一流本科專業(yè)建設(shè)背景下地方高校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系構(gòu)建實(shí)踐探究

孟小艷 靳晟 楊瑩

摘要：文章在探討一流本科專業(yè)建設(shè)的背景下，以新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)為例，介紹了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系建設(shè)的內(nèi)容和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在本科層次的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的課程體系構(gòu)建中，針對(duì)地方高校應(yīng)用型本科的特點(diǎn)，從培養(yǎng)學(xué)生解決應(yīng)用型工程問題的能力出發(fā)，將人才培養(yǎng)目標(biāo)定位到應(yīng)用型工程人才的培養(yǎng)，結(jié)合地方高校特色，引入“人工智能+”思路，構(gòu)建了能夠達(dá)成畢業(yè)要求的專業(yè)課程體系。實(shí)踐表明，該課程體系能夠有效提升人才培養(yǎng)質(zhì)量，對(duì)地方應(yīng)用型高校在建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)工程；課程體系；國(guó)家一流本科專業(yè)建設(shè)；地方高校

中圖分類號(hào)：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2023）31-0157-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

0 引言

在高等教育改革持續(xù)創(chuàng)新的當(dāng)下，如何有效提升高等教育的質(zhì)量和水平，如何滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的對(duì)優(yōu)質(zhì)高等教育資源的追求和向往，已經(jīng)成為新時(shí)代我國(guó)高等教育發(fā)展的重大歷史使命。一流本科專業(yè)的建設(shè)正是推動(dòng)我國(guó)高等教育發(fā)展和優(yōu)化的重要環(huán)節(jié)。一流本科專業(yè)建設(shè)從2019年正式啟動(dòng)到現(xiàn)如今初見成效。

作為國(guó)家倡導(dǎo)的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)備受各界重視，并成為就業(yè)前景廣闊的熱門領(lǐng)域，因此物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)成為各家高校爭(zhēng)相申請(qǐng)的新專業(yè)。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)于2012年成功申報(bào)該專業(yè)招生，2016年入選自治區(qū)戰(zhàn)略新興重點(diǎn)建設(shè)專業(yè)并在2020年底通過驗(yàn)收，2022年初獲批國(guó)家級(jí)一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)，已為新疆各行各業(yè)輸送了多批物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)緊缺人才。專業(yè)針對(duì)本校農(nóng)科特色，明確專業(yè)定位，在專業(yè)建設(shè)上進(jìn)行了有效的探索。

1 研究背景及意義

課程體系是指在一定的教育價(jià)值理念指導(dǎo)下，將課程的各個(gè)構(gòu)成要素加以排列組合，使各個(gè)課程要素在動(dòng)態(tài)過程中統(tǒng)一指向課程體系目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)[1]。課程體系是專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的具體化和依托，規(guī)定了培養(yǎng)目標(biāo)實(shí)施的規(guī)劃方案。課程體系的質(zhì)量和完備性是影響專業(yè)教育質(zhì)量和水平的重要因素之一。如果課程體系不完備或不合理，那么相應(yīng)的專業(yè)教育也將受到影響，導(dǎo)致學(xué)生畢業(yè)后無(wú)法很好地勝任工作。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和社會(huì)的不斷變革，行業(yè)的需求和趨勢(shì)也在不斷發(fā)生變化，課程體系也需要不斷更新，引入更多的新技術(shù)和新領(lǐng)域的知識(shí)，使學(xué)生具備適應(yīng)行業(yè)快速變化的能力。因此課程體系的持續(xù)建設(shè)和實(shí)踐是有意義的工作。

一流本科專業(yè)建設(shè)是為了適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)高素質(zhì)人才的需求，推進(jìn)高等教育內(nèi)涵建設(shè)，提高本科教育質(zhì)量，推進(jìn)高等教育現(xiàn)代化而進(jìn)行的一項(xiàng)改革措施[2]，它體現(xiàn)了國(guó)家高等教育綜合治理的整體思路；也彰顯了國(guó)家對(duì)本科教育的高度重視；順應(yīng)了卓越高級(jí)專門人才培養(yǎng)的需求；建設(shè)一流本科專業(yè)，是提升人才培養(yǎng)質(zhì)量、推動(dòng)高校內(nèi)涵發(fā)展、實(shí)現(xiàn)高等教育強(qiáng)國(guó)夢(mèng)想的必然舉措。面對(duì)一流本科專業(yè)認(rèn)證，原有的課程體系需要進(jìn)行更科學(xué)的改革和優(yōu)化。因此圍繞如何改革優(yōu)化核心課程體系，使其能貼合新工科建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，能支撐起專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)展開研究是有意義的工作[3]。同時(shí)，探索專業(yè)課程體系改革中的方法，分析課程體系建設(shè)對(duì)專業(yè)人才培養(yǎng)的影響，有助于提高該專業(yè)人才培養(yǎng)能力，為學(xué)院其他相近工科專業(yè)開展專業(yè)認(rèn)證提供借鑒和參考[4]。

