余远昱，王久江，魏丽君，秦雨萍，杨济宁

摘  要： 地方师范院校工科专业普遍存在师资薄弱，资源投入不足的问题，导致工科专业学生的动手实践与创新能力不足，无法达到“新工科”专业建设的培养目标。针对此问题，结合内江师范院物联网工程专业在办学过程中遇到的问题，分别从优化师资配置、校企合作共建课程、采用项目学习法教学、建立以解决问题为核心的评价标准等几方面进行改革。通过方案实施，学生的动手实践能力与创新能力得到了明显提升。

关键词： 师范院校; 物联网工程; 创新能力; 校企合作; 项目学习法

中图分类号：G642          文献标识码：A     文章编号：1006-8228（2022）06-127-03

Research on the cultivation method of innovation ability of students majoring

in Internet of things engineering in local normal universities

Yu Yuanyu， Wang Jiujiang， Wei Lijun， Qin Yuping， Yang Jining

（School of Artificial Intelligence， Neijiang Normal University， Neijiang， Sichuan 641100， China）

Abstract： Engineering majors in local normal universities generally suffer from weak teacher resources and insufficient resource investment， which lead to insufficient hands-on practice and creativity of students， and fail to achieve the goal of "New Engineering" major construction. Combined with the problems encountered by the Internet of Things Engineering major of Neijiang Normal University in the process of construction， several reform plans are proposed such as optimizing the allocation of teachers， co-constructing courses through school-enterprise cooperation， carrying out Project-Based Learning （PBL） teaching method， and establishing evaluation standards centered on problem solving. After the implementation of the plans， the students' practical ability and creativity have been significantly improved.

Key words： normal university; Internet of Things engineering; creativity; school-enterprise cooperation; PBL

0 引言

为了适应地方经济发展需求，很多地方师范院校开设了非师范的工科专业，向当地输送了大量的工程人才。但师范院校工科专业师资与实验室设备投入不足，毕业生的就业竞争力较弱，就业不占优势[1]。

地产师范院校工科学生必须加强实践能力和创新能力的培养，为此我们参照国家“新工科”建设的要求，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为途径，培养工程实践能力强、创新能力强的多元化、创新型卓越工程人才[2-5]。

培养工程实践与创新能力强的学生，是“新工科”建设的重要目标之一。但对于一些地方师范院校，因工科专业建设时间短、底子薄，专业转型较慢，距离“新工科”建设目标还有一定的距离[6]。

我们根据内江师范学院物联网工程专业在“新工科”建设时所遇到的问题进行分析，提出了相应的教学改革思路和实施方案。

1 物联网工程专业建设现状与分析

我校是较早开设物联网工程专业的高校，于2012年起招收本科生。虽在专业建设方面已积累了一定的经验，但距离“新工科”的建设目标依然有一段距离。两年前，我校物联网工程专业在学科建设中遇到一些困难，主要表现在以下几个方面。

⑴ 师资队伍建设与培训滞后

物联网工程专业主要是在计算机科学与技术、电子科学与技术、信息与通信工程这三门学科相互融合的基础上发展起来的应用型学科。我校多数物联网工程专业教师是来源于计算机科学与技术、软件工程等专业，他们在硬件类课程的教学积累较薄弱，也缺少企业的工程开发经验。此外，专业教师也较少参与硬件类课程的教学和实践培训。师资队伍建设的不足使得我校物联网工程专业学生在硬件方向的基础较为薄弱。

⑵ 经费有限、教学硬件条件不足

虽然物联网专业实验室里配备了模拟电路、数字电路和单片机等课程的实验机箱，但因使用年限久，不少配件已经损坏或丢失。厂家已不能够提供维修或采购配件的业务。因而大部分实验机箱处于年久失修状态，无法满足课程实验教学需求。学校办学经费有限，也无法将全部实验机箱进行更换。折衷的办法是使用Multisim、Proteus等軟件进行课程实验教学。虽然通过仿真平台能完成部分实验任务，但学生不熟悉电子元器件实物，也无法进行硬件系统调试与查错。这些因素导致学生在电路设计搭建、硬件系统调试等方面的能力较差。

⑶ 课程知识体系陈旧，教学方式单一

当前新知识的发展日新月异，各学科不断相互融合，学术成果转化为生产力的周期也大为缩短。但不少高校工科专业选用的教材内容陈旧，与社会需求脱节。虽然有一些高校已调整工科专业办学方向，但步伐仍滞后于社会发展的求。

