于蕾+李軍懷+王懷軍+周紅芳

摘 要：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷推廣和應(yīng)用，社會(huì)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才的培養(yǎng)提出了許多要求。文章對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)方式進(jìn)行研究，介紹該專業(yè)學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)組成要素及要求，并就如何開展創(chuàng)新能力培養(yǎng)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；創(chuàng)新能力；培養(yǎng)方式

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后另一個(gè)來勢(shì)迅猛的信息科技新浪潮，尤其是IBM于2008年提出的“智慧地球”和2009年溫家寶總理提出的“感知中國(guó)”概念為這一新興科技提供了更大的推動(dòng)力，得到世界各國(guó)的日益重視。2010年9月，國(guó)務(wù)院正式確定了七大戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，以“傳感網(wǎng)”和“物聯(lián)網(wǎng)”為代表的信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成為國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)——“新一代信息技術(shù)”的關(guān)鍵支撐。2015年“互聯(lián)網(wǎng)+”概念受到廣泛關(guān)注，其中物聯(lián)網(wǎng)是其重要的支撐技術(shù)之一。

教育部為滿足國(guó)家對(duì)這一戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)的需求，自2010年以來在150多所高校批準(zhǔn)設(shè)立物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)作為一個(gè)全新的學(xué)科，其理論體系尚未健全，各高校物聯(lián)網(wǎng)學(xué)科建設(shè)和課程還在逐步發(fā)展和完善之中。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的特殊性和對(duì)復(fù)合知識(shí)的培養(yǎng)需要建立相應(yīng)的課程培養(yǎng)和實(shí)踐體系，使得學(xué)生能夠更有針對(duì)性地完成對(duì)物聯(lián)網(wǎng)各個(gè)知識(shí)體系的總體性把握和綜合創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，以適應(yīng)國(guó)家對(duì)高素質(zhì)人才的需求[1-2]。

1 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)與課程體系

1.1 人才培養(yǎng)目標(biāo)與要求

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是典型的交叉學(xué)科，涉及計(jì)算機(jī)、電子、控制、通信等多學(xué)科領(lǐng)域，并廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。因此，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才必須具備扎實(shí)的基礎(chǔ)理論、寬泛的知識(shí)面、較強(qiáng)的實(shí)踐能力，并在信息感知、網(wǎng)絡(luò)通信、行業(yè)應(yīng)用方面能力突出，才能符合新世紀(jì)物聯(lián)網(wǎng)工程產(chǎn)業(yè)發(fā)展要求。這就要求在人才培養(yǎng)時(shí)，在塑造學(xué)生學(xué)術(shù)道德、職業(yè)道德、團(tuán)隊(duì)精神和創(chuàng)新精神的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化傳感技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能信息處理等基礎(chǔ)理論；深化傳感層、傳輸層與應(yīng)用層關(guān)鍵設(shè)計(jì)等專門知識(shí)和技能；提高跟蹤新理論、新知識(shí)、新技術(shù)的能力以及創(chuàng)新實(shí)踐能力和從事科學(xué)研究的能力[3-4]。

1.2 專業(yè)體系結(jié)構(gòu)

對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)的組成結(jié)構(gòu)，學(xué)術(shù)界已經(jīng)有一個(gè)共識(shí)，即物聯(lián)網(wǎng)可分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層的主要功能是“感知”信息，即從物理環(huán)境中捕獲數(shù)據(jù)并對(duì)物理對(duì)象進(jìn)行控制，其理論基礎(chǔ)主要涉及電子科學(xué)和控制學(xué)科；網(wǎng)絡(luò)層的主要功能是高效、安全、快速地傳輸數(shù)據(jù)，其理論基礎(chǔ)以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信為依托；應(yīng)用層的主要功能是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為內(nèi)容提供服務(wù)，其實(shí)現(xiàn)技術(shù)主要依靠數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、軟件工程等。據(jù)此，必須從培養(yǎng)應(yīng)用型人才的角度設(shè)計(jì)“物聯(lián)網(wǎng)工程”專業(yè)的課程體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示。該課程體系結(jié)構(gòu)以計(jì)算機(jī)科學(xué)為重點(diǎn)，并融入了電子科學(xué)、控制科學(xué)相關(guān)課程。

