工程教育认证下物联网工程专业实践教学体系构建与实践

陈芬 章联军 王晓东 金明 周宇

[关键词]工程教育认证;物联网工程专业;实践教学体系;评价机制;课程目标

一、引言

目前，利用好物联网技术已成为世界各国主要科技发展战略之一。我国工信部《物联网发展规划》明确指出：“十三五”时期，我国经济发展进入新常态，促进物联网、大数据等新技术、新业态广泛应用，培育壮大新动能成为国家战略。

物联网工程专业（也称物联网专业）是国家针对新一代信息通信技术的发展而设立的战略性新兴专业。2011年，教育部计算机教指委颁布了物联网工程专业的《专业规范》和《实践教学体系与规范》，以便指导高校物联网工程专業的办学定位和专业建设。加强物联网工程专业建设、实践教学改革以及物联网核心技术及其典型应用研发已成为相关高校和相关企业关注的新方向。

我国于2016年6月成为《华盛顿协议》正式成员，高等教育将以此为契机，进一步走向世界并真正与国际接轨。目前，我国高校将开展工程教育认证作为专业建设的首要任务，这是继本科教学评估和质量工程之后的又一重要任务。《工程教育专业认证标准》要求课程体系设置时工程实践与毕业设计约占总学分的25%。

宁波大学是一所新兴地方综合性大学，其物联网工程专业于2014年开始招生，但早在2009年就开始探索物联网应用人才的培养，分别在学科优势较明显的通信工程、电子信息科学与技术这两个专业的课程体系中设置了“传感网络技术”和“物联网传感技术”方向模块。课题组成员近年来在分析物联网工程专业自身特点的基础上，开展了基于工程教育认证的物联网工程专业实践教学体系设计与构建，探索了面向毕业要求能力达成的实践教学体系的组织与实施。

二、物联网工程专业的特点

物联网工程专业是多学科交叉融合的新兴专业。本专业具有新技术不断涌现、知识结构复杂、综合性强和学科跨度大等特点，涉及电子科学与技术、计算机科学与技术、信息与通信工程、控制科学与工程等多个学科领域，是互联网、移动通信网和传感网等技术综合应用的产物。目前，物联网产业涵盖广泛且边界难以界定，虽然物联网工程专业已被纳入计算机学科，但各高校课程体系中“合而不融”的问题还较为突出。

物联网工程专业是应用驱动教学、系统集成性强的专业。物联网属于发展中的集成创新技术，它侧重于数据的全生命周期，强调数据在整个物联网系统中的闭环流转，因此，系统集成与应用服务是物联网系统设计开发和部署实施的重点考虑因素。本专业应加强顶层设计，利用已有学科优势和资源，挖掘新的教学增长点，确保专业建设与产业经济的有效对接。

物联网工程专业具有创新性、工程实践性强的特点。物联网以互联网为依托，呈现出明显的创新性需求。《工程教育专业认证标准》强调了“复杂工程问题”和“创新意识”。因此，本专业应加强校企合作、加大实践实习学分比例，并根据物联网产业发展最新动态实时更新实践项目和实验内容，强化企业工程师在课程设计中、企业导师在毕业设计中的引领作用。

三、物联网工程专业实践教学体系的构建

（一）构建思路

物联网工程专业基于OBE（outcome—based eduea—tion，成果导向教育）理念进行顶层设计，以国际工程教育《华盛顿协议》认证体系为指导，构建支撑毕业要求能力达成的物联网工程专业课程体系和实践体系，如图1所示。课题组根据国家与社会需求、物联网行业产业发展要求、学校定位和专业特色，制定出与之相适应的专业“培养目标”;在此基础上，设计出从广度、深度上覆盖中国工程教育认证通用标准及专业补充标准要求的12项“毕业要求”;最后构建出支撑毕业要求能力达成的物联网工程专业“课程体系”和“实践体系”，并通过具体的“课程教学”和“实践教学”实施以及相应的“考核评价”，确保课程目标的达成，从而支撑各项“毕业要求能力”的达成，最终实现专业“培养目标”的有效达成。

