面向新工科建设的物联网工程实践课设改革思路

王秀娟 郑康锋 张佳玥 方娟 梁毅

[摘 要] 新工科建设对人才培养模式提出了要求，需要开展深化产教融合、校企合作的体制机制和人才培养模式改革研究和实践;物联网工程实践课程设计是物联网工程专业的综合实践环节，对本专业的人才培养有着极为重要的作用，因此本文围绕专业育人目标，课程目标等，提出了课程的改革思路，以适应新工科建设的需求。

[关键词] 新工科;物联网工程;实践课设;教学改革

[基金项目] 北京工业大学教育教学研究课题（ER2018C020308，ER2020B003）;北京工业大学19内涵发展定额教材建设立项（040000514119547 ， 040000514119550）;华为产学合作协同育人项目（40007013202001）

[作者简介] 王秀娟（1979—），女，山东人，博士，北京工业大学信息学部计算机学院讲师，研究方向为机器学习和网络安全;郑康锋（1975—），男，山东人，博士，北京郵电大学网络空间安全学院教授，研究方向为网络安全;张佳玥（1986—），女，辽宁人，博士，北京工业大学信息学部计算机学院讲师，研究方向为人工智能。

[中图分类号] G642    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）43-0186-03    [收稿日期] 2020-03-23

一、引言

物联网IoT（The Internet of things）的概念自1999年提出的以来，其定义和范围不断变化，能够基于互联网、传统电信网等，将物品通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议进行信息交换和共享，以实现智能化识别和管理。经过20多年的发展，物联网已经不再是简单的概念，而是深入到我们的身边，共享单车，智能物流，实时路况地图，自动驾驶等物联网应用，都给人类的生活带来了极大的便利。5G网络的发展，需要物联网技术中加入5G网络，这就进一步促进了物联网技术落地[1]，物联网已经成为能够推动生产力飞跃的重要技术之一。相应地，物联网方向的人才需求日益增长[2]。物联网工程专业自2011年获批招生，成为国家重点发展的新兴学科。

教育部高教司于2017年推出了新工科建设计划，并先后形成了“复旦共识”“天大行动”“北京指南”等指导性文件[3]。新工科专业主要指针对新兴产业的专业，以互联网和工业智能为核心，包括大数据、云计算、人工智能、区块链、虚拟现实、智能科学与技术等相关工科专业，物联网专业是新工科专业的重要一员，新工科建设对物联网专业的建设发展提供了指导和要求。

物联网工程实践课程设计是北京工业大学物联网工程专业的实践环节必修课，为专业的多个培养目标提供支持，因此，在本门课程中以新工科建设为标准的课程改革将对本专业建设发挥重要作用。本文将从新工科的建设内容出发，分析物联网工程实践课程设计的培养目标，并对课程改革思路进行探讨。

二、新工科内容与课程目标分析

新工科研究和实践围绕工程教育改革的新理念、新结构、新模式、新质量、新体系开展[4]。具体到课程，需要着重关注工程教育的新理念，提出工程教育改革创新的理念和思路;开发人才培养的新模式，开展深化产教融合、校企合作的机制和人才培养模式改革研究和实践;同时，应重视教育教学的新质量，开展多维度的教育教学质量评价等。

物联网工程实践课程设计是为物联网专业学生单独开设的一门以动手实践为主的课程，其目的是使学生理解物联网技术的基本概念、以物联网体系结构为核心，从基本的感知层，到网络层，到应用层;从物联网的构建，到物联网的管理，到物联网的应用，实现整体的物联网架构与管理，让学生能够综合运用所学知识，进行应用系统设计，强调学生实际技能和综合能力的培养，引导学生在系统级上再认识物联网的架构及关键技术，培养其程序设计与实现、算法设计与分析、物联网系统三大专业基本能力，提高学生在物联网系统设计和开发应用方面具有较强的创新意识和一定的创新能力。

课程目标中涵盖了对学生创新能力的培养，基本符合新工科建设的要求，在具体实施中，需要在培养方式、实践具体内容、教学质量评价等方面进一步细化，以贴合新工科建设的需要。

三、课程改革

基于新工科建设内容及课程目标的分析，我们拟围绕课程目标，从企业导向、环境支持、内容设计、课程思政、效果反馈五个方面进行课程改革，如图1所示：

企业导向：物联网专业的社会用人需求极大，高校在物联网工程专业的建设上应当契合社会的需求[5]，以企业需求为导向进行建设，梳理总结企业需求中涉及到的技术，映射到物联网工程实践课程设计的具体内容中。除了课设内容，企业导向也应当映射到物联网实践教学的师资力量培养，通过参与产学研协同育人计划项目，切实提高教师水平，为课设的顺利进行提供基础。

