物联网工程特色专业建设探究

摘要:针对当前物联网工程专业建设现状以及存在的专业优势和特色不明显等问题,结合安徽理工大学物联网工程特色专业建设项目实践,阐述了物联网工程专业建设中的人才培养目标、专业定位、课程体系和质量保障体系等内容。专业建设实践对提高物联网工程专业人才培养质量、突出专业优势和特色具有一定的参考和指导意义。

0引言

国内高校物联网工程专业自2010年设立以来,已经历了近8年的发展,各高校为物联网相关领域培养了一大批专业人才,为物联网行业的发展提供了较好的智力和人才支撑。物联网工程是一个多学科交叉的专业,涉及传感器技术、嵌入式技术、数据采集技术、无线通信技术、网络技术、云存储技术、大数据处理技术、自动控制技术和应用端开发技术等。因此,物联网工程专业涉及的内容在技术层面上相对复杂,对开设该专业有着较高的要求。目前,大多数高校的物联网工程专业都建立在电子信息类专业基础上,同依托专业在人才培养和课程设置上非常接近,缺乏自身特点和特色,专业边界模糊[1-2],造成大多数高校培养的学生没有明显的专业优势和特色,差异性不大,缺乏就业竞争力。在当前形势下,加强和突出物联网工程专业的办学特色受到越来越多高校和教育工作者的重视,并取得了一定的成效[3-6],但仍然需要进一步深入研究和探索物联网工程专业的定位和建设内容。因此,根据物联网相关领域的市场需求,结合高校的自身特点和优势,探究具有行业或区域特色的物联网工程专业建设至关重要。鉴于此,本文结合安徽理工大学省级质量工程项目物联网工程特色专业建设项目实践,阐述物联网工程的专业目标定位和特色课程体系构建方式,探索了多维度人才培养质量保障体系,并给出具体的实施措施,为物联网工程特色专业建设与人才培养提供参考和依据。

1.定位物联网工程专业人才培养目标

人才培养目标是高等教育人才培养的基础和前提,关系到学科专业发展的方向和目标,是开展各项教育教学活动的出发点和归宿[7]。因此,专业培养目标和专业定位是办学的指挥棒,目标和方向越准确,培养的人才和市场需求的吻合度越高,专业具有特色就会有更大的竞争优势。而目前大多数学校的物联网工程专业在建设上与依托专业存在较大重叠,难免出现专业之间差异不明显,专业优势不突出,没有准确的专业方向等问题,进而导致各高校培养的学生在专业层面上大同小异。因此,在专业建设中首先需要明确该专业的培养目标和定位,这也是办好物联网工程专业的前提。针对新形势下物联网专业人才培养目标和专业定位问题,首先对国内物联网领域相关企业进行深入调研,在初步明确企业对物联网专业人才需求的情况下,结合我校深厚的煤炭行业背景,同时考虑本地区及周边地区当前以及未来一段时间物联网技术的发展和应用需求,确定专业目标和定位。在充分分析现有计算机科学与技术、信息安全、软件工程、电子信息工程、通信工程以及安全工程等校内优势专业的基础上,确定总的培养目标为:培养的学生在煤炭行业物联网相关应用中具有较强的竞争优势,在非煤行业或其他领域具有一定的专业竞争优势。专业定位为:在人才培养中重点关注煤炭领域智能矿山建设以及当前具有代表性的物联网应用(如智慧城市建设),其中智慧矿山包括矿山生态环境监测、矿山井下(瓦斯、水突出、矿压、粉尘等)安全监测、煤炭智能精准开采、矿山人员定位、矿山设备状态健康监测和诊断、矿山监测数据智能处理和应用等;智慧城市包括智慧交通、车联网、智慧医疗以及大数据分析处理平台等领域和方向。目标定位突出了行业优势和专业特色,专业培养目标和专业定位为专业建设指明了方向。

