新工科物联网工程专业的多元融合实践教学探索

徐德刚 张其林 项东升

摘  要： 根据新工科建设育人要求，针对目前物联网工程专业实践教学中存在的问题，借鉴CDIO教育模式，结合学校的实际情况，从实践课程体系、多元融合的授课模式、多元考评体系等几个方面对多元融合的物联网工程专业实践教学体系进行探索研究，提出了一些新的改革措施和方法。实践表明，此改革措施有助于充分激发学生学习的主观能动性，有利于全面锻炼与提升学生的实践能力、创新能力以及工程综合素质。

关键词： 新工科; CDIO; 物联网工程; 实践教学; 多元融合

中图分类号：G642          文献标识码：A     文章编号：1006-8228（2020）03-63-04

Exploration on multi-integration practical teaching of new

engineering IoT engineering specialty

Xu Degang， Zhang Qilin， Xiang Dongsheng

（School of Computer Engineering， Hubei University of Arts and Science， Xiangyang， Hubei 441053， China）

Abstract： According to the education requirements of new engineering construction， aiming at the existing problems in the practice teaching of IoT engineering， drawing lessons from CDIO education mode， combining with the actual situation of the school， this paper explores and studies the multi-integration practical teaching for IoT engineering specialty from the aspects of the practice curriculum system， the multi-integration teaching mode， and the multi-evaluation system， and proposes some new reform measures and methods. Practice shows that the reform measures are helpful to fully stimulate students' subjective initiative in learning， to comprehensively exercise and improve students' practice ability， innovation ability and comprehensive engineering quality.

Key words： new engineering; CDIO; IoT engineering; practical teaching; multi-integration

0 引言

物聯网被称为世界信息产业的第三次浪潮，是IT产业的新兴热点。在我国，物联网已上升为国家五大战略性新兴产业之一。为了满足国家战略性新兴产业发展对高素质人才的迫切需求，在教育部相关文件的指导下，物联网工程专业应运而生。

2020年5G将正式步入商用，随着5G商用进程的逐步深入，物联网产业将迎来爆发式增长，物联网工程专业人才的需求将十分巨大，要求也会越来越高，高校作为物联网人才的重要摇篮，其人才培养的实践教学体系也应适应新时期的需要。如何建设好物联网专业，为我国的物联网战略新兴产业的发展培养高质量的人才成为广大教育工作者关注的问题。实践教学体系是实践教学的整体规划，是物联网工程专业建设的核心内容之一。

“新工科”建设是教育部基于国家战略发展新需求、国际竞争新形势、立德树人新要求而提出的我国工程教育改革方向[1]。CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果[2]，强调以产业需求为导向，以学生为主体，通过项目驱动的方式实现工程实践能力和综合创新能力的培养，是“做中学”和“基于项目教学和学习”的集中概括和表达[3]。

本文将在新工科建设思想的指导下，从CDIO工程教育的视角，针对目前物联网工程专业实践教学中存在的问题，结合我校实际情况，对物联网工程专业实践教学体系进行研究探索。

1 物联网工程专业实践教学现状分析

物联网工程专业涵盖计算机科学与技术、通信工程、电子科学与技术等多个学科领域，理论知识与实践创新能力培养并重，要求学生能够将所学的物联网知识应用于日常生产、生活中，解决或优化一些实际问题。实践教学体系在物联网工程专业建设中的地位举足轻重，但是目前物联网工程专业的实践教学还存在诸多问题。①重理论，轻实践。学生很少有团队开发项目的实际锻炼机会，养成了“照书本做，不求甚解”的实验习惯，被动按照实验指导进行操作，缺乏主观能动性，不利于综合、设计、创新等实践能力的培养。②实践教学环节设置脱节于行业应用与技术发展，工程性不足[4]。实验项目配套教学内容与行业发展脱节，未能跟踪最新技术，滞后于物联网应用模式及需求的迅速演变，工程化程度明显不足。③有一部分学生认识模糊，学习积极性不高，做实验敷衍应付，甚至不做实验。④实验规划缺乏整体性、多学科交叉融合不够。实验项目设置割裂了实际应用项目的整体性和多学科知识应用的关联与交叉融合，脱离了行业应用环境，以项目为驱动的工程化程度明显不足，不利于学生对多个信息领域的技术进行综合运用，限制了其分析、解决复杂问题的能力。

2 多元融合的物联网工程专业实践教学体系

针对当前物联网工程实践教学中的问题，依照当前国家新工科建设育人要求，运用CDIO教育模式方法，结合我校的实际情况，从实践课程体系、多元融合的授课模式、多元考评体系等几个方面对多元融合的物联网工程专业实践教学体系进行探索研究。

