物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)實(shí)踐模式研究

羅高峰 石子娟

摘 要：通過(guò)分析物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)網(wǎng)絡(luò)類課程的教學(xué)現(xiàn)狀和特點(diǎn)，探討了基于開(kāi)放平臺(tái)的實(shí)踐教學(xué)模式，培養(yǎng)了學(xué)生的工程應(yīng)用與設(shè)計(jì)能力。并在此基礎(chǔ)上，研究了物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)的實(shí)踐模式，提出了“以人才需求為核心、以就業(yè)為驅(qū)動(dòng)力、快速構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)”的實(shí)踐教學(xué)模式，通過(guò)多層次的課程建設(shè)與研究，從而幫助學(xué)生建立了自主學(xué)習(xí)的機(jī)制，提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)；實(shí)踐模式；網(wǎng)絡(luò)類課程；應(yīng)用系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2016）07-0-02

0 引 言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的深入發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開(kāi)始受到人們的廣泛關(guān)注。為了順應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和人才培養(yǎng)的需求，教育部于2010年開(kāi)始接受全國(guó)高校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的申辦。2013年，邵陽(yáng)學(xué)院成為湖南省內(nèi)為數(shù)不多的增設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程本科專業(yè)的高校之一。學(xué)校地處湘西南，有很強(qiáng)的區(qū)位優(yōu)勢(shì)及地域特色，物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)與地方經(jīng)濟(jì)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(shí)。

在申辦物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)之前，筆者一直從事網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)網(wǎng)絡(luò)類課程的教學(xué)，通過(guò)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和積累，對(duì)網(wǎng)絡(luò)類課程的教學(xué)積累了一定的心得體會(huì)。首先，在前期的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)過(guò)程中，主要對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行講解和分析。在該課程的教學(xué)中，學(xué)生普遍感覺(jué)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)各個(gè)層次的相關(guān)問(wèn)題很抽象，難以理解；其次，在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析等課程的教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生對(duì)協(xié)議的理解更是茫然；最后，在網(wǎng)絡(luò)性能分析與測(cè)試等課程的教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)吞吐量、延時(shí)、丟包等性能把握不準(zhǔn)確，不能很好地理解網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量對(duì)于用戶的重要性。

通過(guò)反復(fù)研究和分析，網(wǎng)絡(luò)類課程教學(xué)效果不好的原因以及存在的問(wèn)題有如下幾點(diǎn)：

（1）實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)的同步性不夠，理論教學(xué)中碰到的抽象問(wèn)題沒(méi)能及時(shí)在實(shí)踐中予以呈現(xiàn)，學(xué)生沒(méi)有比較直觀的感受，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)課程的學(xué)習(xí)產(chǎn)生了畏難情緒，從而影響了進(jìn)一步的學(xué)習(xí)；

（2）實(shí)驗(yàn)條件的限制，網(wǎng)絡(luò)類課程需要有較好的硬件設(shè)備的支持，學(xué)?，F(xiàn)有設(shè)備已經(jīng)滯后于教學(xué)需要，部分設(shè)備臺(tái)套數(shù)太少，也直接影響到了專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)。

1 物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)網(wǎng)絡(luò)類課程教學(xué)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(luò)類課程的重要性不言而喻，網(wǎng)絡(luò)課程的實(shí)踐教學(xué)也受到了高校教師的普遍關(guān)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(luò)課程教學(xué)改革的新思路和高校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)改革的路徑及改革網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)手段[1]；文獻(xiàn)[2]探討了基于CDIO的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系；對(duì)創(chuàng)新校企合作機(jī)制，文獻(xiàn)[3，4]針對(duì)提高物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)大學(xué)生就業(yè)能力進(jìn)行了探討；文獻(xiàn)[5]提出了“面向教學(xué)、面向科研，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的人才”的指導(dǎo)方針。

