“三教”改革背景下的物联网应用技术专业建设与成效分析

何 涛，王 玥，毕 卉

（1.常州工业职业技术学院，江苏 常州 213000；2.常州大学，江苏 常州 213000）

一、“三教”改革对物联网应用技术专业的意义

2019年1月，国务院印发了《国家职业教育改革实施方案》（简称“职教20条”），确定了职业院校旨在培养专业知识全面、职业能力素养高和技能操作动手强的技术技能复合型人才，以缓解国家经济转型急需的高端技术技能型人才问题［1］。2020 年9月，《职业教育提质培优行动计划（2020—2023年）》提出实施职业教育教师“双师”素质提升、教材建设、教法（或教学模式）创新的“三教”改革攻坚行动［2］。“职教20条”对建设师资队伍、健全双元育人机制做出了专门部署，为深化“三教”改革指明了发展方向。王成荣、龙洋在《深化“三教”改革提高职业院校人才培养质量》中提出职业教育“三教”改革刻不容缓，要创新教师、教材、教法，提升办学与人才培养的质量［3］；王奕俊等认为，近年来职业教育发展虽然迅速，但是整体质量不高，职业技术产能难以满足产业界要求［4］；罗云芳等认为，目前职业教育已走向“提质培优”的阶段，然而，还存在着一些现实困境，需要探索解决才能积极落实改革政策［5］。

自教育部大力推进“新工科”建设以来，物联网已成为面向当前和未来的交叉复合新型工科［6］。作为国家七大数字经济重点产业之一，物联网在信息科学技术产业的第三次革命中起着重要的推动作用［7］，目前也正在加速与云计算、大数据、人工智能、5G 等新一代信息技术融合，赋能科技，开拓经济社会发展空间［8］。物联网行业发展迅速，对专业人才的需求变化很大，因此高职院校需要积极探索人才培养的改革［9］。“三教”改革为提高物联网应用技术专业职业教育人才培养质量提供了方向，是物联网专业职业教育改革转型的关键，也是推动专业高质量发展和高技能人才培养的必经之路。曾妍等人基于CDIO 理念的项目式进行了物联网专业改革［10］。胡锦丽等人以物联网专业群为例，构建了岗课赛证融通的“1+X+Y”专业群模块化课程体系［11］。朱丽敏等人对物联网专业群实施了以工程项目为牵引的“3×N”大实训课程体系构建与实践［12］。王方媛等人也探索了“互联网+”背景下物联网工程专业的人才培养模式［13］。改革均取得了不错的成效，但依旧存在产教融合不够深入、专业课程存在壁垒等缺点。

本次物联网专业改革经过大量的企业调研，从厘清物联网行业岗位需求开始，与企业深度合作，引入行业典型项目，设计符合教学需求的项目载体，将岗位需求对应的知识和能力目标融入项目，打破专业课程壁垒，链条式提升学生的综合专业能力与水平，将人才素质目标与项目实施过程结合思政，达到“润物细无声”思政育人的目的，提高学生的综合素质。从“三教”改革的角度，在教学实施过程中转换教师的思维，提升教师的教学水平和专业能力，双师协同育人，及时关注学情的变化，注重学生创新能力、团队合作、综合实施的能力培养。物联网应用技术专业为了实践教学改革，组建了专门的教改班级，通过三年的实践，完成了一轮物联网应用技术专业的教改尝试，取得了显著的成绩与效果。

二、专业改革的岗位群机理分析

专业改革之初，根据调查和分析了解物联网专业不同领域与岗位要求，结合学生学情，明确知识、能力、素质等方面的培养目标，深入专业建设。

物联网应用技术专业相关的岗位对应的职业是物联网工程技术人员，岗位类别主要有物联网嵌入式开发、物联网应用开发、物联网系统集成与管理。从岗位能力来看，物联网嵌入式开发岗位主要的专业能力有感知控制开发、物联网应用协议开发、物联网组网通信开发；物联网应用开发主要的专业能力有物联网平台应用开发、物联网边缘计算系统应用开发、物联网移动应用开发等；物联网系统集成与管理岗位主要的专业能力有物联网设备安装与调试、物联网系统部署、物联网系统运行与维护、物联网技术咨询与服务等。结合工信部发布的《物联网从业人员能力要求》，相关岗位可分为管理类、安装调试类、维护类、开发类、销售类。

（一）管理类

典型工作任务是物联网工程实施与调试，工作过程包括：了解物联网的实施计划与方案，准备工程所需要的材料；根据拓扑图及说明书连接设备、网络调试、运行；使用仪器进行信号测试，对施工过程出现的故障进行分析与排除；跟踪工程实施的进度与质量；分析解决物联网工程实施中出现的问题，形成相应的文档。

