孟小艷 靳晟 楊瑩

摘要：文章在探討一流本科專業(yè)建設的背景下，以新疆農(nóng)業(yè)大學物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)為例，介紹了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系建設的內容和實踐經(jīng)驗。在本科層次的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的課程體系構建中，針對地方高校應用型本科的特點，從培養(yǎng)學生解決應用型工程問題的能力出發(fā)，將人才培養(yǎng)目標定位到應用型工程人才的培養(yǎng)，結合地方高校特色，引入“人工智能+”思路，構建了能夠達成畢業(yè)要求的專業(yè)課程體系。實踐表明，該課程體系能夠有效提升人才培養(yǎng)質量，對地方應用型高校在建設物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)具有一定的參考意義。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)工程；課程體系；國家一流本科專業(yè)建設；地方高校

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）31-0157-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

0 引言

在高等教育改革持續(xù)創(chuàng)新的當下，如何有效提升高等教育的質量和水平，如何滿足人們日益增長的對優(yōu)質高等教育資源的追求和向往，已經(jīng)成為新時代我國高等教育發(fā)展的重大歷史使命。一流本科專業(yè)的建設正是推動我國高等教育發(fā)展和優(yōu)化的重要環(huán)節(jié)。一流本科專業(yè)建設從2019年正式啟動到現(xiàn)如今初見成效。

作為國家倡導的戰(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)前景廣闊的熱門領域，因此物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)成為各家高校爭相申請的新專業(yè)。新疆農(nóng)業(yè)大學物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)于2012年成功申報該專業(yè)招生，2016年入選自治區(qū)戰(zhàn)略新興重點建設專業(yè)并在2020年底通過驗收，2022年初獲批國家級一流本科專業(yè)建設點，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)針對本校農(nóng)科特色，明確專業(yè)定位，在專業(yè)建設上進行了有效的探索。

1 研究背景及意義

課程體系是指在一定的教育價值理念指導下，將課程的各個構成要素加以排列組合，使各個課程要素在動態(tài)過程中統(tǒng)一指向課程體系目標實現(xiàn)的系統(tǒng)[1]。課程體系是專業(yè)培養(yǎng)目標的具體化和依托，規(guī)定了培養(yǎng)目標實施的規(guī)劃方案。課程體系的質量和完備性是影響專業(yè)教育質量和水平的重要因素之一。如果課程體系不完備或不合理，那么相應的專業(yè)教育也將受到影響，導致學生畢業(yè)后無法很好地勝任工作。隨著技術的不斷進步和社會的不斷變革，行業(yè)的需求和趨勢也在不斷發(fā)生變化，課程體系也需要不斷更新，引入更多的新技術和新領域的知識，使學生具備適應行業(yè)快速變化的能力。因此課程體系的持續(xù)建設和實踐是有意義的工作。

一流本科專業(yè)建設是為了適應經(jīng)濟社會發(fā)展對高素質人才的需求，推進高等教育內涵建設，提高本科教育質量，推進高等教育現(xiàn)代化而進行的一項改革措施[2]，它體現(xiàn)了國家高等教育綜合治理的整體思路；也彰顯了國家對本科教育的高度重視；順應了卓越高級專門人才培養(yǎng)的需求；建設一流本科專業(yè)，是提升人才培養(yǎng)質量、推動高校內涵發(fā)展、實現(xiàn)高等教育強國夢想的必然舉措。面對一流本科專業(yè)認證，原有的課程體系需要進行更科學的改革和優(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標準，能支撐起專業(yè)的培養(yǎng)目標展開研究是有意義的工作[3]。同時，探索專業(yè)課程體系改革中的方法，分析課程體系建設對專業(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，為學院其他相近工科專業(yè)開展專業(yè)認證提供借鑒和參考[4]。

2 專業(yè)建設理念

物聯(lián)網(wǎng)工程是一個技術與應用高度融合的領域[5]，因此，課程設置應該緊密圍繞工程應用開展。新疆農(nóng)業(yè)大學物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設的定位是：立足新疆，面向西部，側重“三農(nóng)”，以“絲綢之路經(jīng)濟帶”作為專業(yè)建設的重要方向服務社會，凝練具有地方教育特色的專業(yè)建設體系，構筑西部地區(qū)物聯(lián)網(wǎng)高等教育平臺，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、高質量、高素質的復合型和創(chuàng)新型工程技術緊缺人才。

首先，要確保學生掌握計算機科學、通信技術和工程知識的綜合應用能力。其次，應該注重培養(yǎng)學生的實踐與創(chuàng)新能力，通過實踐教學、競賽等方式激發(fā)學生的興趣，促進學生的創(chuàng)新思維和實踐能力提升。同時，結合學校傳統(tǒng)優(yōu)勢學科，凸顯和強化2個物聯(lián)網(wǎng)工程應用領域，一個是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工程與應用，與農(nóng)學、林學等傳統(tǒng)優(yōu)勢學科有機結合，為“三農(nóng)”問題的解決提供信息技術支撐；一個是干旱區(qū)資源環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)工程應用，與水利、草業(yè)等傳統(tǒng)優(yōu)勢學科有機結合，為新疆敏感脆弱生態(tài)環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展提供信息技術支持。

