基于CDIO理论的物联网工程专业教学改革研究

（陇东学院 信息工程学院，甘肃 庆阳 745000）

0 引 言

CDIO（Conceive Design Implement Operate, CDIO）是国际工程教育改革产生的一种工程教育模式，包含构思、设计、实现和运作四层含义，通过CDIO工程教育模式的培育，不仅可以使学生主动学习，而且还可以使学生用工程的思想将各门课程有机地联系起来学习。CDIO工程教育的培养模式是将培养学生的能力分为工程基础知识型、个人能力型、人际团队能力型和工程系统能力型四个不同目标[1]，培养计划按照四个不同目标设定了相应的培养模式及考核方式。CDIO包括了三个要素：一个愿景、一个大纲和十二条标准。一个愿景是能够为所有学生提供基础的工程教育思想；一个大纲是将整个CDIO教育流程具体化，使其教育模式的方向性更加明确，具有一定系统性；十二条标准是对整个工程教育模式指出了具体全面的工作细则、工作规范，对其实施及检测做出了系统的、全面的指引，使得工程教育改革方法具体化、实践可操作、数据可测量，这将对学生和教师都具有一定指导意义。CDIO具有工程教育理念先进、实践操作性强、课程体系全面、可以更好地适应工程教育驱动的人才培养模式等优点[1]。因此，转型发展中的地方型本科院校，建设物联网工程专业这类工程应用实践性较强的课程，可以采用CDIO的教育理念来开展教学方式方法的研究及创新。以CDIO理论为指导，对物联网工程专业课程教学改革，培养学生的工程能力为主导，以物联网专业学生应用能力的培养为目标，实现学生专业能力的职业化培养。

1 物联网工程专业特点

物联网（Internet of Things, IoT）即万物联网之意，主要解决物到物、人到物、人到人之间的互联关系。物联网工程专业是2012年颁布的普通高等学校本科专业目录中的一个新专业，其属于工学中的计算机大类[2]。计算机科学与技术是物联网工程专业的基础，物联网工程专业不仅包含网络工程方面的理论和技能，还应该具有电子信息工程、通信工程等相近学科的部分知识与技能。物联网工程专业开设的课程可以分为基础课和专业课两大类，学生主要学习研究电子相关硬件和通信网络彼此之间的作用、相互转换的方法和技术，有着较强的工程实践性。物联网工程专业以万物联网为宗旨，以培养具有相关技能人才为目标，要求毕业生具备通信技术、传感技术等信息领域专业知识，达到企业对工程技术人员的要求[3]。因此，高校专业课程设置与实践教学体系的设计要围绕专业基本能力的培养展开。

2 物联网工程专业教学存在的问题

目前，国内已开设物联网工程专业的院校都在探索该专业的培养方式方法，但仍没有完善的培养方案可以参考。通过调研地方型二本院校物联网工程专业开设情况，结合本校实际情况，认为物联网工程专业教学存在以下问题：

（1）人才培养模式体系不够完善。人才培养模式的设计是一个专业教学设置很重要的一部分，但由于学校自身资源匮乏等原因，设置适合应用型人才培养的课程实施模式时，理论与实践教学课时分配不能满足工程能力培养的要求。或者说，虽然有完善的教学课程体系、课程标准、课程内容、组织课堂教学、考核、评价，但实践项目的工作过程、工作任务及职业能力培养如何有效地贯穿于物联网课程教学的全过程，仍是一个值得思考的问题。

（2）师资力量薄弱。不同院校之间硬件设备及师资力量是不同的，这会使得物联网工程专业的教学产生很大差异。比如，985、211院校的教学设备、师资力量都比较雄厚[4]，而普通二本院校在学习其成功教学案例时显然是力不从心的。而物联网工程专业作为一个新专业，在普通本科院校开设最大的问题就是师资力量匮乏，这个问题比较普遍。

（3）没有完善的学生创新创业能力培养体系。物联网工程专业是信息产业发展的产物，其对学生实践应用能力要求比较高，而由于教师大多都是理论比较扎实，但是实践应用能力不够强，加上学校硬件资源缺乏，使得学生的学习过程大多局限于软件仿真或者实验箱模拟，这样学生的工程实践能力仍然没有得到较大提高，更没有创新能力的提高[5]。由于没有完善的创新创业能力培养体系，学生对于各类创新创业项目及竞赛更是望尘莫及，没有信心尝试与挑战，这不符合应用型人才培养的目标[6]。

