yī)療為研究對(duì)象，研究采用現(xiàn)代智能控制技術(shù)提高醫(yī)院信息化的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性。在教學(xué)體系建設(shè)過程中，融合新醫(yī)科理念，通過深入了解和研究物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在醫(yī)學(xué)真實(shí)環(huán)境中的各種應(yīng)用場(chǎng)景以及重大工程項(xiàng)目，如采用新器件、新方法和新技術(shù)改進(jìn)藥品、耗品管理系統(tǒng)，解決病房人手不足的醫(yī)療安全監(jiān)控系統(tǒng);監(jiān)控發(fā)熱門診數(shù)據(jù)自動(dòng)連接和報(bào)警，鞏固衛(wèi)生防疫;開發(fā)睡眠呼吸等檢測(cè)儀，建立個(gè)人健康系統(tǒng)等。從工程項(xiàng)目角度出發(fā)，分析技術(shù)，凝練知識(shí)點(diǎn)。將知識(shí)點(diǎn)貫穿于物聯(lián)網(wǎng)各主干課程，同時(shí)開設(shè)智慧醫(yī)療課程，搭建以智慧醫(yī)療特色的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的課程體系。

（二）探索多層面的實(shí)踐教學(xué)模式

與新工科背景下的高等學(xué)校教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程相適應(yīng)，根據(jù)專業(yè)的人才培養(yǎng)模式和特色追求，逐步形成物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)應(yīng)用認(rèn)知、物聯(lián)網(wǎng)核心進(jìn)階訓(xùn)練、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐與學(xué)生課外科技活動(dòng)等四個(gè)教育訓(xùn)練層面。堅(jiān)持理論和實(shí)踐、課堂和課外結(jié)合，創(chuàng)建基于生產(chǎn)認(rèn)知、基礎(chǔ)訓(xùn)練、工程應(yīng)用和創(chuàng)新訓(xùn)練的多層面實(shí)踐教學(xué)模式，工程化完成實(shí)踐教學(xué)。具體實(shí)施則依托于四個(gè)實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)：

1. 創(chuàng)新思維培養(yǎng)的校企合作平臺(tái)

以與廣州粵嵌科技股份有限公司共建的湖南省物聯(lián)網(wǎng)和智慧醫(yī)療校企合作創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)示范基地、衡陽(yáng)中興網(wǎng)信科技有限公司產(chǎn)學(xué)研合作基地為平臺(tái)，為學(xué)生提供充分的智慧醫(yī)療等物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)、運(yùn)行、維護(hù)等環(huán)節(jié)的實(shí)踐機(jī)會(huì)，學(xué)生能夠接觸和深入物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行最前沿，從最初的感性認(rèn)知，到發(fā)現(xiàn)問題，到提出問題和進(jìn)一步研討問題，完成培養(yǎng)和訓(xùn)練其創(chuàng)新思維的目的。

2. 基本技能培養(yǎng)的基礎(chǔ)訓(xùn)練平臺(tái)

以提升學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能為主的基礎(chǔ)訓(xùn)練平臺(tái)是完成理論驗(yàn)證、培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的搖籃。我們建有包括無線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室、格爾智慧醫(yī)療信息工程聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、智能家居實(shí)驗(yàn)室、嵌入式實(shí)驗(yàn)室、大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室等基礎(chǔ)訓(xùn)練平臺(tái)。依托這些平臺(tái)，為學(xué)生提供基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練以及研究性實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，從而完成其創(chuàng)新基本技能訓(xùn)練?；A(chǔ)訓(xùn)練平臺(tái)具備兩方面特點(diǎn)：（1）通過基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練可以提高學(xué)生基本操作能力，加深對(duì)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)基本工作原理、傳感與分析的理解和掌握;（2）學(xué)生可組建不同興趣愛好的學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)，依托于大學(xué)生課外科技活動(dòng)，訓(xùn)練和掌握科學(xué)研究的基本方法，培養(yǎng)自己的創(chuàng)新創(chuàng)造能力。

3. 以工程知識(shí)和實(shí)踐能力為主的工程素質(zhì)訓(xùn)練平臺(tái)

物聯(lián)網(wǎng)芯片、傳感新器件等新技術(shù)的高速發(fā)展，行業(yè)對(duì)學(xué)生的工程能力要求也越來越高。通過基于WiFi的智能小車開發(fā)、倉(cāng)儲(chǔ)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)、車載媒體軟件開發(fā)、遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)開發(fā)以及虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備實(shí)現(xiàn)前庭康復(fù)系統(tǒng)開發(fā)等訓(xùn)練項(xiàng)目，使學(xué)生能夠接觸來源于生產(chǎn)的工程實(shí)踐，訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用學(xué)到的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)解決較復(fù)雜的實(shí)際問題，擁有較高工程實(shí)踐能力，以提高其面對(duì)不同工程技術(shù)問題的應(yīng)變和適應(yīng)能力。

