新工科背景下物联网工程专业人才培养模式探索

屈爱平 何啸峰 刘立 汪琳霞

摘  要：在新工科的改革倡议下，随着物联网应用领域的不断扩宽，迫切需要培养出一大批具有较强专业能力的物联网人才。文章结合物联网技术的行业发展趋势以及物联网工程专业人才培养现状，针对当前新工科和创新等热点问题，结合南华大学的办学定位，探索具有地方和行业特色的物联网专业人才培养模式，以提高物联网工程专业的人才培养质量。

关键词：新工科;物联网工程;人才培养

Abstract： With the initiative of emerging engineering reformation and the expansion of the IOT application， it is urgent to train a large number of IOT talents with strong professional abilities. Based on the industry trends of IOT technologies， the current situation of IOT engineering personnel training， the current hot issues of emerging engineering and the school-running orientation of Nanhua University， this paper explores the talent cultivation model of IOT personnel training with local and clear-cut professional characteristics to improve the quality of personnel training of IOT engineering， in order.

Keywords： emerging engineering; IOT engineering; personnel training

引言

在國家“新型工业化”的目标和规划下，探索新兴工科教育新模式，是教育部教学改革的战略考虑。物联网将传统分离的物理世界网络化和信息化，与信息空间进行连接和整合， 代表了网络今后发展趋势。尽管物联网技术被人们关注时间很短，近些年才引起重视，但已经广泛应用于交通、能源、农业、建筑、医疗、工业、安全、空间和海洋探索等领域。物联网工程专业正是国家针对物联网技术发展而开设的一个战略性新兴专业，该专业学科跨度大、综合性与实践性要求强，技术上主要涉及传感、网络、通信、计算机等多个领域。

南华大学于2011年申报物联网工程专业，并于2012年招收第一届本科生。该专业自成立以来，强调物联网技术需立足于行业应用，在人才培养过程中不仅注重培养学生物联网理论知识和体系架构，同时强化学生的工程实践能力，期望培养出能够为工业化和信息化融合、为信息产业服务的高水平、高素质的复合型专业人才。物联网作为工业4.0的核心领域，新经济的发展必然对物联网专业人才的培养提出新的挑战。未来产业和新经济需要的是工程实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型物联网人才，他们不仅学业精深，专业知识过硬，而且还应具备“学科交叉融合”的特征;他们不仅能运用所掌握的知识去解决现存问题，也能快速学习新知识、新技术去解决将来发展中的问题，进而引领未来技术和产业发展。

经过多年办学和探索，我校当前的物联网培养模式在人才培养方面取得了部分成就，从认识论到方法论都日趋深入和完善，而且初步形成了一批可复制、可推广的制度成果以及经验[1]。然而在专业办学过程中，依然存在重理论传授轻实践教育等问题。尤其是针对00 后网络一代物联网专业大学生的学习特点，依然存在诸如人才培养主要以教师为中心的课堂教学等问题。为了适合新工业革命与工程发展的趋势，新工科背景下物联网专业的人才培养体系必须进行范式变革。如何从实际出发，结合国家和地方相关产业政策，结合学校办学定位及学生自身特点，探索物联网专业的人才培养模式是新工科改革迫切需要解决的核心问题[2]。

一、相关情况

物联网工程专业与实际紧密结合，其应用范围非常广泛。处于初创期的物联网专业人才培养模式部分借鉴了传统专业，然而其技术体系、知识体系、理论体系和应用体系等与绝大部分现有专业均不一致。近年，随着高校物联网专业的不断发展，现有的培养模式暴露出诸多问题。尤其是面对软件、硬件、通信、网络、控制、传感等诸多领域的融合，凸显了本科生工程能力培养的难度。