3 物联网工程专业教学改革方案

物联网工程专业的教学体系不够完善，本文针对上述问题设计教学改革的具体思路：首先，调研并分析相关企业项目研究方向、项目设计内容、项目目标及员工工作技能要求，得出相关岗位对人才职业能力的要求，结合学校自身条件及人才培养特色，完善人才培养方案。其次，根据岗位对人才职业能力要求，构建课程体系、制定课程标准、设置课程内容、设计教学情境，对课程体系进一步优化。然后，通过与企业合作，加强师资培训，不断壮大物联网工程专业教师队伍，提高教师工程实践能力。最后，优化课程建设管理机制。

3.1 明确物联网工程专业人才培养目标定位

（1）人才培养目标。顺应“互联网+”和大数据时代信息技术的发展趋势，分析社会对专业人才的需求，结合地方型本科院校人才培养特色及要求，确定适合本校本专业人才培养目标及定位，为后续专业建设及改革提供基础和思路。

（2）人才培养方式。根据人才培养目标的要求，研究传统人才培养方案及大纲，结合物联网工程专业工程应用型人才培养的需求，培养对象应掌握相关专业知识及结构、知识点之间的逻辑关系、课程的先后学习顺序，确定课程设置的逻辑关系及授课方式，同时确定相关课程的考核方式及教学体系评价办法。

（3）人才能力培养宗旨。根据人才培养目标的要求，研究物联网工程专业人才应具备的能力，及能力间的关系，确定应用型人才所需理论能力和实践应用能力，有针对性地安排实验课程和实践课程，以达到CDIO教学理念的教学目标。

3.2 物联网工程专业课程体系设置优化

（1）物联网工程专业课程体系建设及创新。调研地方型本科院校物联网工程专业建设的基本思路、常用教学方法、校企合作途径、课程设置及教学评价标准，结合CDIO教学改革理念，提出更为科学、实用、合理的物联网工程专业课程体系，进一步完善教学内容。

（2）物联网工程专业特色课程、一流课程建设。一流专业建设及一流课程建设是当前专业建设及教学改革研究的重点，可以通过特色课程的设置，促进专业发展；通过一流课程的建设带动其他课程的建设，重点将CDIO理念运用在教学改革、课程体系建设及一流课程建设中，使课程建设更具有研究价值和实用性。

3.3 体系结构优化后的课程教学与教师队伍建设

（1）系统优化后的理论课程教学改革。面向应用型人才培养，研究理论教学应达到的深度及高度；运用现代化信息手段进行教学方式改革；采用线上线下混合式教学方式展开理论课程的教学；在理论教学中积极融入课程思政内容；理论教学应为实践实验教学做良好的理论基础；理论教学效果的考核应采用更灵活、更多样的方式进行全面的考核，应更注重工程实践能力的考核。

（2）系统优化后的实验实践课程教学改革。对于物联网工程类工科专业，其培养学生的重点是工程应用能力、实践能力，因此实践课程是教学改革的重中之重。实践课程应重点研究新形势下学生的社会实践该如何展开，如何选择理论性强且实践应用丰富的主题；实验教学在软硬件设施不足时，可以用虚拟仿真系统来实施，以项目驱动学生思考、设计，可以达到更好的教学效果；实践实验教学的考试（考核）让学生以小组为单位，小组成员分工协作完成一个具体项目。

（3）体系优化后的教师队伍建设。随着课程体系的变革，教师作为教学的主体，也需要做一些调整以适应新的课程体系。因而，急需建立一支专业水平、学历结构、职称结构、年龄结构、师生比例较为合理的师资队伍，从而不断提高物联网工程专业师资整体水平，优化教学团队，以主讲教师带动课程相关教师改变教学方法，使得课程建设能够有创新性进步[6]。教师应以工程应用理念为驱动，通过运用视频案例教学，启发学生思考，让学生参与到教学活动中，增加对学习内容的理解深度，同时调动学生视、听、说能力协调发展，将教学内容以多维度、多视角方式呈现，提高学习效率。

3.4 体系优化后的课程建设管理机制研究

分析原有课程建设管理机制的优缺点，结合体系优化后的课程特点，分析课程优化中存在的问题、重点及难点。建立一套科学合理、切实可行的课程建设管理制度、考核制度、监控和奖惩机制，从而实现课程建设方案的可行化、可靠化和工程应用化管理，为后期课程改革及创新提供基础和方向。

4 结 语

物联网工程专业教学模式改革是物联网技术发展的必然要求，积极寻求与企业合作，共同制定物联网工程专业的人才培养方案和课程评价体系，共建实践基地，让企业与学校共同参与教学，是物联网专业建设的方向。另外，教师可以借助学校平台参加各级各类互联网相关创新创业竞赛和项目，主动引导，积极培养学生的创新创业能力，为社会培养出具有创新能力和工程应用能力的新一代信息技术人才。