基于“卓越计划”的物联网工程专业实践教学体系构建

张晓辉 温显斌 肖迎元 王 聃

（天津理工大学，天津300384）

基于“卓越计划”的物联网工程专业实践教学体系构建

张晓辉 温显斌 肖迎元 王 聃

（天津理工大学，天津300384）

物联网工程专业是近年来新兴的一个专业，为配合学院贯彻“卓越计划”工作，该专业的培养目标突出对学生工程实践能力的培养，以期培养出满足社会需求、具有创新精神和工程实践能力的人才。本文主要探讨该专业的实践教学体系构建，给出了实验教学子系统的相关内容及要求；设计了贯穿学生大二到大四的课程设计及能力培养内容；介绍了校内、校外两个实习环节；阐述了三种不同形式的毕业设计；最后对课外实践活动进行了说明。

物联网工程；卓越计划；实践教学体系

一、引言

“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）是为贯彻落实党的十七大提出的走中国特色新型工业化道路、建设创新型国家、建设人力资源强国等战略部署而提出的高等教育重大改革计划［1］。2011年天津理工大学正式启动“卓越工程师教育培养计划”，该计划为高等院校培养人才指明了方向。

物联网工程专业是近几年新兴的一个专业，教育部对该专业目前还没有统一的课程体系要求。从以往该专业的教学过程及教学效果看，传统教学模式重理论而轻实践，课堂讲授多，动手实践少，学生的创新能力和实践能力欠缺，学生对物联网相关技术的掌握与开发能力距“卓越计划”的要求还有一定差距。在实践教学体系中主要表现为以下几点：一是实践形式单一，如以往的实验教学大部分为验证型实验。二是缺少整体规划，从而导致各实践环节出现实践内容重复现象；各实践环节相对独立，内容上不衔接从而导致对学生动手能力培养无递进式上升。在此背景下，本文主要阐述在“卓越计划”指导下该专业的实践教学体系构建。

二、物联网工程专业培养目标介绍

在“卓越计划”指导下，物联网工程专业的培养目标是培养德智体美全面发展、具备良好的人文素养和职业道德，具有系统、扎实的计算机理论基础，较宽广的物联网相关的计算机、通信，传感器基本理论、基本知识和基本技能与方法的人才。在物联网的信息处理、物联网网络技术、感知层技术等方面具备工程实践方法，具备从事物联网应用系统设计、开发、调试、运行维护等基本能力。

培养目标中强调了学生的工程实践能力，工程实践能力是在实践教学过程中培养的解决问题的动手能力。实践能力的培养是一个循序渐进的过程，因此实践教学也应该在大学四年的过程中逐步深化。物联网工程专业是新开专业，在“卓越计划”的指导下，实践课程体系构建应以社会需求为导向、以工程实际为背景、以专业技术为主线来进行。［2-3］

三、物联网工程专业实践教学体系建设

下面分别就实验、课程设计、实习、毕业设计以及课外实践活动这五个实践教学子系统进行阐述，介绍各子系统的实践教学体系建设。

1.实验

实验是整个实践教学体系中最根本、最基础的实践教学，实验教学要求学生掌握基本实验技能和方法，对理论教学知识更加融会贯通。通过实验，提高学生动手能力，发展其创新思维。物联网工程专业的实验教学内容主要包含三类：验证型实验、设计型实验和综合型实验。下面给出一门专业课程实验内容的例子。

表1 专业课程“RFID与无线传感器网络”实验内容

物联网工程专业的实验教学考核标准与要求包括每门课实验学时不少于总课时的30%。在专业课程中，设计型和综合型实验不少于实验总学时的75%。实验成绩占最终结课成绩的比重不少于40%，成绩主要由实验过程的教师评分与实验报告等构成。

2.课程设计

课程设计在实施过程中，以团队小组的形式实现，4-5人为一组。在教师指导下，小组成员分工合作，通过查阅资料、小组讨论，提出合理的实施方案，然后按照分工进行动手实践，最后调试整合完成题目。课程设计实施过程中以锻炼和培养学生的自主学习能力、动手实践能力为主，并鼓励学生创新。

