新工科背景下物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革研究

摘? 要：新工科專業(yè)群建設(shè)體現(xiàn)了學(xué)科交叉、突出技術(shù)應(yīng)用的特點(diǎn)，非常契合應(yīng)用型本科高校人才培養(yǎng)的途徑，文章通過(guò)介紹滇西邊疆高校的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)辦學(xué)經(jīng)驗(yàn)，探討實(shí)踐教學(xué)改革的途徑和挑戰(zhàn)，提出實(shí)踐教學(xué)體系，文章認(rèn)為實(shí)踐教學(xué)改革應(yīng)當(dāng)實(shí)施以學(xué)生為中心的改革之路，緊扣物聯(lián)網(wǎng)和新工科技術(shù)發(fā)展方向，努力實(shí)現(xiàn)校企間人才無(wú)縫對(duì)接，提高學(xué)生就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān)鍵詞：新工科;物聯(lián)網(wǎng);實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號(hào)：G420? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2020）09-0196-03

Research on the Practical Teaching Reform of Internet of Things

Engineering under the Background of New Engineering

——Take the School of Artificial Intelligence & Information Engineering as an Example

SI Biao

（School of Artificial Intelligence & Information Engineering，West Yunnan University，Lincang? 677000，China）

Abstract：The construction of new engineering specialty group reflects the characteristics of interdisciplinary and technology application，which is very suitable for the way of talent cultivation of application-oriented undergraduate colleges. This paper introduces the experience of running the internet of things engineering specialty in the universities in the west of Yunnan Province，discusses the ways and challenges of practical teaching reform，and puts forward the practical teaching system. The article holds that the practical teaching reform should be carried out with students as the center on the way of reform，we should closely follow the development direction of the internet of things and new engineering technology，strive to realize the seamless connection of talents between schools and enterprises，and improve the employment competitiveness of students.

Keywords：new engineering;internet of things;practical teaching

0? 引? 言

物聯(lián)網(wǎng)一詞的提出最早可追溯到1995年比爾·蓋茨在“未來(lái)之路”中提及的物品與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的觀點(diǎn)，2005年國(guó)際電信聯(lián)盟正式提出物聯(lián)網(wǎng)的概念。1999年我國(guó)開(kāi)始了傳感器網(wǎng)絡(luò)的研制與開(kāi)發(fā)，國(guó)內(nèi)在2009年提出了“感知中國(guó)”的概念，2010年成立了傳感（物聯(lián)）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成為了繼計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)之后又一次信息產(chǎn)業(yè)的革命性發(fā)展。自2010年起，教育部批準(zhǔn)開(kāi)始在高校設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)專業(yè)[1]，國(guó)家正式將物聯(lián)網(wǎng)列為重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，目前國(guó)內(nèi)已有200多所高校設(shè)置有此專業(yè)。

在工業(yè)智能化轉(zhuǎn)型背景下，麻省理工學(xué)院（MIT）建立了“大工程觀”的改革理念，提出了知識(shí)的完整性和系統(tǒng)性[2]。2016年以來(lái)，國(guó)家推動(dòng)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，實(shí)施“一帶一路”“中國(guó)制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”等重大戰(zhàn)略，以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式、新產(chǎn)業(yè)為代表的新經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，對(duì)工程科技人才提出了更高要求，迫切需要加快工程教育改革創(chuàng)新[3]，“新工科”成為各高校工科教育教學(xué)改革的新方向，其主要內(nèi)涵是強(qiáng)調(diào)實(shí)際應(yīng)用性和理論知識(shí)的綜合交叉性，增強(qiáng)創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，滿足新興產(chǎn)業(yè)對(duì)創(chuàng)新性、具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的復(fù)合型人才的迫切需求[4]。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)特點(diǎn)亦是如此，二者一脈相承，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的建設(shè)和發(fā)展成為推動(dòng)“新工科”教育教學(xué)改革的重要因素。因此，在新工科背景下研究物聯(lián)網(wǎng)工程教學(xué)改革對(duì)夯實(shí)國(guó)家戰(zhàn)略具有積極意義。

1? 技術(shù)應(yīng)用對(duì)實(shí)踐教學(xué)需求變化趨勢(shì)產(chǎn)生的影響

2010年全國(guó)展開(kāi)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的人才培養(yǎng)以來(lái)，實(shí)踐教學(xué)始終作為工科人才培養(yǎng)的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)起步階段，沒(méi)有形成明確的應(yīng)用領(lǐng)域，人才培養(yǎng)與市場(chǎng)契合度不高[5]，主要從傳感器、RFID、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的應(yīng)用來(lái)建設(shè)實(shí)踐教學(xué)體系，重點(diǎn)建設(shè)感知層的技術(shù)應(yīng)用教學(xué)體系，包括以51單片機(jī)、傳感器、CC2530、ZigBee等設(shè)備為主的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。

