随着云计算、大数据，特别是人工智能技术的兴起，物联网工程专业规范需要与时俱进进行修改。目前，专家组已经将云计算、大数据和人工智能技术融入新的专业规范中，本年度即将出版物联网工程专业规范2.0版。
四、总结
物联网工程专业从设立到建设，始终采用“问题导向，系统推进”的方法，并围绕“产业导向、行业牵引、学科交叉”的专业特点，从专业顶层设计、专业知识体系、专业课程体系、专业实习基地、专业资源共享等方面构建了较为完整的物联网工程专业人才培养体系，营造了稳定的物联网工程专业建设生态系统，其建设思路与新工科建设的理念不谋而合，是新工科建设理念的早期实践者。物联网工程专业虽然以新工科建设理念不断推进建设，但在未来的建设中还需要解决如下问题：如何融合物联网、云计算、大数据和人工智能等最新知识，构建物联网工程专业的全新知识体系；如何根据各高校的差异，在涵盖知识体系的基础上，构建适合本校需求的物联网工程专业课程体系和课程内容。
[致谢：本文工作得到了教育部计算机专业教指委“物联网工程专业教学研究专家组”多位专家的支持，并获得多个教育部校企协同育人计划项目和西安交通大学教改项目支持，特此表示感谢]
作者简介：桂小林，西安交通大学电子与信息工程学院副院长，教授。
作者： 西安交通大学 桂小林 王东 黄传河 傅育熙
来源： 《中国大学教学》2018年第07期
新工科背景下以数据为中心的计算机专业教学改革
摘要：工科人才培养的关键是要根据产业和技术的最新发展，创新性地改革人才培养模式、改造课程体系、改革教学范式。本文针对大数据、云计算和人工智能等新技术和新产业对计算机专业人才培养提出的新要求，对传统计算机专业教育存在的问题进行分析和总结，探索以数据为中心的适应时代发展和产业需求的新型计算机专业课程体系，通过课程建设全面更新教学内容、促进新工科建设，并在中国人民大学信息学院进行实践。
关键词：大数据，以数据为中心，计算机专业，教学改革，新工科
[本文获得教育部新工科研究与实践项目“以数据为中心的计算机专业教育改革与实践”、2017年教育部产学合作协同育人项目(第二批)腾讯公司新工科建设专题的支持]
进入21世纪以来，大数据、云计算和人工智能等新技术进入了飞速发展的新阶段，并且不仅局限在计算机领域发展，而是与大量其他的行业进行交叉融合，帮助其他行业升级，并不断创造出新的行业，是新经济最重要的驱动力之一。但是，反观计算机专业教学，培养方式和课程体系的发展速度明显滞后于新技术的发展速度。中国人民大学信息学院针对大数据、云计算和人工智能等新技术和新产业对计算机专业人才培养提出的新要求，以新工科建设为背景，以面向产出的计算机工程教育专业认证为抓手，对传统计算机专业教学存在的问题进行分析和总结，探索以数据为中心的适应时代发展和产业需求的新型计算机专业课程体系，通过课程建设全面更新教学内容，取得了良好的实践效果。
一、传统以计算为中心的培养模式的局限
大数据、云计算和人工智能的核心是数据。大数据技术自不必言；云计算主要为各行各业提供弹性、稳定、高效的数据存储、管理和处理平台；人工智能的主要驱动力是机器学习和深度学习，智能程度的提高主要依赖远超以往规模的大数据积累。目前全球绝大多数计算机都是用于数据的存储、管理和处理，数据是计算机最大的用户，不仅决定了计算机如何应用，也深刻地影响了计算机软硬件的设计。但是，目前计算机专业教学仍然是沿用传统的以计算为中心的培养模式，这种培养模式主要存在以下几个问题。
(1)程序设计和计算机问题求解方面的课程缺少对并行计算的足够重视。大数据和人工智能目前主要依赖大规模集群、GPU等新型硬件的并行数据处理。但在传统计算机专业教学中，学生在并行算法、并行数据结构、并行程序设计和并行编程工具等方面的培养和训练较少。
