物联网工程专业应用型人才培养模式探析

肖贤建 李晓芳 庄燕滨 庄华 李曙英

摘要：介绍国内外物联网工程专业的建设情况，针对专业建设的一些问题，结合物联网工程专业建设过程及行业特色，对该专业的培养目标、培养方案、课程设置、人才培养模式和教学资源的建设提出建议。

关键词：物联网；专业建设；培养方案；课程体系；创新创业

1、背景

被称为下一个亿万级产业的物联网已成为全球科技人员和政府决策部门持续关注的热点，相关产业研讨和学术交流如火如荼。在教育界，高校物联网工程人才培养工作得到国家的大力支持。《国家中长期教育改革与发展规划纲要（2010—2020）》提出“促进高校办出特色，建立高校分类体系，实行分类管理”，“建立现代职业教育体系”，建立产教融合和协同创新机制，推动地疗高等学校更好地服务区域经济社会发展。

2、国内外高校相关专业情况

物联网理念最早可追溯到1995年比尔·盖茨的《未来之路》一书。在《未来之路》中，比尔·盖茨已经提及“物互联”。1998年，美国麻省理工学院创造性地提出了当时被称作EPC系统的物联网构想。1999年，在物品编码、RFID技术和互联网的基础上，美国Auto-ID中心首先提出物联网概念。IBM在2008年提出“智慧地球”概念后，“智慧地球”框架下多个典型智能解决方案已经在全球推广。欧盟于2009年6月发布了全球首个国家级物联网发展战略规划。日本和韩国等发达国家也都分别提出“U-Japan”和“U-Korea”信息化战略。以上核心内容都是利用无所不在的泛在网络技术实现人与人、物与物、人与物之间的连接，让民众可以随时随地享受智慧服务。

物联网专业作为一个全新学科，受到教育部和各高校的高度重视。在2012年最新颁布的普通高等学校本科专业目录中，物联网工程专业属于工学中的计算机大类，标准学制4年，毕业后授予工学学士学位。2010年7月，教育部批复首批30个物联网工程本科专业。2011年至2014年，教育部又分4批审批了近350个物联网工程本科专业。同时，许多高职高专纷纷设立物联网专业，仅2014年1月公布的一批高等职业学校专业设置备案结果中，就有264所学校开设了物联网应用技术专业。至今，开设物联网工程专业的高校已达600余所。如何建设好物联网工程专业，为我国物联网战略新兴产业的发展培养高质量人才成为各界关注的焦点。

围绕物联网工程专业建设和人才培养的一系列问题，2010年，教育部计算机教指委牵头，联合首批建设物联网工程专业的30所高校成立了物联网工程专业教学研究专家组，对物联网工程专业的发展战略、教学规范、实践教学规范进行了研究，并发布了《高等学校物联网工程专业发展战略研究报告暨专业规范（试行）》和《高等学校物联网工程专业实践教学体系与规范（试行）》。物联网专业是一门交叉学科，涉及计算机、通信技术、电子技术、测控技术等专业基础知识以及管理、软件开发等多方面内容，对于这个处于摸索阶段的新兴专业，各校都在根据自身的特色不断探索和修订物联网工程专业人才培养方案。

3、人才培养模式与课程体系设置

3.1人才培养模式

物联网是计算机技术与电子学科、智能学科紧密结合，在各行各业进行更深层次应用的必然产物，其结构可分为感知层、网络层与应用层。但是，不同学科对物联网的理解各有侧重，例如电子信息学科注重物联网技术的“感知”与“网络”，兼顾应用，其目标是多传感器协同获取目标信息，又称传感网技术；而计算机学科则注重“网络”与“应用”，兼顾“感知”，其目标是全面感知现实世界并开发智能应用，称为物联网工程。正因如此，各校都在根据自身的学科优势，不断探索和修订物联网工程专业人才培养模式。

