物联网工程人才培养模式研究<br/>——以A高校为例

物联网工程人才培养模式研究
——以A高校为例

2022-11-22侯跃恩陈广明邓嘉明郑奕迅邓文锋高延增王赢利

物联网技术 2022年11期

侯跃恩，陈广明，邓嘉明，郑奕迅，邓文锋，高延增，王赢利

（1.嘉应学院广东省山区特色农业资源保护与精准利用重点实验室，广东梅州 514015；2.嘉应学院计算机学院，广东梅州 514015；3.嘉应学院信息网络中心，广东梅州 514015；4.嘉应学院教学质量监控与评估中心，广东梅州 514015）

0 引言

随着计算机、网络、自动化、大数据、人工智能和电子电路等技术的发展，中华人民共和国教育部于2010年在计算机科学与技术学科下增设了物联网工程专业[1]。随着我国物联网产业的蓬勃发展，物联网产品已经渗入到各个领域，包括个人生活、工业、农业、交通、医疗等。《中国个人物联网行业研究白皮书2021年》中指出，2020年我国物联网的连接量为84亿，随着5G的大规模落地，预计在2023年连接量可达148亿[2]。中华人民共和国人力资源和社会保障部的相关报告显示，未来5年，物联网行业人才缺口将超过1 600万人[3]。与巨大的物联网专业人才需求形成鲜明对比的是，我国每年的物联网专业毕业生人数大约为10万，人才供给和需求严重不平衡。此外，物联网相关的用人单位普遍表示，物联网专业毕业生在学校学习的内容大多与实际需求不符，存在物联网思维欠缺、理论知识过时、动手能力弱、解决问题能力差等问题。

针对以上问题，各高校研究人员对物联网人才培养模式进行了一系列的探索。孙泽宇等人[4]针对物联网专业存在的专业知识多且杂和跨学科较多的问题，在新工科的背景下提出了一种借助多学科融通手段将理论知识融合于创新实践中的方法，取得了较好的效果。刘博等人[5]从建设一流专业和工程教育认证的角度出发，提出了一种服务于“工程教育专业认证”的培养方案，从平台构建、人才培养模式、创新创业教育、产学研合作教育等方面进行了一系列探讨。周永[6]探讨了物联网工程专业人才培养方案制定方面的若干问题，剖析了某大学物联网工程专业2019年人才培养方案。王泽芳等人[7]提出了一种基于工匠精神和能力培养的物联网专业群课程体系建设思路，提出了一种“2平台+3模块”的专业群课程体系，较好地实现了人才培养目标。侯跃恩等人[8]提出了一种面向企业需求的物联网人才培养模式改革方法，在面对企业需求的基础上研究了一种基于黄金圈思维发展的课程设置思想，在前期对试点对象的培养中，有效提高了教学质量。张军国等人[9]结合百度在深度学习方面的教学资料，通过优化教学内容、增加创新性实验、引入项目驱动及翻转课堂等手段，对物联网技术及应用的研究生课程进行了改革，取得了一定的成效。鞠铭烨[10]对物联网课程体系改革进行了探讨，从教学形式多样化、师资队伍建设、改善实验条件、多元化教学等方面提出了改革建议。

1 物联网工程专业人才培养中存在的问题

物联网技术旨在将不同环境中的物体相互连接，以实现特定的功能，是引领新一代信息技术的科技革命。作为一门新兴的学科，物联网技术所涉及的领域较广，涵盖的学科门类较多。随着信息技术、电子技术、人工智能和大数据的快速发展，对物联网工程专业的人才培养模式提出了较高的要求。目前，我国各高校对物联网人才培养的模式仍处于探索阶段，还存在许多的问题没有得到解决。以A高校为例，主要存在问题如下：

（1）人才培养方案主线不清晰

物联网技术集合了计算机、电子、自动化、网络等内容，课程体系较为复杂，给人才培养方案的设置带来了一定的困难。首先，培养方案没有明确物联网工程专业的人才培养目标，只是将物联网所涉及的学科课程机械地融合到一起，学生在学习过程中不清楚自己要达成的目标，学习效果不理想。其次，在课程设置过程中，没有以培养目标为主线考虑各课程的衔接关系，比如在《C语言程序设计》的教学内容中，没有考虑后期硬件开发要使用的相关知识，导致软件教学和硬件开发教学脱节；人才培养方案设置没有考虑新理论、新技术的更新迭代。随着技术的发展，物联网的内涵和外延在不断扩展，而大多老师由于不是物联网专业出身，且存在惰性思想或习惯性思维，没有很好地跟进物联网技术的发展，导致掌握的知识陈旧，授课内容与社会需求脱节。