物联网工程专业自2010年被批准开设以来，已成为国内近十年新增院校数量最多的专业之一。部分高校已开展了专业人才培养及实践教学模式的探索和实践工作[3-8]。武汉大学物联网专业尝试基于物联网应用软件平台，引领学生进行科研探索，提高学生的实践和独立思考能力，训练其具备物联网工程应用领域的开阔思维，同时培养学生的物联网技术应用创新能力[9]。通过在培养过程中尊重物联网工程专业的人才培养规律，建立以课群为核心的“四类型六环节”本科教学体系，完整覆盖了该专业本科教学的实验类型与教学环节[10]。国防科技大学重视物联网工程专业以能力为导向的人才培养模式，在制定课程体系时，依照计算机的大类要求强调学科基础，将感知层、网络层和应用层等多层面内容融于教学内容中。同时强化实践能力提升，将课内实验、课程设计、课外创新、专业实习以及毕业设计等贯穿于整个教学环节，进而形成一套循序渐进的教学体系[11]。南京邮电大学物联网工程专业构造“文化、服务、制度、理念”顶层制度，强调“卓越工程师”工匠精神的培养，组建充满活力的教学团队，进一步深化全方位协同培养以及创新和改革教学平台、体系和方法[12]。

“新工科”改革倡议的兴起，对高校物联网专业的人才培养而言，既是机遇，也是挑战。工业和商业界越来越要求物联网工程专业培养学生的工程实践、创新创业和自我管理等技能。物联网工程教育必然会引起全方位的变革，该专业的人才培养标准和培养模式也将面临新的挑战。

二、物联网工程专业人才培养模式几点探索

在制定物联网工程专业人才培养方案时，我校结合物联网技术行业发展趋势以及当今社会对物联网技术人员的素质要求，针对当前新工科和双创热点问题，构建以新工科为导向、以创新为核心的物联网工程专业知识构成体系。针对我校物联网工程专业人才培养目标，我们注重专业课程体系、实践教学模式，校企深度合作等多方面全方位的改革。我们主要完成了下面几点探索：

（一）重塑课程体系，强化智慧医疗特色

物联网专业课程涉及不同学科，构建课程教学体系的时候，不可能包括全部相关学科的课程内容，只能按照物联网专业办学的目标定位，结合市场对人才素质的需求，整合各学科相关内容，形成足以支撑物联网体系架构的课程教学知识集合。南华大学办学定位明確为“特色鲜明、国内一流、具有国际影响的高水平教学研究型大学”，学校拥有六所直属型附属医院，医品牌作为校办学特色。我们结合学校的办学定位，服务于地方经济为宗旨，以智慧医疗为研究对象，研究采用现代智能控制技术提高医院信息化的可靠性、灵活性和经济性。在教学体系建设过程中，融合新医科理念，通过深入了解和研究物联网技术在医学真实环境中的各种应用场景以及重大工程项目，如采用新器件、新方法和新技术改进药品、耗品管理系统，解决病房人手不足的医疗安全监控系统;监控发热门诊数据自动连接和报警，巩固卫生防疫;开发睡眠呼吸等检测仪，建立个人健康系统等。从工程项目角度出发，分析技术，凝练知识点。将知识点贯穿于物联网各主干课程，同时开设智慧医疗课程，搭建以智慧医疗特色的物联网工程专业的课程体系。

（二）探索多层面的实践教学模式

与新工科背景下的高等学校教学质量与教学改革工程相适应，根据专业的人才培养模式和特色追求，逐步形成物联网基础应用认知、物联网核心进阶训练、创新创业实践与学生课外科技活动等四个教育训练层面。坚持理论和实践、课堂和课外结合，创建基于生产认知、基础训练、工程应用和创新训练的多层面实践教学模式，工程化完成实践教学。具体实施则依托于四个实践训练平台：

1. 创新思维培养的校企合作平台

以与广州粤嵌科技股份有限公司共建的湖南省物联网和智慧医疗校企合作创新创业人才培养示范基地、衡阳中兴网信科技有限公司产学研合作基地为平台，为学生提供充分的智慧医疗等物联网系统设计、开发、运行、维护等环节的实践机会，学生能够接触和深入物联网应用系统运行最前沿，从最初的感性认知，到发现问题，到提出问题和进一步研讨问题，完成培养和训练其创新思维的目的。