2 實(shí)踐能力培養(yǎng)的相關(guān)方法

作者認(rèn)為專業(yè)人才培養(yǎng)方案取決于對(duì)專業(yè)的行業(yè)定位。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)屬于“集成創(chuàng)新型”技術(shù)，因此物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的人才應(yīng)該屬于“工程應(yīng)用型”人才。例如，2016年11月26日作者在中國(guó)三大招聘網(wǎng)站之一“前程無(wú)憂”上搜索“物聯(lián)網(wǎng)”，得到9 996條招聘信息。搜索“物聯(lián)網(wǎng)軟件”，得到了7 111條招聘信息，占比達(dá)到71%。而2017年4月9日再次搜索時(shí)，這兩個(gè)數(shù)字分別變?yōu)榱?2 610和8 720。從市場(chǎng)對(duì)人才的需求上印證了兩點(diǎn)：一是未來一段時(shí)間物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)以網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的產(chǎn)品研發(fā)為主；二是用人單位考核一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)畢業(yè)生時(shí)，更看重的是工程應(yīng)用領(lǐng)域?qū)嶋H工作能力?！肮こ虘?yīng)用型”人才培養(yǎng)，一定要從培養(yǎng)目標(biāo)定位與課程體系的設(shè)計(jì)開始就重視培養(yǎng)適合學(xué)校教學(xué)與科研基礎(chǔ)且有特色性的能力，處理好理論教學(xué)與能力培養(yǎng)之間的關(guān)系，以增強(qiáng)畢業(yè)生今后的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

2.1 多層次實(shí)踐體系的構(gòu)建

在學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)中，需要緊緊圍繞課程體系，構(gòu)建學(xué)生課外培養(yǎng)體系和科技創(chuàng)新能力的實(shí)踐模式。結(jié)合其他成熟專業(yè)的培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)，以課外科技創(chuàng)新活動(dòng)為突破口，建立創(chuàng)新培養(yǎng)的實(shí)踐環(huán)境和平臺(tái)，著力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，打造學(xué)生的就業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。

具體研究和探索分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)系列、驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)系列、探索性實(shí)驗(yàn)系列3個(gè)層次，如圖2所示。其主要的目的分別是奠定扎實(shí)的理論基礎(chǔ)、提高實(shí)際動(dòng)手能力以及提高學(xué)生創(chuàng)新和科研能力。

2.2 創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)方法

圍繞物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的課程體系和實(shí)踐體系，探索在“第一課堂”的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充“第二課堂”實(shí)施能力培養(yǎng)的專項(xiàng)內(nèi)容，以進(jìn)一步提高學(xué)生的綜合能力[5-6]。

1）制訂科學(xué)合理的課外培養(yǎng)方案。

具體的實(shí)踐可以結(jié)合創(chuàng)新學(xué)分探索、制訂多樣化培養(yǎng)內(nèi)容和完備的課外培養(yǎng)體系。課外培養(yǎng)體系主要包括：

（1）科研素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，重點(diǎn)面向少數(shù)成績(jī)好的學(xué)生，在科研活動(dòng)過程中強(qiáng)化學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力和實(shí)踐技能，培養(yǎng)學(xué)生將課本知識(shí)與實(shí)際問題相結(jié)合的能力。在實(shí)踐中通過親自動(dòng)手，培養(yǎng)和提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，如參加教師的科研項(xiàng)目、參加科技講座、進(jìn)行科研專題調(diào)查、發(fā)表學(xué)術(shù)論文、參與科技制作等；結(jié)合學(xué)校相關(guān)創(chuàng)新競(jìng)賽活動(dòng)辦法，制定具體的課外實(shí)踐與創(chuàng)新培養(yǎng)體系，形成完善的實(shí)踐與創(chuàng)新培養(yǎng)體系；從學(xué)生動(dòng)手能力、就業(yè)等方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)，為其提高創(chuàng)新能力提供幫助。

（2）專項(xiàng)能力培養(yǎng)，重點(diǎn)面向有特長(zhǎng)的學(xué)生，利用專業(yè)實(shí)驗(yàn)室和學(xué)院的一些創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，由專門的老師進(jìn)行指導(dǎo)和培訓(xùn)，提高學(xué)生專項(xiàng)知識(shí)能力，引導(dǎo)學(xué)生參加各級(jí)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模、電子設(shè)計(jì)和挑戰(zhàn)杯等大賽。

（3）專業(yè)技能培養(yǎng)，主要面向需要增加就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的學(xué)生，通過引進(jìn)校外培訓(xùn)機(jī)構(gòu)，開展諸如Java、C#、軟件測(cè)試等各種實(shí)踐技能培訓(xùn)，考取專業(yè)技能證書等。

