張曉輝 溫顯斌 肖迎元 王 聃

（天津理工大學(xué)，天津300384）

基于“卓越計(jì)劃”的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建

張曉輝 溫顯斌 肖迎元 王 聃

（天津理工大學(xué)，天津300384）

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是近年來新興的一個(gè)專業(yè)，為配合學(xué)院貫徹“卓越計(jì)劃”工作，該專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)突出對(duì)學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，以期培養(yǎng)出滿足社會(huì)需求、具有創(chuàng)新精神和工程實(shí)踐能力的人才。本文主要探討該專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建，給出了實(shí)驗(yàn)教學(xué)子系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容及要求；設(shè)計(jì)了貫穿學(xué)生大二到大四的課程設(shè)計(jì)及能力培養(yǎng)內(nèi)容；介紹了校內(nèi)、校外兩個(gè)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)；闡述了三種不同形式的畢業(yè)設(shè)計(jì)；最后對(duì)課外實(shí)踐活動(dòng)進(jìn)行了說明。

物聯(lián)網(wǎng)工程；卓越計(jì)劃；實(shí)踐教學(xué)體系

一、引言

“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”（簡(jiǎn)稱“卓越計(jì)劃”）是為貫徹落實(shí)黨的十七大提出的走中國(guó)特色新型工業(yè)化道路、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家、建設(shè)人力資源強(qiáng)國(guó)等戰(zhàn)略部署而提出的高等教育重大改革計(jì)劃［1］。2011年天津理工大學(xué)正式啟動(dòng)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，該計(jì)劃為高等院校培養(yǎng)人才指明了方向。

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是近幾年新興的一個(gè)專業(yè)，教育部對(duì)該專業(yè)目前還沒有統(tǒng)一的課程體系要求。從以往該專業(yè)的教學(xué)過程及教學(xué)效果看，傳統(tǒng)教學(xué)模式重理論而輕實(shí)踐，課堂講授多，動(dòng)手實(shí)踐少，學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力欠缺，學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的掌握與開發(fā)能力距“卓越計(jì)劃”的要求還有一定差距。在實(shí)踐教學(xué)體系中主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：一是實(shí)踐形式單一，如以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大部分為驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)。二是缺少整體規(guī)劃，從而導(dǎo)致各實(shí)踐環(huán)節(jié)出現(xiàn)實(shí)踐內(nèi)容重復(fù)現(xiàn)象；各實(shí)踐環(huán)節(jié)相對(duì)獨(dú)立，內(nèi)容上不銜接從而導(dǎo)致對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力培養(yǎng)無遞進(jìn)式上升。在此背景下，本文主要闡述在“卓越計(jì)劃”指導(dǎo)下該專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建。

二、物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)介紹

在“卓越計(jì)劃”指導(dǎo)下，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)德智體美全面發(fā)展、具備良好的人文素養(yǎng)和職業(yè)道德，具有系統(tǒng)、扎實(shí)的計(jì)算機(jī)理論基礎(chǔ)，較寬廣的物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的計(jì)算機(jī)、通信，傳感器基本理論、基本知識(shí)和基本技能與方法的人才。在物聯(lián)網(wǎng)的信息處理、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、感知層技術(shù)等方面具備工程實(shí)踐方法，具備從事物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)、調(diào)試、運(yùn)行維護(hù)等基本能力。

培養(yǎng)目標(biāo)中強(qiáng)調(diào)了學(xué)生的工程實(shí)踐能力，工程實(shí)踐能力是在實(shí)踐教學(xué)過程中培養(yǎng)的解決問題的動(dòng)手能力。實(shí)踐能力的培養(yǎng)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，因此實(shí)踐教學(xué)也應(yīng)該在大學(xué)四年的過程中逐步深化。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是新開專業(yè)，在“卓越計(jì)劃”的指導(dǎo)下，實(shí)踐課程體系構(gòu)建應(yīng)以社會(huì)需求為導(dǎo)向、以工程實(shí)際為背景、以專業(yè)技術(shù)為主線來進(jìn)行。［2-3］

三、物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)

下面分別就實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)以及課外實(shí)踐活動(dòng)這五個(gè)實(shí)踐教學(xué)子系統(tǒng)進(jìn)行闡述，介紹各子系統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)。

