基于CDIO工程教育理念的高职院校 物联网人才培养模式的构建

江 帆

(江苏联合职业技术学院 苏州工业园区分院， 江苏 苏州 215123)

1 研究背景

CDIO是以美国麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学为代表，于2000年提出的工程教育理念，其内涵是构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate)[1],其宗旨是培养国际化的工程师。我国教育部于2005年宣布加入CDIO，2016年由中国汕头大学牵头，发起了“CDIO工程教育联盟”，至今在世界范围内已有超过100所高校加入，其中包括我国清华大学、北京交通大学等六所高校。

2011年，工信部发布《物联网“十二五”发展规划》，2015年国务院印发《中国制造2025》，提出工业互联网领域发展的核心是物联网。我国教育部于2010年批准设立了国内首批物联网专业，物联网专业在本科高校及高职高专院校中迅速发展起来。

CDIO的理念与物联网专业人才培养需求在很多方面是一致的，两者存在相当高的契合度。因此，高职院校物联网专业可将CDIO的工程素养培养目标作为培养物联网专业人才的指导性方向,采用CDIO的工程项目实践模式，借鉴其在工程项目实践中的成功经验，构建高职院校物联网专业人才的培养模式，并按CDIO工程项目执行过程，培养学生的创新意识、团队意识和能力素养[2]。

2 高职院校物联网人才培养亟待解决的问题

物联网专业是融合了计算机技术、网络技术和电子通信技术的复合性专业，其专业建设时间较短，经验不足，人才培养模式还不完善，这主要表现在三个方面。

第一，缺少以专业能力培养为基础的完善的人才培养方案。高职院校的物联网人才培养方案，可借鉴本科院校的经验，但不必生搬硬套。由江苏联合职业技术学院各分院所制定的物联网人才培养方案也不尽相同，其知识体系、课程体系仍未完善，其工程实践能力的培养未形成统一的体系标准。

第二，重视理论，轻视实践。高职院校物联网专业教学中普遍存在的问题是重视理论教学，忽视实践教学。由于受到办学条件、教学场所等限制，学生日常上课以学习物联网理论知识为主，缺少锻炼实际操作技能的机会，也很少有机会参与实际的企业项目[3]。

第三，师资队伍建设有待加强。培养高素质的人才需要高素质的教师。目前，高职院校的物联网专业教师有相当一部分是出身于计算机、电子信息等专业，其学科背景较为复杂，对物联网的理解也不尽相同，结果导致他们的教学方法各异，教学效果与物联网行业需求也存在差距。

第四，传统教学方法难以适应物联网的学科特性。由于物联网专业的学科复合性，其技术应用需要通过实验操作对多个学科领域进行综合运用，需要通过较多的课时数量来完成项目操作，而目前绝大多数的实操项目均难以在两课时内完成。因此，传统的教学组织方式难以顺利地开展教学。

3 CDIO物联网人才培养策略

江苏联合职业技术学院苏州工业园区分院不断修订并完善物联网人才培养方案，同时不断创新形成基于CDIO工程教育模式的物联网人才培养策略，以适应物联网产业经济的发展和人才的需求。

3.1 明确专业方向，精准对接职业岗位

基于CDIO工程教育模式的特点和物联网的系统结构(感知层、网络层、应用层)，学校将物联网专业划分为三个专业方向[4-5]。

3.1.1传感器及嵌入式系统方向 该方向对应物联网系统中的“感知层”，要求具备的能力有：传感器节点管理及维护，协议栈软件设计，RFID技术和嵌入式系统开发。该专业方向对应的岗位是物联网感知设备的选配、安装与调试。

3.1.2物联网网络传输方向 该方向对应物联网系统中的“网络层”，要求具备的能力有：网络组建、管理与维护能力，物联网系统分析与设计能力，物联网系统施工与管理能力，无线网络组建与管理能力。该专业方向对应的岗位是网络系统的规划、组建与管理。

3.1.3物联网应用方向 该方向对应物联网系统中的“应用层”，要求具备的能力有：物联网应用设计开发能力，物联网应用实施能力，信息化智能应用系统的设计、开发与维护能力。该专业方向对应的岗位是信息化管理软件的设计、实施与运维。

3.2 构建CDIO物联网工程教学体系

借鉴CDIO的工程教育理念，江苏联合职业技术学院苏州工业园区分院建立了CDIO物联网工程教学体系。教师在授课过程中以项目的形式开展教学活动,将物联网典型项目分解为多个模块，分散在各个专业课程内，学生分学期、按模块逐一学习，按照“选题(教师指导)—开题(学生汇报)—实施(项目实施)—结题(成果汇报)”的过程组织实施，教学过程中教师运用创造思维教学，鼓励学生多沟通、尝试、探究。

3.2.1构建典型项目，实施教学改革 CDIO的教学理念是以工程项目为主线，贯穿整个教学过程，工程项目应能够覆盖物联网专业的核心技术及对应的职业岗位。苏州工业园区分院选择“智慧城市”为典型项目，逐层分解，将项目精细化，归纳总结知识点和技能点，转换成适合于高职院校的教学项目，形成项目化课程体系[6]，如图1所示。

