新工科背景下地方高校物聯網工程專業實踐平臺建設探索

朱超平 楊永斌

摘要：為了適應國家戰略發展新需求、產業轉型的新趨勢，教育部發出了新工科建設。物聯網工程是新工科的一個重要組成部分，是新工科建設和發展的重點專業。本文圍繞新工科背景下財經類高校物聯網工程專業的培養目標、建設狀況展開調查，深入分析了物聯網工程實踐平臺的建設現狀，提出了建設一個物聯網信息管理平臺，實現“兩種管理”和“三朵云應用”的建設思路。就三次中央財政支持地方高校發展專項資金建設的成果來看，物聯網工程實踐平臺不僅能滿足教學需求，還能適應新工科環境下的創新創業要求，對推廣物聯網工程實踐平臺具有借鑒意義。

關鍵詞：新工科 物聯網工程 實踐平臺 創新創業

近年來主要發達國家都在推動發展新經濟，搶占產業和科技革命的制高點，“工業4.0”“互聯網+”、物聯網、大數據和人工智能技術的發展風起云涌。為了適應智能經濟的發展，主動調整高等教育結構、發展新興前沿學科專業，是推動國家和區域人力資本結構轉變、實現從傳統經濟向新經濟轉變的核心要素。

中國正在實施“中國制造2025”“互聯網+”“網絡強國”和“人工智能”等重大戰略。2015年2月，李克強總理主持召開國務院常務會議提出“大眾創業，萬眾創新”的概念。“提高大學生自主創新能力”和“促進高校以創業帶動就業”已成為國家教育發展的重要戰略。2017年2月以來，教育部先后發布了“復旦共識” “天大行動” “北京指南”、《關于開展新工科研究與實踐的通知》和《關于推進新工科研究與實踐項目的通知》等文件，積極推進新工科建設，全力探索形成領跑全球工程教育的中國模式、中國經驗，助力高等教育強國建設。國務院辦公廳《關于深化產教融合的若干意見》（國辦發〔2017〕95號）指出，適應新一輪科技革命和產業變革及新經濟發展，促進學科專業交叉融合，加快推進新工科專業建設。

隨著國家各項戰略舉措紛紛推出，各高校正在加快新工科教育改革創新，努力培養造就一大批多樣化、創新型卓越工程新工科科技人才，支撐產業轉型升級。物聯網被稱為計算機和互聯網后的第三次信息化產業革命性發展的浪潮。美國將物聯網上升至國家戰略，歐盟發布了物聯網戰略研究發展藍圖，日本把物聯網發展鮮明地寫上國家通信發展策略，我國也將物聯網上升為重要戰略性新興產業。重慶工商大學以計算機科學與技術、自動化、電子與測控等優勢學科為核心，以突出金融特色的新工科建設，于2014年成功申報了物聯網工程專業，并于2015年開始招生，開始系統性、專業性培養物聯網工程專業人才。2017年，物聯網工程成功成為校級特色專業，并成功打造以物聯網為基礎的特色專業課程群。

一、專業建設情況

重慶工商大學經過近4年的專業建設，立足于校級特色專業——計算機科學與技術、自動化、電子和測控等專業，結合學校的優勢學科，以物聯網工程應用行業技能需求為導向，不斷改革人才培養方案、課程體系設置、教學方法、實踐教學內容和創新創業培訓；不斷加強新專業建設、新教材建設、新實驗平臺建設、新實訓平臺建設、新教師的系統培養和認證上崗機制，改革實踐教學；不斷推動校企聯合實訓、科技創新、成果轉化，不斷優化人才培養與社會實踐的結合模式。經過幾年的建設，物聯網工程專業建設目前已經完成的主要成果有：第一，充分調研，優化方案。學校利用多種渠道收集物聯網工程專業的現狀，圍繞培養目標，聯合協同育人企業，優化課程培養方案和培養計劃。第二，打造核心專業程群。學校利用物聯網工程、計算機科學與技術、物流工程、供應鏈管理和信息管理專業，建設物聯網核心專業課程群，集合優勢資源，為物聯網工程專業建設服務。第三，組建優秀教學團隊。學校構建優秀教學團隊，共同研發課程，共同制作授課教案。注重科研和教學的互補，充分發揮團隊的力量，讓團隊在企業和學校的科研環境中成長，促進教學團隊專業素質的提高。第四，提升學生解決問題能力。學校利用物聯網工程基礎實驗室、物聯網工程專業實驗室、智能家居體驗館、物聯網綜合實訓室，利用校內科研團隊建設、物聯網創新創業平臺建設、校外企業實踐基地建設，讓學生在項目中學習和理解課程，提升動手能力和知識的應用能力，充分鍛煉實踐能力。第五，創新教學模式。學校強調教學管理，重視教學過程的管理與監督，調動教師的積極性，主動適應教學模式的創新。