3 課程體系建設

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、計算機技術、電子技術等相關專業(yè)知識，掌握通信系統(tǒng)理論和物聯(lián)網(wǎng)技術工程領域的專門知識與關鍵技術，具備扎實的電子技術、傳感技術、通信網(wǎng)絡理論、信息處理技術等基礎理論，基礎寬厚。目前的課程體系主要分為3個層次：通識教育、專業(yè)教育、素質教育。通識教育層次分為同時理論課和通識實踐課；專業(yè)教育層次又細分為專業(yè)基礎課、專業(yè)核心課、專業(yè)選修課和專業(yè)實踐課；素質教育層次包括素質教育限選和素質教育任選。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明的如下。

1） 通識理論課主要有：數(shù)學素質類（高等數(shù)學、線性代數(shù)、概率統(tǒng)計）、大學物理、Python程序設計導論、英語、體育、思政類課程（中國近現(xiàn)代史綱要、思想道德修養(yǎng)與法律知識、馬克思主義基本原理、形勢與政策、毛澤東思想和中國特色社會主義理論體系概論、新疆簡明歷史），統(tǒng)稱6課。

2） 專業(yè)基礎課程主要有：C++程序設計、Android應用開發(fā)、Java語言程序設計、數(shù)據(jù)結構、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用技術、計算機網(wǎng)絡。

3） 專業(yè)核心課程主要有：物聯(lián)網(wǎng)工程學科導論、設備自動傳感與執(zhí)行、傳感器與智能感知、物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術、物聯(lián)網(wǎng)多媒體技術、設置Dragon Board開發(fā)平臺、Arduino接口及項目開發(fā)、樹莓派接口及項目開發(fā)等。

4） 專業(yè)選修課程主要有：ARM體系架構與編程、實時操作系統(tǒng)、機器學習、神經(jīng)網(wǎng)絡與深度學習、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡與圖像分類、農(nóng)業(yè)信息采集與處理等。

5） 專業(yè)實踐課程主要有：除了專業(yè)課程對應的實踐課，還開設有綜合實踐和綜合應用實踐課。其中，綜合實踐包括電子技術基本實訓、綜合電子設計、物聯(lián)網(wǎng)工程綜合實踐。多手段強化實踐環(huán)節(jié)效果。

3.2 專業(yè)課程建設

物聯(lián)網(wǎng)工程是一門交叉學科，涉及了計算機、電子、自動控制和通信等多個領域的相關專業(yè)知識，綜合性強，內容復雜，并同時包括了軟件和硬件。因此在進行專業(yè)課程體系建設時，注重課程間的銜接和關聯(lián)的同時，還不斷增加專業(yè)課占比。表1為專業(yè)課學分占比，除去專業(yè)實踐課（專業(yè)實踐課以周為單位，學分一直未變），可以看出專業(yè)必修課、選修課、核心課的比重在總學分整體下降的情況下，仍然呈現(xiàn)占比升高的趨勢。

專業(yè)基礎課程的學習，可以使學生學習到專業(yè)相關的基本理論、基本知識和基本技能，能夠幫助學生建立全面的學科知識體系。因此，從軟件、硬件、網(wǎng)絡三個維度進行了課程設置，為學生進一步深入學習提供專業(yè)支撐。專業(yè)基礎課設置基本穩(wěn)定，在優(yōu)化了語言設計類課程的同時，增加了手機端開發(fā)新技術“Android應用開發(fā)”和硬件新技術“可編程邏輯器件與應用開發(fā)”。隨著學院整體方向的優(yōu)化，增加了人工智能+課程“探尋人工智能”，保證學生專業(yè)基礎扎實。

學習了基礎課程之后，可以進階到核心課程進行深入學習。在核心課程中引導學生學習物聯(lián)網(wǎng)工程的基本概念和應用領域，開設了物聯(lián)網(wǎng)技術導論。接著引導學生學習常見傳感器的類型、原理和設備的自動化，開設了傳感器與智能感知和設備自動傳感與執(zhí)行課程。隨后引導學生學習了物聯(lián)網(wǎng)設備組網(wǎng)，開設了物聯(lián)網(wǎng)設備組網(wǎng)技術。最后為提高學生的實踐能力和創(chuàng)新能力，讓學生學習了嵌入式系統(tǒng)設計和開發(fā)、開源硬件和開源軟件的使用和開發(fā)等方面的知識，開設了設置Dragon Board開發(fā)平臺、Arduino接口及項目開發(fā)和樹莓派接口及項目開發(fā)課程。這些核心課程從原理到應用開發(fā)，全面覆蓋物聯(lián)網(wǎng)體系架構中的感知層、網(wǎng)絡層和應用層。與傳統(tǒng)重理論的課程體系不同，課程設置理論和實驗學時對半，通過加大實驗學時、項目式驅動教學等思路，提升學生的實踐能力。同時，多門課程項目和課程設計基于農(nóng)科背景加強交叉融合，著力解決新疆農(nóng)業(yè)數(shù)字化問題。

