物联网时代的卓越网络工程师人才培养实践教学改革

肖德琴，潘春华，黄 琼，杜治国，肖 磊，徐东风

（华南农业大学 软件学院，广东 广州 510642）

教改纵横

物联网时代的卓越网络工程师人才培养实践教学改革

肖德琴，潘春华，黄 琼，杜治国，肖 磊，徐东风

（华南农业大学 软件学院，广东 广州 510642）

针对物联网产业的广泛应用前景，文章指出卓越工程师教育培养计划和农业物联网建设的重要性，分析卓越网络工程师培养目标，提出卓越网络工程实践教学改革的创新思路，并具体介绍华南农业大学在实施过程中的做法和取得的成绩。

物联网；卓越网络工程师；教学改革；实践教学

1 背 景

“卓越工程师教育培养计划”是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010 — 2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010 —2020年）》的重大改革项目，也是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措[1]。工程师作为新生产力的重要创造者和新兴产业的开拓者，在当今社会扮演着越来越重要的角色。如何结合时代前沿技术需求，持续高效地培养卓越工程师，成为当前高校工程类学科改革的重要议题。

物联网指利用局部网络或互联网等通信技术把传感器、控制器、机器、人员和物品等通过新的方式连在一起，形成人与物、物与物相连，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络。农业物联网就是物联网技术在农业生产、经营、管理和服务中的应用，具体就是运用各类传感器、RFID、视觉采集终端等感知设备广泛地采集大田种植、设施园艺、畜禽养殖、水产养殖、农产品物流等领域的现场信息，充分利用无线传感器网络、电信网和互联网等多种现代信息传输通道实现农业信息的多尺度可靠传输，最后将获取的海量农业信息进行融合、处理并通过智能化操作终端实现农业的自动化生产、最优化控制、智能化管理、系统化物流、电子化交易，进而实现农业集约、高产、优质、高效、生态和安全的目标[2]。以互联网为核心、以物联网为新兴增长点的信息网络产业是我国经济发展的重要产业支柱与战略选择，国家领导人多次在公开场合表示出对网络产业发展与突破的关注与重视[3]。2011年11月国家发布了物联网“十二五”发展规划，将物联网产业上升为国家战略需求。随着物联网和“互联网+”向各个领域的渗透，对卓越网络工程师人才的需求量越来越大[4]。物联网集合了信息学科的众多技术及理论，不论从理论上还是从技术上均处于发展期[5]。针对此现象，根据长期以来对网络工程专业人才培养的实践，在当前物联网和“互联网+”时代背景下，为顺应国家卓越工程师的规划纲要，针对网络工程专业人才培养的改革需要，以及综合性农业大学相关学科对信息的应用需求，探索卓越网络工程师的人才培养改革目标很有必要。

2 卓越网络工程师人才培养目标

网络工程人才培养的基本目标是培养具有高度社会责任感，知识、能力、素质协调发展，具备计算机科学与技术基本理论与基本知识、网络工程专业知识与专业思想，掌握网络工程方法和技能，具有较强网络工程意识与工程能力、良好的工程师素养与职业发展潜力，可快速适应业界需求的网络工程应用型人才。为实现农业物联网特色的卓越网络工程师的人才培养目标，具体建设目标包括四个方面。

1）构建塑造卓越网络工程师的实践教学模式。

进一步建立和完善创新试验平台，通过提供必要的农业物联网设备和实验场所，组成由学生自主管理，专业教师和实验人员辅助管理和指导的“多元化、开放式”的创新团队，如软件开发型、硬件设计型、校企联合型、知识竞赛型、学科交叉型、项目驱动型。

2）引导学生参与面向信息学科软硬件方面的创新设计。

积极组织申报大学生创新项目，吸收有兴趣、有潜力的优秀学生参与进来。开展农业物联网相关的科学和工程实验，在项目实施过程中培养学生的科学思维及计算思维。

3）推广学生科技创新，鼓励和组织学生参与各类知识创新竞赛。

在进行知识创新教育和动手能力培养时，也进行创新和个性化培养教育，提高他们的价值观、人生观和世界观。

4）形成多样化的创新人才培养机制和体制。

通过一系列的创新实践，使学生了解本学科发展趋势和最新成就，从而具有较强的知识更新能力，有较强的工程能力或创新能力，有较强的运用知识的能力、动手能力、实践能力，培养学生的团队协作精神和自主创新意识，能有效地求解复杂问题。

我校卓越网络工程师人才建设的最终目标是：根据农业物联网产业对网络人才的要求，将知识结构、能力结构以及整体素质的培养有机结合，培养具备良好科学思维和综合素养，拥有农业物联网工程能力或创新能力的高级网络工程人才和创新人才。

