新工科視域下物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)研究
——以煙臺(tái)大學(xué)為例

劉 霞，王欣欣，晉 剛

（煙臺(tái)大學(xué)物理與電子信息學(xué)院 山東 煙臺(tái) 264005）

創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動(dòng)力，持續(xù)推進(jìn)工程教育改革創(chuàng)新。在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的時(shí)代背景下，構(gòu)建適應(yīng)產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略發(fā)展需求的教學(xué)模式已成為當(dāng)前的重點(diǎn)。

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設(shè)的研究主要集中在以下幾個(gè)方面：一是對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程創(chuàng)新教學(xué)理念與教學(xué)模式的研究[1-2]，探索基于CDIO（構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)施—運(yùn)作）、體驗(yàn)式學(xué)習(xí)、混合式以及運(yùn)用案例教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)方法；二是針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程特定課程的教學(xué)改革研究[3-5]，如嵌入式原理與應(yīng)用、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)等核心課程，結(jié)合課程定位及實(shí)際情況，研究如何完善和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)資源、教學(xué)過程以及師資隊(duì)伍等方面；三是對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式的研究[6]，融合人才培養(yǎng)方案制訂實(shí)施過程，從培養(yǎng)目標(biāo)、核心能力、課程結(jié)構(gòu)、實(shí)踐安排等方面進(jìn)行改革，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)工程卓越工程師人才培養(yǎng)模式，探索以行業(yè)需求為導(dǎo)向的應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)。

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)具備集實(shí)用性、交叉性與綜合性于一體的學(xué)科特點(diǎn)，涵蓋通信、電子及軟件設(shè)計(jì)等各個(gè)層面，尤為注重學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)。鑒于近年來實(shí)踐教學(xué)理念研究的不斷推進(jìn)，本文借助CiteSpace 工具對(duì)當(dāng)前我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐教學(xué)研究的熱點(diǎn)予以梳理，以煙臺(tái)大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)為例，從物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐教學(xué)改革的總體框架、具體實(shí)施路線等方面予以剖析，為探索如何真正將理論、實(shí)踐、創(chuàng)新融為一體的新工科路徑建設(shè)提供借鑒和參考。

1 我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)研究概況

通過CNKI 中國(guó)知網(wǎng)學(xué)術(shù)文獻(xiàn)總庫，以“實(shí)踐教學(xué)”為檢索詞，時(shí)間節(jié)點(diǎn)設(shè)置為2013 年1 月-2023 年8 月，篩選出物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的研究文獻(xiàn)，剔除無關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)后，共檢索到有效期刊文獻(xiàn)311 篇，以Refworks格式導(dǎo)出后進(jìn)行保存。使用文獻(xiàn)計(jì)量分析軟件CiteSpace（6.2.R4.64-bit 版本）完成文獻(xiàn)主題詞的主題提取，如圖1 所示生成新工科視域下物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)模式研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)知識(shí)圖譜，其中時(shí)間切片設(shè)置為1 年，閾值設(shè)定為30，獲得節(jié)點(diǎn)數(shù)為262，連線數(shù)為472，密度為0.0138。

圖1 關(guān)鍵詞共現(xiàn)知識(shí)圖譜

關(guān)鍵詞共現(xiàn)知識(shí)圖譜反映出當(dāng)前我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)研究的熱點(diǎn)分布情況。從圖1 可以看出，圍繞“新工科”“實(shí)踐教學(xué)”“物聯(lián)網(wǎng)”這三個(gè)方面，相關(guān)機(jī)構(gòu)和學(xué)者對(duì)其中涉及的教學(xué)改革、人才培養(yǎng)、課程體系、教學(xué)模式、實(shí)踐平臺(tái)、工程教育、校企合作、協(xié)同育人等方面進(jìn)行了大量的研究與實(shí)踐。從節(jié)點(diǎn)突發(fā)強(qiáng)度來看，近10 年節(jié)點(diǎn)突發(fā)強(qiáng)度最大的關(guān)鍵詞是“課程體系”，強(qiáng)度值為5.13，其涉及的課程內(nèi)容整合、實(shí)踐教學(xué)強(qiáng)化以及學(xué)科交叉和優(yōu)化評(píng)價(jià)體系構(gòu)建是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)研究的持續(xù)關(guān)注點(diǎn)。近3 年節(jié)點(diǎn)突發(fā)強(qiáng)度最大的關(guān)鍵詞是“工程訓(xùn)練”，強(qiáng)度值為1.42，說明依托校內(nèi)實(shí)訓(xùn)、校企合作實(shí)訓(xùn)和在線仿真訓(xùn)練等形式的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)成為近年來的重點(diǎn)。

2 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的研究重點(diǎn)

對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)“實(shí)踐教學(xué)”研究領(lǐng)域關(guān)鍵詞共現(xiàn)知識(shí)圖譜中的高頻關(guān)鍵詞進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，形成高頻關(guān)鍵詞統(tǒng)計(jì)表，如表1 所示。從表1 中可以看出，新工科提出之前就已經(jīng)有相關(guān)的研究機(jī)構(gòu)在探索實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)理念。隨著新工科理念的誕生，地方高校也在不斷加深實(shí)踐探索，并提出和深化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理念。表1 中的“人才培養(yǎng)”和“教學(xué)改革”兩個(gè)關(guān)鍵詞的中介中心性均大于0.1，這說明這些節(jié)點(diǎn)在知識(shí)圖譜中的作用最強(qiáng)，進(jìn)一步印證了目前新工科實(shí)踐教學(xué)研究多圍繞這些方面展開。