2 專業(yè)建設(shè)理念

物聯(lián)網(wǎng)工程是一個(gè)技術(shù)與應(yīng)用高度融合的領(lǐng)域[5]，因此，課程設(shè)置應(yīng)該緊密圍繞工程應(yīng)用開展。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設(shè)的定位是：立足新疆，面向西部，側(cè)重“三農(nóng)”，以“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”作為專業(yè)建設(shè)的重要方向服務(wù)社會(huì)，凝練具有地方教育特色的專業(yè)建設(shè)體系，構(gòu)筑西部地區(qū)物聯(lián)網(wǎng)高等教育平臺(tái)，打造培育物聯(lián)網(wǎng)骨干人才的搖籃，全力為各行各業(yè)持續(xù)輸送高水平、高質(zhì)量、高素質(zhì)的復(fù)合型和創(chuàng)新型工程技術(shù)緊缺人才。

首先，要確保學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)科學(xué)、通信技術(shù)和工程知識(shí)的綜合應(yīng)用能力。其次，應(yīng)該注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力，通過實(shí)踐教學(xué)、競(jìng)賽等方式激發(fā)學(xué)生的興趣，促進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力提升。同時(shí)，結(jié)合學(xué)校傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)學(xué)科，凸顯和強(qiáng)化2個(gè)物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用領(lǐng)域，一個(gè)是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工程與應(yīng)用，與農(nóng)學(xué)、林學(xué)等傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)學(xué)科有機(jī)結(jié)合，為“三農(nóng)”問題的解決提供信息技術(shù)支撐；一個(gè)是干旱區(qū)資源環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用，與水利、草業(yè)等傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)學(xué)科有機(jī)結(jié)合，為新疆敏感脆弱生態(tài)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展提供信息技術(shù)支持。

3 課程體系建設(shè)

3.1 整體課程體系

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)造就具有通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)等相關(guān)專業(yè)知識(shí)，掌握通信系統(tǒng)理論和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)工程領(lǐng)域的專門知識(shí)與關(guān)鍵技術(shù)，具備扎實(shí)的電子技術(shù)、傳感技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)理論、信息處理技術(shù)等基礎(chǔ)理論，基礎(chǔ)寬厚。目前的課程體系主要分為3個(gè)層次：通識(shí)教育、專業(yè)教育、素質(zhì)教育。通識(shí)教育層次分為同時(shí)理論課和通識(shí)實(shí)踐課；專業(yè)教育層次又細(xì)分為專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)核心課、專業(yè)選修課和專業(yè)實(shí)踐課；素質(zhì)教育層次包括素質(zhì)教育限選和素質(zhì)教育任選。具體物聯(lián)網(wǎng)工程本科專業(yè)的課程體系如圖1所示。

課程體系中特別要說(shuō)明的如下。

1） 通識(shí)理論課主要有：數(shù)學(xué)素質(zhì)類（高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率統(tǒng)計(jì)）、大學(xué)物理、Python程序設(shè)計(jì)導(dǎo)論、英語(yǔ)、體育、思政類課程（中國(guó)近現(xiàn)代史綱要、思想道德修養(yǎng)與法律知識(shí)、馬克思主義基本原理、形勢(shì)與政策、毛澤東思想和中國(guó)特色社會(huì)主義理論體系概論、新疆簡(jiǎn)明歷史），統(tǒng)稱6課。

2） 專業(yè)基礎(chǔ)課程主要有：C++程序設(shè)計(jì)、Android應(yīng)用開發(fā)、Java語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、電路分析、模擬電子電路、數(shù)字邏輯與數(shù)字電路、可編程邏輯器件與應(yīng)用技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

3） 專業(yè)核心課程主要有：物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)科導(dǎo)論、設(shè)備自動(dòng)傳感與執(zhí)行、傳感器與智能感知、物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)多媒體技術(shù)、設(shè)置Dragon Board開發(fā)平臺(tái)、Arduino接口及項(xiàng)目開發(fā)、樹莓派接口及項(xiàng)目開發(fā)等。

4） 專業(yè)選修課程主要有：ARM體系架構(gòu)與編程、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與圖像分類、農(nóng)業(yè)信息采集與處理等。

5） 專業(yè)實(shí)踐課程主要有：除了專業(yè)課程對(duì)應(yīng)的實(shí)踐課，還開設(shè)有綜合實(shí)踐和綜合應(yīng)用實(shí)踐課。其中，綜合實(shí)踐包括電子技術(shù)基本實(shí)訓(xùn)、綜合電子設(shè)計(jì)、物聯(lián)網(wǎng)工程綜合實(shí)踐。多手段強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)效果。