（二）构建依据

物联网工程专业实践教学体系构建依据具体包括专业规范和知识要求、专业能力递进式培养要求、专业素质培养要求，其中专业能力培养要求是核心依据。

依据1：专业规范和知识要求。分为专业学科基础知识要求和专业核心知识要求。前者主要指电工电子、计算机、自动控制和通信网络等方面的知识要求，后者包括物联网基本理论，物联网信息处理，物联网体系结构、数据传输与安全技术，物联网系统软硬件开发、系统集成等方面的知识要求，学校可结合自身情况在某一方面有所侧重。

依据2：专业能力递进式培养要求。包括专业基本能力、专业系统能力和专业拓展能力的培养要求。（1）专业基本能力是指计算思维能力、算法设计与分析能力以及程序设计与实现能力等计算机大类专业的基本技能嘲。（2）专业系统能力又可细分为以下能力：系统认知物联网软硬件基本系统的构成、网络系统架构和系统性能等的能力;系统设计能力，定义物联网应用系统需求，设计智能系统、应用程序、人机友好设备、云存储方案、业务解决方案等;系统开发能力，制定物联网应用系统规划，配置网络计算环境等，实现物联网传输层软件、智能系统、实验分析等;系统应用能力，管理和维护物联网应用系统，管理高级别安全要求项目、资源升级调度与预算、通信与传输资源、移动计算资源，物联网系统商业模式设计与实施等。（3）专业拓展能力是指项目管理能力、创新创业能力，以及学校根据人才培养特色和优势学科资源培养拔尖型特色人才的专业能力等。

依据3：专业素质培养要求。物联网工程专业素质主要是指物联网应用系统设计、项目管理、工程沟通和工程商务等工程素质，具体包括技术交流与培训、系统咨询、应用项目需求分析、应用系统集成、应用系统上线实施和投资回报率（ROI）分析等。

（三）体系构成

课题组以物联网工程专业培养目标定位和市场人才需求为导向，以计算机大学科平台为基础，重点突出“技术高度集成、学科复杂交叉、实践创新性强”，尤其是“面向具体工程应用领域”等专业特点，有效梳理并整合计算机、通信、电子、自动控制等学科知识体系，从递进式培养学生的专业能力、创新意识和工程素养出发，构建出“四层次、五模块”物联网工程专业实践教学体系。

层次一：专业认知实践模块。培养学生的专业基本认知和专业知识的初步应用能力，包括认识实习、金工实习、学科基础类实验和专业核心课程实验等环节，其中学科基础实验是指计算机学科基础，比如高级语言程序设计C、计算机网络、数据结构与算法等课程实验，专业核心课程实验是指电路电子、RFID原理及应用、物联网体系结构、物联网通信与控制等课程实验。

层次二：项目系统设计模块。对学生的专业能力进行系统性训练，包括综合类课程设计（物联网系统集成/物联网信息安全等设计类课程）、项目系统类设计和顶点课程等环节。本层次重点培养学生从“系统级”层面进阶式认知物联网，并从应用系统需求分析、总体方案设计、系统集成和系统测试等方面培养其系统集成与工程创新能力。同时，还应加强校企深度合作，借助企业真实项目案例，让学生体验系统项目的完整生命周期，并融入团队与交流、环境与可持续发展、工程与社会等毕业能力的培养。

层次三：毕业设计和毕业实习模块。对学生的专业能力进行综合检验，培养学生的物联网应用系统设计与实施能力。本层次应充分吸引物联网产业链各环节的领先企业专家参与到毕业实践教学环节中。毕业设计最好采用“校内企业双导师制”，其课题尽量来自企业应用项目或教师产学研项目，严把课题专业相关度和工程应用性。对于毕业实习，可探索适合专业特色的“校企共育方案”、校外实践基地建设等，重点培养学生职业规范、沟通交流技巧、理解并识别工程项目管理和经济决策方法，以及解决物联网复杂工程问题等毕业能力。

层次四：第二课堂实践模块。对拔尖型人才进行专业能力的个性化培养，强化其专业知识深度应用能力、创新创业能力和项目管理能力的培养。可结合学校学科资源优势，创建“项目化竞赛式实践训练平台”“产学研实践基地”等课外实践平台，以拓展开放实验、学科竞赛和创新创业等第二课堂，从而强化特色人才实践创新能力的培养。

