新工科建设背景下物联网专业课程教学改革的研究与实践

2022-10-27 版权声明 我要投稿

国内高校通过前一个阶段的大量建设与投入,在硬件与软件等建设方面都获得了较大的进步。现如今国内大部分大学教学条件和硬件等方面与国外的大学并没有很大差别,有的学校的设施甚至超过了一些国外大学。不过在内涵建设上、对本科教学和人才培养方面,特别是工科方面的相关人才培养与国外相距甚远。从科学发现到转化为技术或产品的时间正在缩短,传统的理工科已不足以应对时代变革,应按需求建专业,从适应服务向支撑引领转变,这是新工科的重要使命。从科学发现到转化为技术或者产品的时间不断缩短,知识的更新和新知识的生成速度也在加快。这些发展与变化也对现代工程技术人才的知识、能力与职业素养和视野等都提出了比较高的要求。新时代物联网的发展更是瞬息万变,如何将物联网工程技术的教学内容与人才培养相结合,同时引入多学科交叉、综合化、模块化的教学及技术创新为教学内容,不仅可以让技术创新带动教学内容的改革,而且教学内容的改革更进一步促进技术的创新,这对于社会的发展以及人才的培养具有重要的理论研究意义和广泛的应用前景。

一、国内外研究现状分析

作为继计算机与互联网之后又一次信息产业的革命性发展,国家正式将物联网列为重点发展的战略性新兴产业之一。物联网概念的提出可以早期可追溯到1995年,比尔·盖茨在“未来之路”中提及的物品与计算机网络相结合的观点、在2005年国际电信联盟正式提出物联网的概念“任意时间、任意地点以及任意物体之间的互联与联通”,并将其定义为传感器技术、嵌入式技术、射频识别(RFID)技术、定位技术、智能技术和上层云计算技术融为一体的一种新型网络。在1999年,我国科学院开始了传感器网络的研制与开发,并在无线通信、无线传感器网络与移动覆盖以及移动基站等方向都取得了好的成绩;国内在2009年提出了“感知中国”的概念,2010年成立的传感(物联)网络技术产业联盟,对我国物联网技术和产业的发展起到重要的促进作用。

物联网专业具有跨学科、跨专业的特点,且涉及多行业应用,因而在对该专业学生的培养上,不仅需要学生掌握该专业的相关理论和技能,而且还要求学生具有自然科学的相关理论,和计算机网络技术和电子信息技术的应用开发能力。传统的本科教育普遍存在重学生基础理论知识的教学,而忽略学生基本技能和能力的教学。另一方面,教育均衡化的不足,一些本科学校存在学科平台弱、学校教师本身的知识水平结构与新技术不适应等问题,严重制约培养高素质、具有创新性、多样化的复合型人才。如何探索建设跨学科、跨专业的综合实验平台,为创新型人才培养提供一个强有力的学科环境尤为重要。

“新工科”的产生来源于新兴产业对创新性、具有国际竞争力的复合型人才的迫切需求,而传统的工科人员普遍存在知识结构单一、创新能力不足、实践能力弱等问题,严重制约了产业结构的转型和发展。如何培养具有创新能力强的新工科人才,高等本科院校不仅需要布局新兴工科的建设,还需对传统的工科专业进行转型或升级,从学生所需具备的专业知识和核心竞争能力作为指引,在“新工科”背景下,对人才培养模式和目标重新定位。

新工科怎么建?多学科交叉、综合化、模块化的课程体系及教学内容改革,多学科交融实践平台,政产学研、互惠共赢、模式创新。从当前大学生的“双创”入手,在综合性实践课程群的基础上,搭建工程基础能力训练、创新性训练,并以学科竞赛和产品开发为辅、技术成果产业化等创新应用平台。交叉融合大数据、软件工程、物联网工程等学院的学科,瞄准国际前沿,面向国家重大需求,着力培养具有国际视野、创新思想、创业能力的机器人领域技术人才。

二、研究的主要内容

(1)推进以产业需求建专业综合改革,实践探索新工科发展规律,并依托我院现有的物联网工程重点实验室及现有平台,以真实项目为载体,多学科交叉、综合化、模块化的课程体系及教学内容改革,多学科交融实践平台,政产学研、互惠共赢、模式创新,以技术创新带动教学内容的改革,而教学内容的改革更进一步促进技术的创新,并探索教师与行业、企业人才双向交流的机制。

(2)紧盯新兴产业的发展,重新定位新工科人才培养目标和课程体系。紧盯新兴产业的最新发展和行业对人才需求的新动态,及时更新教学内容和课程体系。构建“双创”为指引的课程模块,满足学生专业培养和创新创业知识学习的需要,培养创新思维、工程思维、批判性思维和数字化思维,提升创新创业、跨学科交叉融合、自主学习、团队协作能力和工程能力。

(3)创新工程教育方式方法,提升学生学习兴趣。如“项目+企业合作”的多元化教学体系,引入企业一线工程师和企业项目,以应用型综合实践项目,将多专业、多学科课程融合于实验实训项目中;鼓励、组织物联网工程专业教师参与企业项目开发或企业横向课题开发,并组织学生参加高水平的学科竞赛,增强师生创新能力;引入导师制教学模式,培养学生的工程实践能力。

