面向智慧交通的物聯網實驗教學探索

王亞平， 余貺琭， 滕永平

（北京交通大學a.物理科學與工程學院；b.計算機與信息技術學院，北京 100044）

0 引 言

隨著工業4.0 時代的到來［1］，物聯網、智能傳感、光纖通信、人工智能、云計算、大數據等理論技術得到了廣泛而迅猛的發展?；谛录夹g、新產業、新業態、新模式特征的新經濟發展要求，提前進行人才布局，培養具有創新創業意識、數字化思維、跨界整合能力的新工科人才［2-4］，成為高校教育改革創新和轉型發展的方向。教育部發布了《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》，2017 年以來高校相繼推出“復旦共識”［5］“天大行動”［6］“北京指南”［7］，逐步推進新工科人才培養教育改革。

面向新工科人才培養目標，結合我國交通強國戰略需求和社會經濟發展背景，依托學?！半p一流”智慧交通學科領域建設的優勢基礎，發揮實驗課程建設團隊和實驗室管理團隊改革動力，將物聯網工程專業與智能交通應用相結合，設計新工科背景下面向智慧交通行業需求的物聯網專業的實驗實踐創新人才培養教學模式，研究探索以交通行業特色為牽引、產學研融合和高校特色為支撐的新工科工程實踐創新平臺內涵建設方案，對專業知識結構、能力結構和實驗教學方案進行動態調整優化，提升專業實驗教學隊伍水平，建設與交通行業背景深度交叉滲透融合的先進傳感技術實踐創新能力培養實驗平臺，為交通強國戰略需要培養具有創新意識和實踐能力的復合型人才。

1 “一中心二融合三依托四環節”實踐教學模式

針對高校人才培養實驗教學平臺建設目前存在的與產業銜接不緊密、校際院際合作建設動力不足、機制不順等新工科實踐創新平臺建設問題［8］，以及“科教融合”“產學研結合”在新工科實驗教學平臺建設需進一步強化問題，積極探索新型實踐教學模式，提出“一中心二融合三依托四環節”的教學改革思路，如圖1所示。該教學模式遵循成果導向教育（OBE）理念［9］，以學生工程實踐創新能力培養為中心，通過科教、產教融合的方式，依托實驗課程團隊、實驗室管理團隊和企業技術團隊，完成基礎實驗、專業實驗、行業特色綜合實驗、科研創新實踐，實現工程人才培養的“產學研”對接。

圖1 “一中心二融合三依托四環節”的新型實踐教學模式

一中心 聚焦學生工程實踐創新能力養成為中心，面向智慧交通行業需求的物聯網工程專業實驗課程體系、實驗平臺、實驗內容和教學實施方法，培養訓練學生發現問題、分析問題、方案設計、系統實施、團隊協作等綜合能力。

二融合 通過“科教融合”和“產學研融合”推動實驗教學創新。發揮本校交通行業的特色和優勢，促進各校、學院之間技術交流，鼓勵支持教師將最新的科研成果和技術服務方案轉化為實驗課程教學內容或實驗項目；發揮北京區位優勢，強化校企合作，產教融合協同育人，通過將部分實驗教學內容安排在學生企業實習階段，同時建設企業實驗教學指導教師隊伍，并指導學生參與各類物聯網相關競賽及指導畢設論文等。

三依托 依托實驗課程建設團隊、實驗室管理團隊和企業技術團隊。一是依托實驗課程建設團隊，升級改造面向新工科改革的專業實驗課程，針對行業需求，結合學校特色和優勢學科，開發新的實驗項目，例如：針對智慧交通場景下的先進傳感技術實驗平臺；二是依托實驗室管理團隊，按照實驗課程體系升級改造要求，升級實驗教學設備儀器改造實驗平臺，積極參與實踐教學指導；三是依托區域企業技術團隊，發揮課程產業創新優勢，參與實驗課程教學與實驗項目建設，并參與指導學生在企業學習階段的工程實踐、相關競賽和畢設論文等。

四環節 設立完善面向智慧交通行業需求的新工科下物聯網工程專業實驗設置，包括：基礎實驗、專業實驗、行業特色綜合實驗和科研創新實踐四大環節。構建融合各校資源，多學科交叉，逐步打造升級物聯網實踐教學平臺，并與交通行業企業共同探索物聯網專業發展趨勢以及人才培養的要求，教師團隊將從原理闡述、設備使用、操作要點、安全事項、結果觀測、故障排查等方面完善實驗指導書，并進行相關的實驗競賽指導，夯實學生的實驗實踐能力，將培養目標細化分解到整個教學環節，促進學生自主性學習，培養跨專業、跨學科的復合型人才，實現高校人才培養與企業應用的無縫銜接。