四、物联网工程专业实践教学体系的组织与实施

课题组以宁波大学物联网工程专业为例，基于OBE理念，结合工程教育改革要求与学校特色，在所构建的实践教学体系框架下开展了面向毕业要求能力达成的实践教学体系的组织与实施。

（一）专业培养目标

课题组根据2018年教育部公开发布的《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》，在分析物联网产业经济发展需求的基础上，结合学校人才培养定位、专业办学资源条件以及毕业生就业预期和主要竞争优势等，制定了本专业的培养目标：培养具备良好工程素质，掌握数学与自然科学基础知识以及物联网基础理论和专业知识，具有较强的工程实践能力、团队合作能力和专业表达能力，具有国际视野和创新意识，适应可持续的职业发展需要，能够在物联网及相关领域胜任研究、开发和管理工作的工程技术高级专门人才及行业骨干。

（二）实践课程对毕业要求的支撑

课题组根据所构建的物联网工程专业实践教学体系，结合宁波大学的专业培养目标，将实践教学具体落实到物联网工程认识实习、综合类课程设计、项目系统类设计工程实践等8类实践环节中并加以组织实施，如表1所示。

通过分析可知，传统实践教学对非技术类毕业能力的支撑度较低，本专业增设了项目系统类设计工程实践、顶点课程等实践环节，强化了实践课程对毕业要求6至12非技术类指标点的支撑。课题组通过毕业要求指标点的分解和各实践课程的支撑情况，制定出实践课程教学大纲，分别设计各课程目标的预期学习成果（ILO）及其相对权重，课程结束后通过考核评价课程目标各ILO的达成情况，继而评价实践课程体系对毕业要求能力的支撑度。表1阐述了各实践环节的课程目标与能力要求、所支撑毕业要求指标点、是否有企业参与教学、课程考核与成绩评定方法等。

（三）实践课程目标达成的评价机制

实践课程目标达成评价环节主要包括实践课程的基本教学要求达成评价（任课教师）、教学要求达成评价（课程负责人）、考核合理性评价（系主任）和毕业要求达成评价（院教学督导组等）。评价机制包含评价环节，质量要求的要点，评价机构和责任人，评价基于的基本数据，评价周期、结果与相应的改进措施，形成的相关文档，如表2所示。

（四）实践教学过程质量监控与评价机制

本专业建立了良好的校内实践教学过程质量监控与评价机制。实践教学过程质量监控分为学校、学院和专业三个层面，并设有学校本科教学督导委员会和学院本科教学督导委员会，分别进行实践教学各环节的监督督导以及进入实验课堂现场听课看课等。采用实践课程目标达成度评价考核相应指标点的达成度，从而支撑毕业要求的达成;通过实践教学过程质量监控与评价促进实践教学质量的提高，从而确保毕业能力的达成。

本专业建立了有效的毕业生及高教系统外的社会对实践教学的跟踪反馈与评价机制。按照既定的周期对物联网行业专家、用人单位、校企合作单位、毕业生等开展问卷调查、座谈会与走访调研，其反馈结果要定性或定量地做出相应毕业要求“达成”或“未达成”的结论，并将来自各方的评价结果和改进建议用于学生指导、毕业要求修订、实践体系设置、师资队伍建设、实验条件支持等方面的持续改进，以提高专业的实践教学水平和人才培养质量。

五、结束语

物联网工程专业是一个新兴的复合型专业，它具有多学科交叉融合、系统集成性强、由应用创新驱动教学以及工程实践性强等特点。本文基于OBE理念进行顶层设计，以国际工程教育《华盛顿协议》认证体系为指导，以物联网专业规范和知识要求、专业能力要求、专业素质要求为主要设计依据，构建了支撑毕业要求能力达成的“四层次、五模块”物联网工程专业实践教学体系。同时以宁波大学的物联网工程專业为例，开展了所构建实践教学体系的具体组织与实施，明确了核心实践课程对毕业要求的支撑关系，探索了实践课程目标达成评价机制、校内实践教学过程质量监控与评价机制，以及毕业生及高教系统外的社会对实践教学的跟踪反馈与评价机制，为国内外同类高校物联网相关专业的实验实践教学提供参考与借鉴。