（二）安装调试类

典型工作任务是应用系统安装调试等，工作过程包括：明确物联网节点的安装配置要求，检查节点现场环境；进行节点产品的安装和技术参数的配置；在安装实施的基础上进行组网，完成最终配置；各节点上电调试，各联网节点进行联调；记录工作过程，形成相关档，做好验收准备；在物联网工程安装配置基础上，进行服务器、数据库安装和配置；根据不同环境进行应用测试，形成测试文档；确认应用系统安装运行正常，填写安装说明书，交付用户验收。

（三）维护类

典型工作任务是系统运行管理与维护等，工作过程包括：制定物联网系统日常维护方案，根据日常维护方案，对的联网应用系统进行日常巡检；收集物联网集成系统运行状况并做日常日志记录，查阅运行日志，对系统做日常备份；对系统出现异常，能做出初步判断与检测，分析问题，制定维护维修方案；形成相应文档。

（四）开发类

典型工作任务是嵌入式应用的软硬件开发、物联网应用软件开发等，包括：协助客户沟通确定用户需求，协助编写系统需求分析；搭建开发环境，了解应用需求，进行代码开发，对系统进行测试；编写开发文档。

（五）销售类

典型工作任务是提供售前、售后的技术服务等，工作过程包括：根据需要，对现场进行维护服务；收集培训需求，与培训范围；制订培训计划与撰写培训文档；填写系统维护报表。根据不同类别的岗位，从学生的知识、能力、素质需求三个维度分析，并进行归纳，最终确定相应的培养规格。

三、专业课程体系的构建

（一）项目贯穿，对标岗位

根据岗位调研，走访多家本地物联网企业，与工程师研讨交流，了解多个不同的工业物联网应用项目，选择一家从事气瓶安全管理的龙头企业进行产学研合作。项目选自真实工作场景，学生由浅入深、阶梯式完成项目，将有助于提高职业能力的培养［14］。

以该企业气瓶管理项目中部分业务环节的物联网应用为参考，联合企业工程师和本专业骨干教师，合作开发出了教改班的教学项目载体——气瓶充装管理系统。借助物联网技术保障危险品行业数字化管理，实现信息可追溯，危险可预期。该教学载体在具体实施时，分为四个环节，分别应用于第一至第四学期的教学，第五学期由学生进行创新项目实践，培养物联网创新应用人才。整体课程项目构建如图1所示（仅展示主干课程）。

图1 “三教”改革与数字素养背景下的专业课程项目重构路径

（二）串联成体，知识聚合

整体项目被分为多个模块，融入每学期的知识体系，基于岗位群阶梯式递进、全程贯通、多要素赋能，结合知识与能力要求，弥补了传统教学课程知识碎片化而无法满足岗位能力的缺点。

在“隔离控制器”项目中，学生需要掌握嵌入式系统中硬件电路的设计和制作，项目测试使用教师提供的固件完成电路测试，为下学期称量控制器的项目顺利开展提供了技术基础。

在“称量控制板”项目中，引导学生进行“隔离控制器”项目的固件编程，学期末的综合考核要求学生独立完成称量控制器的固件设计和调试，第二学期复习了电路设计制作，还通过两套嵌入式系统的软件编程帮助学生掌握了嵌入式程序开发的方法。

在“现场网关”设计项目中，充分考虑物联网系统网关与感知层硬件的通信，在网关软件系统的设计调试过程中，培养Java 程序设计的能力，并复习“称量控制板”项目的嵌入式程序设计。

在“云平台”部署项目中，以开源的Thingsboard平台为依托，实现物联网云平台的部署配置，同时通过上学期设计完成的网关接入第一、二学期完成的硬件设备，实现整个气瓶充装管理系统的综合部署调试，依据项目的实际用户需求，将物联网智能识别设备引入项目实践，并通过介绍人工智能应用等内容，帮助学生拓展载体项目的功能应用，为下学期的创新实践打下基础。

最后的综合创新实践，帮助学生利用专业知识，真正建立物联网专业岗位认知，为顺利完成企业岗位实习做好准备。培养方案中的岗位实习和毕业设计，让学生深入企业一线，直接对接企业工作。

四个学期的教学项目环环相扣，第五学期的专业创新实践引导学生实现专业知识能力的整合、创新、拓展，以学生的技能，采用小组合作的方式，创新并设计一个项目，不仅培养学生解决实际问题的能力，也进一步激发创新意识。

（三）紧贴时代，持续更新

物联网系统包含感知层、传输层与应用层，而感知层相当于人体器官，起到识别事物、采集数据的作用［15］。专业改革从嵌入式方向起步，着手于物联网技术中的感知层开发，持续深入至传输层与应用层，跟踪行业技术发展，从8位单片机逐步更新为ARM架构32位嵌入式系统，面向对象的课程案例从Delphi转为Java；web应用开发转为ThingsBoard相关的物联网系统应用和物联网运维；无线通信技术从zigbee转为包括有线无线通信的物联网通信应用技术；RFID识别转为包括多项识别技术的自动识别应用技术。