2. 基本技能培养的基础训练平台

以提升学生基础知识、基本技能为主的基础训练平台是完成理论验证、培养创新型人才的摇篮。我们建有包括无线传感网络实验室、格尔智慧医疗信息工程联合实验室、智能家居实验室、嵌入式实验室、大数据技术实验室等基础训练平台。依托这些平台，为学生提供基础实验训练以及研究性实验训练，从而完成其创新基本技能训练。基础训练平台具备两方面特点：（1）通过基础实验训练可以提高学生基本操作能力，加深对物联网系统基本工作原理、传感与分析的理解和掌握;（2）学生可组建不同兴趣爱好的学习团队，依托于大学生课外科技活动，训练和掌握科学研究的基本方法，培养自己的创新创造能力。

3. 以工程知识和实践能力为主的工程素质训练平台

物联网芯片、传感新器件等新技术的高速发展，行业对学生的工程能力要求也越来越高。通过基于WiFi的智能小车开发、仓储物联网系统开发、车载媒体软件开发、远程医疗监护系统开发以及虚拟现实设备实现前庭康复系统开发等训练项目，使学生能够接触来源于生产的工程实践，训练学生综合运用学到的基础理论和专业知识解决较复杂的实际问题，拥有较高工程实践能力，以提高其面对不同工程技术问题的应变和适应能力。

4. 以适应于多学科融合的科技研发为方向的创新训练平台

依托于各种创新项目，学生通过参加新产品开发、科技活动以及发明创造等实践活动，全面训练和提升创新能力。训练项目包含：社区WiFi室内定位系统的开发及相关校园社交应用的探索、基于视觉的移动机器人跟踪与瞄准系统、四旋翼飞行器的自主飞行控制、基于计算机视觉的三维测量系统、智能课堂教学质量检测系统、智能可穿戴医疗手环、智能远程监护系统、智能医疗无线采集系统等。学生从知识创新、技术创新和管理创新三个层面，挖掘创新潜能、培养创新意识，形成创新思维，拥有解决实际生产中复杂问题的研究能力和创新能力。

（三）深化校企产学研合作，强化校地融合

新工科建设要求中强调培养“具有较强行业背景知识、工程实践能力、胜任行业发展需求的应用型和技术技能型人才”。由此可见，工程实践能力培养必然会是新工科专业建设中的根本，高校办学缺乏产业支撑，产学研的深度合作定然会是高校新工科人才培养的重要途径。在前期的教学体系中，由于核心专业课师资主要由高校毕业的博士任教，缺乏必要的行业经历，培养中部分存在重理论，轻实践的问题。产生这种现象的一个根本原因就是相关企业参与整个培养过程不够。高校如果缺乏相关专业背景的企业参与和支持专业建设，学校将和行业脱节，缺乏相关实践资源。所以，想要彻底扭转这种局面，高校不仅需要开展校企合作，而且需要深入企业，抓好校企合作，进而引进企业的优秀资源。办学中，我们强化校企合作，创建了湖南省物联网与智慧医疗校企合作创新创业基地。在学生培养的整个周期中，将许多实践教学活动安排在企业进行，开展校企联合培养。依托该基地，我们聘用企业中具备高级职称的工程师对实践性很强或者工程性很强的内容进行授课。抓好校企合作的同时，我们注重校地融合，服务地方。衡阳地区现在人口800多万，作为衡阳地区最好的综合性本科院校，并拥有5所直属型附属医院服务于地方，同时衡阳市作为全国信息化50强之一，地方政府非常重视城市信息化建设，是促进地方经济发展的重要方面。我们贯穿执行“校地互动”，不断尝试和探索校企产学研结合的特色发展之路，结合地方经济社会，探索“签订合作协议、共享产学成果、共建合作实体”的合作机制;利用寒暑假时间，统一安排学生到合作企业实习，让学生走进企业和深入企业，切身感受到物联网技术在不同产业中的应用和发展。