表1 高頻關(guān)鍵詞統(tǒng)計(jì)表

3 煙臺(tái)大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)研究探索

深化教學(xué)改革應(yīng)以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和潛能為核心，從新工科專業(yè)建設(shè)和人才培養(yǎng)的宏觀角度出發(fā)，注重提高學(xué)生的應(yīng)用創(chuàng)新能力和綜合實(shí)踐能力。煙臺(tái)大學(xué)從實(shí)踐教學(xué)理念、人才培養(yǎng)模式、教學(xué)改革模式、體系構(gòu)建等多個(gè)維度改革創(chuàng)新，綜合考慮教學(xué)管理、教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控、教師隊(duì)伍、實(shí)驗(yàn)設(shè)備條件等因素，形成優(yōu)化過程、要素協(xié)調(diào)、質(zhì)量保障、可操作性強(qiáng)的課程體系建設(shè)方案。具體如下。

3.1 塑造實(shí)踐教學(xué)新理念和新方式

煙臺(tái)大學(xué)為了更好地培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，不斷更新教學(xué)理念和教學(xué)方式，堅(jiān)持“行動(dòng)導(dǎo)向”的教學(xué)觀，實(shí)踐“教、學(xué)、做”一體化的教學(xué)模式。著力改變傳統(tǒng)單向灌輸?shù)慕虒W(xué)模式，以促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展為中心，主動(dòng)對(duì)接山東半島的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求，堅(jiān)持服務(wù)需求、成效導(dǎo)向，不斷引入新穎的教學(xué)理念改善教學(xué)方式。同時(shí)，融入工程素養(yǎng)和工程倫理教育，培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任擔(dān)當(dāng)意識(shí)，進(jìn)行工程師職業(yè)道德的培植。

3.2 深化教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革

煙臺(tái)大學(xué)堅(jiān)持先進(jìn)性、應(yīng)用性和實(shí)踐性的原則，構(gòu)建“重交叉、有方向、模塊化”的實(shí)踐課程體系。建設(shè)了一批具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的實(shí)踐課程案例模塊，并加強(qiáng)“智慧樹”“煙臺(tái)大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)”等網(wǎng)絡(luò)資源平臺(tái)建設(shè)，形成涵蓋專業(yè)教學(xué)、科研開發(fā)和成果推廣應(yīng)用的系統(tǒng)化與規(guī)范化網(wǎng)絡(luò)資源平臺(tái)。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)構(gòu)建了“理論教學(xué)+實(shí)踐教學(xué)+科研創(chuàng)新”相結(jié)合的教學(xué)新體系，該體系旨在將創(chuàng)新能力培養(yǎng)融入本科理論課程與實(shí)踐課程各個(gè)環(huán)節(jié)，以提高學(xué)生的實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)。

3.3 構(gòu)建多元化、多層次的人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系

煙臺(tái)大學(xué)以“工學(xué)結(jié)合”為重要突破口，推動(dòng)人才培養(yǎng)模式改革，逐步形成以實(shí)際應(yīng)用為導(dǎo)向的實(shí)踐實(shí)訓(xùn)模式。學(xué)生通過參與課程設(shè)計(jì)、學(xué)科競(jìng)賽和科研項(xiàng)目等活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)、技能、素養(yǎng)和思政等方面的綜合培養(yǎng)，具備了反向工程設(shè)計(jì)思維和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維方式。同時(shí)，建立多元化、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控和持續(xù)改進(jìn)體系，以確保人才培養(yǎng)質(zhì)量的不斷提升。借助工程教育專業(yè)認(rèn)證的契機(jī)，加強(qiáng)各門課程的教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控，以“全過程性考核”方式加大對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的評(píng)估評(píng)價(jià)。

3.4 構(gòu)建學(xué)科、產(chǎn)教融合一體的實(shí)踐平臺(tái)新體系

煙臺(tái)大學(xué)通過多種途徑大力推進(jìn)校企合作、產(chǎn)教融合、協(xié)同育人模式的發(fā)展，不斷提高師資隊(duì)伍的學(xué)術(shù)視野和科研水平。同時(shí)，積極構(gòu)建校企合作人才集聚的平臺(tái)，并嘗試建設(shè)多方參與的云計(jì)算、大數(shù)據(jù)或人工智能產(chǎn)業(yè)化研究平臺(tái)。這些舉措有助于加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作，促進(jìn)人才培養(yǎng)和科技創(chuàng)新，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

4 研究結(jié)果與展望

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)研究是一項(xiàng)至關(guān)重要的工作，它不僅關(guān)系到學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力，還對(duì)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響。在當(dāng)前的實(shí)踐教學(xué)研究中，以煙臺(tái)大學(xué)為代表的地方院校主要致力于構(gòu)建與物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)相關(guān)的資源體系，通過不斷豐富和優(yōu)化課程建設(shè)，以進(jìn)一步推廣優(yōu)質(zhì)教育資源，讓更多的學(xué)生受益。未來，物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐教學(xué)將更加注重與行業(yè)的緊密合作，通過校企聯(lián)合開展科研項(xiàng)目、共建實(shí)驗(yàn)室等方式，提高實(shí)踐教學(xué)的實(shí)用性和前瞻性，引入更多的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)造力。通過不斷探索和創(chuàng)新，培養(yǎng)出更多具備實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的人才，為推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。