物联网工程专业人才实践能力培养方式探讨

于蕾+李军怀+王怀军+周红芳

摘 要：随着物联网技术的不断推广和应用，社会对物联网工程专业人才的培养提出了许多要求。文章对物联网工程专业学生的创新实践能力培养方式进行研究，介绍该专业学生的知识结构组成要素及要求，并就如何开展创新能力培养进行探讨。

关键词：物联网；创新能力；培养方式

0 引 言

物联网是继计算机、互联网之后另一个来势迅猛的信息科技新浪潮，尤其是IBM于2008年提出的“智慧地球”和2009年温家宝总理提出的“感知中国”概念为这一新兴科技提供了更大的推动力，得到世界各国的日益重视。2010年9月，国务院正式确定了七大战略新兴产业，以“传感网”和“物联网”为代表的信息网络技术成为国家战略性新兴产业——“新一代信息技术”的关键支撑。2015年“互联网+”概念受到广泛关注，其中物联网是其重要的支撑技术之一。

教育部为满足国家对这一战略新兴产业人才培养的需求，自2010年以来在150多所高校批准设立物联网工程专业。物联网工程专业作为一个全新的学科，其理论体系尚未健全，各高校物联网学科建设和课程还在逐步发展和完善之中。物联网专业的特殊性和对复合知识的培养需要建立相应的课程培养和实践体系，使得学生能够更有针对性地完成对物联网各个知识体系的总体性把握和综合创新能力的培养，以适应国家对高素质人才的需求[1-2]。

1 物联网工程专业人才培养目标与课程体系

1.1 人才培养目标与要求

物联网工程专业是典型的交叉学科，涉及计算机、电子、控制、通信等多学科领域，并广泛应用于各行各业。因此，物联网专业人才必须具备扎实的基础理论、宽泛的知识面、较强的实践能力，并在信息感知、网络通信、行业应用方面能力突出，才能符合新世纪物联网工程产业发展要求。这就要求在人才培养时，在塑造学生学术道德、职业道德、团队精神和创新精神的基础上，强化传感技术、通信技术、网络技术、智能信息处理等基础理论；深化传感层、传输层与应用层关键设计等专门知识和技能；提高跟踪新理论、新知识、新技术的能力以及创新实践能力和从事科学研究的能力[3-4]。

1.2 专业体系结构

对于物联网的组成结构，学术界已经有一个共识，即物联网可分为感知层、网络层和应用层。感知层的主要功能是“感知”信息，即从物理环境中捕获数据并对物理对象进行控制，其理论基础主要涉及电子科学和控制学科；网络层的主要功能是高效、安全、快速地传输数据，其理论基础以计算机网络和通信为依托；应用层的主要功能是将数据转化为内容提供服务，其实现技术主要依靠数据库技术、软件工程等。据此，必须从培养应用型人才的角度设计“物联网工程”专业的课程体系结构，如图1所示。该课程体系结构以计算机科学为重点，并融入了电子科学、控制科学相关课程。

2 实践能力培养的相关方法

作者认为专业人才培养方案取决于对专业的行业定位。物联网技术属于“集成创新型”技术，因此物联网工程专业的人才应该属于“工程应用型”人才。例如，2016年11月26日作者在中国三大招聘网站之一“前程无忧”上搜索“物联网”，得到9 996条招聘信息。搜索“物联网软件”，得到了7 111条招聘信息，占比达到71%。而2017年4月9日再次搜索時，这两个数字分别变为了12 610和8 720。从市场对人才的需求上印证了两点：一是未来一段时间物联网市场以网络层和应用层的产品研发为主；二是用人单位考核一个物联网工程专业毕业生时，更看重的是工程应用领域实际工作能力。“工程应用型”人才培养，一定要从培养目标定位与课程体系的设计开始就重视培养适合学校教学与科研基础且有特色性的能力，处理好理论教学与能力培养之间的关系，以增强毕业生今后的就业竞争优势。

2.1 多层次实践体系的构建

在学生创新实践能力的培养中，需要紧紧围绕课程体系，构建学生课外培养体系和科技创新能力的实践模式。结合其他成熟专业的培养经验，以课外科技创新活动为突破口，建立创新培养的实践环境和平台，着力培养学生的创新精神和实践能力，打造学生的就业核心竞争力。

