应用型物联网工程本科专业实践教学体系探索

刘德兵，张晶晶，刘金羽，黄建清，刘永娜

（海南大学 应用科技学院，海南 儋州 571737）

物联网技术是指通过传感与标识设备获得信息，按约定的协议进行信息传输，形成信息通信网络，结合云平台和手机APP 等可视化设计，实现物体智能识别、定位、跟踪和监管等功能，是信息科技产业的第三次革命[1]。我国在“十二五”期间就提出要大力发展物联网技术，“十三五”后物联网上升为国家发展战略，成为国家战略性新兴产业之一[2]。近十几年，物联网等新兴产业高层次人才需求一直很旺盛。为适应社会对物联网工程专业的人才需求，国家自2010 年开设物联网工程专业以来，全国已有400 多所院校开设了这一专业。随着高等教育的不断发展，特别是在国家大力倡导新工科、大力培养战略人才的情况下，对培养具有创新精神的物联网工程专业人才提出了更高的要求[3]。作为实践性特别强的物联网工程专业来说，实践教学开展质量的高低，直接关系着培养的学生能否适应新形势下市场的挑选。怎样根据专业特点结合各自的实际情况，强化物联网工程专业的实践教学，培养适合行业需求的新工科人才，具有很强的现实意义[4]。

一、实践教学对物联网工程专业的意义

近年来，我国工业和经济的快速发展，得益于我国工程教育的快速发展，为我国的工业发展培养了大批人才。2010 年，教育部在全国实施了“卓越工程师教育培养计划”，旨在推动培养创新能力强、适应社会经济发展的高质量工程人才。2017 年，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》，鼓励全国各高校开展新工科的研究与实践，培养适应新兴产业发展和国际竞争的高素质工科人才。无论是推进卓越工程师的培养还是不断加强新工科的建设，都强调实践能力的训练[5]。

物联网工程专业同时具有学科交叉性强及实践性强的特点，涉及标识与传感器技术、通信技术及计算机技术，是理论与实践并重的新兴学科专业。物联网技术的应用范围十分广泛，从生态监测到智慧家居、校园和城市，再到智慧农业、交通和物流等各个领域，而物联网在各个领域的应用不仅需要开发人员具有坚实的物联网理论基础，还应拥有良好的工程实践能力。对于物联网工程专业，特别是应用型的物联网工程专业的教学来说，加强工程实践能力的训练和提高无疑是确保培养质量的重要保证[6]。因此，无论是从当今相关行业对物联网工程应用型人才的需求，还是从工科人才培养的改革与发展趋势来看，物联网工程专业人才的培养都必须要进一步强化实践教学，促进物联网工程专业人才由知识型培养到知识技能型培养的重要转变，以培养素质更高、适应性更强的物联网工程专业人才[7]。

二、物联网工程专业实践教学现状

物联网工程是具有较强的交叉性、综合性的专业，它不仅涉及要加强多学科理论知识的学习，而且与综合性的实践技能还密切相关。我国虽已办学10 余年，但对于培养目标、模式依旧在探索，目前大部分还是沿用传统的理工科培养模式，人才培养与人才需求相脱节。关于该专业在实践教学方面存在的问题主要有以下几方面。

（一）培养方案特色不鲜明

物联网工程专业作为一个新兴专业，与科技的发展结合十分紧密，但因办学时间还不够长，实际的培养经验各高校都相对缺乏，往往是根据所在高校原来专业的背景来进行培养方案的调整，突破性不大且特色不鲜明，特别是一些高校由于实践教学条件的实际限制，往往理论内容相对较多，综合性、实践性应用偏少，针对性也较弱，导致应用型本科院校的部分学生学习有一些困难，或者即使学了但却又远落后于实际，学生还未“出门”就已落后于社会。对于教育部重点强调的新工科要求及工匠精神的实际需要，在培养方案中缺少具体的体现，进而影响到学生“职业精神、钻研精神、服务精神”的培养。

（二）实践教学环节缺乏整体性、系统性的规划

培养方案未能根据专业需求进行及时调整，特别是在实践教学方面，未能及时调整比重。有些学校虽加强了实践教学的比重，但因教师往往还是原来从其他相近专业转型过来的教师，因长期的教学惯性等原因未及时作出调整，“重理论、轻实践”的观念依然不同程度地存在，这些教师往往习惯性地过多去强调专业理论知识学习，在实际的教学过程中缺乏对学生实践能力提升的设计，导致学生动手能力的锻炼与提升不足[8]。

（三）实践教学体系更新不足

从目前来看，诸多学校的实践教学依旧沿用以往的“课内实验+课内实习+校外实习+毕业设计”的模式，各个实践教学环节虽都具备，但各个环节之间相对独立而缺乏统一的管理和协调，不利于促进学生完整知识体系的形成。另外，不少学校因师资、实践条件等限制，仍然以理论教学为主，课程实验为辅，实践教学仍停留在演示性、验证性实验上，综合性、设计性实验数量过少，学生的自主性学习、探索性学习不够，学生的创新素养和工程实践能力未能得到有效练成。

