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中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:2095-1302(2014)10-00-03
0 引 言
物聯(lián)網技術目前成為全球各行業(yè)各領域研究和應用的熱點,它能給我們的經濟、生活帶來巨大的變革。隨著物聯(lián)網的興起,對人才的需求必然會有一個飛躍性的增長。專家預測10年內就可能會大規(guī)模普及,產生一個上萬億元規(guī)模的高科技市場,因此社會對物聯(lián)網技術方面的人才需求巨大[1]。國家教育部從2010年3月,了《關于戰(zhàn)略性新興產業(yè)相關專業(yè)申報和審批工作的通知》,隨后我國有數百所大學申報和準備申報物聯(lián)網或傳感網專業(yè)。
信息獲取、信息傳輸和信息處理,這三個部分構成了信息產業(yè)的三大支柱,他們也是物聯(lián)網產業(yè)的三個組成部分。電子、通信、計算機是物聯(lián)網三大支柱中的必備學科。其中每一個學科都有一套人才培養(yǎng)的知識體系,而每一個學科又有多個方向。而物聯(lián)網工程專業(yè)需要這三個學科知識的支撐,所以物聯(lián)網工程專業(yè)可選擇的基礎、專業(yè)課程眾多,所涉及的應用更是無處不在,在教學上往往會希望面面俱到但是又無所適從[2]。如何根據具體情況做出取舍是一個值得探討的課題。
各院校物聯(lián)網工程專業(yè)的課程體系設計不盡相同,有的甚至差異很大[3-6]。絕大部分院校的物聯(lián)網工程專業(yè)課課程體系只是對物聯(lián)網工程涉及的多學科領域現有課程進修簡單的裁剪和疊加,再增加物聯(lián)網導論等專業(yè)核心課程,這類課程體系沒有體現出物聯(lián)網工程專業(yè)的特色。因此有必要從物聯(lián)網技術自身發(fā)展、物聯(lián)網相關企業(yè)人才需求和學生自身素質全面發(fā)展三個角度,對物聯(lián)網工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案進行分析探討[7]。
許昌學院2013年通過國家教育部審批通過,開始招收物聯(lián)網工程專業(yè)的學生,在探索物聯(lián)網工程專業(yè)培養(yǎng)方案的過程中,我們也借鑒了許多高校的經驗和做法,也尋求了多家企業(yè)的合作,目前對該專業(yè)的課程設置也有了自己的看法和思考。我們可以從物聯(lián)網技術體系架構和人才就業(yè)方向入手,探究不同人才培養(yǎng)就業(yè)方向在體系架構中所需要的核心技術和課程,從而理清思路,為物聯(lián)網工程專業(yè)培養(yǎng)方案和課程體系的設置提供參考。
1 物聯(lián)網技術體系框架
圖1 物聯(lián)網技術體系框圖
物聯(lián)網的整體架構如圖1所示,從圖中可以看出,物聯(lián)網按照網絡架構可以分為應用層、網絡層和感知層。圍繞著這三層,可以探討其中所需要的核心知識,從而得出物聯(lián)網工程專業(yè)學生所需的知識體系。
2.1 感知層
感知層的主要作用是信息的感知和采集,主要由感知器件來實現各類信息的采集,如各種傳感器、RFID、各種二維碼、紅外和智能裝置等。
在這一層中,需要具備的知識主要包括:
各種傳感器的功能、性能、結構、特性和工作原理等內容;
RFID、條形碼等的相關知識;
各種智能終端的特點、結構、工作原理等。
根據物聯(lián)網工程專業(yè)的特點,不需要對傳感器的具體細節(jié)做過多的認識和學習,只需要簡單了解和使用即可,所以不需要開始相關的傳感器原理等課程。但是傳感器所采集到的信息需要有相應的硬件進行收集處理并上傳至網絡層進行發(fā)送,可以說嵌入式是整個物聯(lián)網的基礎部分,所以有必要開設嵌入式相關的課程。
與嵌入式相關的硬件主要包括:單片機、ARM和FPGA三種。
2.1.1 單片機
單片機的使用非常廣泛,而且在后續(xù)網絡層中所使用的CC2530 ZigBee模塊中也包括單片機模塊,因此,單片機課程應成為物聯(lián)網工程專業(yè)所必開的課程。與之相配套的課程包括:C語言程序設計、電路和電子學和數字電路。有些學校還開設有計算機組成原理和微機原理與接口技術,筆者認為,這兩門課程可以選擇一門進行開設。
計算機組成原理主要面向計算機專業(yè)的學生進行考取研究生需要,并且它可以讓學生從計算機整體的結構、功能和組成角度認識和理解整個處理器、存儲器和輸入輸出系統(tǒng)之間是如何協(xié)同工作的。微機原理與接口技術主要面向接口,但是其中接口的內容可以放到單片機課程中進行講解和實踐,而匯編語言的相關內容在計算機組成原理課程中也可以進行補充和加強,所以筆者建議只需選用計算機組成原理課程進行開設即可。
2.1.2 ARM
ARM是一個總稱,其中也包含系列產品,對于物聯(lián)網工程專業(yè)的學生來說,ARM也是其知識體系中必備的一項內容。單片機無法運行操作系統(tǒng),因此在有些情況下需要用到更高級的處理器。物聯(lián)網網關和許多高級的電子產品都需要用到它。開設與嵌入式相關的課程還需要開設Linux操作系統(tǒng),有必要對Linux的使用和主要組成有一個清晰的認識和掌握。另外還有嵌入式應用層開發(fā)的高級語言,如C++等。
2.1.3 FPGA
FPGA是一個提高性的內容,如果偏電子設計與開發(fā)的學??梢钥紤]開設,或者可以為學生開設相關的選修課程,增加學生的知識面和視野。但是由于這門課程的難度要高于前兩部分,所以筆者認為可以根據學校的特點和學生接受能力進行取舍,它可以不算作物聯(lián)網工程專業(yè)學生所必備的知識體系成員。
2.1.4 RFID技術和條形碼技術
對于RFID而言,是目前應用最為普遍的物聯(lián)網應用技術,所以它理所當然成為物聯(lián)網學生知識體系中不可或缺的部分,因此建議開設RFID技術與應用課程,除了講解RFID原理之外,還要針對RFID的應用進行相應的開發(fā)和實踐。
2.2 網絡層
網絡層主要負責將感知層采集到的信息進行傳輸。目前常用的網絡協(xié)議包括:ZigBee、藍牙、Wi-Fi和433等,所使用的通信網絡主要有2G/3G/4G電信網和傳統(tǒng)互聯(lián)網。所以在這一層次上,需要學習的內容主要包括ZigBee技術、無線傳感器網絡技術、通信原理、計算機網絡等內容。
針對無線網絡,除了ZigBee之外,還有Wi-Fi、藍牙和其他無線傳輸技術,如300 MHz、433 MHz、915 MHz無線通信技術,對它們的特點和應用也應當給予適當的講解。尤其目前藍牙4.0技術已經得到了比較大的改進,蘋果新推廣的ibeacon技術有可能會對藍牙技術起到大力推廣的作用,所以對這幾種技術應當讓學生都有所接觸和認識。在課程中可以體現在物聯(lián)網導論、無線傳感器網絡中進行講解。另外在課程設計和實踐活動中,可以對這些技術予以應用加深學生的理解和掌握。
2.3 應用層
物聯(lián)網目前的應用非常廣泛,但是就應用層技術而言主要是應用層軟件的開發(fā),所以物聯(lián)網工程學生應該掌握的主要技術應該包括Java技術和移動平臺應用程序開發(fā)技術,但是偏硬件和體系構成的學生可以淡化這兩個內容的學習,偏軟件的學生應該加強這兩項技術的訓練。
另外,目前提得比較多的云計算和大數據的內容,也應體現在物聯(lián)網工程專業(yè)學生的知識體系之中。云計算其實應該是云服務,它主要包括三個方面的內容,即IaaS、PaaS和SaaS。在這三個內容中,PaaS是目前云服務所用到最多的技術,所以要讓物聯(lián)網工程專業(yè)的學生對這項技術有所了解,從而為后續(xù)物聯(lián)網應用服務開發(fā)開拓更寬廣的思路。
就目前物聯(lián)網的主要應用案例來看,每個案例往往是這三層的綜合,所以物聯(lián)網工程的學生的知識體系在這三層中離開了哪一層都不完整。我們從這三層出發(fā),梳理出了大致的脈絡,有了比較清晰的思路,再根據所定位的學生的就業(yè)方向予以加入相關的專業(yè)知識或者根據學生的培養(yǎng)定位增刪一些相關的內容,即可確定相應的培養(yǎng)方案。
3 物聯(lián)網工程專業(yè)人才就業(yè)方向分析
在人才需求方面,各地政府紛紛上馬物聯(lián)網項目,急需大量的物聯(lián)網人才。由于物聯(lián)網專業(yè)的一些課程涵蓋了電子、通信和計算機三個學科領域,所以學生的就業(yè)范圍比較廣泛,但是也有有人提出質疑,認為物聯(lián)網三個學科都有所涉及但是哪一個學科都沒有學精,所以就給物聯(lián)網專業(yè)學生的就業(yè)規(guī)劃提出了問題。
目前許多高校往往會結合自身的原有學科特點,對某一方面有所側重,關鍵是看學生的培養(yǎng)目標,并且要和當地的經濟特點相結合,有所側重,也就是要瞄準行業(yè)應用而開展,這樣才能做到有的放矢。
也有專家提出來了相應的物聯(lián)網專業(yè)學生就業(yè)可從事的行業(yè)主要有[8]:
物聯(lián)網系統(tǒng)設計架構師、物聯(lián)網系統(tǒng)管理員、網絡應用系統(tǒng)管理員等核心職業(yè)崗位以及物聯(lián)網設備技術支持與營銷等相關職業(yè)崗位;
物聯(lián)網終端系統(tǒng)的設計與開發(fā);
物聯(lián)網應用系統(tǒng)開發(fā)工程師,進行物聯(lián)網相關軟件系統(tǒng)的設計與開發(fā);
無線傳感網絡系統(tǒng)的設計和管理;
物聯(lián)網在智能系統(tǒng)、普適計算、工業(yè)控制、信息處理、通訊和管理等領域的應用開發(fā)和工程實現;
高等院校和科研院所與物聯(lián)網相關的教學科研工作。
從以上專家所列出的就業(yè)方向來看,可以將就業(yè)方向也歸納為硬件、網絡和應用三個大類,這和以上根據物聯(lián)網基本架構所描述的知識體系基本吻合。
物聯(lián)網工程專業(yè)的人才有自身特有的素質構成,與計算機、通信和自動化專業(yè)的學生比較起來,主要有以下特點[9]:
計算機專業(yè)的學生要么側重于計算機軟硬件技術的研究與應用,要么側重于計算機網絡系統(tǒng)的組網、管理或者開發(fā),但缺少物聯(lián)網工程應用中所必須的傳感、控制、通信等領域的知識。
通信專業(yè)側重于使學生掌握基本的通信原理,但對物聯(lián)網中所涉及的傳感、嵌入式和應用開發(fā)涉及較少。
自動化專業(yè)雖然對物聯(lián)網中必須的傳感和控制技術等有所側重,但是對于計算機應用開發(fā)領域涉及較少。
由此可見,對物聯(lián)網工程專業(yè)的人才而言,是適應物聯(lián)網行業(yè)的特點而具備更綜合的專業(yè)素質。
4 知識體系基本構成
通過以上的分析,綜合物聯(lián)網體系架構和人才就業(yè)方向的定位,另外與二本層次學生的特點相結合,可以歸納出物聯(lián)網工程專業(yè)學生的知識架構,歸納總結如下:
基礎知識相關課程:數學(高等數學、線性代數、概率論與數理統(tǒng)計)、英語、電工與電子學(在這門課中包含有電路分析和模擬電路)、數字電路、C語言、數據結構、計算機網絡、計算機組成原理。
專業(yè)必備知識:物聯(lián)網導論、Linux操作系統(tǒng)、Java語言程序設計、RFID技術與應用、傳感器原理與應用、單片機、嵌入式技術、通信原理、無線傳感網絡、云計算和移動互聯(lián)網開發(fā)。
專業(yè)實訓課程:安卓系統(tǒng)開發(fā)、ZigBee課程設計、RFID課程設計、無線傳感網課程設計。
另外可增加:印制電路板設計、數字信號處理、EDA等相關課程,以擴展學生的學習視野和基本技能。
5 實踐教學的開展
