面向新工科的物联网工程专业人才培养方案探索

吴宣够，郑 啸，陶 陶

(安徽工业大学 计算机科学与技术学院，安徽 马鞍山 243002)

物联网是互联网向物理世界的延伸，旨在建立万物互联互通[1]。物联网工程专业作为信息领域新兴的多学科交叉专业，其涉及计算机、通信与电子技术三个学科[2]，符合新工科提出的交叉融合特点，是典型的新工科专业。物联网工程专业自2010年开设以来，已有多所高校经历一段时间的教学实践与人才培养相关探索，形成一些经验，同时也发现一些问题。

一、国内高校相关专业情况

2011年至2014年教育部共批准350余所高校开设物联网工程专业，截至2017年全国共有500余所本科高校开设该专业。大部分高校才刚刚完成第一版人才方案的培养，最早开始物联网专业的高校才仅有三届毕业生。全国还没有高校物联网工程专业通过工程教育认证，当然这与工程教育认证需要有三届及以上毕业生才可以申报有关。由于物联网工程是一个多学科交叉专业，在人才培养过程中易导致仅学习各学科的皮毛或很难将各学科很好融合。针对物联网工程专业人才培养，相关高校都处于不断的改革与探索的过程中[3-4]。近年来，随着大数据与人工智能等技术的不断发展，对物联网工程专业的人才培养也提出了新的要求。

安徽工业大学物联网工程专业是2013年获教育部批准并于2014年开始招生，是安徽省高等教育“振兴计划”建设专业。经过4年来的发展、改革与探索，该专业建设思路逐渐清晰，人才培养方案与课程体系已经逐步完善。

二、人才培养模式与课程体系设置

(一) 人才培养模式

物联网工程是一个多学科交叉专业，涉及计算机、通信和电子相关学科，这对人才培养提出比较高的要求。同时近年来5G、大数据和人工智能等新技术的发展，传统物联网底层定位“感知”与“组网”的模式已很难适应现有技术的发展与需求。无线传感器网络技术已不再是物联网的核心技术。物联网更多侧重于“智能感知”、“智能应用”以及助力传统行业的升级改造。相关高校根据自身特点，不断修订与更新物联网工程专业的人才培养方案与模式。安徽工业大学物联网工程专业依托计算机科学与技术学院原有计算机科学与技术、软件工程和网络工程三个专业，为物联网工程专业从不同方面提供支撑。结合安徽工业大学是传统冶金类高校和计算机类专业大类招生的特点，本专业定位于面向工业物联网的工程应用型人才培养，其人才培养方案修订流程如图1所示。

图1 人才方案修订流程

本专业培养学生德、智、体全面发展，具有良好的科学素养；掌握计算机、通信和电子的基础知识，具备物联网应用系统集成、物联网硬件与软件设计与开发能力的工程应用型人才。在对学生四年的培养过程中，覆盖工程教育认证提出的工程知识、问题分析、设计/开发解决方案、终生学习等12项要求。发挥自身与冶金行业紧密联系的优势，进行交叉融合，拓展专业内涵建设，培养符合工程科技创新和产业创新的人才需求，服务地方经济和冶金行业的转型升级。

(二) 课程体系设置

物联网工程课程体系是落实人才培养的关键所在，必须支撑专业培养目标与毕业要求， 本专业的主要基础与核心课程包括计算机类的程序设计、数据结构、计算机网络、操作系统等课程，电子类的电子与电路、传感器原理、射频识别技术、单片机与嵌入式系统等课程，通信类的通信原理、近距离无线通信技术等课程。学生在第一二年主要是学习物联网的基本理论知识与程序设计，三年级主要学习嵌入式系统开发与软件设计，第四年主要学习物联网信息处理与应用系统综合设计与开发。

根据本专业的定位与人才培养目标和第一版课程体系，同时借鉴国内高校物联网工程课程体系、工程教育认证要求和新工科提出的交叉融合，制定修订版物联网工程专业课程体系，其课程关系如表1所示。根据不同课程性质，本课程体系分为6个模块：

表1物联网工程专业课程表

(1)公共基础课程。公共基础课程是由学校统一制定的，主要分为四类：思想政治类课程、大学英语类课程、数学类课程和大学物理类课程。

(2)专业基础课程。专业基础课程主要是物联网基本理论和程序设计课程，其包括电子电路技术、C程序设计(I)和(II)、数字逻辑、数据结构、计算机网络、操作系统、通信原理、传感器原理。

(3)专业核心课程。专业核心课程主要是培养物联网系统设计与开发能力，其包括Linux程序设计、单片机与接口技术、RFID课程、嵌入式系统、物联网通信技术、物联网信息处理课程。

(4)专业选修课程。专业选修课分为两类，一个是提供学生继续深造方向，一个是学生直接就业方向。继续深造方向选修课包括物联网信息安全、算法设计与分析、人工智能基础、云计算技术、Python程序设计。就业方向包括数据库概论、Java程序设计、Web技术开发、移动开发技术、软件工程课程。要求学生选修课程学分合计不少于12学分。

(5)集中实践课程。实践是工程专业人才培养过程不可缺少的环节，主要包括专业认知实习、课程实验、课程设计和毕业实习与设计四个层次。集中课程设计课程包括C语言课程设计、数据结构课程设计、数字逻辑课程设计、单片机与接口技术课程设计、嵌入式课程设计、物联网通信技术课程设计等课程设计。

(6)素质教育课程。素质教育课程主要包括通识教育课程、创新创业教育课程和社会责任教育课程，如军事理论、创造学与创新能力开发、形势与政策、大学生职业发展与就业指导等课程。

三、新工科背景下物联网工程培养方案特色

(一)课程设置特色

传感器技术。该课程是物联网核心基础课程之一，其主要内容包括传感器及其基本特性、电阻应变式、电容式、电感式、压电式、磁电式、热电式、光电等常用传感器原理与应用技术。

射频识别技术。该课程同样是物联网核心基础课程之一，主要围绕RFID组成原理、无线通信原理、天线技术、标签、阅读器、RFID协议、RFID安全等方面展开。

嵌入式技术。该课程为物联网系统底层开发核心课程，其主要围绕嵌入式硬件、ARM处理器、嵌入式Linux、软件开发等方面展开。

物联网通信技术。该课程主要实现物联网底层通信功能，主要包括物联网近距离通信技术、WiFi通信技术、蓝牙通信技术、ZigBee通信技术、无线局域网设计与组建等方面开展。

(二)专业实践特色

针对物联网工程专业是多学科交叉融合的工程应用型专业特点，按照新工科背景下对人才培养的需求，全面贯彻工程教育认证理论。本专业在实践方面特色如下：在一年级开设专业导论、新生研讨课与企业认知实习，提升学生对专业的了解与认同感；在二三年级开设以课内实验与课程设计相结合的专业基础课与专业核心课程；在四年级开设物联网工程实习、工程实践和毕业设计，全面培养学生工程实践能力与解决复杂工程问题能力。全面贯彻落实理论学习、CDIO实践与企业实习相结合的人才培养模式。