常州工学院于2012年获批成立物联网工程专业并于当年招生。该专业依托学校计算机科学与技术、软件工程、通信工程、电子信息工程、自动化、电子科学与技术等重点优势学科建立，这些学科和专业从不同研究方向对物联网工程专业形成有力支撑。特别是计算机科学与技术和软件工程学科，面向地方经济发展和信息化建设需求，以网络化、信息化、智能化计算机技术及应用为学科建设主线，培养适应地方经济建设需要、具备国际视野的应用型人才，构建“校企一体化”软件工程卓越人才培养模式。学校物联网工程专业充分利用现有培养基础，遵循“工程应用型”模式制订专业培养方案，加强工程实践能力的培养，注重学生创新、创业能力的培养，通过提高学生创新和创业能力来巩同已有的物联网专业知识，形成将理论学习与运用创新相结合的良性循环。

3.2课程体系设置

物联网工程专业的课程体系没置必须落实本专业的培养目标和要求，坚持“课程精，实验强”的专业课程建设原则。物联网工程专业开设的课程主要包括基础课和专业核心课，涵盖计算机系列课程、信息与通信工程、模拟电子技术、物联网技术及应用、物联网安全技术等几十门课程。

根据人才培养要求并借鉴国内知名高校的物联网工程专业课程体系建设经验，学校物联网工程专业的课程体系设置及其衔接关系如图1所示。总体上，物联网工程专业教学大纲分为6个模块。

1）通识教育课程。

根据学校的统一部署及中宣部、教育部文件精神，学校安排思想政治理论课；大学英语教学实行大学英语I、Ⅱ和大学英语选修，共分三级；数学物理类课程按机电类专业标准开设高等数学、线性代数、概率论与数理统计、工程数学、大学物理和大学物理实验。

2）学科平台课程。

开设电子线路CAD实践、C程序设计I和Ⅱ：根据建立相近专业课程群原则，由电路分析、模拟电子技术、数字电子技术、电子技术实验、信号与系统、通信原理、单片机原理及应用、操作系统、数据结构与算法、数据库系统概论、Java程序设计等课程组成全院大平台课程。为满足物联网工程专业的学科交叉共性要求，学校开设了数字信号处理和传感器原理与检测技术课程。

3）专业核心课程。

专业核心课程突出体现物联网工程的感知识别层、网络构建层、管理服务层和行业应用层等4个层次的核心课程，开设课程为嵌入式系统开发及应用、无线传感网原理与应用、物联网工程规划与设计、ZigBee网络原理与应用开发和移动应用开发。

4）专业选修课程。

在专业核心课程的基础上，学校开设了硬件方向、软件方向的选修模块。硬件方向课程包括射频技术与RFID、微波技术与天线、硬件描述语言、DSP原理与应用、人工智能原理及其应用；软件方向课程包括云计算技术、计算机网络与协议、通信与网络安全技术、物联网工程规划与设汁、数据融合技术、网络仿真技术。

5）集中性实践环节。

该环节主要由IT类学生必备知识培养环节、物联网工程专业学生实践能力培养环节、学生工程实践能力培养环节和学生综合实践能力培养环节等4部分组成。第1部分由电子实习I、电子线路CAD实践、数字电子技术课设、C程序设计课设和单片机技术课设构成；第2部分由嵌入式系统综合实践和无线传感网原理与应用课设构成；第3部分由专业认识实践、物联网工程综合实践和物联网工程规划与设计课设构成；第4部分由创新创业实践、毕业实习和毕业设计构成。

6）素质教育课程。

按照常州工学院本科生素质学分管理办法等有关规定，学校开设军事理论、军训、形势与政策、社会实践等素质教育课程，共计l3学分

本专业的培养方案本着“卓越工程师”目标设置，采用“校企一体化”培养模式，以工程教育背景设置教学计划。在第7学期14～19周的物联网工程综合实践和物联网工程规划与设计课程中，学生将在校内企业常工富藤科技有限公司开展实践。第8学期将继续加强学生理论与实践的结合能力，在校内外企业的工程化训练平台上完成毕业设计。在培养方案中，学校要求学生4年必须修满创新创业2学分，积极引导学生参加各类专业竞赛，以竞赛促学习。

