工业互联网背景下物联网工程多元化人才培养体系研究与实践

胡顺仿，佘玉梅，缪 清，赵艳芳，蒋 作，张寒云，陈君华

(云南民族大学 数学与计算机科学学院，云南 昆明 650031)

近年来，世界各国政府机构高度重视第4次工业革命，为确保国家制造业的国际竞争力，纷纷颁布了以工业转型升级为重点的国家战略政策，专注于工业技术的发展，如美国“工业互联网”、德国“工业4.0”、 日本“互联工业”和中国“智能制造”等[1-5].同时，为迎接这样转变，需要劳动力技能、组织结构、领导机制和企业文化的重大改革.工业互联网战略的对教育尤其是高等教育产生了深远的影响，要求教育需与技术的发展相适应.为适应技术发展需求，毕业生必须具备良好的创新和创业能力、沟通和协作能力.要求学校培养的学生有持续自学能力，才能在技术快速迭代更新的时代中保持与时俱进.也对教师的教学设计和信息通信技术知识运用提出了新的要求，以提高教学效果和教学效率[6-7].

大数据、云计算、数据分析、人工智能、机器学习、物联网、自适应机器人、虚拟化和智能制造等是工业互联网的主要技术组成部分，在各学科工程教育计划中全面纳入.而且工程教育需要学术学科与复杂的社会技术系统的发展相结合.与工业互联网相关专业工程教育中需要专业知识和技术专家及工业专家密切合作，为将来学生能参与工业互联网跨学科合作做好准备，在教学过程中设计和实施跨学科教学，促进学生参与跨学科学习[8-10].为了应对工业互联网的需求挑战，世界各地的高等教育中对教学进行研究改革，融合了现代学习和教学方法的技术，如在线学习、大规模在线开放课程(MOOC)和远程教育、混合学习、翻转课堂模式[11-14]，开发了各类在线教学辅助平台，以促进教师之间的交流和互动，并利用移动学习和游戏化来提高学习者的软技能[15].

由此可见，教育教学中教师重视工业互联网对教育的革新和影响，并重新设计了高等教育内容与教学方法，以提高教学效果.但是，还没有形成一套工业互联网相关学科转型的成熟的人才培养机制.作为新一代信息技术，物联网技术被列为国家重点培育的6大战略性新兴产业之一，因此成立和发展物联网工程专业具有国家战略意义.为应对工业互联网人才需求，物联网工程在学科发展过程中需要，更新现有的课程体系和知识结构，重新设计课程计划和个人培训计划，提高人才能力，以适应制造业创新发展带来的挑战.

1 物联网工程专业人才培养现状

物联网工程专业人才培养目标需要紧跟工业互联网发展的步伐，培养能应对工业互联网发展需求的物联网专业人才.但物联网工程专业的人才培养还存在亟待解决的问题.团队结合我校实际情况，根据多年的教学经历和调查研究，分析了物联网工程专业的人才培养中存在问题.

1.1 知识结构交叉庞杂，学生学业不精

物联网工程内容涉及多门信息学科交叉，知识结构庞杂.培养方案中涵盖了计算机科学与技术、电子信息、通信技术、传感器技术、自动控制等学科领域内容，而且要求硬件与软件知识兼备，理论知识与应用实践能力齐备，交叉性对课程设置及学生在该专业的学习带来很大的困扰.因此，物联网工程学生对学科知识的理解不透，学习过程中热情不足，学业不精，面对工业互联网环境下的就业环境无所适从.

1.2 教师队伍亟待升级

作为新成立的工程专业，教师大多来自计算机、电子和通信等方向，还没有形成专门的教师人才队伍，教师中大多数没有受到物联网工程专业相关的系统化学习训练，缺乏在专业进行教学科研的经历，尚不能很好把控物联网工程专业的知识体系.而且教师们沿袭传统教学和思维方式，教学过程中围绕教师展开教学,以完成教学任务为目标.这造成教学与社会发展要求相脱节,毕业生质量与工业互联网的人才需求有一定差距，学生就业质量待提高.

