新工科背景下独立学院物联网工程专业教学体系研究与探索

摘 要：对京津冀地区高校物联网专业进行调研，以天津大学仁爱学院物联网工程专业建设为案例，根据行业背景与社会需求制定培养计划，引入MOOC等前端教学技术及CDIO新型育人理念，以竞赛驱动及创新创业教育辅助，提出适合独立学院的物联网工程专业教学体系，对全国新工科建设背景下独立学院新专业建设和物联网人才培养起到示范作用。

关键词：新工科;物联网工程专业;独立学院;培养模式;创新创业;人才培养

中图分类号：TP393;G642.0文献标识码：A文章编号：2095-1302（2019）04-0-03

0 引 言

随着当今世界新一轮科技革命和产业变革加速进行，我国经济发展进入新常态，高等教育步入新阶段。2017年2月以来，教育部积极推进新工科建设，先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”，高等教育应主动适应新技术、新产业、新经济发展，以互联网和工业智能为核心，升级改造物联网、智能制造、机器人、基因工程等新工科专业培养体系，推动大数据、云计算、人工智能、智能科学与技术等相关技术创新发展[1]。

产业革命背景下物联网工程专业的人才培养目标要求毕业生既要掌握扎实的理论基础、丰富的实践经验，更要全面掌握当前技术前沿及其发展趋势，培养前瞻性视角和创新精神。因此，高校尤其是独立学院传统的人才教育培养模式不再适合新科技时代的发展[2]，亟待探索建立独立学院物联网工程专业发展新范式，结合产业需求调整专业培养结构，结合技术发展调整培养计划，更新物联网工程专业人才知识体系，结合学生志趣调整教学方法，创新工程教育方式与手段。

1 行业背景及需求评估

麦肯锡预测，到2020年，物联网市场在基于信息通信技术领域的支出产值将达5 810亿美元，年复合增长率在7%～15%之间;预计离散型制造、运输、物流及公用事业等行业在物联网平台、系统和服务上的投入各自将达400亿美元。2020年全球垂直行业占比情况预测如图1所示。预计北美物联网消费级电子市场将从2017年的900亿美元增加到2022年的1 800亿美元，年复合增长率达10.9%[3]。

天津大学仁爱学院物联网工程专业教研组通过参加2018年第二届世界智能大会并走访天津物联网产业园区多家物联网企业，按专业课程的企业推荐度排序如图2所示。此类课程主要包括嵌入式应用技术、传感器与检测技术、单片机原理与应用、移动终端应用开发、Java程序设计、物联网应用系统综合實训等。

2 传统工程类专业培养体系现状

教研组通过对区域经济发展情况、企业用人需求、双一流高校与独立学院物联网相关专业建设情况、实时运行、生源情况、人才产出等多角度全方位调研，梳理了目前专业建设及人才培养过程中存在的问题：2010年初教育部开始设立物联网相关专业[4-5]，相关经验少，国内外并无成功培养模式可供借鉴;独立学院专业定位、培养方案、课程教材、师资和实验设备等人才培养模式不成熟，仍有众多问题待解决;教师结构不尽合理，物联网专业新，但相关知识单一陈旧，不能快速改变观念、更新知识，以适应物联网教育要求;教师培训经费短缺，教师提升及继续教育机会不多。

3 引入前端教学技术及新型育人理念

考虑到传统工程类专业培养过程影响新工科建设及人才培养总体效果等因素，天津大学仁爱学院物联网工程专业课题组提出传统教学结合慕课（Massive Open Online Course，MOOC）前端技术，引入最新理念CDIO（Conceive Design Implement Operate）结合课堂理论讲授，辅之以竞赛驱动和创新创业教育，完善物联网工程专业教学体系。

3.1 MOOC

MOOC指大规模在线开放课程[6]，始于2012年美国诸多顶尖大学联合设计的一种新型在线网络课程教学形式，具有便于使用、费用低廉、资源丰富可共享等特点。将其引入教学及评价体系可以补充课堂内容，让学生近距离接触一线名师和行业领军人物，学习其实践中处理问题的宝贵经验。其次，MOOC资源可持续，可重复观看且易于获取统计数据，能够锻炼学生统筹规划时间安排、自主学习、主动思考的能力。教师更要合理组织课堂活动，安排学习进度，使课堂讲解与MOOC内容相辅相成。

