新工科背景下物联网工程专业实践教学改革研究

摘  要：新工科专业群建设体现了学科交叉、突出技术应用的特点，非常契合应用型本科高校人才培养的途径，文章通过介绍滇西边疆高校的物联网工程专业办学经验，探讨实践教学改革的途径和挑战，提出实践教学体系，文章认为实践教学改革应当实施以学生为中心的改革之路，紧扣物联网和新工科技术发展方向，努力实现校企间人才无缝对接，提高学生就业竞争力。

关键词：新工科;物联网;实践教学

中图分类号：G420      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）09-0196-03

Research on the Practical Teaching Reform of Internet of Things

Engineering under the Background of New Engineering

——Take the School of Artificial Intelligence & Information Engineering as an Example

SI Biao

（School of Artificial Intelligence & Information Engineering，West Yunnan University，Lincang  677000，China）

Abstract：The construction of new engineering specialty group reflects the characteristics of interdisciplinary and technology application，which is very suitable for the way of talent cultivation of application-oriented undergraduate colleges. This paper introduces the experience of running the internet of things engineering specialty in the universities in the west of Yunnan Province，discusses the ways and challenges of practical teaching reform，and puts forward the practical teaching system. The article holds that the practical teaching reform should be carried out with students as the center on the way of reform，we should closely follow the development direction of the internet of things and new engineering technology，strive to realize the seamless connection of talents between schools and enterprises，and improve the employment competitiveness of students.

Keywords：new engineering;internet of things;practical teaching

0  引  言

物联网一词的提出最早可追溯到1995年比尔·盖茨在“未来之路”中提及的物品与计算机网络相结合的观点，2005年国际电信联盟正式提出物联网的概念。1999年我国开始了传感器网络的研制与开发，国内在2009年提出了“感知中国”的概念，2010年成立了传感（物联）网络技术产业联盟，物联网技术成为了继计算机与互联网之后又一次信息产业的革命性发展。自2010年起，教育部批准开始在高校设置物联网相关专业[1]，国家正式将物联网列为重点发展的战略性新兴产业之一，目前国内已有200多所高校设置有此专业。

在工业智能化转型背景下，麻省理工学院（MIT）建立了“大工程观”的改革理念，提出了知识的完整性和系统性[2]。2016年以来，国家推动创新驅动发展，实施“一带一路”“中国制造2025”“互联网+”等重大战略，以新技术、新业态、新模式、新产业为代表的新经济蓬勃发展，对工程科技人才提出了更高要求，迫切需要加快工程教育改革创新[3]，“新工科”成为各高校工科教育教学改革的新方向，其主要内涵是强调实际应用性和理论知识的综合交叉性，增强创新能力和实践能力，满足新兴产业对创新性、具有市场竞争力的复合型人才的迫切需求[4]。物联网工程专业特点亦是如此，二者一脉相承，物联网工程专业的建设和发展成为推动“新工科”教育教学改革的重要因素。因此，在新工科背景下研究物联网工程教学改革对夯实国家战略具有积极意义。

1  技术应用对实践教学需求变化趋势产生的影响

2010年全国展开物联网技术的人才培养以来，实践教学始终作为工科人才培养的重点环节，物联网产业起步阶段，没有形成明确的应用领域，人才培养与市场契合度不高[5]，主要从传感器、RFID、无线传感网络等技术的应用来建设实践教学体系，重点建设感知层的技术应用教学体系，包括以51单片机、传感器、CC2530、ZigBee等设备为主的实践教学内容。

2015年以来，随着智能终端、互联网等技术迅速发展，产业需求逐渐多元化，以智能终端为中心的物联网技术应用对实践教学改革提出了新要求，数据的流动体现物联网的应用价值，实践教学以数据传输和数据共享为主要内容，特别是开发计算机网络之下的数据传输教学案例[6]，实践教学逐渐增加和完善关于嵌入式开发、无线传感网、Wi-Fi无线传输、蓝牙传输、NB-IoT等方面的教学内容。

2018年以来，信息技术朝着智能化方向发展，新一轮科技革命和产业变革正在萌发，大数据的形成、理论算法的革新、计算能力的提升及网络设施的演进，驱动人工智能发展进入新阶段，智能化成为技术和产业发展的重要方向[7]。物联网技术在智能化的道路上，起到关键的支撑作用，更加细化和多元化的产业发展对物联网专业的实践教学提出的更高的要求，一方面体现在M2M的硬件智能化能力需求提高，另一方面体现在基于互联网的平台化应用趋势突显，实践教学倾向于更具创新性的项目拓展和应用，包括基于单片机的智能硬件集成创新、基于互联网的SaaS物联网平台应用等，实践内容包括了Arduino、树莓派智能开发、总线设计、人脸识别平台应用、热成像集成开发等。

2  实践教学体系改革探讨

地方应用型本科高校的新工科人才培养以工程应用为主要的培养途径，针对物联网工程专业来看，可以总结为突出集成创新能力的培养。物联网工程专业是我院最早开办的新工科专业，经过多年实践教学总结，形成了“1+2”的专业实践教学体系，如图1所示。所谓“1”，是指以数据传输为主的一个实践教学基础;所谓“2”，是指向单片机及以下的集成创新和向物联网云平台应用开发两个方面拓展。“1+2”实践教学体系贯穿于专业课的课内实践、学科竞赛、集中实习和毕业论文等教学环节，从实践项目的前期准备、设计方案、团队开发协作、项目测试和运维等多个维度强化学生对工程技术的应用和创新。