1.3 课堂教学与实践相脱离

物联网工程培养方案中理论知识教学是物联网工程专业重要的一部分，但是作为工程类专业，实践能力培养也是物联网工程专业很重要组成部分，而且实践教学需与具体的行业应用集合.但是没有与实际应用相结合的教学示范项目，缺乏具有物联网工程技术背景的实践指导教师，使得实践教学环节薄弱，重课堂理论教学，课堂教学与实践相脱离.

2 物联网工程专业人才培养模式与教学方法研究与实践

在以工业互联网发展为国家战略背景下，信息技术与行业应用结合催生各行业技术迭代更新，发展物联网技术是国家重大战略.目前，物联网工程人才培养的模式很难满足行业发展需求，专业人才培养模式与教学方法改革势在必行.团队依托云南民族大学教育教学改革研究项目，面向工业互联网发展方向，创新物联网工程人才的培养模式和解决教学问题.在物联网工程专业人才培养模式与教学方法研究过程中，紧跟工业互联网革命和新产业变革对物联网工程人才的新需求，构建工业互联网环境下物联网工程人才培养的“新理念”“新体系”和“新方法”，培养面向未来发展需求的新类型人才.

2.1 人才培养理念更新

在工业互联网背景下，人才培养需要服务国家发展战略，毕业生需适应新时代发展要求，教学过程中强化课程思政,以学生为中心，建立培养创新人才的教学理念.

1) 强化课程思政、创新教育理念和教育实践 充分利用课堂教学，持续改进和加强思想政治理论课，在教学中启发和引导学生正确认识具有中国特色社会主义和国际比较，让学生全面客观认识当代中国，正确看待外部世界.课程教学中紧紧围绕新时代党中央对人才培养的新要求和新使命，让学生紧跟信息技术新时代发展要求，有担当、有家国情怀.教育教学中以着力培养基础扎实、专业能力强、德智体美劳全面发展的高素质创新人才为目标.

2) 从以教为中心转为以学为中心 在课程教学过程中，教师根据学生学习实际情况及课题的特点，科学设计教学过程，主动将课堂还以学生，让学生主体角色得到了充分的体现，激发学生内在的学习动力，提升学生持续学习和终身学习的能力.教学过程中教师与学生融洽互动，活跃课堂气氛.教学中的重点与难点师生共同讨论，通过反转课程和小组项目驱动等方式，让学生自己讲解，有意识让学生成为课堂主体.在“以教为中心”向“以学为中心”转变过程中，充分利用学校建设的智慧教学环境，实现教学空间与教育理念、模式和教学方法的双向促进.通过学生能积极参与各项活动，拓展分析和解决问题思路，激发学生的创造性和批判性思维，助力学生个人素养的培养，始终围绕着“授之以渔”的主线，以培养“全面发展的人”为核心进行教学实践.

3) 树立“服务国家战略、面向新技术发展”的新理念 物联网工程人才培养需与国家工业互联网发展战略相适应，教学中以新的信息技术应用和学生实践创新能力培养为导向，建立面向新技术发展的物联网工程人才培养的教学体系.新时代背景下，确立新信息技术在物联网工程人才培养中的关键地位和作用，设计了物联网工程与产业应用深度融合的开放、包容的课程内容，强化新技术手段与经典过程强化技术融合的新方法论.

2.2 教学新体系和教学方法创新

1) 多学科交叉融合教学新体系 面对物联网工程与家居、农业、交通、工业和物流等行业融合形成的新产业生态和新产业模式，发挥新技术的平台性作用，创设多学科交叉专业方向，构建建立多学科交叉融合教学新体系.在工业互联网背景下，团队发挥信息新技术的引领作用，完善多学科交叉，融通知识体系，强化课程思政,中以学生为中心，建立培养创新人才的教学理念建立教育教学的新方法.