在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中，一般開(kāi)設(shè)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)以及無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)等網(wǎng)絡(luò)類課程，相比較網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)類課程，可以看出其本質(zhì)區(qū)別可能在于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)更關(guān)注無(wú)線網(wǎng)絡(luò)尤其是近距離無(wú)線通信的一些相關(guān)技術(shù)。因此，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)類課程教學(xué)面臨著更多的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。當(dāng)前，一方面是物聯(lián)網(wǎng)人才需求巨大，復(fù)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(duì)接。由此引發(fā)了物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教學(xué)，尤其是網(wǎng)絡(luò)類課程教學(xué)與社會(huì)人才需求對(duì)接的矛盾。

1.1 教學(xué)思路

人們通常將物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)劃分為感知、傳輸和應(yīng)用三個(gè)層次，可見(jiàn)，網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)存在的必備基礎(chǔ)和條件，沒(méi)有了網(wǎng)絡(luò)，就沒(méi)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(yīng)該思考網(wǎng)絡(luò)類課程的教學(xué)改革。

基于對(duì)網(wǎng)絡(luò)類課程教學(xué)現(xiàn)狀的分析以及對(duì)社會(huì)人才需求的剖析，網(wǎng)絡(luò)類課程的教學(xué)應(yīng)摒棄傳統(tǒng)的教學(xué)思路和模式。物聯(lián)網(wǎng)方面的人才不僅僅只是技術(shù)的復(fù)合，更要建立適合物聯(lián)網(wǎng)人才需求的自主學(xué)習(xí)機(jī)制。以就業(yè)來(lái)驅(qū)動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的人才培養(yǎng)，就要在物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)模式上進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新。

在網(wǎng)絡(luò)類課程教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)注重理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)同步的思路。在講授網(wǎng)絡(luò)課程的同時(shí)，將運(yùn)營(yíng)商、校園網(wǎng)等實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涑尸F(xiàn)給學(xué)生，使學(xué)生熟悉實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。同時(shí)，通過(guò)模擬器構(gòu)建虛擬的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐渲貌⑦B通網(wǎng)絡(luò)。在這個(gè)過(guò)程中講解抽象的網(wǎng)絡(luò)概念、進(jìn)行協(xié)議分析等。課程教學(xué)重在引導(dǎo)學(xué)生搭建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)配置、路由協(xié)議的改進(jìn)等完成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，為構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)打好基礎(chǔ)。

1.2 教學(xué)方法和手段

深入分析物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)網(wǎng)絡(luò)課程的實(shí)踐教學(xué)，要與物聯(lián)網(wǎng)的一些實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合。比如，在智能農(nóng)業(yè)、智能家居以及智能交通等方面，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)尤其是近距離無(wú)線通信的一些網(wǎng)絡(luò)教學(xué)成為了教學(xué)過(guò)程中的難點(diǎn)和重點(diǎn)。要通過(guò)對(duì)教學(xué)方法的根本改變來(lái)促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)類課程的教學(xué)。在學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的過(guò)程中，已經(jīng)理解了網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行、互聯(lián)以及網(wǎng)絡(luò)中常用的協(xié)議。在后續(xù)的課程中，應(yīng)關(guān)注一些深層次的網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題，比如網(wǎng)絡(luò)性能、服務(wù)質(zhì)量等。

應(yīng)改進(jìn)傳統(tǒng)的基于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的一些實(shí)踐教學(xué)方法，考慮到設(shè)備成本等各種因素的制約，在應(yīng)用技術(shù)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(luò)類課程實(shí)踐教學(xué)的開(kāi)放平臺(tái)尤為重要。

