物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究與實(shí)踐

(安徽師范大學(xué)數(shù)學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，安徽 蕪湖241000)

0 引 言

近年來(lái)，隨著開(kāi)設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)的高校不斷增多，如何圍繞物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)人才的社會(huì)需求，重構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)中的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)內(nèi)容及體系成為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)界和教育界廣泛關(guān)注的課題之一[1-2]。根據(jù)IEEE-CS/ACM 發(fā)布的CS2013 來(lái)看，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)不僅是計(jì)算機(jī)科學(xué)、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程等專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課程，同時(shí)也是目前云計(jì)算、社會(huì)計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的重要基石。綜觀國(guó)內(nèi)，主流的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式主要采用基于OSI 參考模型，圍繞計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本思想、基礎(chǔ)架構(gòu)、基礎(chǔ)協(xié)議的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。這一教學(xué)理念主要沿襲了早期PC時(shí)代的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置，難以滿足當(dāng)前的物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)建設(shè)需要，普遍存在的問(wèn)題是系統(tǒng)能力培養(yǎng)不足，缺少前沿網(wǎng)絡(luò)知識(shí)等。相比于國(guó)內(nèi)，國(guó)外的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐課程教學(xué)通常以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)，注重學(xué)生的獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新能力的考核[3]。

鑒于國(guó)內(nèi)的教學(xué)現(xiàn)狀，我國(guó)計(jì)算機(jī)教育工作者，根據(jù)目前計(jì)算機(jī)學(xué)科背景的變化，已經(jīng)做出了相應(yīng)的教學(xué)改革，如江南大學(xué)的盧先領(lǐng)等人[4]結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的需求，提出了優(yōu)化計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)的一些改革措施;中國(guó)礦業(yè)大學(xué)的胡青松等人[5]根據(jù)礦山物聯(lián)網(wǎng)的泛在感知需求，提出了面向礦山物聯(lián)網(wǎng)的“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)模式;杭州電子科技大學(xué)的王相林[6]認(rèn)為，不同的信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)需要采用不同層次的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)體系。先前的研究主要關(guān)注宏觀層面的教學(xué)改革，本文主要結(jié)合我校物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的實(shí)踐，圍繞物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程“教什么、怎么教”兩個(gè)主要問(wèn)題，提出并確立了以系統(tǒng)能力培養(yǎng)為目標(biāo)的物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐課程改革總體規(guī)劃，重點(diǎn)在以下3個(gè)方面開(kāi)展了具體的教學(xué)實(shí)踐:1)以系統(tǒng)能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，重構(gòu)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容體系;2)以提升實(shí)踐能力培養(yǎng)水平為突破，采用了基于行業(yè)案例的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式;3)采用在線測(cè)試與課程組綜合評(píng)估相結(jié)合的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)考核方法。

1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在專(zhuān)業(yè)課程中的地位及實(shí)踐教學(xué)體系

物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、軟件工程、電子工程、通信工程等工科專(zhuān)業(yè)。相比于工科院校，高等師范院校培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)人才在實(shí)踐方面有一定的不足[7]。經(jīng)過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前高師院校的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)在實(shí)驗(yàn)相關(guān)課程的融通性、工程訓(xùn)練的實(shí)效性方面有待于進(jìn)一步增強(qiáng)。