2015年以來(lái)，隨著智能終端、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)迅速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)需求逐漸多元化，以智能終端為中心的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用對(duì)實(shí)踐教學(xué)改革提出了新要求，數(shù)據(jù)的流動(dòng)體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用價(jià)值，實(shí)踐教學(xué)以數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)共享為主要內(nèi)容，特別是開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之下的數(shù)據(jù)傳輸教學(xué)案例[6]，實(shí)踐教學(xué)逐漸增加和完善關(guān)于嵌入式開(kāi)發(fā)、無(wú)線傳感網(wǎng)、Wi-Fi無(wú)線傳輸、藍(lán)牙傳輸、NB-IoT等方面的教學(xué)內(nèi)容。

2018年以來(lái)，信息技術(shù)朝著智能化方向發(fā)展，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在萌發(fā)，大數(shù)據(jù)的形成、理論算法的革新、計(jì)算能力的提升及網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的演進(jìn)，驅(qū)動(dòng)人工智能發(fā)展進(jìn)入新階段，智能化成為技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向[7]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能化的道路上，起到關(guān)鍵的支撐作用，更加細(xì)化和多元化的產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)提出的更高的要求，一方面體現(xiàn)在M2M的硬件智能化能力需求提高，另一方面體現(xiàn)在基于互聯(lián)網(wǎng)的平臺(tái)化應(yīng)用趨勢(shì)突顯，實(shí)踐教學(xué)傾向于更具創(chuàng)新性的項(xiàng)目拓展和應(yīng)用，包括基于單片機(jī)的智能硬件集成創(chuàng)新、基于互聯(lián)網(wǎng)的SaaS物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)應(yīng)用等，實(shí)踐內(nèi)容包括了Arduino、樹(shù)莓派智能開(kāi)發(fā)、總線設(shè)計(jì)、人臉識(shí)別平臺(tái)應(yīng)用、熱成像集成開(kāi)發(fā)等。

2? 實(shí)踐教學(xué)體系改革探討

地方應(yīng)用型本科高校的新工科人才培養(yǎng)以工程應(yīng)用為主要的培養(yǎng)途徑，針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)來(lái)看，可以總結(jié)為突出集成創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是我院最早開(kāi)辦的新工科專業(yè)，經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐教學(xué)總結(jié)，形成了“1+2”的專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系，如圖1所示。所謂“1”，是指以數(shù)據(jù)傳輸為主的一個(gè)實(shí)踐教學(xué)基礎(chǔ);所謂“2”，是指向單片機(jī)及以下的集成創(chuàng)新和向物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)應(yīng)用開(kāi)發(fā)兩個(gè)方面拓展?！?+2”實(shí)踐教學(xué)體系貫穿于專業(yè)課的課內(nèi)實(shí)踐、學(xué)科競(jìng)賽、集中實(shí)習(xí)和畢業(yè)論文等教學(xué)環(huán)節(jié)，從實(shí)踐項(xiàng)目的前期準(zhǔn)備、設(shè)計(jì)方案、團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)協(xié)作、項(xiàng)目測(cè)試和運(yùn)維等多個(gè)維度強(qiáng)化學(xué)生對(duì)工程技術(shù)的應(yīng)用和創(chuàng)新。

2.1? 以數(shù)據(jù)傳輸為主的實(shí)踐教學(xué)基礎(chǔ)

我院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的專業(yè)課程體系中，包括專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)核心課和專業(yè)選修課。以數(shù)據(jù)傳輸為主的實(shí)踐教學(xué)，基于專業(yè)核心課和專業(yè)選修課。分別在PC平臺(tái)和嵌入式平臺(tái)以Windows桌面應(yīng)用開(kāi)發(fā)（.NET框架）和智能移動(dòng)端應(yīng)用開(kāi)發(fā)（Java/Android平臺(tái)）作為應(yīng)用基礎(chǔ)進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)。高級(jí)階段，將兩個(gè)平臺(tái)技術(shù)融入到無(wú)線傳感網(wǎng)、RFID原理及應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)通信等課程中，加強(qiáng)對(duì)串口編程、TCP傳輸編程、Wi-Fi通信、藍(lán)牙模塊通信等方面的實(shí)踐教學(xué)，以智能網(wǎng)關(guān)本地?cái)?shù)據(jù)匯聚為中心展開(kāi)學(xué)習(xí)和實(shí)踐，從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系上進(jìn)行理解，主要對(duì)“互聯(lián)網(wǎng)最后一公里”物品互聯(lián)的技術(shù)實(shí)施實(shí)踐教學(xué)。

