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摘要：围绕着物联网行业对人才需求的现状，深入分析农业物联网的应用场景及农业类院校在物联网人才培养体系中的优势。提出以“一个原则，两个方面，三项措施”为核心构建物联网创新实践平台，并以此为基础，结合学校的特色，培养既能满足物联网相关行业需求，又具有农业物联网应用背景的复合型人才。作为一种新的物联网教学改革思路，对形成满足新工科建设要求的工程实践教学模式、建立农业院校物联网特色实践创新平台具有重要的借鉴意义。
关键词：新工科；物联网；实践平台；地方高校
本文引用格式：殷华，等.农业院校物联网工程实践教学平台建设探索[J].教育现代化,2019,6(10):112-115,119.
Construction of Internet of Things Practical Platform in Agricultural Universities
YIN Hua,HUA Jing
(School of Software,Jiangxi Agricultural University,Nanchang,China)
Abstract:According to the current situation of talent demand in the Internet of Things,the advantages and disadvantages of personnel training system in local professional colleges are analyzed,and the key issues are pointed out.Based on the innovation practice platform of the Internet of Things,of which hardcore is“One principle,two aspects,three measures”,and combined with school features,an new method has been proposed which trains student not only to meet the application needs of the Internet of Things area but also has the ability of developing product on the basis of the industry application background.As a new way of reform in education of the Internet of Things,it has important reference significance in forming an engineering practice teaching mode to meet the requirements of new engineering discipline construction and setting up a platform for practice and innovation.
Key words:New engineering;Internet of things;Practical teaching;Local university
自教育部2010年发布《教育部办公厅关于战略新兴产业相关专业申报和审批工作的通知》以来，物联网工程作为一个全新的学科，受到广泛关注，截止至2017年底全国已有460余所高校开设了物联网工程相关专业。但物联网工程是近年兴起的新一代信息技术，其基础知识跨越了多个一级学科，拥有广、博、精、深的特点，专业本身具有创新型、应用型和复合型，其人才培养策略需要以创新与复合能力为导向[1]。特别是在2016年提出“新工科”概念后，以“新工科”建设为主题的高等工程教育改革更加强调培养适应未来社会发展需要、具有创新型品质的卓越工程师[2,3]。因此，对物联网这个新兴学科人才的培养更应该着眼于理论与应用相结合、传统与创新相结合、现实与未来相结合。虽然已有学校提出了诸如基于构思、设计、实施和运作模式[4]、基于“互联网+”的三重融合、四方联动[5]及从团队协作、全程导师制等方向对物联网专业教学、实践进行改革[6-10]，但目前国内各大高校的物联网工程建设尚在探索阶段，更多的是根据传统工学专业改革的经验提出的方案，忽略了物联网工程本质上是一个应用型专业，具有鲜明的行业特点，相关教学改革与培养方案应该从通用基础与细分行业应用两个角度同时进行。
江西农业大学物联网工程专业开设于2013年，不论从专业开设时间，还是学校所处地理位置来看，均不占有任何优势：因此，作为一个地方性农业院校，如何确定合理的培养目标及方案，保证毕业生在满足物联网相关企业基本需求的同时，还具有一定的核心竞争力是值得思考的问题。为了达到上述目标，在对相关企业进行充分调研后，学校提出将“物联网+农业”作为目标，构建以“一个原则，两个方面，三项措施”为核心的物联网工程实践教学平台，并根据学校在农、林、动物科学方面的优势，确定课程体系、实践内容与方向。目前，该平台取得了良好的效果，经过全面实践，我校取得了以各类物联网创新设计竞赛和行业相关就业率为显示度的研究成果和人才培养双丰收，毕业生的理论、实践、专业能力受到了升学高校与企业的一致好评。
