“人工智能+物联网”专业融合建设研究

王忠东 李伟晗

（1.广西科技师范学院 广西来宾 546199；2.黑龙江省招生考试院 黑龙江哈尔滨 150090）

为适应新时代发展，国家教育部于2017年启动了“新工科”建设工作，同年“复旦共识”“天大行动”“北京指南”等新工科建设方略也陆续出台[1]（P171）[2]（P106），明确提出了“新工科”建设的新理念、新结构、新模式、新质量、新体系，为我国高校开展新时代工程教育指明了建设方向。与此同时，人工智能技术也正值高速发展时期，人工智能正加速变革我们的生产、生活、学习各个领域，高等教育更在其中。国务院又于2017年7月出台了《新一代人工智能发展规划纲要》，提出了高等学校要建设人工智能学科、发展人工智能教育的指导意见，并明确提出了人工智能学科专业建设要与“新工科”建设相统一，形成“人工智能+X”专业培养新模式[3]（P104）[4]（P27）。于是，以“人工智能+X”为核心的新工科建设成为引领高等教育发展的又一个风向标。高等教育向着在线化、定量化、个性化和智能化方向发展，以人工智能技术驱动的各种新型教育模式的不断出现，对传统教育的专业设置、课程体系和教育方式等带来了巨大冲击。因此，新形势下高等院校迫切需要从“新工科”专业建设高度出发开展以人工智能为基础的专业建设，把人工智能思想全面融入“新工科”的专业建设当中，改革传统工科专业建设模式，创新“新工科”专业建设实践，构建“人工智能+新工科”专业体系，培养具有创造、创新、创业能力的应用型人才。

一、物联网工程专业改革的必要性

“新工科”对应新兴产业，主要体现在工程教育理念新、学科专业结构新、人才培养模式新等方面，核心突出学科的交叉融合[5]（P6）。“新工科”建设不仅针对传统工科专业的升级发展，也包括新兴产业专业，如物联网工程、人工智能、智能制造等。

物联网工程与人工智能是国家战略新兴专业，它们是“新工科”的典型代表。虽然它们是两个不同的专业，但是在现代信息技术领域，物联网、大数据、云计算、人工智能构成了一个完整的信息链，物联网与人工智能是密切联系的两个环节，只有相互协作，才能发挥它们的最大优势。

物联网本质上是物物连接的特殊互联网，其特点在于提供一种连接技术，将用户端扩展到了任意物体之间进行信息交换和通信。万物互联将产生海量数据，已经超越人类的处理能力，而人工智能能够为人们提供足够强大的数据信息处理能力和应用效率。

通过物联网完成互联设备间数据收集及共享，利用人工智能将数据做计算和分析，再反馈回物联设备高效使用，这种物联网与人工智能的有机结合使采集的数据更具价值，人工智能将是物联网顶层数据处理中心，人工智能为物联网提供强有力的数据扩展。同时，人工智能将使物联网具有智能特征，也就是新出现的“智能物联网”[6]（P201）。在人工智能与物联网的双重驱动下，将会促进人工智能技术与物联网技术的普及推广，人类生产生活方式将会朝着更简捷、更智能的方向发展。借助物联网，人工智能技术与行业产业结合会更加密切，不但产生直接的经济价值，还会带动云计算、智能硬件产业、数据产业的发展。人工智能+物联网的发展模式潜力巨大、前景广阔，二者结合将产生倍增器作用。但是技术的发展必然要有人才的支持，人工智能与物联网的发展也同样需要二者复合型人才支持。基于此形势，肩负新工科人才培养重任的高等院校，如何面向新工科培养既具有人工智能又具有物联网特色的工程技术人才是其面临的一个新挑战。因此，研究在“人工智能+新工科”背景下物联网工程专业建设，探索如何培养人工智能+物联网的知识和技能，培养适应时代的高素质应用型人才，成为今后人工智能专业与物联网专业教学改革的新方向。

本文通过分析当前物联网工程专业建设中存在的问题与不足，提出了人工智能与物联网融合建设的新理念，从构建“人工智能+物联网”人才培养新模式、打造“人工智能+物联网”工程实践教学新体系和创新教学质量评价方法几个方面进行研究探索，从而形成物联网工程“新工科”专业建设的理论与实践经验，以期对“新工科”专业建设提供参考。

