朱 軍，熊聰聰，張賢坤

（天津科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息工程學(xué)院，天津 300222）

教育部于2010年批準(zhǔn)設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，截至目前，全國已有150所本科院校開辦了該專業(yè)，預(yù)計(jì)辦學(xué)規(guī)模還將繼續(xù)擴(kuò)大。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是一個(gè)集計(jì)算機(jī)、控制、電子、通信等學(xué)科為一體的寬口徑信息類專業(yè)，不僅理論知識覆蓋面廣，而且與工程實(shí)際密切相關(guān)，該專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生，既要理論功底扎實(shí)，又要有較強(qiáng)的工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力。對于這個(gè)新興專業(yè)，許多高校在建設(shè)過程中，存在著“穿新鞋走舊路”的問題，特別是對實(shí)踐教學(xué)重視不夠，缺乏系統(tǒng)思考與設(shè)計(jì)，在實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置、授課內(nèi)容、實(shí)踐平臺、師資培養(yǎng)和管理制度等多方面沒有形成科學(xué)完善的教學(xué)體系。為此，結(jié)合當(dāng)前高校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)辦學(xué)實(shí)際，積極探索構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)創(chuàng)新型人才實(shí)踐教學(xué)新模式，就成為值得我們研究的重要課題。

一、物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)存在的主要問題

（一）培養(yǎng)方案缺乏規(guī)范性，專業(yè)特色不鮮明

物聯(lián)網(wǎng)工程作為新興專業(yè)，其培養(yǎng)目標(biāo)如何定位、課程體系如何設(shè)置、教學(xué)過程如何開展，國內(nèi)外尚無先例可供借鑒，在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、工程實(shí)踐基地和師資準(zhǔn)備等方面也沒有成熟完善的教學(xué)條件。目前各高校的專業(yè)培養(yǎng)方案參差不齊，課程設(shè)置對基礎(chǔ)性課程、實(shí)驗(yàn)性課程、工程實(shí)訓(xùn)和綜合知識等幾大模塊的架構(gòu)不協(xié)調(diào)，沒有體現(xiàn)出物聯(lián)網(wǎng)工程的綜合性、交叉性與應(yīng)用性特點(diǎn)；課程內(nèi)容之間的銜接與協(xié)調(diào)不緊密，教學(xué)內(nèi)容出現(xiàn)低水平重復(fù)與深淺差異大的缺陷；同時(shí)還缺少公認(rèn)的、適合物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)要求的系列教材，特別是實(shí)踐教學(xué)方面的教材就更少。由于多數(shù)高校沒有去深入研究與真正認(rèn)識物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域工程技術(shù)人才需具備的知識、能力和素質(zhì)，就導(dǎo)致了培養(yǎng)的學(xué)生與其他信息類相關(guān)專業(yè)畢業(yè)生同質(zhì)化。

（二）實(shí)踐教學(xué)比重偏低，教學(xué)模式封閉單一

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才要求精通計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)和傳感等多項(xiàng)信息技術(shù)，而這些專業(yè)技術(shù)的有機(jī)融合與掌握，更多地需要在實(shí)踐教學(xué)中來實(shí)現(xiàn)。目前大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的學(xué)時(shí)比重偏低，通常不到30%，有的甚至只有20%左右，并且在實(shí)際操作中，還存在縮短實(shí)踐學(xué)時(shí)，刪減實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的現(xiàn)象。［1］很多基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)主要是驗(yàn)證性和演示性實(shí)驗(yàn)，程式化的內(nèi)容多，導(dǎo)向性的環(huán)節(jié)少，這種“照書本做實(shí)驗(yàn)，離開書本什么都不會”單一接受式的實(shí)踐教學(xué)模式，忽略了學(xué)生的主體地位與個(gè)性需求，無法增強(qiáng)學(xué)生的參與意識，很大程度上阻礙了學(xué)生創(chuàng)新思維和動(dòng)手能力的養(yǎng)成。