表2给出了物联网工程专业的课程设计安排，通过这些课程设计锻炼了学生上层PC端、底层感知层以及中间层的开发能力，使学生对物联网三层架构都有开发实践经历。

表2 物联网工程专业课程设计安排

考核主要由课程设计的设计水平和答辩质量两个方面给出。课程设计的设计水平占总成绩的60%，答辩质量占总成绩的40%。答辩由小组长就课程设计给出总体阐述，然后根据小组成员分工，每个组员就自己完成的功能模块进行阐述并回答老师问题。

3.实习

物联网的架构主要分为三层：感知层、网络层和应用层。实习的主要目的是让学生除了建立理论基础之外，可以通过实际动手来累计实践经验，达到理论与实践相结合的境界。实习涵盖物联网的三层架构，可以让学生建立对物联网应用的完整概念与体验。物联网工程专业主要有以下两种形式的实习方式。

（1）校内实习

大三上学期期初进行为期两周的物联网专业认识实习。主要形式为聘请开发物联网工程相关实验设备的企业技术人员在学院物联网工程实验室进行相关培训。该实习的目的是让学生熟悉、了解并能初步应用物联网工程实验室的设备。在建设物联网工程专业过程中，学院建立了物联网工程实验室，引进了涵盖物联网三层架构的各类实验设备。如各类基础实验箱，ZigBee实验箱、RFID实验箱等以及智能家居物联网系统、环境检测系统、智能课堂系统、实验室智能安保系统，等等。

实习形式主要以实验设备操作为主，由企业技术人员对各个设备进行介绍讲解，学生在技术人员带领下对实验设备动手实验，实验内容以实验设备指导说明书中的验证型实验为主。实习最后两天，学生进行分组，并根据各组兴趣，选择不同的实验设备完成一套包括感知层、网络层和应用层的物联网系统搭建，该系统能够完成基本的物联网应用。最后每个学生给出实习报告并由企业技术人员给出实习成绩。

校内实习在学生大三上学期开学初进行，在学生经历了两年的基础专业课程学习之后，对本专业的工程背景、设备、技术有个概括的认知，简单的应用，为后面学习专业课程，进行深入的专业学习、研究和实践打下基础。

（2）校外实习

除了校内的专业认识实习，物联网工程专业学生还需在大四上学期进行为期12周的物联网专业实习，这个实习主要在校外各相关企业完成。实习的目的主要使学生了解企业、接触实际，增长知识，培养独立工作以及团队协作能力。

在校外实习过程中实行双导师制，即学校的指导教师和企业工程师联合指导培养学生。企业工程师主要在学生参与企业相关实际项目或者开发工程中给予现场指导，帮助其解决实际的工程开发问题。与此同时，校内指导教师可以帮助解决学生在实际工程中遇到的理论问题，并引导学生进行相关理论与实践的科学研究。实习结束后学生需撰写实习报告，并回学校进行实习答辩。实习最终成绩由企业工程师给出70%，校内指导教师给出30%。

4.毕业设计

毕业设计是教学过程的最后一个实践教学环节。通过毕业设计，学生可以综合应用所学的各种理论知识和技能，进行全面、系统、严格的技术及基本能力的训练，使学生的综合素质和各种能力都得到一个提升。毕业设计的流程包括选题、设计、答辩等。在选题阶段要求一人一题，在设计阶段以学生设计为主，导师辅导为辅，最终毕业设计成绩由答辩给出。为使毕业设计的形式多样化，学院主要提供以下几种形式的毕业设计。

（1）课题型毕业设计

对科研感兴趣的学生可以选择有科研项目的老师作为导师，选择某一科研课题作为其毕业设计，在此过程中学到新知识、新方法，培养其分析问题和解决问题的能力，进而使学生初步具备科学研究和工程设计能力。