物聯網工程技術專業作為多學科交叉和融合的綜合性專業，實踐教學平臺的建設是物聯網專業教學的核心。學校為了支持物聯網工程專業的建設，多次利用中央財政支持地方高校發展專項資金建設實踐教學平臺，改善教學條件、實踐課程條件，提升實驗教學效果，提升學生對實驗教學的滿意度。依據新工科專業的特點，學生在掌握基礎知識的基礎之上，融合交叉學科專業知識，把這些知識融入實踐教學中，在實踐中強化理論知識的學習，加強知識的理解能力。學了達到這一目標，學院組織專業教師、實驗教師和行業專家一起，參與實踐課程內容的討論與建設，梳理重難點，重新對實踐教學各個環節進行整體設計，形成合理的實踐教學模塊，建立與理論教學體系相輔相成、結構和功能優化的實踐教學體系，成為學生鞏固所學理論知識的必要手段。學院根據物聯網專業人才培養體系，適當削減理論教學學時，提高核心課程的比重，專業核心課占總學時的25.5%；為了突出實踐課程的重要性，增加了實踐課程的學時，實訓實踐教學占總學時的30.2%。實踐教學分別在校內和企業進行，學生解決問題的能力和適應企業工作要求的能力大幅度提升。物聯網工程專業實踐課程體系結構如圖1所示。

二、實踐平臺建設原則

重慶工商大學物聯網工程專業整合了計算機科學與技術、自動化、電子、測控和物理等優勢學科，結合學校在財經類專業的優勢，申報并組建了物聯網工程專業，在借鑒兄弟高校的物聯網工程的建設經驗，結合對企業的調研、考察和學習的基礎之上，提出了“高標準、易整合、可發展”的物聯網工程實踐平臺建設原則，要求實踐平臺能夠提供物聯網工程專業的實踐、實訓課程。物聯網實踐平臺建設了射頻識別技術實驗室、無線傳感網實驗室、嵌入式系統開發實驗室、物聯網綜合實驗室和智能家居體驗館等多種實驗室。實驗室的所有設備通過射頻識別（RFID）技術或者傳感器技術接入每個實驗室的網關，再接入遠端射頻單元，最后接入光載交換機，光載交換機通過網絡交換機和物聯網管理服務器相連，在服務器上部署物聯網信息管理平臺，對物聯網實踐教學平臺進行統一管理。物聯網信息管理平臺把所有實驗室的數據送到云存儲服務器，讓物聯網工程專業和云計算、大數據、人工智能等技術前沿相結合。