一 农业物联网的现状
自物联网相关概念被提出以来，在近20年的时间里，物联网逐渐改变了人们的生活。作为一个农业大国，将物联网技术与农业生产、经营、管理相结合，对改变我国传统农业效率低下的局面，提升农业现代化水平具有重要的意义。
农业物联网通常由感知层、传输层和应用层构成（如图1）。所涵盖的领域包括农产品种植（养殖）、农产品采摘、农产品加工及农产品运输等多个环节。其中，感知层主要包括各种传感器及它们组成的多个节点，这是农业物联网技术的关键。近年来，随着精准农业技术的不断发展，常规的光、温、水、气、热传感器已经不能满足市场需求，各种土壤成分、农产品结构、元素传感器逐渐引起了人们的关注，如何用好这些传感器，采用何种方法能够快速、准确的得到它们的量值是难点问题；此外，对于动、植物生命体的信息获取、行为特征辨识，并以此物理量构建模型也是目前亟待解决的一个关键问题。对于传输层，则应该主要考虑根据不同的地理环境、农作物特征选择合适的通讯方式，特别是在设施农业中要充分考虑墙体材质、厚度、高度对传感器节点之间信息传输的影响，并以此优化传感器数量、位置。而对于应用层，由于其直接与用户对接，更多的应该考虑如何开发界面友好，功能强大的应用软件，将感知得到的各种数据信息汇总应用，通过数据挖掘和知识发现，建立农作物管理模型。
由于农产品的种类多样性、地区差异性、影响因素可变性不可能采用统一的模型解决问题，因此，在农业物联网实践应用中更多的是面向特定地区、领域、需求定点开发，对系统架构和开发人员的农业专业知识要求较高，这也在一定程度上限制了农业物联网技术的规模化应用。
二 农业院校物联网实践平台建设探索
（一）江西农业大学工科人才培养现状
江西农业大学是一所以农为优势、以生物技术为特色，多学科协调发展的地方性大学。近年来，学校紧跟国家发展方针，按照教育部实施卓越工程师培养计划及对创新、创业人才的需求，以新工科建设为契机，对工科类专业教学方法、实践内容和培养模式进行了一系列的改革，目前在促进大学生动手能力方面取得了一定的效果。但是，由于物联网工程专业的特殊性，上述对传统工科的改革并不能完全适用，这主要是体现在以下几个方面：1、虽然优化了课题体系，增加了实践课程，但仅仅限于对本门课程的相关知识简单的动手能力培养，不能适应物联网专业的多学科联动；2、实践教学体系结构与产业技术脱节，实践项目往往局限于某一小的专业领域，学生知识面相对比较狭窄，无法进行学科交叉，综合实训时缺乏对物联网工程项目的全局把握；3、未能突出学校在农业方面的特色，没有把物联网技术与农业应用相结合，行业背景教师及相关企业参与指导工程实践热情不够。
（二）实践建设原则与目标
从前述中可以看出，物联网技术在农业领域有着广阔的应用前景，但是由于农产品生产加工过程中的复杂性和专业性，限制了其的发展规模，因此，为了改变现状，结合学校的实际情况，学校提出了以“强理论、重实践、有专长”为核心原则建设物联网工程实践平台，一方面要求在该平台上既能够对C语言、数据结构等专业基础课的理论实践进行规范管理，又能保证RFID、嵌入式系统、传感器网络等专业课程的项目实训，另一方面还能够根据农业物联网应用的需求将这些课程的相关知识进行集成与扩展，培养创新精神与创业能力。并且根据不同学生的兴趣点选择物联网三个层次中的一个予以深入和强化。这样不仅使得平台能够贴近物联网的前沿技术，让更多的高年级同学掌握就业所需的实用技能，增加就业砝码，而且还能够吸引低年级的同学加入平台之中，为平台的持续运行奠定良好的基础。
（三）实践平台系统架构
为了实现上述目标，整个物联网创新实践平台包含了以下4个模块：
1.基础强化模块。该模块主要是为一年级同学开发，通过该模块的训练让他们能够熟练掌握物联网相关的专业基础知识。对于软件相关内容，以C语言程序设计、数据结构课程为核心，通过开放校内机房、开放在线的考试系统等方式，引导同学们在课堂内外对课程相关基础知识进行大量的练习；而对于硬件相关知识，则以模拟电路、数字电路课程内容为核心，通过采用Multisim和Proteus软件仿真的形式逐步增强学生对公式、定理的理解，并设立专门的硬件实验室，配备万用表、示波器、逻辑分析仪、电烙铁等相关仪器设备，鼓励学生在软件仿真完成后进行动手实践。为了让学习具有明确的目的性，该模块中还引入了校、省级比赛中的一些考核基础能力的项目，如：校级软件创新设计大赛、蓝桥杯算法设计大赛、省级信息技术知识大赛等，它们既能合理地检验学生在该模块中的学习效果，也激发他们对专业课程学习的积极性和兴趣性。
2.专业实训模块。该模块主要针对二、三年级同学开发，通常该年级的同学处于对某项专业技能的学习阶段，如：Android程序设计、单片机原理与应用、LINUX程序设计、JSP/PHP程序设计等。在进行理论学习之后，就该门课程本身的知识如何用、怎么用的问题进行深入探讨，以小型化的实训项目，如：电子钟、计算器等为切入点强化课程学习，逐步接触真实项目开发。为了使学生的视野变得更加开阔，知识面更广，满足物联网行业对人才广、博、精、深的需求，在该模块中又可以分为两个部分：一是针对二年级的同学，通过课堂内外的教、学、思、做让他们对整个物联网工程专业的软、硬件技术有一些大致的了解，能够完成实现单一功能的模块型项目；二是针对三年级的同学，让他们在项目中寻找自己对某项技术的兴趣点和关注点，并予以适当的强化，为后续做到精、深提供基础，并适时的组织他们在专业教师的指导下参加一些更高级别的综合型项目竞赛，如省级计算机作品赛、省级电子设计大赛等。