具体研究和探索分为基础实验系列、验证实验系列、探索性实验系列3个层次，如图2所示。其主要的目的分别是奠定扎实的理论基础、提高实际动手能力以及提高学生创新和科研能力。

2.2 创新实践能力培养方法

围绕物联网工程专业的课程体系和实践体系，探索在“第一课堂”的基础上，补充“第二课堂”实施能力培养的专项内容，以进一步提高学生的综合能力[5-6]。

1）制订科学合理的课外培养方案。

具体的实践可以结合创新学分探索、制订多样化培养内容和完备的课外培养体系。课外培养体系主要包括：

（1）科研素质和创新能力的培养，重点面向少数成绩好的学生，在科研活动过程中强化学生实际动手能力和实践技能，培养学生将课本知识与实际问题相结合的能力。在实践中通过亲自动手，培养和提高学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，如参加教师的科研项目、参加科技讲座、进行科研专题调查、发表学术论文、参与科技制作等；结合学校相关创新竞赛活动办法，制定具体的课外实践与创新培养体系，形成完善的实践与创新培养体系；从学生动手能力、就业等方面对学生进行培训，为其提高创新能力提供帮助。

（2）专项能力培养，重点面向有特长的学生，利用专业实验室和学院的一些创新实验平台，由专门的老师进行指导和培训，提高学生专项知识能力，引导学生参加各级大学生数学建模、电子设计和挑战杯等大赛。

（3）专业技能培养，主要面向需要增加就业竞争力的学生，通过引进校外培训机构，开展诸如Java、C#、软件测试等各种实践技能培训，考取专业技能证书等。

（4）人文素质培养，通过选修课、讲座以及学校构建的通识网络课程等多种形式，培养计算机专业学生的文学素养、艺术鉴赏能力、语言和文字表达能力等人文素质。

2）搭建有效的课外培养方案实施平台。

在学院已有实验室（如网络工程、计算机系统结构、嵌入式系统、软件工程、虚拟现实、高性能计算等）的基础上，建立以“RFID综合应用”“无线传感网络”“嵌入式系统应用”“移动应用开发”和“物联网工程”为核心的物联网工程实践平台。充分利用学院现有的各类实验室，为本专业及相关专业的信息网络基础能力培训提供支撑，为本科毕业设计、物联网创新实验和参加国内各类硬件大赛提供基本创新环境，为实施课外培养计划和学生科技创新能力的实践提供强有力的支撑。

3）充分利用导师制。

为了保证课外培养计划的落实，要充分利用导师制加强学生和导师之间的沟通，让学生参与到老师科研活动中，帮助导师完成基本工作，发挥导师的专业指导作用，调动广大师生参与的积极性，为课外培养计划的落实和学生科技创新能力的实践提供保障。

3 物联网专业案例分析

图2说明了培养学生创新能力的3个步骤，即首先奠定扎实的理论基础，再提高实际动手能力，最后提高创新、科研能力。

3.1 奠定扎实的理论基础

扎实的理论基础是后续发展的基础，这些扎实的理论基础包括：

（1）能夠将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决物联网工程中的实际问题。学生必须掌握必备的工程数学知识，能够利用数学工具完成物联网工程的建模、仿真、分析与优化。因此，高等数学、线性代数、概率论及数理统计、离散数学、大学物理、电路与电子技术是物联网专业学生的必修课。

（2）能够综合应用信息类、通信类、控制类3门学科的知识。学生必须具备扎实的编程能力，并能将该能力与通信及控制类学科知识相结合。因此，高级程序语言（包括C语言和Python语言）、面向对象程序设计、数据结构、数字逻辑与数字系统设计、算法分析、计算方法、计算机组成原理、微机原理、软件工程、信号与系统都是学生的必修课。

（3）能够设计针对复杂物联网工程问题的解决方案，设计与开发满足特定需求的网络应用系统和网络系统。学生能够采用面向服务的体系结构建立物联网上游的云服务，能够建立可变、可回溯的物联网数据感知（中游）过程，能够建立物联网终端（下游）的智能感知与数据采集方法。因此，物联网概论、数据库原理、Unix/Linux操作系统分析、网络编程技术、无线传感器网络原理、RFID原理及应用、传感与检测技术、无线网络、网络通信协议分析、智能感知与定位技术也都是学生的必修课。

