人工智能背景下的物联网工程专业人才培养模式探析

刘晓华，邓峰，谭云松

(武汉工程大学计算机科学与工程学院，湖北武汉 430205)

1 引言

为在新一轮国际竞争中构筑优先发展态势,我国提出了共建“一带一路”的重大倡议，在此倡议下，一系列重大战略如“创新驱动发展”“中国制造2025”“互联网+”“新一代人工智能”等得到有效实施[1-2].由此，以新技术、新理念、新产业、新趋势为主流的创新经济及技术发展对工程应用及专业创新人才的培养提出了更高、更新的要求。物联网技术作为创新驱动发展和人工智能实现过程中的关键途径[3-4]，在现代工业、农业、电力、医疗、交通、船舶等多个领域得到广泛应用[5-9]，比以往任何时候都更需要复合型应用人才，为实施创新驱动发展战略和“万物智联”智能化生态体系提供有力技术支撑和人才保障。物联网技术的深入应用，有力地推动了人工智能、大数据和云计算的深度融合及高速发展，并构成了一个完整的智能闭环控制与优化系统。为进一步适应“一带一路”倡议背景下新产业发展的需求，将息息相关的物联网、云计算、大数据和人工智能融合到专业建设及人才培养过程中，培养专业实践动手能力强、有创新意识，能够解决复杂条件下工程应用问题、具备国际核心技术竞争力的高素质、创新型、复合型“新兴工科”人才，是当前物联网工程专业最为迫切的任务。

针对上述专业人才培养面临的紧迫问题，本文以“万物智联”目标和前景为驱动力，推进物联网工程专业人才培养体系建设，实施并构筑了一个以“知识链、能力链、素质链三链一体”为特色的物联网工程专业课程体系。

2 原有培养方案中需改进的地方

2.1 课程体系结构需跟进新技术发展，增加专业前沿课程

原有的物联网专业培养方案中专业课程设置相对独立，有些课程学了在后期项目和专业实践中用不上，缺乏工程实践；有些课程在学习过程中发现知识点有重合，未能形成难度梯度；还有一些课程教学重学术、轻实践，对实践内容要达成的目标不明确，学生不经历动手实践，很难直接通过课堂讲授或书本自学达到理解和掌握的目的，导致学生对部分专业课程学习积极性不高。

随着新的技术和知识需求不断更新，原有培养方案需跟进新技术发展对人才培养的需求，需要增加专业前沿课程设置。

2.2 明确学科和专业定位，加强交叉融合

人才培养的关键和基础，是学科和专业的明确定位。学科和专业的正确定位不仅决定人才培养的目标及模式，最终还将影响人才培养质量。

目前的物联网工程专业在大类上隶属于计算机科学与技术学科，因此还在计算机大类基础上进行物联网工程相关课程的建设及学生培养。这也导致物联网工程专业定位不清，培养目标、课程体系缺乏针对性。硬件不如信息工程、软件不如软件工程、传输不及通信工程，综合运算能力不如计算机。在社会需求的发展初期，毕业生基本在传统IT领域就业，考研与就业方向主要聚焦于计算机科学与技术、电子与通信工程、电子科学与技术等。随着物联网技术的深入发展，智能设备的广泛普及，通过物联网、传感器，产生、集合海量的数据，存储于数据云端、边缘端，再通过大数据技术进行分析处理，以及更高形式的人工智能学习与优化，实现万物数字化、万物智能化、万物网络化，物联网迈入了人工智能、大数据时代。

因此，我们提出改进现有的物联网专业培养模式，增加其与国家号召高校加快培养人工智能领域高精尖人才的战略匹配度，缩小战略差距，提升专业竞争力。

2.3 人才培养目标多样化，人才培养模式开拓化

专业培养过程的共性化，是原物联网工程专业的人才培养目标中存在的问题，这直接造成了严重的培养目标普遍同质化现象。由此导致在国际化视野上，物联网工程专业人才培养目标与发达国家相比仍有很大差距，呈现出复合型人才培养的导向性不明确，跨学科创新平台缺乏、协同育人深度不够等特点。若仅仅是对原有计算机科学与技术专业人才培养方案修订或再扩充，这与所追求的以需求领先推动科技发展、加强科学研究、彰显优势、突出专业特色的匹配度较低。

除了培养物联网技术领域的高级工程技术人才，还可培养毕业生成为人工智能领域前沿领导者的目标。工业4.0和智能制造行业也急需物联网方向的精英和专门人才，因此培养目标可定位为向多个行业输送高端专门人才，满足国家多方面发展的战略需求。

3 课程教学新思维构建

本研究针对物联网工程专业人才培养的问题，先行先试，构建“三链一体”解决方案和路径优化策略。以物联网工程专业学生为核心及实施对象，在教育管理部门、学校及企业三方面的多重管理与教育引导和专业导向等支持下，构建并实施“三链一体”的创新教育理念和人才培养模式，旨在“强基础、广口径、重实践、求创新”的人才培养方针，坚持"立足学校、着眼未来，重点智能，人才攻关"的基本原则，推动“万物互联”向“万物智联”发展，为实现科技强国的战略目标贡献自己的力量。

图1 “三链一体”培养模式

在本研究中对本科生培养方法探析如下：

(1)以知识链为基础，构建良好的导学关系

紧密关注国家和行业重大需求和关键技术发展前沿，主动邀请人工智能、物联网工程、大数据及云计算等前沿领域的科技开发人员、校外企业导师，与学校导师一起，从宏观上着手，细节上精心讨论，群策群力制订物联网工程专业的培养方案、培养目标和培养方向。在课程设置方面，优化传统的课程设置，注重理论与实践、人文与科技、校内外多方面指导相结合、理论教学与实践操作一体化设计，多学科交叉与深度融合，构建多角度、多层次、模块化课程体系。采用创新的指导方法，线上线下结合，理论与案例结合，实施混合式教学。

