基于PBL的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)研究

摘 要：在“新工科”建設(shè)的背景下，圍繞著培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)應(yīng)用型高級技術(shù)人才的目標(biāo)，以PBL教學(xué)法和協(xié)同創(chuàng)新理念為指導(dǎo)思想，探究物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)的新模式。通過構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)智慧學(xué)習(xí)工廠推進產(chǎn)教融合力度，升華和革新校企合作模式，強化本科生創(chuàng)新能力，為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供了一種思路。

關(guān)鍵詞：PBL；物聯(lián)網(wǎng)工程；智慧學(xué)習(xí)工廠；產(chǎn)教融合；創(chuàng)新能力；教育體系改革

中圖分類號：TP3-05 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）10-0-03

0 引 言

黨的十九大報告指出，創(chuàng)新是推動現(xiàn)代化經(jīng)濟發(fā)展的主要驅(qū)動力[1]。日本、歐美等國家和地區(qū)已經(jīng)進行了大量的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究，2016年，中國政府明確把物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等核心技術(shù)納入了“十三五”規(guī)劃。在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈迅猛發(fā)展的背景下，為了推進我國物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)的發(fā)展，急需培養(yǎng)具備物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新思維及實踐能力的高級人才。近年來，國家極其重視高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革，因此對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育方面的改革與探索十分必要。

1 物聯(lián)網(wǎng)工程人才培養(yǎng)現(xiàn)狀

當(dāng)前，國內(nèi)外許多高校都在積極探索教學(xué)模式的改革，但也暴露出一些現(xiàn)實問題，主要體現(xiàn)在以下3個方面：

（1）物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)如何進行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教學(xué)實踐改革。隨著“大眾創(chuàng)新，萬眾創(chuàng)業(yè)”號召的提出，各高校相繼開展“互聯(lián)網(wǎng)+”“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”等項目，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)作為國家重點發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)學(xué)科，其技術(shù)的創(chuàng)新性和復(fù)合型適用于大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，但技術(shù)如何與企業(yè)接軌是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育所必須解決的關(guān)鍵問題。

（2）多樣化專業(yè)培養(yǎng)方式亟需深化[2]。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是一個綜合性學(xué)科，知識覆蓋面廣，當(dāng)前學(xué)生培養(yǎng)方式較單一，不能調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，因此急需探索多樣化的培養(yǎng)模式，提供個性化的教育方式。

（3）創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程實踐環(huán)節(jié)亟需整合優(yōu)化。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)具有很強的實踐性，由于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐環(huán)節(jié)未能滿足新時代的社會需求，導(dǎo)致實踐實訓(xùn)內(nèi)容和社會需求存在一定的脫節(jié)[3]。針對目前物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式中存在的問題，急需以“新工科”建設(shè)為引領(lǐng)[4]，在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、云計算和大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域深入探索研究創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體制和人才培養(yǎng)機制教學(xué)改革模式，打破傳統(tǒng)單一教學(xué)模式，融合PBL與協(xié)同創(chuàng)新教育理念和教學(xué)方法，建設(shè)“面向應(yīng)用”的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的新型教學(xué)體系，構(gòu)建滿足本專業(yè)需求的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教學(xué)平臺。

2 基于PBL與協(xié)同創(chuàng)新的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體系改革

2.1 基于PBL創(chuàng)新能力培養(yǎng)優(yōu)化

PBL是指基于實踐、問題及項目的一種動態(tài)教學(xué)方法，其核心是以學(xué)生為中心，有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，促使學(xué)生使用科學(xué)的觀點及方法探究復(fù)雜的工程問題，主動獲取知識，積極思考問題。在長期研究與實踐中，以PBL和協(xié)同創(chuàng)新理論為基礎(chǔ)，并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的實際情況，提出一種面向應(yīng)用型、復(fù)合型人才培養(yǎng)新模式，如圖1所示。整合校內(nèi)外教學(xué)資源，將基于PBL的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育模式融入人才培養(yǎng)框架中，實施分類、分層的個性化教學(xué)。

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)要求學(xué)生不僅具有扎實的理論知識和優(yōu)秀的實踐能力，更要求學(xué)生具有包括基礎(chǔ)能力、應(yīng)用能力、工程能力及崗位能力的思維創(chuàng)新應(yīng)用能力，以解決復(fù)雜的工程問題。

培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)能力，強化學(xué)生的工匠精神。改革現(xiàn)有課堂教學(xué)模式和實踐教學(xué)體系，利用智慧學(xué)習(xí)工廠或網(wǎng)課、慕課等線上資源面向低年級學(xué)生開設(shè)基于項目案例引導(dǎo)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)通識課程，通過設(shè)置交叉學(xué)科復(fù)合課程、個性化課程和實踐實訓(xùn)環(huán)節(jié)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維及感性認(rèn)識，增強學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)業(yè)意識。

校企合作，一課雙師，改革單一教學(xué)模式。聘請企業(yè)技術(shù)人員擔(dān)任導(dǎo)師進行技術(shù)指導(dǎo)，設(shè)計基于實際工程的實踐項目，產(chǎn)教融合將新技術(shù)、新知識及時融入教學(xué)進行應(yīng)用能力培養(yǎng)。