2.构建具有行业特色的课程体系

通过深入了解物联网相关企业的需求,结合我校办学背景及专业定位,制定具有行业特色的人才培养方案。即在专业知识体系结构和教学环节融入行业背景知识,强化和突出行业物联网应用方面的教学内容,构建具有行业特色的课程体系。行业特色主要体现在如下方面:(1)课程设置上开设与行业背景相关的课程(煤炭智能精准开采概论);(2)实践教学环节精心选择与行业相关的煤矿物联网应用和设计(井下人员定位、井下瓦斯监测、设备健康状态监测等);(3)实习环节至少有一段时间在行业相关企业或具有区域特点的企业实习,通过行业或区域特点的强化,使人才培养和专业建设特色更为鲜明。经过四年的培养,使学生具备物联网基本理论知识和行业背景知识,在射频识别、传感技术、嵌入式技术、大数据处理、物联网系统设计与开发等方面接受专门知识与技术训练,尤其对煤炭行业物联网应用和开发方面有较深入的了解,具备良好的工程实践和创新能力。根据人才培养目标、专业定位及行业背景,构建物联网工程专业的课程体系。物联网工程专业课程体系包括通识教育课程平台、学科基础教育课程平台、专业教育课程平台和实践教育课程平台四大模块。在课程体系结构上,以物联网分层结构为基础,建立以计算机科学与技术为依托的课程体系。课程体系划分为感知层、传输层、数据处理层和应用层。(1)感知层技术支撑课程主要包括传感器技术、RFID技术、单片机技术、嵌入式系统等;(2)数据传输层技术支撑课程主要包括计算机网络、无线传感器网络、物联网通信技术、移动互联网等;(3)数据处理层技术支撑课程主要包括数据库原理、大数据与云计算、物联网安全技术等;(4)应用控制层技术支撑课程主要包括物联网控制技术、Android应用开发、J2EE架构与程序设计等。主要专业理论课程很难体现出行业特色和优势。因此,通过开设指定选修课程《煤炭智能精准开采概论》来拓展有关的行业背景知识以及行业相关技术最新发展和需求。另外,在实践教育课程平台中的专业实习、综合训练等环节精选典型行业和领域的物联网应用,进一步强化行业物联网应用。

3.建立多维度人才培养质量保障体系

在特色专业建设过程中,质量保障体系是其重要内容,是培养目标得以实现的有力保障。因此,在物联网工程专业人才培养质量方面,探索以下方法和途径。

3.1动态更新教学内容

为了适应物联网技术的快速发展和市场对人才需求的不断变化,通过产学研深度融合,构建一种教学内容动态更新机制。具体实施方法:一方面与物联网相关企业建立长期校企合作机制,多渠道、多途径交流物联网技术发展和需求,如采用技术讲座和报告、技术培训、参与企业项目开发等方式;另一方面,任课教师在每学期教研活动后期阶段结合自己的教学研究和科研成果,开展物联网相关内容的最新成果和最新技术发展的讨论与交流,及时总结和更新教学内容。通过以上途径可把最新知识融入到教学过程中,进而保证教学内容与企业需求的无缝对接和持续动态更新。

3.2引入创新应用激励机制

物联网工程专业的重点是工程应用,教学应由应用来驱动,物联网应用创新是教学的重要动力。为了贯彻这一理念,在教学中以学科竞赛为突破点,积极鼓励、引导学生参加与物联网相关各类学科竞赛。通过学科竞赛,激发了学生的学习热情,同时培养了学生的创新思维,提高了学生分析问题、解决问题和实践动手能力。对于较为优秀和具有一定创新意识的学生,鼓励参加和申报创新创业项目,通过项目的执行和实践以及指导教师的指导,提高学生的科研能力和创新创业能力。另外,根据学生基础知识掌握程度和兴趣特点,组建兴趣学习小组,以小组为单位开展强化训练,推动专长培养模式。为了进一步激发学生的参与热情,对获奖和取得科研成果的同学给予一定的精神和物质奖励。通过实践环节的激励机制能够较好地推动专业教学,提高学生的实践和创新能力。

