面向智慧交通的物联网实验教学探索

王亚平， 余贶琭， 滕永平

（北京交通大学a.物理科学与工程学院；b.计算机与信息技术学院，北京 100044）

0 引 言

随着工业4.0 时代的到来［1］，物联网、智能传感、光纤通信、人工智能、云计算、大数据等理论技术得到了广泛而迅猛的发展。基于新技术、新产业、新业态、新模式特征的新经济发展要求，提前进行人才布局，培养具有创新创业意识、数字化思维、跨界整合能力的新工科人才［2-4］，成为高校教育改革创新和转型发展的方向。教育部发布了《教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知》，2017 年以来高校相继推出“复旦共识”［5］“天大行动”［6］“北京指南”［7］，逐步推进新工科人才培养教育改革。

面向新工科人才培养目标，结合我国交通强国战略需求和社会经济发展背景，依托学校“双一流”智慧交通学科领域建设的优势基础，发挥实验课程建设团队和实验室管理团队改革动力，将物联网工程专业与智能交通应用相结合，设计新工科背景下面向智慧交通行业需求的物联网专业的实验实践创新人才培养教学模式，研究探索以交通行业特色为牵引、产学研融合和高校特色为支撑的新工科工程实践创新平台内涵建设方案，对专业知识结构、能力结构和实验教学方案进行动态调整优化，提升专业实验教学队伍水平，建设与交通行业背景深度交叉渗透融合的先进传感技术实践创新能力培养实验平台，为交通强国战略需要培养具有创新意识和实践能力的复合型人才。

1 “一中心二融合三依托四环节”实践教学模式

针对高校人才培养实验教学平台建设目前存在的与产业衔接不紧密、校际院际合作建设动力不足、机制不顺等新工科实践创新平台建设问题［8］，以及“科教融合”“产学研结合”在新工科实验教学平台建设需进一步强化问题，积极探索新型实践教学模式，提出“一中心二融合三依托四环节”的教学改革思路，如图1所示。该教学模式遵循成果导向教育（OBE）理念［9］，以学生工程实践创新能力培养为中心，通过科教、产教融合的方式，依托实验课程团队、实验室管理团队和企业技术团队，完成基础实验、专业实验、行业特色综合实验、科研创新实践，实现工程人才培养的“产学研”对接。

图1 “一中心二融合三依托四环节”的新型实践教学模式

一中心 聚焦学生工程实践创新能力养成为中心，面向智慧交通行业需求的物联网工程专业实验课程体系、实验平台、实验内容和教学实施方法，培养训练学生发现问题、分析问题、方案设计、系统实施、团队协作等综合能力。

二融合 通过“科教融合”和“产学研融合”推动实验教学创新。发挥本校交通行业的特色和优势，促进各校、学院之间技术交流，鼓励支持教师将最新的科研成果和技术服务方案转化为实验课程教学内容或实验项目；发挥北京区位优势，强化校企合作，产教融合协同育人，通过将部分实验教学内容安排在学生企业实习阶段，同时建设企业实验教学指导教师队伍，并指导学生参与各类物联网相关竞赛及指导毕设论文等。

三依托 依托实验课程建设团队、实验室管理团队和企业技术团队。一是依托实验课程建设团队，升级改造面向新工科改革的专业实验课程，针对行业需求，结合学校特色和优势学科，开发新的实验项目，例如：针对智慧交通场景下的先进传感技术实验平台；二是依托实验室管理团队，按照实验课程体系升级改造要求，升级实验教学设备仪器改造实验平台，积极参与实践教学指导；三是依托区域企业技术团队，发挥课程产业创新优势，参与实验课程教学与实验项目建设，并参与指导学生在企业学习阶段的工程实践、相关竞赛和毕设论文等。

四环节 设立完善面向智慧交通行业需求的新工科下物联网工程专业实验设置，包括：基础实验、专业实验、行业特色综合实验和科研创新实践四大环节。构建融合各校资源，多学科交叉，逐步打造升级物联网实践教学平台，并与交通行业企业共同探索物联网专业发展趋势以及人才培养的要求，教师团队将从原理阐述、设备使用、操作要点、安全事项、结果观测、故障排查等方面完善实验指导书，并进行相关的实验竞赛指导，夯实学生的实验实践能力，将培养目标细化分解到整个教学环节，促进学生自主性学习，培养跨专业、跨学科的复合型人才，实现高校人才培养与企业应用的无缝衔接。