4. 以適應(yīng)于多學(xué)科融合的科技研發(fā)為方向的創(chuàng)新訓(xùn)練平臺(tái)

依托于各種創(chuàng)新項(xiàng)目，學(xué)生通過參加新產(chǎn)品開發(fā)、科技活動(dòng)以及發(fā)明創(chuàng)造等實(shí)踐活動(dòng)，全面訓(xùn)練和提升創(chuàng)新能力。訓(xùn)練項(xiàng)目包含：社區(qū)WiFi室內(nèi)定位系統(tǒng)的開發(fā)及相關(guān)校園社交應(yīng)用的探索、基于視覺的移動(dòng)機(jī)器人跟蹤與瞄準(zhǔn)系統(tǒng)、四旋翼飛行器的自主飛行控制、基于計(jì)算機(jī)視覺的三維測(cè)量系統(tǒng)、智能課堂教學(xué)質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)、智能可穿戴醫(yī)療手環(huán)、智能遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)、智能醫(yī)療無線采集系統(tǒng)等。學(xué)生從知識(shí)創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和管理創(chuàng)新三個(gè)層面，挖掘創(chuàng)新潛能、培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，形成創(chuàng)新思維，擁有解決實(shí)際生產(chǎn)中復(fù)雜問題的研究能力和創(chuàng)新能力。

（三）深化校企產(chǎn)學(xué)研合作，強(qiáng)化校地融合

新工科建設(shè)要求中強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)“具有較強(qiáng)行業(yè)背景知識(shí)、工程實(shí)踐能力、勝任行業(yè)發(fā)展需求的應(yīng)用型和技術(shù)技能型人才”。由此可見，工程實(shí)踐能力培養(yǎng)必然會(huì)是新工科專業(yè)建設(shè)中的根本，高校辦學(xué)缺乏產(chǎn)業(yè)支撐，產(chǎn)學(xué)研的深度合作定然會(huì)是高校新工科人才培養(yǎng)的重要途徑。在前期的教學(xué)體系中，由于核心專業(yè)課師資主要由高校畢業(yè)的博士任教，缺乏必要的行業(yè)經(jīng)歷，培養(yǎng)中部分存在重理論，輕實(shí)踐的問題。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的一個(gè)根本原因就是相關(guān)企業(yè)參與整個(gè)培養(yǎng)過程不夠。高校如果缺乏相關(guān)專業(yè)背景的企業(yè)參與和支持專業(yè)建設(shè)，學(xué)校將和行業(yè)脫節(jié)，缺乏相關(guān)實(shí)踐資源。所以，想要徹底扭轉(zhuǎn)這種局面，高校不僅需要開展校企合作，而且需要深入企業(yè)，抓好校企合作，進(jìn)而引進(jìn)企業(yè)的優(yōu)秀資源。辦學(xué)中，我們強(qiáng)化校企合作，創(chuàng)建了湖南省物聯(lián)網(wǎng)與智慧醫(yī)療校企合作創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地。在學(xué)生培養(yǎng)的整個(gè)周期中，將許多實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)安排在企業(yè)進(jìn)行，開展校企聯(lián)合培養(yǎng)。依托該基地，我們聘用企業(yè)中具備高級(jí)職稱的工程師對(duì)實(shí)踐性很強(qiáng)或者工程性很強(qiáng)的內(nèi)容進(jìn)行授課。抓好校企合作的同時(shí)，我們注重校地融合，服務(wù)地方。衡陽(yáng)地區(qū)現(xiàn)在人口800多萬(wàn)，作為衡陽(yáng)地區(qū)最好的綜合性本科院校，并擁有5所直屬型附屬醫(yī)院服務(wù)于地方，同時(shí)衡陽(yáng)市作為全國(guó)信息化50強(qiáng)之一，地方政府非常重視城市信息化建設(shè)，是促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要方面。我們貫穿執(zhí)行“校地互動(dòng)”，不斷嘗試和探索校企產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的特色發(fā)展之路，結(jié)合地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)，探索“簽訂合作協(xié)議、共享產(chǎn)學(xué)成果、共建合作實(shí)體”的合作機(jī)制;利用寒暑假時(shí)間，統(tǒng)一安排學(xué)生到合作企業(yè)實(shí)習(xí)，讓學(xué)生走進(jìn)企業(yè)和深入企業(yè)，切身感受到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在不同產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用和發(fā)展。