(2)传统计算机系统课程主要关注单机系统，一般是以计算机组成原理、操作系统、编译原理为核心，学生对单机上的软硬件系统较为了解，但是对现代大规模分布式系统的了解和训练比较少。
(3)传统课程体系以计算为中心，主要围绕如何构造计算机系统、如何加快计算机计算速度而展开，在数据方面往往只有数据库一门课程，学生对大数据的平台(云计算)、大数据的核心科学问题、计算智能等方面的了解不够。
(4)大数据、人工智能的意义不仅仅在于计算机行业本身，其更广阔的市场是与社会上其他领域深度结合，升级改造其他行业，甚至创造新的行业。但是目前的计算机人才培养主要专注于计算机自身的工科专业训练，对学生的人文素养，以及经济、法律等社会学科的交叉培养还不够。
因此，需要研究分析新经济对传统计算机专业人才培养提出的新要求，特别是大数据、云计算和人工智能等新技术发展对计算机专业学生知识、能力和素质的新要求，探索从传统的以计算为中心的计算机专业教学，向新时代下以数据为中心的计算机专业教学升级转换的关键和方法。
二、计算机专业教学改革的时代需求
随着计算机及互联网的飞速发展，当今社会已进入数据时代，数据已深入到社会和人民生活的方方面面。不仅需管理的数据数量呈爆炸式快速增长，而且类型也越来越多，越来越复杂。2015年9月5日国务院发布了《促进大数据发展行动纲要》，系统部署了大数据发展工作，这意味着中国大数据发展经由顶层设计，正式上升为国家战略。可以说，数据的掌握能力是国家主权或企业自主知识产权的体现，数据的处理与分析是推动生产力增长的关键要素，也是保证国家安全与社会进步的重要因素，国家急需能架构系统、会分析数据、懂领域业务的复合型人才。
大数据的全生命周期包括4个阶段：大数据的获取与管理，大数据的存储与处理，大数据的分析与理解，结合领域的大数据应用。在整个过程中，数据是基础、平台是支撑、分析是核心、效益是根本。因此，以数据为中心的计算机专业教学必须注重学科交叉，强调系统实现，关注实际应用，培养学生解决综合性实际问题的能力。只有建立起一个跨学科、全方位的以“数据”为中心的新型计算机专业教学体系，通过扎实的课程体系设计和课程建设，才能真正提高计算机专业人才培养的质量，适应新经济、新时代的需求。
三、以数据为中心的计算机专业课程体系
在新体系下，计算机专业课程分为“问题求解”“系统平台”和“数据科学”三条主线进行建设，同时还有“数学和自然科学”“人文社科教育”两条辅线起到支撑作用。
“问题求解”类课程主要训练用计算机求解问题的思维方式、方法和实现手段(主要是编程)。“系统平台”类课程主要介绍和训练支持问题求解的实际计算机软、硬件系统如何分析、设计与实现。“问题求解”和“系统平台”两条主线中的课程主要是为计算机专业学生在两个方面打下扎实的基础，而“数据科学”类课程涉及大数据从获取、存储、管理、分析到领域应用等整个数据生命周期各个环节的内容，尤其是大数据、云计算、人工智能等新技术将重点集中在这一主线中讲授和训练。“数学和自然科学”辅线课程将为计算机专业学生打下扎实的数学和自然科学基础，“人文社科教育”类课程主要目标是提高学生的人文素养，积累社会学科的基础知识，同时数据科学中的关于大数据和人工智能的课程也会与人文社会学科深度结合。
从纵向看，从大一到大四，四个年级的课程深度逐步加强。大一阶段主要通过“问题求解”主线中的程序设计等课程，训练大家的计算机编程能力，培养计算思维。从大二开始设置“系统平台”和“数据科学”类课程，系统培养学生问题求解的方法和能力，训练如何抽象问题、建立模型、求解问题，并编程实现；通过系统平台方面的基础课让学生初步了解计算机软硬件系统，学习实际系统模块的设计与开发；同时通过导论类型的课程开启“数据科学”主线课程的学习。大三阶段的学习增加一个难度，增强问题求解的理论基础和复杂问题求解的能力，并训练学生完整设计和开发复杂的计算机系统；在“数据科学”方面对大数据从获取、存储、管理、挖掘到可视化等整个数据生命周期各个环节进行综合讲授和训练。大四阶段的学习会进入一个全新的模式，即通过毕业设计的形式，对导师提出的开放性问题进行探索，在调研、分析、研究、设计与开发等方面得到进一步的训练。