（4）人文素質(zhì)培養(yǎng)，通過選修課、講座以及學(xué)校構(gòu)建的通識(shí)網(wǎng)絡(luò)課程等多種形式，培養(yǎng)計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的文學(xué)素養(yǎng)、藝術(shù)鑒賞能力、語(yǔ)言和文字表達(dá)能力等人文素質(zhì)。

2）搭建有效的課外培養(yǎng)方案實(shí)施平臺(tái)。

在學(xué)院已有實(shí)驗(yàn)室（如網(wǎng)絡(luò)工程、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、嵌入式系統(tǒng)、軟件工程、虛擬現(xiàn)實(shí)、高性能計(jì)算等）的基礎(chǔ)上，建立以“RFID綜合應(yīng)用”“無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)”“嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用”“移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)”和“物聯(lián)網(wǎng)工程”為核心的物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐平臺(tái)。充分利用學(xué)院現(xiàn)有的各類實(shí)驗(yàn)室，為本專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)能力培訓(xùn)提供支撐，為本科畢業(yè)設(shè)計(jì)、物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)和參加國(guó)內(nèi)各類硬件大賽提供基本創(chuàng)新環(huán)境，為實(shí)施課外培養(yǎng)計(jì)劃和學(xué)生科技創(chuàng)新能力的實(shí)踐提供強(qiáng)有力的支撐。

3）充分利用導(dǎo)師制。

為了保證課外培養(yǎng)計(jì)劃的落實(shí)，要充分利用導(dǎo)師制加強(qiáng)學(xué)生和導(dǎo)師之間的溝通，讓學(xué)生參與到老師科研活動(dòng)中，幫助導(dǎo)師完成基本工作，發(fā)揮導(dǎo)師的專業(yè)指導(dǎo)作用，調(diào)動(dòng)廣大師生參與的積極性，為課外培養(yǎng)計(jì)劃的落實(shí)和學(xué)生科技創(chuàng)新能力的實(shí)踐提供保障。

3 物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)案例分析

圖2說明了培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的3個(gè)步驟，即首先奠定扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，再提高實(shí)際動(dòng)手能力，最后提高創(chuàng)新、科研能力。

3.1 奠定扎實(shí)的理論基礎(chǔ)

扎實(shí)的理論基礎(chǔ)是后續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，這些扎實(shí)的理論基礎(chǔ)包括：

（1）能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)用于解決物聯(lián)網(wǎng)工程中的實(shí)際問題。學(xué)生必須掌握必備的工程數(shù)學(xué)知識(shí)，能夠利用數(shù)學(xué)工具完成物聯(lián)網(wǎng)工程的建模、仿真、分析與優(yōu)化。因此，高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論及數(shù)理統(tǒng)計(jì)、離散數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、電路與電子技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生的必修課。

（2）能夠綜合應(yīng)用信息類、通信類、控制類3門學(xué)科的知識(shí)。學(xué)生必須具備扎實(shí)的編程能力，并能將該能力與通信及控制類學(xué)科知識(shí)相結(jié)合。因此，高級(jí)程序語(yǔ)言（包括C語(yǔ)言和Python語(yǔ)言）、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)、算法分析、計(jì)算方法、計(jì)算機(jī)組成原理、微機(jī)原理、軟件工程、信號(hào)與系統(tǒng)都是學(xué)生的必修課。

（3）能夠設(shè)計(jì)針對(duì)復(fù)雜物聯(lián)網(wǎng)工程問題的解決方案，設(shè)計(jì)與開發(fā)滿足特定需求的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。學(xué)生能夠采用面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)建立物聯(lián)網(wǎng)上游的云服務(wù)，能夠建立可變、可回溯的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)感知（中游）過程，能夠建立物聯(lián)網(wǎng)終端（下游）的智能感知與數(shù)據(jù)采集方法。因此，物聯(lián)網(wǎng)概論、數(shù)據(jù)庫(kù)原理、Unix/Linux操作系統(tǒng)分析、網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理、RFID原理及應(yīng)用、傳感與檢測(cè)技術(shù)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議分析、智能感知與定位技術(shù)也都是學(xué)生的必修課。

3.2 提高實(shí)際動(dòng)手能力

所謂動(dòng)手能力實(shí)際包含兩方面的內(nèi)容：解決問題的思路、方法和驗(yàn)證思路、方法是否正確的實(shí)驗(yàn)方案，因此核心課程的實(shí)驗(yàn)安排要緊扣這兩個(gè)主題展開。為了培養(yǎng)學(xué)生工程思維方法，核心課程實(shí)驗(yàn)都以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)作為主線，每個(gè)實(shí)驗(yàn)又以問題作為向?qū)В詫?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，引導(dǎo)學(xué)生建立起解決不同問題的不同思維方法。以RFID原理及應(yīng)用課程的實(shí)驗(yàn)設(shè)置為例，可以說明提高學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力的培養(yǎng)思路。

