面向系統(tǒng)能力培養(yǎng)的物聯(lián)網(wǎng)工程課程體系建設(shè)
——以工程認證為抓手

席廣永，王麗萍，鄒東堯，李娜娜，朱付保

（鄭州輕工業(yè)大學 計算機與通信工程學院，河南 鄭州 450002）

0 引 言

自2010年以來，物聯(lián)網(wǎng)作為國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，得到了迅猛的發(fā)展。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和產(chǎn)品在社會各領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，需要大量高素質(zhì)的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才，這對高校物聯(lián)網(wǎng)人才的培養(yǎng)提供了新機遇，也提出了新挑戰(zhàn)。此外，新工科、工程教育專業(yè)認證等也對物聯(lián)網(wǎng)人才培養(yǎng)提出了新要求[1]。課程體系作為人才培養(yǎng)的重要內(nèi)容，是實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標和體現(xiàn)人才培養(yǎng)模式的具體課程結(jié)構(gòu)框架，在教學中起到非常重要的作用，直接關(guān)系到學生培養(yǎng)的質(zhì)量。本文結(jié)合鄭州輕工業(yè)大學物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的工程教育認證申報工作，對課程體系的重構(gòu)進行探討。

1 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系建設(shè)現(xiàn)狀

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是一門極具交叉性的學科，涉及了多行業(yè)、多領(lǐng)域的專業(yè)知識，包括計算機、電子信息、通信工程、自動控制等[2]。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)所對應(yīng)的知識體系具有一定的復雜性，且具有廣泛的行業(yè)應(yīng)用關(guān)聯(lián)性，注定了物聯(lián)網(wǎng)工程課程體系的多樣性。眾多高校也從不同的側(cè)重探索了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系的建設(shè)，如姜楠等討論了基于華東交通大學物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)構(gòu)建了面向交通行業(yè)特色的課程體系[3]；陳政在“湖南2025智造”背景下分析了結(jié)合區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的學科課程體系建設(shè)[4]；張連明等從企業(yè)人才需求的角度探討了面向物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工程師所需的課程體系[5]；熊瑋等針對如何培養(yǎng)真正適用于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新復合型人才提出了面向創(chuàng)新能力培養(yǎng)的課程體系建設(shè)思路[6]；姚信威等結(jié)合浙江工業(yè)大學物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)探究物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)國際化人才培養(yǎng)的課程體系結(jié)構(gòu)[7]。

各高校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系的構(gòu)建結(jié)合了行業(yè)特色、地區(qū)特色、學校特色、專業(yè)特色。由于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建立的學科來源、辦學基礎(chǔ)、人才培養(yǎng)目標存在差異性，課程設(shè)置的側(cè)重點也不同，導致物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程的開設(shè)存在多、雜、亂等缺點。在工程教育專業(yè)認證理念的引導下，各高校根據(jù)自身特點和人才培養(yǎng)目標，積極探索合適的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的課程體系，包括專業(yè)建設(shè)多年的高校也在積極開展課程體系的重構(gòu)。

2 工程教育專業(yè)認證對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系要求

課程體系建設(shè)是工程教育專業(yè)認證7個方面中的重要一環(huán)，學生12條畢業(yè)要求的達成是根據(jù)課程體系開展[8]，是專業(yè)人才培養(yǎng)目標達成的根本保證。根據(jù)通用標準，課程體系應(yīng)能有效支撐畢業(yè)要求及內(nèi)涵觀測點，滿足支撐12條畢業(yè)要求的達成，支撐布局要求合理，專業(yè)核心課程支撐作用突出，課程體系設(shè)計有行業(yè)企業(yè)專家參與。工程教育專業(yè)認證對4類課程的最低學分比例進行了具體的要求，見表1所列。針對4類課程的要求能夠體現(xiàn)學生能力的培養(yǎng)和達成。

表1 工程教育專業(yè)認證對4類課程的最低學分比例要求

根據(jù)計算機類專業(yè)補充標準，提出和補充了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)在某些方面的特殊要求，包括課程、課程作業(yè)和專業(yè)實踐環(huán)節(jié)，強調(diào)培養(yǎng)學生計算思維、基本算法、程序設(shè)計、系統(tǒng)能力和解決復雜工程問題的能力[9]。

3 面向系統(tǒng)能力培養(yǎng)的課程體系構(gòu)建

在新工科的計算機類專業(yè)建設(shè)中，系統(tǒng)能力培養(yǎng)是首當其沖的重要內(nèi)容，具有比以往更加迫切的要求[10]，培養(yǎng)相應(yīng)的技術(shù)領(lǐng)域方面的整體系統(tǒng)觀以及能夠進行軟硬件協(xié)同設(shè)計的貫通能力。系統(tǒng)能力的培養(yǎng)具有突出的工程教育特征，是解決復雜工程問題的直接體現(xiàn)。作為計算機類的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，對應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三層體系結(jié)構(gòu)，需要學生掌握感知識別層、網(wǎng)絡(luò)傳輸、綜合應(yīng)用的知識[11]，具備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的綜合開發(fā)能力，更需要培養(yǎng)學生的系統(tǒng)能力。

3.1 課程體系構(gòu)建

鄭州輕工業(yè)大學物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的培養(yǎng)目標是：面向戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，培養(yǎng)具有良好的人文科學素養(yǎng)和職業(yè)道德，扎實掌握數(shù)學、自然科學等基本知識以及物聯(lián)網(wǎng)工程領(lǐng)域的專業(yè)知識，具備較強的創(chuàng)新實踐能力，良好的團隊協(xié)作溝通能力和自主學習能力，能夠在物聯(lián)網(wǎng)工程領(lǐng)域從事軟硬件產(chǎn)品開發(fā)，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)及維護等工作的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。