三、新工科背景下實踐平臺的建設

物聯網工程專業作為學校重點支持和建設的專業，總共投入700萬元，構建了完善的物聯網實踐平臺。每個實驗室通過移動互聯網技術，利用各種通信方式構建傳感器網絡，將覆蓋區域內的物聯網感知設備進行互聯，對包括溫度濕度、紅外傳感、霍爾傳感器、煙霧、雨滴、光敏、火焰、煤氣等多種傳感器進行控制，經過中繼節點，匯聚到物聯網網關，在網關完成協議轉換，數據融合處理后接入無線光載交換機，然后通過網絡交換設備接入物聯網管理服務器，在物聯網管理服務器上部署物聯網信息管理平臺，利用物聯網信息管理平臺提供的接口，學院和企業組織業務骨干，把物聯網信息管理平臺的實時數據存儲在信息中心的云服務器上，實現了物聯網數據到云端的存儲。為了支持和配套學院的大數據專業和人工智能專業的建設，學院在學校的網絡中心建立了大數據實驗平臺，大數據實驗平臺能夠很方便地取得云服務器上的物聯網數據，實現對數據的處理、分析和挖掘。學生通過物聯網工程實踐平臺可以完成物聯網工程四層架構體系的學習，靈活構建起一個高效、靈活的分布式實驗環境，使學生對物聯網的感知層、傳輸層、接入層和應用層的技術有一個全面的認識和整體的把握。物聯網工程實踐和創新平臺作為一個網絡化分布式的應用系統，實踐平臺的主要特征有：第一，智能感知技術。平臺利用物聯網中各種傳感器的優勢，自動組建無線傳感網，通過不同類型的中繼器，把所有的實驗設備接入無線網關中，實現物物相連。第二，物聯網信息管理平臺。所有設備的信息最終接入物聯網信息管理平臺，構建統一的實驗設備接入中心、數據處理中心和綜合業務處理中心，完成數據的整合、處理和存儲，利用平臺提供的接口，實現第三方應用的訪問。第三，移動互聯技術。物聯網信息管理平臺嵌入有網絡應用和管理平臺，可以通過網端、移動設備端對實驗設備的運行狀況進行全方位的監管，方便實驗室管理人員對實驗室和設備的管理，學生可以通過移動設備端對實驗室及設備進行網上在線預約，利用二維碼或射頻識別等技術實現對實驗室設備的開關管理，實現隨時隨地系統接入和應用，不受實驗場限制。第四，云儲存。平臺利用物聯網信息管理平臺提供的接口，把實驗室的傳感器采集到的數據實時傳輸到云存儲服務器，實現數據的海量存儲和快速搜索，完成統一的數據備份和云端應用功能。第五，智能數據處理。平臺通過對專業實驗室的實驗過程、實訓過程、校企合作生產實踐過程中產生的海量數據進行處理、分析和數據挖掘，能夠及時掌握實驗室設備的運行狀況、實驗的開設情況、學生實驗的掌握情況；能夠快速構建精準的專家決策和支撐系統，為專業的建設提供基礎數據，改進專業的建設，提升實踐教學的質量，提升學生動手能力，加強學生的創新和創業能力，提高專業的就業水平。新工科成為專業建設的推動器，如圖2所示。

四、實踐平臺的創新建設

學校以創新為引領，以專業為基礎，以學以致用和發揮學生所長為核心建設實踐教學平臺；以教學為根本，以服務學生為主體，以便捷性為指導，改變學生傳統的實踐思維，提高學生的學習積極型。學校在實踐教學中引入啟發式教學、實踐性教學以及協作式教學元素，通過參加全國的物聯網大賽和創新創業大賽，促進平臺的建設和升級。學校利用物聯網自身技術完成物聯網工程實驗室的集成，大幅度降低了實驗室建設成本，管理了成本、節省實驗場地，擺脫了傳統實驗室在時間和空間上的限制，讓學生無論在實驗室、寢室或校外都能完成物聯網課程的相關實驗，提高實驗平臺的靈活性和便利性。實踐平臺是學校和企業之間建立雙向互動的信息通道，打造一種良性的生態系統，也成為大學生創新和創業的底層基礎和支撐條件。學校非常注重新工科專業建設，把大學生創新創業逐步納入學校的學生培養體系中，學校為此專門成立了創業學院，負責全校學生的創業培訓、創業指導、創業大賽、項目培育、項目扶持工作。物聯網工程專業為了配合學校的創新創業大賽，利用學科優勢和技術特色，在課程中融入創新創業元素和競賽精神，通過系統性的訓練，打好創新創業基地，一方面參加全國物聯網大賽，另一方面拓展學生思維，引導學生參加創新創業大賽，尋找好的創業項目，積極引導學生創業。學校通過在實踐平臺中融入學科競賽和創新創業元素，構建有特色的創新創業教育生態體系，完成從普通工科培養模式向新工科培養模式的轉換。