實踐教學模塊有基礎實踐教學部分和專業(yè)實踐教學部分。基礎實踐教學部分由“基礎實驗―綜合設計―應用創(chuàng)新”三個層次組成。第一層主要培養(yǎng)學生的基本技能,以電子技術學習為主。通過電子技術的學習使學生掌握元器件的辨別和使用,結合專業(yè)課程的教學,進行課程實驗,掌握基本知識和基本技能等;第二層主要包括各門課程的課程設計、電子綜合設計以及先進設計工具 EDA技術,旨在培養(yǎng)學生的綜合設計能力、團隊合作能力以及創(chuàng)新意識;第三層是應用創(chuàng)新層,引導學生參加大學生電子設計競賽、挑戰(zhàn)杯作品大賽和科研項目等。
專業(yè)實踐教學部分注重物聯(lián)網的核心技術――嵌入式系統(tǒng)技術。通過開設硬件設計一條線課程(單片機、嵌入式、RFID技術、傳感器網絡)和軟件設計一條線課程(C 語言、面向對象程序設計、嵌入式操作系統(tǒng)、移動互聯(lián)網開發(fā)),使學生系統(tǒng)掌握嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件設計技術,掌握物聯(lián)網網絡協(xié)議棧和實現物聯(lián)網通信。
6 結 語
物聯(lián)網工程專業(yè)由于涵蓋的學科范圍廣,在學生知識體系構建方面需要花費較大力氣進行研究,從物聯(lián)網自身的體系架構來探討物聯(lián)網工程專業(yè)人才所必須的知識體系,在滿足基礎知識體系的前提下,結合相應的就業(yè)方向,增加適當的特色課程,構建出適應各個學校特色的培養(yǎng)方案,從而培養(yǎng)出適應行業(yè)需求的物聯(lián)網工程專業(yè)人才。
參考文獻
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關鍵詞:物聯(lián)網;計算機組成原理;分流培養(yǎng);教學改革
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)50-0103-02
一、引言
計算機組成原理課程是計算機類專業(yè)本科階段最重要的核心基礎課之一,在整個計算機類專業(yè)教學中起著重要的承上啟下的作用。該課程對于學生完整地理解計算機系統(tǒng)的層次結構,系統(tǒng)地建立計算機整機的概念,培養(yǎng)學生對計算機系統(tǒng)分析、應用、設計及開發(fā)的能力,都具有非常重要的作用。目前,國內重點高校的計算機組成原理課程主要是面向計算機科學與技術、軟件工程和網絡工程等專業(yè)的學生,相關教學改革研究也主要是針對上述計算機類專業(yè)展開的,很少針對物聯(lián)網工程專業(yè)展開計算機組成原理課程教學改革研究。然而,教育部自2010年批準設置物聯(lián)網工程專業(yè)以來,國內很多高校陸續(xù)開設了物聯(lián)網工程專業(yè),我校于2014年也開設物聯(lián)網工程專業(yè)。針對新開設的物聯(lián)網工程專業(yè)的培養(yǎng)方案、人才培養(yǎng)目標及物聯(lián)網行業(yè)的特點,有必要對計算機組成原理課程的教學改革展開新的研究,以使本課程更好地為物聯(lián)網工程專業(yè)學生后m課程的學習打下堅實的基礎。本文針對物聯(lián)網工程專業(yè)的人才培養(yǎng)方案與人才培養(yǎng)目標,基于物聯(lián)網行業(yè)的整體發(fā)展趨勢和人才市場的需求,通過分析當前物聯(lián)網工程專業(yè)的專業(yè)特點,并總結目前物聯(lián)網工程專業(yè)在教學過程中存在的問題,構建適用于物聯(lián)網工程專業(yè)的計算機組成原理課程的教學內容。在設置教學內容時把握內容的基礎性和新穎性,既注重基礎的、核心教學內容的完整性,又要考慮物聯(lián)網工程專業(yè)的特點。同時,又要跟上現代計算技術的發(fā)展水平和實際情況,增加新進而實用的相關知識點。既要考慮教學內容的完整性,又要考慮到教學學時的有限性,設計部分培養(yǎng)和訓練學生自主學習的內容,從而構建課堂學習與自主學習相融合的教學內容,最終形成一套基于分流培養(yǎng)模式的層次化教學內容。
二、物聯(lián)網工程專業(yè)計算機組成原理課程面臨的新問題
物聯(lián)網工程專業(yè)以培養(yǎng)能夠系統(tǒng)地掌握物聯(lián)網的相關理論、方法和技能,具備通信技術、網絡技術、傳感技術等信息領域寬廣的專業(yè)知識的高級工程技術人才。物聯(lián)網涵蓋了傳感器技術、射頻識別技術、嵌入式系統(tǒng)技術、數據庫技術、通信技術、互聯(lián)網技術以及云計算技術等,是一門具有涉及領域廣、學科交叉性強和工程實踐性強等特點的學科,物聯(lián)網系統(tǒng)更是新一代信息技術的高度集成和綜合運用。因此,面向物聯(lián)網工程專業(yè),本課程的授課內容還需要考慮以下二個方面的問題。
1.物聯(lián)網工程專業(yè)對嵌入式相關內容有較高要求。英特爾構架事業(yè)部副總裁兼嵌入式與通信事業(yè)部總經理唐迪曼指出“物聯(lián)網的核心基礎:嵌入式”。指出物聯(lián)網是嵌入式計算系統(tǒng)一種新的應用,比較傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)應用,物聯(lián)網應用的層次更加豐富和復雜,既有表現在傳感層上的實時應用,還有在計算和網絡應用層上的海量的數據處理和分析工作。物聯(lián)網作為新一代信息技術的重要組成部分,是互聯(lián)網與嵌入式計算系統(tǒng)發(fā)展到高級階段的融合。嵌入式計算技術已經成為物聯(lián)網行業(yè)的關鍵技術。然而,傳統(tǒng)面向計算機科學與技術專業(yè)和軟件工程專業(yè)的計算機組成原理的大部分內容是面向復雜指令系統(tǒng)計算機類而設置的,而面向嵌入式類的,如面向精簡指令系統(tǒng)計算機類的授課內容幾乎沒有涉及。而我校物聯(lián)網工程專業(yè)在本課程的后續(xù)課程中有很多與嵌入式相關的課程。
2.物聯(lián)網工程專業(yè)的培養(yǎng)方案及前后課程設置與其他計算機類專業(yè)不同。隨著半導體工藝技術的飛速進步和體系結構的不斷發(fā)展,多核/眾核處理機硬件日趨普及,使得昔日高端的并行計算機呈現出普適化的發(fā)展趨勢,并行計算系統(tǒng)已成為各類計算系統(tǒng)的基礎。然而,我校物聯(lián)網工程專業(yè)的培養(yǎng)方案與計算機科學與技術專業(yè)的培養(yǎng)方案不同,在本課程之前并未設置匯編語言與接口技術課程,本課程之后也沒有計算機系統(tǒng)結構、編譯原理等課程。因此,需要結合物聯(lián)網工程專業(yè)培養(yǎng)方案的實際情況,根據前后課程的設置來構建本課程的授課內容。例如,原先在計算機系統(tǒng)結構課程中介紹的新進技術,如多處理器、多核、流水線技術等有必要有取舍地引入到本課程中來。因此,我們有必要結合物聯(lián)網工程專業(yè)的培養(yǎng)方案、人才培養(yǎng)目標和物聯(lián)網的行業(yè)特點,對本課程的教學內容的設置進行進一步深入研究。
三、基于分流培養(yǎng)模式的層次化教學內容設置
在我校原有課程內容的基礎上,我們借鑒了南京大學計算機系統(tǒng)基礎課程的部分授課內容,同時結合物聯(lián)網工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標和我校物聯(lián)網工程專業(yè)培養(yǎng)方案,采用了“計算機組成與設計:硬件/軟件接口”一書的部分內容,將本課程由原來的9個部分優(yōu)化為7個部分,去除了原有課程中外部設備部分內容。并將原先第2部分(計算機中數據信息的表示)和第3部分(運算方法和運算器)的內容進行合并,弱化了運算部件設計部分的內容,此部分內容可在實驗課程或后續(xù)計算機組成與設計課程中重點講解。同時,將系統(tǒng)總線和輸入輸出系統(tǒng)進行了合并,并增加了異常控制流部分內容。優(yōu)化后的授課內容如下:第1部分是計算機系統(tǒng)概述,第2和第3部分分別介紹高級語言程序中的數據和語句所對應的底層機器級表示,展示的是高級語言程序到機器級語言程序的對應轉換關系,即數據的機器級表示與處理和指令系統(tǒng);第4部分和第5部分著重介紹與程序的運行密切相關的硬件部分―中央處理器和存儲器的組織,即中央處理器和層次結構存儲系統(tǒng);第6部分介紹打斷程序正常運行的事件機制―異??刂屏?;第7部分主要介紹程序中I/O操作的實現機制。其中,每個部分又包含了3個層次:基礎與核心、專業(yè)特色和新進技術和知識點強化。
1.基礎與核心:本部分內容主要包括計算機系統(tǒng)最基礎與最核心的內容,是本門課程重點講授的內容,與原有課程的教學內容基本上相同,但結合物聯(lián)網工程專業(yè)的培養(yǎng)需求,做了部分優(yōu)化。
2.專業(yè)特色與新進技術:本部分內容結合物聯(lián)網工程的專業(yè)特色,考慮了嵌入式計算系統(tǒng)在物聯(lián)網應用系統(tǒng)中核心與基礎地位,設置了部分以ARM和MIPS為實例的內容。同時,考慮到并行計算系統(tǒng)的重要性及我校物聯(lián)網工程專業(yè)后續(xù)課程中沒有計算機系統(tǒng)結構課程,引入了部分新進技術,如流水線方式下指令的執(zhí)行和并行與存儲器層次結構。
3.知識點強化:本部分內容貫穿整個教學內容,是訓練和強化學生建立整機概念的重要環(huán)節(jié)。擬以高級語言程序的開發(fā)和運行過程為主線,將該過程中每個環(huán)節(jié)所涉及的硬件和軟件的基本概念P聯(lián)起來,以使學生建立起一個完整的計算機系統(tǒng)層次結構及其相互轉換關系,并建立起整個專業(yè)課程之間的相互關系。同時,對指令在硬件上的執(zhí)行過程和指令的底層硬件執(zhí)行機制有一定的認識和理解,從而增強學生在程序的調試、性能優(yōu)化、移植和健壯性保證等方面的系統(tǒng)能力,并為后續(xù)的相關課程打下基礎。最后,考慮到課時的限制,我們設置了部分培養(yǎng)和訓練學生自主學習能力的內容,主要包括數字邏輯電路、匯編語言、基于FPGA的數字系統(tǒng)開發(fā)基礎等內容。
四、結束語
計算機組成原理課程的地位決定了合理設置本課程教學內容的重要性。在面向新開設的物聯(lián)網工程專業(yè)時,需要考慮新專業(yè)的培養(yǎng)方案、人才培養(yǎng)目標以及物聯(lián)網行業(yè)的特點,同時要考慮新技術的發(fā)展,并結合物聯(lián)網專業(yè)學生的實際情況來設置合理有效的教學內容。
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物聯(lián)網技術在現代信息技術領域有著獨特的優(yōu)勢,引領著互聯(lián)網在新時代的要求下不斷進步,高校在建設計算機網絡工程專業(yè)的時候需要構建符合技術特點的結構體系,在培養(yǎng)人才的道路上既要利用高校的優(yōu)勢學科,又要明確該學科的發(fā)展方向。
1網絡工程專業(yè)設置物聯(lián)網方向
物聯(lián)網技術的自身原理和計算機技術有著很大的共通性,這種網絡信息系統(tǒng)有著很強的技術基礎,并且在融入高校的相關專業(yè)時需要充分分析傳感器網絡技術,這樣學生在學習的過程中才能充分了解該技術的技術構成。通過分析高校計算機網絡工程專業(yè)的現有狀況發(fā)現該專業(yè)課程主要集中在物聯(lián)網的網絡層和應用層,并且該專業(yè)有很多的基礎知識是適用于物聯(lián)網技術的,因此在二者的結合過程中還需要增加感知層方面的知識,這樣才能使計算機網絡工程專業(yè)從整體上具有運用物聯(lián)網技術的可能性。在高校中設置物聯(lián)網方向并不是要徹底改變該專業(yè)的人才培養(yǎng)目標,教師在開展教學的時候可以適當調整具體的內容,這樣使二者有效地結合。在高校的網絡工程專業(yè)中增設物聯(lián)網方向要充分考慮當地的市場需求,有些高校只是盲目地效仿其他高校的做法,沒有結合自身的師資力量和教材的特色,因此在實踐過程中很難制定符合標準的專業(yè)培養(yǎng)方案。