根據(jù)國(guó)際IEEE-CS/ACM的關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)工程及應(yīng)用專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)素質(zhì)的建議，物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)人才應(yīng)具備4種基本的能力:1)計(jì)算思維能力;2)算法設(shè)計(jì)與分析能力;3)程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)能力;4)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的認(rèn)知、分析、設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)能力。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程在物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)課程及實(shí)踐課程中的地位如圖1所示。從圖1可以看出，物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)課程總體上分為基本理論與專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)類(lèi)和工程與技術(shù)實(shí)踐類(lèi)兩大類(lèi)。前者主要使學(xué)生具備基于計(jì)算思維的物聯(lián)網(wǎng)認(rèn)知與研發(fā)基礎(chǔ);后者主要以社會(huì)需求以導(dǎo)向使學(xué)生掌握物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)能力。這種課程設(shè)計(jì)的依據(jù)是教育部計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)關(guān)于工程及應(yīng)用的基本理解。物聯(lián)網(wǎng)工程的根本目標(biāo)是如何構(gòu)建低成本、高效率的自動(dòng)系統(tǒng);物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的根本問(wèn)題是如何方便有效地利用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)面向不同行業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。根據(jù)國(guó)內(nèi)專(zhuān)家吳功宜等人的觀點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)是由計(jì)算機(jī)學(xué)科派生而來(lái)，主要目標(biāo)是培養(yǎng)工程與技術(shù)人才，因此，物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐類(lèi)課程成為專(zhuān)業(yè)課程的關(guān)鍵[2，7]。隨著計(jì)算機(jī)學(xué)科的發(fā)展及物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)建設(shè)的客觀需求，物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)人才特別需要充分理解物理空間與信息空間的一體化趨勢(shì)，并具備跨學(xué)科的思維創(chuàng)新與設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)能力。圖1表明，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及實(shí)踐課程在物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)課程群中處于核心地位。

圖1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程在物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)中的核心地位

鑒于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)課程中的地位，相應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)改革成為當(dāng)前的現(xiàn)實(shí)需要。圖2是本文設(shè)計(jì)的針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

在圖2的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中，圍繞專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，對(duì)實(shí)驗(yàn)理念和內(nèi)容等進(jìn)行了全面考慮[7]。在教學(xué)效果的考核、評(píng)價(jià)方面，主要采用兩種途徑:一是組建本碩博一體化的課程教學(xué)綜合評(píng)估小組，將單純的實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核融入到專(zhuān)業(yè)的教學(xué)實(shí)踐體系中;二是通過(guò)學(xué)校與學(xué)院的教學(xué)督導(dǎo)，對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的質(zhì)量進(jìn)行全面監(jiān)控。

2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的實(shí)踐

2.1 基于CDIO的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念

CDIO代表構(gòu)思(conceive)、設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)現(xiàn)(Implement)和運(yùn)作(Operate)，是以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，以培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)實(shí)踐的工程能力。由于網(wǎng)絡(luò)課程的內(nèi)容貫穿于物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)的四年本科學(xué)習(xí)，因此，在物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐教學(xué)體系不同階段有效融入網(wǎng)絡(luò)課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容具有必要性。課程實(shí)驗(yàn)主要屬于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，課外科技活動(dòng)包括各類(lèi)專(zhuān)業(yè)活動(dòng)、學(xué)科競(jìng)賽以及科研活動(dòng)等。實(shí)驗(yàn)課程是獨(dú)立開(kāi)設(shè)的實(shí)踐教學(xué)課程，主要包括工程訓(xùn)練、企業(yè)實(shí)踐以及畢業(yè)實(shí)習(xí)，要求學(xué)生具有較高的專(zhuān)業(yè)技能社會(huì)適應(yīng)度。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，主要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)課程教研組方式實(shí)施對(duì)于學(xué)生網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容的掌握與運(yùn)用。如圖3所示，基于CDIO的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式能夠有效解決“產(chǎn)學(xué)脫節(jié)、學(xué)用脫節(jié)”這一問(wèn)題。

圖3 基于CDIO的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與專(zhuān)業(yè)實(shí)踐有機(jī)融合