2.2? 單片機(jī)集成創(chuàng)新實(shí)踐拓展

將集成創(chuàng)新實(shí)踐設(shè)置為集中實(shí)踐項(xiàng)目，在職業(yè)技能綜合訓(xùn)練、課程設(shè)計(jì)等教學(xué)任務(wù)中，以小學(xué)期形式展開(kāi)教學(xué)。單片機(jī)的集成創(chuàng)新，主要強(qiáng)化學(xué)生對(duì)硬件技術(shù)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力。一方面進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)多樣性的電路板，用于傳感器元器件的集成;另一方進(jìn)行智能硬件的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，典型實(shí)踐應(yīng)用如Arduino、樹(shù)莓派、OpenMV等。單片機(jī)的集成創(chuàng)新比較直觀，小學(xué)期形式的實(shí)踐教學(xué)所見(jiàn)即所得，容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，為學(xué)生參加各類學(xué)科競(jìng)賽提供了支持。

2.3? 物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)應(yīng)用開(kāi)發(fā)

我院在集中實(shí)習(xí)階段和畢業(yè)論文撰寫(xiě)階段，重點(diǎn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，這兩個(gè)階段是綜合應(yīng)用的集中體現(xiàn)，學(xué)生通過(guò)掌握數(shù)據(jù)采集-數(shù)據(jù)匯聚-數(shù)據(jù)計(jì)算分析的過(guò)程，將物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建的底層系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)整合到云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用的最終目的，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、項(xiàng)目管理、數(shù)據(jù)分析等方面的實(shí)踐能力，典型實(shí)踐應(yīng)用如Web Service、SSH框架、Web前端開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化技術(shù)等。

2.4? 學(xué)科競(jìng)賽對(duì)實(shí)踐教學(xué)改革的促進(jìn)作用

把學(xué)科競(jìng)賽納入教學(xué)體系的一部分，通過(guò)學(xué)科競(jìng)賽充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，突出應(yīng)用型人才的創(chuàng)新能力培養(yǎng)[8]，特別是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，在智能硬件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)匯聚和數(shù)據(jù)可視化等方面，能夠綜合應(yīng)用專業(yè)知識(shí)，探究學(xué)科前沿技術(shù)，發(fā)揮集成創(chuàng)新的優(yōu)勢(shì)，在項(xiàng)目實(shí)施、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、工程應(yīng)用等方面得到全方位的實(shí)踐和鍛煉。近年來(lái)，我院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)通過(guò)參加學(xué)科競(jìng)賽，結(jié)合區(qū)域特點(diǎn)，制作出了“智慧倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)”“茶葉智慧溯源系統(tǒng)”“精神病院病人行為檢測(cè)系統(tǒng)”“重癥監(jiān)護(hù)室智慧看護(hù)系統(tǒng)”等一些基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的作品，這些作品通過(guò)不斷迭代完善，形成了非常好的實(shí)踐教學(xué)案例，對(duì)實(shí)踐教學(xué)改革起到了促進(jìn)作用。我院近三年學(xué)生參加學(xué)科競(jìng)賽的趨勢(shì)如圖2所示。

從2017年開(kāi)始，我院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)逐步深化實(shí)踐教學(xué)課改革的同時(shí)，不斷促進(jìn)學(xué)生打造實(shí)踐作品，推薦優(yōu)秀作品參加省級(jí)和國(guó)家的競(jìng)賽，從圖2來(lái)看，參加學(xué)科競(jìng)賽的數(shù)量和質(zhì)量逐年提高，特別是支持本文的教改項(xiàng)目立項(xiàng)以來(lái)，學(xué)科競(jìng)賽促進(jìn)實(shí)踐教學(xué)的成效明顯，目前最好成績(jī)是全國(guó)二等獎(jiǎng)，在同等院校中具有明顯優(yōu)勢(shì)。

3? 結(jié)? 論

目前，新工科專業(yè)群建設(shè)開(kāi)展得如火如荼，本文介紹了滇西邊疆高校的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)辦學(xué)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐教學(xué)中學(xué)科交叉、技術(shù)應(yīng)用突出的特點(diǎn)，探討了技術(shù)發(fā)展對(duì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)實(shí)踐教學(xué)提出的新挑戰(zhàn)，提出了“1+2”的實(shí)踐教學(xué)模式，立足數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)踐核心，展開(kāi)智能硬件和數(shù)據(jù)平臺(tái)兩個(gè)方面的實(shí)踐教學(xué)和學(xué)科競(jìng)賽。物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)改革的目的是拉近企業(yè)人才需求和學(xué)校人才培養(yǎng)的距離，實(shí)施以學(xué)生為中心的改革之路，努力實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接，提高學(xué)生就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

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作者簡(jiǎn)介：司飆（1982—），男，漢族，云南彌渡人，物聯(lián)網(wǎng)工程、機(jī)器人工程專業(yè)負(fù)責(zé)人，副教授，工學(xué)碩士，本科，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用、機(jī)器人工程集成應(yīng)用等。