2利用高校的學科優(yōu)勢培養(yǎng)網絡工程人才
不同區(qū)域的市場對于網絡人才有著不同的要求,學校在開設物聯(lián)網技術方向的相關課程時需要建立符合技術特點的課程體系,而課程結構的合理性要根據學校的硬件設備和優(yōu)勢專業(yè)來判定。和其他的專業(yè)方向一樣,網絡工程專業(yè)也要在自身的發(fā)展過程中不斷創(chuàng)新,教師在教學過程中不僅要加強專業(yè)知識的講解,而且還要創(chuàng)造一定機會讓學生進行實踐操作,進行專業(yè)的實踐訓練需要學校提供現代化的實驗室,通過實踐基地的建設可以提高復合型人才的綜合素質。在開展評價工作時要根據行業(yè)的具體要求進行,很多計算機行業(yè)對于人才的個性化特點有很大的要求,因此學校不僅要通過教學優(yōu)化學生的知識結構,更要使學生在解決專業(yè)問題的時候運用創(chuàng)新的思維方式,這樣的方式培養(yǎng)出來的畢業(yè)生在工作崗位上才能完成行業(yè)的操作。高校在運用物聯(lián)網技術時需要專門教材的配合,建設有自己特色的教材不僅要求發(fā)揮專業(yè)教師的作用,而且還可以通過和企業(yè)開展合作來加強教材的針對性,專業(yè)的教材需要將理論知識和實際運用有效結合,這樣才能使培養(yǎng)出來的人才符合崗位的要求。
3完善網絡工程專業(yè)培養(yǎng)目標和課程內容
3.1專業(yè)培養(yǎng)目標
高技能人才不僅要有科學的素養(yǎng),而且還能從事多領域的技術研發(fā)工作,這種應用型的人才在很多行業(yè)都有很大的需求,比如說在信息產業(yè)和輕工行業(yè)。高校物聯(lián)網技術方向的培養(yǎng)目標包括很多方面技術的掌握,不僅包括通信技術和傳感技術,還要有技術推廣的能力,這種技術的推廣主要表現在學生實踐能力的提升。衡量該專業(yè)能力的標準有很多方面,其中掌握計算機技術和網絡工程的理論是最基礎的環(huán)節(jié),而物聯(lián)網感知層的相關知識的獲得是制定和實現教學目標的關鍵關節(jié),除此之外,學生還要學會檢索文件,了解一些基本的軟件編程程序,綜合這些方面可以有效地評價目標的實現程度。
3.2課程設置
物聯(lián)網方向的課程需要根據現實社會的信息來設置,除了已有的網絡層和應用層知識的傳授,感知層的相關知識也要納入到計算機網絡技術的課堂中去,網絡技術的知識不僅包括原理的分析,還需要了解一些基本程序的設計。對于物聯(lián)網三個層次的知識的掌握,該專業(yè)在課程結構上要突出行業(yè)的特點,并且適當增加一些網絡課程,比如說無線自組網應用課程,這些課程的加入可以學生的技術處理能力。
3.3專業(yè)實驗
物聯(lián)網技術是一門操作性很強的技術,成熟技術能力的掌握需要學校根據自身的特點來設置專業(yè)的實驗,這樣可以讓學生有機會鞏固自己的理論知識。在進行專業(yè)實驗時要按照標準的步驟進行,首先要完成畢業(yè)實習,在設計課程之前要進行計算機基礎練習,企業(yè)的生產實習要在學生的論文之前完成。物聯(lián)網的實驗有很多種課程設計,高校可以根據自身的學科優(yōu)勢選擇適合自己的課程,比如說網絡系統(tǒng)集成課程設計是一種運用很廣泛的專業(yè)實驗。
4結語
綜上所述,高校人才培養(yǎng)因物聯(lián)網應用領域的高速擴張而迎來了新的機遇和挑戰(zhàn)。本文通過分析網絡工程專業(yè)設置物聯(lián)網方向,結合高校優(yōu)勢學科培養(yǎng)網絡工程專業(yè)人才的新思路及利用高校的學科優(yōu)勢培養(yǎng)網絡工程人才,分析總結出完善網絡工程專業(yè)培養(yǎng)目標和課程內容。并且社會的發(fā)展在各個領域都對物聯(lián)網的技術有很大的需求,而高校作為專業(yè)人才的培養(yǎng)場所要認真分析自己的學科優(yōu)勢,從而為復合型應用人才的培養(yǎng)制定有特色的方案。以上的淺顯之見希望能給相關的業(yè)內人士提供一點參考借鑒。
參考文獻:
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物聯(lián)網是繼計算機、互聯(lián)網和移動通信之后的又一次信息產業(yè)浪潮,物聯(lián)網產業(yè)已被正式列為國家重點發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產業(yè)之一。面對國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展的需要,教育部于2010年批準設置了物聯(lián)網工程專業(yè),到2015年為止,全國已有200多所本科高等學校開設了該專業(yè),辦學規(guī)模不斷擴大[1]。中國石油大學(華東)自2011年起依托計算機專業(yè)設置物聯(lián)網培養(yǎng)方向,并于2014年4月獲批物聯(lián)網工程新專業(yè),在物聯(lián)網專業(yè)人才的培養(yǎng)上積累了一定的經驗。物聯(lián)網工程作為工程應用型專業(yè),如何科學的構建物聯(lián)網專業(yè)實踐教學體系是專業(yè)建設的核心內容之一[2],我校在這方面也做了很多探索與實踐,取得較好的效果,為培養(yǎng)滿足社會需求的高素質創(chuàng)新型物聯(lián)網專業(yè)人才奠定了基礎。
一、物聯(lián)網專業(yè)實踐教學體系現狀
在物聯(lián)網專業(yè)申請的籌備階段,學校先后到北航、西交、武大、華中科技等十余所開設物聯(lián)網專業(yè)的高校調研,并參加了2013年和2014年中國物聯(lián)網大會等多個研討會,與產業(yè)界和教育界相關人員做了較深入的交流。通過調研和交流發(fā)現,實踐教學體系改革是物聯(lián)網專業(yè)建設和教學改革中最關注的領域,由于是新設專業(yè),很多高校都在摸索。目前,大多高校延續(xù)傳統(tǒng)的“實踐內容=實驗+實習+畢業(yè)設計”實踐教學體系,但構建時由于物聯(lián)網專業(yè)新、對應產業(yè)鏈長、相關技術門類差異大,往往將實踐環(huán)節(jié)分成零散的單元,各個實踐環(huán)節(jié)在具體實施過程中目標偏向單一、手段缺乏創(chuàng)新,各個環(huán)節(jié)彼此獨立,缺乏統(tǒng)一的協(xié)調和管理,不利于系統(tǒng)的培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新能力。
二、工程教育背景下的物聯(lián)網專業(yè)實踐教學體系
1.現代工程教育理念
現代工程教育理念起源于美國,它是伴隨美國工程教育的變革歷程而生成的一套完整的指導工程教育改革的理論體系[3]。現代工程教育理念非常強調工程實踐訓練在教育中的作用,是對工程教育從“科學模式”回歸“工程模式”的重大變革。我國在《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》中明確提出促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國,以現代工程教育理論為指導,培養(yǎng)造就創(chuàng)新能力強、適應社會經濟發(fā)展需要的高質量各類型工程技術人才,為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設創(chuàng)新型國家和人才強國戰(zhàn)略服務[4]。因此,在工程教育背景下,進行物聯(lián)網專業(yè)實踐教學體系構建是非常有必要和有意義的。本文針對現代工程教育的要求和物聯(lián)網工程專業(yè)特點,結合專業(yè)培養(yǎng)目標要求,以強化綜合能力和提高工程素質及創(chuàng)新能力為培養(yǎng)核心,探索物聯(lián)網工程專業(yè)實踐教學體系的構建。
2.物聯(lián)網實踐教學體系構建
實踐教學涉及課程實驗、課程設計、專業(yè)實習、創(chuàng)新訓練、畢業(yè)設計等多個環(huán)節(jié)。這些環(huán)節(jié)按照層次又可劃分為基本技能訓練、綜合實踐和創(chuàng)新訓練等,構成一個多維的整體。因此,在設計各實踐環(huán)節(jié)內容時,應避免孤立存在,需整體規(guī)劃,并明確各環(huán)節(jié)在人才培養(yǎng)目標中的作用,同時結合課外學科競賽、學生創(chuàng)新團隊等多種形式,構建一個系統(tǒng)性強的實踐教學體系。要實現以上目標,關鍵是如何選擇主線將各環(huán)節(jié)串聯(lián)起來。在工程教育背景下,工程實訓項目的實施在人才培養(yǎng)中起到關鍵作用,讓學生在項目實施中加深對專業(yè)理論的學習,同時培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和團隊合作等方面的綜合能力。因此,我校在建設物聯(lián)網實踐教學體系時,采用如下思路:構建實踐教學體系首先結合專業(yè)特點,密切聯(lián)系物聯(lián)網產業(yè),以工程實訓項目為驅動,將項目實施作為主線,貫穿于課內外實踐教學的全過程,各實踐環(huán)節(jié)要為項目實施服務,這也符合國際工程教育界工程教育模式的特點。具體實施時,主要包含專業(yè)課程的課內實踐體系頂層設計、課外學生競賽和導師指導下的創(chuàng)新團隊建設三個方面:
(1)重視專業(yè)課程的課內實踐體系頂層設計,以實際工程項目的實施為主線,打破各課程實踐環(huán)節(jié)界限,重組課程實驗及課程設計內容,以項目為驅動設計課內實踐環(huán)節(jié)。課內的實踐環(huán)節(jié)是實踐教學體系中的基礎,也是關鍵的一環(huán)。課內實踐環(huán)節(jié)包括專業(yè)課程實驗、課程設計、實習等,在設計時,每門課程的實踐環(huán)節(jié)不單純?yōu)楸菊n程服務,而是要站在項目實施的角度進行組織,重視各課程實踐環(huán)節(jié)之間的貫通和融合。根據學生的認知特點和規(guī)律,依托物聯(lián)網產業(yè)中完整的實際工程項目,以工程實訓項目為主線,把項目實施過程中涉及的知識模塊分解到各課程實踐環(huán)節(jié)中。物聯(lián)網技術具有鮮明的行業(yè)特征,可選擇幾個典型應用領域,如:智能家居、物流、智能交通、智慧油田等,結合現在實驗條件,設計若干個大型綜合性工程實訓項目案例,把每個工程項目案例的實施按照物聯(lián)網感知識別層、網絡構建層(傳輸層)和應用層(管理服務和創(chuàng)新應用層)的知識體系結構劃分成易于課程實踐實施的多個模塊,把這些模塊分解到專業(yè)課程的實踐環(huán)節(jié)中去,找到各模塊與專業(yè)課程知識點之間的對應關系。這樣學生能直接感受到所學知識在實際工作中的作用和地位,提高學生綜合利用學習知識解決實際問題的能力,同時激發(fā)學習興趣。
(2)依托各種課外科技競賽,以工程實訓項目為紐帶,培養(yǎng)學生的自主創(chuàng)新能力。學科競賽是在課堂教學的基礎上,通過競賽的形式對學生的綜合素質和能力進行多方位考察的課外實踐教學活動。倡導、組織學生參加各類課外學術科技競賽,是物聯(lián)網工程專業(yè)實踐教學體系的重要組成部分。目前我校在這方面有比較好的氛圍,但物聯(lián)網工程專業(yè)作為新辦專業(yè),在具體實施中,可能會存在學生無成熟經驗借鑒、對本專業(yè)內的學科競賽不了解等問題,因此,在學院層次,搭建一個課外實踐活動網絡平臺,并嘗試通過社交網絡、課外實踐活動與課內綜合實踐類課程的融合等方式提高學生參與的積極性。針對學生普遍存在的課程負擔重、對競賽積極性不夠等問題,可將課外競賽與課內實踐課融合。
