物联网教学实践模式研究

罗高峰 石子娟

摘 要：通过分析物联网专业网络类课程的教学现状和特点，探讨了基于开放平台的实践教学模式，培养了学生的工程应用与设计能力。并在此基础上，研究了物联网教学的实践模式，提出了“以人才需求为核心、以就业为驱动力、快速构建物联网应用系统”的实践教學模式，通过多层次的课程建设与研究，从而帮助学生建立了自主学习的机制，提高了学生的工程实践能力。

关键词：物联网专业；实践模式；网络类课程；应用系统

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）07-0-02

0 引 言

随着计算机技术和网络技术的深入发展，物联网技术开始受到人们的广泛关注。为了顺应物联网技术的发展和人才培养的需求，教育部于2010年开始接受全国高校物联网工程专业的申办。2013年，邵阳学院成为湖南省内为数不多的增设物联网工程本科专业的高校之一。学校地处湘西南，有很强的区位优势及地域特色，物联网服务与地方经济发展成为了我们办好物联网工程本科专业的共识。

在申办物联网工程专业之前，笔者一直从事网络工程专业网络类课程的教学，通过多年的教学经验和积累，对网络类课程的教学积累了一定的心得体会。首先，在前期的计算机网络课程教学过程中，主要对计算机网络体系结构进行讲解和分析。在该课程的教学中，学生普遍感觉网络体系结构各个层次的相关问题很抽象，难以理解；其次，在网络协议分析等课程的教学过程中，学生对协议的理解更是茫然；最后，在网络性能分析与测试等课程的教学过程中，学生对网络吞吐量、延时、丢包等性能把握不准确，不能很好地理解网络服务质量对于用户的重要性。

通过反复研究和分析，网络类课程教学效果不好的原因以及存在的问题有如下几点：

（1）实践教学与理论教学的同步性不够，理论教学中碰到的抽象问题没能及时在实践中予以呈现，学生没有比较直观的感受，导致学生对网络课程的学习产生了畏难情绪，从而影响了进一步的学习；

（2）实验条件的限制，网络类课程需要有较好的硬件设备的支持，学校现有设备已经滞后于教学需要，部分设备台套数太少，也直接影响到了专业的实践教学。

1 物联网专业网络类课程教学改革的思路、方法和手段

随着物联网工程专业的兴起，网络类课程的重要性不言而喻，网络课程的实践教学也受到了高校教师的普遍关注。在已有的一些研究中，探讨了高校物联网专业网络课程教学改革的新思路和高校物联网专业网络课程教学改革的路径及改革网络课程的教学手段[1]；文献[2]探讨了基于CDIO的物联网工程专业实践教学体系；对创新校企合作机制，文献[3，4]针对提高物联网专业大学生就业能力进行了探讨；文献[5]提出了“面向教学、面向科研，培养具有创新精神和实践能力的人才”的指导方针。

在物联网工程专业培养计划中，一般开设了计算机网络、物联网通信技术以及无线传感器网络等网络类课程，相比较网络工程专业的网络类课程，可以看出其本质区别可能在于物联网工程专业网络教学更关注无线网络尤其是近距离无线通信的一些相关技术。因此，物联网专业的网络类课程教学面临着更多的问题和挑战。当前，一方面是物联网人才需求巨大，复合型人才缺失，另一方面却是高校人才培养与企业的人才需求不能对接。由此引发了物联网专业教学，尤其是网络类课程教学与社会人才需求对接的矛盾。

1.1 教学思路

人们通常将物联网体系结构划分为感知、传输和应用三个层次，可见，网络是物联网存在的必备基础和条件，没有了网络，就没有了数据传输，物联网也就失去了意义。因此，办好物联网专业更应该思考网络类课程的教学改革。

基于对网络类课程教学现状的分析以及对社会人才需求的剖析，网络类课程的教学应摒弃传统的教学思路和模式。物联网方面的人才不仅仅只是技术的复合，更要建立适合物联网人才需求的自主学习机制。以就业来驱动物联网专业的人才培养，就要在物联网实践教学模式上进行改进和创新。

在网络类课程教学过程中，应注重理论教学和实践教学同步的思路。在讲授网络课程的同时，将运营商、校园网等实际的网络拓扑呈现给学生，使学生熟悉实际的网络拓扑结构。同时，通过模拟器构建虚拟的拓扑结构，并对网络进行适当的配置并连通网络。在这个过程中讲解抽象的网络概念、进行协议分析等。课程教学重在引导学生搭建网络拓扑结构，通过网络配置、路由协议的改进等完成网络系统的规划和设计，为构建物联网应用系统打好基础。

1.2 教学方法和手段

深入分析物联网专业网络课程的实践教学，要与物联网的一些实际应用相结合。比如，在智能农业、智能家居以及智能交通等方面，无线网络尤其是近距离无线通信的一些网络教学成为了教学过程中的难点和重点。要通过对教学方法的根本改变来促进网络类课程的教学。在学习计算机网络课程的过程中，已经理解了网络的运行、互联以及网络中常用的协议。在后续的课程中，应关注一些深层次的网络问题，比如网络性能、服务质量等。

应改进传统的基于网络设备的一些实践教学方法，考虑到设备成本等各种因素的制约，在应用技术型高校，特别是受客观条件制约的地方高校，探讨一种用于网络类课程实践教学的开放平台尤为重要。

2 网络类课程实践教学中开放平台的研究、使用和探索

笔者通过对常用网络仿真工具的使用和对比分析，发现NS2功能强大且属于开源软件，适用于网络的仿真实践教学。但NS2往往让初学者望而生畏，因为学习NS2需要较好的Linux基础，还需要理解NS2底层的一些C++源码，即便只是搭建一个NS2的仿真环境，初学者都需要花上一定的时间才能上手，要熟练使用更是难上加难。

