基于CDIO理論的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學(xué)改革研究

（隴東學(xué)院 信息工程學(xué)院，甘肅 慶陽 745000）

0 引 言

CDIO（Conceive Design Implement Operate, CDIO）是國際工程教育改革產(chǎn)生的一種工程教育模式，包含構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作四層含義，通過CDIO工程教育模式的培育，不僅可以使學(xué)生主動學(xué)習(xí)，而且還可以使學(xué)生用工程的思想將各門課程有機(jī)地聯(lián)系起來學(xué)習(xí)。CDIO工程教育的培養(yǎng)模式是將培養(yǎng)學(xué)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識型、個人能力型、人際團(tuán)隊(duì)能力型和工程系統(tǒng)能力型四個不同目標(biāo)[1]，培養(yǎng)計(jì)劃按照四個不同目標(biāo)設(shè)定了相應(yīng)的培養(yǎng)模式及考核方式。CDIO包括了三個要素：一個愿景、一個大綱和十二條標(biāo)準(zhǔn)。一個愿景是能夠?yàn)樗袑W(xué)生提供基礎(chǔ)的工程教育思想；一個大綱是將整個CDIO教育流程具體化，使其教育模式的方向性更加明確，具有一定系統(tǒng)性；十二條標(biāo)準(zhǔn)是對整個工程教育模式指出了具體全面的工作細(xì)則、工作規(guī)范，對其實(shí)施及檢測做出了系統(tǒng)的、全面的指引，使得工程教育改革方法具體化、實(shí)踐可操作、數(shù)據(jù)可測量，這將對學(xué)生和教師都具有一定指導(dǎo)意義。CDIO具有工程教育理念先進(jìn)、實(shí)踐操作性強(qiáng)、課程體系全面、可以更好地適應(yīng)工程教育驅(qū)動的人才培養(yǎng)模式等優(yōu)點(diǎn)[1]。因此，轉(zhuǎn)型發(fā)展中的地方型本科院校，建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)這類工程應(yīng)用實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，可以采用CDIO的教育理念來開展教學(xué)方式方法的研究及創(chuàng)新。以CDIO理論為指導(dǎo)，對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程教學(xué)改革，培養(yǎng)學(xué)生的工程能力為主導(dǎo)，以物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生專業(yè)能力的職業(yè)化培養(yǎng)。

1 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)特點(diǎn)

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things, IoT）即萬物聯(lián)網(wǎng)之意，主要解決物到物、人到物、人到人之間的互聯(lián)關(guān)系。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是2012年頒布的普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄中的一個新專業(yè)，其屬于工學(xué)中的計(jì)算機(jī)大類[2]。計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的基礎(chǔ)，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)不僅包含網(wǎng)絡(luò)工程方面的理論和技能，還應(yīng)該具有電子信息工程、通信工程等相近學(xué)科的部分知識與技能。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)開設(shè)的課程可以分為基礎(chǔ)課和專業(yè)課兩大類，學(xué)生主要學(xué)習(xí)研究電子相關(guān)硬件和通信網(wǎng)絡(luò)彼此之間的作用、相互轉(zhuǎn)換的方法和技術(shù)，有著較強(qiáng)的工程實(shí)踐性。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)以萬物聯(lián)網(wǎng)為宗旨，以培養(yǎng)具有相關(guān)技能人才為目標(biāo)，要求畢業(yè)生具備通信技術(shù)、傳感技術(shù)等信息領(lǐng)域?qū)I(yè)知識，達(dá)到企業(yè)對工程技術(shù)人員的要求[3]。因此，高校專業(yè)課程設(shè)置與實(shí)踐教學(xué)體系的設(shè)計(jì)要圍繞專業(yè)基本能力的培養(yǎng)展開。

2 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學(xué)存在的問題

目前，國內(nèi)已開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的院校都在探索該專業(yè)的培養(yǎng)方式方法，但仍沒有完善的培養(yǎng)方案可以參考。通過調(diào)研地方型二本院校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)開設(shè)情況，結(jié)合本校實(shí)際情況，認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學(xué)存在以下問題：

（1）人才培養(yǎng)模式體系不夠完善。人才培養(yǎng)模式的設(shè)計(jì)是一個專業(yè)教學(xué)設(shè)置很重要的一部分，但由于學(xué)校自身資源匱乏等原因，設(shè)置適合應(yīng)用型人才培養(yǎng)的課程實(shí)施模式時，理論與實(shí)踐教學(xué)課時分配不能滿足工程能力培養(yǎng)的要求。或者說，雖然有完善的教學(xué)課程體系、課程標(biāo)準(zhǔn)、課程內(nèi)容、組織課堂教學(xué)、考核、評價，但實(shí)踐項(xiàng)目的工作過程、工作任務(wù)及職業(yè)能力培養(yǎng)如何有效地貫穿于物聯(lián)網(wǎng)課程教學(xué)的全過程，仍是一個值得思考的問題。