3.2 提高实际动手能力

所谓动手能力实际包含两方面的内容：解决问题的思路、方法和验证思路、方法是否正确的实验方案，因此核心课程的实验安排要紧扣这两个主题展开。为了培养学生工程思维方法，核心课程实验都以项目驱动作为主线，每个实验又以问题作为向导，以实验数据分析作为评判标准，引导学生建立起解决不同问题的不同思维方法。以RFID原理及应用课程的实验设置为例，可以说明提高学生实际动手能力的培养思路。

首先需要明确RFID原理及应用课程的目标以及在工程实践中需要解决的问题（见表1）。

针对以上目标和问题，在实验教学中导入一个应用项目——基于RFID技术的移动学习系统，该项目也是教学团队曾经完成的一项科技公关项目（核心专业课的实验多以老师的科研项目为背景）。通过对项目的简化和分解，每一个子实验会碰到表1中的若干问题，从而实现以项目为驱动、问题为向导的实验教学（见表2）。通过整个实验，学生不但掌握了解决常见问题的思路和方法，也锻炼了使用工具去验证自己思路和方法的能力。

3.3 提高创新科研能力

“第二课堂”是学生拓展知识、锻炼能力、培养创新精神的重要平台。该平台涵盖了学科竞赛、社会实践、学术交流等多个分支，要想提高学生的创新科研能力就必须用足、用好这个平台。

首先，在学科竞赛方面，为物联网专业学生精心规划了在大学四年中可以参加的各个级别的竞赛（见表3），并在学生刚入校时进行深入地宣讲。大一到大四有不同级别和方向的学科竞赛，根据学生的能力水平选择不同类型竞赛，因材施教，从易到难逐步锻炼学生的创新科研能力。由于学科竞赛对于培养学生分析问题的能力、解决问题的能力、动手能力、工程实践能力等有着强有力的促进作用，我们的课程实验设置也做了相应调整。例如，核心课程的实验内容必须以老师的实际科研项目为背景展开（如3.2中的阐述）；综合实验选用历年竞赛题目等。

从2012年至2016年我校物联网专业学生获得的竞赛奖项数量分别为2项、4项、5项、5项和6项，参与的学生人数达到了32人，平均每年有5人参赛获奖。这些参赛获奖的学生也带动了班级其他同学的学习热情。

其次，不能参赛的同学通过社会实践和学术交流平台也能提高创新科研能力。学校通过努力，在多家物联网高新企业建立了校外实习基地。低年级学生通过参观了解物联网产业示范基地、物联网高新技术企业，了解物联网技术在经济社会发展中的作用；高年级学生通过在企业的实习提高自己的动手能力和工程实践能力。同时，为了保证社会实践环节的质量，学校会对学生的实践表现采用打分的方式形成学生的成绩。

4 结 语

物联网工程专业是为满足国家对新兴战略型人才需求而设立的新专业，构建科学合理的创新与实践模式是人才培养的重要保证。本文总结了我们在物联网工程专业学生培养中的一些探索，希望能为该专业的建设和改革提供有价值的参考和借鉴。

参考文献：

[1] 罗娟， 康志伟. 物联网工程专业创新型人才培养体系探讨[J]. 中国科教创新导刊， 2013（28）： 180-181.

[2] 吴功宜. 对物联网工程专业教学体系建设的思考[J]. 计算机教育， 2010（21）： 26-29.

[3] 桂小林. 物联网技术专业课程体系探索[J]. 计算机教育， 2010（16）： 1-3， 9.

[4] 邓淼磊. 对物联网工程专业培养方案的几点思考[J]. 教育教学论坛， 2014（11）： 182-183.

[5] 黄瑜岳， 常晋义， 许秀兰， 等. 物联网工程专业应用型人才培养模式研究[J]. 计算机教育， 2012（23）： 58-62.

[6] 崔贯勋， 王勇， 王柯柯， 等. 基于CDIO的物联网工程专业实践教学体系的研究与实践[J]. 实验技术与管理， 2013， 30（5）： 111-114.

（见习编辑：景贵英）