基于NS2源码的开放性特点，对模拟器本身进行研究有助于网络体系结构、原理以及网络协议的理解。在此基础上，笔者召集C++开发能力较强的学生深入剖析了NS的内核部分，尝试着建立一个能用于网络类课程实践教学的开放式平台。构建开放式平台本身也是深入网络内部，理解网络原理的一种方式。

开放平台由服务器端和客户端组成，以Qt GUI Application实现客户端，使用NS2多协议模拟器作为服务器的后台计算平台，Nam作为客户端的可视化工具，通过Qt Socket远程通讯机制实现了客户端与服务器的远程通讯。该平台通过开源工具NSG2实现网络场景（如节点，链路等）的配置及脚本的生成，服务器端以NS2作为后台计算平台，提供了强大的模拟仿真能力。在此过程中，学生可以基于自身的基础和爱好，选择关注开放平台的构建过程，深入洞悉网络深层次的问题。不关注开放平台本身的用户，也能省去学习和安装NS2的麻烦，只需利用NS2模拟器强大的系统仿真能力进行网络仿真，从而深入理解网络中的复杂行为。开放平台的使用之所以开放，是因为使用门槛低，学生可以在任何一个地方，通过网络拓扑的搭建，或者写上一些简单的脚本就能将代码上传到服务器端模拟，复杂的网络过程能通过动画等方式直观的呈现出来，从而很好的帮助学生理解网络的复杂行为。

3 物联网教学实践模式的构建

物联网专业的网络类课程以无线网络为主，因此，开放平台应充分考虑到融入无线网络课程的实践教学。对于不同形式的无线网络教学，根据其关注的焦点问题，探讨物联网实践教学开放平台的使用。在无线局域网的教学过程中，应关注链路层的介质访问控制问题与如何设计和实现各个节点对无线链路的访问和接入。在移动自组网的教学过程中，关注节点移动性所带来的路由问题。在无线传感器网络的教学中，关注节点本身的能耗等问题带来的拓扑变化、数据融合等。通过深入分析物联网工程专业网络类课程的实践教学，可以以人才需求为核心，建立适合物联网人才需求的自主學习机制；以就业为驱动力，构建校企融合的实践教学模式；打造开放平台，培养应用、创新、协作的物联网专业人才三个方面构建专业的实践教学模式。

3.1 以人才需求为核心，建立适合物联网人才需求的自主学习机制

物联网人才培养要紧跟当今社会对物联网人才的需求，不能只炒作物联网的概念，要培养学生的工程能力。学生在培养计划的安排下，系统学习课程所涉及的基础知识固然重要，但是，物联网涉及的领域太多，系统的知识讲授无法满足学生的需要。因此，认真剖析当前企业的人才需求，把握好学生的发展方向，从而引导学生积极自主学习物联网相关知识。在知识学习方面，不同学生可能有不同的特点，通过对学生的引导，培养学生自主学习比被动接受知识更重要。因此，把握人才需求核心，着力培养学生的自主学习机制是物联网专业人才培养的首要环节。

3.2 以就业为驱动力，构建校企融合的实践教学模式

物联网专业的发展和人才培养都会遇到教师队伍缺乏的瓶颈，因此，快速提升专业师资水平迫在眉睫。针对当前高校人才引进缺乏足够的灵活性等特点，走校企合作模式是高校发展物联网专业的必然之选。在校企合作的方式上，可以从共建实验室开始，共同制定人才培养方案，邀请企业的资深人士参与到专业建设和课程建设中来。将物联网项目引入到相关专业课程。通过对外校已有物联网专业毕业生就业状况的充分分析和调研，确定了校企合作的几家企业，研究和开展与企业深入融合的校企合作模式，真正将学生的课程设计、实践等环节落到实处。

3.3 打造开放平台，培养应用、创新、协作的物联网专业人才

应用技术型高校物联网专业的培养目标应围绕搭建一个物联网系统展开，事实上，学生经过几年的专业课学习后，并没有树立物联网应用系统的框架，使得其只看到树木，而未见森林。因此，打造开放式的平台对培养应用型人才尤为重要。具体到物联网专业的网络类课程，我们通过二次开发设计搭建的开放平台，为学生提供了自主学习的平台，也为教师的科研提供了平台。通过平台本身的建设和研究，以及在开放平台上进行的实践练习，真正做到了对物联网专业实践体系的掌控，进而培养应用、创新、协作的物联网人才。

4 结 语

本文在分析研究网络类课程教学现状及对策的基础上，探讨了基于开放平台的实践教学方案，进一步研究并提出了构建“以人才需求为核心、以就业为驱动力、快速构建物联网应用系统”的物联网教学实践模式，事实证明，这种模式适合地方应用技术型物联网专业人才的培养。

参考文献

[1]亓慧，穆晓芳.高校物联网专业网络课程教学改革新思路[J].教育理论与实践，2015，35（18）：42-43.

[2]秦磊华，石柯，甘早斌.基于CDIO的物联网工程专业实践教学体系[J].高等工程教育研究，2013（5）：168-172.

[3]吴贺俊，吴迪，左金芳.校企合作的物联网实践教学模式探索[J].教学研究，2014，37（4）：103-108.

[4]蒋琴雅.创新校企合作机制 提高物联网专业大学生就业能力[J].中国成人教育，2012（23）：183-184.

[5]钱红燕，陈兵，燕雪峰.物联网教学实践体系研究[J].计算机教育，2011（23）：21-25.