基于CDIO的物联网工程专业课程体系一体化设计

易 军，周 伟，张元涛

（重庆科技学院 电气与信息工程学院，重庆 401331）

0 引 言

近年来，工程教育在国内外高校如火如荼地开展，大量教育工作者都在积极探索工科专业人才培养模式改革，但由于受本专业理论体系和历史经验的影响，大部分制订的专业教学计划仍然不能脱离原课程体系的框架，在兼顾培养学生具有较完整的理论基础和培养学生具备较好的应用实践能力两方面顾此失彼，左支右绌。这导致一方面理论深、难度大的课程在教学计划中仍占有较大的比重，而另一些实践性较强的课程难以全面吸纳和融入教学计划中[1-2]，造成以上矛盾的主要因素有：①专业培养理念对学生的定位与现代各类型企业对员工的不同要求还存在一定差距；②专业建设重点更偏理论逻辑和公式推导，缺乏各级项目和校企合作的应用实践训练；③由于教育的惯性，目前的评价体系仍注重理论成绩考核，缺乏对学生综合素质，特别是工程师素质培养；④缺乏与工业界在培养人才方面的合作与交流机制。

物联网工程是一门新兴的多学科多专业综合的学科，这给教育工作者提供了一个深入课程改革的机会。文献[3-5]通过汲取原信息学科的办学经验，根据专业特点和企业对人才的需求，完全以培养工程能力为目的，提出基于CDIO工程教育理念的物联网工程专业课程体系，以适应社会对物联网技术高级专门应用型人才的需要。

CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果[6-7]，简单地说，CDIO代表了从前期产品设计、研发到后期维护运行的全生命周期中的各个重要环节：构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）[8-10]。由于CDIO贴近企业生产实际，能够让学生将模块化的理论知识运用到完整项目中，从而形成实实在在的工程实践能力。物联网工程专业课程体系结合CDIO培养理念，将学生的能力分为工程基础知识、工程系统能力、个人能力和人际团队能力4个层面,并结合教学大纲要求以综合的培养方式使学生在这4个层面达到预定目标。

1 物联网工程人才培养目标

通识课程培养学生的人文精神与社会责任感等综合素质，学校通过课堂教学、实习实践将细致的思政工作渗透到各教学环节，并对学生形成潜移默化的影响，给学生打下素质教育的底子。在此基础上，本科教育需要重点加强专业知识传授与能力培养。学校在这个过程中需要逐步凝练出本科人才培养的理念，明确学生必须掌握的基础、使用的工具和锻炼的能力。专业知识作为大学本科阶段培养学生的重点，课程设置需要重视学习过程与效果，发挥课程的载体作用，细化为前期实施数学、物理、电子和信息的整合培养，拓宽加厚理论基础；后期主要进行专业培养，加强项目工程训练与实习，强化工程能力培养。由于信息领域知识更新很快、特别是物联网技术的专业知识更新得更快，需要审慎考虑课程设置和教学的侧重点，提高专业课程设置的弹性，加大学生的选择空间。在课程教学环节，通过梳理培养素质主线，精心设计专业核心课程和以三级项目为依托的课程群，注意课程的前后衔接，培养学生独立实操项目的能力，激发学生的创新思维。

2 课程体系一体化设计的内容

以三级项目为主线，构建专业课程群，培养学生的项目设计、项目实现和团队合作能力，提升学生职业道德，加强实践能力与技能教学。在第1、第2学年，重点在素质教育、专业基础课程的教学，必修课较多；第3学年，着重学习专业知识体系的相关内容；第4学年安排物联网综合实训、毕业实习和毕业设计等内容。此外，在专业课程设置方面，根据物联网知识体系的组成分为3个课程群，分别是控制与感知、网络与传输、软件与服务，学生可以根据自己的兴趣和就业导向，选修其中一个或多个课程群。一体化课程体系如图1所示。

图1 物联网工程本科专业课程体系结构

3 三级项目实践环节的设计

根据不同的学习阶段和任务，将涉及的知识范围划分为三级项目，学生以工程项目的形式进行实践教学，获得比课堂教学更加贴近实际的工程能力。实施方案包括：①将CDIO项目按规模和范围划分为三级，1级为包含本专业主要核心课程和能力要求的项目；2级为包含一组相关核心课程群、能力要求的项目；3级为单门课程内为增强该门课程能力与理解而设的项目。三级项目的设立与否及形式由各门课程大纲根据需要确定。②本专业至少有2次1级项目。一般在一、二年级进行一次以了解本专业为目的的行业情况展示、新技术展示，增强对本专业以认知为目的的1级项目；而以毕业实习+毕业设计为第2次1级项目。每个1级项目作为一门课程单独计分。③以6个2级项目为载体加强本专业核心课程的学习与应用。