除此以外，為開闊學生的視野，幫助學生更好地發(fā)掘自己的潛力和才能，從硬件和AI兩個方向設置了專業(yè)選修課。專業(yè)選修課程全面升級為前沿技術，將程序設計類課程調整成專業(yè)基礎課后，舍棄傳統(tǒng)課程專業(yè)英語，添加側重硬件方向的前沿技術類課程ARM體系架構與編程、實時操作系統(tǒng)，同時在專業(yè)選修課中體現(xiàn)“人工智能+”模式。在AI方向，開設了機器學習、神經(jīng)網(wǎng)絡與深度學習和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡與圖像分類等課程，并且將“卷積神經(jīng)網(wǎng)絡”細化為專業(yè)中應用較多的圖像分類任務。為使學生了解當前信息技術前沿，考慮到新疆農(nóng)業(yè)大學農(nóng)業(yè)優(yōu)勢學科多的特點，還開設了與農(nóng)業(yè)結合的農(nóng)業(yè)信息采集與處理課程。

4 教學實施

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)作為一個新興專業(yè)，具有較強的交叉性與綜合性，同時與科技的聯(lián)系也比較緊密。雖然我國開設此專業(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，還存在著課程設置不合理、實踐教學不足和創(chuàng)新能力培養(yǎng)不夠的問題。針對存在的這些問題[6]，新疆農(nóng)業(yè)大學物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)在教學實施中有幾點做法。

課程設置方面，應根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求，合理安排通識類知識、學科基礎知識、專業(yè)知識和實踐性教學等內容，突出物聯(lián)網(wǎng)的特色和核心競爭力，避免與其他計算機類專業(yè)重復或冗余。同時，應根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術和應用的發(fā)展變化，及時更新課程內容和教材，在課程導論中引入前沿的理論和案例和項目應用知識，提高課程的時效性和針對性；在專業(yè)課程中以項目式教學為驅動，提高學生的動手能力；在選修課程中增加與AI結合的課程。

在實踐教學方面，將物聯(lián)網(wǎng)的實踐項目引入課程中，實踐課在專業(yè)課的占比達到44%，讓學生能夠有充足的時間在項目中進行實踐操作，提高學生的實踐能力和技能水平。同時，建立了完善的實驗室和設備資源，以國家級工程中心、省級農(nóng)業(yè)工程中心、省級本科實驗教學平臺為依托，提供實驗所需的軟硬件，鼓勵學生進行自主實踐，為學生提供開放實驗室，讓學生能夠在自主實踐中提高技能和實踐能力。

在創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面，應培養(yǎng)學生的計算思維、系統(tǒng)思維和創(chuàng)新思維，激發(fā)學生對物聯(lián)網(wǎng)領域的興趣和探索精神。學院開展了多種形式的科技創(chuàng)新、社會實踐等活動，例如組建無人機植保小分隊，利用暑假時間到田間完成植保任務；鼓勵學生參與科研競賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等項目，學院提供指導和支持，學生在國賽和各類省賽中獲獎率逐年攀升。

在一流本科專業(yè)建設背景下，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的課程體系建設和教學方法的優(yōu)化是至關重要的。通過組建課程團隊形成合力，加快課程建設，在教學內容改革、教學方法改革和課程資源建設等方面進行實踐探索，取得豐碩成果。已建成國家級本科一流課程2門，省級一流課程3門，校級一流課程多門。

5 展望

我國已經(jīng)制定了高等工程教育改革的發(fā)展目標，到2030年，形成中國特色、世界一流工程教育體系，有力支撐國家創(chuàng)新發(fā)展；到2050年，形成領跑全球工程教育的中國模式，建成工程教育強國，成為世界工程創(chuàng)新中心和人才高地，為實現(xiàn)中華民族偉大復興的中國夢奠定堅實基礎。培養(yǎng)造就一大批多樣化、創(chuàng)新型卓越工程科技人才，為我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國際競爭提供智力和人才支撐，既是當務之急，也是長遠之策。課程體系建設是專業(yè)建設的重要組成部分，建設良好的課程體系是每個專業(yè)的重要任務之一，有助于提升專業(yè)的教育質量和水平，同時也在推動學科的發(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，以適應社會和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求。本校的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)也肩負著同樣的使命，面對越來越多的挑戰(zhàn)，課程體系建設和改革是必然趨勢。新疆農(nóng)業(yè)大學一直以為社會培養(yǎng)專業(yè)能力強，具有創(chuàng)造力的新時代學生為己任，希望為國家的新工科建設貢獻一份力量。

參考文獻：

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[5] 王建新，謝勇，楊蕊.新工科教育背景下物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)本科課程體系優(yōu)化建設[J].物聯(lián)網(wǎng)技術，2021，11（10）：121-123，126.

[6] 施炯，李君.面向工程教育認證的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系構建[J].寧波工程學院學報，2022，34（1）：103-108.

【通聯(lián)編輯：梁書】