物联网专业网络课程实验教学研究与实践

(安徽师范大学数学计算机学院，安徽 芜湖241000)

0 引 言

近年来，随着开设物联网工程专业的高校不断增多，如何围绕物联网专业的人才培养目标，结合物联网专业人才的社会需求，重构物联网专业中的计算机网络课程的教学内容及体系成为物联网产业界和教育界广泛关注的课题之一[1-2]。根据IEEE-CS/ACM 发布的CS2013 来看，计算机网络不仅是计算机科学、软件工程、网络工程等专业的基础课程，同时也是目前云计算、社会计算、物联网和移动互联网等新兴技术的重要基石。综观国内，主流的计算机网络实验教学模式主要采用基于OSI 参考模型，围绕计算机网络的基本思想、基础架构、基础协议的教学实验。这一教学理念主要沿袭了早期PC时代的计算机网络实验课程设置，难以满足当前的物联网专业建设需要，普遍存在的问题是系统能力培养不足，缺少前沿网络知识等。相比于国内，国外的计算机网络实践课程教学通常以项目为驱动，注重学生的独立思考能力和创新能力的考核[3]。

鉴于国内的教学现状，我国计算机教育工作者，根据目前计算机学科背景的变化，已经做出了相应的教学改革，如江南大学的卢先领等人[4]结合物联网时代的需求，提出了优化计算机网络课程教学的一些改革措施;中国矿业大学的胡青松等人[5]根据矿山物联网的泛在感知需求，提出了面向矿山物联网的“计算机网络”课程教学模式;杭州电子科技大学的王相林[6]认为，不同的信息类专业需要采用不同层次的计算机网络课程教学体系。先前的研究主要关注宏观层面的教学改革，本文主要结合我校物联网专业网络教学的实践，围绕物联网专业网络实验课程“教什么、怎么教”两个主要问题，提出并确立了以系统能力培养为目标的物联网专业计算机网络实践课程改革总体规划，重点在以下3个方面开展了具体的教学实践:1)以系统能力培养为导向，重构计算机网络的实践教学内容体系;2)以提升实践能力培养水平为突破，采用了基于行业案例的实验教学模式;3)采用在线测试与课程组综合评估相结合的计算机网络实验考核方法。

1 计算机网络在专业课程中的地位及实践教学体系

物联网专业的网络实验内容主要涉及计算机科学技术、软件工程、电子工程、通信工程等工科专业。相比于工科院校，高等师范院校培养物联网工程专业人才在实践方面有一定的不足[7]。经过调研发现，当前高师院校的物联网实验教学环节在实验相关课程的融通性、工程训练的实效性方面有待于进一步增强。

根据国际IEEE-CS/ACM的关于物联网工程及应用专业的人才培养素质的建议，物联网专业人才应具备4种基本的能力:1)计算思维能力;2)算法设计与分析能力;3)程序设计与实现能力;4)物联网系统的认知、分析、设计与开发能力。计算机网络课程在物联网专业课程及实践课程中的地位如图1所示。从图1可以看出，物联网专业课程总体上分为基本理论与专业基础类和工程与技术实践类两大类。前者主要使学生具备基于计算思维的物联网认知与研发基础;后者主要以社会需求以导向使学生掌握物联网系统开发能力。这种课程设计的依据是教育部计算机科学与技术教学指导委员会关于工程及应用的基本理解。物联网工程的根本目标是如何构建低成本、高效率的自动系统;物联网技术的根本问题是如何方便有效地利用系统实现面向不同行业的物联网服务。根据国内专家吴功宜等人的观点，物联网专业是由计算机学科派生而来，主要目标是培养工程与技术人才，因此，物联网专业的实践类课程成为专业课程的关键[2，7]。随着计算机学科的发展及物联网专业建设的客观需求，物联网工程专业人才特别需要充分理解物理空间与信息空间的一体化趋势，并具备跨学科的思维创新与设计实现能力。图1表明，计算机网络及实践课程在物联网专业课程群中处于核心地位。

图1 计算机网络课程在物联网专业中的核心地位

鉴于计算机网络在物联网专业课程中的地位，相应的实践教学改革成为当前的现实需要。图2是本文设计的针对物联网专业的计算机网络实验教学体系。

图2 物联网专业的计算机网络实验教学体系

在图2的实验教学体系中，围绕专业人才培养目标，对实验理念和内容等进行了全面考虑[7]。在教学效果的考核、评价方面，主要采用两种途径:一是组建本硕博一体化的课程教学综合评估小组，将单纯的实验教学考核融入到专业的教学实践体系中;二是通过学校与学院的教学督导，对实验课程的质量进行全面监控。