三级项目示意图如图2所示。

4 企业实习培养计划设计

企业学习分为3个层次，分别为专业认知实习、物联网应用系统分析与设计、毕业设计，总学习时间为26周（见表1）。

4.1 专业认知实习（2周）

通过到物联网实习基地参观学习，建立起物联网系统的整体概念和感性认识，了解本专业涉及物联网最新产品的设计、生产、测试等整个流程，进一步了解课程涉及传感器、执行器、操作系统以及移动终端程序等领域的基本应用。实施上可以依托物联网工程专业实习基地，安排一定的实习时间。

4.2 物联网应用系统分析与设计（6周）

图2 物联网工程专业核心课程三级项目示意图

表1 企业实习阶段的安排

本阶段主要是让企业专业知识进课堂，通过课程置换等方式，将企业工程师或培训师引入课程实践环节，通过产品案例分析，了解和参与企业项目的立项、需求分析、概要设计、详细设计与测试等研发过程，以及后期系统生产和维护过程等方面的相关课程，同时对课程的理论学习所进行的实操训练进行考核。如果条件允许，也可以选择物联网相关产业如移动终端程序APP设计、微电子和集成电路设计等知名企业和公司，通过现场考察和实际操作的形式完成学习过程。

4.3 毕业设计（18周）

毕业设计是本科4年最后的综合实践阶段，通过与企业工程师联合给出培养方案，结合现场的实际工程问题设计有针对性的、有明确工程应用背景的毕业题目。学生在实施过程中，紧紧依托在公司做项目的实习机会，结合自己的专业知识，掌握企业的先进技术和专业技能，完成规定题目，最后由企业和学校对其进行考核。毕业答辩小组由企业工程师和学校教师共同组成，注重学生实践动手能力的考核。该过程不但能为学校培养动手能力强的学生，也为企业培养和招录优秀员工提供了机会。

5 设计中应该注意的问题

工程项目设计是课程体系设计的关键所在，大纲上的学习课程和内容，都应该以此为核心，使所有课程形成一个有机的整体。在设计过程中应注意以下问题：①教学观念上以CDIO理念为核心，坚持以提高学生工程实践能力为目标；②课程设置上充分体现物联网当前技术的发展动态，体现差异性、层次性培养；③教材建设上以知识结构为组织形式，及时更新教材，鼓励校企双方共同出版围绕主题的教学资源，注重技能训练；④教学质量评价方式上侧重动手能力考查，过程评价与效果评价相结合，方式灵活多样。

6 结 语

通过汲取CDIO切实可行的先进教育理念，结合我国和重庆科技学院的教育实际现状，提出切实可行、可操作的基于CDIO理念的物联网工程课程体系，从课程设置、实践设计、质量评价和师资培训等方面进探索与实践改革，才能改革并设计出新的有利于促进大学生创新思维和创新能力培养的信息类应用型人才培养模式。

[1]高林. 以工程应用能力为主导 提高工程教育人才培养质量[J]. 中国大学教学, 2013(1): 27-29.

[2]李胜强, 雷环, 高国华, 等. 以项目为基础的教学方法对提高大学生工程实践自我效能的影响研究[J]. 高等工程教育研究,2011(3): 21-27.

[3]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.

[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]吴瑾. 浅谈物联网工程专业学生的知识结构[J]. 教育教学论坛, 2013(9): 142-144.

[6]康全礼, 陆小华, 熊光晶. CDIO 大纲与工程创新型人才培养[J]. 高等教育研究学报, 2008, 31(4): 15-18.

[7]李曼丽. 用历史解读CDIO 及其应用前景[J]. 清华大学教育研究, 2008, 29(5): 78-87 .

[8]查建中. 工程教育改革战略“CDIO”与产学合作和国际化[J]. 中国大学教育, 2008 (5): 16-19.

[9]秦磊华, 石柯, 甘早斌. 基于CDIO的物联网工程专业实践教学体系[J]. 高等工程教育研究, 2013(5): 168-172.

[10]查建中. 论“做中学”战略下的CDIO模式[J]. 高等工程教育研究, 2008(3): 1-6.