物联网工程新专业本科人才培养方案

摘 要 ：针对目前物联网工程新专业大范围建设实施中出现的一些问题,从卓越工程师人才培养模式、物联网工程专业课程体系设置、本科人才培养新方案等方面着手,介绍一种物联网工程专业知识体系结构,明确该专业人才培养目标,构建一套人才培养体系,分析人才培养中存在的若干问题.

关 键 词 ：物联网专业；课程体系；培养方案；实验实践设计

1.背景

无锡是国务院批准建立的物联网“感知中国”中心,同时也是国家物联网创新示范区.物联网行业是当前最热门、最具竞争力的产业,社会对该专业技术人才的需求十分旺盛.物联网专业培养的学生知识面广、基础扎实、适应性强,具有广阔的就业前景和良好的发展潜力.

在与物联网相关的行业企业中,从事物联网的通信架构、网络协议和标准、无线传感器以及信息安全等产品及系统的科学研究、工程设计、产品开发、技术管理与设备维护等发展强劲.

物联网产业的发展已经写进了政府工作报告中,物联网人才高校培养工作也得到国家大力支持,但是作为一个发展初见端倪的新兴产业,物联网各个环节的发展尚不成熟,人才领域划分和培养方向尚不明朗.在这样的背景下建设高校物联网及相关专业,给全国的高校带来了巨大的挑战.

江南大学作为首批获建物联网工程专业的学校,于2010年6月成立了全国第一个实体建制的物联网工程学院,成为全国建设物联网工程学院和专业的领头羊.江南大学在已有自动化和计算机国家特色与江苏省品牌专业建设成果的基础上,获得国家特色专业建设点、教育部物联网综合建设示范基地、物联网应用技术教育部工程中心等平台,将依托学校生物工程、食品工程、纺织工程等优势学科,彰显轻工特色,采用国际创新型工程教育模式,按照教育部卓越工程师教育培养计划理念,以学生能力培养为目标,培养物联网工程专业的创新、创业人才,力争把江南大学物联网工程专业建设成在全国同类行业院校中处于领先地位、特色鲜明、示范作用强的本科专业,成为轻工行业的高素质应用型人才的培养基地.

2.国内外高校相关专业情况

物联网专业作为一个全新学科,受到教育部和各高校的高度重视.截至2010年3月,全国已有700多所高等院系向教育部提交了增设物联网等相关专业的申请,2010年底包括江南大学在内的34所高校首次获批建设物联网工程专业,2011年更有包括高职大专在内的多所学校开始建立物联网工程专业.

江南大学物联网工程学院是国内建立的第一个实体学院,其物联网工程专业现为国家特色专业建设点,无锡市重点扶持专业.经过两年多的发展,该专业建设思路逐渐清晰,课程体系和实验规划已具雏形,并为众多兄弟院校提供示范.

以物联网为代表的新一代信息产业发展迅猛,无锡领全国之先,最早开始发展物联网信息产业.随着物联网学院的不断壮大,学院改变了原有多学科多专业的划分模式,新成立了自动化系、计算机科学与技术系、信息技术系和传感技术系4个系（见图1）,在巩固物联网特色的基础上创新优势,完善了学院内部构架,实现了行政与学术的交融.

目前,物联网相关项目从国家到地方的投入都很大,并配有、发改委等物联网专项,极大推动了政产学研紧密结合,产业化得到大力发展.同时,物联网技术发展很快,涉及多种网络技术,不同网络各有特点,适用于不同的应用环境.所以,教学大纲要求学生掌握多种基础网络技术（3G、GPRS/蓝牙、WIFI、ZIGBEE、专用网络等）和网络问路由与数据处理、无线有线网关设计等新技术,在人才培养上也加大了传感器应用、多网络融合以及云计算方面的培养力度.

3.人才培养模式与课程体系设置

按照国际创新型工程教育模式,学院改革现有专业培养方案,并注重工程实践能力的培养,加强学生创新、创业能力的培养.学生培养具有如下特色：有较扎实的通信、控制和计算机（Communication+Control+Computer,3C）专业基础知识和基本技能；具有独立分析、设计物联网系统的工程能力；独立开展物联网相关项目的设计和研发能力；应用性强,直接面向工程,为国家和地方输送专业人才.