3.综合实践模块。该模块主要针对大三学有余力及大四的同学开发。考虑到这部分同学大多拥有完整的基础知识且具备专研某一技术专长的能力。因此，该模块的建设初衷是在继续提升专业技术能力的同时，基于企业的物联网项目的开发流程和软件工程的思想，培养学生团队精神及独立思考的能力。与前面两个模块不同的是，在本模块中教师更多的是充当项目经理的角色，从宏观的角度对项目进行把握，对学生进行指导时应该以启发式、渐进式为主，让他们逐渐从项目开发新手变为“熟练工”，并继而成为各自项目的负责人。因此，该模块中所进行的实践更多是以全国性比赛、业内知名企业竞赛及有行业应用背景的真实项目为主，这些项目通常具有完整性，能满足该模块设置的目标需求。
4.特色创新模块。物联网的“新”本质上在于它的应用场合与创新模式，将物联网相关技术与传统行业相结合，是物联网发展的重要方向。江西传统上就是一个以农业为主的省份，而江西农业大学作为地方农林院校，在农、林、动物科学方面有着得天独厚的优势和研究基础。该模块设置的目的是结合国家物联网工程的智能农业方向，将学校优势的学科与新兴的物联网技术结合，培养学生的创新能力。教师在模块中不再是专业导师，而是作为一个合作者参与到具体项目中，与学生一起提出设想、参与讨论，并继而完成整个项目。相关成果既可以申请专利、软件著作权，也可以参与国家级创新、创业大赛，全面提升学生的综合素质。整个平台的构建框架如图2所示。
考虑到物联网行业正处于高速发展的阶段，为了适应企业的需求，各个模块的实训内容可以灵活、及时调整。在整个实训过程中，借鉴德国双元制教学模式，将学习的过程分为多个理论、实践阶段穿插进行，以此在增强学生动手能力的同时夯实其理论基础。以综合实践模块为例，在学期之初即根据学生选取的物联网层次方向进行分组，由教师根据自己的科研或现实需求指定一些物联网相关项目，按照工程化的思想由学生从需求分析开始一步一步的完成，并不断启发学生们进行创新性思考。如我校在全国大学生智能大赛华东赛区获得一等奖的作品--智能绿化系统，该项目最初是为了满足用户需求开发的一个智能灌溉模块，但在项目执行过程中就有同学提出是否能够通过手机端进行控制或观察呢？这个提议当时就得到了大多数同学的赞同，并着手进行相关理论知识的学习，而后又有同学提出是否能够加入云平台，在积累了大量种植信息后进行数据挖掘找到最佳的种植方案……，以此不断的迭代并求教农学、林学相关专业人士，最终形成了一个集成有自动灌溉、病害识别、数据分析与处理、远程控制等功能的完整系统，获得了业内专家的一致好评。
（四）实践平台运行保证
为了使得实践创新平台能够健康、持续发展，学校、学院在各方面都给予了极大的支持，从学生、教师、企业三方面分别实行相应的措施进行保证。在学生方面，所得的各种级别的奖项在奖学金评定、保送研究生方面均可获得不同程度的加分，并可以按照获奖级别获取相应的创新创业课程学分，参加各种比赛所发生的费用也给予一定程度的补贴；在教师方面，设置专项费用保证教师到企业进行继续教育；将个人绩效与指导学生实践挂钩，对在省级、国家级大赛中取得优秀指导教师称号的教师进行奖励，并在职称评定中倾斜；在企业方面，通过与学校深度合作，建立“走出去，请进来”等柔性互动机制，根据自身的需求定制化培养人才，节约人力成本；一些预研项目还可以下放至创新实践平台，而平台中的一些优秀项目也可以在企业中进行成果
（五）实施过程中需注意的问题
经过五年的实施，不同层次的学生均在该创新实践平台中获益，各种创新设计大赛中获得了多人次的奖励，升学率和就业质量有了明显提高。但在实施过程中也暴露出了一些需要注意的问题：
1.指导教师和行业导师精力的投入对平台的运行影响巨大。一个好的老师能为整个平台带来生气，培养学生对专业的热爱，体会学习、创新、实践的乐趣。这就要求在强调教师奉献精神的同时切实保障他们的合理权益，让他们由衷的热爱这项事业。
2.学生的专业兴趣是前提基础。物联网专业是多学科的融合，不同的人对于专业的理解是截然不同的。从专业实训模块开始，教师应该注意观察学生的兴趣点所在，引导他们从自身特点出发选择其中某一技术方向予以深入。
3.特色创新项目需要仔细甄别。将应用领域与物联网相结合是物联网专业的方向，但专业复合型人才缺乏的现状限制了其发展。特色创新项目的提出与实施需要相关领域专家及企业人才的参与，在实际中发现问题并予以解决。
三 结语
农业院校如何培养物联网人才，一直是目前的热点问题。根据物联网对人才的需求现状，构建物联网创新实践平台，结合学校的优势学科，采用双元制教学方法对物联网专业的教学改革，或为培养具有应用背景的特色人才打开了新的思路。目前该创新实践平台在我校运营良好，所取得的经验为我校相关专业或其他地方专业性高校物联网人才培养模式的建立提供了参考。
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