2.1  以数据传输为主的实践教学基础

我院物联网工程专业的专业课程体系中，包括专业基础课、专业核心课和专业选修课。以数据传输为主的实践教学，基于专业核心课和专业选修课。分别在PC平台和嵌入式平台以Windows桌面应用开发（.NET框架）和智能移动端应用开发（Java/Android平台）作为应用基础进行实践教学。高级阶段，将两个平台技术融入到无线传感网、RFID原理及应用、物联网通信等课程中，加强对串口编程、TCP传输编程、Wi-Fi通信、蓝牙模块通信等方面的实践教学，以智能网关本地数据汇聚为中心展开学习和实践，从物联网技术体系上进行理解，主要对“互联网最后一公里”物品互联的技术实施实践教学。

2.2  单片机集成创新实践拓展

将集成创新实践设置为集中实践项目，在职业技能综合训练、课程设计等教学任务中，以小学期形式展开教学。单片机的集成创新，主要强化学生对硬件技术的设计开发能力。一方面进行PCB设计，开发多样性的电路板，用于传感器元器件的集成;另一方进行智能硬件的设计开发，典型实践应用如Arduino、树莓派、OpenMV等。单片机的集成创新比较直观，小学期形式的实践教学所见即所得，容易激发学生的学习热情，为学生参加各类学科竞赛提供了支持。

2.3  物联网云平台应用开发

我院在集中实习阶段和毕业论文撰写阶段，重点对物联网云平台的应用开发进行实践教学，这两个阶段是综合应用的集中体现，学生通过掌握数据采集-数据汇聚-数据计算分析的过程，将物联网构建的底层系统采集到的数据整合到云平台，实现物联网行业应用的最终目的，强化学生对物联网应用、项目管理、数据分析等方面的实践能力，典型实践应用如Web Service、SSH框架、Web前端开发、数据可视化技术等。

2.4  学科竞赛对实践教学改革的促进作用

把学科竞赛纳入教学体系的一部分，通过学科竞赛充分调动学生的学习主动性，突出应用型人才的创新能力培养[8]，特别是物联网工程专业，在智能硬件设计开发、数据汇聚和数据可视化等方面，能够综合应用专业知识，探究学科前沿技术，发挥集成创新的优势，在项目实施、团队协作、工程应用等方面得到全方位的实践和锻炼。近年来，我院物联网工程专业通过参加学科竞赛，结合区域特点，制作出了“智慧仓库管理系统”“茶叶智慧溯源系统”“精神病院病人行为检测系统”“重症监护室智慧看护系统”等一些基于物联网技术的作品，这些作品通过不断迭代完善，形成了非常好的实践教学案例，对实践教学改革起到了促进作用。我院近三年学生参加学科竞赛的趋势如图2所示。

从2017年开始，我院物联网工程专业逐步深化实践教学课改革的同时，不断促进学生打造实践作品，推荐优秀作品参加省级和国家的竞赛，从图2来看，参加学科竞赛的数量和质量逐年提高，特别是支持本文的教改项目立项以来，学科竞赛促进实践教学的成效明显，目前最好成绩是全国二等奖，在同等院校中具有明显优势。

3  结  论

目前，新工科专业群建设开展得如火如荼，本文介绍了滇西边疆高校的物联网工程专业办学经验，总结了物联网工程实践教学中学科交叉、技术应用突出的特点，探讨了技术发展对应用型人才培养实践教学提出的新挑战，提出了“1+2”的实践教学模式，立足数据传输的实践核心，展开智能硬件和数据平台两个方面的实践教学和学科竞赛。物联网实践教学改革的目的是拉近企业人才需求和学校人才培养的距离，实施以学生为中心的改革之路，努力实现无缝对接，提高学生就业竞争力。

参考文献：

[1] 王毅，张沪寅，黄建忠，等.新工科背景下物联网专业实验教学体系探讨 [J].软件工程，2018，21（8）：57-59+50.

[2] 周慧颖，郄海霞.世界一流大学工程教育跨学科课程建设的经验与启示——以麻省理工学院为例 [J].黑龙江高教研究，2014（2）：50-53.

[3] 国家教育部.教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知 [R/OL].（2017-02-20）.http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/A08_gggs/A08_sjhj/201702/t20170223_297158.html.

[4] 唐小平，李靖云.新工科建设背景下物联网专业课程教学改革的研究与实践 [J].智库时代，2019（48）：181-182.

[5] 黄东军.新工科语境下物联网专业课程设置研究 [J].计算机教育，2018（3）：68-72.

[6] 司飙.以数据传输为切入点的物联网课程教学案例设计思考 [J].信息化建设，2016（5）：287-289.

[7] 工业和信息化部.工业和信息化部关于印发《促进新一代人工智能產业发展三年行动计划（2018—2020年）》的通知 [R/OL].（2017-12-13）.http：//www.miit.gov.cn/n1146295/n1652858/n1652930/n3757016/c5960820/content.html.

[8] 赵荣阳，杨忠强，郭哲，等.物联网工程专业新工科人才培养探讨 [J].软件导刊（教育技术），2019，18（8）：83-84.

作者简介：司飙（1982—），男，汉族，云南弥渡人，物联网工程、机器人工程专业负责人，副教授，工学硕士，本科，研究方向：物联网技术应用、机器人工程集成应用等。