应用型高校物联网工程专业人才创新能力培养的探索与实践

赵生慧，陈桂林，刘进军，张志勇

应用型高校物联网工程专业人才创新能力培养的探索与实践

赵生慧，陈桂林，刘进军，张志勇

物联网工程专业作为一个较新的专业，具有多学科交叉融合的特点，在人才创新能力培养方面需要进行深入研究。文章在滁州学院物联网工程专业建设的基础上，分析了如何结合应用性、技术性和基础性建设课程体系，探索了结合课堂内外培养高水平的应用型和具有一定创新能力人才的方法。通过在物联网工程专业的实践，取得了较好的效果，同时也带动了其他专业学生的创新积极性，并在同类高校中起到了一定的示范作用。

陈大受；江淮分水岭；综合治理

1 引言

物联网技术融合了计算机软硬件、网络通信、电子芯片与器件、物流与管理等技术，有观点认为，物联网是计算机应用的一次变革与飞跃。相应的，物联网工程专业的显著特点包括应用驱动、多学科交叉、存在大量的未知领域，等等。在此背景下，物联网工程专业学生的就业领域也比较广泛，例如，在新兴的物联网产业中从事物联网系统的软硬件开发工作；在传统企业、事业、技术与行政管理部门从事物联网系统集成、运行管理与支持工作；在教育培训机构从事物联网工程与技术的理论和实践教学工作，等等。所有上述物联网技术的特点、物联网工程专业的特点以及就业特点都对毕业学生提出了较其他专业更高的要求，不仅要具备实际应用能力，还要具备解决未知问题的能力，也就是创造能力。

本文以滁州学院物联网工程专业建设为例，探索和实践物联网工程专业人才创新能力培养过程。作为一所以高水平应用型大学定位的高校，人才培养主要以学生的应用能力培养为主，但是也需要一些有一定研究能力和创新能力的人才。在文献[1]中，潘懋元先生总结了应用型本科院校的四个特点，其中第一条，应用型本科院校主要以培养应用型人才为主，也可以培养少量研究型人才。但是正如前述，由于本专业的多学科交叉特点，在物联网的新兴技术领域，由于相关技术的快速发展与更新，也由于存在大量需要解决的却没有成熟解决方案的实际问题，对相关人才的创新要求还是非常强烈的。因此，仅从应用能力出发不足以培养出一个高水平的物联网人才，需要培养较高的综合素质和解决复杂问题的能力以及创新能力。

所以，我们在物联网工程专业建设中，除了培养学生的应用能力外，也很重视学生的创新能力培养。

2 培养学生创新能力的几点探索与实践

一般来说，人才的创新能力培养不是任何单一活动可以完成的，涉及到人才培养目标与专业人才培养方案的设计，课程体系、实践教学体系及人才质量评价体系的设计与建设，教学方法的应用等一系列的问题。本文结合滁州学院物联网工程专业的建设与人才培养工作，重点介绍在课程体系与教学内容上的改革及校企合作方面的探索，以及如何通过课堂内、课堂外的各类教学活动培养学生的应用能力和创新精神。

2.1 基于应用性、技术性和基础性构建模块化教学内容体系

对于物联网工程这样的新兴专业来说，由于专业诞生的历史还比较短，尚缺乏系统成熟的理论与方法。在中国制造2025中提到“加快开展物联网技术研发和应用示范”[2]，以及关于新工科的“天大行动”[3]中，都将物联网技术和其应用作为一个基础条件。本专业团队在物联网体系结构基础上，基于滁州学院的四个特色研究领域，设计了图1所示的物联网技术体系。在感知层，通过传感器节点构建无线传感器网络，应用感知设备采集数据；在网络层主要是将感知层采集的数据进行存储和传输；在服务层，应用数据分析技术对数据进行处理；在应用层，将分析后的数据应用到各行各业，从而实现来源于不同物体的各种数据的融合和应用。