2 实践培养体系内涵构架

发挥行业背景优势和学科交叉优势，以物联网工程专业为核心，结合通信、智慧交通领域交叉复合需要，探索“智慧交通”紧缺人才培养的规律和内涵构架，建立面向“智慧交通”领域的物联网专业新工科人才培养目标和培养标准。瞄准国家在物联网、智慧交通、人工智能、大数据、传感技术等学科的战略布局，加快培育与之相适应的交叉学科专业方向，建设与之相适应的学科平台，依托学校交通信息工程控制、通信与电子信息、计算机科学与技术、交通运输工程等多个优势特色学科，探索适用智慧交通的行业特色物联网实践创新人才体系组成，按照产出导向原理，构建物联网新工科专业知识内涵模块、专业技术能力模块、现代工具能力模块、新工科跨专业交叉能力模块、非技术能力素养模块等多模块组合，充分利用专业科研及队伍优势，打造一流的新工科实践教学融合平台，为培养智慧交通新型装备人才发挥积极的示范与辐射作用，如图2 所示。

图2 智慧交通需求的物联网专业实践培养体系内涵架构

3 教学与智慧交通行业深度融合

新一轮技术革命和产业变革引领下，学科交叉已成为创新发展趋势，专业与产业融合愈加紧密［10-11］，物联网专业如何实施跨学科跨专业交叉融合的人才培养模式改革，建立工－工、理－工交叉渗透的新兴专业人才培养机制，使得交通类高校物联网专业新工科人才培养与交通产业技术深度融合，是目前亟待探索的一个深度问题。

大多数高校物联网工程专业的工程实践训练集中于系统的软件设计实现能力培养，与现代工业技术和高端智能化技术结合不十分紧密，与应用对象的实际需求和行业背景需求深入结合不够，使学生动手能力和实战能力虚化［12］。急需利用高校高水平科研团队在学科研究方面的优势，把握学科领域前沿，构建科教协同育人平台，为学生提供更广阔的实战训练科研平台［13-14］，促使我校物联网工程专业运用前沿的物联网技术、云计算技术、大数据技术和人工智能技术，推动智慧交通、智能交通数字化与集成化革命，深化交通网、传感网、通信网、信息处理平台的深度融合，把科研成果转化为教育教学资源，使物联网工程专业人才培养从全面感知层、到可靠传输层、最后到终端应用处理层，接受全面系统的实践创新能力训练，如图3 所示。

图3 科教协同下智慧交通与物联网实验教学体系深度融合示意图

以城际高速铁路、城市轨道交通的建设、运营、管理、维护和服务等综合系统为应用对象，与高水平科研院所和企业合作，深入实施科教协同育人计划，搭建学校与科研院所深度合作的战略平台，将企业的科学问题与技术创新引入人才培养，引导学生积极参与科技创新实践，使学生早进课题、早进实验室、早接触基础学科前沿，在研究过程中不断激发学术兴趣和研究潜能。设立跨学科课程体系、组建跨学科教学团队、设立交叉学科研究课题，为拔尖学生参与跨学科学习和研究创造条件，为学生攀登学术高峰搭建跨学科平台。

4 产学研多维创新实践平台建设

以培养学生的实践能力、工程科技创新和产业创新能力为目标［15-16］，贯彻科教融合、引育结合的教学理念，结合智慧交通的北京交通大学优势，探讨物联网专业先进传感技术、现代通信技术、计算机网络信息技术构成的智能传感网络实验教学平台建设，打通感知层数据与应用层需求联系，完善面向智慧交通行业背景的先进传感实验教学平台，如图4 所示。具体举措包括：①加大科教投入，在现有平台上进一步完善先进传感技术实验教学创新平台；②院际人员交流，培育校内适应新工科的师资队伍；③立足行业需求，进行跨校交流，成立校际巡回教学研讨交流团队；④了解国际发展动态，聘请相关领域权威学者讲座讲学。

图4 智慧交通中物联网先进传感技术及新工科人才培养

5 反馈修复的可持续改进运行机制

基于OBE的理念，研究毕业生跟踪反馈机制［17］，设立新工科物联网专业人才培养库，构建包含知识、能力、素质三方面的毕业生多维度评价体系，通过线上评价、电话回访、问卷调查等多种信息反馈渠道，对用人单位和毕业生进行定期信息采集，如图5 所示。所得反馈信息反向助推项目研究实施改进，为人才培养标准及模式的优化提供强有力的决策依据和效度佐证，形成新工科人才培养质量评价跨阶段、多维度评价体系。

图5 建立新工科物联网专业持续改进反馈评价运行机制

6 结 语

物联网工程专业是一个偏重综合型、实践性的专业，在人才培养的过程中，对工程实践的要求非常强，这一特点在其他工科专业也有不同程度的反映。同时，对于行业特征明显的高校，如何在专业培养中体现出高校特征，也是人才培养中的重点和探索方向。为此，本研究针对行业高校开办特色专业的共性问题，探索了具有高校行业特征的新工科人才培养实践创新平台机制，并以物联网工程专业为基础，加入我校轨道交通行业特色的新工科工程人才培养模式，以先进传感技术为抓手，探索实践创新平台内涵和建设模式，构建了适应智慧交通需求的物联网工程专业的人才培养实验教学体系。