1.實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)是整個(gè)實(shí)踐教學(xué)體系中最根本、最基礎(chǔ)的實(shí)踐教學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求學(xué)生掌握基本實(shí)驗(yàn)技能和方法，對(duì)理論教學(xué)知識(shí)更加融會(huì)貫通。通過實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生動(dòng)手能力，發(fā)展其創(chuàng)新思維。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容主要包含三類：驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)和綜合型實(shí)驗(yàn)。下面給出一門專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的例子。

表1 專業(yè)課程“RFID與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核標(biāo)準(zhǔn)與要求包括每門課實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)不少于總課時(shí)的30%。在專業(yè)課程中，設(shè)計(jì)型和綜合型實(shí)驗(yàn)不少于實(shí)驗(yàn)總學(xué)時(shí)的75%。實(shí)驗(yàn)成績(jī)占最終結(jié)課成績(jī)的比重不少于40%，成績(jī)主要由實(shí)驗(yàn)過程的教師評(píng)分與實(shí)驗(yàn)報(bào)告等構(gòu)成。

2.課程設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)在實(shí)施過程中，以團(tuán)隊(duì)小組的形式實(shí)現(xiàn)，4-5人為一組。在教師指導(dǎo)下，小組成員分工合作，通過查閱資料、小組討論，提出合理的實(shí)施方案，然后按照分工進(jìn)行動(dòng)手實(shí)踐，最后調(diào)試整合完成題目。課程設(shè)計(jì)實(shí)施過程中以鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、動(dòng)手實(shí)踐能力為主，并鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新。

表2給出了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的課程設(shè)計(jì)安排，通過這些課程設(shè)計(jì)鍛煉了學(xué)生上層PC端、底層感知層以及中間層的開發(fā)能力，使學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)都有開發(fā)實(shí)踐經(jīng)歷。

表2 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)安排

考核主要由課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)水平和答辯質(zhì)量?jī)蓚€(gè)方面給出。課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)水平占總成績(jī)的60%，答辯質(zhì)量占總成績(jī)的40%。答辯由小組長(zhǎng)就課程設(shè)計(jì)給出總體闡述，然后根據(jù)小組成員分工，每個(gè)組員就自己完成的功能模塊進(jìn)行闡述并回答老師問題。

3.實(shí)習(xí)

物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)主要分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。實(shí)習(xí)的主要目的是讓學(xué)生除了建立理論基礎(chǔ)之外，可以通過實(shí)際動(dòng)手來累計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，達(dá)到理論與實(shí)踐相結(jié)合的境界。實(shí)習(xí)涵蓋物聯(lián)網(wǎng)的三層架構(gòu)，可以讓學(xué)生建立對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的完整概念與體驗(yàn)。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)主要有以下兩種形式的實(shí)習(xí)方式。

（1）校內(nèi)實(shí)習(xí)

大三上學(xué)期期初進(jìn)行為期兩周的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)。主要形式為聘請(qǐng)開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)工程相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的企業(yè)技術(shù)人員在學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)培訓(xùn)。該實(shí)習(xí)的目的是讓學(xué)生熟悉、了解并能初步應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備。在建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)過程中，學(xué)院建立了物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)驗(yàn)室，引進(jìn)了涵蓋物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)的各類實(shí)驗(yàn)設(shè)備。如各類基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)箱，ZigBee實(shí)驗(yàn)箱、RFID實(shí)驗(yàn)箱等以及智能家居物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)、智能課堂系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室智能安保系統(tǒng)，等等。

實(shí)習(xí)形式主要以實(shí)驗(yàn)設(shè)備操作為主，由企業(yè)技術(shù)人員對(duì)各個(gè)設(shè)備進(jìn)行介紹講解，學(xué)生在技術(shù)人員帶領(lǐng)下對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以實(shí)驗(yàn)設(shè)備指導(dǎo)說明書中的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)為主。實(shí)習(xí)最后兩天，學(xué)生進(jìn)行分組，并根據(jù)各組興趣，選擇不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)備完成一套包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)搭建，該系統(tǒng)能夠完成基本的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。最后每個(gè)學(xué)生給出實(shí)習(xí)報(bào)告并由企業(yè)技術(shù)人員給出實(shí)習(xí)成績(jī)。