以我校为例，物联网工程专业开设的专业课程以理论为主，实验也以仿真为主。课程教学内容多侧重于理论公式的推导或计算，对应用场景的介绍较少，导致一些学生因为过多的公式推导而失去对课程的学习兴趣。此外，教师的讲解中过于强调教材内容的逻辑性和完整性，而忽视学生对新知识的接受能力。课程教学的主体依然是教师，缺少学生的主动参与。这些因素使得学生对专业课程学习的积极性不高，仅是为了通过考试拿到学分。

综上所述，我校物联网工程专业建设所面临的问题不利于培养学生动手实践能力;不利于提高学生分析解决复杂工程问题的能力;也不利于创新能力的培养。因此，十分有必要引入新的专业教学建设思路和教学方法。

2 建设思路及措施

2.1 建设思路

根据教育部“新工科”的建设目标，研究地方师范院校物联网工程专业本科生的创新能力培养方案。以突出行业应用方向、完善专业课程体系、优化课程设置为目标;建设以产业需求为导向、以学生为中心的协同育人培养模式;分别从师资配置、校企合作、教学方法与评价标准等四个方面进行了改革，如图1所示。

2.2 建设方案

2.2.1 优化师资配置

近二年来，物联网工程教研室配合学校的人才计划，引进了多名教师并形成了新的教学团队。其中包括三名博士，三名拥有多年企业工作经验的“双师型”教师。这些教师主要面向二、三年级的学生开展专业课程教学工作。在教学中，教师们结合各自的行业开发经验和科研课题讲解课本上的理论知识。比如在“传感器原理与应用”课程中，电容式传感器的原理是电容极板在受到压力的情况下，极板间距发生变化从而改变电容值，可用于压力的测量。声波能够产生压力，因此电容式传感器可用于检测声音，这是电容式麦克风的原理。教师在讲解该内容时，将知识拓展到超声波（也是一种机械波），因此也能够被电容式传感器所接收。继而将知识进一步拓展到一种新型超声波传感器-微机械电容式超声传感器，并引申介绍微机电传感器的加工及应用等学术前沿知识。通过这种方式的讲解，不仅将书本的知识拓展到学生身边熟悉的应用场景，也让学生了解到传感器领域的学术前沿知识。类似的课程内容，通过举一反三的案例讲解，使学生了解书本上理论知识的应用场景，开阔了思维，也提高了学习兴趣。

此外，物联网工程教研室还会不定期地组织专业教师开展实践教学经验分享交流活动;安排教师去企业交流参观和培训。通过这些活动，逐步提高物联网工程专业教师的师资队伍水平。

2.2.2 校企合作共建课程

为了提高毕业生的动手实践能力，能够顺利走上工作岗位，物联网教研室根据合作企业对新员工专业技能、综合素质方面的要求，在高年级开设了一些专业选修课程。在教学过程中，将企业岗位所需的专业知识技能融入课程教学的各环节中。课程的考核则参照企业对新员工培训的要求，由每位学生动手操作完成。因此通过了课程考核的学生，就具备了企业职业岗位所需的基本技能，这也为企业提供了潜在的人才储备。

通过与企业合作，我校物联网工程专业开设了“工业物联网开发”和“工业物联网应用”两门课，授课对象为2018级本科生。企业提供了基于Cortex-M3内核的工业物联网芯片开发板用于课程教学，由校企共同制订课程内容和教学方式。从芯片的通用输入输出（GPIO）接口模块控制发光二极管、到摄像头采集数据并在液晶屏上回放显示，再到基于芯片内DSP模块进行复杂数据处理，通过这种循序渐进的实验任务，将芯片各关键模块的功能进行讲解。学生按照课程任务要求，完成硬件连接、交叉编译、下载调试等各步骤操作。学生动手操作完成了课程的各项任务，不仅熟悉了芯片的内部结构与应用，也达到了企业对员工培训的基本技能要求。

在办学经费有限的情况下，通过“走出去”的方式，与企业合作共建课程。按照企业员工培训内容开展教学，既解决了现有实验机箱不齐全的问题，又提高了学生动手实践能力。此外，也为企业提供了符合专业岗位要求的人才储备，实现了校企双方的共赢。