另外，有些高校的实践教学训练环节安排与实际行业应用相脱节，工程能力训练也明显不足，主要原因是现有的物联网工程相关的实践教学环节依旧沿用以往过渡专业的方式，学生依旧被动地按照原来的实验指导书进行操作，通过训练虽然能够实现学生对具体知识点的理解及基础操作技术的掌握，但对学生主观能动性及创新性的调动性却不够；传统的实践教学模式带来的另外一个不良后果就是现有的知识训练环节设置导致了实际应用项目的整体性与多种知识应用的关联性相割裂，未能密切对接行业的应用环境，学生的工程化程度训练也明显不足，对信息技术的整体认知程度亦不高，进而影响学生对相对复杂工程解决能力的训练及培养。

（四）实践教学条件参差不齐

一方面，校内缺乏与行业发展相适应的物联网工程实践教学平台，主要是因为现有的实践教学平台大部分是原有计算机专业、电子相关专业的实践教学平台的简单扩展，专业型的物联网工程实践教学平台开发明显不足，不利于学生物联网专业素养的提升；另一方面，由于该行业的实际，学生在校外实习基地的实习往往停留在对生产过程的观摩，学生在实习期间得不到有效的指导和缺乏实际的操作实践，生产实习未能达到预期效果。

（五）双师型师资不足

物联网工程专业为新型专业，工程实战经验丰富的技术人员在市场上的就业状况很好，因薪水等问题而不愿意从事教师行业；愿意从事教师行业的人员大部分缺乏系统工程实践背景，导致在实践教学过程中存在“本领恐慌”等问题。

（六）课程考核方法有待调整

传统的学分构成和课程考核方法，不利于学生对工程实践能力和创新能力的提升。现有的学分构成除常规的实验和实习外，理论课程占据了学分的主体部分，考试成绩仍是学分高低的决定性因素，长此以往，这样的导向只会“引导”学生重理论轻实践。物联网工程专业在实际应用过程中往往是多学科交叉运用才能解决复杂的工程问题，因此，只有加大实践能力在学生整体评价中的比重，学生在学习过程中才会重视实践能力的锻炼[9]。

结合当前物联网工程专业的办学实际，针对目前实践教学中普遍存在的问题，积极探索面向创新型、交叉型和集成型的物联网工程专业的实践教学体系方案，对培养兼具创新能力和实践技能的应用型物联网人才具有重要意义。

三、实践教学体系的探索

目前，国内绝大部分高校物联网工程专业以OBE（Outcome Based Education）的理念来进行专业培养方案顶层设计，辅以国际工程教育的《华盛顿协议》认证体系为指导，构建本专业的理论课程体系和实践教学体系。该专业的培养目标一般是根据社会需求、物联网行业产业发展要求、学校专业定位及实际情况来制定，然后在此基础上以中国工程教育认证通用标准及专业标准来制定毕业条件，最后形成该专业的课程体系和实践体系，以实现专业培养目标的有效达成[10]。

（一）完善实践教学组织机构，加强实践教学考核

作为工程类专业，实践教学的重要性毋庸置疑，然而实践教学效果的实现，离不开实践性教学组织机构的完善。建立由院、系、教研室有实践经验的教师组成的领导小组，组织领导全院的实践教学活动，如组织编写并且审批各类指导书、检查实践教学进展情况、督促实践教学的整改等，以切实加强实践教学过程的管理。

加强过程管理的一个重要手段就是加强实践教学的考核，以衡量实践教学效果的好坏，进而才能进行有针对性的整改。实践教学的考核可以分为两个方面，一个方面是对教师教学情况的考核，与老师的薪酬、评奖评优等挂钩，让老师自己重视实践教学质量的提高；另一个方面是教师要加强对学生实践学习效果的考核，依据学生出勤情况、实验报告质量、实验产品质量和实习总结等材料，对学生的学习成绩给出客观、公正的评价，让学生获得成就感、获得感。

（二）推进累进式实践教学体系

实践教学是理论教学学习效果的有益延伸和补充，在应用型工科人才培养中的重要作用毋庸置疑。根据物联网工程专业培养方案中实践教学内容的顺序安排，学生依次逐步完成各种实验任务，学生的动手能力及创新思维也不断地在分析问题和解决问题的过程中得到训练和提升。根据学校的教务规定，在不调整整体学分数的前提下，各专业在学制年限内可根据往届毕业生的就业信息反馈，对专业培养方案进行微调和完善，以更好地适应就业需求。据此，学院在经过多次调整和完善后，逐渐形成了以课程实验、开放性实验为基础，以课程设计、学科竞赛和创客空间为拓展，以毕业设计、生产实习为综合能力提升的累进式专业实践教学体系，学生的动手能力及创新思维得到逐步的训练和提升（见表1）。

表1 物联网工程专业累进式实践体系

物联网工程专业实践教学体系构建的基础是专业规范和知识要求，方式是累进式培养，核心是利于学生专业素养的培养。在基础实践教学中，既包括电工电子、计算机和通信网络等方面的训练，也包括物联网的相关内容如物联网的基本理论、信息处理、体系结构、系统软硬件开发、系统集成及数据传输与安全技术等方面的学习，通过课程对应的开放性实验提高和补充学生的操作技能。在累进式培养方面，通过课程实验、开放性实验、课程设计、创客空间、学科竞赛、生产实习与项目管理等环节的综合性、拓展性训练，逐步培养学生的物联网工程专业素养[11]。