本专业培养从事物联网领域的系统设计、系统分析与科技开发及研究方面的高级工程技术人才,培养的学生德智体全面发展,知识结构合理,具备扎实的电子技术、传感技术、通信网络理论、信息处理技术、计算机技术、系统工程等基础理论,掌握物联网系统的分析与设计等专门知识和技能,具有一定的人文社科、经济管理等方面的综合素质,具备在本专业领域跟踪新理论、新知识和新技术的能力以及较强的创新实践能力.

学生在四年的学习中,一二年级打好扎实的基础,三年级结合所学专业课接触专业应用背景,进入创新基地开展小型课题研发,四年级跟随专业导师构思综合课题,并结合毕业设计开展创新性应用课题研发.物联网专业教学大纲分为6个模块：

1）通识教育课程.

根据学校的统一部署,思想政治理论课根据、教育部文件精神进行安排；大学英语实行分级教学,共分四级；数学物理类课程按照机电类专业要求开设高等数学Ⅰ、线性代数Ⅰ、概率论与数理统计Ⅰ、复变函数与积分变换、大学物理Ⅰ和大学物理实验.

2）学科平台课程.

开设了机电类基础课程工程制图1、程序设计基础C；根据建立物联网学院相近专业公用大平台原则,由电路理论、模拟电子技术、数字电子技术、电子技术实验、微机原理及接口技术、信号与系统、软件技术基础和物联网技术导论几门课程组成全院大平台课程.同时,结合相近的传感网、通信工程和电子信息工程等专业的共性要求,开设了数字信号处理和传感器技术.

3）专业核心课程.

突出体现了物联网专业重点要求的感知层、网络层和应用层3个层次的核心课程,包括传感层的嵌入式系统、无线射频识别技术与应用、检测技术与智能系统、网络层的传感器网络原理及应用、通信原理、控制技术及应用、应用层相关的算法设计以及计算机组成原理等课程. 4）专业选修课程.

在专业核心课程的基础上,确定了几个模块的选修课,要求选修合计不少于28学分,即448学时,整个物联网课程架构以及组织体系见图2.

对于本专业应该了解的计算机技术、通信原理、信号与系统、控制技术和学科前沿进展专题,作为必选课供学生选修,为学生打下较扎实的理论基础,共12学分.

第六学期的计算机网络、面向对象程序设计、移动通信技术和现代物流技术课程组成第一个任选模块,突出物联网专业在网络层的知识的加强,进一步开展网络协议、定位技术和机器学习等知识的教学；第七学期上半学期的物联网体系与标准、物联网中间件技术、M2M技术概论和物品信息制作与识别技术等课程组成第二个任选模块,突出物联网专业在感知层知识的加强,要求任选不少于6学分；第七学期下半学期的工程数据库设计与应用、信息系统集成技术与应用、多网融合系统设计与应用、物联网系统分析与设计等课程为校企共建课程,重点在物联网专业的工程应用方面展开,培养了学生的工程实践能力,要求任选不少于4学分.

5）集中性实践环节.

主要由4部分组成,对于所有IT类学生必备的金工实习、电子工艺实习、电子设计CAD和电子技术课程设计构成第1部分；培养物联网专业学生专业实践能力的算法分析课程设计、软件编程课程设计、嵌入式系统课程设计和物联网应用课程设计构成第2部分；培养学生工程实践能力的企业认知实习、物联网项目工程设计和多网融合系统设计与应用构成第3部分,这一部分与企业共建；培养本科学生综合实践能力的毕业实习和毕业设计构成第4部分,这一部分为校企共建.

6）素质教育课程.