3 卓越网络工程师培养改革思路

物联网技术属于多学科交叉、融合的技术，如何能够根据社会企事业单位、工业界对物联网人才的需求以及就业岗位的能力要求来设计当前的具体实践教学内容。通过对社会需求的分析，在实验教学环节上提高对学生动手能力的培养，使之符合社会的需要。通常课堂理论教学侧重于知识点的传授，学生长期、持续的动手能力的培养，需要在培养内容的选择上充分考虑社会的需求。同时，学生具备农业物联网相关应用领域实际开发的能力是更重要的素质。

3.1 构建卓越网络工程师人才培养教学体系

在目前制定的基础课程模块中，主要课程为计算机类专业的通用基础课程，都已有成熟的教学方案及师资力量，包括的课程有：数字电路、C语言程序设计、数据通信、计算机网络、数据结构、操作系统等。该模块相应课程的实验教学构成网络工程专业课程教学的基础。但是，围绕卓越网络工程的培养目标，需要在现有教学内容的框架下，从实验的具体内容设置方面进行调整，在内容和考核要求的具体内容上，更贴近本专业的教学需求。

我们主要配套了如下系列理论与实践综合教学课程：嵌入式系统设计、网络安全与攻防、网络管理、网络程序设计、无线网络技术和物联网工程，以及数据通信实验、网络程序设计、网络协议分析与设计课程设计、网络安全与攻防实习、农业物联网实训、网络工程毕业实习等专门实践课程。要求学生至少设计完成2件以上农业物联网相关实践作品，以达到培养物联网工程师基本专业素质的需要。

3.2 优化实践教学的环境，以专业竞赛为抓手，丰富实践教学的内容

结合卓越网络工程师的培养目标，对典型物联网工作岗位及其工作技能进行分析，并设计相关实践课程的内容，以及合理、高效的教学方法。将原来依附与理论教学某些课程的实验室进行合并，按照“实战演练”的场景，对课程的实验内容及实验室布局进行重新整合，新建了农业物联网实验室，可以开设温湿度传感器网络构建、大棚设施物联网、养殖环境监测网等农业物联网实验项目[6]。为项目实践的教学内容增添智能环境监控、智能家居等相应的农业物联网设备，提高实验的应用性、实用性、综合性、创新性水平。

将学科竞赛模式引入实践教学环节，积极组织学生设计农业物联网作品，开展大学生创新项目，参加“挑战杯”及“高校杯”比赛等，以此为抓手强化软硬件设计实现能力。竞赛的设置和评价标准强调知识面广、技术新颖，并强调实际的分析问题和解决问题的能力。

3.3 卓越网络工程师后备人才选拔策略

每年从网络工程专业2年级学生中选拔30人参与卓越网络工程师培养计划。对这部分培养目标，从探索创新实验模式入手，开展多元化的学生创新实验活动。将软件开发，硬件设计、学科交叉、校企联合、项目驱动、知识竞赛等多种创新活动有机融合、多元互动，在实践中构建了系统科学的创新实验方法体系。通过营造良好的创新氛围，引导学生参加各类创新团队，让创新人才脱颖而出，达到培养卓越网络工程师高素质专业人才的需要。

3.4 建立基于农业物联网的卓越网络工程师创新实验室

在创新实验场所方面，我们根据创新实验的需求和实验室自身的条件建立农业物联网软件与硬件创新开放实验室，由院实验教学中心提供农业物联网实验平台、元器件、硬件组装平台、程序设计开发平台等。近年来，购置了50套温湿度网络传感器、90套农业物联网设备嵌入式开发平台、90套无线通信设备等，建立了智慧农业沙盘、智能家居沙盘等多项农业物联网展示平台。这些创新实验室可以是某个创新实验团队专用的，也可以是几个创新团队合用，部分创新团队还可以利用教学实验室的开放时间完成实验。

通过创新实验室建立“教师、学生、项目”间的联系纽带。利用教师的所具备理论知识、科学思维、教学和科研经验等优势，定期主办、承办和参与学生科技创新活动；定期发布物联网相关的训练题目；通过讲座、辅导、讨论、专题训练、竞赛、自主设计实验项目、项目开发等多种方法，鼓励学生积极参加科技活动，培养学生的科技创新能力。

为了让尽可能多的学生能从创新实验室得到收获，创新实验室实行开放式管理，任何学生只要有明确的课外创新训练目标或题目，通过学生本人或指导老师提出申请，就可以免费使用创新实验室的设备与资源。同时，针对各个专题都有明确的培养、训练计划，配备有丰富经验的专家教授进行专题指导、主持专题讨论。

3.5 设立专项创新实验经费

当前，在广东省高水平大学建设资金支持下，创新实验经费得到充分保障，除学校提供大学生创新项目经费的支持外，学校还专门从本科实验教学经费中节余出一定的经费用于学生开展创新活动所需元器件、耗材等支出，学院还提供经费组织学生参加国际、国内及广东省各类大学生创新比赛。此外，校企联合的广东温氏集团等企业方也提供部分设备与资金的支持，一些参与科研项目创新团队还可获得科研项目的经费支持。