（三）实施多课程协同的实践授课体系

物联网工程专业为多学科交叉专业，其学习内容涉及计算机科学与技术、通信工程、电子科学与技术等多个专业。物联网工程专业学生需要同时学习信息的获取、传输和处理课程，主要包括C 语言程序设计、数据结构、数据库原理及应用、计算机组成原理、嵌入式系统与设计、操作系统、Java 程序设计、Android 应用开发、Web开发技术、计算机网络、物联网通信技术、RFID 原理及应用、射频识别原理及应用、传感器原理及应用和无线传感网技术及应用等课程，内容繁杂且困难[10]；老师授课时也容易沿用原来其所在专业的课程内容和授课方式，未能针对物联网工程专业进行专门的设计及融合，即使学生学完了也很难融会贯通。鉴于此，在已有培养方案的指导下，充分考虑专业特点及市场需求，通过教学大纲的反复修订来实现物联网工程专业课程体系的顶层设计，讲与学相促相长，课程间能有机联系，专业间融合充分，学生的工程化思维及知识点综合运用能力更加强化，物联网工程专业的专业特点也更加凸显。

在总课时不变的前提下，为加强实践教学，进行了学时分配的优化及教学模式的调整。以省级“金课”及校级“金课”建设为契机，对于已立项的建设“金课”进行学时分配优化及教学模式的调整，鼓励教师开设慕课、开设虚拟仿真实验，充分利用雨课堂、智慧树和超星等网上平台，以灵活上课形式；同时，增设对应的课外实训课程，延长学生学习时间。通过线上线下混合教学模式的开展，不仅实现了学时分配的优化，又保证了各科教学的效果。

（四）建立健全教产协同育人平台

教产协同可以有效地促进应用型工程人才培养质量的提升。作为培养应用型人才的地方高校，实习实践条件往往有限，因此，学生实践能力的培养与进一步提升离不开行业关联企业的大力支持。一方面，学校应积极寻求适合自己情况的物联网工程专业的校外实习实践基地，采用互利互惠的模式形成校企合作的长效运行机制，将学生在企业的专业实习、毕业实习、毕业设计及企业教师兼职授课等纳入日常实践教学；同时，积极加强与企业的沟通，通过企业来了解市场对人才的需求；另外，鉴于企业对市场变化的高度敏感性，积极邀请企业人员参与物联网工程专业人才培养方案的修订，让学生在学校所学的知识体系及实践能力与当前行业需求高度吻合，以确保培养的学生“适销对路”。另一方面，与企业联合建设实践教学项目平台，充分利用企业的资金、技术优势及学校的人力优势，让平台一落地就能快速产生效益，并切实提高学生的动手实践能力。

（五）完善以赛促学的实践训练模式

随着学产的进一步融合，物联网工程专业的大学生学科竞赛主题设置往往以当前的研究热点和技术前沿为中心，竞赛内容兼具有竞技性与激励性，学生的学习兴趣得到充分调动，通过完成学科竞赛使自身的工程实践能力和开拓创新思维得到有效提升[12]。学院事先筛选出适合物联网工程专业学生参与的学科竞赛，采用专业技能考核的方式选拔学生组队参赛，同时，学科竞赛指导教师积极带领学生利用业余时间进入专业实验室，反复改进、提高，学生的实际动手能力和解决问题的工程能力得到快速提高。通过参加国内各种专业的学科竞赛、行业技能竞赛来使实践教学逐步深化；学院创造一切条件来为学生的创新创业训练提供服务，激发学生的专业学习兴趣，提高学生的工程实践能力；专业课教师通过指导学科竞赛，熟悉了行业最前沿，倒逼进一步进行教学内容的改革和创新，以进一步促进工程实践能力强的应用型人才的培养。

（六）课程思政化的全覆盖

课程思政是近年来的新要求，是实现“三全育人”的重要抓手。物联网工程专业也不例外，不仅仅要培养学生的专业技能，也更要将学生的德育工作“润物细无声”[13]。对标教育部的要求，通过在课程里融入“中国新冠肺炎防控效果”“中国大国重器系列纪录片”“中国科技卡脖子”等内容，在近两年内实现了专业课程思政化的全覆盖，不仅丰富了教学内容，更激发了学生学习科技、科技救国的内生动力，学习效果明显优于以往。

四、结束语

物联网工程专业是一个新兴的交叉性、复合型的专业，它具有学科交叉融合、系统集成性强和工程实践性强等特点。我校自2010 年物联网工程专业招生以来，已有10 余年的办学历程，经过不断探索，通过不断优化课程体系、强化实践教学、改善实践条件、开展学科竞赛等综合举措，学生的工程实操能力得到了明显提升，创新精神和团队意识明显提高，近三年的高就业率及高质量就业就是最好的证明。物联网工程作为一个新专业，实践教学体系仍将需不断地调整和完善，以为国家培养更多的高素质的应用型物联网工程技术人才。