面向工程教育认证的物联网工程专业课程体系构建

施炯,李君

（浙江万里学院 信息与智能工程学院,浙江 宁波 315100）

0 引言

为主动应对当前产业变革和转型升级所带来的挑战，服务“数字经济”、“中国制造”和“互联网+”等国家战略，增强高校工程技术人才培养对产业发展的适应性，提升全球化和国际视野，构建工程教育的质量监控体系，我国于2016年正式加入国际工程教育《华盛顿协议》组织[1]。截至2020年底，全国共有257所普通高等学校1 600个专业通过了工程教育认证，涉及机械、仪器等22个工科专业类。

工程教育认证以“学生中心、产出导向、持续改进”为基本理念[2]，以培养学生“解决复杂工程问题”能力为根本定位，对人才培养目标、毕业要求、课程体系、教学落实、评价与反馈等各个环节进行系统设计与实施。在上述诸多因素之中，课程体系是开展专业教学的重要依据，是实现人才培养目标和培养规格的重要载体。物联网工程属于计算机类专业，具有跨多学科、综合性强的特点，是教育部2010年开始批准建设的战略新兴相关专业。随着工程教育认证工作的开展，现有的专业课程体系与工程教育认证标准存在较大差别。因此，如何根据工程教育认证标准的要求，在深入调研的基础之上，构建培养“解决复杂工程问题”为主线的课程体系，以支撑人才培养目标的达成，是非常必要而且迫切的。

1 课程体系构建依据

面向工程教育认证的课程体系构建，需要从人才培养的目标定位出发，制定覆盖工程教育认证通用标准和专业补充标准的毕业要求及其指标点分解，并以此为依据，构建支撑毕业要求达成的专业课程体系和实训实践课程体系。

1.1 人才培养目标定位

人才培养目标首先要符合学校的人才培养基本定位，应用型的高校需要培养应用型的人才，“应用型”并不代表“低水平”，应用型人才培养关注的同样是“复杂的工程问题”，且问题呈现应用的特征，与应用系统关联密切[3]。其次，人才培养目标需要考虑生源和师资队伍情况，也就是说，专业要清楚招进来学生的情况、现有师资队伍的擅长，再确定培养的学生将来适合做什么。第三，人才培养目标要体现办学特色，应用型人才培养应多考虑地方区域经济的发展需求，扎根地方、服务地方，才能让人才培养更具活力和生命力。第四，人才培养目标要与《普通高等学校计算机专业类教学质量国家标准》相符合，突出核心知识与核心能力的协同[4]。最后，由于工程教育认证中对于人才培养目标的时间限定是“学生毕业5年后”，因此，这就要求专业对于毕业生进行广泛的跟踪和调研，同时，需要邀请行业、用人单位共同参与对毕业生的素质、能力进行客观评价。该人才培养目标定位的过程可以用图1来描述。

图1 人才培养目标定位

以东部某高校为例，其物联网工程专业面向“中国制造2025”试点城市对物联网人才的需求，结合学校应用型办学定位和生源特点，将人才培养定位在物联网产业链的网络通信、应用开发和系统集成这3个环节，其人才培养目标描述如下：以培养中国特色社会主义建设者和接班人为目的，面向“中国制造2025”国家战略下的区域经济发展对物联网技术的需求，培养知识、能力、素质协调统一，具有良好的思想品德和人文科学素养，掌握扎实的数学、自然科学基础知识和物联网专业知识，具备计算思维能力、设计物联网解决方案和开发物联网应用系统的能力，具有较强的工程实践、合作交流和终身学习的能力，能在物联网及其相关工程领域从事软硬件产品设计、应用系统开发、工程管理及维护等工作的高素质应用型人才。

1.2 毕业要求及指标点分解

专业人才培养最终是否能够达成既定的培养目标，需要有明确、公开、可衡量的毕业要求来支撑。2017年11月修订的工程教育认证通用标准中，设置了工程知识、问题分析、设计/开发解决方案、研究、使用现代工具这5条技术性要求，以及工程与社会、环境和可持续性发展、职业规范、个人和团队、沟通、项目管理、终身学习这7条非技术性要求。这12条要求面向全工程周期，描述的是学生的能力产出，而非知识输入，这也是“产出导向”思想的集中体现。