（2）实践型毕业设计

为提高学生实践能力，提供学生实践场所，已与多家企业合作。学生可以选择在相关企业完成其毕业设计。学院请企业相关专业技术人员担任指导教师，这种毕业设计内容联系生产实际的毕业设计形式可以让学生从企业的工程技术人员那里学到更多的实用技术，提高解决实际问题的能力。

（3）科研型毕业设计

学院实验室实验设备丰富，也是提供学生进行毕业设计的一个场所。学生可以选择感兴趣的实验设备进行毕业设计研究，有能力者可以在导师指导下自行研制实验设备、自制实验仪器、设计相关软件，加强实验室建设。

5.课外实践活动

大学生创新精神和实践能力的培养，不仅需要课堂教学、实验、课设、实习等，还需要学术讲座、科研活动、学科竞赛、各类大赛等课外实践活动。为此，学院每学期举办不少于3次的学术讲座，鼓励、带领学生参加各类比赛。目前学院物联网专业学生已经在天津大学生物联网创新与工程应用设计竞赛中获得一等奖一项、二等奖两项、三等奖若干项。

通过各类课外实践活动，可以推动教学改革和建设，促进教学与科研的结合，营造浓厚的工程实践氛围，激励学生的学习积极性，培养学生的创新能力、协作精神和理论联系实际能力等。［4］

四、结束语

在“卓越计划”指引下，物联网工程专业实践教学体系的构建以培养学生工程实践能力为导向，对工程专业实践教学系统整体规划，设计了五个实践教学子系统，通过调整实验教学，将综合性、设计性实验比例提高至75%以上；通过课程设计，训练学生的基本物联网工程技术；通过实习，增加企业工程训练；通过毕业设计，培养学生结合工程实际的工程设计能力；通过课外实践活动，增强产学研合作，营造浓厚的工程实践氛围。该实践教学体系应用于物联网工程专业2012、2013级本科生实践教学，由于实践形式多样化，提高了学生参加实践的兴趣。整个实践教学体系经过整体规划，实践内容由简到难，学生实践能力得到递进式锻炼和上升。学生培养取得了不错的效果，如：学生的实践类课程平均成绩普遍提高，无线传感器网络课程设计成绩从以往的70分左右提高到80分左右；2012级学生的毕业设计通过率达到了100%。该实践教学体系从目前的实施情况看，增加了学生的实践学时、实践机会、学生动手能力得到增强，创新能力得到提高，使学生具备了较强的物联网技术应用与开发能力。

［1］林健.“卓越工程师教育培养计划”专业培养方案研究［J］.清华大学教育研究，2011，32（2）.

［2］林健.“卓越工程师教育培养计划”通用标准研制［J］.高等工程教育研究，2010（4）.

［3］郑春龙，邵红艳.以创新实践能力培养为目标的高校实践教学体系的构建与实施［J］.中国高教研究，2007（4）.

［4］张安富，刘兴凤.实施“卓越工程师教育培养计划”的思考［J］.高等工程教育研究，2010（4）.

（责任编辑：张华凡）

Constructing a Practice Teaching System for Internet of Things Based on“Plan for Outstanding Engineers”

ZHANG Xiaohui，WEN Xianbin，XIAO Yingyuan，WANG Dan
（Tianjin University of Technology，Tianjin 300384，China）

The Internet of Things is an emerging major in recent years.The students’engineering ability is an important educational objective of the Plan for Outstanding Engineers.The students should have both creativity and engineering ability to meet the social needs.This article discusses the construction of a practice teaching system and the contents of and requirements for the subsystems as well.The teaching contents and the ability training of the students during the sophomore and senior years both in school and outside school are also discussed.Three different kinds of graduation projects and extracurricular practice are also introduced.

internet of things；plan for outstanding engineers；practice teaching system

G642.0

张晓辉（1979—），女，讲师，研究方向：物联网技术、嵌入式系统。

天津市重点教改项目（C03-0809）；天津理工大学教改项目（YB11-41）。