工程认证背景下物联网工程专业建设

刘三民，刘 涛，王 勇

(安徽工程大学 计算机与信息学院，安徽 芜湖 241000)

引言

互联网数据中心预测全球物联网经济收益到2021年将达到1.4万亿美元[1]，相关产业将得到快速发展。在此次产业浪潮的推动下，我国高校积极布局，申请开办物联网工程专业，为物联网生态产业培养人才。

为提高教学质量，输出具有工程背景的专业人才，相关教研工作开展如火如荼。根据物联网工程专业较强的实践特色，吴迪[2]借鉴TRIZ理论构建了提高学生的实践创新能力和创业能力的实践教学体系。陈颖结合物联网工程专业培养能力的需求，根据物联网体系结构特征构建的课程体系，体现出以能力为导向的人才培养特色[3]。谭艳萍以“新专业、新方法、新思维”为理念探索新工科背景下校企合作模式，该培养模式能提高学生的动手能力，体现专业特色[4]。赵荣阳探索与企业合作实施“2+2”培养模式，引导企业参与“大学生创新创业计划”项目，将企业工程项目引入培养体系，为新工科人才培养提供新思路[5]。焦俊针对专业实践过程中内容多时间少的问题，提出基于项目驱动的专业综合实训教学方法，对于提高学生的动手能力和创新能力具有促进作用[6]。窦易文以“物联网安全”课程为例，讨论课程建设难点，提出有针对性的教学方法，突出课程知识连续性、实验设计和创新实践的重要性，为提高教学质量奠定基础[7]。

为提高教学质量，众多教师从多个角度对专业培养过程中所遇到的问题进行探索实践，取得了一定研究成果。但在专业建设方面仍然存在问题需待完善，如培养体系构建，专业能力需求等。因此，本文以工程认证要求为导向，厘清专业建设思路与专业能力需求，完善课程与能力支撑关系。在教学模式构建方面突出以“学生为中心、输出为导向和持续改进”的特点。

一、构建工程认证为导向的专业培养体系

工程认证要求专业必须有明确、公开可衡量的毕业要求（具体包括工程知识、问题分析、设计/开发解决方案、研究、使用现代工具、工程与社会、环境和可持续发展、职业规范、个人和团队、沟通、项目管理和终身学习），在测评时重点考核支撑毕业要求的达成关系。在专业培养体系构建时需要综合考虑这些要求，把毕业要求融合到专业建设的各个环节。因此，我们需要从三个方面来分析专业体系构建内容。

（一）专业培养目标

专业培养目标贯穿整个培养、教学过程，直接影响人才培养质量，也是工程认证能力考核关键点之一。相关教学活动基于专业培养目标展开，直接影响学生的综合能力。

专业培养目标的确立需要考虑较多因素。结合实践，在专业培养目标设置时要充分考虑学校定位、教学可用资源和社会需求三个方面。学校定位是主体，专业培养目标必须与其相契合，这样保证专业建设具有连续性和更多资源的投入。同时，教学单位是实现专业培养目标的主体，所拥有的资源是物质基础，能够更好地服务教学过程并体现专业特色，直接影响学生专业能力的培养质量。教学、科研和服务社会是高校的三大职能，最后落脚点是服务社会，这也是工程认证中考核学生就业方面的原因，所以在考虑专业培养目标时要充分考虑社会需求。分析社会需求时需考虑区域属性和专业属性，区域属性反映出学校向周边的辐射能力或影响力，体现社会对学校人才的期望。另外就是专业属性，应该深度挖掘专业设置时的功能界定，即我们希望向社会输送人才类型。基于分析，笔者所在学校的物联网工程专业培养目标概述为：要求掌握数学及自然科学基础知识以及物联网、计算机、通信和传感领域的基本理论、基本知识、基本技能和基本方法，能够胜任物联网应用系统规划、分析、设计、开发、部署、运行维护等工作岗位要求的高素质应用型人才。

（二）专业能力需求

基于培养目标和工程认证要求，物联网工程专业学生应该具备三项最基本的综合能力，即专业基本能力、解决工程能力和创新能力，具体如图1所示。

图1 能力培养关系

专业基本能力体现学生的专业素养，也是进一步提升的基础，能力高低与学生课程学习有依赖关系。专业基本能力具体可以分为三部分：软件开发能力、平台操作能力和硬件设计能力。这三种能力体现物联网工程专业的特色，即以硬件为骨架、软件为灵魂、平台为基础。解决工程能力和创新能力是学生综合素质的体现，这些能力决定学生毕业后能否满足岗位要求，快速实现角色转换，在某种程度上反映出可持续发展的能力。解决工程能力、创新能力均与专业基本能力相关。通常情况下，专业基本能力强的学生，另外两种能力均较强。这符合成绩好的学生，能力普遍较强的认知规律。教学质量提高，学生知识掌握更牢固，能力体现更强，社会口碑更好，更加有利于专业发展。因此，在培养过程中应以提高学生能力为第一要务，这就要求制定出科学合理的培养方案，即课程设置。

（三）课程与能力培养支撑关系

基于培养目标和专业能力需求，如何设置课程是关键。把课程与能力培养之间的支撑关系厘清，将有利于课程建设，做到有的放矢。结合培养目标和专业能力需求，表1描述专业能力、课程设置和涉及主要内容之间的对应关系。