行业需求调研不够深入，没有很好地对标工程教育认证所提出的要求。人才培养方案除了需满足物联网行业对人才掌握技能的需求，还应该对标工程教育认证所提出的12点毕业要求。首先，由于对行业需求调研不够深入，教师没有很好地将行业需求转化成教学目标，不能将企业项目所涉及的内容转化成知识点，不能将收集到的项目信息转化成教学材料，进而形成人才培养方案。其次，没有从工程教育认证所提出的毕业要求出发，有机地梳理各门课程所对应的核心能力。比如，在工程教育认证的毕业要求中有一项关于沟通能力的要求，而在人才培养方案中却没有很好地体现对该毕业要求的培养，导致学生此方面能力有所欠缺。

（2）实验室建设与人才培养方案脱节

实验室建设没有很好地从物联网体系结构出发、从宏观角度考虑。实验室建设应该从实验课程的需求出发，实验课程建设应该从人才培养方案出发，而人才培养方案应该从物联网所要求的体系结构出发。A高校前期在建设物联网专业实验室时，更多的是在调研其他高校实验室建设的基础上考虑硬件开发设备的购置，如单片机开发板、嵌入式开发板、传感器实验箱等，没有从物联网的内涵出发充分考虑物联网体系所包含的内容，导致在人才培养过程中有所缺失。

实验室建设时教师参与度不够，与人才培养方案脱节。A高校前期在建设物联网实验室时，教师的参与度不够，很多教师认为实验室的建设是实验室管理人员的工作，与自己关系不大，造成实验室建设内容与人才培养方案脱节，导致有些设备的利用率不高，有些设备不能满足教学的需要。

缺乏专业的项目实训实验室，学生缺乏创新创业和项目训练环境。由于物联网工程所涉及的学科较多，应用面较广，现有的专业课程实验室不能满足所有学生对实验环境的要求，必须增加实验环境给学生进行多元化实训，比如各类科技制作、竞赛、企业项目、创新实践和教师科研项目等。A高校在实验室建设过程中，没有建设专业的项目实训室，学生在课程学习之外没有足够的条件参加实践活动，势必会在人才培养过程中缺少综合创新项目训练，影响人才培养质量。

（3）实验实训环节与行业需求脱节，学生动手能力较弱

在设计实验实训教学方案时，没有深入调研物联网行业需求。实践动手能力是企业要求毕业生具有的核心能力，也是工程教育认证的毕业要求之一，实验实训环节的教学方案设置对实践动手能力的培养起着至关重要的作用。实践实训环节主要分为验证性实验、设计性实验、综合性实验和创新性实践等。A高校在设置实践实训教学方案时，没有深入进行行业调研，各课程的实验没有以行业需求为主线进行设置，验证性实验比重过大，设计性实验较少，大多在课程内开展实验，缺乏能反映行业需求的跨课程综合实训，创新类实践项目更加缺失，造成学生物联网思维弱、综合动手能力差。

没有很好地利用教师的科研项目和引入企业项目开展实践实训和创新活动。教师的科研项目往往紧跟技术发展的前沿方向或工程关注的焦点，企业项目往往是市场经济中的风口所在，将这些项目引入教学中形成教学材料，对学生的实践实训和创新活动的开展具有非常重要的意义。对于A高校来说，虽与物联网企业有一些项目合作，但没有很好地将教师科研和企业项目引入到教学过程中，在开展实践实训和创新活动过程中没有很好地利用这些资源。

2 改革措施

（1）对标工程教育认证的毕业要求和物联网行业的实际需求，理清人才培养方案的主线

组织物联网专业教师深入学习工程教育认证的核心思想，修订人才培养方案。项目组成立了工程教育认证工作小组，通过内部解读工程认证核心思想、邀请专家进行指导、兄弟院校调研、行业调研、毕业生和校友问卷调查等手段，对人才培养方案进行修订。重点突出应用型物联网人才需求与培养方案的关系、各门课程核心能力与工程教育认证毕业要求的对标、人才培养方案的可持续改进。

组织教师与物联网企业开展合作，使教师对物联网教学的内涵有深入的认知，引入教学资源。项目组通过行业调研，与多家物联网企业达成合作关系，这些物联网企业包括物联网设备制造企业、物联网技术应用企业和物联网技术培训企业。通过与物联网设备制造企业的项目合作，掌握物联网底层技术的发展和应用情况，剖析项目所涉及的技术，将其融入到物联网专业基础课程的教学课程中。通过与物联网技术应用企业的项目合作，深入了解物联网技术的应用情况，形成教学文档，将其引入到物联网方向的专业课程和实践课程中，提升学生的理论应用能力。通过与物联网技术培训企业合作，派遣教师到这些企业参加物联网技术培训，系统性地梳理物联网所涉及的相关技术和方法。