2.1 实践课程体系

在我们的早期论文[5]中，按照“项目驱动、分层递进”的原则，从基础类实践、专业类实践、 综合实践和工程实践四个层次给出了物联网工程专业的实践课程体系。通过基础类实践形成学生科学的学习方法和研究方法，培养学生计算思维能力及基本的编程能力;专业类实践由浅入深、循序渐进分年级设置，通过第一学年末的专业认识实习，加深学生对物联网专业前景的认识以提升学习兴趣，从第二学年开始陆续开设计算机学科基础和物联网专业课程，通过课内实验让学生验证已学的知识点，巩固和加强有关知识内容，培养实验操作能力和灵活运用所学知识解决实际问题的创新能力;综合实践通过独立设课的编程语言（C与JAVA）课程设计、物联网感知课程设计与嵌入式系统课程设计、6-8周的综合实训等锻炼学生综合运用所学的编程语言独立开发小型系统及算法设计与应用的能力，训练学生运用物联网软、硬件知识开发物联网应用系统的能力。

经过几届学生的实践教学检验，这套课程体系取得了一定的教学效果。同时也发现了一些问题，例如：物联网感知课程设计要用到嵌入式系统原理与应用课程的知识，但在这套实践课程体系中，物联网感知课程设计却安排在嵌入式系统原理与应用课程之前，不利于课程设计的开展，并且物联网感知课程设计与嵌入式系统课程设计有内容与要求的重复。为了减少重复性的工作，使实践教学更加合理，我们拟在新的物联网人才培养方案中，将物联网感知课程设计与嵌入式系统课程设计合并为物联网系统开发课程设计，并将物联网系统开发课程设计安排在单片机原理与应用、传感器原理与应用、RFID 原理与应用、嵌入系统原理与应用等课程结课以后。

2.2 多元融合的授课模式

2.2.1 思政教育全贯穿

学习目标明确、态度端正，往往能取得事半功倍的学习效果。在教学中，我们发现有部分学生比较迷茫，不知道学啥和怎样学，只是每天被动的上下课，还有的学生学习积极性不高，认为学习没用，更有部分学生一点学习兴趣都没有，懒于学习，而且对待实践实验敷衍应付，甚至不做实验。之所以出现这些问题，归根结底还是学生的思想出了问题。为了解决这些问题，思想政治教育必须贯穿于整个课程的教学之中，特别是实践教学，在知识讲述的同时，结合与学习及国家行业发展相关的实践，适时适度穿插一些思政教育，激发学生的爱国心与学习兴趣，树立志向，积极规划自己的人生，明确目标，引导学生端正学习态度、求真、力行，激励学生自主地刻苦学习，多读书、深思考、善提问、勤实践，认真努力搞好学习。

2.2.2 校企多元合作

校企合作是应用型人才培养的一种趋势和共识。企业比较贴近产业发展的实际，能较好地把握当前及未来的产业发展方向，对产业需求、人才的崗位要求非常了解，有较强的工程技术能力，这些都是高校所欠缺的。校企合作培养物联网工程专业人才，可以充分发挥企业的优势，按照企业岗位需求来培养提高学生的工程技术能力，培养与就业对接，不仅为企业储备人才，也解决了学生的就业，实现高校、企业、学生之间的互利共赢。为了使物联网工程作这个新兴专业的人才培养更贴近市场需求，切实提高学生的实践动手能力，可以探索多元校企合作。①以企业实际课题作为实践项目，将能力比较强的学生直接派到企业，参与企业项目开发，完成实践课程，并由企业导师考核评定成绩。②设立大学生创新基地，由企业工程师和校内教师联合组成导师团队，分工协作，共同指导，激发学生的创新创业热情，培养团队精神，提高团队合作能力、沟通协调能力和创新创业能力。③在校内建设校企联合实践基地，为物联网工程专业实践提供良好的实验平台和环境，供学生自主研学。④采用实际工程项目的开发方式进行实践课程教学，请企业派资深工程师或项目经理指导和管理，让学生熟悉项目的具体开发流程，更好地把握工程实践的具体进度及流程，与企业需求接轨。

2.2.3 创新创业、竞赛驱动

为了提高学生的创新创业意识与能力，学科竞赛指导教师分析研究近几年相关的各类学科竞赛的获奖作品，结合当前产业界的最新动态，发动学生查阅文献资料，积极思考并设计出有创意的课题作为竞赛或创新创业训练项目的题目，以大学生创新基地为依托和大学生创新创业训练项目为载体，组建开发团队，参加相关的各级各类学科竞赛，以赛促练。对于竞赛获奖的学生，除了在评优、评奖学金有加分外，还可以按照获奖等级分别给予对应的创新学分，以此激励和鼓励更多的学生参与竞赛项目，主动学习，从而达到提高实践动手能力和创新能力的目的。通过这些举措，我们取得了一些成绩。自2015年以来，湖北文理学院物联网专业的学生取得了TI杯大学生物联网竞赛全国总决赛二等奖三项，全国高校移动互联网大赛全国总决赛一等奖一项、二等奖一项，“中国软件杯”大学生软件设计大赛全国总决赛三等奖二项，互联网+竞赛省赛铜奖二项等多项具有含金量的学科竞赛奖，并获得了多项软件著作权。