2 網(wǎng)絡(luò)類課程實(shí)踐教學(xué)中開(kāi)放平臺(tái)的研究、使用和探索

筆者通過(guò)對(duì)常用網(wǎng)絡(luò)仿真工具的使用和對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)NS2功能強(qiáng)大且屬于開(kāi)源軟件，適用于網(wǎng)絡(luò)的仿真實(shí)踐教學(xué)。但NS2往往讓初學(xué)者望而生畏，因?yàn)閷W(xué)習(xí)NS2需要較好的Linux基礎(chǔ)，還需要理解NS2底層的一些C++源碼，即便只是搭建一個(gè)NS2的仿真環(huán)境，初學(xué)者都需要花上一定的時(shí)間才能上手，要熟練使用更是難上加難。

基于NS2源碼的開(kāi)放性特點(diǎn)，對(duì)模擬器本身進(jìn)行研究有助于網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、原理以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的理解。在此基礎(chǔ)上，筆者召集C++開(kāi)發(fā)能力較強(qiáng)的學(xué)生深入剖析了NS的內(nèi)核部分，嘗試著建立一個(gè)能用于網(wǎng)絡(luò)類課程實(shí)踐教學(xué)的開(kāi)放式平臺(tái)。構(gòu)建開(kāi)放式平臺(tái)本身也是深入網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，理解網(wǎng)絡(luò)原理的一種方式。

開(kāi)放平臺(tái)由服務(wù)器端和客戶端組成，以Qt GUI Application實(shí)現(xiàn)客戶端，使用NS2多協(xié)議模擬器作為服務(wù)器的后臺(tái)計(jì)算平臺(tái)，Nam作為客戶端的可視化工具，通過(guò)Qt Socket遠(yuǎn)程通訊機(jī)制實(shí)現(xiàn)了客戶端與服務(wù)器的遠(yuǎn)程通訊。該平臺(tái)通過(guò)開(kāi)源工具NSG2實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景（如節(jié)點(diǎn)，鏈路等）的配置及腳本的生成，服務(wù)器端以NS2作為后臺(tái)計(jì)算平臺(tái)，提供了強(qiáng)大的模擬仿真能力。在此過(guò)程中，學(xué)生可以基于自身的基礎(chǔ)和愛(ài)好，選擇關(guān)注開(kāi)放平臺(tái)的構(gòu)建過(guò)程，深入洞悉網(wǎng)絡(luò)深層次的問(wèn)題。不關(guān)注開(kāi)放平臺(tái)本身的用戶，也能省去學(xué)習(xí)和安裝NS2的麻煩，只需利用NS2模擬器強(qiáng)大的系統(tǒng)仿真能力進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)仿真，從而深入理解網(wǎng)絡(luò)中的復(fù)雜行為。開(kāi)放平臺(tái)的使用之所以開(kāi)放，是因?yàn)槭褂瞄T檻低，學(xué)生可以在任何一個(gè)地方，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞拇罱ǎ蛘邔懮弦恍┖?jiǎn)單的腳本就能將代碼上傳到服務(wù)器端模擬，復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)過(guò)程能通過(guò)動(dòng)畫等方式直觀的呈現(xiàn)出來(lái)，從而很好的幫助學(xué)生理解網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜行為。

3 物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)實(shí)踐模式的構(gòu)建

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)類課程以無(wú)線網(wǎng)絡(luò)為主，因此，開(kāi)放平臺(tái)應(yīng)充分考慮到融入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)課程的實(shí)踐教學(xué)。對(duì)于不同形式的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，根據(jù)其關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題，探討物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)開(kāi)放平臺(tái)的使用。在無(wú)線局域網(wǎng)的教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)關(guān)注鏈路層的介質(zhì)訪問(wèn)控制問(wèn)題與如何設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)無(wú)線鏈路的訪問(wèn)和接入。在移動(dòng)自組網(wǎng)的教學(xué)過(guò)程中，關(guān)注節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性所帶來(lái)的路由問(wèn)題。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)中，關(guān)注節(jié)點(diǎn)本身的能耗等問(wèn)題帶來(lái)的拓?fù)渥兓?shù)據(jù)融合等。通過(guò)深入分析物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)網(wǎng)絡(luò)類課程的實(shí)踐教學(xué)，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(xué)習(xí)機(jī)制；以就業(yè)為驅(qū)動(dòng)力，構(gòu)建校企融合的實(shí)踐教學(xué)模式；打造開(kāi)放平臺(tái)，培養(yǎng)應(yīng)用、創(chuàng)新、協(xié)作的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才三個(gè)方面構(gòu)建專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)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(xué)習(xí)機(jī)制