（三）校企合作不緊密，實(shí)習(xí)基地亟待加強(qiáng)

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)，必須面向工程實(shí)際，密切結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，在專業(yè)培養(yǎng)過程中，應(yīng)以工程項(xiàng)目為依托，以工程技術(shù)為主線，使工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)貫穿于實(shí)踐教學(xué)的全過程。然而，長期以來校企合作的主動(dòng)權(quán)并非掌握在高校一邊，更多地取決于企業(yè)的合作態(tài)度，校企之間普遍缺乏有效的溝通機(jī)制，很多校企合作僅僅停留在學(xué)生參觀生產(chǎn)現(xiàn)場的層面上，學(xué)生真正深入企業(yè)、動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會寥寥無幾?，F(xiàn)階段校企雙方尚未找到利益共同點(diǎn)，未能建立互利共贏的合作模式，［2］培養(yǎng)學(xué)生工程素養(yǎng)和創(chuàng)新能力就只能陷入淺嘗輒止的困境中。因此，搭建完備穩(wěn)定的校企實(shí)踐平臺，已成為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中最為薄弱和困難的環(huán)節(jié)。

（四）教師缺乏工程經(jīng)歷，培養(yǎng)過程脫離工程實(shí)際

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)注重培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、工程設(shè)計(jì)能力與工程創(chuàng)新能力。然而，受傳統(tǒng)觀念影響，很多工科高校的教師基本上都是從學(xué)校到學(xué)校，幾乎沒有什么工程背景和實(shí)踐經(jīng)歷，教師往往只懂理論，對企業(yè)的實(shí)際情況缺乏全面的了解，對真實(shí)的工程問題沒有深入接觸。由于經(jīng)歷的局限性，任課教師在課堂教學(xué)中只能以純理論知識講授為主，授課內(nèi)容與教學(xué)方法過于陳舊，無法給學(xué)生提供“工程示范”或“工程引導(dǎo)”，在實(shí)際教學(xué)中難以確保學(xué)生工程意識與素養(yǎng)得到有效提高。

二、物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)開放式實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建與實(shí)施

隨著高校工程教育改革的深入，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教育教學(xué)應(yīng)以“夯實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)、注重工程實(shí)踐、培養(yǎng)創(chuàng)新能力”為目標(biāo)，將傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)從單一指令型封閉模式轉(zhuǎn)變?yōu)楣踩谝龑?dǎo)型開放模式。為此筆者在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合工作實(shí)際和人才培養(yǎng)目標(biāo)，構(gòu)建并實(shí)施“物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)開放式實(shí)踐教學(xué)體系”（如圖1所示），該體系依托保障—運(yùn)行—培養(yǎng)三大平臺，充分注重學(xué)科知識的交叉與學(xué)生工程特質(zhì)的培養(yǎng)，最大限度地提升學(xué)生工程素養(yǎng)與創(chuàng)新能力。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)開放式實(shí)踐教學(xué)體系

（一）建立分層遞進(jìn)的實(shí)驗(yàn)課程體系

物聯(lián)網(wǎng)工程作為新辦專業(yè)，學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及專業(yè)知識體系的認(rèn)識需要一個(gè)漸進(jìn)的過程，并且該專業(yè)具有很強(qiáng)的綜合性和交叉性。為此，專業(yè)實(shí)驗(yàn)課應(yīng)遵循“由淺入深、循序漸進(jìn)”的教學(xué)規(guī)律，開展認(rèn)知實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)與綜合性實(shí)驗(yàn)的分層式實(shí)踐教學(xué)，形成與理論教學(xué)相互協(xié)調(diào)、相互滲透的有機(jī)體系。