目前来看，一般高校在进行工程专业认证时，会对每一项毕业要求分解成若干个指标点，再将每一项指标点分配给对应的课程去支撑和落实，为后续的毕业要求达成度评价打好基础。值得注意的是，在对指标点进行分解的时候，要体现其内在的逻辑性，并不是随意拆分，特别需要满足两点：即全覆盖和可衡量。全覆盖是指分解的指标点必须覆盖认证标准的毕业要求，可衡量是指各分解的指标点必须提供一个可衡量的达成判断标准[5]。

专业在人才培养方案的制定过程中，需要充分考虑认证标准的12条毕业要求，并根据“全覆盖和可衡量”的原则，进行指标点细化，从知识结构、能力结构和素质结构层面进行规定。如表1所示，物联网工程专业可以按照“问题描述—建模求解—推理分析—比较综合”的复杂工程问题解决流程对“毕业要求1——工程知识”进行指标点的分解，并给出各指标点对应的支撑课程。

表1 毕业要求1及指标点分解表

2 课程体系构建

毕业要求的达成需要有课程进行支撑，2017年11月修订的工程教育认证通用标准中，对不同类别的课程最低学分进行了规定：数学与自然科学类课程至少占总学分的15%，工程基础类课程、专业基础类课程与专业类课程至少占总学分的30%，工程实践与毕业设计（论文）至少占总学分的20%，人文社会科学类通识教育课程至少占总学分的15%。同时，在计算机类专业补充标准中，强调了“培养学生计算思维、基本算法、程序设计和系统能力”的重要性，对专业实践环节中作业的数量和难度进行了说明。

2.1 课程设置

根据人才培养目标和毕业要求，专业设计了“基础课程”“核心课程”“模块课程”和“素质拓展课程”4个层次的课程体系，如表2所示。

表2 专业课程设置表

基础课程包含公共基础课、公共选修课和专业基础课：公共基础课涵盖了思想政治理论和实践类、军事理论和实践、心理健康教育、大学英语、体育与健康等课程；公共选修课包括人文社科和艺术审美类课程，专业基础课包括高等数学、离散数学、概率论与数理统计、线性代数与积分变换、大学物理、大学物理实验、计算机应用基础、C语言程序设计。

专业核心课包括核心理论和独立实践类课程。其中，核心理论课面向物联网感知层、网络层和应用层的核心知识开设，包括面向对象程序设计、数字电子技术、电路与电子技术、传感器原理及应用、单片机原理及应用、计算机网络、操作系统、控制理论及应用、数据结构与算法、射频识别技术与应用、无线传感网技术。计算机类专业补充标准中强调，必须保证学生受到足够的训练，包括课程作业与专业实践环节，专业课程必须有数量和难度与培养学生解决复杂工程问题能力相适应的作业，专业实践环节至少应包含两个基于多门课程综合、具有一定规模的系统设计与开发，因此，在核心独立实践环节，包含计算机网络课程设计、数字电子技术课程设计、电路与电子技术课程设计这3门课对应的课程设计，以及综合了多门课程的单片机应用系统设计和物联网感知、传输与控制系统实践。

模块课程包括模块限选课、模块选修课和行业应用选修课。计算机专业类教学质量国家标准中给出了关于人才培养多样化的建议，以应用型人才培养为主的高校，应倡导校企合作、校地合作，结合本地经济社会需求，培养从事软硬件产品设计、应用系统开发、工程管理及维护等工作的高素质应用型人才。专业结合“中国制造2025”试点城市和长三角“数字经济”对物联网人才的需求，设置了物联网应用系统开发模块和移动互联网软件开发模块这两个方向的模块课程。物联网应用系统开发模块以具有感知功能的小型嵌入式设备和边缘计算平台为基础，培养具备嵌入式、电子与电器、控制等知识，从事感知、控制和执行机构设计、开发、维护和管理等工作的人才。该模块课程嵌入了华为Lite OS物联网操作系统、华为NB IoT芯片和华为云物联网解决方案，可以参加华为HCIA IoT或者HCIP IoT Developer认证考试。移动互联网软件开发模块以微信小程序和HTML5等跨平台终端、Web服务器为基础，培养具备开发移动互联网终端应用、搭建Web应用服务器、开发Web应用的人才。通过学习，学生可考取Web前端开发工程师等认证。通过模块限选课的培养，使学生在软、硬件知识的基础上融入系统观，在掌握计算系统基本原理的基础上，具备进一步开发并构建以计算技术为核心的系统，掌握系统内部各组成之间的逻辑和关联。行业应用选修包含工业物联网技术实践、港口物流系统实践和智能家电系统实践这3门课，学生需要在这3门行业应用课程中选修其中1门课程进行学习。该类课程以行业人才能力需求为导向，以企业真实的项目为教学内容，采用企业化的管理方式，让学生通过完成项目的形式进行学习。