内容设计：选取典型物联网应用场景，例如，目前广为熟知的物联网应用包括智能家居、智能物流、共享单车、实时路况等，其中涉及到低功耗广域网、卫星定位、二维码技术、RFID、无线数据采集、无线数据传输、云路口摄像头检测、大数据挖掘、云存储等技术。课设内容可以在覆盖大部分技术的基础上进行凝练剪裁，在综合实践课程中进行架构实现。除此之外，系统安全问题也是社会关注的焦点，在课设内容中融入安全要素。物联网发展日新月异，同时出于培养学生创新能力的考虑，课设的应用系统不唯一，应当根据物联网专业的发展和社会对物联网人才需求的动态变化，或者尽最大可能满足学生的创意进行灵活调整、扩展和升级。

除了技术层面的培养，团队合作、沟通表达也是本课程的培养目标之一，因此，课设内容可以加入答辩环节，让学生走上讲台，调动学生学习的积极性与主动性，通过对课设内容的总结与陈述，也有利于学生对课程内容的反刍，培养学生的思考学习能力。

环境支持：基于课设内容设计，需对环境支持进行建设，从系统及软件开发、硬件支持等方面为课设顺利开展奠定基础。如前所述，典型物联网应用系统中涉及到了低功耗广域网、卫星定位、二维码技术、RFID、无线数据采集、无线数据传输、路口摄像头检测、大数据挖掘、云存储、应用程序开发等技术，因此，课设需要提供常用的软件开发平台，如Visual C++，Java，Python等。在硬件支持方面，课设可提供完备的硬件设备以满足基本技术层面功能以及学生创新性应用功能的需求。无线数据采集涉及到RFID高频卡、读卡器、各类传感器节点、网络摄像头等;无线数据传输可涉及藍牙网络组件、低功耗WIFI网络组件、网络摄像头等;卫星定位技术涉及到GPS定位模块等;程序开发则包括了用户界面设计、数据通信、协议解析、数据处理算法实现等;云存储则可以借用已有的物联网平台，如表1所示：

课程思政：三全育人，即全员育人、全程育人、全方位育人，是中共中央、国务院在《关于加强和改进新形势下高校思想政治工作的意见》中提出的，是对当下和长远育人的综合思路。以此为指导，高校应当把立德树人作为根本任务，将思想价值引领贯穿到教育教学的各个环节。物联网工程实践课程设计是重要的实践课程，需要深入挖掘思政元素，助力教书育人、实践育人。

本门课程的课程思政育人目标可以围绕爱国主义教育、职业道德修养、人生价值观等来展开。物联网应用在我国开展范围广，影响大，走在了世界前列，中国物联网相关的企业在世界范围内也声名鹊起。在教学设计中，可以结合物联网应用系统的发展情况与爱国主义教育、和热点新闻相结合。科技向来是把双刃剑，物联网系统更是如此，因此，需要对学生进行潜在的职业道德修养引领，让学生意识到良好职业素养的必要性。此外，物联网系统的实现需要学生具有严谨的科学态度，课设分组进行可以培养学生的团队合作精神，在硬件、软件调试过程中对实际问题的解决，都可以培养学生勇于实践、直面挫折的人生价值观。

效果反馈：教学效果反馈是有效教学的重要环节，对如何改进教学活动具有重要的指导作用[6]，有助于形成教育环节的闭环。效果反馈可以分为学生反馈与用人单位反馈两类。学生是课程的主体，因此，学生的教学反馈是最直接，也最有效的。通过在课程中、课设验收结束后分别对学生展开问卷调查，可形成对本门课程的学生短时反馈;学生毕业后走上工作岗位之后，会对课程有更多的体会，因此，可以再次回访，形成学生长效反馈;用人单位在更高层面会对学生的整体素养形成用人单位反馈，这也将对本门课程的教学活动提供指导。

四、结论

综上所述，新工科建设对物联网工程实践课程设计的教学提供了方向指引，本文分析了课程目标与新工科建设的需求，并提出了课程改革思路，为本门课程的进一步课程建设提供了建议，对物联网工程专业的建设也具有一定的积极作用。

参考文献

[1]郭建民.5G在物联网中的作用和对新技术的需求[J].无线通信与移动互联网安全，2020（3）：74-75.

[2]闫文娟.基于岗位需求的《物联网工程》课程建设思考[J].现代职业教育，2018（11）：46.

[3]教育部办公厅.教育部办公厅关于公布首批“新工科”研究与实践项目的通过[EB/OL].（2018-03-01）[2019-01-16].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201803/t20180329_331767.html.

[4]教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知[DB/OL].中国大学教育，2017-03-01.

[5]李翔宇，曾燕清，陈志德.基于岗位需求的物联网工程专业实训教学体系建设思考[J].福建电脑，2016（9）：36-37.

[6]王荷芳，孔德明.仪器分析课程有效教学之有效测评及反馈[J].大学化学，2020（1）.