2) 建设跨学科交叉融合的课程体系 为提高学生分析和解决问题的能力，建设了部分综合能力培养课程、问题导向课程和交叉学科研讨课程，整合选修课程，强化培养专业能力的骨干必修课程.坚持物联网工程学科的主干和核心地位，深化物联网+与多学科交叉和新科技的融合.课程体系中强调物联网工程在智能家居、智慧农业、智能交通、智能制造和智慧物流等工程应用；强化物联网工程与电子信息、通信技术、传感器技术、自动控制等学科的交叉融合,发挥工业互联网战略背景下，新信息技术的平台化与工具化作用，完善跨学科交叉融合的课程体系.

3) 编著出版面向工业互联网系列教材 物联网工程专业成立以来，虽然各大出版都推出了不同侧重点教学用书，但是选择适合自身教学实际的教材非常困难，根据学校创立的办学实际条件情况，依据物联网不同的应用场景和核心关键技术，团队成员编著了物联网工程相关系列教材或参考材料近10本，如《嵌入式物联网应用技术实践教程-基于6LoWPAN》《RFID标签识别工程实践》《云计算基础与实践教程》《物联网的技术开发与应用研究》、《物联网信息安全技术与实践教程》《物联网信息安全技术与实践教程》《人工智能原理及应用》和《大学计算机-数据思维与编程素养》等教材，教材融入多学科融合的知识和方法，并对新的信息技术发展趋势教学探索.

4) 融合教育新技术、创新教学方法 面对工业互联网人才需求和学生职业发展规划，在教学过程中因材施教，设立本科生专业学习导师制.积极运用教育教学新技术，教学过程中采用小组任务驱动、翻转课堂、微课、慕课以及SPOOC等多种创新性授课方式，提升学生学习灵活性和主动性.充分利用学校建设的智慧教学环境，实现实景化教学，到达教学空间与教育理念、模式和教学方法的双向促进.教学中积极培养学生创新品质和多向能动，在真实的实验实践环境里，激发学生综合应用专业知识和高效技术工具的创新意识和能力.

5) 打造实训平台和实践基地 近年来，学校加强实验室建设，不断改善实践教学条件.目前建有云南高校物联网应用技术重点实验室、计算机网络、嵌入式系统、计算机组成原理、微机原理与接口技术、数字逻辑、电子电路、数学实验、多媒体技术、软件工程、数据库应用技术、计算机维修与维护、计算机基础、物联网工程、信息安全等实验室和计算机软硬件开放实验室.学院的“计算机实验教学中心”为校级实验教学示范中心，“数据处理与智能计算实验教学示范中心”分别为校级实验教学示范中心和云南省实践能力提升工程建设项目.

目前与华为、浪潮、华清远见和昆明易用软件等公司合作，建立了实践教育中心以及实习基地，对贯通式物联网工程创新型专业人才培养起到了重要作用.

6) 创办学科竞赛、以赛促学，强化学生跨学科知识应用能力 教学中鼓励学生参加中国大学生计算机设计大赛、全国大学生数学建模、计算机作品赛、蓝桥杯计算机软件设计赛、互联网+创新创业等竞赛，全面提升并检验学生的大工程意识和解决复杂工程问题的能力.通过大赛鼓励学生用物联网工程技术解决相关问题，强调以新思想新方法解决问题；让学生能面对物联网工程应用需求，创新数字化技术，强调面向需求创新思想创新工具.

3 结语

为响应工业互联网的国家发展战略，立足物联网工程基础，面向工业发展新趋势，我校物联网工程人才培养过程中，以培养新技术革命背景下的创新人才为目标，建立并全面贯彻强化课程思政,以学生为中心，建立培养创新人才的教学理念.坚持物联网工程学科的主干和核心地位，深化与电子信息、通信技术、传感器技术、自动控制等多学科的交叉融合，创新了培养方案和课程体系，构建物联网技术与信息新技术成果和新产业模式深度融合的教育体系.培养过程中将创新教学方法论融合到物联网工程知识传授中，提升学生综合应用专业知识、数学模型和计算机语言来表达专业技术和工程方案的能力.

近年来，随着物联网工程人才培养体系的创新与实践，取得了一些成果，但在新的时代背景下，物联网工程专业人才的培养模式创新是一个持续的过程，并且继续扩大项目成果并更广泛地推广应用.