物聯(lián)網(wǎng)人才培養(yǎng)要緊跟當(dāng)今社會(huì)對(duì)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(xué)生的工程能力。學(xué)生在培養(yǎng)計(jì)劃的安排下，系統(tǒng)學(xué)習(xí)課程所涉及的基礎(chǔ)知識(shí)固然重要，但是，物聯(lián)網(wǎng)涉及的領(lǐng)域太多，系統(tǒng)的知識(shí)講授無(wú)法滿足學(xué)生的需要。因此，認(rèn)真剖析當(dāng)前企業(yè)的人才需求，把握好學(xué)生的發(fā)展方向，從而引導(dǎo)學(xué)生積極自主學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)知識(shí)。在知識(shí)學(xué)習(xí)方面，不同學(xué)生可能有不同的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)比被動(dòng)接受知識(shí)更重要。因此，把握人才需求核心，著力培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)機(jī)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(qū)動(dòng)力，構(gòu)建校企融合的實(shí)踐教學(xué)模式

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的發(fā)展和人才培養(yǎng)都會(huì)遇到教師隊(duì)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(duì)當(dāng)前高校人才引進(jìn)缺乏足夠的靈活性等特點(diǎn)，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(shí)驗(yàn)室開(kāi)始，共同制定人才培養(yǎng)方案，邀請(qǐng)企業(yè)的資深人士參與到專業(yè)建設(shè)和課程建設(shè)中來(lái)。將物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目引入到相關(guān)專業(yè)課程。通過(guò)對(duì)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(kāi)展與企業(yè)深入融合的校企合作模式，真正將學(xué)生的課程設(shè)計(jì)、實(shí)踐等環(huán)節(jié)落到實(shí)處。

3.3 打造開(kāi)放平臺(tái)，培養(yǎng)應(yīng)用、創(chuàng)新、協(xié)作的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才

應(yīng)用技術(shù)型高校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)應(yīng)圍繞搭建一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)展開(kāi)，事實(shí)上，學(xué)生經(jīng)過(guò)幾年的專業(yè)課學(xué)習(xí)后，并沒(méi)有樹(shù)立物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的框架，使得其只看到樹(shù)木，而未見(jiàn)森林。因此，打造開(kāi)放式的平臺(tái)對(duì)培養(yǎng)應(yīng)用型人才尤為重要。具體到物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)類課程，我們通過(guò)二次開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)搭建的開(kāi)放平臺(tái)，為學(xué)生提供了自主學(xué)習(xí)的平臺(tái)，也為教師的科研提供了平臺(tái)。通過(guò)平臺(tái)本身的建設(shè)和研究，以及在開(kāi)放平臺(tái)上進(jìn)行的實(shí)踐練習(xí)，真正做到了對(duì)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)踐體系的掌控，進(jìn)而培養(yǎng)應(yīng)用、創(chuàng)新、協(xié)作的物聯(lián)網(wǎng)人才。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文在分析研究網(wǎng)絡(luò)類課程教學(xué)現(xiàn)狀及對(duì)策的基礎(chǔ)上，探討了基于開(kāi)放平臺(tái)的實(shí)踐教學(xué)方案，進(jìn)一步研究并提出了構(gòu)建“以人才需求為核心、以就業(yè)為驅(qū)動(dòng)力、快速構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)”的物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)實(shí)踐模式，事實(shí)證明，這種模式適合地方應(yīng)用技術(shù)型物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才的培養(yǎng)。

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