下面分别阐述计算机专业核心的“问题求解”“系统平台”和“数据科学”三条主线的课程建设。
(1)“问题求解”主线。问题求解主线中的课程包括程序设计、数据结构和算法等内容，不仅是计算机知识和能力体系中非常重要和基础的一环，往往也是计算机专业学生的入门课程，因此非常重要。但是正因为这类课程非常经典，传统计算机专业教学中这类课程在过去很长时间内变化并不大，在新时期至少需要在以下两个方面进行改进。一是在云计算和大数据时代主要依赖高度并行化来提高运算速度的情况下，需要从入门阶段开始就培养学生的并行计算思维，学习并行数据结构和并行算法的知识，学习并行编程的理论、方法和工具。二是面向新技术的需求，建设丰富的编程语言方面的必修和选修课程群，包括函数式编程以及新兴的主流编程语言等内容。
(2)“系统平台”主线。在计算机系统方面的传统专业教学中，往往存在以下三个问题：一是课程实验复杂度与实际工程有较大脱节，设计、开发和调试复杂系统的训练不足；二是课程之间缺少衔接，缺少对计算机系统的整体认识，只见树木不见森林；三是知识更新速度不够快，对最新的现代新型分布式系统关注不够，实际上以Hadoop以及Spark为代表的开源软件生态的重要性相当于20世纪八九十年代的CPU和操作系统，重要且发展迅速，需要在课程体系中体现。因此，需要对以上问题做出有针对性的改革，包括加强计算机系统骨干课程的复杂系统大实验改革和建设、开设贯通整个计算机系统的整体视图课程、增加包含最新技术的新课程等。
(3)“数据科学”主线。传统计算机专业教学是以计算为中心的，数据科学相关的课程设置非常薄弱，一般只包括关系数据库系统一门课程，甚至只是一门选修课。但是在新经济环境下，云计算、物联网、人工智能都和大数据密切相关，需要转换思维，增加一系列重要的数据科学和大数据相关的新课程，涵盖从获取、存储、管理、分析到领域应用等整个数据生命周期各个环节的内容。而且这些新技术领域的发展迭代速度非常快，需要设计一套机制，以便在课程内容更新上做到快速反应，尽快把最新的思想、方法和工具引入相关课程。
此外，在课程体系建设方面，需要加强实践课程的建设，尤其是设计和建设以数据管理课程为核心的在线实验平台，加强学生的实践能力和动手能力的训练，并可以将该在线实验平台推广到其他高校。同时，可以与企业合作建设新课程，给学生提供机会了解工业界的实际情况和最新技术，以及充分的锻炼机会。
信息学院通过充分利用中国人民大学过去几十年在数据库等数据科学领域的科研和人才培养的优势，并将人工智能、大数据等新技术与学校在人文社科方面的学科优势深度结合，力求将过去以计算为中心的计算机专业人才培养模式转变为适应未来技术发展的以数据为中心的计算机专业人才培养模式。希望能将改革过程中得到的经验和教训与国内外同行进行分享，也希望其他相关高校能够参考我们的教育理念和课程体系，在应用和讨论中对这个体系进行不断改进。
作者简介：李翠平，中国人民大学信息学院副院长，教授。
作者： 中国人民大学信息学院 李翠平 柴云鹏 杜小勇 张孝 文继荣 陈红
来源： 《中国大学教学》2018年第07期
湖南省高校教师信息化教学应用调研报告
摘要：在高校课程信息化教学改革的大背景下，文章以高校教师信息化教学省级竞赛案例为研究样本，对目前高校课程教学的特征进行统计和调研，分析课程信息化建设的发展趋势。并以提高教师的信息化教学能力和提高教学质量为目的，针对高校课程信息化教改提出若干建议。