（2）師資力量薄弱。不同院校之間硬件設(shè)備及師資力量是不同的，這會使得物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的教學(xué)產(chǎn)生很大差異。比如，985、211院校的教學(xué)設(shè)備、師資力量都比較雄厚[4]，而普通二本院校在學(xué)習(xí)其成功教學(xué)案例時顯然是力不從心的。而物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)作為一個新專業(yè)，在普通本科院校開設(shè)最大的問題就是師資力量匱乏，這個問題比較普遍。

（3）沒有完善的學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)體系。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的產(chǎn)物，其對學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力要求比較高，而由于教師大多都是理論比較扎實(shí)，但是實(shí)踐應(yīng)用能力不夠強(qiáng)，加上學(xué)校硬件資源缺乏，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)過程大多局限于軟件仿真或者實(shí)驗(yàn)箱模擬，這樣學(xué)生的工程實(shí)踐能力仍然沒有得到較大提高，更沒有創(chuàng)新能力的提高[5]。由于沒有完善的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)體系，學(xué)生對于各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目及競賽更是望塵莫及，沒有信心嘗試與挑戰(zhàn)，這不符合應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)[6]。

3 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學(xué)改革方案

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的教學(xué)體系不夠完善，本文針對上述問題設(shè)計(jì)教學(xué)改革的具體思路：首先，調(diào)研并分析相關(guān)企業(yè)項(xiàng)目研究方向、項(xiàng)目設(shè)計(jì)內(nèi)容、項(xiàng)目目標(biāo)及員工工作技能要求，得出相關(guān)崗位對人才職業(yè)能力的要求，結(jié)合學(xué)校自身?xiàng)l件及人才培養(yǎng)特色，完善人才培養(yǎng)方案。其次，根據(jù)崗位對人才職業(yè)能力要求，構(gòu)建課程體系、制定課程標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)置課程內(nèi)容、設(shè)計(jì)教學(xué)情境，對課程體系進(jìn)一步優(yōu)化。然后，通過與企業(yè)合作，加強(qiáng)師資培訓(xùn)，不斷壯大物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教師隊(duì)伍，提高教師工程實(shí)踐能力。最后，優(yōu)化課程建設(shè)管理機(jī)制。

3.1 明確物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)定位

（1）人才培養(yǎng)目標(biāo)。順應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”和大數(shù)據(jù)時代信息技術(shù)的發(fā)展趨勢，分析社會對專業(yè)人才的需求，結(jié)合地方型本科院校人才培養(yǎng)特色及要求，確定適合本校本專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)及定位，為后續(xù)專業(yè)建設(shè)及改革提供基礎(chǔ)和思路。

（2）人才培養(yǎng)方式。根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求，研究傳統(tǒng)人才培養(yǎng)方案及大綱，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需求，培養(yǎng)對象應(yīng)掌握相關(guān)專業(yè)知識及結(jié)構(gòu)、知識點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系、課程的先后學(xué)習(xí)順序，確定課程設(shè)置的邏輯關(guān)系及授課方式，同時確定相關(guān)課程的考核方式及教學(xué)體系評價辦法。

（3）人才能力培養(yǎng)宗旨。根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求，研究物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才應(yīng)具備的能力，及能力間的關(guān)系，確定應(yīng)用型人才所需理論能力和實(shí)踐應(yīng)用能力，有針對性地安排實(shí)驗(yàn)課程和實(shí)踐課程，以達(dá)到CDIO教學(xué)理念的教學(xué)目標(biāo)。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系設(shè)置優(yōu)化

（1）物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系建設(shè)及創(chuàng)新。調(diào)研地方型本科院校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設(shè)的基本思路、常用教學(xué)方法、校企合作途徑、課程設(shè)置及教學(xué)評價標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合CDIO教學(xué)改革理念，提出更為科學(xué)、實(shí)用、合理的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系，進(jìn)一步完善教學(xué)內(nèi)容。