首先需要明確RFID原理及應(yīng)用課程的目標(biāo)以及在工程實(shí)踐中需要解決的問題（見表1）。

針對(duì)以上目標(biāo)和問題，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中導(dǎo)入一個(gè)應(yīng)用項(xiàng)目——基于RFID技術(shù)的移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，該項(xiàng)目也是教學(xué)團(tuán)隊(duì)曾經(jīng)完成的一項(xiàng)科技公關(guān)項(xiàng)目（核心專業(yè)課的實(shí)驗(yàn)多以老師的科研項(xiàng)目為背景）。通過對(duì)項(xiàng)目的簡(jiǎn)化和分解，每一個(gè)子實(shí)驗(yàn)會(huì)碰到表1中的若干問題，從而實(shí)現(xiàn)以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)、問題為向?qū)У膶?shí)驗(yàn)教學(xué)（見表2）。通過整個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不但掌握了解決常見問題的思路和方法，也鍛煉了使用工具去驗(yàn)證自己思路和方法的能力。

3.3 提高創(chuàng)新科研能力

“第二課堂”是學(xué)生拓展知識(shí)、鍛煉能力、培養(yǎng)創(chuàng)新精神的重要平臺(tái)。該平臺(tái)涵蓋了學(xué)科競(jìng)賽、社會(huì)實(shí)踐、學(xué)術(shù)交流等多個(gè)分支，要想提高學(xué)生的創(chuàng)新科研能力就必須用足、用好這個(gè)平臺(tái)。

首先，在學(xué)科競(jìng)賽方面，為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生精心規(guī)劃了在大學(xué)四年中可以參加的各個(gè)級(jí)別的競(jìng)賽（見表3），并在學(xué)生剛?cè)胄r(shí)進(jìn)行深入地宣講。大一到大四有不同級(jí)別和方向的學(xué)科競(jìng)賽，根據(jù)學(xué)生的能力水平選擇不同類型競(jìng)賽，因材施教，從易到難逐步鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新科研能力。由于學(xué)科競(jìng)賽對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力、解決問題的能力、動(dòng)手能力、工程實(shí)踐能力等有著強(qiáng)有力的促進(jìn)作用，我們的課程實(shí)驗(yàn)設(shè)置也做了相應(yīng)調(diào)整。例如，核心課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容必須以老師的實(shí)際科研項(xiàng)目為背景展開（如3.2中的闡述）；綜合實(shí)驗(yàn)選用歷年競(jìng)賽題目等。

從2012年至2016年我校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生獲得的競(jìng)賽獎(jiǎng)項(xiàng)數(shù)量分別為2項(xiàng)、4項(xiàng)、5項(xiàng)、5項(xiàng)和6項(xiàng)，參與的學(xué)生人數(shù)達(dá)到了32人，平均每年有5人參賽獲獎(jiǎng)。這些參賽獲獎(jiǎng)的學(xué)生也帶動(dòng)了班級(jí)其他同學(xué)的學(xué)習(xí)熱情。

其次，不能參賽的同學(xué)通過社會(huì)實(shí)踐和學(xué)術(shù)交流平臺(tái)也能提高創(chuàng)新科研能力。學(xué)校通過努力，在多家物聯(lián)網(wǎng)高新企業(yè)建立了校外實(shí)習(xí)基地。低年級(jí)學(xué)生通過參觀了解物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)示范基地、物聯(lián)網(wǎng)高新技術(shù)企業(yè)，了解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中的作用；高年級(jí)學(xué)生通過在企業(yè)的實(shí)習(xí)提高自己的動(dòng)手能力和工程實(shí)踐能力。同時(shí)，為了保證社會(huì)實(shí)踐環(huán)節(jié)的質(zhì)量，學(xué)校會(huì)對(duì)學(xué)生的實(shí)踐表現(xiàn)采用打分的方式形成學(xué)生的成績(jī)。

4 結(jié) 語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是為滿足國(guó)家對(duì)新興戰(zhàn)略型人才需求而設(shè)立的新專業(yè)，構(gòu)建科學(xué)合理的創(chuàng)新與實(shí)踐模式是人才培養(yǎng)的重要保證。本文總結(jié)了我們?cè)谖锫?lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)中的一些探索，希望能為該專業(yè)的建設(shè)和改革提供有價(jià)值的參考和借鑒。

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（見習(xí)編輯：景貴英）