2 實踐培養體系內涵構架

發揮行業背景優勢和學科交叉優勢，以物聯網工程專業為核心，結合通信、智慧交通領域交叉復合需要，探索“智慧交通”緊缺人才培養的規律和內涵構架，建立面向“智慧交通”領域的物聯網專業新工科人才培養目標和培養標準。瞄準國家在物聯網、智慧交通、人工智能、大數據、傳感技術等學科的戰略布局，加快培育與之相適應的交叉學科專業方向，建設與之相適應的學科平臺，依托學校交通信息工程控制、通信與電子信息、計算機科學與技術、交通運輸工程等多個優勢特色學科，探索適用智慧交通的行業特色物聯網實踐創新人才體系組成，按照產出導向原理，構建物聯網新工科專業知識內涵模塊、專業技術能力模塊、現代工具能力模塊、新工科跨專業交叉能力模塊、非技術能力素養模塊等多模塊組合，充分利用專業科研及隊伍優勢，打造一流的新工科實踐教學融合平臺，為培養智慧交通新型裝備人才發揮積極的示范與輻射作用，如圖2 所示。

圖2 智慧交通需求的物聯網專業實踐培養體系內涵架構

3 教學與智慧交通行業深度融合

新一輪技術革命和產業變革引領下，學科交叉已成為創新發展趨勢，專業與產業融合愈加緊密［10-11］，物聯網專業如何實施跨學科跨專業交叉融合的人才培養模式改革，建立工－工、理－工交叉滲透的新興專業人才培養機制，使得交通類高校物聯網專業新工科人才培養與交通產業技術深度融合，是目前亟待探索的一個深度問題。

大多數高校物聯網工程專業的工程實踐訓練集中于系統的軟件設計實現能力培養，與現代工業技術和高端智能化技術結合不十分緊密，與應用對象的實際需求和行業背景需求深入結合不夠，使學生動手能力和實戰能力虛化［12］。急需利用高校高水平科研團隊在學科研究方面的優勢，把握學科領域前沿，構建科教協同育人平臺，為學生提供更廣闊的實戰訓練科研平臺［13-14］，促使我校物聯網工程專業運用前沿的物聯網技術、云計算技術、大數據技術和人工智能技術，推動智慧交通、智能交通數字化與集成化革命，深化交通網、傳感網、通信網、信息處理平臺的深度融合，把科研成果轉化為教育教學資源，使物聯網工程專業人才培養從全面感知層、到可靠傳輸層、最后到終端應用處理層，接受全面系統的實踐創新能力訓練，如圖3 所示。

圖3 科教協同下智慧交通與物聯網實驗教學體系深度融合示意圖

以城際高速鐵路、城市軌道交通的建設、運營、管理、維護和服務等綜合系統為應用對象，與高水平科研院所和企業合作，深入實施科教協同育人計劃，搭建學校與科研院所深度合作的戰略平臺，將企業的科學問題與技術創新引入人才培養，引導學生積極參與科技創新實踐，使學生早進課題、早進實驗室、早接觸基礎學科前沿，在研究過程中不斷激發學術興趣和研究潛能。設立跨學科課程體系、組建跨學科教學團隊、設立交叉學科研究課題，為拔尖學生參與跨學科學習和研究創造條件，為學生攀登學術高峰搭建跨學科平臺。

4 產學研多維創新實踐平臺建設

以培養學生的實踐能力、工程科技創新和產業創新能力為目標［15-16］，貫徹科教融合、引育結合的教學理念，結合智慧交通的北京交通大學優勢，探討物聯網專業先進傳感技術、現代通信技術、計算機網絡信息技術構成的智能傳感網絡實驗教學平臺建設，打通感知層數據與應用層需求聯系，完善面向智慧交通行業背景的先進傳感實驗教學平臺，如圖4 所示。具體舉措包括：①加大科教投入，在現有平臺上進一步完善先進傳感技術實驗教學創新平臺；②院際人員交流，培育校內適應新工科的師資隊伍；③立足行業需求，進行跨校交流，成立校際巡回教學研討交流團隊；④了解國際發展動態，聘請相關領域權威學者講座講學。

圖4 智慧交通中物聯網先進傳感技術及新工科人才培養

5 反饋修復的可持續改進運行機制

基于OBE的理念，研究畢業生跟蹤反饋機制［17］，設立新工科物聯網專業人才培養庫，構建包含知識、能力、素質三方面的畢業生多維度評價體系，通過線上評價、電話回訪、問卷調查等多種信息反饋渠道，對用人單位和畢業生進行定期信息采集，如圖5 所示。所得反饋信息反向助推項目研究實施改進，為人才培養標準及模式的優化提供強有力的決策依據和效度佐證，形成新工科人才培養質量評價跨階段、多維度評價體系。

圖5 建立新工科物聯網專業持續改進反饋評價運行機制

6 結 語

物聯網工程專業是一個偏重綜合型、實踐性的專業，在人才培養的過程中，對工程實踐的要求非常強，這一特點在其他工科專業也有不同程度的反映。同時，對于行業特征明顯的高校，如何在專業培養中體現出高校特征，也是人才培養中的重點和探索方向。為此，本研究針對行業高校開辦特色專業的共性問題，探索了具有高校行業特征的新工科人才培養實踐創新平臺機制，并以物聯網工程專業為基礎，加入我校軌道交通行業特色的新工科工程人才培養模式，以先進傳感技術為抓手，探索實踐創新平臺內涵和建設模式，構建了適應智慧交通需求的物聯網工程專業的人才培養實驗教學體系。