國家職業(yè)技術技能標準下物聯(lián)網(wǎng)嵌入式學科教育教學探索

楊 露，康曉娜

（成都東軟學院 計算機與軟件學院，四川 成都 611844）

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)技術的飛速發(fā)展給嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展與應用提供了更廣泛的空間，為嵌入式相關課程的教學內(nèi)容注入了新鮮血液。然而，物聯(lián)網(wǎng)技術在給嵌入式帶來新機遇的同時，也帶來了新的挑戰(zhàn)。物聯(lián)網(wǎng)工程是一門綜合性學科，涉及到智能感知、軟硬件開發(fā)、網(wǎng)絡通信、信息安全等多方面知識領域。由于學科的復雜程度，固守傳統(tǒng)的教學出現(xiàn)了一些不合時宜的問題，如缺乏專業(yè)針對性、創(chuàng)新意識薄弱；實踐教學課時不足，動手能力培養(yǎng)效果欠佳；學生就業(yè)易出現(xiàn)高不成、低不就現(xiàn)象等。這不利于創(chuàng)新性的物聯(lián)網(wǎng)人才的培養(yǎng)，無法迎合時代發(fā)展的需要。嵌入式軟硬件課程如何契合物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的教育教學，是從事物聯(lián)網(wǎng)教育的工作者面臨的新的難題[1,2]。如何實現(xiàn)學生專業(yè)能力、素質(zhì)能力和工程能力的綜合性培養(yǎng)，需要在培養(yǎng)目標、課程體系以及教學方式上進行相應的改革及優(yōu)化。

1 培養(yǎng)目標

明確培養(yǎng)目標（朝什么方向教）是教育教學過程中需把握的首要關鍵因素，是專業(yè)學科培養(yǎng)的方針導向。2021年10月，國家人力資源保障部、工業(yè)和信息化部正式頒布了《物聯(lián)網(wǎng)工程技術人員國家職業(yè)技術技能標準》（以下簡稱《國標》），實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)工程技術人員專業(yè)活動內(nèi)容的規(guī)范細致描述。該技術人員的職業(yè)定義是從事物聯(lián)網(wǎng)架構、平臺、芯片、傳感器、智能標簽等技術的研究和開發(fā)，以及物聯(lián)網(wǎng)工程的設計、測試、維護、管理和服務的工程技術人員；職業(yè)方向有三個，其中之一則是物聯(lián)網(wǎng)嵌入式開發(fā)[3]。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才的培養(yǎng)應以《國標》為依據(jù)進行有實際意義的教育教學改革，做到與國家發(fā)展、社會需求接軌。

2 課程體系

職業(yè)標準以職業(yè)活動為導向，以專業(yè)能力為核心，尊重技術發(fā)展和人才成長規(guī)律，突出相關職業(yè)領域的核心理論知識、主流技術及未來發(fā)展要求。以《國標》作為指導方針，有據(jù)可循、有理可依，特點鮮明。參考《國標》中物聯(lián)網(wǎng)嵌入式方向初級和中級技術人員職業(yè)功能所對應的專業(yè)能力要求及知識要求，確立物聯(lián)網(wǎng)嵌入式方向的課程體系，制定相應的課程教學內(nèi)容。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的課程可分為學科基礎課和專業(yè)主干課[4]。學科基礎包括若干門計算機類及物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)基礎性課程，如程序設計基礎（如C、Python 等）、計算機組成原理、計算機網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)結構、操作系統(tǒng)、面向?qū)ο蟪绦蛟O計等，為計算機大門類的必修課程；物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)導引課、物聯(lián)網(wǎng)概論、大數(shù)據(jù)與云計算基礎、人工智能基礎、移動應用開發(fā)等，為面向物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的基礎性課程。學科主干課程包含七門核心課程：智能感知技術、單片機原理與應用、物聯(lián)網(wǎng)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、實時操作系統(tǒng)應用開發(fā)，為物聯(lián)網(wǎng)軟硬件構建的技術性課程；物聯(lián)網(wǎng)通信技術、物聯(lián)網(wǎng)信息安全、物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術，為物聯(lián)網(wǎng)通信組網(wǎng)技術性課程。課程體系及與《國標》中的職業(yè)能力映射關系如圖1所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)嵌入式學科課程體系

《國標》中物聯(lián)網(wǎng)嵌入式方向的職業(yè)功能一是感知控制開發(fā)，智能感知技術、單片機原理與應用課程支撐物聯(lián)網(wǎng)嵌入式初級所對應的職業(yè)能力的映射；物聯(lián)網(wǎng)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、實時操作系統(tǒng)應用開發(fā)支撐中級指標的映射。物聯(lián)網(wǎng)通信技術支撐物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議應用開發(fā)（職業(yè)功能二）和物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)通信開發(fā)（職業(yè)功能三）的初級職業(yè)能力指標，物聯(lián)網(wǎng)信息安全、物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術這兩門課程則對應高級能力指標。課程的知識點與能力要求見表1 所列。除必修課程外，可適當開設選修課程供學生進行進階學習，如結合實際項目的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃與設計、物聯(lián)網(wǎng)工程實施與運維知識以及相關法律法規(guī)知識。

