一流本科专业建设背景下地方高校物联网工程专业课程体系构建实践探究

孟小艳 靳晟 杨莹

摘要：文章在探讨一流本科专业建设的背景下，以新疆农业大学物联网工程专业为例，介绍了物联网工程专业课程体系建设的内容和实践经验。在本科层次的物联网工程专业的课程体系构建中，针对地方高校应用型本科的特点，从培养学生解决应用型工程问题的能力出发，将人才培养目标定位到应用型工程人才的培养，结合地方高校特色，引入“人工智能+”思路，构建了能够达成毕业要求的专业课程体系。实践表明，该课程体系能够有效提升人才培养质量，对地方应用型高校在建设物联网工程专业具有一定的参考意义。

关键词：物联网工程；课程体系；国家一流本科专业建设；地方高校

中图分类号：TP39 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2023）31-0157-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）

0 引言

在高等教育改革持续创新的当下，如何有效提升高等教育的质量和水平，如何满足人们日益增长的对优质高等教育资源的追求和向往，已经成为新时代我国高等教育发展的重大历史使命。一流本科專业的建设正是推动我国高等教育发展和优化的重要环节。一流本科专业建设从2019年正式启动到现如今初见成效。

作为国家倡导的战略性新兴产业，物联网备受各界重视，并成为就业前景广阔的热门领域，因此物联网工程专业成为各家高校争相申请的新专业。新疆农业大学物联网工程专业于2012年成功申报该专业招生，2016年入选自治区战略新兴重点建设专业并在2020年底通过验收，2022年初获批国家级一流本科专业建设点，已为新疆各行各业输送了多批物联网专业紧缺人才。专业针对本校农科特色，明确专业定位，在专业建设上进行了有效的探索。

1 研究背景及意义

课程体系是指在一定的教育价值理念指导下，将课程的各个构成要素加以排列组合，使各个课程要素在动态过程中统一指向课程体系目标实现的系统[1]。课程体系是专业培养目标的具体化和依托，规定了培养目标实施的规划方案。课程体系的质量和完备性是影响专业教育质量和水平的重要因素之一。如果课程体系不完备或不合理，那么相应的专业教育也将受到影响，导致学生毕业后无法很好地胜任工作。随着技术的不断进步和社会的不断变革，行业的需求和趋势也在不断发生变化，课程体系也需要不断更新，引入更多的新技术和新领域的知识，使学生具备适应行业快速变化的能力。因此课程体系的持续建设和实践是有意义的工作。

一流本科专业建设是为了适应经济社会发展对高素质人才的需求，推进高等教育内涵建设，提高本科教育质量，推进高等教育现代化而进行的一项改革措施[2]，它体现了国家高等教育综合治理的整体思路；也彰显了国家对本科教育的高度重视；顺应了卓越高级专门人才培养的需求；建设一流本科专业，是提升人才培养质量、推动高校内涵发展、实现高等教育强国梦想的必然举措。面对一流本科专业认证，原有的课程体系需要进行更科学的改革和优化。因此围绕如何改革优化核心课程体系，使其能贴合新工科建设标准，能支撑起专业的培养目标展开研究是有意义的工作[3]。同时，探索专业课程体系改革中的方法，分析课程体系建设对专业人才培养的影响，有助于提高该专业人才培养能力，为学院其他相近工科专业开展专业认证提供借鉴和参考[4]。

2 专业建设理念

物联网工程是一个技术与应用高度融合的领域[5]，因此，课程设置应该紧密围绕工程应用开展。新疆农业大学物联网工程专业建设的定位是：立足新疆，面向西部，侧重“三农”，以“丝绸之路经济带”作为专业建设的重要方向服务社会，凝练具有地方教育特色的专业建设体系，构筑西部地区物联网高等教育平台，打造培育物联网骨干人才的摇篮，全力为各行各业持续输送高水平、高质量、高素质的复合型和创新型工程技术紧缺人才。

首先，要确保学生掌握计算机科学、通信技术和工程知识的综合应用能力。其次，应该注重培养学生的实践与创新能力，通过实践教学、竞赛等方式激发学生的兴趣，促进学生的创新思维和实践能力提升。同时，结合学校传统优势学科，凸显和强化2个物联网工程应用领域，一个是农业物联网工程与应用，与农学、林学等传统优势学科有机结合，为“三农”问题的解决提供信息技术支撑；一个是干旱区资源环境物联网工程应用，与水利、草业等传统优势学科有机结合，为新疆敏感脆弱生态环境保护和可持续发展提供信息技术支持。