3.2 專業(yè)課程建設(shè)

物聯(lián)網(wǎng)工程是一門交叉學(xué)科，涉及了計(jì)算機(jī)、電子、自動(dòng)控制和通信等多個(gè)領(lǐng)域的相關(guān)專業(yè)知識(shí)，綜合性強(qiáng)，內(nèi)容復(fù)雜，并同時(shí)包括了軟件和硬件。因此在進(jìn)行專業(yè)課程體系建設(shè)時(shí)，注重課程間的銜接和關(guān)聯(lián)的同時(shí)，還不斷增加專業(yè)課占比。表1為專業(yè)課學(xué)分占比，除去專業(yè)實(shí)踐課（專業(yè)實(shí)踐課以周為單位，學(xué)分一直未變），可以看出專業(yè)必修課、選修課、核心課的比重在總學(xué)分整體下降的情況下，仍然呈現(xiàn)占比升高的趨勢(shì)。

專業(yè)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生學(xué)習(xí)到專業(yè)相關(guān)的基本理論、基本知識(shí)和基本技能，能夠幫助學(xué)生建立全面的學(xué)科知識(shí)體系。因此，從軟件、硬件、網(wǎng)絡(luò)三個(gè)維度進(jìn)行了課程設(shè)置，為學(xué)生進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)提供專業(yè)支撐。專業(yè)基礎(chǔ)課設(shè)置基本穩(wěn)定，在優(yōu)化了語(yǔ)言設(shè)計(jì)類課程的同時(shí)，增加了手機(jī)端開發(fā)新技術(shù)“Android應(yīng)用開發(fā)”和硬件新技術(shù)“可編程邏輯器件與應(yīng)用開發(fā)”。隨著學(xué)院整體方向的優(yōu)化，增加了人工智能+課程“探尋人工智能”，保證學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)扎實(shí)。

學(xué)習(xí)了基礎(chǔ)課程之后，可以進(jìn)階到核心課程進(jìn)行深入學(xué)習(xí)。在核心課程中引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)工程的基本概念和應(yīng)用領(lǐng)域，開設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論。接著引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)常見傳感器的類型、原理和設(shè)備的自動(dòng)化，開設(shè)了傳感器與智能感知和設(shè)備自動(dòng)傳感與執(zhí)行課程。隨后引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備組網(wǎng)，開設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備組網(wǎng)技術(shù)。最后為提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，讓學(xué)生學(xué)習(xí)了嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)、開源硬件和開源軟件的使用和開發(fā)等方面的知識(shí)，開設(shè)了設(shè)置Dragon Board開發(fā)平臺(tái)、Arduino接口及項(xiàng)目開發(fā)和樹莓派接口及項(xiàng)目開發(fā)課程。這些核心課程從原理到應(yīng)用開發(fā)，全面覆蓋物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)中的感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。與傳統(tǒng)重理論的課程體系不同，課程設(shè)置理論和實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)對(duì)半，通過加大實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)、項(xiàng)目式驅(qū)動(dòng)教學(xué)等思路，提升學(xué)生的實(shí)踐能力。同時(shí)，多門課程項(xiàng)目和課程設(shè)計(jì)基于農(nóng)科背景加強(qiáng)交叉融合，著力解決新疆農(nóng)業(yè)數(shù)字化問題。

除此以外，為開闊學(xué)生的視野，幫助學(xué)生更好地發(fā)掘自己的潛力和才能，從硬件和AI兩個(gè)方向設(shè)置了專業(yè)選修課。專業(yè)選修課程全面升級(jí)為前沿技術(shù)，將程序設(shè)計(jì)類課程調(diào)整成專業(yè)基礎(chǔ)課后，舍棄傳統(tǒng)課程專業(yè)英語(yǔ)，添加側(cè)重硬件方向的前沿技術(shù)類課程ARM體系架構(gòu)與編程、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，同時(shí)在專業(yè)選修課中體現(xiàn)“人工智能+”模式。在AI方向，開設(shè)了機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與圖像分類等課程，并且將“卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”細(xì)化為專業(yè)中應(yīng)用較多的圖像分類任務(wù)。為使學(xué)生了解當(dāng)前信息技術(shù)前沿，考慮到新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)優(yōu)勢(shì)學(xué)科多的特點(diǎn)，還開設(shè)了與農(nóng)業(yè)結(jié)合的農(nóng)業(yè)信息采集與處理課程。