2 计算机网络课程实验教学体系的实践

2.1 基于CDIO的网络实验教学理念

CDIO代表构思(conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate)，是以产品研发到产品运行的生命周期为载体，以培养学生主动实践的工程能力。由于网络课程的内容贯穿于物联网专业的四年本科学习，因此，在物联网工程专业的实践教学体系不同阶段有效融入网络课程的实验内容具有必要性。课程实验主要属于计算机网络的课内实验，课外科技活动包括各类专业活动、学科竞赛以及科研活动等。实验课程是独立开设的实践教学课程，主要包括工程训练、企业实践以及毕业实习，要求学生具有较高的专业技能社会适应度。在实际教学过程中，主要通过网络课程教研组方式实施对于学生网络内容的掌握与运用。如图3所示，基于CDIO的网络实验教学方式能够有效解决“产学脱节、学用脱节”这一问题。

图3 基于CDIO的计算机网络实验内容与专业实践有机融合

2.2 基于行业案例的实验模式

由于物联网具有全面感知、可靠传输、智能处理的特点，被广泛应用于智能电网、交通、物流等领域。智慧城市是物联网最为典型的多域应用场景。智慧城市通过全面感知、互联互通实现城市经济、社会资源的优化配置和智能管理，确保城市管理服务的高效与人民生活质量的提高。智慧城市是城市现代化和信息化发展的高级阶段，是复杂的社会系统工程。物联网专业的网络课程教学实验通过与芜湖市的相关部门展开基于行业的校企合作实验教学模式，能够使物联网专业的学生直接与社会需求最强劲的行业对接。芜湖市的智慧城市创建目标是紧紧围绕全面转型、率先崛起、富民强市的发展主线，建设“创新、优美、和谐、幸福”型智慧城市，建设内容包括智慧基础设施、智慧公共服务、智慧产业经济。主要任务是推进实施“1336 工程”，即“一个中心、三项工程、三大体系、六大基地”。建设一个市政务云计算中心;实施智慧城市基础设施建设工程、智慧城市公共信息平台建设工程、智慧城市应用示范工程三大工程;建立智慧城市信息运营服务体系、智慧城市标准规范保障体系、智慧城市专家咨询与知识支撑体系三大体系;建设服务外包产业基地、共享容灾备份基地、新兴信息技术产业基地、现代化物流基地、IT 实训基地、智能装备和产品研发与制造基地等六大基地。这些目标和任务为人才培养提供了良好的机遇与实践平台。在日常教学、工程训练、专业实习、毕业设计等实践环节中有意识地加强相关的内容，并带领学生积极参与专业相关的企业实践、学术论坛等，这些做法大大提升了学生的专业水平。

2.3 面向过程的实验考核方式

在高校计算机课程教学过程中，实验成绩的评定是非常重要的。由于高校人才培养的多元化特点，采用统一的总结性评价难以全面反映学生的真实情况。为了在计算机网络的实际教学过程中取得最佳的效果，采用面向过程的实验评定方式能够科学合理地判定学生的实验成绩。为了科学公正地评估学生的实践技术，我们主要引入基于云计算的在线测试形式以及计算机网络课程组综合评估的方式。前者针对模块化的静态网络知识点进行实施;后者主要全面考核学生网络知识的创新运用、系统集成能力。通过这两种方式的有机结合，在一定程度上科学合理地反映学生在计算机网络课程的综合能力及水平。

3 结束语

随着中国物联网产业的强劲发展，高校需要大力培养物联网技术专门人才，完善物联网人才的培养体系。由于计算机网络在物联网专业中的重要性，本文以安徽师范大学物联网专业的计算机网络实验教学为例，探讨了如何实施物联网专业的计算机网络的课程学习，提出了基于CDIO的网络实验教学理念、基于行业案例的实验模式以及面向过程的实验考核方式。近年来，根据我们参与的学科竞赛，诸如工业和信息化部人才交流中心主办的“蓝桥杯”、互联网应用创新开放平台联盟主办的首届物联网创意大赛取得的成绩来看，我们提出并实施的计算机网络实验课程的教学改革有助于提高物联网专业的人才培养质量。

[1]王志英，周兴社，袁春风，等.计算机专业学生系统能力培养和系统课程体系设置研究[J].计算机教育，2013，9:1-6.

[2]赵传信，王杨，陈付龙.物联网专业实践课程建设探讨[J].电脑知识与技术，2012，8(12):2 922-2 924.

[3]刘悦，孙润元，荆山.中美高校的计算机网络课程教学对比[J].计算机教育，2013(1):58-61.

[4]卢先领，毛力.物联网时代的计算机网络教学改革初探[J].无锡职业技术学院学报，2014，13(1):38-41.

[5]胡青松，耿飞，刘伟，等.面向矿山物联网的“计算机网络”课程的教学重构[J].电气电子教学学报，2013，35(3):30-32.

[6]王相林.分层次的计算机网络课程体系建设[J].计算机教育，2011，(6):20-23.

[7]王杨，许勇，赵传信，等.高师院校非师范计算机专业人才培养新途径[J].计算机教育，2010，(8):4-10.