物聯網教學實踐模式研究

羅高峰 石子娟

摘 要：通過分析物聯網專業網絡類課程的教學現狀和特點，探討了基于開放平臺的實踐教學模式，培養了學生的工程應用與設計能力。并在此基礎上，研究了物聯網教學的實踐模式，提出了“以人才需求為核心、以就業為驅動力、快速構建物聯網應用系統”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：物聯網專業；實踐模式；網絡類課程；應用系統

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絡技術的深入發展，物聯網技術開始受到人們的廣泛關注。為了順應物聯網技術的發展和人才培養的需求，教育部于2010年開始接受全國高校物聯網工程專業的申辦。2013年，邵陽學院成為湖南省內為數不多的增設物聯網工程本科專業的高校之一。學校地處湘西南，有很強的區位優勢及地域特色，物聯網服務與地方經濟發展成為了我們辦好物聯網工程本科專業的共識。

在申辦物聯網工程專業之前，筆者一直從事網絡工程專業網絡類課程的教學，通過多年的教學經驗和積累，對網絡類課程的教學積累了一定的心得體會。首先，在前期的計算機網絡課程教學過程中，主要對計算機網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，在網絡協議分析等課程的教學過程中，學生對協議的理解更是茫然；最后，在網絡性能分析與測試等課程的教學過程中，學生對網絡吞吐量、延時、丟包等性能把握不準確，不能很好地理解網絡服務質量對于用戶的重要性。

通過反復研究和分析，網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，學生沒有比較直觀的感受，導致學生對網絡課程的學習產生了畏難情緒，從而影響了進一步的學習；

（2）實驗條件的限制，網絡類課程需要有較好的硬件設備的支持，學校現有設備已經滯后于教學需要，部分設備臺套數太少，也直接影響到了專業的實踐教學。

1 物聯網專業網絡類課程教學改革的思路、方法和手段

隨著物聯網工程專業的興起，網絡類課程的重要性不言而喻，網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，探討了高校物聯網專業網絡課程教學改革的新思路和高校物聯網專業網絡課程教學改革的路徑及改革網絡課程的教學手段[1]；文獻[2]探討了基于CDIO的物聯網工程專業實踐教學體系；對創新校企合作機制，文獻[3，4]針對提高物聯網專業大學生就業能力進行了探討；文獻[5]提出了“面向教學、面向科研，培養具有創新精神和實踐能力的人才”的指導方針。

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

1.1 教學思路

人們通常將物聯網體系結構劃分為感知、傳輸和應用三個層次，可見，網絡是物聯網存在的必備基礎和條件，沒有了網絡，就沒有了數據傳輸，物聯網也就失去了意義。因此，辦好物聯網專業更應該思考網絡類課程的教學改革。

基于對網絡類課程教學現狀的分析以及對社會人才需求的剖析，網絡類課程的教學應摒棄傳統的教學思路和模式。物聯網方面的人才不僅僅只是技術的復合，更要建立適合物聯網人才需求的自主學習機制。以就業來驅動物聯網專業的人才培養，就要在物聯網實踐教學模式上進行改進和創新。

在網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。在講授網絡課程的同時，將運營商、校園網等實際的網絡拓撲呈現給學生，使學生熟悉實際的網絡拓撲結構。同時，通過模擬器構建虛擬的拓撲結構，并對網絡進行適當的配置并連通網絡。在這個過程中講解抽象的網絡概念、進行協議分析等。課程教學重在引導學生搭建網絡拓撲結構，通過網絡配置、路由協議的改進等完成網絡系統的規劃和設計，為構建物聯網應用系統打好基礎。

1.2 教學方法和手段

深入分析物聯網專業網絡課程的實踐教學，要與物聯網的一些實際應用相結合。比如，在智能農業、智能家居以及智能交通等方面，無線網絡尤其是近距離無線通信的一些網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絡類課程的教學。在學習計算機網絡課程的過程中，已經理解了網絡的運行、互聯以及網絡中常用的協議。在后續的課程中，應關注一些深層次的網絡問題，比如網絡性能、服務質量等。

應改進傳統的基于網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，探討一種用于網絡類課程實踐教學的開放平臺尤為重要。

2 網絡類課程實踐教學中開放平臺的研究、使用和探索

筆者通過對常用網絡仿真工具的使用和對比分析，發現NS2功能強大且屬于開源軟件，適用于網絡的仿真實踐教學。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絡體系結構、原理以及網絡協議的理解。在此基礎上，筆者召集C++開發能力較強的學生深入剖析了NS的內核部分，嘗試著建立一個能用于網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絡內部，理解網絡原理的一種方式。

開放平臺由服務器端和客戶端組成，以Qt GUI Application實現客戶端，使用NS2多協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實現網絡場景（如節點，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模擬器強大的系統仿真能力進行網絡仿真，從而深入理解網絡中的復雜行為。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，復雜的網絡過程能通過動畫等方式直觀的呈現出來，從而很好的幫助學生理解網絡的復雜行為。

3 物聯網教學實踐模式的構建

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

3.1 以人才需求為核心，建立適合物聯網人才需求的自主學習機制

物聯網人才培養要緊跟當今社會對物聯網人才的需求，不能只炒作物聯網的概念，要培養學生的工程能力。學生在培養計劃的安排下，系統學習課程所涉及的基礎知識固然重要，但是，物聯網涉及的領域太多，系統的知識講授無法滿足學生的需要。因此，認真剖析當前企業的人才需求，把握好學生的發展方向，從而引導學生積極自主學習物聯網相關知識。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，著力培養學生的自主學習機制是物聯網專業人才培養的首要環節。

3.2 以就業為驅動力，構建校企融合的實踐教學模式

物聯網專業的發展和人才培養都會遇到教師隊伍缺乏的瓶頸，因此，快速提升專業師資水平迫在眉睫。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展物聯網專業的必然之選。在校企合作的方式上，可以從共建實驗室開始，共同制定人才培養方案，邀請企業的資深人士參與到專業建設和課程建設中來。將物聯網項目引入到相關專業課程。通過對外校已有物聯網專業畢業生就業狀況的充分分析和調研，確定了校企合作的幾家企業，研究和開展與企業深入融合的校企合作模式，真正將學生的課程設計、實踐等環節落到實處。

3.3 打造開放平臺，培養應用、創新、協作的物聯網專業人才

應用技術型高校物聯網專業的培養目標應圍繞搭建一個物聯網系統展開，事實上，學生經過幾年的專業課學習后，并沒有樹立物聯網應用系統的框架，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應用型人才尤為重要。具體到物聯網專業的網絡類課程，我們通過二次開發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，真正做到了對物聯網專業實踐體系的掌控，進而培養應用、創新、協作的物聯網人才。

4 結 語

本文在分析研究網絡類課程教學現狀及對策的基礎上，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、以就業為驅動力、快速構建物聯網應用系統”的物聯網教學實踐模式，事實證明，這種模式適合地方應用技術型物聯網專業人才的培養。

參考文獻

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