二、物联网工程专业存在的问题

（一）专业特色不足。物联网工程专业体系围绕物联网体系结构（感知层、网络层、应用层）进行设计。物联网工程涉及电气电子、计算机科学、通信工程等学科，是典型的多学科交叉融合专业。物联网工程专业设置体系复杂，跨学科专业建设面临巨大挑战，容易陷入传统工科教学模式或与其他相关学科教学内容趋同架构中，失去物联网工程的特点。例如，物联网工程人才培养内容与计算机专业硬件方向的培养内容差异不大，目前仍停留在以智能控制、嵌入式为代表的传统计算机领域，物联网工程专业标准体现不足。

（二）课程设置重点不突出。物联网工程是一个典型的多学科交叉专业，涉及电子技术、计算机技术、通信工程等专业技术，它是建立在以上各专业发展基础上而衍生出的一个新的集成创新型的“新工科”专业。在人才培养课程体系设置时很大程度上要受到以上各专业的束缚。物联网工程专业课程既有计算机专业基础课、硬件基础、软件编程，又有电子技术、计算机网络、无线通信、传感器技术等，涉及课程很多，很散，而且课程之间缺少关联性。因此，给人的感觉是“样样学，样样松”。这是因为在制定人才培养方案时，思想上仍然局限于传统工科设置方法，照抄照搬其他专业，并没有很好地从人才培养目标、专业特色和社会需求等角度出发，重新设计课程体系。

（三）专业建设缺乏创新性。物联网工程专业是在新兴产业发展下的“新工科”专业。“新工科”专业核心目标是培养实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型人才。然而，目前物联网工程专业的人才培养方案仍然没有脱离传统工科的束缚，依旧处于“散杂多”的局面，课程体系没有体现新工科的“新”特点，导致出现人才培养“无特色、无专长”，学习效果“样样通、样样松”，对物联网人才培养质量造成很大影响。

（四）专业建设缺乏复合性。“新工科”的核心是强调学科交叉。然而，传统学科设置划分较细，知识局限性明显、过于独立、面向单一、关联度低、知识交叉少，随着新兴技术的不断涌现，越来越难以满足重大复杂科学及工程问题的解决需要[7]（P111）。因此，学科专业融合是新工科专业发展的必然。物联网工程本身虽然是新工科专业，自身也是由多学科专业融合而成，在现代信息体系中，物联网、大数据、云计算、人工智能构成了一个完整的闭环系统，它们既相互联系又各自独立，是信息技术模式的上游下游关联，在技术功能上是不可分割的。但是，目前物联网工程专业建设仅局限于自身狭义的专业范畴，并没有将大数据、云计算、人工智能领域的相关知识交叉融合，专业建设的融合交叉性不足或缺失，不利于新工科所倡导的“人工智能+X”复合型专业模式建设。

（五）理论过重实践不足。理论与实践相结合是教育领域永恒的主题。物联网工程专业发展至今，大部分高校都还存在着理论教学过重，实践教学不足的情况。国家标准要求理论与实践7:3，但是一些办学高校因为各种原因，实际上并没有真正达到这个标准，有的实践课程形式上设置了，但最终没有如实开出，或者是理论课作为实践课来设置。比如，应用文写作，创新创业这样的课程，从名称上看是实践性的课程，但是实质上是理论占比很大的课，但一些学校为了达到实践课程的比例，只设置为实践课。还有因实验实践条件所限，在实践教学上注水，实践走过场，实验只停留在演示和验证层面，学生得不到真正锻炼。

（六）工程实践教育不足。物联网工程专业的内涵在于培养学生物联网工程关键技术的开发与应用能力，人才培养目标主要是培养工程应用型人才。但是大部分高校在本专业的建设中都存在工程化教育不足或缺失的现象，没有充分从工程项目角度出发设计课程体系，在教学实践中融入工程应用性教学内容或实践项目过少，仍处于以理论教学为主的培养阶段，与工程一线脱节严重，培养的学生只具有书本上的理论，缺乏工程实践经历经验。

这从毕业生的就业上很能说明问题，每年我国的物联网工程专业毕业生数量很大，企业招聘后都要花很大精力对学生进行再培训再教育，弥补在校期间工程实践训练的不足。毕业生也反映自己在校期间很少有机会接受工程化的训练。