4 教學(xué)實(shí)施

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)作為一個(gè)新興專業(yè)，具有較強(qiáng)的交叉性與綜合性，同時(shí)與科技的聯(lián)系也比較緊密。雖然我國(guó)開設(shè)此專業(yè)已有10余年，但是目前使用的還是傳統(tǒng)的理工科的培養(yǎng)模式，還存在著課程設(shè)置不合理、實(shí)踐教學(xué)不足和創(chuàng)新能力培養(yǎng)不夠的問題。針對(duì)存在的這些問題[6]，新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)在教學(xué)實(shí)施中有幾點(diǎn)做法。

課程設(shè)置方面，應(yīng)根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求，合理安排通識(shí)類知識(shí)、學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)、專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐性教學(xué)等內(nèi)容，突出物聯(lián)網(wǎng)的特色和核心競(jìng)爭(zhēng)力，避免與其他計(jì)算機(jī)類專業(yè)重復(fù)或冗余。同時(shí)，應(yīng)根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展變化，及時(shí)更新課程內(nèi)容和教材，在課程導(dǎo)論中引入前沿的理論和案例和項(xiàng)目應(yīng)用知識(shí)，提高課程的時(shí)效性和針對(duì)性；在專業(yè)課程中以項(xiàng)目式教學(xué)為驅(qū)動(dòng)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力；在選修課程中增加與AI結(jié)合的課程。

在實(shí)踐教學(xué)方面，將物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)踐項(xiàng)目引入課程中，實(shí)踐課在專業(yè)課的占比達(dá)到44%，讓學(xué)生能夠有充足的時(shí)間在項(xiàng)目中進(jìn)行實(shí)踐操作，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和技能水平。同時(shí)，建立了完善的實(shí)驗(yàn)室和設(shè)備資源，以國(guó)家級(jí)工程中心、省級(jí)農(nóng)業(yè)工程中心、省級(jí)本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)為依托，提供實(shí)驗(yàn)所需的軟硬件，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行自主實(shí)踐，為學(xué)生提供開放實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生能夠在自主實(shí)踐中提高技能和實(shí)踐能力。

在創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面，應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維、系統(tǒng)思維和創(chuàng)新思維，激發(fā)學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的興趣和探索精神。學(xué)院開展了多種形式的科技創(chuàng)新、社會(huì)實(shí)踐等活動(dòng)，例如組建無(wú)人機(jī)植保小分隊(duì)，利用暑假時(shí)間到田間完成植保任務(wù)；鼓勵(lì)學(xué)生參與科研競(jìng)賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等項(xiàng)目，學(xué)院提供指導(dǎo)和支持，學(xué)生在國(guó)賽和各類省賽中獲獎(jiǎng)率逐年攀升。

在一流本科專業(yè)建設(shè)背景下，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的課程體系建設(shè)和教學(xué)方法的優(yōu)化是至關(guān)重要的。通過組建課程團(tuán)隊(duì)形成合力，加快課程建設(shè)，在教學(xué)內(nèi)容改革、教學(xué)方法改革和課程資源建設(shè)等方面進(jìn)行實(shí)踐探索，取得豐碩成果。已建成國(guó)家級(jí)本科一流課程2門，省級(jí)一流課程3門，校級(jí)一流課程多門。

5 展望

我國(guó)已經(jīng)制定了高等工程教育改革的發(fā)展目標(biāo)，到2030年，形成中國(guó)特色、世界一流工程教育體系，有力支撐國(guó)家創(chuàng)新發(fā)展；到2050年，形成領(lǐng)跑全球工程教育的中國(guó)模式，建成工程教育強(qiáng)國(guó)，成為世界工程創(chuàng)新中心和人才高地，為實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國(guó)夢(mèng)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。培養(yǎng)造就一大批多樣化、創(chuàng)新型卓越工程科技人才，為我國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)提供智力和人才支撐，既是當(dāng)務(wù)之急，也是長(zhǎng)遠(yuǎn)之策。課程體系建設(shè)是專業(yè)建設(shè)的重要組成部分，建設(shè)良好的課程體系是每個(gè)專業(yè)的重要任務(wù)之一，有助于提升專業(yè)的教育質(zhì)量和水平，同時(shí)也在推動(dòng)學(xué)科的發(fā)展和行業(yè)的變革創(chuàng)新方面發(fā)揮著重要作用。

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)作為新工科的重要組成部分，需要不斷地完善和創(chuàng)新課程體系，以適應(yīng)社會(huì)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求。本校的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)也肩負(fù)著同樣的使命，面對(duì)越來(lái)越多的挑戰(zhàn)，課程體系建設(shè)和改革是必然趨勢(shì)。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)一直以為社會(huì)培養(yǎng)專業(yè)能力強(qiáng)，具有創(chuàng)造力的新時(shí)代學(xué)生為己任，希望為國(guó)家的新工科建設(shè)貢獻(xiàn)一份力量。

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【通聯(lián)編輯：梁書】