学业导师和学生之间的关系，因不同于单一的师生关系，可称为“导学关系”，导师传授从课本知识上升到涵盖基础知识，专业知识、前沿知识，理论知识和交叉学科知识的“知识链”体系。在四年的陪伴与指导中，学生人数以小组方式为主，采用引导式、启发式、互动式，老师与同学互动，小组内、小组之间相互交流、探讨，针对具体问题的解决方法深入探讨，发挥每个人的聪明才智。以知识链为主线，通过构建师生之间良好的导学关系，形成“导师激发、指导、支持，师生讨论、探索、创造”的良性循环特征。在构建的导学关系中，提升学生竞赛成绩、促进学生参加各类校外科技活动的积极性、鼓励学生主动参与学业导师的科研项目。

图2 以知识链为基础的导学关系

(2)以能力链为核心，构建创新实践体系

人才培养不仅强调知识的学习、运用和创新能力，注重学科专业知识研究与分析的能力，也强调自我表达、解决问题、职业规划等方面的实践能力以及沟通能力、团队合作、国际交流能力等多方面综合发展的“能力链”。人才培养的能力提升策略，主要表现在系统课程的规划与形成、课程目标的达成、充实的专业训练与实践和多学科包括的学习环境等方面。积极与企业联合建设多学科交叉的物联网工程开放创新平台、应用场景平台、联合实验室、实训基地，邀请企业参与制定培养方案，参与组织开展物联网工程领域人才创新创业和技能竞赛，校企协同育人，构建自主创新和人才培养共同体。

图3 能力提升路径

(3)以素质链为总领，建立双重加权人才综合素质提升平台

人才综合素质的提升，是促进本科生教育内涵式发展的必备要求，也是为社会培养创新型、综合型人才的关键环节和有力保障。人才培养不仅应具有知识素养和专业素养，还应具有科学文化素质、心理素质、思想道德素质、创新素质、身体素质和人文素质非专业素质。

本文中通过建立双重加权的人才综合素质提升与评价数学模型，综合考虑各因素对人才综合素质的影响程度，确定权重、构建数学模型，在度量人才综合素质水平的基础上，分析度量值大小产生的因素，针对该因素引起的原因进行深层次分析并提出解决方案。

图4 双重加权人才综合素质评价模型

4 模式创新与实践

在创新型、复合型的物联网工程专业人才培养模式中，创新点主要表现在如下几个方面：

(1)培养模式创新：构建“三链一体”人才培养模式，创建以“知识链-能力链-素质链”为核心引导的复合型、创新型人才培养方式，解决物联网工程专业人才培养的关键问题。

(2)实践体系创新：建立并优化“项目—成果展示—多维度发展”能力提升路径，构建行业主导型、需求引导型的联合培养基地。通过理论提升指导和自己动手实践，解决复杂工程问题的能力显著提高，职业素养全面提升，社会责任感明显增强。

(3)全程保障体系创新：建立双重加权人才综合素质评价模型与保障体系，立足培养定位；依据培养目标，识别关键环节，强化过程，细化中间环节，溯源跟踪回馈；建立以提升职业发展能力为导向的全过程质量保障体系。

在具体实施效果方面，主要在以下几个方面得到了有效提升：

(1)显著提升了人才培养质量，明显增强了就业竞争力

在实施中物联网专业就业竞争实力得到大幅提高，毕业生在就业市场中十分抢手，表现出极强的竞争能力。根据2021年毕业生的就业情况显示：在“三链一体”模式培养下的毕业生签约国内高端企业数量、升学数量、高薪人数等方面，都明显优于非该模式培养的学生，“三链一体”模式培养的毕业生质量有明显的提升。

(2)学生创新实践能力提高显著，创新实践取得斐然成绩

2021年，物联网工程专业学生获奖层次得到提升，在“第二十三届中国机器人及人工智能大赛全国总决赛人工智能创新赛”“全国高校计算机能力挑战赛”，计算机技术与软件专业技术资格考试、软件著作权等多方面都有了较大突破，蓝桥杯竞赛人数获奖创新高。教师指导学生不再“为了比赛而比赛”，而是为了连接创新成果和产业市场，培育创新创业元素和资源。

(3)激励教师追求卓越，推动专业建设和学科建设的全面提升

以“激发教师潜能、追求卓越教学、提升科研水平、提高师德素养”为教师发展的目标。通过“三链一体”学生培养、队伍建设、科学研究等促进物联网专业建设和大学科建设，全面提升学科建设水平。2021 年专业老师参与教学研究项目人数达到100%，参加指导学生课外活动的老师达到90%，老师参加科研项目开发人数超过50%。

(4)校企协同育人，推动传统产业转型升级

校企合作协同育人的模式丰富了校-企-创融合的教学资源，不仅将成果应用到实践中，而且还在实践中检验了成果的科学性。“三链一体”进一步加强了学校与企业的了解与融合，学校为学生传道授业解惑，企业为学生提供实习实践基地，提供物联网开发套件，校企协同育人，提升了共同攻关创新能力，推动了传统产业转型升级。

5 结束语

本文以“万物智联”目标和前景为驱动力，通过物联网工程专业课程体系的改革，形成并实施了一个以“知识链、能力链、素质链三链一体”为特色的课程体系，为人工智能背景下的物联网专业学生培养和评价提供了新的模式和思路。