三、“人工智能+新工科”的物联网工程专业建设思路与改革措施

物联网是信息产业领域中最具应用前景的战略性新兴产业之一。物联网工程专业自开办以来正逐渐走向成熟，但在实践过程中，也遇到了各种问题。因此，在新的形势下，对物联网工程专业不断进行改革创新，才能保持其生命力与先进性。

信息时代，物联网、云计算、大数据和人工智能构成了一个完整的闭环信息系统。物联网是获取信息的基础，云计算是信息存储与处理的核心，大数据是信息数据分析的工具，人工智能是信息应用的关键[2]（P107）。该系统将物理世界和信息世界有机地融合在一起，实现信息共享。因此，新的专业建设思路要以“新工科”建设为导向，以“物联网、云计算、大数据、人工智能”信息闭环系统为引领，注重跨学科与专业交叉、融合等新特点，挖掘物联网工程技术的交叉、连续、耦合等内涵，提高资源的共享性。结合物联网工程专业建设与实践经验，优化人才培养方案、重构课程体系、加强实践环节，研究探索“人工智能+新工科”背景下的物联网工程专业人才培养新构架、创新人才培养新模式。以主干专业课程为核心，体现“物、云、大、智”系统知识的交叉融合，重构课程体系，加强课程相互衔接与统筹协调，突出应用性和实践性，拓宽学生的学科视野和专业领域，增强学生的工程实践能力和创新创业能力。

（一）树立“人工智能+物联网”融合建设的新理念。人工智能与物联网同为信息技术的产物，尽管有所不同，但二者都具有“新工科”背景。人工智能时代物联网的发展越来越智能化，同样，人工智能为了实现真正的智能也离不开物联网的支撑，因为物联网可以深入到各个产业[7]（P201）。人工智能与物联网的结合必将推动人工智能的深度发展。将人工智能融入物联网工程专业的建设和人才培养中，不仅可以促进物联网专业的升级和发展，也可以提升人工智能专业的发展水平。两者的有效结合对于“人工智能+新工程”背景下物联网工程的专业建设具有重要的现实意义。

因此，随着人工智能技术的快速发展，物联网工程专业的改革与建设迫切需要高校工作者树立“人工智能+新工科”的教育理念，从“新工科”的战略高度出发，开展以人工智能为特色的物联网工程专业建设，构建“人工智能+物联网”深度融合的课程体系，大力推进“物联网+”专业创新发展，培养“人工智能+物联网”创新型人才。

（二）构建“人工智能+物联网”专业融合的人才培养新模式。人工智能作为一门多学科融合发展的交叉学科，已与基因工程、纳米科学并列成为当代三大顶尖技术。人工智能不仅影响着世界新技术的变革和新产业的发展，而且对新工科的建设和人才培养具有重要的指导和推动作用。

物联网、大数据、云计算、人工智能是一个整体，在信息空间构成一个循环系统，将物理世界和信息世界有机融合、资源共享。“人工智能+物联网”专业融合建设要充分分析“人工智能+新工科”背景下的物联网工程专业人才培养目标与人工智能时代产业对人才需求问题，以优化人才培养目标为抓手，以“物、云、大、智”为引领，以学科交叉、融合为前提，挖掘物联网、大数据和人工智能的交叉、耦合内涵，提高“物、云、大、智”融合性，优化人才培养方案、课程体系、实践实训等要素环节，研究建立“人工智能+物联网”专业人才培养新模式，体现多样性和个性化人才培养模式。

（三）设计“人工智能+物联网”专业融合建设的课程新体系。根据“人工智能+物联网”复合型专业培养目标，重点研究项目化、问题化、模块化和校企合作工程化的课程内容和学习环节，基于人工智能教学内容的相互渗透、整合与优化，重新规划“人工智能+物联网”的课程新体系，包括课程设置、实践实训及考核标准等多个方面。在已开设人工智能相关课程基础上，结合学科交叉融合需求，研究设置大数据、人工智能与物联网融合的新工科知识体系。由浅入深设计面向专题式、模块式的“人工智能+物联网”课程模块，以现有专业课程为基础，增设人工智能+通识课模块，普及智能科学知识；构建“人工智能+物联网”综合实验模块，实现物联网技术与大数据、人工智能联合驱动的专业技能应用训练；开展“人工智能+物联网”的跨专业专题化课程建设，构建“物联网+人工智能”或“人工智能+物联网”的专业交叉、知识融合的专题化课程模块，形成专业方向的多元化。