認(rèn)知實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)主要核心課程所涉及的技術(shù)對象和應(yīng)用對象有一個(gè)概念性的、感知上的認(rèn)識；驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)側(cè)重利用核心課程中所學(xué)的理論知識，設(shè)計(jì)或優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)部件或功能模塊；設(shè)計(jì)與綜合性實(shí)驗(yàn)立足于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用子系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)與開發(fā)。［3］在保證理論課程所需的原理驗(yàn)證前提下，加大分析性與探索性實(shí)驗(yàn)比重，通過教師啟發(fā)引導(dǎo)，學(xué)生主動(dòng)探究的互動(dòng)式教學(xué)方式，在求索中培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計(jì)能力與項(xiàng)目研發(fā)能力。

（二）多元化的課外實(shí)踐活動(dòng)體系

學(xué)做結(jié)合是克服理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相互脫離的有效手段，多樣化的課外實(shí)踐活動(dòng)是學(xué)做結(jié)合的具體體現(xiàn)，也是課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要補(bǔ)充。鑒于課外實(shí)踐活動(dòng)項(xiàng)目眾多、方式多樣、時(shí)空各異，筆者重點(diǎn)歸納出三大類學(xué)生喜聞樂見的課外實(shí)踐活動(dòng)項(xiàng)目。

1.科技創(chuàng)新活動(dòng)?？萍紕?chuàng)新活動(dòng)主要是指讓學(xué)生結(jié)合本專業(yè)，從興趣出發(fā)，選擇一些科研項(xiàng)目開展訓(xùn)練。為此，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)啟動(dòng)“創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目”、“教師科研招募計(jì)劃”、“課外科技作品立項(xiàng)”等活動(dòng)，旨在吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)他們的參與熱情。在這些立項(xiàng)研究中，學(xué)生有計(jì)劃地完成研究條件準(zhǔn)備、項(xiàng)目設(shè)計(jì)、方案實(shí)施、研究報(bào)告撰寫、成果交流以及科研成果的轉(zhuǎn)化。通過全方位、多渠道、多層次地組織開展科技創(chuàng)新活動(dòng)，逐步訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，增強(qiáng)其專業(yè)拓展能力與工程研究實(shí)施能力，并促使學(xué)生及時(shí)了解物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)最新研究動(dòng)向，有利于下一步選擇自己的研究方向。

2.學(xué)科競賽活動(dòng)。構(gòu)筑系統(tǒng)完善、覆蓋本專業(yè)全體學(xué)生的系列競賽體系，是推動(dòng)科研創(chuàng)新成果與科研創(chuàng)新人才涌現(xiàn)的重要途徑。從一年級開始，有步驟地分層開展針對性強(qiáng)、目標(biāo)明確、體現(xiàn)專業(yè)特色的系列競賽。學(xué)科競賽以工程實(shí)際為背景，涉及內(nèi)容盡可能涵蓋物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)課程知識體系，突出培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。每項(xiàng)課外競賽活動(dòng)的創(chuàng)新作品都是一個(gè)完整的工程性項(xiàng)目，需要多位學(xué)生在教師的指導(dǎo)下創(chuàng)造性地完成。這些競賽不僅需要學(xué)生很好掌握電子電路設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、控制技術(shù)以及傳感技術(shù)等知識，而且需要學(xué)生綜合應(yīng)用上述知識進(jìn)行實(shí)物設(shè)計(jì)、樣機(jī)聯(lián)調(diào)和故障排除。系列競賽包括：工程訓(xùn)練基本技能大賽、編程設(shè)計(jì)競賽、計(jì)算機(jī)應(yīng)用競賽、電腦鼠走迷宮大賽、大學(xué)生挑戰(zhàn)杯科技競賽等。

3.學(xué)生專業(yè)社團(tuán)。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)研究方向分為感知與控制、軟件與服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)與傳輸?shù)?，學(xué)生可根據(jù)興趣，圍繞研究方向組建專業(yè)社團(tuán)。社團(tuán)依托指導(dǎo)教師的研究課題，孵化出有一定綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。團(tuán)隊(duì)在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，通過學(xué)術(shù)講座、觀點(diǎn)辯論、案例啟發(fā)、師生討論等交流形式，共同探討實(shí)踐過程中遇到的種種未預(yù)料到的狀況，激發(fā)學(xué)生對未知工程技術(shù)領(lǐng)域探索的興趣，引導(dǎo)學(xué)生在思考和實(shí)踐中運(yùn)用所積累的知識進(jìn)行綜合分析，找到解決問題的方法。同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)定的自信心、頑強(qiáng)的意志、良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神與組織策劃能力。［3］