3.6 创新团队管理

在创新实验团队管理方面，主要采取导师制。在学生创新实验团队的管理中主要采用如下几点做法。

（1）为鼓励优秀学生参与创新团队，在学院组织下组建各类创新团队，每个团队有相应的专家教授做指导，让学生自愿参加所感兴趣的创新团队。鼓励学生互相学习、取长补短，学习科学的研究方法，熟悉研究过程和体验取得成果的乐趣。介于教师的大多数项目都是农业物联网相关的科研项目，这一举措也很好地带动了学生物联网理论与实践能力方面的培养。

（2）每个团队均有产学研合作机会，通过与广东未来信息科技有限公司、广东温氏集团、广东东升农场、广东材村通公司等企业合作，让学生到企业做项目，在企业工程师的指导下提高学生的动手能力。

（3）鼓励团队成员参加知识创新大赛。要求每个团队每年至少参加一项全省乃至全国活动进行竞赛挑战，通过创新竞赛对学生进行创新和个性化培养教育，让学生具备更强的实践动手能力。

（4）完善科技创新奖励机制。按创新实验项目完成情况加以考核，并按规定申请创新学分；对学生依托实验项目参加科技创新竞赛获奖，可给予创新学分奖励，以激励学生拓展学习与创新学习。

4 结 语

高校卓越工程师培养计划是实现建设具有中国特色新型工业化国家、建设创新型国家、建设人才强国等国家发展战略的重要教育举措。高校应抓住培养卓越工程师的契机，转变传统的教学模式，有效提高学生的实践能力、创新能力，以期为我国培养出适应经济社会发展的高质量工程技术人才。农业物联网是国家战略性新兴产业，急需大批具有较强理论知识和较高实践能力的专业人才，为满足新兴产业发展对高素质人才迫切需求及教学科研需要，开展基于农业物联网背景的卓越网络工程教学培养探索具有重要的现实意义[7]。

华南农业大学两年的教学探索表明，卓越网络工程师的培养改革使得学生在网络工程实践能力方面有了较大的进步，尤其在农业物联网设计能力和动手能力方面有更多的同学表现突出[8]。截至2015年12月，进入卓越网络工程师创新训练的60位学生中，通过思科、思博伦等国际职业网络工程师认证，以及国内工信部暨人保部网络工程师认证学生20人次，参加网络攻防大赛、思科网院杯大学生网络大赛、H3C网络知识大赛和360杯全国大学生信息安全技术大赛等比赛30余人次，获得省级创新项目6项，校、院级大学生创新项目40项，本科生已完成农业物联网相关项目设计100件以上，毕业生中三分之一的学生在企业学习期间被较大规模IT企业签约录用，2014年和2015年应聘到物联网企业的同学每年均超过20人次。

卓越网络工程师培养是一个新事物，需要把握其特殊性，但是从教学而言，新教改脱胎于长期发展的传统培养模式，成功的教学经验值得在实践教学内容改革上予以借鉴。

[1] 蔡静. 校企联合培养“卓越工程师教育培养计划”进展研究——对部分试点高校网络调研综述[J]. 高校教育管理, 2012(1)：7-14.

[2] 葛文杰, 赵春江. 农业物联网研究与应用现状及发展对策研究[J]. 农业机械学报, 2014(7)： 222-230.

[3] 车巍. 关于对物联网产业现状的研究[J]. 电子技术与软件工程, 2015(19)： 38.

[4] 姚宏, 梁庆中, 曾德泽, 等. 网络工程(物联网方向)专业实验教学内容整合与创新思路[J]. 中国地质大学学报(社会科学版)，2014(增刊1)： 46-48.

[5] 尹向东, 张新林.“卓越工程师”背景下“计算机网络”实验课程教学改革与实践[J]. 湖南科技学院学报, 2013(4)： 71-73.

[6] 肖克辉, 肖德琴, 周权. 农业物联网实验室建设[EB/OL]. [2016-09-10]. http：//cpfd.cnki.com.cn/Article/CPFDTOTALTTTT201108002066.htm.

[7] 戴涵斐, 胥琳. 物联网产业应用及发展对策研究[J]. 现代营销(学苑版), 2015(3)： 5.

[8] 肖德琴, 潘春华, 殷建军. 以就业为导向的地方高校网络工程专业教学研究[J].计算机教育, 2014(20)： 27-30.

（编辑：史志伟）

1672-5913(2017)03-0115-04

G642

广东省高等学校教学质量工程项目“卓越网络工程师人才培养模式创新实验区和网络工程专业综合改革”。

肖德琴，女，教授，研究方向为无线传感器网络、计算机网络， deqinx@scau.edu.cn。