羅高峰 石子娟

摘 要：通過分析物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)網(wǎng)絡類課程的教學現(xiàn)狀和特點，探討了基于開放平臺的實踐教學模式，培養(yǎng)了學生的工程應用與設計能力。并在此基礎上，研究了物聯(lián)網(wǎng)教學的實踐模式，提出了“以人才需求為核心、以就業(yè)為驅動力、快速構建物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)”的實踐教學模式，通過多層次的課程建設與研究，從而幫助學生建立了自主學習的機制，提高了學生的工程實踐能力。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)；實踐模式；網(wǎng)絡類課程；應用系統(tǒng)

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）07-0-02

0 引 言

隨著計算機技術和網(wǎng)絡技術的深入發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術開始受到人們的廣泛關注。為了順應物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展和人才培養(yǎng)的需求，教育部于2010年開始接受全國高校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的申辦。2013年，邵陽學院成為湖南省內(nèi)為數(shù)不多的增設物聯(lián)網(wǎng)工程本科專業(yè)的高校之一。學校地處湘西南，有很強的區(qū)位優(yōu)勢及地域特色，物聯(lián)網(wǎng)服務與地方經(jīng)濟發(fā)展成為了我們辦好物聯(lián)網(wǎng)工程本科專業(yè)的共識。

在申辦物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)之前，筆者一直從事網(wǎng)絡工程專業(yè)網(wǎng)絡類課程的教學，通過多年的教學經(jīng)驗和積累，對網(wǎng)絡類課程的教學積累了一定的心得體會。首先，在前期的計算機網(wǎng)絡課程教學過程中，主要對計算機網(wǎng)絡體系結構進行講解和分析。在該課程的教學中，學生普遍感覺網(wǎng)絡體系結構各個層次的相關問題很抽象，難以理解；其次，在網(wǎng)絡協(xié)議分析等課程的教學過程中，學生對協(xié)議的理解更是茫然；最后，在網(wǎng)絡性能分析與測試等課程的教學過程中，學生對網(wǎng)絡吞吐量、延時、丟包等性能把握不準確，不能很好地理解網(wǎng)絡服務質量對于用戶的重要性。

通過反復研究和分析，網(wǎng)絡類課程教學效果不好的原因以及存在的問題有如下幾點：

（1）實踐教學與理論教學的同步性不夠，理論教學中碰到的抽象問題沒能及時在實踐中予以呈現(xiàn)，學生沒有比較直觀的感受，導致學生對網(wǎng)絡課程的學習產(chǎn)生了畏難情緒，從而影響了進一步的學習；

（2）實驗條件的限制，網(wǎng)絡類課程需要有較好的硬件設備的支持，學?，F(xiàn)有設備已經(jīng)滯后于教學需要，部分設備臺套數(shù)太少，也直接影響到了專業(yè)的實踐教學。

1 物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)網(wǎng)絡類課程教學改革的思路、方法和手段

隨著物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的興起，網(wǎng)絡類課程的重要性不言而喻，網(wǎng)絡課程的實踐教學也受到了高校教師的普遍關注。在已有的一些研究中，探討了高校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)網(wǎng)絡課程教學改革的新思路和高校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)網(wǎng)絡課程教學改革的路徑及改革網(wǎng)絡課程的教學手段[1]；文獻[2]探討了基于CDIO的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學體系；對創(chuàng)新校企合作機制，文獻[3，4]針對提高物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)大學生就業(yè)能力進行了探討；文獻[5]提出了“面向教學、面向科研，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的人才”的指導方針。

在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)計劃中，一般開設了計算機網(wǎng)絡、物聯(lián)網(wǎng)通信技術以及無線傳感器網(wǎng)絡等網(wǎng)絡類課程，相比較網(wǎng)絡工程專業(yè)的網(wǎng)絡類課程，可以看出其本質區(qū)別可能在于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)網(wǎng)絡教學更關注無線網(wǎng)絡尤其是近距離無線通信的一些相關技術。因此，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的網(wǎng)絡類課程教學面臨著更多的問題和挑戰(zhàn)。當前，一方面是物聯(lián)網(wǎng)人才需求巨大，復合型人才缺失，另一方面卻是高校人才培養(yǎng)與企業(yè)的人才需求不能對接。由此引發(fā)了物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教學，尤其是網(wǎng)絡類課程教學與社會人才需求對接的矛盾。

1.1 教學思路

人們通常將物聯(lián)網(wǎng)體系結構劃分為感知、傳輸和應用三個層次，可見，網(wǎng)絡是物聯(lián)網(wǎng)存在的必備基礎和條件，沒有了網(wǎng)絡，就沒有了數(shù)據(jù)傳輸，物聯(lián)網(wǎng)也就失去了意義。因此，辦好物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)更應該思考網(wǎng)絡類課程的教學改革。