針對高素質(zhì)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標，確定了人才培養(yǎng)知識、能力、素質(zhì)等要求，制定了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的課程體系。專業(yè)必修課之間的先修后續(xù)關(guān)系如圖1所示。

圖1 課程體系必修課程先修后續(xù)關(guān)系

在重構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系的過程中，學校、學院和專業(yè)在開展了長期大規(guī)模的企業(yè)調(diào)研、學生調(diào)查后，經(jīng)過科學論證，構(gòu)建了5個模塊、8個平臺的課程體系。5個模塊分別是通識教育、學科基礎(chǔ)、專業(yè)教育、自主發(fā)展和集中實踐。8個課程平臺分別是人文社科課程平臺、公共基礎(chǔ)課程平臺、科學素養(yǎng)教育平臺、學科基礎(chǔ)課程平臺、專業(yè)教育課程平臺、自主發(fā)展課程平臺、集中實踐教學平臺和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐（課外）。

3.2 專業(yè)核心課程設(shè)定

課程體系中需要支撐的基礎(chǔ)課較多，專業(yè)課知識點多且跳躍性強，各類專業(yè)核心課程聯(lián)系緊密，往往需要結(jié)合多個課程才能系統(tǒng)性地培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的基本能力。培養(yǎng)學生的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能力，需要打破原有課程之間的界限，統(tǒng)一規(guī)劃課程群中課程的教學內(nèi)容，構(gòu)建完整的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的知識體系。因此，專業(yè)核心課程的選定應(yīng)遵循：

（1）物聯(lián)網(wǎng)的感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層中，所對應(yīng)的課程群中至少1～2門課程作為核心課程；

（2）入選的核心課程應(yīng)能強化課程體系的邏輯性，能夠完成課程和知識的銜接，改變以往課程之間相互獨立、缺乏直接聯(lián)系的不足，保證課程體系和知識體系的系統(tǒng)性。

3.3 課程體系支撐畢業(yè)要求關(guān)系布局的合理性

根據(jù)人才培養(yǎng)方案，培養(yǎng)目標由12條畢業(yè)要求支撐，而12條畢業(yè)要求被細化為33個畢業(yè)要求內(nèi)涵觀測點，每個畢業(yè)要求內(nèi)涵觀測點均由2～4個教學環(huán)節(jié)來支撐，每門課程的支撐任務(wù)明確。課程體系中設(shè)置的各類課程能夠支撐標準中的各項畢業(yè)要求，課程的內(nèi)容及其考核方式能有效地支撐各項畢業(yè)要求的達成。課程體系中支撐畢業(yè)要求的課程共計50門，每個畢業(yè)要求都有對應(yīng)的多門課程支撐，如圖2所示。

圖2 課程設(shè)置對每項畢業(yè)要求的支撐總課程數(shù)目的分布情況

每門課程支撐1～4個畢業(yè)要求，實現(xiàn)了對畢業(yè)要求支撐的全覆蓋。其中，用以支撐工程知識、問題分析、設(shè)計/開發(fā)、問題研究這4個畢業(yè)要求的課程數(shù)遠大于其他8個畢業(yè)要求的課程數(shù)。

課程體系的設(shè)置緊緊圍繞課程關(guān)系的邏輯合理性，保證知識的連貫性和能力培養(yǎng)的遞進性。以畢業(yè)要求2為例，支撐畢業(yè)要求2的17門課程涵蓋了應(yīng)用數(shù)學、自然科學和工程科學的課程類型。以學生能夠針對物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的復雜工程問題，識別、表達、分析和獲得有效解決方案的能力培養(yǎng)為主線。通過傳感器技術(shù)及應(yīng)用、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)設(shè)計等3門專業(yè)課，培養(yǎng)學生識別和判斷物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域復雜工程問題中的硬件構(gòu)成、信息感知與傳輸和數(shù)據(jù)處理等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的能力。通過高等數(shù)學、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、電路分析、線性電子電路、計算機網(wǎng)絡(luò)5門課程培養(yǎng)學生正確表達物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域復雜工程問題的能力。通過數(shù)字邏輯分析與設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用4門課程培養(yǎng)學生認識到解決問題有多種方案可選擇并尋求可替代解決方案的能力。最后，通過離散數(shù)學、計算機組成原理、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計及應(yīng)用課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計5門課程，培養(yǎng)學生證實解決方案合理性的能力。從而實現(xiàn)了畢業(yè)要求2中所要求的對于學生科學思維能力和問題分析能力的培養(yǎng)。因此，支撐畢業(yè)要求的課程之間呈現(xiàn)了較好的遞進關(guān)系，邏輯性合理，能夠保證學生能力的培養(yǎng)。

4 結(jié) 語

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)作為新興的信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)，近幾年得到了迅猛的發(fā)展，對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才的需求在數(shù)量和質(zhì)量上都提出了更高的要求。鄭州輕工業(yè)大學物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)基于學校辦學定位和專業(yè)特色，結(jié)合新工科、工程教育專業(yè)認證對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的要求，重構(gòu)了面向系統(tǒng)能力培養(yǎng)的課程體系，強化學生物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能力的培養(yǎng)，不斷改進物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量。