面向系统能力培养的物联网工程课程体系建设——以工程认证为抓手

席广永，王丽萍，邹东尧，李娜娜，朱付保

（郑州轻工业大学 计算机与通信工程学院，河南 郑州 450002）

0 引 言

自2010年以来，物联网作为国家战略新兴产业，得到了迅猛的发展。随着物联网技术和产品在社会各领域中的广泛应用，需要大量高素质的物联网专业人才，这对高校物联网人才的培养提供了新机遇，也提出了新挑战。此外，新工科、工程教育专业认证等也对物联网人才培养提出了新要求[1]。课程体系作为人才培养的重要内容，是实现人才培养目标和体现人才培养模式的具体课程结构框架，在教学中起到非常重要的作用，直接关系到学生培养的质量。本文结合郑州轻工业大学物联网工程专业的工程教育认证申报工作，对课程体系的重构进行探讨。

1 物联网工程专业课程体系建设现状

物联网工程专业是一门极具交叉性的学科，涉及了多行业、多领域的专业知识，包括计算机、电子信息、通信工程、自动控制等[2]。物联网工程专业所对应的知识体系具有一定的复杂性，且具有广泛的行业应用关联性，注定了物联网工程课程体系的多样性。众多高校也从不同的侧重探索了物联网工程专业课程体系的建设，如姜楠等讨论了基于华东交通大学物联网专业构建了面向交通行业特色的课程体系[3]；陈政在“湖南2025智造”背景下分析了结合区域发展战略的物联网专业的学科课程体系建设[4]；张连明等从企业人才需求的角度探讨了面向物联网系统工程师所需的课程体系[5]；熊玮等针对如何培养真正适用于物联网产业的创新复合型人才提出了面向创新能力培养的课程体系建设思路[6]；姚信威等结合浙江工业大学物联网工程专业探究物联网工程专业国际化人才培养的课程体系结构[7]。

各高校物联网工程专业课程体系的构建结合了行业特色、地区特色、学校特色、专业特色。由于物联网工程专业建立的学科来源、办学基础、人才培养目标存在差异性，课程设置的侧重点也不同，导致物联网专业课程的开设存在多、杂、乱等缺点。在工程教育专业认证理念的引导下，各高校根据自身特点和人才培养目标，积极探索合适的物联网工程专业的课程体系，包括专业建设多年的高校也在积极开展课程体系的重构。

2 工程教育专业认证对物联网工程专业课程体系要求

课程体系建设是工程教育专业认证7个方面中的重要一环，学生12条毕业要求的达成是根据课程体系开展[8]，是专业人才培养目标达成的根本保证。根据通用标准，课程体系应能有效支撑毕业要求及内涵观测点，满足支撑12条毕业要求的达成，支撑布局要求合理，专业核心课程支撑作用突出，课程体系设计有行业企业专家参与。工程教育专业认证对4类课程的最低学分比例进行了具体的要求，见表1所列。针对4类课程的要求能够体现学生能力的培养和达成。

表1 工程教育专业认证对4类课程的最低学分比例要求

根据计算机类专业补充标准，提出和补充了物联网工程专业在某些方面的特殊要求，包括课程、课程作业和专业实践环节，强调培养学生计算思维、基本算法、程序设计、系统能力和解决复杂工程问题的能力[9]。

3 面向系统能力培养的课程体系构建

在新工科的计算机类专业建设中，系统能力培养是首当其冲的重要内容，具有比以往更加迫切的要求[10]，培养相应的技术领域方面的整体系统观以及能够进行软硬件协同设计的贯通能力。系统能力的培养具有突出的工程教育特征，是解决复杂工程问题的直接体现。作为计算机类的物联网工程专业，对应物联网技术的感知层、网络层和应用层三层体系结构，需要学生掌握感知识别层、网络传输、综合应用的知识[11]，具备物联网系统的综合开发能力，更需要培养学生的系统能力。

3.1 课程体系构建

郑州轻工业大学物联网工程专业的培养目标是：面向战略性新兴产业发展需求，培养具有良好的人文科学素养和职业道德，扎实掌握数学、自然科学等基本知识以及物联网工程领域的专业知识，具备较强的创新实践能力，良好的团队协作沟通能力和自主学习能力，能够在物联网工程领域从事软硬件产品开发，物联网应用系统设计、开发及维护等工作的高素质应用型人才。

