“新农业”视野下物联网工程专业特色建设探究

刁丽娜，孙向群，赵 敏

（山东农业工程学院 信息科学与工程学院，山东 济南 250100）

2010 年7 月，物联网工程专业在国家首次以战略性新兴产业为背景正式获批开设，得到了工业界、学术界以及社会方面的高度关注。 物联网在社会上所发挥的作用是至关重要的，也因此物联网工程专业的建设与改革也受到高校的密切关注。 我国作为一个发展中的农业大国，物联网这一综合性技术在农业生产领域的应用前景就目前来看可谓是极具发展潜力，现如今物联网技术在现代农业中的广泛应用，不仅能够有效提升农作物的实际产量和品质， 另一方面还可以扩大信息技术在农业生产活动中的使用范围， 更可以促进我国农业经济的进一步发展。因此，物联网技术在新农业的发展过程中的广泛应用也离不开这一专业领域相对具有影响力人才的引导性发展，这就要求物联网工程专业学生以及优秀毕业生必须具备较高的专业水准和超强的综合实践能力来增强毕业后的就业竞争力。所以，为进一步有效促进新农业的发展， 开展物联网工程这一综合性专业的各大农林高校必须以积极培养素质极高、水准极高专业人才为目标， 最终让这一专业的人才成为“新农业”领域下更深层次发展的核心力量。

1 背景

就现在而言我国的物联网行业还处于初步发展阶段， 物联网发展的人才需求量相对较高。而现阶段在农业领域，对于物联网来说，还有着广阔的发展空间，同时对于物联网工程这一综合性学科来说，在农业中的应用离不开专业对口领域顶尖人才的培养，因为物联网工程这一专业涵盖着多个学科的相关技术，属于一个交叉型学科因此具有一定的综合性以及复杂性，与其他的工科专业有着较为明显的区别[1]。 这就要求各大农林类高校的相关人员必须具备较高的专业教学能力和综合实践操作以及纠错能力。 因此，若想进一步纵向发展“新农业”及其相关产业，首要问题是培养一批物联网工程专业人才， 使其成为“新农业”发展的核心力量。

物联网工程专业作为近年来新兴的专业，因此，各大农业类高校在如何培养学生与课程大纲的拟定及其专业培养的发展方向的具体实施上，目前我国并没有可以借鉴的先例。 此外，目前我国的各大高校针对于物联网工程这门课程配备的实际教学资源及其师资力量相对而言并不均衡；此外，各大农林类高校针对该专业的教学课程目标以及人才发展方向的设置也不一样，所以在课程构架方面不那么协调，上述这一系列问题都严重影响了物联网工程这一专业人才培养的效果，这就使得国内在对该专业在进行人才培养及确定发展方向时缺乏规范性，这就导致物联网工程这一专业培养出的人才其特色不够突出明了，缺乏与其他相关专业人才，例如电气及其自动化专业人才的明显区别。 不仅如此，我国目前的各大高校对于物联网工程这一专业的实践教学方面也不够重视， 教学模式相对而言略显单一。总体而言物联网工程这一专业是为了培养一批面向未来科技化、未来信息化的特殊人才而成立的专业。 因此，物联网工程这一专业培养的人才不仅需要熟练应用包括网络技术、电子通信技术等在内的多种信息科学技术，更需要与特色明显的专业性实践相结合。这些专业极强知识技能的学习，则需要这一专业学生不断通过相关实践操作来完成。 但是，就目前来看国内大部分具有物联网工程这一专业的农业类高校的实际能够进行实践教学学时所占比例仅有百分之三十到百分之四十左右。 与此同时，目前部分高校在现如今在实际的教学过程当中，可能还会由于某些突发情况进而缩减一部分原本的实践教学学时以及运用一些相关软件来进行实验从而忽略真实的实践操作，这就导致现如今实际能够进行课程实践教学时长仅占总的教学时长的百分之二十左右这样的尴尬局面。 对于这种过于重视理论教育而忽视实践课程教学的专业人才培养手段，不仅会严重影响新时代大学生在学校学习过程中自主学习主导地位及其自主探索精神， 而且这样不重视学生学习过程中自主动手操作能力以及独立思考能力培养的教学方法使得培养出的新时代大学生出现只能够“纸上谈兵”而不能进行实际操作的情况， 这将与物联网工程这一专业前期发展时定下的培养应用型人才的目标相矛盾。

物联网工程专业这门学科相对来说课程难度较高、专业性要求极强，因此对于物联网工程这一专业的人才培养而言，这一专业的人才不仅要学习射频识别技术、无线传感器技术以及电路等相关专业知识，更要求这一专业的人才精通计算机专业的相关知识和一定的计算机相关实践综合能力。在物联网工程专业与“新农业”的结合下，通过培养专业水平较高的复合型人才，可以进一步建设具有鲜明“新农科”特色的物联网工程专业，以助推我国现代农业的发展。

2 物联网工程专业建设改革

现如今我国大多数高校对于物联网工程专业培养缺乏规范性，多数依托于计算机与通信专业下进行建设，再与电子信息类相结合，但由于对应用及方向性把握不到位，经验不足，其专业建设特色及成果较为不足。 本文基于此背景，并结合当前现代农业发展现状，探讨基于“新农科”背景下， 培养高素质应用型物联网工程专业人才，专业改革主要以下有五大方面。

