人工智能发展下物联网工程专业人才培养模式研究与探讨

朱昌洪 赵全友

①基金项目：2023年度广西高等教育本科教学改革工程项目“融入航天特色，探索‘1+2+N物联网工程人才培养模式研究和实践”（项目编号：2023JGB405）；2023年度广西高等教育本科教学改革工程项目“工程教育认证下基于BOPPPS教学模型的《计算机组成原理》混合式教学研究与实践”（项目编号：2023JGB406）。

作者简介：朱昌洪（1978—），男，汉族，湖南永州人，硕士，教授，研究方向：物联网应用和网络通信。

赵全友（1980—），男，汉族，湖南永州人，博士，副教授，研究方向：图像处理、智能计算。

［摘           要］  物联网工程是一个比较新颖的复合型交叉专业，随着新工科和人工智能技术不断发展和进步，企业和社会对于物联网的人才需求也不断变化和调整，需要较强的计算机综合实践能力和理论素养以及良好的智能物联网的专业技术基础。然而，由于各个高校特点不一样，可借鉴的经验不多，桂林航天工业学院作为广西地区应用型本科院校，具有比较突出的航天特征，依附大湾区智能电子发展产业，具有极大的人才需求市场。研究具有航天特色和物联网专业人才培养特点，探索“1+2+N”人才培养模式，从航天理念、航天知识、航天品质三个方面，贯穿物联网工程人才培养全过程，培养具有明显航天特色的物联网工程专业人才。

［关    键   词］  航天特色；物联网；人才培养；“1+2+N”

［中图分类号］  G642                   ［文献标志码］  A                   ［文章编号］  2096-0603（2024）15-0０29-04

一、背景

物联网工程专业发展十几年来，至今没有形成比较成熟和完善的人才培养模式和方式方法，大都各自为战，有的侧重软件开发，有的侧重智能硬件，有的偏向算法学习，有的偏向智慧应用等，教育部及教指委也没有形成一个统一的指导意见，各个学校都是根据专业所在学院性质、师资配置情况进行人才培养模式的设置和修订，因此培养的学生能力也就参差不齐，即同一层次同一方向的高校，培养的学生能力千差万别，水平参差不齐，没有形成各自特点。因此如何培养具有本校鲜明特色的物联网人才，已经成为众多高校研究和探索的方向之一。

二、现状

（一）培养目标和社会需求脱节

随着人工智能信息时代的到来，物联网工程人才培养带来了很多问题，我国大部分高校的物联网工程专业都偏向于计算机软件和算法方面，理论知识太多，工程实践缺乏，因此培养出的学生动手能力较差，与企业的需求相差较远。尤其是在应用型本科高校内，还没有形成一套比较成熟的人才培养模式。同时，不同高校的物联网工程专业培养目标不断变化，无法体现各自的培养特色和依托行业，造成高校人才培养和企业需求严重脱节。

（二）缺乏比较完善的人才培养模式

应用型物联网工程人才培养体系一般分为感知控制、通信传输、应用分析三个环节，每个环节不会轻易变动，也不会随意增加或减少专业课程。然而，社会和企业的需求是时刻在变化，相关专业课程也需要随时调整变化，而物联网工程专业的特点是专业技术随着IT行业的知识经常更新替换，随着新工科不断发展，需要经常增加新的专业知识和专业技能，结合企业完成新旧课程和技术的更替，一般的培养体系则难以实时适应和跟随。

（三）硬件和软件能力的融合不完善

物联网应用能力需要具有一定的传感器感知、嵌入式控制、通信网络传输、软件编程开发、行业应用等基础知识和应用能力，目前这些硬件和软件基础能力的培养方式方法不完善，如硬件基础课程电子技术，有的没有实验内容；嵌入式开发课程有的只有仿真实验，没有实物；Python语言课程有的是纯理论软件，没有结合硬件应用，等等。

（四）理论和实践结合不够紧密，存在脱节

物联网工程专业涉及电子通信、计算机等多种学科理论和技术，这些理论和技术需要结合实际应用才能较好掌握，如计算机组成课程，理论性非常强，也要求很高的实践能力，个别学校只讲理论不做实验；再如计算机网络、物联网通信技术课程，部分学校只做仿真实验，这样理论和实践结合要求不一致，课程也就存在不确定因素。

总的来说，部分高校的物联网人才培养模式不够完善，也没有探索出一种成熟的人才培养模式，需要继续进行研究和实践。

三、针对性改革的依据、措施及意义

（一）物联网工程专业改革的依据

1.国家、地方、行业、企业的发展潮流和需要

随着人工智能时代的普及和推广，国家、地方、行业、企业都需要大量智能化智慧化的人才，物联网工程专业是人工智能重要的组成部分，国内外许多高校在全力支持和探索物联网相关人才培养改革，未来将需要大量的高素质、应用型物联网系统合格开发人才。