(3)強化導師團隊指導下的學生創(chuàng)新團隊建設,鼓勵學生參加教師科研項目。為培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力、開闊學科視野,鼓勵學生參加教師科研項目或科研項目轉化的創(chuàng)新項目。由于本科學生知識水平有限、工程能力不強,他們的科技創(chuàng)新活動尤其是活動初期需要指導教師提供較多幫助。但在實際過程中,如果是一個學生創(chuàng)新團隊只有一位教師指導,會在時間和精力上無法保證,挫傷學生的積極性,同時單個指導教師掌握的知識也存在局限性。因此,我們采用由多位教師和研究生組建導師團隊,學生在自愿的前提下,結合興趣點選擇加入相應的導師團隊,并按項目組建學生創(chuàng)新團隊。創(chuàng)新團隊的學生可直接參與到教師的科研課題中去,以科研項目為依托,將科研項目轉化為學生實踐項目,培養(yǎng)學生發(fā)現問題、提出問題、解決問題的能力,提高學生理論與實際相結合的實踐能力和創(chuàng)新能力。參與科研課題,還能讓學生及時了解學科的最新研究動向,并根據興趣愛好盡早確定自己的研究方向。
三、實踐效果
基于現代工程教育理念,中國石油大學(華東)在物聯(lián)網方向的計算機專業(yè)學生以及物聯(lián)網專業(yè)學生中進行了實踐教學體系的構建探索,取得了明顯的實踐效果。比如物聯(lián)網方向的計算機專業(yè)學生普遍具有較強的動手實踐能力,參加各種學科競賽及創(chuàng)新項目的積極性高漲。2011年至2014年期間,每年均有二十多名學生積極參加物聯(lián)網設計、智能車和嵌入式設計大賽等各類競賽,獲國家級一、二等獎及山東省一等獎等十多項獎項。物聯(lián)網新專業(yè)的學生雖然只處在低年級階段,但專業(yè)興趣濃厚,對新專業(yè)的認同感非常高,很多已提前進入專業(yè)課程的學習,為參與各自實踐活動及課內外競賽做準備。因此,基于現代工程教育理念探索物聯(lián)網專業(yè)實踐教學體系的構建是可行和有意義的。
參考文獻
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[中圖分類號] G642.0 [文獻標志碼] A [文章編號] 1005-4634(2014)04-0080-04
網絡工程專業(yè)是隨互聯(lián)網的發(fā)展壯大而興起和發(fā)展的,自 1998年被教育部列入本科專業(yè)目錄以來,全國已有近 300 所高校設置了該專業(yè),為社會培養(yǎng)了大批網絡專業(yè)技術人才[1]。我國大多數高校的網絡工程專業(yè)以計算機科學與技術專業(yè)為基礎開設,在專業(yè)建設過程中,各高校本著“培養(yǎng)高層次的網絡規(guī)劃建設、網絡管理維護、網絡應用人才”這一專業(yè)培養(yǎng)目標,通過增設通信原理、互聯(lián)網工程建設與規(guī)劃、網絡管理、網絡程序設計、網絡安全等課程開展專業(yè)人才培養(yǎng),與原有的計算機科學與技術專業(yè)培養(yǎng)模式相近[2,3]。由于教學體系、教學實踐經驗的不足以及硬件設備更新?lián)Q代的滯后,使得學生分析問題、解決問題的能力和實踐工程能力相對較弱,畢業(yè)生的專業(yè)特色和優(yōu)勢不夠明顯。近些年,由于低端網絡人才市場趨于飽和,本科生就業(yè)市場上出現了“網絡工程專業(yè)學生就業(yè)難、用人單位招聘不到合適人才”的普遍現象,導致部分應用型高校網絡工程專業(yè)出現萎縮或停招。這足以說明,“傳統(tǒng)”網絡工程專業(yè)亟需在專業(yè)內涵、人才培養(yǎng)目標和培養(yǎng)模式等方面進行重大的改革創(chuàng)新。
1 “新互聯(lián)網”時代大潮對網絡工程專業(yè) 的影響
互聯(lián)網技術經過40多年的長足發(fā)展,其產業(yè)變革席卷全球,顛覆傳統(tǒng)行業(yè)的節(jié)奏也進一步加快。2014年1月8日,在釣魚臺國賓館召開的“2014互聯(lián)網產業(yè)年會”上,互聯(lián)網產業(yè)各界人士一致認為:移動互聯(lián)網、物聯(lián)網必然將在工業(yè)應用中扮演更加深入和廣泛的角色,促進工業(yè)全產業(yè)鏈、全信息鏈的信息共享和協(xié)同集成。思科首席執(zhí)行官約翰錢伯斯(John Chambers)在拉斯維加斯舉辦的“CES2014展會”演講中也對物聯(lián)網的發(fā)展充滿信心,表示:“這一轉變已經開始,它(指物聯(lián)網)將改變我們生活、工作和娛樂的方式……2014年將是物聯(lián)網發(fā)生關鍵轉變的一年,并且到2017年,物聯(lián)網產生的影響,將比整個互聯(lián)網更為深遠”。
物聯(lián)網和移動互聯(lián)網等新網絡技術的興起給網絡工程專業(yè)帶來了新的契機和挑戰(zhàn),只有正視這種洶涌的“新互聯(lián)網”時代大潮,不斷豐富和發(fā)展網絡工程專業(yè)的內涵、人才培養(yǎng)目標和培養(yǎng)模式,才能適應新網絡時代的要求,培養(yǎng)面向企業(yè)需求的實踐人才,煥發(fā)專業(yè)活力。本文分析總結大連工業(yè)大學網絡工程專業(yè)的培養(yǎng)實踐經驗:“突出專業(yè)特色,彰顯時代特點”、“優(yōu)化專業(yè)層次結構,大類培養(yǎng)”、“加強實踐,注重校企合作”,旨在探索一條適應新技術發(fā)展的面向物聯(lián)網、移動互聯(lián)網的網絡工程實用型人才培養(yǎng)的新道路。
2 “新互聯(lián)網”時代下網絡工程專業(yè)的建 設思路
大連工業(yè)大學于2004年開設網絡工程專業(yè),經歷了傳統(tǒng)意義上的網絡工程人才培養(yǎng),迄今已畢業(yè)6屆、300余名網絡工程專業(yè)本科生。通過對本專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)情況的跟蹤統(tǒng)計可知,目前網絡工程專業(yè)學生的就業(yè)方向主要有四個領域:傳統(tǒng)互聯(lián)網系統(tǒng)設計及應用、Web軟件設計與開發(fā)、嵌入式系統(tǒng)應用和移動互聯(lián)網軟件開發(fā)。隨著物聯(lián)網、移動互聯(lián)網技術的興起和蓬勃發(fā)展,近幾年嵌入式系統(tǒng)應用和移動互聯(lián)網應用領域的就業(yè)比例逐年上升,已漸有超過傳統(tǒng)互聯(lián)網應用這一傳統(tǒng)就業(yè)主體的趨勢。根據這種現狀,大連工業(yè)大學從2010年起著手改革新的網絡工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式,學生就業(yè)優(yōu)勢明顯加強。
首先,拓展傳統(tǒng)的網絡工程專業(yè)內涵,突破傳統(tǒng)的“互聯(lián)網建網、管網、用網”領域,以時代需求為導向,引入物聯(lián)網、移動互聯(lián)網等技術知識,拓寬專業(yè)領域;在人才培養(yǎng)目標方面,既要培養(yǎng)傳統(tǒng)互聯(lián)網絡系統(tǒng)設計與開發(fā)、網絡工程規(guī)劃與設計、網絡管理與維護等層次的專業(yè)人才,也要培養(yǎng)物聯(lián)網系統(tǒng)設計與開發(fā)、移動互聯(lián)網系統(tǒng)設計與開發(fā)的多領域專業(yè)人才。
其次,在課程設置上優(yōu)化專業(yè)層次結構,結合計算機科學與技術專業(yè)制定“寬口基礎+特色方向”的課程體系,開展大類培養(yǎng)。
最后,網絡工程專業(yè)作為一個跨學科、實用性強、服務面廣的專業(yè),要大力加強學生實踐應用能力的培養(yǎng)。這既需要高校本身的努力,加大教師實踐能力培養(yǎng)、加大硬件設備的更新?lián)Q代,更需要社會、企業(yè)和學校的緊密配合,探索一條群策群力培養(yǎng)學生實踐能力的切實可行的新模式。
3 拓展專業(yè)內涵,彰顯時代特點
物聯(lián)網技術是在互聯(lián)網技術的基礎上,結合射頻標簽和傳感器網絡等技術,實現人與物、物與物智能溝通和對話的網絡信息技術[4]。近幾年,國內申請增設物聯(lián)網相關專業(yè)的高校數量眾多,但在不同程度上都存在著物聯(lián)網課程體系規(guī)劃不完善、教材建設計劃不完備、師資力量薄弱、實驗室配套設備缺乏和實驗方案標準有待規(guī)范等問題。
實際上,在培養(yǎng)目標和專業(yè)課程設置等方面,傳統(tǒng)網絡工程專業(yè)已涵蓋了大多物聯(lián)網知識領域,擁有物聯(lián)網網絡層的學科建設優(yōu)勢,具備應用層的基礎知識,需要補充的主要是物聯(lián)網感知層的相關課程[4]。顯然,傳統(tǒng)網絡工程專業(yè)與物聯(lián)網專業(yè)在知識結構上有很多共性,只要適當補充和調整網絡工程專業(yè)的課程設置,即可培養(yǎng)具有物聯(lián)網技術知識的專業(yè)人才。
物聯(lián)網、移動互聯(lián)網是“新互聯(lián)網”時代兩個最熱點的技術領域和應用領域,根據新技術發(fā)展和企業(yè)崗位需求,大連工業(yè)大學網絡工程專業(yè)重新定位了專業(yè)內涵,調整原有的專業(yè)課程體系,補充物聯(lián)網和移動互聯(lián)網技術相關知識,制定了新的網絡工程專業(yè)培養(yǎng)方案,目的是培養(yǎng)面向工程的具有創(chuàng)新精神的應用型、復合型、技能型的“新”網絡工程人才。新培養(yǎng)方案中將網絡工程專業(yè)方向設定為4個方向:(1)傳統(tǒng)互聯(lián)網方向;(2)系統(tǒng)集成方向;(3)物聯(lián)網及移動互聯(lián)網方向;(4)Web軟件開發(fā)。
4 優(yōu)化專業(yè)層次結構,大類培養(yǎng)
《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010~2020年)》明確提出:“優(yōu)化結構,辦出特色……優(yōu)化學科專業(yè)、類型、層次結構,促進多學科交叉和融合。重點擴大應用型、復合型、技能型人才培養(yǎng)規(guī)模。”
大連工業(yè)大學網絡工程專業(yè)是以校計算機科學與技術專業(yè)為基礎、依托校網絡中心工程環(huán)境開展學生培養(yǎng)的,具有堅實的教學師資和教學資源基礎。為優(yōu)化網絡工程專業(yè)的層次結構、培養(yǎng)“應用型、復合型、技能型”人才,網絡工程專業(yè)采用與計算機科學與技術專業(yè)聯(lián)合的交叉大類“2+2培養(yǎng)”模式:前兩年教學內容與計算機專業(yè)保持一致,使學生具有扎實的計算機技術基礎;后兩年根據專業(yè)特色,按照行業(yè)技術發(fā)展和企業(yè)崗位需求,設立了“傳統(tǒng)互聯(lián)網應用”、“系統(tǒng)集成”、“Web軟件開發(fā)”、“物聯(lián)網及移動互聯(lián)網應用”四個特色方向,形成合理、有時代特色的課程群體系(見表1),及有效的實踐環(huán)節(jié),從而保證學生在校學習內容和企業(yè)需求的有機接軌。
5 面向工程應用,優(yōu)化實踐教學模式