4、专业应用型人才培养新方案的特色

物联网工程专业培养方案以模块化方式组织教学，突出工科本科学生在通识教育和素质教育方面应掌握的知识；学科平台和专业核心课程注重培养物联网专业学生最核心的基础知识；专业选修和集中性实践环节则强化其应用能力的培养。

依托学校“校企一体化”训练平台，培养方案突出了工程培养理念。从大一入学开始，学生即修创新学分，由双师型导师领队，高年级学生和低年级学生形成创新竞赛梯队，目前已有常芯队、机器人队等5个队伍，每队由2～3人组成，采用实践创新梯队导师制。第7学期14～19周的培养由校内和校外企业开设物联网项目工程设计；第8学期由企业副高以上职称的企业老师和高校教师联合指导毕业设计。

4.1专业特色课程设置

1）无线传感网原理与应用。

本课程围绕无线传感网络的基本原理，主要介绍网络支撑技术（物理层、MAC、路由协议、协议标准）、服务支撑技术（时间同步、节点定位、容错技术、安全设计、服务质量保证）及应用支撑技术（网络管理、操作系统以及开发环境）等，探讨无线传感器网络的开发和应用。

2） ZigBee网络原理与应用开发。

本课程是物联网工程专业学生掌握和运用短距离通信技术以及具体网络的一门课程，深入讲述ZigBee网络的体系结构和工作原理，涉及ZigBee的物理层、MAC层、网络层、应用层及ZigBee安全服务特性。

3）嵌入式系统开发及应用。

该课程以ARM和Linux为重点，详细讨论嵌入式系统的基本原理和主要技术，特别是嵌入式系统的操作系统及软件开发。

4）移动应用开发。

该课程介绍SIM卡编程环境所需的应用技术，内容包括如何在应用环境中设计、建立和集成SMS短消息应用；如何创建能够充分利用SIM卡功能的代码；如何在3G电话中使用微浏览器和微Web服务器；如何在现代网络中建立具有前导性的移动商务应用；如何从服务器或笔记本上发送和接收SMS短消息；如何使用接f1和其他必需的组件；如何为公司网络及VPN创建安全的无线应用。

5）物联网工程规划与设计。

该课程结合应用背景，介绍硬件系统集成、软件系统集成、软件工程设计方法、接口技术、总线技术、系统优化等技术。

4.2专业特色实践

物联网工程专业具有面向行业的强应用特点。该专业的实验和实践一般可以按照认知实验、验证实验和综合实践逐级深化，最终设计和实现一个有创意的智能系统。

1）应用认知实验。

该实验结合各种物联网典型应用，按照物联网体系架构可视化强的特点进行实验，学生从中体验物联网概念和技术，激发学习兴趣。

2）专业实验。

该实验体系分为无线传感网实验、无线射频识别（RFID）实验、嵌入式和短距离通信网络实验等。

3）综合应用创新实验。

学生可以根据自己的创意进行系统设计，提出技术路线和实现手段，在创新活动室中自制模块搭建系统，例如学生搭建的智能鱼缸生态监控系统和名贵花卉监控系统。其中名贵花卉监控系统中的兰花精灵系统在全国大学生物联网设计竞赛华东分赛区决赛中获得一等奖。

5、结语

物联网工程专业注重培养知识结构合理，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、汁算机技术等基础理论，掌握物联网系统的分析与设计等专门知识和技能，具有一定的系统集成与优化等方面的综合素质，具备在本专业领域跟踪新理论、新知识和新技术的能力以及较强的创新实践能力的应用型人才。学校从大一开始开展学校和企业双导师，结合工程项目，依托大学生创新实践基地和物联网综合实践基地展开人才培养，效果明显。