(4)引进工程人才认证体系,打造高水平实验实践基地,集中资源打造若干个专业先行先试探索,实施工程技术类专业改革升级,针对培养具有创新性和竞争力的新工科人才培养模式和目标重新定位,重塑专业培养体系与支撑机制建设,全面提高高水平专业建设内涵,打造提升专业建设的国际化标准。

三、研究的创新之处

(一)构建以“双创”为指引的课程模块

该课程模块包含职业规划、就业创业指导、创新创业、企业见习、企业实习实训等课程。引入企业兼职教师,在整个课程教学的过程中以实用性和可操作性强的课程教学方法,以培养学生的创新、创业能力及良好的团队协作能力为主,满足学生以“双创”为目标的课程模块。

(二)构建“项目+企业合作”的跨学科、跨专业的教学体系

物联网工程学生的知识结构和工程能力涉及多学科、多专业交叉融合问题。以实际工程案例教学为依托,借助企业的资源,建立模块化的动态企业课程,打造院级、校级实验实训平台和科研平台。在人才培养模式中,不断完善软硬件基础建设。

(三)学科竞赛与技术创新,促进人才培养模式的改革探索

学院将创新创业教育融入人才培养全过程,积极鼓励教师教学科研培育学生创新创业项目、学生创新创业项目协同专业学习、扶持创新创业团队结合学生社团、专业导师指导学生创新创业项目结合毕业设计的思路,提升学生的“双创”能力,要求学生在“学中做,做中想,想中创”。基于物联网工程专业所涉及的多学科、多专业的特点,学院引导和鼓励师生积极申报和参与企业的横向课题、大学生“双创”项目的研究。进一步完善“项目+企业合作”的多元化教学体系,借助企业现有的资源搭建工程教学平台,培养学生的创新能力和团队协作能力。在人才培养计划的制定和教学实施中,始终坚持以项目案例来驱动实践教学,让学生真正参与项目开发、熟悉项目开发流程,增强学生的创新和团队协作能力。

四、研究展望及成果

实践过程中,逐步完善校企合作的各种相关制度,加强与企业科研平台的建设,从而形成校企合作事务的操作标准以及对校企合作过程可观测、可分析、可调控、可评价的指标体系。增加网络教学资源,不断满足学术研究、学生培养等方面的实际工作需要。进一步解决我院校企合作中遇到的种种困难,使校企合作得到深化。

根据学院现有的物联网工程、大数据、软件工程三大专业板块,主动谋求服务地方企业、着眼区域企业的用人需求,明确培养目标和职业岗位(群)知识、技能,制定确实可行的人才培养计划,并与企业共同授课或企业实训,强化学生专业技能培养。学院紧跟国际IT新技术(移动互联网、大数据、云计算、物联网)应用技术发展和社会异常紧缺的移动互联网应用开发人才需求,开设能满足企业用人需求的校企动态课程,重塑物联网工程课程体系。

学科竞赛与技术创新,培养学生的团队协作能力。学院分别和中科曙光睿翼教育集团、东软集团、中关村软件园教育基地等企业完成协同育人项目达11项。以服务地方及区域经济为指导,学院与3家企业共建“物联网——大数据智慧农业实验室”“来宾市智慧农业人才小高地”和“来宾市智慧农业工程技术研究中心”三个技术协同创新平台。学院利用物联网工程学科交叉优势,重点建设智慧农业物联网创新创业团队、农业大数据应用创新创业团队、3D打印创新创业团队和教育机器人应用等四个创新创业团队,团队成员来自专业群中不同专业,形成交叉学科创新创业团队。以此推动物联网工程专业和创新创业教育有机结合,提升学生创新创业能力。

课程或教材开发与建设。物联网、大数据是目前我国新兴技术,这方面我院现有师资力量相对薄弱,利用资源少。且物联网大数据技术应用的一些软件是中高端的软件,软件操作掌握具有一定难度,教学方案需在实践中不断研究和优化。在这一背景下,聘请行业专家与学校专业教师,针对学院学生特点,编写相应软件应用系列辅导课程或教材。同时,要求教师认真聆听企业技术人员给本科生所上的大数据物联网专业核心课程和实践课程;鼓励教师根据技术需求到企业培训学习,借在行业上的技术和经验积累,积极协同企业共同承接和开发科研项目。

物联网(The Internet of Things,简称IOT)是指通过各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术,实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程,采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息,通过各类可能的网络接入,实现物与物、物与人的泛在连接,实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。物联网是一个基于互联网、传统电信网等的信息承载体,它让所有能够被独立寻址的普通物理对象形成互联互通的网络。

摘要:本文以广西科技师范学院物联网工程专业为依托,以面向国家新工科战略培养创新型工科毕业生的基本目标,探索如何在新工科背景下培养学生的工程经验。本文首先对物联网工程专业教学的现状进行了分析,指出当前教学过程中普遍存在的问题。其次,以培养学生的工程能力为目标,提出“项目+企业合作”多学科融合,以提高学生学习主动性的、实践性的多元教学体系。最后,所提出的策略在广西科技师范学院物联网工程专业进行了初步的实施,并取得了较好的效果。文章所提出的“项目+企业合作”的多元化教学体系教学策略对于新工科建设具有重要的促进作用。

关键词:新工科,工程能力,物联网,教学策略

参考文献

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