基于對網(wǎng)絡類課程教學現(xiàn)狀的分析以及對社會人才需求的剖析，網(wǎng)絡類課程的教學應摒棄傳統(tǒng)的教學思路和模式。物聯(lián)網(wǎng)方面的人才不僅僅只是技術的復合，更要建立適合物聯(lián)網(wǎng)人才需求的自主學習機制。以就業(yè)來驅動物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的人才培養(yǎng)，就要在物聯(lián)網(wǎng)實踐教學模式上進行改進和創(chuàng)新。

在網(wǎng)絡類課程教學過程中，應注重理論教學和實踐教學同步的思路。在講授網(wǎng)絡課程的同時，將運營商、校園網(wǎng)等實際的網(wǎng)絡拓撲呈現(xiàn)給學生，使學生熟悉實際的網(wǎng)絡拓撲結構。同時，通過模擬器構建虛擬的拓撲結構，并對網(wǎng)絡進行適當?shù)呐渲貌⑦B通網(wǎng)絡。在這個過程中講解抽象的網(wǎng)絡概念、進行協(xié)議分析等。課程教學重在引導學生搭建網(wǎng)絡拓撲結構，通過網(wǎng)絡配置、路由協(xié)議的改進等完成網(wǎng)絡系統(tǒng)的規(guī)劃和設計，為構建物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)打好基礎。

1.2 教學方法和手段

深入分析物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)網(wǎng)絡課程的實踐教學，要與物聯(lián)網(wǎng)的一些實際應用相結合。比如，在智能農(nóng)業(yè)、智能家居以及智能交通等方面，無線網(wǎng)絡尤其是近距離無線通信的一些網(wǎng)絡教學成為了教學過程中的難點和重點。要通過對教學方法的根本改變來促進網(wǎng)絡類課程的教學。在學習計算機網(wǎng)絡課程的過程中，已經(jīng)理解了網(wǎng)絡的運行、互聯(lián)以及網(wǎng)絡中常用的協(xié)議。在后續(xù)的課程中，應關注一些深層次的網(wǎng)絡問題，比如網(wǎng)絡性能、服務質量等。

應改進傳統(tǒng)的基于網(wǎng)絡設備的一些實踐教學方法，考慮到設備成本等各種因素的制約，在應用技術型高校，特別是受客觀條件制約的地方高校，探討一種用于網(wǎng)絡類課程實踐教學的開放平臺尤為重要。

2 網(wǎng)絡類課程實踐教學中開放平臺的研究、使用和探索

筆者通過對常用網(wǎng)絡仿真工具的使用和對比分析，發(fā)現(xiàn)NS2功能強大且屬于開源軟件，適用于網(wǎng)絡的仿真實踐教學。但NS2往往讓初學者望而生畏，因為學習NS2需要較好的Linux基礎，還需要理解NS2底層的一些C++源碼，即便只是搭建一個NS2的仿真環(huán)境，初學者都需要花上一定的時間才能上手，要熟練使用更是難上加難。

基于NS2源碼的開放性特點，對模擬器本身進行研究有助于網(wǎng)絡體系結構、原理以及網(wǎng)絡協(xié)議的理解。在此基礎上，筆者召集C++開發(fā)能力較強的學生深入剖析了NS的內(nèi)核部分，嘗試著建立一個能用于網(wǎng)絡類課程實踐教學的開放式平臺。構建開放式平臺本身也是深入網(wǎng)絡內(nèi)部，理解網(wǎng)絡原理的一種方式。

開放平臺由服務器端和客戶端組成，以Qt GUI Application實現(xiàn)客戶端，使用NS2多協(xié)議模擬器作為服務器的后臺計算平臺，Nam作為客戶端的可視化工具，通過Qt Socket遠程通訊機制實現(xiàn)了客戶端與服務器的遠程通訊。該平臺通過開源工具NSG2實現(xiàn)網(wǎng)絡場景（如節(jié)點，鏈路等）的配置及腳本的生成，服務器端以NS2作為后臺計算平臺，提供了強大的模擬仿真能力。在此過程中，學生可以基于自身的基礎和愛好，選擇關注開放平臺的構建過程，深入洞悉網(wǎng)絡深層次的問題。不關注開放平臺本身的用戶，也能省去學習和安裝NS2的麻煩，只需利用NS2模擬器強大的系統(tǒng)仿真能力進行網(wǎng)絡仿真，從而深入理解網(wǎng)絡中的復雜行為。開放平臺的使用之所以開放，是因為使用門檻低，學生可以在任何一個地方，通過網(wǎng)絡拓撲的搭建，或者寫上一些簡單的腳本就能將代碼上傳到服務器端模擬，復雜的網(wǎng)絡過程能通過動畫等方式直觀的呈現(xiàn)出來，從而很好的幫助學生理解網(wǎng)絡的復雜行為。