（三）加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)平臺建設(shè)

1.校內(nèi)實(shí)踐教學(xué)平臺。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)涉及電子、計(jì)算機(jī)、測控、通信等多個(gè)領(lǐng)域，學(xué)生不僅要掌握傳感器、微處理器、嵌入式和相應(yīng)軟件技術(shù)，還需熟悉無線電通信、網(wǎng)絡(luò)安全、高頻電路、無線傳感等新技術(shù)。為此校內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要依托現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室、實(shí)訓(xùn)基地和工程訓(xùn)練中心，在充分利用嵌入式、電子電路、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程等專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上，新建“物聯(lián)網(wǎng)綜合演示實(shí)訓(xùn)中心”，同時(shí)組織骨干教師參與企業(yè)項(xiàng)目，合作開發(fā)有自身特色的物聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)箱和實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品，來完善校內(nèi)實(shí)踐基地建設(shè)。校內(nèi)實(shí)踐平臺應(yīng)該打破傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)組織模式，為學(xué)生提供一個(gè)在時(shí)間、空間和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上都有較大選擇性和自由度的實(shí)踐教學(xué)環(huán)境，最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)踐教學(xué)的積極性和主動(dòng)性。［4］對于認(rèn)知實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可通過視頻、查閱資料或現(xiàn)場參觀等方式，安排在課外進(jìn)行；對于驗(yàn)證性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，可由校內(nèi)實(shí)踐基地負(fù)責(zé)提供實(shí)驗(yàn)題目，供學(xué)生選做，或接收學(xué)生自擬題目，基地負(fù)責(zé)提供實(shí)驗(yàn)條件。由于研究性實(shí)驗(yàn)需要大量的時(shí)間，因此采用開放式實(shí)踐教學(xué)組織方式，由學(xué)生根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況和實(shí)驗(yàn)室資源可用情況，合理安排并預(yù)約時(shí)間。

2.校企實(shí)踐教學(xué)基地。目前，物聯(lián)網(wǎng)已正式列為國家重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，越來越多的企業(yè)開始轉(zhuǎn)向物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)。在這種背景下，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)可利用自身科研與人才優(yōu)勢，立足行業(yè)或區(qū)域，建立校企聯(lián)合實(shí)踐基地，促進(jìn)企業(yè)深度參與物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)。就學(xué)校而言，產(chǎn)學(xué)合作可以實(shí)現(xiàn)專業(yè)人才培養(yǎng)與企業(yè)需求的無縫對接，享用企業(yè)提供的優(yōu)秀師資和優(yōu)質(zhì)設(shè)備，獲得科技成果轉(zhuǎn)化的場所，同時(shí)將企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)或工程項(xiàng)目中內(nèi)容提煉成畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目，讓學(xué)生在物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)環(huán)境下，“真刀真槍”地開展課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)，使學(xué)生工程意識和創(chuàng)新能力得到切實(shí)的培養(yǎng)與提升。就企業(yè)而言，產(chǎn)學(xué)合作能夠宣傳自身形象，提升社會價(jià)值，吸引優(yōu)秀人才，降低人力成本及延伸企業(yè)的智力庫，增強(qiáng)了自身的創(chuàng)造力和市場競爭力。［5］在實(shí)踐改革中，學(xué)校和企業(yè)共同制訂培養(yǎng)方案，共同參與教學(xué)，共同編寫教材，企業(yè)工程人員定期授課，實(shí)施“職業(yè)資格證書”制，培養(yǎng)訂單式人才，讓產(chǎn)學(xué)合作走向深化，實(shí)現(xiàn)“雙贏”。