《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010~2020年)》同樣明確提出:“提高人才培養(yǎng)質量……加強實驗室、校內外實習基地、課程教材等基本建設……強化實踐教學環(huán)節(jié)……創(chuàng)立高校與科研院所、行業(yè)、企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人才的新機制?!?/p>
網絡工程專業(yè)對學生的實踐能力要求較高,實踐能力的提升是培養(yǎng)網絡工程人才工作的重中之重。根據大連工業(yè)大學網絡工程專業(yè)本身的特點,筆者采取“校內+校外”、“校企聯(lián)合”的創(chuàng)新與實踐教學模式開展對學生實踐工程能力的培養(yǎng)。
5.1 實踐教學體系
實踐教學體系設置堅持“面向工程應用,優(yōu)化實踐教學模式”原則。具體劃分為“四層次、七類別”實踐教學體系,見圖1?!八膶哟巍笔侵笇W生應獲取基礎實驗和認知能力、初步設計能力、綜合實踐能力、創(chuàng)新和工程能力等四個層次的能力;“七類別”是指課程實驗、課程設計、專題訓練、各類實習、畢業(yè)設計、參加創(chuàng)新和科研課題、職業(yè)培訓等七個環(huán)節(jié)[5]。
根據大連工業(yè)大學網絡工程專業(yè)自身特點,針對“課程群”系列課程,開設綜合性較強的專題訓練實踐環(huán)節(jié),既有利于提高學生的綜合實踐能力,又有利于與企業(yè)實訓項目相結合、置換。例如,筆者將第七學期的“網絡規(guī)劃與設計專題訓練”、“網絡安全課程設計”和“生產實習――網絡管理+Linux系統(tǒng)運維”三個實踐環(huán)節(jié)組合成一個綜合性專題訓練模塊,引進合作企業(yè)的生產實踐項目,由學校教師和企業(yè)技術人員共同對學生進行綜合實訓,取得了非常好的效果。
5.2 “校內+校外”、“校企聯(lián)合”的創(chuàng)新與實踐教 學模式
根據專業(yè)培養(yǎng)目標,充分關注行業(yè)、企業(yè)需求,密切校企合作,建立了“校內+校外”、“校企聯(lián)合”的創(chuàng)新與實踐教學模式。
1)有效利用校內資源,將教學實踐與實際生產環(huán)境有機融合。網絡工程專業(yè)依托大連工業(yè)大學網絡中心開展校級實踐活動,將教學實踐落實到生產現場,開展從校網絡中心到教育網地區(qū)中心全方位的教學實踐活動。在這個過程中,既可以引入網絡中心具有豐富實踐經驗的教師承擔認識實習、操作實習、畢業(yè)設計等實踐教學任務,將網絡中心技術人員的工程實踐經驗更好地融入到教學環(huán)節(jié)中,還可以引導學生參與勤工儉學,通過承擔一定的網絡維護開發(fā)等活動,有意識地引導學生參與專業(yè)實驗室、學校網絡的建設維護工作,提高學生的專業(yè)認知和動手能力。通過上述方式,將網絡工程專業(yè)的教學實踐融入實際的生產環(huán)境中,使學生學以致用,既深化了對專業(yè)理論的理解,也提高了學生的工程實踐能力,突出了網絡工程專業(yè)的工程特點。
2)擴大校企合作。根據行業(yè)、企業(yè)需求,結合學校實際,筆者重新定位網絡工程專業(yè)方向,建立了“企業(yè)崗位定制”教學;同時,加強校企教師的雙向培訓機制,與企業(yè)在學生和師資培養(yǎng)等方面建立長期穩(wěn)定的合作關系。在圖1所示的四個層次實踐課程體系中,強調培養(yǎng)過程中的企業(yè)參與,將企業(yè)的實際項目引入專題訓練環(huán)節(jié),實現學校和企業(yè)的無縫接軌。
3)支持學生參與創(chuàng)新科學研究,推行產學研聯(lián)合培養(yǎng)的“導師制”。從大學一年級入學開始,即進行專業(yè)介紹和行業(yè)發(fā)展規(guī)劃,逐步引導和培養(yǎng)學生的專業(yè)興趣和方向,鼓勵本科學生參與科技創(chuàng)新實踐活動,建立“導師制”師生研究室。教師帶領本科生積極開展科研創(chuàng)新實踐活動,建立了課內與課外相結合的創(chuàng)新與實踐教學模式。目前,網絡工程專業(yè)學生已參加了多項國家級大學生創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)項目,科研實踐能力大幅提升。
4)積極開展專業(yè)競賽,以賽促學。引導學生積極參加各種專業(yè)競賽,以優(yōu)秀獲獎學生為榜樣,帶動更多的學生積極向上、銳意進取。同時,通過聯(lián)合開辦的思科網絡技術學院、紅帽學院,鼓勵學生考取思科認證網絡工程師(CCNA)、思科認證網絡高級工程師(CCNP)等行業(yè)國際資格認證,極大地調動了學生的積極性和學習熱情,也增強了學生的就業(yè)競爭力。
6 結論
物聯(lián)網和移動互聯(lián)網技術的蓬勃發(fā)展為傳統(tǒng)網絡工程專業(yè)建設帶來了新的機遇,本文討論在“新互聯(lián)網”時代背景下,以《物聯(lián)網“十二五”發(fā)展規(guī)劃》和《卓越工程師教育培養(yǎng)計劃》為契機,將物聯(lián)網技術、移動互聯(lián)網技術與高校傳統(tǒng)網絡工程專業(yè)建設有機融合,通過整合教學資源、擴展專業(yè)內涵、優(yōu)化教學體系、建立創(chuàng)新實踐教學模式等一系列舉措,大力加強學生實踐能力的訓練,探索了一條以行業(yè)需求為目標,培養(yǎng)基礎扎實、實踐能力強、富有創(chuàng)新精神和團隊意識的復合型、應用型網絡工程人才的新思路。
參考文獻
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2009年8月總理在無錫視察時提出“感知中國”后,同年11月溫總理在人民大會堂向科技界發(fā)表《讓科技引領中國可持續(xù)發(fā)展》的講話,指出國家重點發(fā)展的五大戰(zhàn)略性新興產業(yè),其中就包括物聯(lián)網關鍵技術。在此背景下,為積極參與“感知中國”及物聯(lián)網關鍵技術的研究以及擴大在物聯(lián)網領域人才培養(yǎng)方面的優(yōu)勢,2009年9月全國高校首家物聯(lián)網學院在南京郵電大學成立。2010年初,教育部下達了物聯(lián)網專業(yè)申報通知,全國眾多高校積極申報,最終全國共有37所高校獲準開設物聯(lián)網工程及相關專業(yè)。
一、物聯(lián)網涉及的關鍵技術分析
物聯(lián)網是互聯(lián)網的應用拓展和網絡延伸,它利用感知技術對現實物理世界進行感知,通過網絡傳輸,進行數據挖掘、分析、決策,最終實現人與人、人與物、物與物之間的信息交流和無縫對接,達到對物理世界進行管控、決策的目的。物聯(lián)網產業(yè)包括傳感器、射頻識別(RFID)為主的感知制造業(yè),通信網絡設備制造、傳感器網絡設備制造以及機器到機器(M2M)網絡設備制造等為主的基礎網絡制造業(yè)和提供網絡傳輸、信息處理以及運營服務等的應用服務業(yè)等。因此,物聯(lián)網可以分為三個層次:感知層、網絡層和應用層。
1.感知層關鍵技術
感知層是物聯(lián)網的最底層,主要負責物品的標識、信息感知采集,主要是由基本的感知器件完成,包括RFID、二維碼、傳感器、紅外感應等。該層的關鍵技術包括:傳感器網絡、射頻技術、傳感器技術。
2.網絡層關鍵技術
網絡層負責物聯(lián)網感知層感知信息的接入、融合、交換與傳遞,在物聯(lián)網三層架構中起到承上啟下的作用,是實現數據交互、物物相連的關鍵。物聯(lián)網最終將實現異質網絡互聯(lián)互通,因此通信技術將是網絡層的核心技術,包括藍牙、ZigBee、WiFi、GSM、CDMA、GPRS等相關技術。
3.應用層關鍵技術
應用層對經網絡層傳輸過來的感知信息進行處理,主要由業(yè)務支撐平臺、服務支撐平臺、網絡管理和信息處理平臺等構成,共同完成信息的計算、分析、存儲、挖掘等功能,供用戶使用和決策。核心技術包括云計算、中間件技術、海量數據存儲、檢索以及虛擬技術等。
二、物聯(lián)網工程專業(yè)培養(yǎng)目標與教學體系關系研究
1.正確處理好物聯(lián)網工程專業(yè)培養(yǎng)目標與社會人才需求關系
物聯(lián)網工程專業(yè)是一門綜合型、交叉型、跨學科的新型學科,涉及信息的感知、處理、傳輸、應用等關鍵技術。物聯(lián)網工程專業(yè)以通信和計算機技術為基礎,專業(yè)知識涉及通信、電子、自動化、計算機、安全等多個專業(yè),目標在于培養(yǎng)掌握多學科基礎知識和物聯(lián)網相關理論、技術,適應物聯(lián)網產業(yè)需要的應用、開發(fā)、管理方面的復合型人才。目前社會對于物聯(lián)網方面的專業(yè)人才需求非常大,但各個行業(yè)需求所涉及的領域各不相同,有智能交通、智能電網、智能農業(yè)、智能水利、智能安防、智能服務等各個領域。因此,各高校在培養(yǎng)過程中一定要定位清晰,不然培養(yǎng)出來的人可能是懂得多但是不精,不是社會真正需要的專業(yè)人才,尤其是跨專業(yè)復合型人才。
2.正確處理好物聯(lián)網工程專業(yè)教學體系和其他相關專業(yè)教學體系的關系
現在許多高校將物聯(lián)網工程專業(yè)掛靠在計算機學院、通信學院等相關院系,或在計算機學院或通信學院等相關院系基礎上成立物聯(lián)網學院,擬開設十幾門冠以“物聯(lián)網”技術的課程,脫離計算機、通信相關專業(yè)的相關教學體系。筆者認為,這樣的課程設置是有待商榷的。從物聯(lián)網技術背景來看,通信、計算機是物聯(lián)網技術發(fā)展的基礎,物聯(lián)網是計算機科學與技術、電子科學與技術、網絡工程、自動控制、數學和物理公共學科、通信工程、信息安全等多種學科緊密結合,在具體技術應用中的產物。因此要正確處好物聯(lián)網工程專業(yè)的課程設置與相關專業(yè)的課程設置之間的關系。
3.根據學校辦學特色,正確處理好理論教學與課程實踐的關系
國內高校經過近幾十年的發(fā)展,每所高校在相關的學科建設方面都有各自的強勢學科、優(yōu)質師資以及良好的實驗教學環(huán)境,有別于其他高校的教學特色。例如南京大學在計算機系統(tǒng)教學和體系結構研究方面具有優(yōu)勢;東南大學在RFID技術研究應用方面具有優(yōu)勢;北京郵電大學在WSN應用研究方面具有優(yōu)勢。因此在物聯(lián)網工程專業(yè)建設過程中,各個學校應該充分發(fā)揮自己的專業(yè)優(yōu)勢,因地制宜,揚長避短,尋找適合自身特點和專長的方向進行教學和研究,形成不同的物聯(lián)網工程專業(yè)特色。
在物聯(lián)網高速發(fā)展的今天,高校培養(yǎng)的物聯(lián)網工程專業(yè)學生要能夠滿足社會對物聯(lián)網專業(yè)人才的需求,這就要求高校在專業(yè)培養(yǎng)目標、教學體系設計、課程設置上緊跟物聯(lián)網技術發(fā)展、企業(yè)需求、社會進步。
參考文獻:
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2物聯(lián)網工程專業(yè)實踐體系的建設
物聯(lián)網傳感層、通信傳輸層與應用層等是關鍵技術知識,對這些知識的傳授是建設好物聯(lián)網專業(yè)實踐體系的基礎.通過實踐感受物聯(lián)網的行業(yè)應用和感知、處理、通訊、控制各個部分的工作過程;通過對支撐物聯(lián)網的各種硬件設備、軟件資源、開發(fā)平臺、研究平臺和對物聯(lián)網條件下的電子商務應用的使用、開發(fā)并進行應用型的實驗、研究、探索,從而支撐該專業(yè)創(chuàng)新型的研究、開發(fā)和應用.案例教學法從對學生進行素質教育和培養(yǎng)創(chuàng)造能力的角度入手,彌補了傳統(tǒng)教學法的不足,與傳統(tǒng)教學法相比,它具有以下幾個鮮明的特點:1)強調學生學習的主動性和積極性;2)重視學生分析問題、解決問題的能力培養(yǎng);3)注重教師在教學中的“導演”作用.