关键词：高校，信息化教学，课程建设
基金项目：湖南省普通高等学校教学改革研究项目“普通高校教师信息化教学评价要素优化研究”(湘教通[2016]400号521)。
为贯彻落实习近平总书记关于推进教育信息化的重要指示精神，大力推进信息技术与高校教学的深度融合，进一步更新教育理念，创新教学模式，增强教学效果，提高教育质量，湖南省教育厅已持续组织了数届全省普通高校教师信息化教学竞赛。鉴于省级竞赛活动能够较好地反映信息化教学已达水准，并且对于全省同行具有较强的导向性，我们尝试通过对99位进入2017年省级复赛的高校教师参赛材料进行内容分析，基于相关特征要素的统计，研究高校课程信息化建设的发展趋势，提出相关建议。
一、高校课程信息化教学改革的技术背景
高等院校处于研究和传播先进科技的前沿，是各国教育技术的发源地和先驱者，对教育信息化具有强大的推动力。随着互联网以及移动通讯技术的快速发展，教育信息化已经成为教育界的焦点。有人将由信息技术带来的这种教育变革称为第四次教育革命[1]。毫无疑问，在这次变革中，信息化教学是人们关注的重中之重。信息技术在高校教学中的应用集中体现在信息化教学竞赛之中，通过对参赛选手教学中的技术应用进行分析，我们发现，因各个技术领域的相互渗透与不断融合，人们对技术的理解和认识有了一种微妙的变化。
技术，原本是指解决问题的方法和技巧，它有两种基本形态：以工具或系统平台等形式表现的物化形态和以模式或系统方法等形式表现的智能形态。以物质形态的技术发展为依托，智能形态的技术发展推动着技术领域进入了全新的发展阶段，在此，我们暂且把它叫做“新技术时代”。教育领域的“新技术”意喻众多传统技术领域的融合，是各类硬技术支撑体系下所表现出的统合技术，其首要特点就是它的消除力量——消除传统媒体之间的边界，消除群体之间及个人之间的边界。
从虚拟现实、人工智能、云技术，到碎片化资源、微课、慕课、云课堂、翻转教学，从教室里的学习到移动学习到泛在学习，无不体现为新技术观对教育变革的影响。近年来，网络社交新媒体如雨后春笋般涌现，QQ、微信等社交软件极大方便了用户间的沟通与交流[2]。大多数高校学生每天都会使用这些软件。针对此现状，如果给师生构建一个虚拟与现实结合的学习环境，基于互联网和移动通讯技术来实现信息技术与教育教学的完美融合，必将对我国教育事业产生革命性的影响。
二、省级竞赛参赛课程信息化建设特征分析
1.样本简述
信息化教学竞赛章程规定每位选手必须递交能支撑整门课程信息化教学的资源或软件，容许抽取知识点检查信息技术在教学中的应用情况，并递交10分钟微视频，以展示该课程信息化建设的基本情况，实际讲解一堂微课供评议信息技术与课程教学的融合。这让笔者获得了比较理想的研究样本，足以保证我们能够对每门参赛课程进行整体分析，较全面地研究每门课程信息化教学的情况。
笔者以99位高校教师参赛材料作为研究样本，从五个方面获取调研数据：①通过项目表登记的信息了解信息化教学竞赛涉及的学科分布；②教师所使用的软件适用于教学过程中的哪一阶段，是课内还是包含了课前或课后；③课程支撑资源和软件的类别及其设计开发水平；④通过软件分析了解教师的信息技术技能；⑤通过对微视频中涉及课程设计与建设的内容，了解课程信息化建设情况，并通过对微视频中微课教学的评价，分析教师信息化教学的能力和效果。以上调研数据的统计将为参赛课程分析提供依据。
2.参赛课程分析
(1)学科应用情况分析
本次竞赛是全省普通高校参与，参赛课程涉及的学科种类多样，有历史、机械、数学、文学、生物学、物理学、园林设计学、广告学、英语、医学、计算机等。笔者将它们归为文科、理科、工科，每类占比统计如图1。
图1 学科应用