3 物聯(lián)網(wǎng)教學實踐模式的構建

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的網(wǎng)絡類課程以無線網(wǎng)絡為主，因此，開放平臺應充分考慮到融入無線網(wǎng)絡課程的實踐教學。對于不同形式的無線網(wǎng)絡教學，根據(jù)其關注的焦點問題，探討物聯(lián)網(wǎng)實踐教學開放平臺的使用。在無線局域網(wǎng)的教學過程中，應關注鏈路層的介質訪問控制問題與如何設計和實現(xiàn)各個節(jié)點對無線鏈路的訪問和接入。在移動自組網(wǎng)的教學過程中，關注節(jié)點移動性所帶來的路由問題。在無線傳感器網(wǎng)絡的教學中，關注節(jié)點本身的能耗等問題帶來的拓撲變化、數(shù)據(jù)融合等。通過深入分析物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)網(wǎng)絡類課程的實踐教學，可以以人才需求為核心，建立適合物聯(lián)網(wǎng)人才需求的自主學習機制；以就業(yè)為驅動力，構建校企融合的實踐教學模式；打造開放平臺，培養(yǎng)應用、創(chuàng)新、協(xié)作的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才三個方面構建專業(yè)的實踐教學模式。

3.1 以人才需求為核心，建立適合物聯(lián)網(wǎng)人才需求的自主學習機制

物聯(lián)網(wǎng)人才培養(yǎng)要緊跟當今社會對物聯(lián)網(wǎng)人才的需求，不能只炒作物聯(lián)網(wǎng)的概念，要培養(yǎng)學生的工程能力。學生在培養(yǎng)計劃的安排下，系統(tǒng)學習課程所涉及的基礎知識固然重要，但是，物聯(lián)網(wǎng)涉及的領域太多，系統(tǒng)的知識講授無法滿足學生的需要。因此，認真剖析當前企業(yè)的人才需求，把握好學生的發(fā)展方向，從而引導學生積極自主學習物聯(lián)網(wǎng)相關知識。在知識學習方面，不同學生可能有不同的特點，通過對學生的引導，培養(yǎng)學生自主學習比被動接受知識更重要。因此，把握人才需求核心，著力培養(yǎng)學生的自主學習機制是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)的首要環(huán)節(jié)。

3.2 以就業(yè)為驅動力，構建校企融合的實踐教學模式

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的發(fā)展和人才培養(yǎng)都會遇到教師隊伍缺乏的瓶頸，因此，快速提升專業(yè)師資水平迫在眉睫。針對當前高校人才引進缺乏足夠的靈活性等特點，走校企合作模式是高校發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的必然之選。在校企合作的方式上，可以從共建實驗室開始，共同制定人才培養(yǎng)方案，邀請企業(yè)的資深人士參與到專業(yè)建設和課程建設中來。將物聯(lián)網(wǎng)項目引入到相關專業(yè)課程。通過對外校已有物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)狀況的充分分析和調(diào)研，確定了校企合作的幾家企業(yè)，研究和開展與企業(yè)深入融合的校企合作模式，真正將學生的課程設計、實踐等環(huán)節(jié)落到實處。

3.3 打造開放平臺，培養(yǎng)應用、創(chuàng)新、協(xié)作的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才

應用技術型高校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的培養(yǎng)目標應圍繞搭建一個物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)展開，事實上，學生經(jīng)過幾年的專業(yè)課學習后，并沒有樹立物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)的框架，使得其只看到樹木，而未見森林。因此，打造開放式的平臺對培養(yǎng)應用型人才尤為重要。具體到物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的網(wǎng)絡類課程，我們通過二次開發(fā)設計搭建的開放平臺，為學生提供了自主學習的平臺，也為教師的科研提供了平臺。通過平臺本身的建設和研究，以及在開放平臺上進行的實踐練習，真正做到了對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實踐體系的掌控，進而培養(yǎng)應用、創(chuàng)新、協(xié)作的物聯(lián)網(wǎng)人才。

4 結 語

本文在分析研究網(wǎng)絡類課程教學現(xiàn)狀及對策的基礎上，探討了基于開放平臺的實踐教學方案，進一步研究并提出了構建“以人才需求為核心、以就業(yè)為驅動力、快速構建物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)”的物聯(lián)網(wǎng)教學實踐模式，事實證明，這種模式適合地方應用技術型物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才的培養(yǎng)。

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