3 课程体系建设

3.1 整体课程体系

物联网工程专业培养造就具有通信技术、计算机技术、电子技术等相关专业知识，掌握通信系统理论和物联网技术工程领域的专门知识与关键技术，具备扎实的电子技术、传感技术、通信网络理论、信息处理技术等基础理论，基础宽厚。目前的课程体系主要分为3个层次：通识教育、专业教育、素质教育。通识教育层次分为同时理论课和通识实践课；专业教育层次又细分为专业基础课、专业核心课、专业选修课和专业实践课；素质教育层次包括素质教育限选和素质教育任选。具体物联网工程本科专业的课程体系如图1所示。

课程体系中特别要说明的如下。

1） 通识理论课主要有：数学素质类（高等数学、线性代数、概率统计）、大学物理、Python程序设计导论、英语、体育、思政类课程（中国近现代史纲要、思想道德修养与法律知识、马克思主义基本原理、形势与政策、毛泽东思想和中国特色社会主义理论体系概论、新疆简明历史），统称6课。

2） 专业基础课程主要有：C++程序设计、Android应用开发、Java语言程序设计、数据结构、电路分析、模拟电子电路、数字逻辑与数字电路、可编程逻辑器件与应用技术、计算机网络。

3） 专业核心课程主要有：物联网工程学科导论、设备自动传感与执行、传感器与智能感知、物联网组网技术、物联网多媒体技术、设置Dragon Board开发平台、Arduino接口及项目开发、树莓派接口及项目开发等。

4） 专业选修课程主要有：ARM体系架构与编程、实时操作系统、机器学习、神经网络与深度学习、卷积神经网络与图像分类、农业信息采集与处理等。

5） 专业实践课程主要有：除了专业课程对应的实践课，还开设有综合实践和综合应用实践课。其中，综合实践包括电子技术基本实训、综合电子设计、物联网工程综合实践。多手段强化实践环节效果。

3.2 专业课程建设

物联网工程是一门交叉学科，涉及了计算机、电子、自动控制和通信等多个领域的相关专业知识，综合性强，内容复杂，并同时包括了软件和硬件。因此在进行专业课程体系建设时，注重课程间的衔接和关联的同时，还不断增加专业课占比。表1为专业课学分占比，除去专业实践课（专业实践课以周为单位，学分一直未变），可以看出专业必修课、选修课、核心课的比重在总学分整体下降的情况下，仍然呈现占比升高的趋势。

专业基础课程的学习，可以使学生学习到专业相关的基本理论、基本知识和基本技能，能够帮助学生建立全面的学科知识体系。因此，从软件、硬件、网络三个维度进行了课程设置，为学生进一步深入学习提供专业支撑。专业基础课设置基本稳定，在优化了语言设计类课程的同时，增加了手机端开发新技术“Android应用开发”和硬件新技术“可编程逻辑器件与应用开发”。随着学院整体方向的优化，增加了人工智能+课程“探寻人工智能”，保证学生专业基础扎实。

学习了基础课程之后，可以进阶到核心课程进行深入学习。在核心课程中引导学生学习物联网工程的基本概念和应用领域，开设了物联网技术导论。接着引导学生学习常见传感器的类型、原理和设备的自动化，开设了传感器与智能感知和设备自动传感与执行课程。随后引导学生学习了物联网设备组网，开设了物联网设备组网技术。最后为提高学生的实践能力和创新能力，让学生学习了嵌入式系统设计和开发、开源硬件和开源软件的使用和开发等方面的知识，开设了设置Dragon Board开发平台、Arduino接口及项目开发和树莓派接口及项目开发课程。这些核心课程从原理到应用开发，全面覆盖物联网体系架构中的感知层、网络层和应用层。与传统重理论的课程体系不同，课程设置理论和实验学时对半，通过加大实验学时、项目式驱动教学等思路，提升学生的实践能力。同时，多门课程项目和课程设计基于农科背景加强交叉融合，着力解决新疆农业数字化问题。

除此以外，为开阔学生的视野，帮助学生更好地发掘自己的潜力和才能，从硬件和AI两个方向设置了专业选修课。专业选修课程全面升级为前沿技术，将程序设计类课程调整成专业基础课后，舍弃传统课程专业英语，添加侧重硬件方向的前沿技术类课程ARM体系架构与编程、实时操作系统，同时在专业选修课中体现“人工智能+”模式。在AI方向，开设了机器学习、神经网络与深度学习和卷积神经网络与图像分类等课程，并且将“卷积神经网络”细化为专业中应用较多的图像分类任务。为使学生了解当前信息技术前沿，考虑到新疆农业大学农业优势学科多的特点，还开设了与农业结合的农业信息采集与处理课程。