调查显示，信息化教学竞赛涉及的科目分布范围很广，数据样本分别来自理论组和实践组，理论组倾向于理论知识的教学，实践组则倾向于理科实践项目的教学。理论组文科类课程占到48.1%，而理科和工科占总数的33.3%和18.6%。实践组文科科目占比相对较少只有13%，而理科和工科的占比达到了43.5%。数据显示，理论组信息技术在文科教学中的应用更多，理工科教师的信息化教学观念还有待加强；而实践组的文科类专业信息化教学占比较少，理工类专业信息化教学占比较高。
(2)软件类别应用分析
教师对信息技术的应用受客观因素和主观因素影响，客观因素包括信息化教学环境(含硬件设备、软件及信息资源)、技术支持等，主观因素是教师信息技术能力、信息技术与课程教学整合的能力等。主观因素受制于客观因素，两者相互影响、相互制约。教师信息化教学能力为决定性因素。调查显示，理论组参赛教师所采用的软件类型PPT还是占很大比例，达到70.4%，动画和视频的应用占总数的33.3%，可喜的是3Dmax以及虚拟现实技术进入了理论教学课堂，占比均为11.1%。实践组参赛教师所采用的软件类型也是PPT占比最大，但虚拟现实技术的应用明显高于理论教学，占比25%。
本次研究样本有一个突出特征，63%的教师把手机引入到学校课程的信息化教学，有效实现了教学时空的突破。手机QQ和微信除了具有群组交流、远程协助以及App公众号等非常适应于课程活动的强大功能外，还有操作简单、普及率高、费用低且交互能力强等优点。
软件的利用是为了提高学习的有效性，可以将软件和信息化资源用到课程的每一个阶段。调查显示，88.9%的教学软件可以供学生在课前进行预习，对所学的内容提前了解，100%的教学软件在课中课后都可以使用，支持课程互动和教学反馈，实现了对课堂45分钟的突破。此外，78%的教师都借鉴MOOC理念，设计应用了小规模限定性在线开放课程，配合课堂教学，并使课程学习延伸到课外的自学交流。
3.微视频分析
此次竞赛要求教师制作的微视频不超过10分钟，由课程介绍和微课教学两部分组成。这也能从侧面反映教师的时间观念、态度和对教学进程的掌握情况。
微课，是指运用信息技术按照认知规律，呈现碎片化学习内容、过程及扩展素材的结构化数字资源，教学时间较短，一般为5-8分钟，最长不宜超过10分钟[3]。
根据调查分析显示，100%的教师在参赛过程中，微视频时长均没有超过10分钟，并且97%的教师在微视频中会讲解展示课程信息化建设，并展示课堂实录的微课教学。但也有少数教师对微课教学视频进行了编辑或采用画外解说的方式录制(各占7%)，不能真实反映教师的教学能力，不利于教学评价。
图2 各类软件的应用
三、高校课程信息化建设趋势
省级竞赛具有较强的导向性，参赛教师理应代表当前信息化教学的较高水准，获奖教师均是来自于各地高校的精英，他们的成功体验必将影响高校课程信息化建设的发展趋势。
1.从硬件到资源到应用的巨变
在教育信息化进程中，各高校经历了从关注网络基础设施、数字化校园、多媒体教室、数字化实验室到关注网络教学平台和数字化教学资源的变化，其实质仍是致力于信息化教学环境的建设，而对信息化教学如何切实提高教育教学质量给予充分关注和深入研究似乎才刚刚开始[1]。从新事物生成到逐渐成熟的发展规律来讲，这种发展过程具有一定的合理性，但也存在较大的缺憾与不足。对信息化教学竞赛项目的分析显示：以创新体制为切入点，引入信息化教学新理念，加强教师信息化教学能力，提升资源开发和应用水平，激发信息化教学活力，有效提升教学质量，实现从环境建设到教学应用的转变，是教育信息化发展的必然趋势。
2.教师责任与学生地位的变化
高校教师责任和学生的地位将发生重大变化。教师不再是课堂的主宰者、知识的传递者，而是学生意义建构的指导者和帮促者。高校课程将出现传统课堂教学与信息环境下的学习完美结合，秉承两种教学形式的优点。教师的责任将发生巨大变化，因学生能在新技术条件的支持下基于信息环境实现自我意义建构，教师课程内容讲授的负担将得到部分解脱，而把环境设计与学习引导作为自己的新职责，帮助学习者在环境中通过协作与对话实现意义建构。