2.2 基于行業(yè)案例的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?/h3>

由于物聯(lián)網(wǎng)具有全面感知、可靠傳輸、智能處理的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于智能電網(wǎng)、交通、物流等領(lǐng)域。智慧城市是物聯(lián)網(wǎng)最為典型的多域應(yīng)用場(chǎng)景。智慧城市通過(guò)全面感知、互聯(lián)互通實(shí)現(xiàn)城市經(jīng)濟(jì)、社會(huì)資源的優(yōu)化配置和智能管理，確保城市管理服務(wù)的高效與人民生活質(zhì)量的提高。智慧城市是城市現(xiàn)代化和信息化發(fā)展的高級(jí)階段，是復(fù)雜的社會(huì)系統(tǒng)工程。物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)的網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)實(shí)驗(yàn)通過(guò)與蕪湖市的相關(guān)部門(mén)展開(kāi)基于行業(yè)的校企合作實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，能夠使物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生直接與社會(huì)需求最強(qiáng)勁的行業(yè)對(duì)接。蕪湖市的智慧城市創(chuàng)建目標(biāo)是緊緊圍繞全面轉(zhuǎn)型、率先崛起、富民強(qiáng)市的發(fā)展主線，建設(shè)“創(chuàng)新、優(yōu)美、和諧、幸?！毙椭腔鄢鞘?，建設(shè)內(nèi)容包括智慧基礎(chǔ)設(shè)施、智慧公共服務(wù)、智慧產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)。主要任務(wù)是推進(jìn)實(shí)施“1336 工程”，即“一個(gè)中心、三項(xiàng)工程、三大體系、六大基地”。建設(shè)一個(gè)市政務(wù)云計(jì)算中心;實(shí)施智慧城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程、智慧城市公共信息平臺(tái)建設(shè)工程、智慧城市應(yīng)用示范工程三大工程;建立智慧城市信息運(yùn)營(yíng)服務(wù)體系、智慧城市標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范保障體系、智慧城市專(zhuān)家咨詢與知識(shí)支撐體系三大體系;建設(shè)服務(wù)外包產(chǎn)業(yè)基地、共享容災(zāi)備份基地、新興信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)基地、現(xiàn)代化物流基地、IT 實(shí)訓(xùn)基地、智能裝備和產(chǎn)品研發(fā)與制造基地等六大基地。這些目標(biāo)和任務(wù)為人才培養(yǎng)提供了良好的機(jī)遇與實(shí)踐平臺(tái)。在日常教學(xué)、工程訓(xùn)練、專(zhuān)業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)中有意識(shí)地加強(qiáng)相關(guān)的內(nèi)容，并帶領(lǐng)學(xué)生積極參與專(zhuān)業(yè)相關(guān)的企業(yè)實(shí)踐、學(xué)術(shù)論壇等，這些做法大大提升了學(xué)生的專(zhuān)業(yè)水平。

2.3 面向過(guò)程的實(shí)驗(yàn)考核方式

在高校計(jì)算機(jī)課程教學(xué)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)定是非常重要的。由于高校人才培養(yǎng)的多元化特點(diǎn)，采用統(tǒng)一的總結(jié)性評(píng)價(jià)難以全面反映學(xué)生的真實(shí)情況。為了在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際教學(xué)過(guò)程中取得最佳的效果，采用面向過(guò)程的實(shí)驗(yàn)評(píng)定方式能夠科學(xué)合理地判定學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)。為了科學(xué)公正地評(píng)估學(xué)生的實(shí)踐技術(shù)，我們主要引入基于云計(jì)算的在線測(cè)試形式以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程組綜合評(píng)估的方式。前者針對(duì)模塊化的靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)施;后者主要全面考核學(xué)生網(wǎng)絡(luò)知識(shí)的創(chuàng)新運(yùn)用、系統(tǒng)集成能力。通過(guò)這兩種方式的有機(jī)結(jié)合，在一定程度上科學(xué)合理地反映學(xué)生在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的綜合能力及水平。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)勁發(fā)展，高校需要大力培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專(zhuān)門(mén)人才，完善物聯(lián)網(wǎng)人才的培養(yǎng)體系。由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)中的重要性，本文以安徽師范大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，探討了如何實(shí)施物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的課程學(xué)習(xí)，提出了基于CDIO的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念、基于行業(yè)案例的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ揭约懊嫦蜻^(guò)程的實(shí)驗(yàn)考核方式。近年來(lái)，根據(jù)我們參與的學(xué)科競(jìng)賽，諸如工業(yè)和信息化部人才交流中心主辦的“藍(lán)橋杯”、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用創(chuàng)新開(kāi)放平臺(tái)聯(lián)盟主辦的首屆物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)意大賽取得的成績(jī)來(lái)看，我們提出并實(shí)施的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革有助于提高物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)質(zhì)量。

[1]王志英，周興社，袁春風(fēng)，等.計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生系統(tǒng)能力培養(yǎng)和系統(tǒng)課程體系設(shè)置研究[J].計(jì)算機(jī)教育，2013，9:1-6.

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