3.2 CDIO

引入CDIO工程教育模式[7]，将毕业生的工程能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面，让学生主动以实践验证课程、课程联系实践的方式学习工程，符合物联网工程专业涉及多学科交叉融合、重应用的特点，有助于培养毕业生较强的工程实践能力。CDIO模式引入专业实践课程体系架构如图3所示。例如，在天津大学仁爱学院物联网工程专业实践类课程《物联网应用系统综合设计》中，以题目“实验室监控管理系统设计”为例，教师提供系统硬件平台，安排题目及具体指标要求，学生根据题目结合所学专业理论，通过查阅资料，构思系统框架、人员分工、分模块设计、系统整合测试等步骤，将课上所学理论用于实际工程设计，提升学生工程和社会能力。

此外，为了保证培养过程与当前科技发展接轨，课题组与天津市职业技能公共实训中心、百科融创科技发展有限公司、深圳市讯方技术股份有限公司、深圳市沃尔核材股份有限公司等单位展开校企合作，聘请企业导师整合更新培养计划及实践实训内容，实现产教融合、联合培养。

3.3 竞赛驱动

传统工科人才培养模式形式单一，易导致学生专业学习兴趣不强烈，尤其对于物联网工程专业，知识体系庞杂，涵盖多个专业学科，独立学院的学生面对多学科多领域课程知识，如果对专业学习路线不清晰，很容易丧失专业兴趣。此外，传统教学仅满足课程知识的传授与掌握，缺乏对学生创新应用能力的训练。因此课题组思考构建以赛促学、以赛致用的竞赛驱动教学体系，颁布竞赛奖励机制并抵扣相关课程学分，培养学生的学习兴趣和专业技能，提高学生工程实践和创新能力。竞赛驱动下物联网工程专业实践教学体系结构如图4所示。

3.4 创新创业

教育部积极推进新工科建设过程中，在“大众创业、万众创新”的趋势下，培养学生创新创业能力始终是一项重要议题。独立学院物联网工程专业建设更应从创新创业教育现状入手，旨在使专业教育与创新创业教育融合发展。

教研组与合作企业建立协同创新创业培养模式，由企业提供平台将创意原型变成产品，实现创意价值。学校合理划分创客空间区域，有序安排创客活动。教师进行理论教学，企业工程师进行创客活动指导，将创客项目实用、深入、可持续地开展，培养学生终身学习、诚实严谨的态度，沟通交流、团队合作的意识，灵活创新、艰苦创业的精神。

4 结 语

物联网融合多种技术且发展迅猛，物联网工程专业毕业生要有工程实践能力。在教育部新工科建设推动下，在物联网工程专业教学过程中，需引入前端教學技术及新型育人理念，结合竞赛驱动和创新创业培养理念，不断改革创新教学体系，紧跟科技发展潮流。

参 考 文 献

[1]教育部高等教育司.“新工科”建设行动路线（“天大行动”）[EB/OL].[2017-07-01].http：//www.moe.edu.cn/.

[2]种楠楠，李晓峰，戴维迪.独立学院电气信息类工程师培养模式研究与探索[J].实验室科学，2015，18（4）：211-214.

[3] STATISTA.互联网数据资讯中心.[EB/OL].[2018-04-06].https：//www.statista.com/study/27915/internet-of-things-iot-statista-dossier/.

[4]宋乐，付鲁华，王仲，等.面向精密机械课程设计的行动导向教学[J].实验科学与技术，2013，11（2）：114-116.

[5]教育部高校学生司.140个战略性新兴产业相关专业招生[EB/OL].[2011-07-04].http：//www.moe.gov.cn/.

[6] BAYECK R Y，HRISTOVA A，JABLOKOW K W，et al. Exploring the relevance of single‐gender group formation： What we learn from a massive open online course （MOOC）[J]. British journal of educational technology，2018（49）：59-61.

[7] CHUCHALIN A.Evolution of the CDIO approach： BEng，MSc，and PhD level[J]. European journal of engineering education，2018（6）：1-10.

[8]肖晓萍，余涛，廖青，等.创新实践课程体系的研究与探索[J].实验科学与技术，2012（2）：64-67.

[9]王长征.开放性实验室建设的研究[J].华东交通大学学报，2005 （z1）：115-117.

[10]张维平，梁延德.建设现代工程训练中心，培养创新人才[J].实验技术与管理，2005（2）：28-30.