結(jié)合社會需求，通過產(chǎn)教融合強化工程能力[5]，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。面向有項目成果的學(xué)生團隊提供資金支持，選拔優(yōu)秀的創(chuàng)新項目分層次、分級孵化，并進行跟蹤服務(wù)，進一步提高創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的成功率[6]。

一專多能，多崗位遷移能力及創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。通過產(chǎn)教融合基地進行專業(yè)見習(xí)、職業(yè)素養(yǎng)培訓(xùn)及多崗位綜合實訓(xùn)，學(xué)生通過工程實踐學(xué)習(xí)專業(yè)技能和技術(shù)，體驗崗位工作內(nèi)容[7]。

基于PBL的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式將學(xué)生的工程實踐能力、職業(yè)崗位能力及創(chuàng)新思維能力作為人才培養(yǎng)的核心，從而保障本專業(yè)學(xué)生高質(zhì)量就業(yè)。

2.2 構(gòu)建“智慧學(xué)習(xí)工廠”，加強物聯(lián)網(wǎng)工程的“多元”教學(xué)資源開發(fā)框架建設(shè)

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)多學(xué)科融合、重應(yīng)用、重實踐的特點，依托“產(chǎn)教融合、校企合作”突破傳統(tǒng)學(xué)習(xí)場景的桎梏，建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)智慧學(xué)習(xí)工廠，如圖2所示。系統(tǒng)由自主學(xué)習(xí)模塊、智慧學(xué)習(xí)工廠模塊、教學(xué)評價與反饋等主要模塊組成。通過項目案例視頻演示、任務(wù)引導(dǎo)、設(shè)備詳解、應(yīng)用搭建、代碼二次開發(fā)、系統(tǒng)測試等方式培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維及系統(tǒng)開發(fā)能力。智慧學(xué)習(xí)工廠中包括以“成果為導(dǎo)向”建設(shè)的智能

農(nóng)業(yè)、智能家居、智慧交通等物聯(lián)網(wǎng)典型案例。例如，在物聯(lián)網(wǎng)智慧學(xué)習(xí)工廠搭建智能家居應(yīng)用，通過建立網(wǎng)關(guān)通信，發(fā)送指令獲取采集器數(shù)據(jù)并控制繼電器通道的開關(guān)，或者設(shè)置閾值，智能控制設(shè)備開關(guān)等，讓學(xué)生掌握智能硬件的選型，了解智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的搭建步驟。

智慧學(xué)習(xí)工廠中設(shè)計了基于項目基礎(chǔ)開發(fā)、專項開發(fā)、應(yīng)用拆解、綜合案例等多層次、全過程的多元教學(xué)資源。首先，學(xué)生通過智慧學(xué)習(xí)工廠中基礎(chǔ)及專項開發(fā)等案例，掌握實際物聯(lián)網(wǎng)項目搭建流程，幫助學(xué)生掌握和理解開發(fā)過程，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)開發(fā)能力。接著按照應(yīng)用進行拆解，通過硬件設(shè)備選型、綜合設(shè)計、實例解析及代碼二次開發(fā)等將物聯(lián)網(wǎng)各部分知識串聯(lián)起來搭建綜合物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。最后通過項目測試、評價及問題、分析討論使學(xué)生了解實際工程項目開發(fā)全過程及技術(shù)瓶頸，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。智慧學(xué)習(xí)工廠解決了以往課程內(nèi)容相對獨立、實踐內(nèi)容相關(guān)性弱、課程知識銜接性弱等問題。通過智慧學(xué)習(xí)工廠多元教學(xué)資源開展基于物聯(lián)網(wǎng)典型案例的產(chǎn)教融合特色教學(xué)，同時通過建立校企合作高?？萍紕?chuàng)新團隊和工作室，和企業(yè)簽訂協(xié)同育人合同，聘請企業(yè)導(dǎo)師進行技術(shù)指導(dǎo)，企業(yè)導(dǎo)師入校進行基于真實工程項目的實踐培訓(xùn)，企業(yè)支持舉辦物聯(lián)網(wǎng)學(xué)科競賽等，使教學(xué)內(nèi)容與社會需求緊密結(jié)合。

物聯(lián)網(wǎng)智慧學(xué)習(xí)工廠打破了傳統(tǒng)封閉、單一的教學(xué)模式，形成了“以項目為抓手”的理論教學(xué)、工程項目實踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)相結(jié)合的教學(xué)特色，打通了企業(yè)與高校對接、溝通的渠道，督促學(xué)生積極參與創(chuàng)新活動和創(chuàng)業(yè)實踐。

2.3 基于PBL和協(xié)同創(chuàng)新的實踐教學(xué)改革

創(chuàng)新精神是創(chuàng)新的靈魂與動力，借鑒CDIO教育理念[8]，基于物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)及核心技術(shù)，進行實踐教學(xué)內(nèi)容設(shè)計及教學(xué)方法改革，構(gòu)建“基礎(chǔ)層＼專業(yè)層＼綜合設(shè)計＼創(chuàng)新思維”分層遞進式學(xué)生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)體系，如圖3所示。