技术的发展不断推动着产业升级、岗位群演变，课程内容以及结构也在动态更新、持续优化，追踪行业趋势，培养学生掌握新兴技术与前沿知识，提高就业竞争力。同时，多课程知识融合，并扩展相关学科的交叉知识，结合实际项目设计，深化理论与实践，让学生真正符合国家所需人才培养要求。

四、教师协同育人

在“三教”改革中，教师处于核心地位，推动教育成果的落地，起重要作用。“职教20条”要求树立发展新理念，不仅仅只针对职业教育，更指向教师［16］。

对教师而言，积极参加培训，接收专业知识的更新与知识水平的提升，改善教学方法，抛弃“唯教材论”，转换传统教学思维，并掌握整体专业项目的流程，独立完成底层软件至云端的开发部署，努力打造“双师型”教学团体。

对教师与学生而言，在专业建设的改革过程中，采用协同教学模式，以学生为主体。协同教学模式指的是每门课程由两位教师共同向同一个班级授课的方式，重点在于合作与协调［17］。

由于课程融入案例项目，各子项目都会涉及不止一门课程的内容，两位教师各自技术背景有差异，所擅长的课程方向也不同，如硬件电路设计和软件测试的协同，网关软件开发和数据库设计的协同，设备通信调试和云端部署的协同等。这种协同作业的方式和行业一线企业不同部门、不同工程师之间的协作开发有异曲同工之处，有利于开展基于项目载体的教学实践。课前，两位教师密切合作，共同组织和安排本学期的授课内容，策划教学活动，制定教学计划，编写教案。在课堂上，一位教师主讲，另一位教师辅助教学，一方面可对课程内容进行补充，另一方面，可以观察学生的上课状态，便于课后根据学生状态及时改进计划和内容，提供个性化教学方案。两位教师根据学生学情与自身专业优势灵活制定课程，共同培养学生，有助于激发学生的学习兴趣和动力，提升教学质量。

在项目中，硬件设与制作和软件开发都是重要的课程内容，因此，两位教师需要全面掌握主线项目，确保教学的连贯性和完整性，共同研究和探讨核心概念和技术原理，深入浅出地传授给学生。

在制定评价标准与方案时，不只关注学生的考试成绩，而是更注重学习过程。两位教师制定合理的评估标准，全面了解学生的学习情况与能力提升程度，评价方式也不再仅限于考试与作业，通过课堂演讲、小组讨论、项目成果等形式，综合评估学生，注重学生的创造力和思维能力，从而更精准地指导学生学习，保证最终评价结果的客观性与公正性。

五、物联网“三教”改革的成效分析

为了多维度横向比较教改班与行政班在校期间的学生发展情况，根据人才培养的目标，在学生顶岗实习后，设计了问卷调查，共7题。

Q1：你的就业岗位是否和本专业相匹配？

Q2：大学所学内容，对你工作的帮助程度有多少？（0：无帮助；10：帮助非常大）

Q3：你对大学四年课程的满意度是多少？（0：极度不满意；10：非常满意）

Q4：当前和未来，从事本专业相关工作的期望度有多少？（0：不想从事专业相关工作；10：深入专业相关发展）

Q5：工作薪资水平是多少？

Q6：工作中对团队协作、语言表达、沟通交流等个人素养和能力，是否有较强需求？

Q7：大学四年课程中，对个人素养及能力方面，是否有帮助和提升？（0：没有丝毫帮助；10：帮助非常大）

问卷调查回收有效问卷共计39 份，教改班16份，行政班23份。针对每个问题，分别利用SPSS软件进行独立样本t 检验，分析两个班级之间的差异性［15］。独立样本t检验公式为

针对Q1，教改班有12 人的工作与专业相关，4人未从事专业相关工作，专业工作对口率为75%；行政班有8人的工作与专业相关，15人未从事专业相关工作，专业工作对口率为34.8%，教改班的专业工作对口率高于行政班，如图2所示，两个班之间的数据具有显著性差异（p=0.013）。

图2 教改班与行政班的专业对口率

针对Q2的抽样调查如表1所示，教改班的帮助度均值为8.31，高于行政班的帮助度均值6.74，即教改班学生普遍认为专业所学知识对工作帮助较大。其中，教改班有0 人认为所学知识对工作帮助程度不够（评分＜5），行政班有8人认为专业知识对工作帮助较小，占比34.8%。

表1 Q2、Q3、Q4调查结果（均值±标准差）

针对Q3的抽样调查如表1所示，教改班学生对课程的满意度为8.81，高于行政班的满意度7.74，其中，教改班有0人对课程满意程度较低（评分＜5），行政班有4人不满意课程的设置，占比17%。