（一）一個平臺+兩種管理+三個云應用

物聯網實踐平臺包括一個物聯網信息管理平臺、兩種管理系統和三個云應用平臺，如圖3所示。

1．一個物聯網信息管理平臺

通過該平臺，學生能夠進行自主實驗，能夠進行創新實驗開發，能夠統計實踐數據。通過數據分析，教師能夠改善實踐平臺的建設，提升實踐平臺的質量。

2．兩種管理

教師能夠通過物聯網信息管理平臺管理學生的實踐活動，同時也能管理實驗室的設備，充分利用實驗室的設備，提高設備的使用率。通過對學生創新創業進行管理，教師能夠利用現有的物聯網信息管理平臺和大數據中心，開發學生的創新創業管理平臺，用于幫助學生的創業培訓、創業指導、創業團隊建設、項目開發、項目過程管理、項目關鍵績效指標（KPI）考核、項目查詢統計等，從而建設一體化的創新創業管理平臺。該平臺包含全國物聯網大賽、重慶市單片機大賽、智能小車大賽、全國高校移動互聯網大賽和互聯網+大學生創新創業等在內的各項大賽在線功能支持。學院積極鼓勵學生參賽，遴選優秀的創新創業團隊，形成優秀的創業成果，實現創業者校內和校外對接，提升創業的成功率。

3．三個云應用平臺

三個云應用平臺，即實驗云應用平臺、創業云應用平臺、就業云應用平臺。實驗云應用平臺把各種不同的實驗對象接入物聯網信息管理平臺，將物聯網設備對象統一為計算機網絡對象，實現設備的互聯互通與相互操作。該平臺依托各種專業實驗室，構建統一的數據流、控制流通道和視頻流，形成覆蓋多課程的實踐體系，實現學生在校期間7×12小時的技能實踐訓練。利用創業云應用平臺，學生通過參加創新創業培訓班，理解政策導向，掌握團隊組建方法，開展大量項目訓練，實現虛擬化項目的創業，通過云平臺提供項目運營、項目推廣、項目孵化、實現虛擬項目向實際項目的轉化。就業云應用平臺，即在物聯網信息管理平臺上構建的就業云，能夠及時動態掌握學生的實踐活動，能夠收集學生的實踐數據。該平臺通過收集各大招聘網站的數據，及時掌握企業的用人需求和詳細的崗位要求，動態調整實踐平臺的教學內容，提升學生適應社會的能力，通過協同語義解析的方法在雙方實現精準推送，實現就業信息智能匹配。

（二）模式創新及成果展示

新工科實踐平臺集成了物聯網技術、云計算和大數據等學科的應用，真正實現了多學科的交叉和融合，實現了物聯網到大數據的跨越，目前取得的主要成果有以下三個方面：第一，模式創新。實踐平臺融入“互聯網+創新”思想，融入了物聯網信息管理平臺、云存儲和大數據等技術，實現了技術的無縫銜接。第二，強化創新創業。學校根據新工科建設的指導思想，以大學生為創新創業主體，開展創新創業思想教育，解讀國家政策，引導物聯網工程專業融入；舉辦創新創業實踐班，系統全面地進行創新創業訓練，指導學生進行項目分析、項目開發、項目運營和項目孵化，實現學生與市場的對接，引領學生走向企業。第三，競賽成果豐富。學生通過物聯網工程實踐平臺進行系統化的訓練，掌握了物聯網開發技術的各個環節的關鍵技術，提升了學生解決問題的能力，通過參加創新創業的系統性培訓，增強了學生的創新意識；學生積極參加電子設計大賽、單片機大賽、智能汽車大賽、全國物聯網大賽和全國高校移動互聯大賽，取得非常優秀的成績。

五、結論

重慶工商大學經過三次物聯網工程實踐基地建設，整合了各個階段的實驗室資源，打造了新工科物聯網工程實踐平臺，建設了一個物聯網信息管理平臺，構建了兩種管理，實現了三個云應用平臺，實現線下與線上相結合、學科與競賽相結合、創業與就業相結合的功能，達到培養大學生職業能力、創新能力、創業能力的目標，對兄弟高校的物聯網工程專業的實踐教學改革具有十分重要的借鑒作用。

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