在學(xué)生實踐教學(xué)的不同階段設(shè)置不同層次的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實踐課程，使驗證性實驗、設(shè)計性實踐項目、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、畢業(yè)實習(xí)、學(xué)科競賽及畢業(yè)設(shè)計等實踐環(huán)節(jié)通過典型物聯(lián)網(wǎng)項目銜接貫通。通過漸進式實踐能力培養(yǎng)使學(xué)生循序漸進地學(xué)習(xí)、實踐，最終掌握物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)復(fù)雜工程的開發(fā)和應(yīng)用，增強實踐創(chuàng)新能力。

2.4 依托優(yōu)勢學(xué)科，校企合作優(yōu)化師資隊伍

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的社會需求和人才培養(yǎng)方案，培養(yǎng)一支知識結(jié)構(gòu)多元化、學(xué)緣結(jié)構(gòu)合理、學(xué)歷層次高的教學(xué)隊伍[9]。針對物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)、實踐、學(xué)科競賽、雙創(chuàng)等各環(huán)節(jié)，建立由學(xué)業(yè)導(dǎo)師和企業(yè)導(dǎo)師組成的雙師指導(dǎo)機制，與企業(yè)合作編寫基于工程項目案例的教材。企業(yè)導(dǎo)師進行學(xué)術(shù)前沿講座和實踐培訓(xùn)，對學(xué)生進行學(xué)業(yè)指導(dǎo)、學(xué)科前沿技術(shù)指導(dǎo)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目技術(shù)指導(dǎo)及學(xué)科競賽輔導(dǎo)，提高學(xué)生的工程問題解決能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

3 結(jié) 語

新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革下，構(gòu)建復(fù)合型創(chuàng)新工科人才是高校教學(xué)改革的方向[10]。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)特點和“新工科”人才培養(yǎng)需求，提出了基于PBL的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式，為突破物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)人才培養(yǎng)中的瓶頸提供理論支撐；搭建了物聯(lián)網(wǎng)智慧學(xué)習(xí)工廠，深化產(chǎn)教融合力度，構(gòu)建崗位能力要求與專業(yè)課程對應(yīng)的職業(yè)能力培養(yǎng)與學(xué)習(xí)情境，為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)提供實踐指導(dǎo)；以項目為紐帶，搭建全過程遞進式實踐教學(xué)體系，通過實際工程項目開發(fā)、學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目及學(xué)科競賽引導(dǎo)實踐創(chuàng)新，深化改革校企合作模式。通過多年教學(xué)實踐證明，該模式對學(xué)生創(chuàng)新思維及創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)起到了積極作用。本科生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目申報獲批及學(xué)科競賽獲獎數(shù)年均29項，其中，國家級獎項12項，省部級獎項17項，分別較往年提高10.2%和15.3%；近3年學(xué)生發(fā)表學(xué)術(shù)論文12篇，申請專利及軟件著作權(quán)27件，分別較以往提高35.3%和29.8%。近3年的實踐表明，基于PBL的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)新模式能夠全方位鍛煉學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新意識，為培養(yǎng)適應(yīng)新時代物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的工科人才提供了借鑒方案。

參考文獻

[1]李春輝.物聯(lián)網(wǎng)課程教學(xué)中的混合式教學(xué)應(yīng)用研究[J].科技資訊，2022，20（24）：186-189.

[2]鄧文翰.物聯(lián)網(wǎng)在高校實驗室管理中滲透分析[J].大眾標(biāo)準(zhǔn)化，2022（23）：123-125.

[3]郭振軍，鄧維，曾利.基于“122”模式的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式探索與研究[J].現(xiàn)代職業(yè)教育，2021（36）：78-79.

[4]徐靜.計算機類專業(yè)PBL教學(xué)法的教學(xué)策略探究與實踐[J].無線互聯(lián)科技，2022，19（11）：163-165.

[5]王琳，余薇.“物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論”課程教學(xué)模式改革的探索與實踐[J].信息系統(tǒng)工程，2023（5）：166-168.

[6]蔣斌.基于AI智慧教育環(huán)境的高校教師信息素養(yǎng)培養(yǎng)策略研究[J]. 湖北開放職業(yè)學(xué)院學(xué)報，2021，34（8）：23-24.

[7]陳積明，史治國，賀詩波，等.物聯(lián)網(wǎng)慕課課程建設(shè)的探索與實踐[J].大學(xué)教育，2023（3）：18-21.

[8]葉雪云，姜愉，魏妮妮，等.應(yīng)用型人才培養(yǎng)架構(gòu)下物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實驗教學(xué)研究[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2023，13（4）：159-162.

[9]李勛章，張亞紅，王如月. CDIO理念下計算機專業(yè)教學(xué)改革策略[J].西部素質(zhì)教育，2022，8（5）：4-6.

[10]蘭天靜.對智慧教育環(huán)境下高校課堂教學(xué)評價方法創(chuàng)新的思考和探索[J].現(xiàn)代職業(yè)教育，2023（24）：145-148.