针对高素质应用型人才的培养目标，确定了人才培养知识、能力、素质等要求，制定了物联网工程专业的课程体系。专业必修课之间的先修后续关系如图1所示。

图1 课程体系必修课程先修后续关系

在重构物联网工程专业课程体系的过程中，学校、学院和专业在开展了长期大规模的企业调研、学生调查后，经过科学论证，构建了5个模块、8个平台的课程体系。5个模块分别是通识教育、学科基础、专业教育、自主发展和集中实践。8个课程平台分别是人文社科课程平台、公共基础课程平台、科学素养教育平台、学科基础课程平台、专业教育课程平台、自主发展课程平台、集中实践教学平台和创新创业实践（课外）。

3.2 专业核心课程设定

课程体系中需要支撑的基础课较多，专业课知识点多且跳跃性强，各类专业核心课程联系紧密，往往需要结合多个课程才能系统性地培养学生解决复杂工程问题的基本能力。培养学生的物联网系统能力，需要打破原有课程之间的界限，统一规划课程群中课程的教学内容，构建完整的物联网系统的知识体系。因此，专业核心课程的选定应遵循：

（1）物联网的感知层、网络层和应用层中，所对应的课程群中至少1～2门课程作为核心课程；

（2）入选的核心课程应能强化课程体系的逻辑性，能够完成课程和知识的衔接，改变以往课程之间相互独立、缺乏直接联系的不足，保证课程体系和知识体系的系统性。

3.3 课程体系支撑毕业要求关系布局的合理性

根据人才培养方案，培养目标由12条毕业要求支撑，而12条毕业要求被细化为33个毕业要求内涵观测点，每个毕业要求内涵观测点均由2～4个教学环节来支撑，每门课程的支撑任务明确。课程体系中设置的各类课程能够支撑标准中的各项毕业要求，课程的内容及其考核方式能有效地支撑各项毕业要求的达成。课程体系中支撑毕业要求的课程共计50门，每个毕业要求都有对应的多门课程支撑，如图2所示。

图2 课程设置对每项毕业要求的支撑总课程数目的分布情况

每门课程支撑1～4个毕业要求，实现了对毕业要求支撑的全覆盖。其中，用以支撑工程知识、问题分析、设计/开发、问题研究这4个毕业要求的课程数远大于其他8个毕业要求的课程数。

课程体系的设置紧紧围绕课程关系的逻辑合理性，保证知识的连贯性和能力培养的递进性。以毕业要求2为例，支撑毕业要求2的17门课程涵盖了应用数学、自然科学和工程科学的课程类型。以学生能够针对物联网领域的复杂工程问题，识别、表达、分析和获得有效解决方案的能力培养为主线。通过传感器技术及应用、无线网络技术、物联网控制系统设计等3门专业课，培养学生识别和判断物联网领域复杂工程问题中的硬件构成、信息感知与传输和数据处理等关键环节的能力。通过高等数学、概率论与数理统计、电路分析、线性电子电路、计算机网络5门课程培养学生正确表达物联网领域复杂工程问题的能力。通过数字逻辑分析与设计、数据结构、操作系统、物联网系统开发与应用4门课程培养学生认识到解决问题有多种方案可选择并寻求可替代解决方案的能力。最后，通过离散数学、计算机组成原理、物联网设计及应用课程设计、毕业设计5门课程，培养学生证实解决方案合理性的能力。从而实现了毕业要求2中所要求的对于学生科学思维能力和问题分析能力的培养。因此，支撑毕业要求的课程之间呈现了较好的递进关系，逻辑性合理，能够保证学生能力的培养。

4 结 语

物联网工程专业作为新兴的信息技术产业，近几年得到了迅猛的发展，对物联网专业人才的需求在数量和质量上都提出了更高的要求。郑州轻工业大学物联网工程专业基于学校办学定位和专业特色，结合新工科、工程教育专业认证对物联网工程专业的要求，重构了面向系统能力培养的课程体系，强化学生物联网系统能力的培养，不断改进物联网专业人才的培养质量。