3.2.2以工程理念为指导，实施多元化教学 CDIO工程教学体系的各门课程在工程实践的基础上设定教学目标，实施多元化教学，具体包括以下四个方面。

(1)建立专业课程体系架构。高职院校物联网专业课程分为三大类：通识类课程、专业类课程和实践类课程。

图1 CDIO项目化课程体系

根据国家要求实施素质教育的理念，通识类课程主要由公共基础课程(德育、法律、语文、数学、英语、体育、美育)、自然科学课程(物理)和综合素质课程(计算机应用)组成，其设置目的在于拓展学生的知识面，使之兼备人文素养与科学素养。

专业类课程按照物联网的三个层次划分。第一层(感知层)课程包括：物联网感知技术、RFID射频识别技术、传感器技术、无线传感器技术、微距离通信技术、模拟电子技术、数字电子技术；第二层(网络层)课程包括：计算机网络、ZigBee无线网络技术、物联网系统集成与管理；第三层(应用层)课程包括：数据库原理、单片机技术、C语言、C#、Java、Qt软件开发技术、Web技术。

实践类课程包括：通识课程实践、专业课程实践、工程项目实训、毕业设计等，其目的是通过课程实践加强学生的动手能力、创新能力和团队意识。实践课程内容包括物联网硬件能力培养，物联网软件开发能力培养，物联网系统设计(软硬件协同设计)能力培养。

物联网硬件能力培养的实践课程包括：物联网工程布线、ZigBee组网、计算机网络搭建与调试、电子产品安装与调试、嵌入式系统原理。

物联网软件开发能力培养的实践课程包括：C语言程序设计、C#程序设计、Android移动应用开发、数据库管理系统、软件工程项目实践。

物联网系统设计能力培养的实践课程包括：单片机编程(C语言)、C#物联网软件开发、Android物联网软件开发，嵌入式软件开发技术，Qt软件开发技术。

(2)层层推进，建立多层次实验课程。苏州工业园区分院建立物联网专业的时间较短，学生对于CDIO教学模式需要一个循序渐进的适应过程。另外，物联网学科具有综合性及复合性，因此，教师们采用“先易后难、逐层递进”的方法，建立了认知类实验课程，设计类实验课程和综合类实验课程的多层次实验课程体系。

认知类实验课程使学生对物联网技术及应用领域有一个全局性的、感知上的认识；设计类课程应用物联网主干课程的基础知识，设计、开发物联网系统中的相关部件和功能模块；综合类实验课程侧重于物联网应用层软硬件的设计与开发。

以智能家居课程为例，认知类实验使学生掌握各类传感器的工作原理及应用方法,设计类实验使学生掌握特定传感器(如温湿度传感器、光敏传感器等)的设计及优化方法，综合类实验使学生掌握智能家居各应用子系统(照明系统、人体安防、门禁、家电控制等)的软硬件设计与开发的方法。

(3)“做中学”科技创新实践。CDIO工程教育模式的特色之一是“做中学”，学科竞赛、科技创新活动是其具体实践形式，也是高职院校学生较为喜爱的学习方式。通过学科竞赛、学生同台竞技、相互交流心得体会等方式，能够有效激发学生们的创造积极性，培养其创新精神，锻炼其创新能力，提高其解决问题的能力，增强其团队合作意识和人际交往能力。

江苏联合职业技术学院苏州工业园区分院每年举办一次“科技节”，其中物联网专业的主题是智能家居和智慧城市。为体现CDIO工程教育特色，物联网专业将竞赛项目设置为重点考核学生物联网工程项目实践能力和对专业体系结构的把握能力，具体赛项涉及物联网系统的感知层、网络层和应用层，突出对学生软硬件设计与开发能力的培养。

(4)紧密联系产业，强化顶岗实习与毕业设计。为培育学生的物联网工程素养，苏州工业园区分院依托苏州工业园区科教创新区和国际科技园，利用其人才优势和技术优势，立足区域经济，建立物联网校企合作基地，促进“产、学、研、用”的有机结合，让学生以参与企业项目的方式开展顶岗实习与毕业设计(论文)。学校聘用企业工程师为实习导师，制订实习计划，指导、评价实习过程，同时，将企业中真实的物联网项目适当重组、优化，提炼为毕业设计项目，让学生切实地体会真实环境下的物联网项目。

4 结论

江苏联合职业技术学院苏州工业园区分院在物联网专业人才培养方面，本着“创新源于实践，技术始于问题”的认识，着眼于CDIO工程教育的理念，以典型项目贯穿整个教学过程，建立了基于CDIO理念的物联网人才培养模式。目前，该模式在学校物联网应用技术专业教学实践中已经取得了良好的教学效果，学校建成了现代化的物联网实训基地和专业实验室，以物联网典型项目为基础，开展“科技节”创新竞赛活动，组织学生参加江苏省职业学校物联网应用与维护项目技能大赛，获得二等奖，申报并成立了市级名师工作室，学校定期组织学生校外交流，拓展知识面，组织学生参观物联网产业园，了解物联网产业发展动态。