2.符合学校定位和理念，以应用型人才培养为主

按照学校发展定位，结合计算机学院和物联网工程专业实际情况，以立德树人为根本任务，坚持以学生发展和质量为核心，依据学校“123456”应用型人才培养思路，将人才培养融入产业、企业、职业，以OBE理念优化课程体系，推进工程教育认证，培养具有较好工程实践应用能力和航天品质的高水平应用型人才，为广西地方经济和物联网行业培养更多合格人才。

3.物联网工程专业特点需要进行教学改革

物联网工程牵涉学科广，学分学时又有限制，理论和实践结合度高，各个高校情况不一样，需要每个专业根据实际情况进行人才培养改革。具体到我校，具有鲜明的航天文化和航天精神，需要融入每个专业的人才培养中，但是如何融入，融入什么，效果如何，还需要进行多方探讨和实践。

（二）航天特色和物联网结合

由于各个专业所在不同地区，学校基础不一样，实验室建设投入不一样，实验设备不一样，师资力量不一样，学生素质不一样，区域经济不一样，依托产业不一样，因此需要各个专业根据实际情况进行不断调整和研究寻找到适合自身特点的物联网人才培养模式，依托和面向地方产业行业，为区域经济服务，不断进行人才培养模式的制定和完善，依托桂林市电子信息产业的发展，面向珠三角大湾区的通信计算机产业，培养具有较好嵌入控制和软件开发能力的人才，同时体现本校航天特色。

（三）合理设置物联网体系课程

物联网系统主要有三个关键层次组成，感知控制层、通信传输层、应用分析层，但是如何分配和设置相关类型的专业课程，哪一门课程培养学生的哪一种能力，在哪一个环节开设，硬件类课程主要有哪几门课程，课时如何分配，感知和控制类课程设计如何分开和融合，最后需要达到一个什么样的目标等类似的问题，需要进行调研和探索，不断地优化和调整人才培养计划，才能培养具有较好软硬件基础能力的物联网应用型人才。

（四）紧密结合理论和实践

物联网工程专业需要紧跟时代潮流，在人才培养中要讲究循序渐进，既要介绍和掌握之前的理论技术，又要学习最新出现的新技术新理念，如区块链、人工智能、智能物联网、元宇宙、数字孪生、ChatGPT等，而且，这些新旧技术理论和实践如何结合以及如何应用，在整个计算机领域没有统一的要求，因此，如何有效地把握和设置好技术的理论和实践结合度，是一个值得深入研究的内容。

（五）改革成效和意义

探索形成适合本专业的物联网工程“1+2+N”人才培养模式，形成具有鲜明航天特色的物联网人才培养体系，为广西地方或大湾区培养更多高质量应用型物联网工程人才，促进地方经济进一步发展，推动我省部级或国家级一流学科专业建设和发展，以及研究通过物联网创新基地，培养学生的自我管理、自我提升，以及学生的领导能力、沟通能力、表达能力、管理能力等综合素质。

四、融入航天特色，探索“1+2+N”的人才培养模式

主要思路是将航天特色融入物联网人才培养全过程，即融入航天理念、融入航天知识、体现航天精神三个方面，探索物联网工程专业“1+2+N”人才培养模式，如图2所示：

（一）航天理念融入人才培养体系，贯穿物联网学科人才培养全过程

在人才培养设置中，引入低空物联网理念，即“空、天、地、海”物联网生态体系，通过物联网系统的三个环节“感知、传输、应用”，分解低空物联网的体系架构和技术，合理设置理论课程和实践，参加学科竞赛，指导毕业设计等，以此体现物联网工程专业人才培养的航天特色。

（二）课程模块采用“平台+模块”体系，融入航天知识

根据低空物联网系统特点，将人才培养体系分成“物联感知”和“系统应用”两个平台，“物联感知”平台主要包含“信息采集、系统嵌入、输出控制”三个硬件模块，“系统应用”平台主要包含“软件技术、网络传输、系统设计和应用”三个软件模块；引入无人机、水下机器人、智能小车等物联网全系统设备，以此体现“空、天、地、海”物联网体系的构建和完成，将航天内容和课程、实践相结合，同时增加“航天火箭、飞船、天宫”等航天系统知识模块作为选修模块。