校內(nèi)實(shí)習(xí)在學(xué)生大三上學(xué)期開學(xué)初進(jìn)行，在學(xué)生經(jīng)歷了兩年的基礎(chǔ)專業(yè)課程學(xué)習(xí)之后，對(duì)本專業(yè)的工程背景、設(shè)備、技術(shù)有個(gè)概括的認(rèn)知，簡(jiǎn)單的應(yīng)用，為后面學(xué)習(xí)專業(yè)課程，進(jìn)行深入的專業(yè)學(xué)習(xí)、研究和實(shí)踐打下基礎(chǔ)。

（2）校外實(shí)習(xí)

除了校內(nèi)的專業(yè)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生還需在大四上學(xué)期進(jìn)行為期12周的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)習(xí)，這個(gè)實(shí)習(xí)主要在校外各相關(guān)企業(yè)完成。實(shí)習(xí)的目的主要使學(xué)生了解企業(yè)、接觸實(shí)際，增長(zhǎng)知識(shí)，培養(yǎng)獨(dú)立工作以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

在校外實(shí)習(xí)過程中實(shí)行雙導(dǎo)師制，即學(xué)校的指導(dǎo)教師和企業(yè)工程師聯(lián)合指導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生。企業(yè)工程師主要在學(xué)生參與企業(yè)相關(guān)實(shí)際項(xiàng)目或者開發(fā)工程中給予現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，幫助其解決實(shí)際的工程開發(fā)問題。與此同時(shí)，校內(nèi)指導(dǎo)教師可以幫助解決學(xué)生在實(shí)際工程中遇到的理論問題，并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行相關(guān)理論與實(shí)踐的科學(xué)研究。實(shí)習(xí)結(jié)束后學(xué)生需撰寫實(shí)習(xí)報(bào)告，并回學(xué)校進(jìn)行實(shí)習(xí)答辯。實(shí)習(xí)最終成績(jī)由企業(yè)工程師給出70%，校內(nèi)指導(dǎo)教師給出30%。

4.畢業(yè)設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)是教學(xué)過程的最后一個(gè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)生可以綜合應(yīng)用所學(xué)的各種理論知識(shí)和技能，進(jìn)行全面、系統(tǒng)、嚴(yán)格的技術(shù)及基本能力的訓(xùn)練，使學(xué)生的綜合素質(zhì)和各種能力都得到一個(gè)提升。畢業(yè)設(shè)計(jì)的流程包括選題、設(shè)計(jì)、答辯等。在選題階段要求一人一題，在設(shè)計(jì)階段以學(xué)生設(shè)計(jì)為主，導(dǎo)師輔導(dǎo)為輔，最終畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)由答辯給出。為使畢業(yè)設(shè)計(jì)的形式多樣化，學(xué)院主要提供以下幾種形式的畢業(yè)設(shè)計(jì)。

（1）課題型畢業(yè)設(shè)計(jì)

對(duì)科研感興趣的學(xué)生可以選擇有科研項(xiàng)目的老師作為導(dǎo)師，選擇某一科研課題作為其畢業(yè)設(shè)計(jì)，在此過程中學(xué)到新知識(shí)、新方法，培養(yǎng)其分析問題和解決問題的能力，進(jìn)而使學(xué)生初步具備科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)能力。

（2）實(shí)踐型畢業(yè)設(shè)計(jì)

為提高學(xué)生實(shí)踐能力，提供學(xué)生實(shí)踐場(chǎng)所，已與多家企業(yè)合作。學(xué)生可以選擇在相關(guān)企業(yè)完成其畢業(yè)設(shè)計(jì)。學(xué)院請(qǐng)企業(yè)相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員擔(dān)任指導(dǎo)教師，這種畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際的畢業(yè)設(shè)計(jì)形式可以讓學(xué)生從企業(yè)的工程技術(shù)人員那里學(xué)到更多的實(shí)用技術(shù)，提高解決實(shí)際問題的能力。

（3）科研型畢業(yè)設(shè)計(jì)

學(xué)院實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)設(shè)備豐富，也是提供學(xué)生進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的一個(gè)場(chǎng)所。學(xué)生可以選擇感興趣的實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)研究，有能力者可以在導(dǎo)師指導(dǎo)下自行研制實(shí)驗(yàn)設(shè)備、自制實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)計(jì)相關(guān)軟件，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。

5.課外實(shí)踐活動(dòng)