学生也不再仅是被动接受者。他们是一个充满好奇的群体，被新型的教学媒体所吸引，积极性大幅度提升。教师教学方式的转变，也使学生的学习可以由课堂延伸到课外，课程学习形式丰富多彩。学生积极主动回答问题，敢于猜想，大胆地当面或借助媒体与教师交流，充分体现学生的主体地位。这样的变化使学生的学习更加主动，他们的思维也得到解放，创新能力也将随之加强。
3.高校课程教学时空的突破
曾几何时，移动学习徘徊于学校课程之外，在社会教育的海洋里为学子们解疑答惑。随着移动技术的发展，移动学习强大的功效以无法阻挡的态势引起了一线教学精英的重视。本次研究样本中，60%的参赛教师都大胆地让移动学习进入了高校课程。无论是基于微信平台的公众号、订阅号，还是自主研发的教学App、雨课堂、百度云，或依托超星学习通做的课程延展，都在一定程度上拓展了课堂的宽度，打破了时空的限制，让学校课程的学习行为可以随时随地发生。移动学习技术与其他信息化教学技术的有效结合，使得师生互动不再仅限于传统课时，教学活动不可避免地延伸到了课外。这些悄然发生的变化或将导致基于传统课程观的课时体系结构的改变，让学校课程建设进入全新的信息化时代。
四、高校课程信息化教改之建议
1.转变师生理念，强化师资培训
本次调研是基于全省最优秀的信息化教学精英而展开的，他们所做出的成就和样板应及时辐射到普通教师队伍之中。但就目前情况来看，高校教师还普遍存在对信息化教学认识上的不足，甚至误解或偏见。我们还需加强对学校教师和学生信息化教学理念的普及，才能不断深化推广高校信息化教学的改革。
从技能方面来看，学生群体优于教师群体。大学生往往是新生事物的尝鲜者，但教师是教学活动的主导。近年来，高校教师的信息化教学能力逐步增强，但要跟上信息技术的发展，还需要加强培训，为教师提供优良的教学资源设计开发条件和先进的信息化教学理念。
2.合作开发环境与资源，重点关注应用
学习环境是指以学习者为参照物，教学系统中各要素之间以及各要素与学习者之间相互联系、相互制约关系的总和。对于课程学习中的学生而言，环境是适应于某特定学习活动的外部条件。学校信息化环境是指“学校”这一教育空间中各种信息技术设备设施组成的对教育信息进行存储、处理、传递与呈现的软硬件系统。有效的环境必然包含有用的资源，优秀的资源也必须依托实际的环境，环境与资源的建设是信息化教学的关键。
环境与资源的设计者必须是教师，但笔者不赞成把教师拖入环境与资源开发建设的繁重劳动中，而应提倡合作开发和委托开发。教师更应该把关注的重点放在将信息化环境及资源有效应用于自己的教学活动之中，指导学生在环境中利用资源实现意义建构。本次调研发现，参赛教师所使用的教学平台资源大多是自己设计或参与设计，然后合作开发或委托开发，把自己的主要精力投入到教学应用之中，以求取得最优的教学效果。分工协作关注重点，这一工作模式值得推荐。
3.完善评价体系，让教学活动充满智慧
此次调研的优秀高校教师都使用了信息化环境和资源展现课程中的知识点，与学生的交流也基于平台发生。虽然在他们所设计的信息化环境中也有可以进行评价和反馈的功能，但是还不够完善。信息化教学评价中形成性评价是智能化教学进程控制的依据。所以在信息化环境的建设当中，应完善评价体系，基于人性化的评价标准和评价机制开发智能评价系统与自适应学习系统，让教师能准确定位每一位学生的学习状况，学生可以根据评价系统的提示或引导来重新调整自己的学习计划与进程，让教与学的过程充满智慧。
作者： 湖南师范大学教育科学学院 杨平展 胡亚南 王敏 湖南商学院计算机与信息工程学院 石良武
来源： 《中国教育信息化》2018年第18期