2.2.4 课程交叉融合，逐层递阶

在物联网工程专业的课程体系中，RFID原理与应用、传感器原理及应用、单片机原理与应用、嵌入式原理与应用、物联网控制技术、物联网数据处理、Android应用开发等课程是物联网应用知识体系的核心组成部分，相互间衔接比较紧密，知识与应用交叉融合。在设计构建这些课程的实践教学内容时，必须考虑到这些课程之间的交叉融合和实践教学体系的有机整体性。基于此，我们提出了基于项目分解的实践教学体系，即设计一个融合各相关课程的大项目，再分解成小的实验项目，分散在各相关课程的实践教学中，由易到难、由简单到复杂、逐层递阶分阶段完成项目任务。随着各相关课程的结课，大项目的各个小项目都完成了，最后再经过集成整合，这个大的项目也就完成了。如此，学生既修完了课程，又做完了项目，积累了小项目和大项目的工程实战经验，实践动手能力得到提升。

为了响应教育部2019年9月在关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见[6]中明确提出的要科学合理设置学分总量和课程数量，增加学生投入学习的时间，提高自主学习时间比例的新时期本科教育改革要求，我们可以步子迈的更大一些。以单片机原理与应用、Android应用开发课程为先导，将RFID原理与应用、传感器原理及应用、嵌入式原理与应用、物联网感知课程设计、嵌入式系统课程设计整合为物联网系统开发一门课程，打破课程界限，注意各课程知识点的交叉衔接，删减重复内容，从物联网系统顶层设计重构课程的理论与实践教学内容，重构课程实验及课程设计内容，将RFID、传感器、嵌入式系统有机融合，以项目为驱动设计课内实践，组织实施实践教学工作，并根据实际教学效果和学生的反馈，逐步调整完善。

2.3 多元考评体系

在物联网工程专业实践课程体系中，基础类实践、专业类实践、 综合实践和工程实践四个层次的要求各不一样，应建立多元考评体系，制定考评标准时应考虑课程特点，突出课程的实践能力、创新能力、分析问题与解决问题的综合能力要求。同时，为了激励学生踊跃参与创新创业、各级学科竞赛活动，学生在这些活动中取得的成绩也应纳入实践考评体系中，根据业绩大小和获奖等级给予相应的创新學分。专业认识实习考查学生对物联网专业前景的认识能力，验证型实验项目着重实验操作能力的考核，综合型实验项目考查学生运用所学知识的基本能力，设计型实验考查学生灵活运用所学知识解决实际问题能力和创新能力，综合实训考查学生综合运用软硬件知识开发物联网应用系统的能力，校企合作指导的实践项目由教师和企业工程师共同按照培养目标和企业的产品或项目标准进行考评。

3 结束语

在新工科建设的背景下，针对物联网工程专业实践教学中发现的问题，借鉴CDIO教育模式，以综合能力培养为目标，项目驱动，多元融合，改革优化实践教学环节。通过思政教育全贯穿，激发学生的爱国心与学习兴趣，明确目标，端正态度，主动学习。通过校企多元合作，与企业接轨，培养提高学生的工程技术能力、团队合作能力、沟通协调能力和创新创业能力;通过课程交叉融合、逐层递阶，让学生在做中学，积累大项目的工程实战经验，提升实践综合能力。通过能力为主要标准的多元考评，促进学生积极地学习。实践表明，此改革措施有利于推动学生自主学习，全面锻炼与提升学生实践能力、创新能力和工程综合素质。我们将在此基础上，不断总结经验，优化实践教学体系，提高人才培养质量。

参考文献（References）：

[1] 钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017.3：1-6

[2] 魏海蕊.基于CDIO 教育模式的工业工程专业实验教学改革探索[J].高教学刊，2019.19：130-132

[3] 郑贵省，马文彬，郭强，王剑宇，阚媛.面向新工科的大学计算机CDIO教育模式及创客课堂案例[J].计算机教育，2019.2：103-106

[4] 焦金涛，余文森，阮星，王平.优化实践教学体系__构建应用型物联网工程专业人才培养模式[J].教育教学论坛，2018.47：150-151

[5] 张其林，袁磊，吴中博，徐德刚.地方高校物联网工程应用型人才多元协同培养[J].计算机教育，2015.20：13-17

[6] 教育部关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201910/t20191011_402759.html？from=singlemessage&isappinstalled=0