（2）以物联网体系结构为依据，开展实验室建设

从物联网体系结构出发宏观把握物联网实验室的建设方向。项目组从物联网体系结构出发，对物联网工程各类实验进行了梳理，进而总结实验室建设的思路，如图1所示。从图中可以看出，物联网体系结构由感知层、网络层和应用层组成。其中，感知层通过终端获取并处理传感器数据，涉及的课程有《嵌入式系统开发》《传感器原理及应用》《接口技术》《RFID原理及应用》等。针对这些课程，A高校建立了硬件开发实验室，主要设备有传感器实验箱、嵌入式开发实验箱、单片机开发实验箱、移动开发实验箱等，可以满足物联网感知层的所有开发及应用需求。网络层包括接入层、汇聚层和核心交换层，主要开设的课程有《计算机网络》《无线传感网络原理及应用》《物联网网络安全》《移动通信网络》等。针对这些课程，A高校建立了网络与安全实验室，主要设备有无线传感网络实验箱、交换机、路由器、防火墙、网络安全攻防平台等，可以满足网络层实验教学的需求。应用层主要由管理服务层和行业应用层，主要开设《数据结构》《数据科学导论》《人工智能导论》《物联网综合实践》等课程。针对这些课程，A高校建设了大数据实验室、人工智能实验室，主要设备包括云平台、数据服务器阵列、GPU服务器平台等。为了满足学生项目、各类比赛和创新创业的需求，A高校正在建设物联网创新实训室，进一步提高人才培养质量。

图1 物联网实验室建设思路

（3）从企业需求出发，优化课程内容，改进教学方法

结合物联网企业需求，组织教师参加培训和参与物联网项目研究，将研究内容渗透到教学过程中。通过与物联网企业开展项目合作，项目组获取了大量的行业需求和开发案例。以智能家居的项目开发为例，该项目涉及到了物联网体系结构中感知层、网络层和应用层的内容，相关课程为《C语言程序设计》《传感器原理及应用》《单片机原理》《嵌入式系统开发》《计算机网络》《JAVA语言程序设计》《移动应用程序开发》《数据结构》《数据库原理》《Web前端应用开发》《数据科学导论》《人工智能导论》等，如图2所示。在课程教学大纲设计过程中，将课程内容与项目相关技术相结合，有针对性地设置相应的实验内容，让学生动手完成智能家居设计的某个环节，减少验证性实验，增加设计性实验和综合性实验，使学生在课程学习过程中了解实际的项目开发中会用到的相关技术。在综合实践或创新实践过程中，要求学生能够熟悉整套系统的开发过程，并且能够根据所学知识，创新性地设计物联网系统。

引入企业资源参与教学改革，主要分为两方面：一是高校与企业共同参与教学改革；二是派遣教师到企业参加培训。在高校与企业共同参与教学改革方面，主要的举措是根据行业需求与企业一起制定人才培养方案、企业派遣工程师参与部分实践课程。在派遣教师到企业参加培训方面，主要举措是分批派遣教师到企业参加物联网前沿技术培训，使教师掌握物联网的新技术、新方法和新应用，使教师队伍的知识结构能够得到有效的迭代和更新。近两年，项目组派遣6名教师到粤嵌科技、飞瑞敖、东软等企业参加技术培训，有效提升了教学团队的新技术迭代能力。

3 人才培养模式改革取得的成效

经过两年的改革实践，项目组取得了一定的成果。在教学方面，人才培养方案的质量得到了大幅度提升，课程设置较为合理，课程内容有较好的优化，课程之间的关联性得到了加强，课程主线较为清晰，学生的理论水平和实践能力均有提高。在实验室建设方面，项目组根据物联网体系结构和人才培养方案的要求，先后建立了网络与安全实验室、物联网综合实训实验室、大数据实验室和人工智能实验室；与此同时，物联网创新实训室正在建设中。将实验室的建设与课程要求有效结合，提高了学生的动手能力。在教学成果方面，A高校2017级物联网毕业生的综合素质有所提高，毕业生基本满足工程教育认证的毕业要求，就业质量较高，包括入职于滴滴、小米、百度、腾讯、盛趣游戏等知名企业。此外，学生在专业竞赛中也取得了一些成绩，获得省级以上奖项23项。