（2）物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)特色課程、一流課程建設(shè)。一流專業(yè)建設(shè)及一流課程建設(shè)是當(dāng)前專業(yè)建設(shè)及教學(xué)改革研究的重點(diǎn)，可以通過特色課程的設(shè)置，促進(jìn)專業(yè)發(fā)展；通過一流課程的建設(shè)帶動其他課程的建設(shè)，重點(diǎn)將CDIO理念運(yùn)用在教學(xué)改革、課程體系建設(shè)及一流課程建設(shè)中，使課程建設(shè)更具有研究價值和實(shí)用性。

3.3 體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的課程教學(xué)與教師隊(duì)伍建設(shè)

（1）系統(tǒng)優(yōu)化后的理論課程教學(xué)改革。面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)，研究理論教學(xué)應(yīng)達(dá)到的深度及高度；運(yùn)用現(xiàn)代化信息手段進(jìn)行教學(xué)方式改革；采用線上線下混合式教學(xué)方式展開理論課程的教學(xué)；在理論教學(xué)中積極融入課程思政內(nèi)容；理論教學(xué)應(yīng)為實(shí)踐實(shí)驗(yàn)教學(xué)做良好的理論基礎(chǔ)；理論教學(xué)效果的考核應(yīng)采用更靈活、更多樣的方式進(jìn)行全面的考核，應(yīng)更注重工程實(shí)踐能力的考核。

（2）系統(tǒng)優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程教學(xué)改革。對于物聯(lián)網(wǎng)工程類工科專業(yè)，其培養(yǎng)學(xué)生的重點(diǎn)是工程應(yīng)用能力、實(shí)踐能力，因此實(shí)踐課程是教學(xué)改革的重中之重。實(shí)踐課程應(yīng)重點(diǎn)研究新形勢下學(xué)生的社會實(shí)踐該如何展開，如何選擇理論性強(qiáng)且實(shí)踐應(yīng)用豐富的主題；實(shí)驗(yàn)教學(xué)在軟硬件設(shè)施不足時，可以用虛擬仿真系統(tǒng)來實(shí)施，以項(xiàng)目驅(qū)動學(xué)生思考、設(shè)計(jì)，可以達(dá)到更好的教學(xué)效果；實(shí)踐實(shí)驗(yàn)教學(xué)的考試（考核）讓學(xué)生以小組為單位，小組成員分工協(xié)作完成一個具體項(xiàng)目。

（3）體系優(yōu)化后的教師隊(duì)伍建設(shè)。隨著課程體系的變革，教師作為教學(xué)的主體，也需要做一些調(diào)整以適應(yīng)新的課程體系。因而，急需建立一支專業(yè)水平、學(xué)歷結(jié)構(gòu)、職稱結(jié)構(gòu)、年齡結(jié)構(gòu)、師生比例較為合理的師資隊(duì)伍，從而不斷提高物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)師資整體水平，優(yōu)化教學(xué)團(tuán)隊(duì)，以主講教師帶動課程相關(guān)教師改變教學(xué)方法，使得課程建設(shè)能夠有創(chuàng)新性進(jìn)步[6]。教師應(yīng)以工程應(yīng)用理念為驅(qū)動，通過運(yùn)用視頻案例教學(xué)，啟發(fā)學(xué)生思考，讓學(xué)生參與到教學(xué)活動中，增加對學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解深度，同時調(diào)動學(xué)生視、聽、說能力協(xié)調(diào)發(fā)展，將教學(xué)內(nèi)容以多維度、多視角方式呈現(xiàn)，提高學(xué)習(xí)效率。

3.4 體系優(yōu)化后的課程建設(shè)管理機(jī)制研究

分析原有課程建設(shè)管理機(jī)制的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合體系優(yōu)化后的課程特點(diǎn)，分析課程優(yōu)化中存在的問題、重點(diǎn)及難點(diǎn)。建立一套科學(xué)合理、切實(shí)可行的課程建設(shè)管理制度、考核制度、監(jiān)控和獎懲機(jī)制，從而實(shí)現(xiàn)課程建設(shè)方案的可行化、可靠化和工程應(yīng)用化管理，為后期課程改革及創(chuàng)新提供基礎(chǔ)和方向。

4 結(jié) 語

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學(xué)模式改革是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的必然要求，積極尋求與企業(yè)合作，共同制定物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的人才培養(yǎng)方案和課程評價體系，共建實(shí)踐基地，讓企業(yè)與學(xué)校共同參與教學(xué)，是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)建設(shè)的方向。另外，教師可以借助學(xué)校平臺參加各級各類互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽和項(xiàng)目，主動引導(dǎo)，積極培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，為社會培養(yǎng)出具有創(chuàng)新能力和工程應(yīng)用能力的新一代信息技術(shù)人才。