最终达到软件硬件合理分配，理论和实践相互促进，结合OBE理念，按照企业最新就业岗位需要进行对应课程设置，分别按照嵌入式应用、网络工程、软件开发三个工程技术岗位的要求进行课程和知识的分解和设置；组建嵌入式、网络、软件开发三个方向的课程群，每个课程群包含嵌入式课程体系、计算机网络课程体系、软件系统开发课程体系，分别按照三个方向的工程技术岗位进行课程安排和人才培养，如表1所示：

根据专业学科特点，组建三个方向的课程群，每个课程群所包含的课程如图3所示：

（三）通过物联网创新基地，突出工程实践和创新，展现航天精神

以物联网创新基地为实践能力培养核心，课后练习，提前学习，开展技术应用和创新，联合企业和高校，引入“智慧卫生、智慧水利”等新工科方面的项目合作，并联系相关企业开展校企合作，成立N个专业方向的共建实验室；从大一选拔部分学生进行学习和锻炼，提前进行学习和实践，发扬“特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献”航天精神，大一跟着大二学，大二跟着大三练，大三参加学科比赛，大四参与教师科研项目，培养学生团队合作、管理沟通、专业创新等综合素质，展现航天人大无畏的航天精神风貌。

（四）改革课程考核体系

课程考核打破传统的考核方式，把课程评价方式与职业技能鉴定方式有效融通，兼容职业技能鉴定的要求，以获取职业资格证书为目标，以“获取证书即课程合格”的创新型考核方式为手段，全面实行过程考核和综合考核，同时采用技能理论的测试、实际操作能力检验、专题报告撰写等多种考核，突出职业资格标准的导向作用，及时构建与专业培养目标、职业标准相匹配的职业技能考核模式，激励学生加强职业能力学习，获取相关职业资格证书，提高学生的就业竞争力。

（五）教学模式改革

探索基于“1+2+N”模式下的校企合作新模式，让学生直接参与企业岗位，以实际工程进课堂的方式，改造课堂教学形式，课堂教学以各种实际的工程案例进行课程知识体系的开展，并且根据不同课程的特点，采用“全实践教学”“项目驱动式教学”“翻转课堂”等创新型课堂教学手段，提升教学效果。一方面，学生通过学习职业资格认证考试相关内容，掌握第一手实践技能，直接参与企业的实际工程；另一方面，专业教师的科研方向转移到解决企业生产中实际问题上来，科研成果可直接转化为生产力，双方形成“利益共同体”，走出一条产学研融合的新路。

（六）考试方式创新

在“1+2+N”模式下，部分专业课程授课方式开展多种教学方法，根据不同课程的性质和目标，合理选择项目教学法、任务驱动法、线上线下混合式教学法等。不同课程可采用笔试闭卷、开卷、项目综合考核、技术报告等方式完成，积极鼓励专业核心课程创新考试方法，增强学生相关课程和知识点的理解和掌握，初步设定物联网工程的部分核心课程，如嵌入式原理及应用、物联网通信技术、计算机网络、数据结构等课程创新考试方式，采用不同的教学模式和方法，以此提升学生的专业理论和实践的融会贯通，提升专业综合应用能力。

（七）主要创新点

1.融入航天理念到物联网人才培养全过程

通过“空、天、地”一体化物联网生态系统，嵌入航天理念，将航天元素融入物联网的感知、传输、应用环节，并设置课程体系和实践模块，从人才培养的起始阶段就体现航天元素。

2.探索“1+2+N”的人才培养模式，嵌入航天知识模块

通过“平台+模块”，结合OBE教育理念，将航天知识嵌入相应的课程和模块，合理分配软硬件课程，合理设置理论和实践比例，培养具有航天特色鲜明、实践能力强的物联网学科人才。

３．增强航天精神培养，体现鲜明过硬的航天品质

通过学生自学、实践、竞赛、科研等，结合新工科N个方向的科研应用方向，开展技术应用和创新实践，展现良好的航天品质，体现“特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关”的学习能力和精神风貌，培养综合素质好、实践能力强的高级应用型、创新型人才。

五、结论

物联网工程是一个理论和实践结合紧密的应用型专业。尤其是新工科背景下，要突出鲜明特色的应用型人才培养，必须要创新人才培养模式，构建以“1+2+N”的人才培养体系，将航天特色通过三个方面融入物联网的知识体系，面向大湾区智能物联网的需求和应用设计课程体系，定制专业课程教学内容和模块，开展课程项目化教学和毕业设计，将人才培养进行工程实践化，并从多方面进行论证和分析，培养具有明显航天特色的物联网专业人才，进而提出了新工科背景下，应用型物联网工程人才培养的模式和方法。

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◎编辑 尹 军