3.3改革创新教学方法和教学模式

教学过程中,将理论知识融合到多种形式的实践过程中,往往能够取得较好的教学效果。实践过程主要包括课程实验、工程实践和科学研究。利用好实验教学环节可达到充分理解和运用理论知识的目的,而结合企业的实际工程项目,可大大提高学生分析问题和解决问题的能力,真正做到学以致用;通过引入科学研究项目可以更深入地拓展理论知识的深度和广度,激发学生的学习兴趣。因此,理论教学和不同层次的多种实践过程的渗透是一种有效的教学模式,可大大提高教学效果。创新教学方法也是提高教学效果的一种途径。鼓励专业教师积极尝试采用适合专业和课程特点的新的教学方法。例如,改变传统“以教师讲授为中心”的教学模式,增加学生的课内体验和主导因素,教学采用软件演示与课后动手实践相结合的方式,积极推动案例教学和教学案例库建设,提高案例教学内容的丰富性、知识性和趣味性,培养学生深入思考问题的习惯,激发学生的学习热情。

3.4建设高质量的教学资源

师资队伍是最重要的教学资源,也是专业发展和建设的前提。物联网工程专业是多学科交叉的专业,涉及的学科内容较多,因此也给专业课教师带来了压力,给授课教师提出了较大挑战。要保证教师知识的全面性就需要不断地学习,而教师专业水平和业务能力的提高,又为提高教学质量和新课程的开设奠定了基础。通过“走出去”和“请进来”的方式,拓展渠道,积极推动“产学研”一体化。一方面选派教师到企业推广成果转化,学习现场实践经验;另外一方面把企业相关专业经验丰富的技术人员请进学校兼任创新创业辅导老师,指导学生创新创业。同时利用假期培训、短期学术交流、国内进修、攻读学位和引进专业人才等方式建立高水平师资队伍,为高水平教学提供保障。课程资源是提高教学质量的重要支撑。利用计算机技术和互联网技术优势,建设一批核心专业课程教学资源库,与企业合作开发数字化教学资源,构建数字化学习平台和互联网创新开发平台。在现有网络教学系统和资源的基础上扩建物联网工程专业课程资源,突破传统教学模式的时空限制,丰富学生业余学习和课外学习的资料,增强师生间的交流。把课堂教学和网络资源密切结合起来,大大提高学生学习效率和教学效果。实验室建设是实践教学的重要保证。针对物联网专业实践环节薄弱的问题,通过利用学校的专业建设基金和实验室建设专项基金,在全面研究和论证的基础上建立物联网综合实验室、大数据计算实验室和智能家居实验室,使专业课程实验和综合实训条件大为改善,有力保障实践教学的开展,全面提高实践教学质量。

3.5提高教学管理和建立评估反馈机制

教学管理和评估是保证教学质量的重要环节。教学管理突出以学生为中心,贯彻“一切为了学生,服务学生”的宗旨,把对学生的管理工作围绕“服务学生”展开,突出学生在教学中的中心地位。把教师和学生的单向评价改变为互动式的“教”与“学”双向效果评价,形成“评价-反馈-改进”的良性循环。评价反馈环节主要包括以下几方面:(1)通过学生评教,获取最直接的反馈意见和建议,即通过倾听或问卷调查(网评)获得学生对课程教学的评价,以及对教师教学效果、课程设置、实践环节的评价;(2)教师对学生学习效果的评价;(3)教学管理部门对整体教学效果的综合评价;(4)增加一些间接或长期的评价环节,如学生在企业实践的能力和效果、参加学科竞赛和创新创业活动的成绩等。通过不断改革完善教学的各个环节,建立一套较为完善的质量闭环监控体系,能够有效对专业培养质量进行动态监测和评价,促进专业建设整体质量的提高。

4.结语

物联网工程专业在经过几年的快速发展后,大多数高校都面临的一个重要现实问题是如何提高专业建设水平,突出专业优势和专长,提高毕业学生的竞争力。本文结合省级质量工程项目物联网工程特色专业建设项目实践,提出了明确的具有行业特色的人才培养目标和专业定位。通过特色专业建设,在很大程度上提高了人才培养质量和专业建设水平,并在人才培养、课程体系建设、教学质量保障体系等方面进行了较为深入的探索和研究,特色专业建设实践和成果对相关高校物联网工程专业建设具有一定的参考和指导意义。

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