图1 基于应用研究领域的物联网技术体系

图1的体系结构整合了物联网、大数据和云计算等技术，在此研究下，针对每个模块的课程内容，依据物联网体系本身具有鲜明的“感知->传输->处理->应用”四个层次特点，根据市场需求、技术现状及发展趋势，设计了相应的结构化课程内容和人才培养方案。在人才培养目标与规格的基础上，进行了知识、能力和素质的分解，并将这种分解与具体的课程关联起来，基于应用性、技术性和基础性，设计了模块化课程体系，如图2所示。在这个课程体系中，从大三开始分了两个方向：物联网数据处理与应用、物联网系统集成与控制，学生可以根据个人兴趣和就业趋势进行选择。

图2 物联网工程专业课程体系

总体上，在课程内容设计上，注意强化实践课程模块的建设，将方法、技术及设计类课程大多以实验或者实践的形式开设，因此设计了一个综合实践模块，总学分占比近40%。实践环节包括独立开设的实验课程、课程设计、学年设计、毕业设计以及课外创新活动，等等。在分层次和模块化设计过程中还考虑了以下几方面：知识结构的系统性和知识点布局的全面性，多学科专业的交叉性，应用能力和创新精神的培养贯穿于整个课程体系，课程内容的逻辑性和系统性。

2.2 开展多种教学方法的综合应用研究

在教学过程中，在常规教学方法的基础上，结合具体的教学内容及实践内容，重点开展基于任务的建构式方法、基于网络的主动协作式方法以及基于问题的探索研究性方法等多种形式的教学方法应用研究与实践，加强对学生应用能力和创新精神的训练，“真刀真枪”做各类项目乃至毕业设计。有些课程由于是首次开设，其他学校未开设，也没有相关教材，例如：健康照护、智能家居、农业物联网等既找不到合适的教材更没有现成的实验项目，由老师们根据我们的研究和实验设备开发课程内容和实践项目。这些实验项目中的四件作品是比较成熟和系统的，在安徽省首届高等学校自制实验教学仪器设备展示评选活动中，全部获得电类设备一等奖，如表1所示。

表1 教师实验项目设计获奖情况

另一方面，系统引进国外先进工程教育理念，如CDIO的基本方法，根据“做中学、学中做”的基本原则，建立学生的工程能力和创新能力培养的科学的、系统的教学方法。CDIO是近年来国际工程教育改革的最新成果，它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。按照工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面培养学生的工程能力，运用综合培养的方式使学生达到四个层面的预定目标。

2.3 基于校企合作构建创新能力培养的实践教学体系

校企合作开展人才培养模式改革与实践工作如果能够顺利实施，一个重要支撑是校企双方都能够从中获得自己的收益。因此，学校方面要根据自己的技术特长及企业的实际需要，提出系统的合作内容。近几年，我们已经与多个企业进行了合作，建立了十多个实践教学基地，部分实践环节在实践基地执行，例如：认知实习环节，安排所有学生到实习基地；在毕业设计环节，由企业到学院选拔学生顶岗实习。学生通过认知实习，了解到企业的实际应用，再回到学校学习时就会考虑到在解决实际生产问题时，还存在什么技术问题，从而培养学生的创新应用能力。在顶岗实习环节，学生可以从事真实的生产实践过程，解决实际应用问题，这样就要求学生必须有一定的创新能力才能完成任务，大部分同学得到了企业的认可。

与企业的合作不仅限于学生的教学，同时也共建共享了一支物联网工程实践教学队伍。通过教师与企业的深入产学研合作，让老师们了解社会需求和应用前景，从中抽取和设计适合于学生创新精神培养的实践和学生科研项目。因此，在实验室建设、实验(实践)项目设计和教学的实施与管理上，教师参与并开展创新性工作，不仅自身得到了锻炼，也为培养学生的创新能力提供了保障。

2.4 开展课程教学和第二课堂相结合的学生创新能力培养研究

从创新能力培养角度考虑，无论是课堂教学还是第二课堂，都要包含一定的研究性学习和研究性教学，在整个学习过程中需要不断调动学生的积极性和主动性。它符合工程能力培养规律，对综合素质的培养和形成有重要作用，因此基于研究的学习是创新能力培养的重要教学方法和教学手段。

我们的第二课堂主要包括大学生科研、学科竞赛、应用项目开发、课外讨论，尤其是参与教师的科研项目等多种形式。目前学院有两个与物联网应用研究相关的团队：居家养老与健康照护、消防物联网与公共安全，每年吸收约50名学生加入，当这些学生利用参与的项目参加比赛时，还会带动其他学生。学院的主要应用研究领域、研究方向及人才培养方向如图3所示。