（四）打造“人工智能+物联网”融合建设的工程实践新体系。为了达成“人工智能+物联网”专业建设的目标，应打造产、学、研、赛、创相结合的工程实践教学体系，多维度培养学生的工程实践与创新创业能力。虽然为学生提供了一些项目化、专题化的实践课程，但还需要更加贴近产业一线的工程化的学习环境，只有通过实际的工程化训练才能真正培养学生快速适应工作岗位的本领。可以通过加强校企合作，构建专题化、模块化的实践学习内容和工程训练环境，借助“人工智能+物联网”专业交叉的新工科模式，以真实的工程问题，如智慧农业、智慧养殖、智慧家居为依托，将专业训练与产业项目结合起来，使学生在工程实践中主动学习和构建专业知识与能力结构[8]（P75）。还应鼓励学生参加“互联网+”大学生创新创业大赛、大学生电子设计大赛、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、人工智能大赛等各级各类竞赛活动，以赛促学，专创融合，多维度培养学生的工程实践和创新创业能力。

（五）“人工智能+物联网”专业融合建设的评价新方法。

1.建立基于OBE 教育理念的质量评价方法。传统的教学质量评价仅注重教学环节的管理与监控，方法简单，缺乏改进。一个完善的质量管理体系应该具备“评价—反馈—改进”的有效闭环特征，并且能够利用信息技术促进质量管理的现代化和提高教育效率和质量[9]（P3）。随着工程教育认证的深入，基于OBE 的教育模式和质量评价模式已被我国高等工科教育所认可。OBE模式可对学生学习的产出进行分析，对学生教育结构及相关评价体系逆向设计。OBE模式是一个不断改进的过程，它需要建立有效的持续改进机制，可以达成教育的质量评价从“质量监控”向“持续改进”的转变[9]。在“人工智能+新工科”物联网工程专业质量评价体系中全过程引入OBE评价模式，通过设定明确的培养目标和毕业要求，并对每项毕业要求逐层进行指标点分解，围绕指标点设计课程的教学内容和教学模式，针对学习目标设计具体有效的考核评价方法。对指标点的评价，不再局限于期末考试一种形式，可通过课堂表现、分组讨论、项目设计、实验报告、答辩等多种形式进行。同时，根据评价结果反映的问题不断进行培养方案、授课内容和授课形式的改进，构建一种“评价—反馈—改进”的循环评价体系。

2.建立基于智慧教学理念的质量评价方法。传统教学是以“知识传递”为目的的，这种形式已经不能满足新时代创新人才培养的需求，智慧教学应时而生。智慧教学是以物联网、云计算、大数据等新兴技术为依托的智能化、数字化、个性化的现代教育形式，是以培养学生智慧为终极目标的教育活动。在智慧教学过程中，检验智慧教学实施的效果离不开智慧教学的评价。“人工智能+新工科”背景下的教学模式与智慧教学本质上是相同的，它们都是新兴技术的产物，都是以培养人的智慧为目标，因此，“人工智能+物联网”专业质量评价引入智慧教学评价方式对专业建设具有重要意义。

智慧教学评价是以智慧教学为基础的，在智慧教学平台上进行教学活动而产生教与学大数据，通过对大数据的智能分析，实现教学行为的质量评价。在“人工智能+物联网”专业建设实践中，鼓励教师选用和建设各种智慧教学平台及资源，开展线上线下混合式教学活动，对学生开展智慧学习培养。同时利用平台的数据智能分析系统，结合线上线下评价手段，探索建立科学、全面、智慧的评价模式，形成具有实时性、反馈性、可追踪性的人才培养质量评价体系。

结语

人工智能正在加速融入社会的各个领域，人类正在步入人工智能时代。新时代，如何推进“新工科”建设、建立“人工智能+X”的复合型人才培养模式、推动“人工智能+新工科”工程教育改革是高等教育未来的发展方向。本文以人工智能与物联网工程专业融合建设为主线，从分析物联网工程专业建设中存在的问题出发，以人才培养模式构建、工程实践体系打造和质量评价方法创新为抓手进行研究与探索，提出了“人工智能+物联网”的新工科专业建设理念及实践架构，形成了“人工智能+新工科”背景下物联网工程专业建设的理论与实践经验，为“人工智能+新工科”背景下的工科专业建设提供经验参考。