按照江南大学本科生素质学分管理办法等有关规定,开设军事理论、军训、形势与政策、社会实践等素质教育课程,共计13学分.本专业的培养方案本着“卓越工程师”目标设置,重点突出工程应用背景.在方案设置中,我们引入CDIO理念,以工程教育背景设置教学计划.在第6学期的13-21周,学生将被安排在企业培养,进行物联网项目工程设计,工程设计的进行方式将参考CDIO模式进行.在第7学期,继续加强学生理论与实践的结合能力的培养,课程的设置专门引入了校企共建课程共4个学分的选修课程,且开设了多网融合系统设计与应用实践环节,用于提升学生的工程实践能力.第8学期所有的教学培养将在企业进行,即教学计划学期为2.5（基础学习）+0.5（企业实习）+0.5（专业学习）+0.5（校企项目研发）,累计有1学年的培养由校企共同完成,最终实现教育部重点推出的“卓越工程师”计划.

4.物联网工程专业本科人才培养新方案的特色

物联网工程专业培养方案以模块化的方式组织,突出了工科本科学生在通识教育和素质教育方面应掌握的知识；学科平台和专业核心课程构成了物联网专业学生最核心基础知识的培养；专业选修和集中性实践环节则突出了物联网专业的应用性能力要求.

结合国际先进教学理念和卓越工程师教学培养精神,引入CDIO理念,在培养方案中突出了工程培养理念.第6学期16-21周的培养在企业进行,由校企联合培养,以企业的实际工程背景进行针对性的物联网项目工程设计；同时,在第7学期所开设的第3个任选模块是校企联合培养方式,根据工程实际安排教学课程内容,由企业副高以上职称的企业老师和高校教师联合授课,形成“理论学习+专业学习+CDIO实践+企业实践”培养模式,打通理论与实践教学培养通道.

4.1 专业特色课程设置

1）无线传感器网络技术.

该课程围绕传感器技术原理、数据调制和通信原理、IEEE802.15.4通信协议标准、网络结构和拓扑控制、微功耗节点和网关、时钟同步技术、无线定位技术和算法、网络协议分析、中间件和数据库技术、路由算法和加密安全等技术展开.

2）短距离通信与嵌入式网络.

该课程是物联网的基础,应该包括电磁波理论、无线通信加密理论、短距离无线通信标准、通信质量分析、MAC算法设计、数字调制和解调、嵌入式操作系统、简单网络协议栈结构、网络中继和转发等.

3）无线射频识别技术.

该课程包括高频电路、数据通信基础、频谱资源和管理、协议标准体系、防碰撞技术、标签和读卡器设计、数据库和WebService等技术.

4）物联网系统集成技术.

该课程结合应用背景,从物联网工程角度出发,按照感知、传输和应用3大层次展开物联网系统集成技术的讲述.课程内容包括：硬件系统集成、软件系统集成、软件工程设计方法、接口技术、总线技术、系统优化等技术.

4.2 专业特色实践

针对物联网专业面向应用的特点,其实验和实践一般可以按照认知实验、验证实验和综合实践逐级深化规模、不断复杂,最终设计和实现一个有创意的智能系统.

1）应用认知实验.

该实验结合各种物联网典型应用,按照物联网体系架构组织可视化强的特点进行实验.学生从中体验物联网概念和技术,激发学习兴趣.

2）专业实验.

该实验体系分为无线传感网（WSN）实验、无线射频识别（RFID）实验、嵌人式和短距离通信网络实验等.

3）综合应用创新实验.

学生可以根据自己的创意,进行系统设计,提出技术路线和实现手段,利用实验室多种模块组合搭建系统,实现预期功能.

5.结语

通过近两年的实践,本专业注重培养知识结构合理,具备扎实的电子技术、传感技术、通信网络理论、信息处理技术、计算机技术、控制与系统工程等基础理论,掌握物联网系统的分析与设计等专门知识和技能,具有一定的系统集成与优化等方面的综合素质,具备在本专业领域跟踪新理论、新知识和新技术的能力以及较强的创新实践能力的专门人才.江南大学在大二开展学校和企业双导师,结合工程项目,依托大学生创新实践基地和物联网综合实践基地展开人才培养,效果明显.