表1 物联网工程专业能力与课程设置关系

与专业基本能力相关课程设置主要包括计算机类课程、专业课程和根据自身资源所设置的专业方向课以及通识教育课。各高校之间计算机类基本课程与专业核心课程基本相似。专业方向课程在一定程度上体现专业特色和专业发展定位，突出以“学生为中心，输出为导向”的专业建设目标。解决工程能力方面主要有各类实习教学环节、课程设计、专业综合大实践以及毕业设计等环节，这些教学环节主要是以提高学生动手能力为主，结合案例融合所学理论知识，做到理论指导实践，实践中提升能力，使所学知识得到升华，实现良性循环。创新能力的培养方式主要有选修课，假期实践和学科竞赛等。该环节以学生为主体，且相关学习过程主要安排在课外，以作品的形式展现。通过这些教学环节的支撑使学生具备创新精神和意识，并在实践中不断地提升自己的综合能力。

二、教学模式构建

提高教学质量，增强学生掌握知识的深度和广度，是提升学生能力具体途径之一。完善学生知识体系，培养学生的综合能力，需要针对不同课程和不同阶段实施不同的教学模式。结合课程与能力培养支撑关系，在专业建设过程中我们构建三种教学模式，即理论课程教学模式、实践课程教学模式和创新能力课程教学模式，并在不同的教学模式中采用不同的教学方法。

理论课程教学模式倡导以“教师主导，学生为中心”的理论教学环节，强调教师“传授”过程，以及如何提高“传授”质量。针对不同课程，主要采用“模块化”“任务驱动”“现场演示”“问题探究”等教学方法，并且借助网络平台充分利用精品课程、MOOC等辅助教学手段。麦考瑞大学的经验是探索理论精讲、实践突出特色。在“程序设计语言”类课程教学模式中以“模块化”和“现场演示”两种教学方法为主，讲解程序结构、基础语法和编程思想，并针对较难及重要的知识点（如指针、函数调用等）运用“问题探究”“一题多解”和“对比分析”方法提高学生对知识的领悟深度和熟练程度。“物联网安全”课程实现理论精讲、实践突出的思想。通过精讲安全算法原理、安全机制实现框架和安全策略，让学生在实践过程中领会安全的重要性和技术实现方法，并能借助资料编程实现安全需求。核心专业课程建立网络课程资源并对学生开放，如“数据结构”等。根据课程性质形成物联网软件开发、嵌入式和网络通信三大课程群，施行课程负责人制度，不断创新理论课程教学模式。

实践课程教学模式倡导以“学生为中心”，强调学生的领悟和实践，为学生创建一种宽松、自由的氛围，采用“协作交流”“任务驱动”“企业参与”的形式完成实践学习任务。考核时采用文档描述和现场答辩相结合的方法进行成绩评定，体现“成果导向、持续改进”的评价机制，突出成果的工作量和创新性，并通过提高总评中实践成绩所占比重，以达到突出实践的目的。在专业认识实习环节通过参观走访，实现与行业直接对话交流，提升专业认知度。了解社会需求，增强学生专业幸福感。通过对学生问卷调研的结果表明，专业认识环节对于提高学生的学习热情，专业投入和个人定位具有重要的作用。在生产实习和专业综合大实践环节，引入相关企业，体现“项目引领、理论指导，实践出成果”的精神。以经典案例为对象，分析用户需求、搭建框架、讲解技术要领，形成软件开发流水线平台，使学生学有所得、学有所用。该环节要求专业教师深度参与，在提升自身工程背景，同时也为日常教学提供案例。目前我们已经构建出相对完善的实践教学模式，形式、内容呈现多样化，提升了学生解决工程实践能力。

创新能力课程教学模式倡导“学生为主，教师为辅”，体现师生互动的教学场景。教学活动以课外安排为主，以“课题驱动”“学科竞赛引领”的模式构建。建立物联网工程专业协会，按照课题和学生兴趣爱好组建团队。积极组织团队参与学科竞赛，如物联网应用设计大赛等。结合学科竞赛案例，参与国家级、省级和校级创新创业项目的申请，实现项目孵化。定期开展案例交流，完善案例、提升案例。在老师的指导下，鼓励学生结合作品申报发明专利或实用新型专利，并依托协会开办“物联沙龙”，宣讲物联网相关技术和知识，开展系列创新讲座和第二课堂，倡导“头脑风暴”“金点子行动”等活动内容，使得每期的“物联沙龙”活动体现“提高自己、启迪他人”的宗旨。通过对相关数据（如学生竞赛获奖数量及质量，项目申请数量和学生参与人数等）分析表明，这种创新能力课程教学模式既能锻炼学生的创新能力、团队沟通和管理等方面的能力，又能增强学生学习的主动性和热情。

结语

本文结合工程认证要求，探索专业培养体系的构建，做到思路清晰、目标明确、环环相扣。为提高教学质量，对教学模式进行了探索。这些改革措施已经取得良好的教学效果，如近年来专业的考研录取率提高，就业质量上升，学生的科研立项数目增加，学生对专业认同感增强。由于物联网工程专业跨学科特性，相关理论技术发展较快，在后期建设中需要更加关注：（1）利用跨学科优势，充分融合各学科的知识体系，避免出现专业知识点分离，出现出“拼盘式”教学；（2）及时掌握社会需求和技术发展，做好专业培养体系的完善和更新；（3）加强师资队伍建设，要求教师不但要有较好的理论基础，更要具备工程实践能力；（4）结合专业特性，消化吸收新的教学理念，探索新的教学方法。