图3 主要应用领域和人才培养方向

学生加入项目团队后，由教师指导学生开展研究性学习，使他们具备主动的发现问题、分析问题和解决问题的能力，激发他们的科研兴趣，培养他们的实践和创新能力。

3 实践成效

在上述探索与实践下，物联网工程专业人才培养也取得了一定的成效。该专业2012年第一届招生，从2014年上半年开始动员、鼓励所有学生参加学科竞赛、申报大学生创新创业项目。参加的赛项有:中国大学生计算机设计大赛、全国软件与信息技术专业人才大赛、中国机器人大赛、安徽省大学生科普创意创新大赛、安徽省大学生单片机与嵌入式系统应用技能竞赛、全国高校物联网应用创新大赛、安徽省大学生程序设计大赛、“挑战杯”全国大学生系列科技学术竞赛、全国大学生智能汽车竞赛、第三届安徽省“互联网+”大学生创新创业大赛、全国大学生物联网设计竞赛、大学生电子设计竞赛、大学生信息安全等20余项。几年来，计算机信息与工程学院所有专业和本专业的获奖情况如图2所示，与全院总获奖人次相比，本专业学生在2014年获奖人次占全院的23%，2015年占27.5%，2016年占42.8%，截止到2017年8月，占全院获奖人次的46.7%。

图4 2014.1-2017.8获奖情况

从图2可以看出，物联网工程专业学生和在全院的获奖人次比例每年均成上升趋势，以线性增长。其中，物联网工程专业2012-2016年，共招生学生502人，获奖总人次达375，平均3/4的学生获奖。由于比赛组织较好，获奖名额相对较多，滁州学院因此荣获“2016年安徽省高校物联网应用创新大赛优秀组织奖”、“2017年全国高校物联网应用创新大赛突出贡献奖”、“2016年全国大学生物联网设计竞赛(华东赛区)优秀组织奖”。在这些奖项中，较为显著的是《基于物联网的爬山猪生长监测与猪肉溯源系统》荣获挑战杯安徽省赛特等奖，《高速激光雕刻机》荣获中美创客南京赛区一等奖。

由于滁州学院物联网工程专业的建设和人才培养成效，在安徽省同类高校中也得到较好的评价。自2013年开始，受学校委托，连续三年举办了安徽省应用型高校联盟暑期教师培训班，有来自全省20多个院校60多位老师参加了培训，每年接待包含外省近10所高校来校参观、交流。2016年7月，我校特聘教授台湾淡江大学的张志勇老师代表滁州学院在全国物联网工程专业研讨会上做了报告，也产生了一定的影响。

4 结束语

物联网是近几年发展迅速的技术，基于物联网的产业也产生了一定的经济效益，因此物联网工程专业人才需求量也很大，而具备创新能力的人才更是紧缺。本文基于滁州学院物联网工程专业建设实践，开展了创新能力培养的一系列活动，促进了学生应用能力与创新能力的培养。未来，将对这些活动和培养方式总结和扩大，进一步提高学生的实践和创新能力。

[1] 赵文青. 对我国应用型本科院校发展战略的思考—潘懋元先生访谈录[J]. 高校教育管理, 2014,8(1): 6-9.

[2] 国务院. 国务院关于印发《中国制造2025》的通知(国发〔2015〕28号)[EB/OL], http://www.gov.cn/zhengce/content/2015-05/19/content_9784.htm, 2015年5月8日.

[3] 教育部高教司. 新工科”建设行动路线(“天大行动”). http://www.moe.edu.cn/s78/A08/moe_745/201704/t20170412_302427.html.2017年4月8日.

G642

A

1673-1794(2017)05-0115-04

赵生慧，滁州学院计算机与信息工程学院教授，博士；陈桂林，刘进军，张志勇，滁州学院计算机与信息工程学院(安徽 滁州 239000)

滁州学院重点教学研究项目：应用型高校物联网工程专业人才应用能力和创新精神培养研究(2014jyz006)；安徽省教育厅高等学校质量工程项目：物联网工程特色专业(2014tszy031)

2017-08-21

责任编辑：刘海涛