2.1 重视专业特色建设，明确专业应用方向

首先需要高校找准自身物联网工程专业教学定位，针对于与农业相关的物联网专业课程建设，物联网专业教师更应从实际出发，在相关农业部门了解并明确当前物联网专业在农业方面的实际需要制定相应的教学目标及教学计划，增设现代农业相关课程， 培养学生知农爱农的情怀。当前多数高校所培养的物联网专业人才对于大多数农业生产劳动仅仅停留在课本上，但未能付诸于实践中，就导致部分实践理想化未能与实际情况具体联系，在物联网工程专业建设上我们应切实明确该专业“应用”的具体定义、明确该专业学生具体应具备哪些应用能力。

2.2 重视师资能力培养，提高专业课程质量

教师是教育发展的第一资源， 是立教之本。师资队伍建设是提高高校教育质量的关键，伟大时代的高校教育，必然呼唤一流教师培养造就一流的新时代学生。 对于高校教师的能力，物联网专业教师应该达到三个基本境界，第一个是“手中有书”， 这种境界教师自己能准确地理解教材中的知识，“这是基本合格的教师水平”； 第二个是“胸中有法”，教师应能有效地促进学生习得教材中的知识和技能，培育学科核心素养。 根据大多数的研究来看，“这是骨干教师水平”； 第三个老师是“目中有人”，他们能高效地教书育人。“目中有人”是指作为一名高校教师不仅仅需要注重学生的科研水平与能力更需要在课程之余注重学生道德品质的发展。对于教师的科研水平应有着定时的监督与测试，好的教师是课程发展的关键。对于物联网这一专业人才的培养更需要有着专业的理论能力与实践能力，因此加强师资力量的培养是促进专业课程发展的关键。

2.3 完善人才培养方案，增强专业人才质量

物联网工程这一专业覆盖的范围非常之广泛，包括嵌入式智能技术、分布式计算技术、实时数据交换等多方面的课程实践内容，但实际教学课时着实有限，并不能全部涉及，所以目前应对其进行仔细筛选，明确教学重点，从而让培养的人才更具有针对性[2]，因此面向于新农业方面的物联网专业人才的培养过程中，需要优化教学课程，进行“新农业”应用型人才培养方案建设。

在通识课程这一方面，包括深入学习物联网的高等数学课程以及离散数学知识、了解物联网工程这一专业前沿发展的专业英语课程及提高学生思想道德修养水平的思政类课程，另一方面在面对与农业相关的课程我们更应该选择合适物联网专业并且与农业相关的课程，如《农学概论》《智慧农业》等，让学生充分了解物联网专业在农业方面的需求与现状，以明确今后努力的方向。

对于物联网工程专业基础课程方面，包括数据结构课程、操作系统课程、计算机网络通信基础、数据库原理及应用等应用物联网专业必须掌握的有关计算机的基础理论；对于物联网工程这一专业核心课程，包括电子技术在内以及传感器技术原理、单片机原理等硬件课程和C 语言基础课程程序设计、Java 语言程序设计、Python 语言程序设计基础等其他软件语言编程课程之外，还设置了农业信息化及物联网与现代农业等体现农工融合的专业特色课程。

对于实习实训课程方面，主要包括在校内的课程实训和企业实习两大部分，其中校内实训课程又分为操作类课程和实验类实践设计类课程两大类，从实训项目的安排上，既有实际操作的项目，又有基于农业上生产场景虚拟仿真实训。

综上来说，各大农林类高校制定的人才培养方案不仅仅应该包含农业类人才培养目标的方向、更应开展相关的农林类专业相关专业知识模块以及实际的农业应用能力的竞赛实践，在制定完初步方案后，各大农林类高校应与物联网工程以及农业相关发展企业根据实际教学情况，对所制定的人才培养方案进行灵活调整，从而保障所制定的人才培养方案切实有效可行。

2.4 构建数字课程库，提高高校教师专业水平

就目前来看我国各大高校对于物联网工程专业的学生培养主要依托于市面上存在的教材但是由于物联网工程专业与信息技术的高度融合使得物联网工程这一专业发展更新速度非常之快，教材的更新速度跟不上社会的进步使得高校学生学习不到最先进的技术，甚至于仅仅是此专业的基础。纸质教材是高校教师开展教学活动更是学生参与课程学习的基本工具，但是目前在培养应用型人才的基础下物联网工程专业的教材不够切合于实际，这就要求物联网工程专业的高校教师在选择教材和进行教材的编写时应该与目前在实际岗位工作的企业人员共同编写， 同时推动企业一线工作人员结合自身实际经验编写教学案例。 另一方面我们可以鼓励教师构建数字课程库， 以此来鼓励高校教师积极参加提高教学水平，这样不仅高校教师的水平得到了提高，更可以使得学生知识水平在老师的带领下得到进一步的提升。此外，教师还可以整合网络上优质教学资源课程， 根据线上课程构建自己所教授学科的数字课程库， 方便课下所教授学生查看复习巩固相关课程知识，比如MOOC 慕课、智慧树教学实践平台等网络课程资源有学有练， 这样一来既可以检验学生学习到的知识又能够对学到的知识薄弱的点进行查缺补漏，极大提高了课程的质量。这样一来不仅可以推动各大高校教师利用空余时间提高相关专业能力， 更可以培养学生独立自主探索精神与学习的积极性。 使得课程得到进一步稳步的发展让学习和学习者之间形成一个良性的循环。