2.1注重專業(yè)能力的培養(yǎng)是培養(yǎng)人才的重要工作全方面的能力包括對知識的掌握能力,對學科的分析能力、創(chuàng)新能力以及對事業(yè)的專注力.物聯(lián)網工程專業(yè)的實踐能力,要求學生掌握專業(yè)的基礎知識與理論,對科研儀器及設備的使用能力,必要的工程輔助能力,例如:輔、設計性軟件及儀器儀表的使用,論文與申請書的撰寫等都是必不可少的.
2.2能力的培養(yǎng)是漸進式的培養(yǎng)過程遵循一個普遍的規(guī)律,即動手實踐—發(fā)現問題和思考問題—設法解決問題—總結歸納—形成科學觀點.作為新專業(yè),物聯(lián)網工程專業(yè)結構具有多學科性特點:因其多學科的特點,以案例教學方式構建實踐體系是最合適的一種體系結構.將多門課程、多個學科以項目案例式進行教學,課程、學科適當地交叉在一起,有機結合起來,以實現對學生全方位專業(yè)能力的培養(yǎng).例如:完成一個基于嵌入計算機控制甚高頻的設計與實現,要完成這一任務,需要掌握哪些理論與知識,要有哪些能力,要用到哪些儀器與設備,各種需求書如何撰寫等,都可以做一案例教學好好設計,好好實施.首先,將各類實踐,無論是課程實驗、課程設計、多知識與多課程綜合實踐、設計性實踐,都以案例教學的方式進行設計、實施;其二,要夯實基礎,把課程內的認識實驗、驗證性實驗,以案例教學的方式,實現對專業(yè)知識的掌握、分析能力的提高、儀器的正確使用;要加強科研儀器的準確使用以及工程輔助能力的培養(yǎng);其三,加強研究性基本功的訓練,即素質教育訓練,探討科研現狀描述的訓練,為科研而需要的動手能力訓練以及以科研教學的小科研項目訓練.(本文來自于《西南師范大學學報自然科學版》雜志?!段髂蠋煼洞髮W學報自然科學版》雜志簡介詳見)
2.3在基礎實踐、軟件工程開發(fā)和硬件開發(fā)上完善專業(yè)素質在基礎實踐案例方面,如完成一個低頻放大器的實驗,所涉及的知識有基爾霍定律、疊加原理、諾頓定理;要求掌握的專業(yè)測量方法有交流或直流電壓、電流,放大倍數,輸入、輸出電阻,放大器頻率特性、功率等;會使用的儀表及儀器有電壓、電流表、示波器、毫伏表、函數發(fā)生器、頻率計等.以軟件工程開發(fā)為例,基于物聯(lián)網工程軟件開發(fā),通信協(xié)議、接口非常重要,軟件需求、軟件開發(fā)平臺工具、軟件架構、軟件測試都有諸多的知識與實踐能力需要掌握.由于軟件的規(guī)模越來越龐大,其所涉及的技術與管理機制也遠非單個程序員可以獨立完成,畢竟單個程序員很難同時擁有所有軟件開發(fā)的知識、技術、素質和背景.因此,團隊的分工協(xié)作成為了當今軟件開發(fā)的主流.軟件開發(fā)團隊不是簡單的人員疊加,而是以架構師為核心,個人有不同的角色分工(如分析、涉及、測試、管理和支持等角色),以木桶原理作為團隊質量控制總量協(xié)作單元.在硬件開發(fā)方面也同樣用案例的方式,首先要讓學生學會使用科研儀器儀表,比如要求學生正確使用示波器,可以提出諸如如何利用示波器測量電感的電感量及內阻等命題,讓學生在實際操作中熟練地使用各種儀器儀表;然后還必須讓學生學習如何使用Protel,AUTOCAD等基礎應用軟件和進行焊接技術的訓練,這兩項可同時進行;接下來可以讓學生通過參與具體的科研課題,使他們能熟練掌握器件選擇的方法,PCB板的制作方法,項目的成本核算等,使學生能對整個項目的進程和實施有更深入的了解和能力上的全面提升.從以上的分析可以看出,物聯(lián)網工程專業(yè)實踐體系的建立,首先要有改革的信念與決心;其二是要有雙師型的教學隊伍;其三要構建并寫好關于物聯(lián)網工程專業(yè)的各類實踐教材;最后就是認真貫徹.這樣才能培養(yǎng)出適應社會需求的、合格的物聯(lián)網工程專業(yè)人才.
前言
物聯(lián)網技術作為信息產業(yè)發(fā)展的第三次革命,涉及的領域廣,其理念也日趨成熟。從整體來看,中國物聯(lián)網市場主要份額有智能工業(yè)、智能物流、智能交通、智能電網、智能醫(yī)療、智能農業(yè)和智能家居等行業(yè)。2009年8月,“感知中國”的講話把我國物聯(lián)網領域發(fā)展推向了,我國在無錫建立了“感知中國”研究中心,中國科學院、電信運營商和多所大學在無錫建立了物聯(lián)網研究機構,越來越多的行業(yè)和企業(yè)需要物聯(lián)網技術人才,加大物聯(lián)網工程技術各級人才培養(yǎng)力度,已經成為當前職業(yè)教育相關專業(yè)改革與發(fā)展的一項重要和緊迫任務,中職業(yè)學校的計算機網絡技術專業(yè)課程的設置應該著眼于社會的發(fā)展需要,增加在物聯(lián)網技術應用型人才培養(yǎng),在課程設置、教學內容以及實訓上增加物聯(lián)網技術的知識與技能實訓,培養(yǎng)既掌握計算機專業(yè)的知識技能,又懂得物聯(lián)網技術的復合型技術人才,適應社會信息化產業(yè)新趨勢的發(fā)展。
1中職物聯(lián)網技術專業(yè)現狀
目前,全國大多數本科、高職院校都開設物聯(lián)網工程技術專業(yè),并把該專業(yè)作為重點規(guī)劃和發(fā)展專業(yè),學科知識體系及課程設置都在研究與探討,物聯(lián)網專業(yè)教學與實訓處在摸索、實踐階段,沒有成熟的體系、成功的經驗可以借鑒。中職學校也積極創(chuàng)造條件開設物聯(lián)網技術應用專業(yè),但是物聯(lián)網技術是多個學科技術交叉融合的新興發(fā)展技術,主要涉及計算機網絡技術、計算機軟件開發(fā)和電子技術等綜合的學科應用,而大多數中職學校學科體系不夠完善、受學制,專業(yè)師資和教學實訓設備等因素限制,如何在學校現有師資、課程、實訓設備的基礎上,創(chuàng)建能滿足物聯(lián)網產業(yè)企業(yè)的需求、又具有本校特色的物聯(lián)網專業(yè),是各個學校急需解決的問題。在物聯(lián)網技術專業(yè)的建設與人才培養(yǎng)上采用兩步走的方式來實現:第一步,各中職學校將結合學校學科專業(yè)體系的特點與優(yōu)勢在電子技術應用、計算機網絡技術、計算機軟件技術專業(yè)增加物聯(lián)網技術方向的基礎課程和實訓課程,進行探索與實踐。第二步,整合相關專業(yè)教學實踐、教學資源,制定統(tǒng)一、完善的物聯(lián)網專業(yè)課程體系和人才培養(yǎng)方案,使之形成一個整體。
2物聯(lián)網技術的專業(yè)課程設置
目前,計算機網絡技術專業(yè)所開設的專業(yè)課程與教學實踐都是基于普通計算機之間互聯(lián)的網絡工程技術,而物聯(lián)網是物與物相連的互聯(lián)網,是互聯(lián)網的延伸,物聯(lián)網技術是多個學科技術交叉融合的新興發(fā)展綜合技術。主要涉及電子技術、網絡技術和軟件技術等綜合的學科應用技術,知識系統(tǒng)非常龐大,必須進行研究與梳理,依據人才培養(yǎng)的目標定位,考慮中職學制與學生學習能力,根據網絡專業(yè)的課程架構與知識體系,合理組織增加物聯(lián)網技術的知識,進行適時課程的設置調整,根據物聯(lián)網技術系統(tǒng)層次結構特點和關鍵技術,課程設置如圖1所示,使學生掌握新的知識與技術,從而擴大就業(yè)面,提升在就業(yè)中的優(yōu)勢而計算機網絡技術專業(yè)標準課程設置中已經涵蓋了物聯(lián)網技術網絡層知識領域,只需要增加的主要是物聯(lián)網感知層和應用層的相關核心課程。具體是在專業(yè)基礎課增加《物聯(lián)網技術導論》,專業(yè)課上增加感知層《傳感技術與檢測》、《RFID技術與應用》、《傳感網組網技術》課程和《網站建設與管理》、《數據庫的應用技術》應用層課程。
3物聯(lián)網技術實訓體系設置
對于中職學生而言,物聯(lián)網技術應用的定位應體現在工程實踐性,學生需要有知識理論的學習,更要注重工程能力的實踐,根據物聯(lián)網工程的工作過程構建實踐體系,設計教學實訓內容,注重培養(yǎng)學生實際工程的應用技能,根據物聯(lián)網技術專業(yè)課程的設置,結合計算機網絡技術專業(yè)的實訓教學與設施情況,確定物聯(lián)網技術專業(yè)課程的實訓體系,確定實訓教學的內容。(見表1)
4物聯(lián)網技術教學實訓的實踐
中職計算機網絡技術專業(yè)受學制(三年)和學生學習能力、實訓條件、師資等因素限制,課程調整的空間較小,在明確專業(yè)人才培養(yǎng)定位,根據網絡專業(yè)的課程架構與知識體系,合理組織增加物聯(lián)網技術的知識教學與實訓,系統(tǒng)的增加物聯(lián)網技術的知識,適當調整專業(yè)課程,一方面將物聯(lián)網傳輸層新技術與知識“嵌入”到原有的課程教學中,比如:將傳感器技術和RFID技術知識作為電子技術基礎的內容,無線傳感網組網技術加入到網絡課程中,將數據庫技術知識融入網站建設與管理課程中。另一方面,進行適時課程的設置調整,在有限的學時上增加《物聯(lián)網技術應用》課程教學與實訓,進行典型的應用系統(tǒng)綜合實訓,如智能家居與智能安防監(jiān)控綜合實訓。
5物聯(lián)網技術實訓室設計