素质拓展课程包括形势与政策、职业发展与规划、职业素养提升与就业指导、创新创业基础和专业素质拓展等课程。同时，为了培养具有交叉学科知识和技能的复合型人才，满足学生多样化、个性化发展需求，学校设置了五元化特色课程，包含创新创业、学科竞赛、公务员考试、国内考研、信息技术类课程。

2.2 实践实训体系设置

本科工程教育明确了以“培养学生解决复杂工程问题”为核心，而实践教学环节是其中重要的环节之一。专业从知识、能力、素养递进式培养的角度出发，设计五层次的实践实训教学体系。

首先是专业认知实践环节，该环节培养学生对于专业的基本认知能力，包括学科基础课程、专业核心课程中包含的实验环节和课程对应的课程设计环节。其次是项目综合设计实践环节，该环节培养学生在综合多门课程知识的基础上进行项目设计和实践，如单片机应用系统设计和物联网感知、传输与控制系统实践。第三个环节是行业系统设计与实践，从系统层面培养学生对于物联网行业应用系统的需求分析、解决方案设计、系统开发、工程管理及维护的能力，包含物联网应用系统开发模块和移动互联网软件开发模块的综合设计课程，以及工业物联网技术实践、港口物流系统实践和智能家电系统实践课程。第四个环节是毕业设计和毕业实习环节，通过与校外实践基地的合作，安排学生进行毕业实习，重点培养学生的职业规范、团队合作精神、有效沟通和交流能力；同时，通过“真题真做”，将学生在实习过程中的实际项目作为毕业设计的内容，以解决物联网企业实际工程问题为目标，培养学生解决复杂工程问题能力。最后一个环节是开放创新，以“万里笃创”国家级众创空间为依托，开展学科竞赛、创新创业第二课堂，将国家级和省级大学生创新创业项目团队、参与教师科研项目的学生团队纳入众创空间进行管理，培养学生的实践创新能力。该五层次实践实训教学体系设计如表3所示。

表3 实践实训体系设置表

3 课程设置和人才培养成效评价

评价课程设置和人才培养，最有效和最直接的检验标准就是毕业生在社会与专业领域取得的成绩和企业、社会对专业毕业生的评价。本专业在人才培养方案的制定过程中，注重毕业生和用人单位的跟踪和调研，通过3种渠道进行数据收集和分析：首先是本专业设计的相关调查表格，由学院的学工部负责向学生和企业进行发放和回收；其次是委托第三方独立机构进行定期的调研和分析，获得调研报告；再次是浙江省教育评估院进行的面向毕业生和用人单位的调研。

图2给出了学生对专业的就业及发展、专业的课程设置、专业技能要求、专业的知识体系、专业职业素养要求各方面的认同情况雷达图，数据来源于第三方机构麦可思公司给出的2019-2020学年我校学生的成长评价报告，该报告是基于麦可思公司对我校所有学生以专业为单位进行的整体调研。从调研数据可以看出，本专业学生对专业各方面的认同度（86%～88%）均高于同类院校平均水平（80%～83%），本校学生对专业的整体认知和认同情况较好。

图2 麦可思公司给出的专业学生评价图

表4给出了省教育评估院发布的2016届和2017届毕业生的调研数据。2017届用人单位评价中，学生实践动手能力90.8分，专业水平87.7分，合作与协调能力90.8分，人际沟通能力87.8分，均高于全省平均。从调研数据可以看出，专业毕业生在知识、能力、素质等方面均得到了用人单位的认可，说明专业对人才培养目标的设定较为合理。

表4 浙江省教育评估院给出的本专业毕业生调研数据表

4 结语

工程教育认证工作有利于培养学生解决复杂工程问题的能力，提升工程技术人才对产业的适应度，拓展国际视野。本文从工程教育认证通用标准和计算机类专业补充标准出发，结合某高校的物联网工程专业应用型人才培养的探索和实践，给出了面向工程教育认证的物联网工程专业课程体系构建的依据，并据此设置毕业要求及各指标点分项，构建了以“基础课、核心课、模块课和素质拓展课”为核心的四层次课程体系，设计了以“专业认知、项目综合设计、行业系统实践、毕业设计和毕业实习、开放创新”五个层次的实践实训教学，对同类高校的物联网专业教学体系构建提供了一定的经验借鉴。