2.5 改革课程教学方法，注重实践教学培养

目前高校在培养实践型人才目标的基础上，可以引入以应用型人才为培养目标的任务驱动方式，所谓应用型人才，重在“应用”二字，这就需要各大农林类高校开展与农学知识以及物联网专业相结合的知识并应用于相关的实际教学当中。 在此方法下，教师可以相关课程的教学为项目的主题，同时注重以培养实际的动手能力为重点任务，除此之外可以小组合作的方式为最终项目执行的方案，如此就能够有效提高高校学生应用物联网工程专业知识和专业技能的实践能力。

同时在物联网工程这一专业与新农业相结合的实践过程中可以形成以在课上由教师指导实验来作为此门课程的基础、以本学期末的专业课的课程设计为中心环节、另一方面各大高校联合一同创建相关的学科知识竞赛和创新活动作为重要实践方向、以毕业生的各大专业课的课程实习实训为最终核心的实践教育教学体系。由于物联网实践教学内容相对较多且复杂，所以在进行此专业的实验教学时不应只包含简简单单只需要学生照着教材来做实验更需要有能够调动学生积极性且能够引发学生思考创新性质的综合类实验，既要有验证基础理论的理论性研究实验还要有与此专业相关的实际项目的实验[3]。 此外在进行校内课程实验的主要目的是让学习这一专业的学生进一步理解课堂上相关的理论课程知识并且能够具有相应的实际应用能力，此课程的实验主要分为软件页面生成和数据算法设计实验、微电子电路系统的实践设计以及嵌入式操作系统的设计与实现。其中应用程序前端页面的设计和底层数据及其算法其目的是实现物联网终端显示层的功能，上述做法是决定物联网是否能够接入互联网的重要技术，这其中不仅仅有着多种多样的计算机网络和感知层进行的信息处理、交互式的算法，使得程序得到进一步优化以及软件系统架构等。在此专业利用嵌入式的操作系统来实现具体操作不仅仅是满足设备的功能， 主要原因是嵌入式的操作系统具有可靠性高、成本体积小、功耗低等优点，另一方面嵌入式操作系统还可以根据不同的应用程序进行移植和剪裁，同时也为进一步实现对象的智能化打下重要基础。 实践体系如图1 所示。

图1 物联网实践体系

正如我们一直强调的，物联网不是某项具体的技术，而是很多推动万物相联趋势的具体技术的集合。 例如，传感网一般被认为是物联网技术的典型代表，其自组织网络组网技术与计算机网络相关， 其低功耗数据传输与无线通信相关，其定位功能与无线定位技术相关，对于有些结合反馈控制功能的传感网，其控制策略与机器人技术相关。因此，传感网本身就是学科交叉的产物，结合不同专业的技术形成“感、联、知、控”的完整体系。因此，对于学习物联网专业的学生而言，抛开专业合理性不谈，需要破除专业藩篱，根据自己的兴趣和项目的需要，选择学习的课程。 物联网既是人们预见到的、规划出来的路，也是人们走出来的路，规划只能给出大概的方向，而路径是靠“走的人多了”形成的。

综上所述， 在物联网这一专业教学过程中，我们不仅需要教给这一专业的人才能够掌握物联网的基本原理和方法，更需要开展大量的实际操作环节，从而能够进一步培养物联网专业学生的理论与现实实际相结合的能力不仅仅是熟知理论知识更能够进行实际的操作，同时也为学生的自主学习能力的提高、创新能力的增强和科学研究能力的发展打下了坚实的基础。目前国内农林类高校对于物联网工程这一特色专业的基本的学科定位以及针对于这一专业的课程体系建设并没有完整的标准和具体的规范，这就要求我们根据物联网这一新兴技术的发展状况以及现阶段社会环境的变化，对我们目前使用的教学方法和教学手段进一步调整，这样一来就能够形成一个相对来说比较完善、 就目前来看更加科学，并且易于操作的针对于此专业的一套完整的人才培养方案，就目前发展而言物联网这一行业将是未来的重点行业，物联网工程这一学科是不仅包含计算机技术、接入互联网技术、人工智能技术及网络通信等多门专业理论知识的综合性学科，所以，为培养出针对新时代应用综合型的，具有“三农”情怀，能够将信息技术、现代工程技术、现代农业管理知识与农学有机融合，能胜任现代农业及相关领域的教学科研、技术服务等工作的“新农业”科技人才，对于各大农林类高校布局建设一批具有适应性、引领性的新农科专业，加快培养急需紧缺农林人才， 促进现代农业的发展，提升服务国家重大战略需求和区域经济社会发展能力有着至关重要的作用。