面向工业互联网的工业物联网人才培养方案探索与实践

陈良银 张 磊 杨彦兵 胡顺仿[2] 郭 敏[3] 陈彦如

（[1]四川大学计算机学院 四川·成都 610065；[2]云南民族大学数学与计算机学院 云南·昆明 650031；[3]西北民族大学数学与计算机科学学院 甘肃·兰州 730050）

0 绪论

工业互联网人才需求量大、门类广、层次齐全。它大大推动了制造业的数字化转型升级，同时也带来了人才培养的巨大挑战。目前尚缺乏工业互联网方向的人才培养体系。如何通过产教深度融合，向工业互联网持续提供其所需求的人才，已经成为摆在高校面前的重要课题。由于工业要素的泛在联接是工业互联网的关键基础，因此工业物联网建设是工业互联网的“基建”，是重中之重。

工业物联网以数据为血液，为工业互联网提供各种有价值的信息和养分。据此，四川大学将面向工业互联网的工业物联网作为专业建设重点，并偏重具有共性的工业大数据分析、挖掘、应用和工业数据安全等特色方向，提出了对应的人才培养方案、课程体系，编著了相关教材、探索了相关创新教学方法。经过一段时间的实践检验形成了可推广的工业物联网多层次复合型人才培养方案，为工业物联网专业建设提供了示范样本。

图1：高等院校工业互联网相近专业分布图

1 面向工业互联网的工业物联网教育主要面临的教学问题

1.1 工业互联网相关专业与职业匹配度不高，人才培养体系尚未形成

工业互联网相关专业的知识体系覆盖面非常宽广。它是信息技术和制造业深度融合的产物，是传统制造业数字化转型升级的必由之路。它的发展既需要创新能力拔尖的学术人才，也需要能够解决实际问题的应用型人才。在学术型人才的培养上，目前直接针对工业互联网的培养还极少。在应用型人才的培养上，针对工业互联网产教深度融合的培养场景尚未形成。因为各高校目前都还没有工业互联网专业没有对应的人才培养体系。

1.2 工业互联网人才培养缺乏课程资源

工业互联网需要OT和IT复合型人才，要求掌握多维度的相关技术，现有人才培养机制无法满足工业互联网的人才需求。因此需要建立新的人才培养方案，提升人才培养质量。目前，部分高校已开始考虑面向工业互联网方向开展教学改革，但是由于师资匮乏、缺乏配套课程等教学资源，在教学过程中面临很多实际困难。

1.3 亟需编制用于工业互联网教育教学的专门教材

针对全国近600家出版社的调查数据显示：截至2020年6月，依然没有“工业互联网”专门教材出版发行。工业互联网相关的出版物虽然不少，比例如《工业互联网：技术与实践》、《工业互联网体系与技术》、《数字孪生》等，但它们尚不足以形成教材体系。它们主要从不同维度对工业互联网进行介绍、宣传和科普等。

2 面向工业互联网的工业物联网人才培养方案探索与实践

2.1 制定工业物联网复合型人才培养方案

（1）优化培养目标：制定面向工业互联网的工业物联网培养方案、课程体系，以培养研究型、复合型、多样化的国际一流创新创业人才为目标。要求学生具备包括计算思维在内的科学思维能力，独立思考能力，掌握工业物联网基本理论，具备从事工业物联网系统相关技术和产品开发、应用推广和商业模式设计的能力，综合素质高，创新意识强，能紧跟学科专业国内外发展前沿的复合型高素质人才。

（2）调整培养要求：要求学生学习工业物联网方面的基本理论和知识；培养工程精神和工程意识，同时培养创新能力和科研能力，以满足相关行业对不同层次人才的需求。具体包括：具有社会责任感和职业道德规范，掌握人文基础知识，了解物联网产业发展动态和相关国家政策、法律法规；能够运用专业知识，理解和分析相关工程具有的价值和对社会发展的影响；具备多渠道获取所需信息的能力、解决实际物联网工程问题的能力；能够利用科学原理和科学方法对实际工程问题进行分析和研究，结合有效信息得到合理的结论；拥有扎实的工程实践基础、项目管理方面的素养和意识；具有一定的物联网工程设计与实施能力；了解国内、外物联网工程新技术、新成果和发展动态。

（3）部分专业基础和核心课程：方案从通识课、专业基础课、专业课及综合实践课四个维度规划和开发课程。代表性课程包括：“高级语言程序设计”、“数据结构与算法分析”、“物联网传感器原理及应用”、“传感网原理及应用”、“工业物联网系统及接口”、“工业物联网信息安全”、“工业物联网通信控制技术原理”、“物联网与信息服务”、“物联网设备云平台应用开发实践”、“海量数据处理与智能决策”、“网络数据挖掘”、“大数据技术原理与应用”、“机器学习”、“科研训练指导”等课程。

（4）教学计划及其他：培养方案采用学分制，毕业总学分不低于174，3-6年修完学分即可授予工学学士学位。其中：大一主修通识课，大二主修专业基础课，大三主修专业课，包括专业理论课及专业实践课，大四进行综合实践，包括专业实习等。

2.2 定制化的课程体系

为提高学生分析和解决问题的能力，建设了部分综合能力培养课程、问题导向课程和交叉学科研讨课程。并对选修课程进行了整合，以加强必修课能力培养。通过学校“双一流”建设的“感知未来探索式课程建设工程”建设“工业物联网工程前沿探索”课程。

依据课程特点，采用探究式、研讨式等多种教学方法和手段，组合了微课、线上线下结合等方式。

对课程考核方式进行了改进，采用笔试和上机考试结合的方式。增加设计类命题，使用动态及格线，鼓励采用以团队任务考核方式。

2.3 工业物联网专业教材建设

针对工业物联网缺乏专业教材的问题，团队成员翻译、编著了部分相关教材及教辅材料，可用于工业物联网不同教学场景。团队目前已经完成的自编教材或参考辅助教材与课程对应关系如表1所示。

表1：自编教材或参考辅助教材与课程对应关系

2.4 教学方法创新

第一，针对不同能力的学生制定不同的教学方法：针对学术型人才，引导学生在5G、安全、大数据、传感网、智能制造等方向进行研究探索，鼓励学生积极参与“信息+”等交叉学科的探索研究；针对应用型人才，积极搭建软硬件平台，培养学生实践能力、加强学生对于工业物联网平台关键技术的运用与理解；鼓励学生积极参与各种级别的工业互联网比赛。第二，为提高学生工程精神和工程意识，让学生深入工业现场、熟悉产业流程，从市场规划、设计、制造、销售、维护等过程了解生产需求，充分利用物理模型、传感更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度的仿真。第三，为促进专业学科的交叉融合，学校搭建了多个工业互联网产业平台，联合企业、高校、科研院所共建实训基地，围绕工业互联网体系建设实训环境，着重培养复合型人才。第四，借鉴国内外工程人才培养经验，开设国际课程和国际周活动，授予国际学位。

3 总结

通过探索与实践，课题组提出面向工业互联网的工业物联网专业培养方案，注重工业大数据特色的课程体系，编著了14本相关教材，探索了新工科实践课程创新教学方法，并将实践课程比例提升到40%，有效保证了人才培养质量，本科毕业生接近100%进入头部公司、知名国企、海内外名校。

在以后的教学研究探索中将以新一代信息技术和制造业深度融合为主线，强化基础能力，提高综合水平，健全多层次人才培养体系。并注重将国内外前沿研究成果引入相关专业教学中。引进工业互联网领域高级实践人才作为兼职教师，加强“工业互联网+”领域实践教学。