针对Q4 的抽样调查如表1 所示，教改班学生的专业工作期望高于行政班，在当前和未来更愿意继续深入专业的学习与发展。其中，教改班有1 人对专业相关工作期望度较低（评分＜5），占比6.25%，行政班有6 人对专业相关工作的期望度较低，占比26.1%。两个班的数据具有显著性差异（p=0.036）。

针对Q5，从薪资水平来看，教改班与行政班的薪资为3000-4999 元，均达到60%以上，但是教改班的薪资为4000-4999元，高于行政班30%，行政班的薪资为3000-3999元，如图3所示。

图3 教改班与行政班的薪资水平

结合Q6 与Q7，如图4 所示，行政班与教改班90%以上的学生均认为当前工作对个人素养和能力有一定需求，如图5 所示，在课程学习中，行政班和教改班对自身能力和素养的提升帮助度均值为7.57 和9.69，教改班学生对课程提升相关素养能力有效性评价较高，且该数值具有显著性差异（p=0.004）。

图4 教改班与行政班的工作素养需求

图5 教改班与行政班个人素养与能力提升程度

六、专业改革的探索分析

“三教”改革对于物联网专业建设具有重大意义，教师、教材、教法要紧贴时代，随专业技术的发展，动态更新持续优化专业建设方案。从调查问卷结果来看，在专业工作对口率、专业工作期望度与个人能力素养提升方面取得了不错的效果。

在物联网应用技术专业进行“三教”改革，提高了教学质量和学生的综合素质。在改革的探索过程中，不仅培养学生的技能，还要培养学生的创新思维、团队协作、自主学习等综合能力。通过明确教学目标、设计合理的教学内容、倡导多种教学方法、建立完善的教学评价体系以及加强教师队伍建设等措施，有效推进这一目标的实现。在实施“三教改革”的过程中，创新地采用了任务驱动的教学模式，以工业物联网项目为主线，设计了一系列教学环节，旨在培养学生的实践能力和创新思维。在教学过程中，通过布置一系列的实际任务，引导学生利用小组合作探究的方式，主动思考和解决问题。每个小组都需要完成各自的任务，并在课堂上进行成果展示与评价。这种教学模式不仅激发了学生的学习兴趣，还促使他们积极动手实践，实现了知识与技能的内化和迁移。

为了满足不同学生的学习需求，本次改革结合了模块化教学和案例教学等教学方法。模块化教学将课程内容划分为若干模块，每个模块都有明确的学习目标和任务，方便学生根据自己的兴趣和需求进行选择性学习。案例教学则通过引入真实案例，让学生在分析案例的过程中，培养解决实际问题的能力。多种教学方法的有机结合，不仅丰富了教学内容，还提高了教学效果和质量。

在实施任务驱动教学模式的过程中，注重培养学生的团队协作能力和创新精神。在小组合作的环节中，学生们相互协作、共同完成任务，有助于培养他们的团队意识和协作能力，并鼓励学生发挥自己的创新思维，提出新颖的观点和解决方案。

“三教”改革的推进离不开企业的协助与支持，“复旦共识”指出新工科建设需要产业力量的积极参与，深入推进产学合作和产教融合，打造高校和企业共商、共建、共享的工程教育共同体。物联网专业从教学载体的选择与设计、教学目标中的岗位要求到教学项目的选择，都与企业的资深工程师进行深入探讨，加深了学校与企业的合作，推动了教育的创新与发展，有效落实了当前产教融合的趋势。同时，也协助企业进行智改数转，帮助企业培养高素质人才，实现了学生与企业的良性互动、学校与企业的优势互补、学校与产业需求的有效对接，将改革目标与成果落地。这种紧密的合作不仅推动了教育的创新与发展，有效落实了当前产教融合的趋势，协助企业进行智能化改造和数字化转型的同时，通过专业课程和实践项目，还为企业培养了大量高素质的技术人才。将“三教”改革和产教融合的目标与成果转化为实际行动，确保了教育改革的落地生根，不仅有助于提升教学质量，也为企业的发展注入了新的活力，共同推动了整个工程教育领域的进步。这种互利共赢的合作模式，对于推动“三教”改革的深入发展，具有重要的现实意义和长远的发展价值。

对学生而言，在学习过程中完成产业项目和实体化理论内容，尝试解决工业物联网场景中进行软硬件开发的问题，培养了信息搜集、团队协作等能力，实现了知识与个人素养和能力的同步提升。

综上所述，将任务驱动教学引入物联网应用技术专业，进行“三教”改革，革新人才培养方案，教师协同育人，有效提高教学质量和学生的综合素质。这一探索可以为其他专业的教育教学改革提供有益的参考和启示，推动职业教育更好地适应行业发展的需求，培养更多具备创新能力和实践经验的优秀人才。