表1 課程知識點與能力要求

3 教學組織

CDIO 是國際工程教育發(fā)展的最新成果[5]。東軟學院在踐行CDIO（C-構思、D-設計、I-實現(xiàn)、O-運作）工程教育理念的基礎上，以“項目進課堂”為宗旨，實施“1321”學期設置（一個學年3 個學期，其中2 個理論學期，1 個實踐學期），強化實踐教學，推行任務驅(qū)動、項目導向等“學做一體化”的教學模式[6]。結合物聯(lián)網(wǎng)嵌入式方向的課程培養(yǎng)體系，理論學期實施以項目（三級項目）教學為導向的理論教學，以精講多練的方式完成學科基礎課和學科主干課的教學。實踐學期實施項目實訓教學，重在“實際應用”，按照教育教學規(guī)律實施達成職業(yè)技能的、面向行業(yè)應用的進階式項目實踐教學[7,8]。課程及項目的進程安排如圖2所示。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)嵌入式學科學習進程

按照本科四年學制的安排，大一學年的理論學期完成學科的基礎課（計算機大類必修課），大一的實踐學期進行基本能力實訓，是基于學科基礎課的核心知識點運用和能力培養(yǎng)要求而設置的一個項目實訓，該實訓通常為程序設計類題目（如小游戲開發(fā)），培養(yǎng)和提升學生的計算機素養(yǎng)和編程基本功；大二學年完成學科基礎課（面向物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)通識基礎課）以及部分學科主干課（物聯(lián)網(wǎng)軟硬件構建類），在實踐學期進行專業(yè)能力實訓一，即基于嵌入式課程群的應用系統(tǒng)開發(fā)類的實訓，通過實訓熟練掌握嵌入式軟硬件開發(fā)平臺及工具的使用，熟悉應用的開發(fā)流程，提升感知控制開發(fā)的能力；大三學年完成其余學科主干課，并進行實踐學習完成專業(yè)能力實訓二，基于組網(wǎng)通信的物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)設計，掌握嵌入式物理設備組網(wǎng)通信的關鍵技術及實現(xiàn)。

學生在理論學期中掌握專業(yè)知識和關鍵技術，在小學期實訓中，完成應用系統(tǒng)設計、規(guī)劃、實施及應用創(chuàng)新，讓學生提出更多有創(chuàng)意的解決方案或開發(fā)出有新意的物聯(lián)網(wǎng)應用作品，通過對學生小學期實訓效果的評價和總結，積極推動優(yōu)秀作品的成果轉(zhuǎn)化，參與科技競賽、成果專利申報等[9]。

大一至大三學年施行的基本能力實訓和專業(yè)能力實訓主要訓練學生綜合應用多門課程知識，培養(yǎng)專業(yè)核心綜合能力。在前三學年的學習基礎上，大四學年進行一個“壓頂石”項目，即學科綜合實訓，將物聯(lián)網(wǎng)嵌入式行業(yè)與崗位實際的項目轉(zhuǎn)換為可教學化的項目，可聯(lián)合企業(yè)開展定制培養(yǎng)，通過引入企業(yè)軟硬件開發(fā)平臺或教學資源，利用現(xiàn)有實驗室資源，對接職業(yè)標準，輔助特色小學期實訓課程的建設與改進，校企合作共同完成學生實踐教學任務，全面強化實踐技能和體驗崗位工程師構思、設計、實施、運行的工程能力，同時為畢業(yè)設計打好堅實的基礎。

4 結語

國家職業(yè)技術技能標準的頒布為物聯(lián)網(wǎng)嵌入式人才的培養(yǎng)提供了最新依據(jù)及培養(yǎng)方向。以《物聯(lián)網(wǎng)工程技術人員國家職業(yè)技術技能標準》為總指導方針，并按照我校踐行工程教育理念的教學工作特色，以培養(yǎng)學生物聯(lián)網(wǎng)嵌入式系統(tǒng)研究與應用能力和創(chuàng)新意識為動力，旨在明確現(xiàn)行該發(fā)展方向人才培養(yǎng)的關鍵要素和新思路，輔助培養(yǎng)應用型人才的課程體系的改進與完善，促進實踐平臺與科技活動平臺的搭建和運行[10]。同時，借提出的專業(yè)建設參考思路進行拋磚引玉，引出教育同仁的更多的關于物聯(lián)網(wǎng)人才教育教學的創(chuàng)新探索。