大學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，不僅需要課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、課設(shè)、實(shí)習(xí)等，還需要學(xué)術(shù)講座、科研活動(dòng)、學(xué)科競(jìng)賽、各類大賽等課外實(shí)踐活動(dòng)。為此，學(xué)院每學(xué)期舉辦不少于3次的學(xué)術(shù)講座，鼓勵(lì)、帶領(lǐng)學(xué)生參加各類比賽。目前學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生已經(jīng)在天津大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新與工程應(yīng)用設(shè)計(jì)競(jìng)賽中獲得一等獎(jiǎng)一項(xiàng)、二等獎(jiǎng)兩項(xiàng)、三等獎(jiǎng)若干項(xiàng)。

通過各類課外實(shí)踐活動(dòng)，可以推動(dòng)教學(xué)改革和建設(shè)，促進(jìn)教學(xué)與科研的結(jié)合，營(yíng)造濃厚的工程實(shí)踐氛圍，激勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、協(xié)作精神和理論聯(lián)系實(shí)際能力等。［4］

四、結(jié)束語

在“卓越計(jì)劃”指引下，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建以培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力為導(dǎo)向，對(duì)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)整體規(guī)劃，設(shè)計(jì)了五個(gè)實(shí)踐教學(xué)子系統(tǒng)，通過調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)比例提高至75%以上；通過課程設(shè)計(jì)，訓(xùn)練學(xué)生的基本物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)；通過實(shí)習(xí)，增加企業(yè)工程訓(xùn)練；通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生結(jié)合工程實(shí)際的工程設(shè)計(jì)能力；通過課外實(shí)踐活動(dòng)，增強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作，營(yíng)造濃厚的工程實(shí)踐氛圍。該實(shí)踐教學(xué)體系應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)2012、2013級(jí)本科生實(shí)踐教學(xué)，由于實(shí)踐形式多樣化，提高了學(xué)生參加實(shí)踐的興趣。整個(gè)實(shí)踐教學(xué)體系經(jīng)過整體規(guī)劃，實(shí)踐內(nèi)容由簡(jiǎn)到難，學(xué)生實(shí)踐能力得到遞進(jìn)式鍛煉和上升。學(xué)生培養(yǎng)取得了不錯(cuò)的效果，如：學(xué)生的實(shí)踐類課程平均成績(jī)普遍提高，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)成績(jī)從以往的70分左右提高到80分左右；2012級(jí)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)通過率達(dá)到了100%。該實(shí)踐教學(xué)體系從目前的實(shí)施情況看，增加了學(xué)生的實(shí)踐學(xué)時(shí)、實(shí)踐機(jī)會(huì)、學(xué)生動(dòng)手能力得到增強(qiáng)，創(chuàng)新能力得到提高，使學(xué)生具備了較強(qiáng)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用與開發(fā)能力。

［1］林健.“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”專業(yè)培養(yǎng)方案研究［J］.清華大學(xué)教育研究，2011，32（2）.

［2］林健.“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”通用標(biāo)準(zhǔn)研制［J］.高等工程教育研究，2010（4）.

［3］鄭春龍，邵紅艷.以創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)為目標(biāo)的高校實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建與實(shí)施［J］.中國(guó)高教研究，2007（4）.

［4］張安富，劉興鳳.實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的思考［J］.高等工程教育研究，2010（4）.

（責(zé)任編輯：張華凡）

Constructing a Practice Teaching System for Internet of Things Based on“Plan for Outstanding Engineers”

ZHANG Xiaohui，WEN Xianbin，XIAO Yingyuan，WANG Dan
（Tianjin University of Technology，Tianjin 300384，China）

The Internet of Things is an emerging major in recent years.The students’engineering ability is an important educational objective of the Plan for Outstanding Engineers.The students should have both creativity and engineering ability to meet the social needs.This article discusses the construction of a practice teaching system and the contents of and requirements for the subsystems as well.The teaching contents and the ability training of the students during the sophomore and senior years both in school and outside school are also discussed.Three different kinds of graduation projects and extracurricular practice are also introduced.

internet of things；plan for outstanding engineers；practice teaching system

G642.0

張曉輝（1979—），女，講師，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)。

天津市重點(diǎn)教改項(xiàng)目（C03-0809）；天津理工大學(xué)教改項(xiàng)目（YB11-41）。