2.2.3 项目学习法教学方式

“新工科”建设的目的是培养各种层次和类型的卓越工程科技人才，因此必须建立起以学生为中心的教学理念，并将其贯穿于教学的全过程。在课堂教学环节中，为了提高学生的参与度，物联网工程教研室引入了项目学习法（Project-Based Learning， PBL）[7]。PBL教学模式的特点是以学生自主学习为主，教师讲授则为辅。根据课程要求，设计一些真实性任务，把学习任务设置到问题情景中，通过学生的自主探究和合作来解决问题，学习隐含在问题背后的科学知识，最终形成解决问题的技能和自主学习的能力[8]。

在“RFID原理与应用”课程教学中，教师在讲解完教材的理论内容后，对学生分组，每组学生安排不同的RFID应用场景作为研究项目。组内同学分工合作完成系统的搭建，并做PPT上台讲解，回答教师和其他组里同学的问题。“工业物联网应用”课程教学也是以学生分组完成项目的形式开展。在课程的教学过程中，教师提供指定项目的指标与完成要求、引导学生如何查找项目的学习资料、监控整个学习过程并保障计划的顺利执行。学生需要分工合作，完成系统电路设计、驱动程序编写、系统联合调试、撰写报告和上台答辩等任务。学生分工合作解决项目问题，培养了团队协作精神、协助能力与沟通能力，也为创新创业打下基础。

2.2.4 建立以解决问题为核心的评价标准

在前期教学过程中发现有一些学生對专业课的学习态度是为了拿学分。平时上课不认真听讲，考试前突击复习，通过考试后就把课程知识丢掉了。最终学生不仅没有掌握该课程的理论知识，也不能在教学过程中锻炼创新思维能力。

为解决此问题，结合物联网教研室师资现状，对“传感器原理与应用”和“物联网控制技术及应用”课程的考核标准做了修订，增加了提交研究报告的期末考核方式，适当地降低了期末闭卷理论考试的权重。“物联网控制技术及应用”课程的期末成绩由研究报告和闭卷考试两部分组成，两者权重比例为5：5。教师要求在一定期限内，由学生根据所学知识，自行查找资料，提交搭建智能家居、智能交通、智慧醫疗或智慧农场等系统的研究报告。学生必须要对现有的智能系统进行调研分析，并说明自己设计系统的创新点。研究报告需要包含项目的背景分析、创新点分析、硬件系统选型依据、软件实现流程等内容。每位学生都上台讲解，并回答教师的问题。

通过以上措施，将课程的考核由学生对教材知识点的记忆转变为学生对课程主动学习能力与创新能力的评价。这种考核方式能够引导学生进行自主、探究式的学习，不仅锻炼了学生创新的能力，也培养了学生解决复杂工程问题的能力。

3 结束语

物联网是继计算机、互联网和移动通信之后的又一次信息化技术浪潮，也是国家重点发展的战略性新兴产业。随着中国“新基建”的不断推进，各行业对物联网人才的需求和要求也不断与日俱增。地方师范院校为所在地提供了大量的工程技术人才，需要与时俱进地按照“新工科”建设要求提高工程人才培养质量。

本文根据内江师范学院物联网工程专业在“新工科”建设过程中所遇到的问题进行分析，介绍了我校在师资优化、校企共建课程、教学方法和考核方式等方面所采取的改革方案。经过了近两年的方案实施，我校物联网工程专业学生的动手实践和创新能力得到了明显提升。这些改革思路和举措对于我校智能科学与技术、计算机科学与技术等专业在培养学生动手实践能力、创新能力方面有较好的借鉴作用。

参考文献（References）：

[1] 梁婷.师范类院校理工科科研发展问题探析[J].科技视界，2016（22）：45，66

[2] 刘吉臻，翟亚军，荀振芳.新工科和新工科建设的内涵解析——兼论行业特色型大学的新工科建设[J].高等工程教育研究，2019（3）

[3] 钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017，3（1）：1-6

[4] 蒲清平，雷洪鸣，王馨瑶.新发展阶段，新发展理念，新发展格局视域下新工科建设的三重逻辑[J].重庆大学学报：社会科学版，2021，27（4）：11

[5] 李华，胡娜，游振声.新工科：形态、内涵与方向[J].高等工程教育研究，2017（4）：16-19，57

[6] 孙强，张岩，罗美淑.地方高等师范院校新工科建设的探索研究[J].湖北师范大学学报（自然科学版），2020（2）

[7] 沈建新，王海燕.PBL：一种新型的教学模式[J].复旦教育论坛，2001，22（2）：36-38

[8] 乔兵，王志瑾.基于问题的学习与工科大学生工程创新能力培养[J].南京航空航天大学学报（社会科学版），2012（2）：88-93