計算機網絡技術專業(yè)建設有完善的網絡布線實訓室、網絡設備配置實訓室、系統(tǒng)搭建實訓室、網絡安全實訓室,能完成網絡工程的實踐教學實訓。物聯(lián)網技術實訓室可以對原有的網絡工程實訓室進行改造,規(guī)劃和購置物聯(lián)網實訓模塊設備,模擬物聯(lián)網應用工程環(huán)境和實際應用環(huán)境,構建“理實一體化”物聯(lián)網技術應用實訓室,拓展原有實訓室的功能,提供課程教學實訓從理論知識學習、講解到演示、基本技能訓練、工程項目實踐等多層次教學實踐。借鑒網絡技術的項目教學實踐體系,根據物聯(lián)網工程的工作過程構建實踐體系,設計教學實訓內容,注重培養(yǎng)學生實際工程的應用技能。因此,通過物聯(lián)網技術專業(yè)課程、實訓體系設置、實訓實踐及實訓室建設的研究和探索,我們可以在中職計算機網絡技術專業(yè)增加物聯(lián)網技術的知識與技能實訓,培養(yǎng)既掌握計算機網絡專業(yè)的知識技能,又懂得物聯(lián)網技術的復合型技術人才,擴寬計算機網絡專業(yè)的學生就業(yè)渠道,提高學生就業(yè)競爭力。
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物聯(lián)網導論作為新興復合型學科“物聯(lián)網工程”的入門引導課程,旨在引導學生對物聯(lián)網專業(yè)知識內涵建立起整體認識,為后續(xù)課程的學習打下基礎。由于物聯(lián)網導論兼?zhèn)淅碚撔耘c實踐性,知識覆蓋面廣,加之學生認識偏差和學習方法等主觀問題,能夠讓學生很好地掌握課程知識點并非易事。筆者結合實際教學工作,對教學過程中若干問題進行分析,探討提高課程教學質量的辦法與學習建議。
1 課程特點與存在問題
1.1 物聯(lián)網復合型學科涉及技術廣
從智慧地球到感知中國,物聯(lián)網是繼計算機、互聯(lián)網和移動通信之后的又一次信息產業(yè)浪潮。物聯(lián)網通過射頻識別、激光掃描、紅外感應器等信息傳感設備,按協(xié)議規(guī)范,把物品與物品之間以互聯(lián)網為基礎連接起來,進行信息交換資源共享,從而實現智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理[1]。在技術體系上物聯(lián)網融合了計算機科學、通信工程、微電子檢測、自動化等多門專業(yè)技術。如何將多門學科綜合起來,較好地運用于物聯(lián)網工程是掌握好這門專業(yè)的關鍵。物聯(lián)網作為典型交叉學科,涉及技術廣,因此在物聯(lián)網導論教學過程中必須貫穿以全局指導局部的思想,對教學內容進行整體優(yōu)化,力求為后續(xù)的技術學習構建一個基本知識框架。
1.2 教學對象一年級新生的特點
大學一年級學生初步涉及物聯(lián)網專業(yè)學習,了解專業(yè)知識總體較少,普遍欠缺動手能力,但是他們對新知識、新技術具有較強的好奇心和求知欲,因此物聯(lián)網導論在教學過程應該根據每名學生的特點合理組織教學內容,引導他們掌握了解相關基礎知識,理清物聯(lián)網專業(yè)課程體系的基本脈絡,通過綜合運用各種教學手段,調動學生的學習積極性。與此同時,培養(yǎng)他們的職業(yè)素養(yǎng)、職業(yè)道德,為今后的學習與工作打下良好基礎。
1.3 教學過程中教師的自我完善
物聯(lián)網工程作為新興的研究領域,面臨著涉及專業(yè)多、學科建設不成熟、課程體系有待完善和高校缺乏能夠全面掌握實踐教學的師資隊伍等問題,因此對這門學科的任課教師提出了更多要求。教師在授課之前必須充分備課,通過自學、參加培訓、教研探討、學術交流等多種方式擴充自身知識結構,不斷更新自我認知內容,并且要根據學生提問、師生交流、平時作業(yè)、考試等環(huán)節(jié)的反饋信息,及時調整教學內容,改進教學方法,保證教學質量。
2 教學方法思考與探討
2.1 注重系統(tǒng)性教學
物聯(lián)網導論課程內容豐富,各部分知識點要求程度并不相同,在教學過程中應注重系統(tǒng)性授課。(1)突出重點,把握好內容難易程度適中,運用多樣化教學方式。例如:物聯(lián)網歷史、研究現狀、應用案例等內容可以作為一般性介紹,而在物聯(lián)網的技術基礎、信息處理與軟件服務等方面則要重點介紹。(2)在講授新知識點時,應盡量避免過多使用專業(yè)詞匯。由于物聯(lián)網導論課程內容比較抽象,新生還不能掌握大多數專業(yè)詞匯,如果過多使用會增加學生理解的難度。如果遇到必須掌握的專業(yè)詞匯,比如射頻識別(Radio Frequency IDentification,RFID),則在教學過程中必須對縮寫詞原文、詞匯含義、主要特點、運用領域等內容做出合理的解釋說明。(3)在教材選擇上應避免使用過于簡單或過于復雜的教材。由于物聯(lián)網專業(yè)剛剛設立,在教材和參考資料上相對比較欠缺,所以教材選擇一定要根據學生的實際情況和教學效果綜合考慮,力求通俗易懂,比如一些專著,雖然內容、組織論證非常好,但作為一年級新生專業(yè)入門教材并不太適合,可以選擇一些具有引導作用的入門性優(yōu)秀教材。
2.2 教學方式多樣化
由于一年級學生知識掌握程度參差不齊,而且物聯(lián)網導論課程內容比較抽象,如果采用單一的授課方法,很難達到預期的教學效果,可能對學生的后續(xù)課程學習產生消極的負面影響,甚至會讓他們產生厭學情緒。因此,多樣化教學方式應該貫穿于整個授課過程。
2.2.1 案例式教學
通過直觀方法分析抽象的內容,把實際生活案例編織到教學內容中,以案例帶動知識點。例如:在介紹ZigBee技術[2]時,可以引入世博園中運用ZigBee無線技術實現無線路燈控制案例;在介紹物聯(lián)網與傳感關系時,可以引入上海浦東機場防入侵系統(tǒng)傳感節(jié)點如何感應物品、傳輸數據等成功案例。
2.2.2 啟發(fā)式教學
啟發(fā)式教學是把學生被動性學習轉變?yōu)橹鲃有詫W習的一種方式,將課程內容歸納提煉,提出問題啟發(fā)學生思考,從而提高學生分析問題和解決問題的能力。例如在分析中間件技術時,讓學生通過學習教材、研討、資料查閱等多種形式了解目前在物聯(lián)網里主要有幾種中間件技術[3],例如:RFID,WSN,設備中間件,軟硬件關系等,從而達到對問題的充分認識,得到解決實際問題的方法,最后在教師的指導下圓滿解決問題。
2.2.3 交互式教學
運用多媒體教學環(huán)境輔助教學。例如在分析物聯(lián)網中的移動技術時,對比802.20廣域網技術與3G技術[3],則可以使用多媒體以表格形式同時列出2項技術的主要特性,直觀對比2項技術特點。在講授物聯(lián)網底層技術—無線移動自組織Adhoc網絡[4]的移動節(jié)點兼具主機、路由、天線功能的這個知識點時,可以運用PPT等工具制作動畫,形象描述節(jié)點移動性、路由探測、天線覆蓋等過程。另外,在授課時隨時解決學生提出的問題,以免影響學習效果,保證教學質量的提高。
2.2.4 多元化課外輔導
構建課堂之外的教學環(huán)境,例如:精品課程網站、遠程輔導、網絡教室、網上討論輔導平臺BBS、電子圖書等網上教學資源,打破傳統(tǒng)課堂教學時間和空間受限的弊端,可以通過計算機、掌上電腦、手機等終端通信設備隨時隨地進行教學,為學生課余提供一個自主學習、思索、討論的開放空間。
2.3 通過實驗突出專業(yè)特點
物聯(lián)網工程作為實踐性很強的工科學科,實驗是教學中的必備環(huán)節(jié)。學生通過實驗操作的感性認識可以加深對理論知識的理解。在實驗教學過程中應該注意以下幾方面。
(1)實驗內容應該豐富多樣。例如大部分物聯(lián)網專業(yè)學生都有自己的筆記本電腦,在講解物聯(lián)網中對等式網絡時,為加深學生對技術的認識,可讓學生開啟無線網卡,配置對等式模型,實現小型對等式無線局域網搭建實驗;在講解無線個人區(qū)域網時,可以讓學生運用手機中的藍牙通信功能進行數據傳輸,進一步了解無線個人區(qū)域網的特點,如10米內傳輸、傳輸速度、主從節(jié)點關系等;在講解物聯(lián)網安全知識時,可以演示一些趣味防御實例,調動學生的學習積極性。(2)在實驗環(huán)節(jié)設計時必須精心選題,突出專業(yè)特點。實驗題目應具有代表性,知識點覆蓋全面。例如在講解傳感器感知知識時,可以選擇圖像采集、鍵盤與顯示屏模擬感知等典型實驗[5]。(3)可以組織小組互助。實驗前對學生進行分組,合理搭配小組成員,并選出組長。實驗過程中遇到問題時可以讓學生先在小組內討論,養(yǎng)成主動積極的學習態(tài)度。(4)組織豐富多彩的集趣味性、專業(yè)性于一體活動,讓學生在一起交流學習心得和方法,并可以去實習基地實踐,提高實際運用能力。
3 結束語
物聯(lián)網作為一項戰(zhàn)略性新興產業(yè),在國內剛剛起步,并飛速發(fā)展。據CCID預測,未來3年內我國將有50萬物聯(lián)網人才缺口,因此高校教育任重道遠?!拔锫?lián)網工程”已經逐步成為一門重要學科,物聯(lián)網導論肩負著如何把“物聯(lián)網工程”專業(yè)新生引入物聯(lián)網科學殿堂的重任。在教學過程中必須不斷地改革和完善教學模式,積極探索、研究并推廣教學方法,調動學生主動學習的積極性,著力理論與實踐的雙向培養(yǎng),達到本課程的教學目的,指導后續(xù)課程的學習,培養(yǎng)出社會急需的高級物聯(lián)網專業(yè)人才。
參考文獻
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中圖分類號:G712 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)32-0190-03
一、引言