（四）加大“雙結(jié)構(gòu)”師資隊(duì)伍建設(shè)

優(yōu)秀的師資隊(duì)伍是確保物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)開設(shè)的前提。物聯(lián)網(wǎng)是典型的交叉學(xué)科，精通物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)專業(yè)知識的教師少，加之缺少工程實(shí)踐經(jīng)歷。要解決這些問題，高校需要用開放的思維進(jìn)行師資隊(duì)伍規(guī)劃與建設(shè)。一是實(shí)施全員培訓(xùn)計(jì)劃，面向全體物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教師開展有計(jì)劃、有步驟、有重點(diǎn)的培訓(xùn)工作；二是加大和制定更加優(yōu)惠的政策聘請企業(yè)工程人員作為兼職教師；三是實(shí)行教師到企業(yè)實(shí)習(xí)制度，要求35歲以下專業(yè)教師必須有半年以上的工程經(jīng)歷；四是深化管理體制改革，鼓勵(lì)和制定政策支持教師赴企業(yè)掛職鍛煉，參加工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)與技術(shù)服務(wù)，促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化。

（五）健全完善實(shí)踐教學(xué)管理與評價(jià)制度體系

建立健全實(shí)踐教學(xué)管理制度是實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)有序開展和提高實(shí)踐教學(xué)資源效率的重要保障。新型實(shí)踐教學(xué)管理制度包括“實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理規(guī)定”、“科技創(chuàng)新與學(xué)科競賽管理辦法”、“實(shí)驗(yàn)室預(yù)約制度”、“開放實(shí)驗(yàn)管理規(guī)定”、“儀器設(shè)備使用記錄制度”、“企業(yè)導(dǎo)師選撥與管理辦法”、“實(shí)訓(xùn)基地工作方案”等。管理文件將詳細(xì)說明具體操作標(biāo)準(zhǔn)與行為準(zhǔn)則，采用5W1H方法明確劃分各個(gè)部門及人員的職責(zé)、權(quán)限和接口，即“做什么”、“為什么做”、“誰來做”、“在哪做”、“什么時(shí)候做”、“怎么去做”。制度與實(shí)踐平臺實(shí)行學(xué)院管理，教學(xué)計(jì)劃的制定執(zhí)行在教研室層面落實(shí)，力求實(shí)驗(yàn)室、設(shè)備、人員等資源高度共享，實(shí)踐平臺所有崗位實(shí)行聘任制，各實(shí)驗(yàn)實(shí)行課程負(fù)責(zé)人制，確保實(shí)踐教學(xué)過程銜接緊密與順暢運(yùn)行。采用過程控制，對實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)綜合評價(jià)與考核，評價(jià)內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)課程效果、生產(chǎn)實(shí)習(xí)報(bào)告、校企聯(lián)合專家實(shí)踐技能測試、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）等方面；同時(shí)加大對實(shí)踐教學(xué)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測與反饋，從而實(shí)現(xiàn)對實(shí)踐教學(xué)效果多角度評價(jià)。

總之，開放式實(shí)踐教學(xué)體系是集課程體系、創(chuàng)新活動(dòng)、教學(xué)過程、教學(xué)平臺、師資隊(duì)伍和管理制度為一體的工程化系統(tǒng)化教學(xué)模式，運(yùn)用于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中，構(gòu)建一個(gè)基礎(chǔ)理論、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、工程實(shí)踐為一體的整體化培養(yǎng)機(jī)制。通過工程實(shí)踐訓(xùn)練，讓學(xué)生全方位地深入工程實(shí)際，融入工程項(xiàng)目的全過程，而不是簡單、離散實(shí)踐環(huán)節(jié)的拼接。經(jīng)過系統(tǒng)化的實(shí)踐教學(xué)，學(xué)生工程能力、創(chuàng)新精神與職業(yè)素質(zhì)得到進(jìn)一步提升，從而更好地適應(yīng)信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求。

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