4 教学实施

物联网工程专业作为一个新兴专业，具有较强的交叉性与综合性，同时与科技的联系也比较紧密。虽然我国开设此专业已有10余年，但是目前使用的还是传统的理工科的培养模式，还存在着课程设置不合理、实践教学不足和创新能力培养不够的问题。针对存在的这些问题[6]，新疆农业大学物联网工程专业在教学实施中有几点做法。

课程设置方面，应根据物联网工程专业的培养目标和毕业要求，合理安排通识类知识、学科基础知识、专业知识和实践性教学等内容，突出物联网的特色和核心竞争力，避免与其他计算机类专业重复或冗余。同时，应根据物联网技术和应用的发展变化，及时更新课程内容和教材，在课程导论中引入前沿的理论和案例和项目应用知识，提高课程的时效性和针对性；在专业课程中以项目式教学为驱动，提高学生的动手能力；在选修课程中增加与AI结合的课程。

在实践教学方面，将物联网的实践项目引入课程中，实践课在专业课的占比达到44%，让学生能够有充足的时间在项目中进行实践操作，提高学生的实践能力和技能水平。同时，建立了完善的实验室和设备资源，以国家级工程中心、省级农业工程中心、省级本科实验教学平台为依托，提供实验所需的软硬件，鼓励学生进行自主实践，为学生提供开放实验室，让学生能够在自主实践中提高技能和实践能力。

在创新能力培养方面，应培养学生的计算思维、系统思维和创新思维，激发学生对物联网领域的兴趣和探索精神。学院开展了多种形式的科技创新、社会实践等活动，例如组建无人机植保小分队，利用暑假时间到田间完成植保任务；鼓励学生参与科研竞赛、创新创业等项目，学院提供指导和支持，学生在国赛和各类省赛中获奖率逐年攀升。

在一流本科专业建设背景下，物联网工程专业的课程体系建设和教学方法的优化是至关重要的。通过组建课程团队形成合力，加快课程建设，在教学内容改革、教学方法改革和课程资源建设等方面进行实践探索，取得丰硕成果。已建成国家级本科一流课程2门，省级一流课程3门，校级一流课程多门。

5 展望

我国已经制定了高等工程教育改革的发展目标，到2030年，形成中国特色、世界一流工程教育体系，有力支撑国家创新发展；到2050年，形成领跑全球工程教育的中国模式，建成工程教育强国，成为世界工程创新中心和人才高地，为实现中华民族伟大复兴的中国梦奠定坚实基础。培养造就一大批多样化、创新型卓越工程科技人才，为我国产业发展和国际竞争提供智力和人才支撑，既是当务之急，也是长远之策。课程体系建设是专业建设的重要组成部分，建设良好的课程体系是每个专业的重要任务之一，有助于提升专业的教育质量和水平，同时也在推动学科的发展和行业的变革创新方面发挥着重要作用。

物联网工程专业作为新工科的重要组成部分，需要不断地完善和创新课程体系，以适应社会和产业的发展需求。本校的物联网工程专业也肩负着同样的使命，面对越来越多的挑战，课程体系建设和改革是必然趋势。新疆農业大学一直以为社会培养专业能力强，具有创造力的新时代学生为己任，希望为国家的新工科建设贡献一份力量。

参考文献：

[1] 李海东.融合与创新：高校创新创业课程体系构建研究[J].中国大学教学，2023（3）：42-51.

[2] 刘辉，朱汉，佟矿.一流本科专业建设：主要原则、基本思路及关键路径[J].高教学刊，2023，9（6）：34-38.

[3] 胡淑珂.一流本科教育背景下地方本科专业建设的问题与改进措施[J].佳木斯职业学院学报，2023，39（3）：104-106.

[4] 盛红坤，张晨，李国东.“双一流”背景下应用型大学一流本科专业建设体系模式研究[J].高教学刊，2023，9（4）：19-22.

[5] 王建新，谢勇，杨蕊.新工科教育背景下物联网工程专业本科课程体系优化建设[J].物联网技术，2021，11（10）：121-123，126.

[6] 施炯，李君.面向工程教育认证的物联网工程专业课程体系构建[J].宁波工程学院学报，2022，34（1）：103-108.

【通联编辑：梁书】