2011年,南京信息職業(yè)技術學院正式成立物聯(lián)網應用技術專業(yè),2012年該專業(yè)成為國家骨干高職院校重點建設專業(yè)。按照《教育部、財政部關于確定“國家示范性高等職業(yè)院校建設計劃”骨干高職院校立項建設單位的通知》(教高函[2010]27號)文件要求,國家骨干高職院校應著力推進辦學體制機制創(chuàng)新,增強辦學活力,以專業(yè)建設為核心,強化內涵建設,提高人才培養(yǎng)質量,帶動本地區(qū)高等職業(yè)教育整體水平提升。高職專業(yè)建設的理念最終要通過課程來實現,專業(yè)核心課程的建設水平,是衡量專業(yè)建設水平的一個重要指標。同時教育部《關于全面提高高等職業(yè)教育教學質量的若干意見》(教高[2006]16號文件)指出:高等職業(yè)院校要積極與行業(yè)企業(yè)合作開發(fā)課程,根據技術領域和職業(yè)崗位(群)的任職要求,參照相關的職業(yè)資格標準,改革課程體系和教學內容。建立突出職業(yè)能力培養(yǎng)的課程標準,規(guī)范課程教學的基本要求,提高課程教學質量。由此可見,高職的課程標準建設是課程建設的關鍵,是高職院校提高人才培養(yǎng)質量,帶動本地區(qū)高等職業(yè)教育整體水平提升的一項重要任務?!拔锫?lián)網項目綜合實務”課程作為物聯(lián)網應用技術專業(yè)的專業(yè)核心課程之一,在大三學年第一期開設,是重要的崗位能力課程,是對前序課程的綜合運用,也是對畢業(yè)生職業(yè)能力的提升。該課程首次在全國開設,具有較強的探索性。
二、物聯(lián)網項目綜合實務課程標準制定原則
1.以職業(yè)能力培養(yǎng)為導向,融入職業(yè)標準。課程面向學校所在區(qū)域培養(yǎng)物聯(lián)網技術專業(yè)群應用型人才,在課程標準建設中堅持以就業(yè)為導向,緊緊圍繞學生未來的職業(yè)崗位,著眼于從事具體職業(yè)崗位工作所需的核心職業(yè)能力,根據能力要求來設計具體課程內容,保證教學內容與崗位核心能力的要求相吻。同時課程以項目為依托導向、采取一體化的教學模式,保證職業(yè)資格證書考試標準與課程標準全面接軌。
2.基于工作過程,突出工學結合。課程開發(fā)要基于工作過程,充分體現工學結合的特點,以真實的工作任務為載體來實施課程整體設計。
3.校企合作、共同開發(fā)。企業(yè)合作進行課程及課程標準的開發(fā),根據企業(yè)實際需求,制定課程教學內容,從而保證培養(yǎng)一線實用型技術人才的質量。
4.立足現實,保證可實施性。課程標準開發(fā)立足專業(yè)基礎、實訓條件和教學團隊力量,確保課程的可實施性。
三、課程標準開發(fā)流程
為保證課程標準科學和有效,需要對開發(fā)過程進行控制,課程標準開發(fā)的控制流程如下:市場需求調研崗位分析工作任務分析職業(yè)能力要求分析課程標準編寫課程標準審核課程標準修訂。在課程標準開發(fā)過程中,積極與行業(yè)、企業(yè)、合作辦學單位開展調研合作,始終遵循課程標準制定原則和課程標準開發(fā)流程。
四、物聯(lián)網項目綜合實務課程標準
物聯(lián)網項目綜合實務的課程標準基本框架構成如下:課程定位、課程目標、課程設計思路、課程內容與教學要求、考核評價、課程實施等。
1.課程定位。本課程是物聯(lián)網應用技術專業(yè)的崗位能力課程。通過本課程的學習,學生可以了解物聯(lián)網項目建設相關崗位所需的基本概念和工程管理基礎知識,能夠根據客戶需求編寫物聯(lián)網項目設計方案,能夠進行物聯(lián)網設備的選型和采購,能夠完成物聯(lián)網工程施工和調試,能夠完成對物聯(lián)網項目的功能測試,能夠進行系統(tǒng)故障判斷與維修,為將來從事物聯(lián)網工程項目相關工作打下堅實的基礎。課程學習后應達到“物聯(lián)網應用工程師”資格證書的基本要求。物聯(lián)網是一個綜合的領域,所涉及的行業(yè)種類繁多,確定課程建設的方向尤為重要,基于物聯(lián)網應用領域和學院基礎的分析,我們選取了智能家居這個行業(yè)作為本課程的建設內容落腳點。課程以一個真實的智能家居系統(tǒng)項目入手,按照物聯(lián)網項目的建設進度流程,依次引入物聯(lián)網項目的立項,物聯(lián)網設備或產品的采購,物聯(lián)網設備的安裝,物聯(lián)網設備的調試,物聯(lián)網系統(tǒng)的維護和管理等幾個工作任務。
2.課程目標??傮w目標面向物聯(lián)網應用系統(tǒng)集成和調試工程師、物聯(lián)網設備銷售經理工程師、物聯(lián)網設備安裝工程師、物聯(lián)網項目運營師、物聯(lián)網高級監(jiān)理師等工作崗位,針對“智能家居”物聯(lián)網工程項目的項目設計、設備選型與采購、設備安裝與調試、系統(tǒng)維護等典型工作任務,著力培養(yǎng)學生物聯(lián)網工程項目相關崗位的職業(yè)能力,培養(yǎng)正確的工作態(tài)度,養(yǎng)成良好的職業(yè)習慣。課程目標分為知識目標、技能目標和素質培養(yǎng)目標。(1)知識目標。了解物聯(lián)網工程項目的建設過程、熟悉物聯(lián)網工程項目各個階段的特點及任務,了解物聯(lián)網工程項目產品選型與采購的相關知識,熟悉物聯(lián)網工程項目的安裝調試和運行維護方法,了解施工圖的識讀方法。(2)技能目標。①能夠根據客戶需求和現場勘測設計項目方案;②能夠進行物聯(lián)網設備的選型;③能夠根據需求進行設備的采購;④能夠根據相關的技術標準在工程現場對設備進行安裝;⑤能夠對設備進行調試,對一般故障進行現場排查與處理;⑥能夠根據設計方案和驗收標準對工程進行測試和驗收;⑦能夠根據工程圖紙指導施工;⑧能夠使用相關軟硬件設備和工具對系統(tǒng)運行狀態(tài)進行檢測與維護;⑨對物聯(lián)網系統(tǒng)的日常數據進行統(tǒng)計與匯總,并能根據數據判斷物聯(lián)網項目的運行狀態(tài)。(3)素質養(yǎng)成目標。國家教育部在教高[2006]16號文件中指出,高職的培養(yǎng)目標規(guī)定為“為社會主義現代化建設培養(yǎng)千百萬高素質技能型專門人才”,因此在注重培養(yǎng)職業(yè)技能的同時,還應該注重職業(yè)素質的培養(yǎng)。因此課程的素質目標確定為:良好的精神狀態(tài)和樂觀進取的工作生活態(tài)度,良好的職業(yè)道德素質、敬業(yè)精神、良好的團隊協(xié)作精神和意識,永不滿足的創(chuàng)新精神以及良好的自我身心調控能力等。
3.課程內容。課程在內容設計方面突出體現職業(yè)能力培養(yǎng),緊緊圍繞完成工作任務的需要來選擇課程內容,從“任務與職業(yè)能力”分析出發(fā),打破傳統(tǒng)的知識傳授方式,以“項目”為主線,構建工作情景。課程內容以南京信息職業(yè)技術學院新技術體驗中心(別墅)智能家居項目案例構建了七個項目,分別是:項目一智能家居項目建設方案、項目二照明項目、項目三智慧家電項目、項目四智慧安防項目、項目五智慧監(jiān)控項目、項目六智慧門禁系統(tǒng)和智能家居管理項目。課程內容的每一個項目又有具體要求,表1是項目二智慧照明項目的具體實施要求。表1教學活動的設計既有利于教師教學的實施,具有切實的指導作用,同時有利于學生培養(yǎng)各種職業(yè)能力。
4.課程的教學評價。由于是任務引領下的學習方式,在完成任務的過程中,學習相關知識和職業(yè)技能,所以考核必須結合課程的授課特點,變一次性考核為過程考核,即在學生的整個學習過程中考察學生??傇u成績由課堂表現、項目實操、項目報告和理論考試綜合構成。具體考核內容和權重分配見下頁表2。
以上各項獨立評分,按比例記入課程總成績,對考核結果及時進行統(tǒng)計分析。
5.課程建設的保障。①教材及教學方法。通過文獻檢索和調研,目前本課程沒有現成的實例可以借鑒,需要根據市場調研、企業(yè)調研和參考相關資料編寫教材。在教材編寫過程中北京凌陽愛普科技有限公司和北京中訊威易科技有限公司的工程師給予了指導建議,并參與了部分內容的編寫。本課程授課時要注意理論和實際有機結合,采取一體化教學方法,在智能家居實訓室和智能家居體驗中心的環(huán)境中讓學生融入工作情景。同時還可以帶學生體驗物聯(lián)網實訓基地的煤礦人員定位系統(tǒng)及不停車系統(tǒng),帶領學生分析討論。教師在授課時應注意調動學生的積極性,讓學生自主學習,多采取分組布置任務、小組討論、任務驅動等教學手段,教師的任務主要是歸納、總結,知識的系統(tǒng)講解。②教師。教師需要通過自身的學習和培訓提高專業(yè)知識水平,可通過與物聯(lián)網企業(yè)的合作、實習提高教師的實踐能力。由于課程的工程性較強,課程內由企業(yè)工程師現場講解設備的安裝和調試的相關知識。企業(yè)工程師授課學時數不少于課程總學時的50%,企業(yè)工程師授課時校內教師作為助理,從而保證課程效果。③智能家居綜合實訓基地。作為課程實施的有力保障,智能家居綜合實訓基地分為智能家居實訓室和智能家居體驗中心兩部分。智能家居實訓室擁有9套物聯(lián)網工程實訓平臺,采用結構化實訓架作為實訓項目的“柔性工位”,實驗所用產品均接近實際應用系統(tǒng),能夠組建具有行業(yè)特色的物聯(lián)網工程實訓項目,確保學生可利用智能家居實訓室設備搭建真實物聯(lián)網項目。智能家居展示體驗中心是一套兩居室的樣板房,完全按照實際的家居環(huán)境設計,智能家居體驗中心將當前熱門和最有市場潛力的智能家居產品方案引進實訓基地,為高校師生接觸和研究當前先進技術搭建橋梁,讓學生了解所學習的專業(yè)知識在實際工程項目中的應用。
五、總結
提出了基于職業(yè)能力培養(yǎng)的物聯(lián)網項目綜合實務課程標準開發(fā)方案。該方案有利于提高學生的職業(yè)技能和職業(yè)素質。由于物聯(lián)網專業(yè)開設時間不長,在課程建設方面還有很多問題,如師資問題、教材問題等還需進一步的深入研究。
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