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真心地感興趣
在你考慮是不是要成為下一個“喬布斯”之前,第一需要思考的問題是:你是否真心喜歡這個行業,是否愿意長時間不跳槽。這個領域,人們常常只看到它光影十色、絢爛奪目的一面,而技術更新周期極短、競爭異常激烈、工作內容枯燥、繁瑣的一面,卻常常被忽視。如果你只是滿足于完成工作任務,那么你早晚會被此行業淘汰。這個行業需要精益求精、不斷革新,這樣的特點便決定了從業者必須在繁重的工作之余,也需不停地學習才能保證不被淘汰,才能實現長足的進步。因此,擁有濃厚的興趣是從事該行業的最重要動力。
基礎知識要扎實
這是個有“門檻”的領域,從最新的幾大網絡職業來看,無論是技術研發類工作,還是營銷服務類工作,都要求掌握該細分領域中所涉及的相關理論知識和應用技術。據該領域中的HR表示,專業人才是稀缺資源,不少應聘者連基礎知識都掌握得不夠扎實,即使勉強留用,日后碰上稍復雜的工作任務,效率立馬就降下來了。因為他需要不停地百度,不停地冥思苦想才能推進工作,這樣很讓人頭疼。所以,即使絕世武功,也需要從扎馬步、練架勢開始,不能好高騖遠丟了“根本”。
專業度要精深
IBM某程序開發工程師在自我總結中說,和所有迫切希望成為專家的新人一樣,想快速積累經驗和技術,會花很多時間關注所有行業內的新信息和新技術。但工作時間長了,才知道只有圍繞工作重點開展的學習才是最有效的。例如,手機應用程序開發包括:IOS應用開發、安卓應用開發、JAVA應用程序開發、C++應用程序開發等大家耳熟能詳的類別,做手機應用程序開發的人,大多知道其中一兩個類別,但都不夠專業。很多人都是在一個類別上遇到瓶頸和技術難關后,便轉向學習其他,逃避技術延伸學習方面的困難。
建立自己的業內社交圈
想要獲得長足的發展,光有技術上的積累還不夠。一個人的眼界有限,很多時候也需要和經驗十足的前輩或同行進行交流,從中找到解決問題的辦法。因此建立自己的工作社交網絡十分重要。在“新陳代謝”速度極快的領域中,與專業人士、圈內人士的溝通就變得不可或缺,保持一定的頻率的信息交流和互換,能有效地幫你提高解決問題的效率、拓展解決問題的思路,對你了解業內動態和前沿信息方面也十分有益。
關鍵詞:物聯網工程;TCP/IP協議;教學模式;應用驅動
近年來,物聯網(Intemet of Things)受到國內外工業界和教育界的重點關注。物聯網的概念由美國麻省理工學院于1999年提出,主要通過射頻識別(RFID)技術、無線傳感器、激光掃描儀、全球定位系統等信息傳輸設備,按照無線傳輸協議,將物品連接到互聯網進行信息傳輸,從而實現“物物相連”的應用目標。與傳統互聯網不同,物聯網更強調全面感知,即通過RFID、無線傳感器等感知體采集信息,同時通過無線網絡進行可靠傳輸,智能處理捕獲的信息,真正實現物與物的溝通。物聯網被認為是繼計算機、互聯網、移動通信之后的新一代信息產業化浪潮,深刻影響著人們的生活、工作方式,目前已在智能家居、環境監測、工業監控等領域成功應用。
在教育部首批戰略性新興產業相關本科新專業中,物聯網工程相關專業建設是信息技術與社會需求發展的必然要求,同時為計算機教育和計算機應用型人才培養提供了新的方向。該專業旨在培養能系統掌握物聯網相關理論和技能,具備通信、網絡、傳感技術等專業知識的高級工程技術人才。截止到2012年秋,全國經教育部批準開設物聯網工程專業的本科院校有135所。目前,物聯網工程相關專業的課程設置、培養模式、實驗配置、教材建設等內容尚處于探索和完善階段,同時,物聯網技術領域需要的從業人員數量急劇上升。
由于在技術特點方面,物聯網是互聯網、無線網絡、嵌入式軟件、傳感器技術的集成和整合,重點涉及高頻技術和通信協議棧等核心技術,對從業人員的知識儲備和實踐能力要求較高。但目前,國內相關專業多專注于單項技術的培育,對上述多種技術的聚合存在較大欠缺,需要根據物聯網技術的特點,對其課程內容進行升級和擴容。
TCP/IP協議分析是計算機網絡、通信相關專業的專業課,也是物聯網工程專業的核心課程之一。作為計算機網絡原理的后續課程,該課程側重于講述TCP/IP協議族的基本原理和核心技術,使學生對網絡互連的原理有更深刻的認識。對于物聯網,核心技術已由傳統的互聯網轉向無線網絡和無線通信,如zigBee無線網絡協議和IPv6協議。因此,對于物聯網工程專業,TCP/IP協議分析不僅要講述經典TCP/IP協議,更要側重物聯網環境下的無線網絡協議。顯然,要對TCP/IP協議分析的教學模式進行改革,使其滿足物聯網工程專業的培養需要。
1、教學現狀分析
TCPflP協議分析的主體是對TCP/IP協議族中各層協議的詳細介紹,增強學生對TCP/IP協議復雜機理的直觀理解。根據作者實踐教學總結,目前該課程存在如下問題。
1.1 授課內容偏重理論,與先期課程重疊過多
TCP/IP協議分析的核心是TCP/IP 4層模型及相關通信方式、時序等規則,一定程度上與計算機網絡原理課程重復,單純的理論闡述會導致學生失去興趣。此外,抽象講解各種協議的實現細節容易重復,如每個協議的組成部分幾乎一致,簡單重復很容易使學生感覺枯燥。
1.2 教學內容單一,缺少源代碼分析
通過分析TCP/IP的源代碼,有助于觀察協議實現細節,深化對協議的理解,提高網絡編程與內核開發技能,使學生具備根據需求修改協議棧的基本能力。然而,在實踐教學中我們發現,絕大多數TCP/IP協議分析教材集中于對協議的抽象分解,如采用示意圖的方式描述幀的封裝過程,在實驗教學中多采用數據包捕獲軟件分析協議的運行機理。這樣無法使學生真正理解網絡協議,將實際網絡協議的修改和應用與源碼的實現細節進行有效結合,造成理論與實踐應用脫節。以幀的封裝為例,Linux下數據包的統一數據結構為“struct sk_buff”,所謂的封裝和解封是該結構體中頭尾2個指針的移動,這個機制簡單,但充滿了技巧,如果不閱讀源代碼,理論和應用之間始終存在隔閡。對于已經引入Linux TCP/IP協議棧源代碼的教師來說,如何有效組織上萬行的協議棧源代碼是重要問題。在教學中抽取出具有代表性的代碼段,需要根據不同學生的基礎條件反復凝練,還要兼顧學生的學習熱情,激發自主學習意識。
1.3 幾乎不涉及無線網絡理論的講授
現行教材幾乎全部以經典IPv4為授課內容,部分教材擴展到IPv6,對網絡層以下涉及甚少,基本默認以IEEE 802,3標準(以太網)為例闡述。而在近些年的實際應用中,無線網越來越成為業界的技術亮點,各種成熟的網絡產品紛紛延伸至無線網平臺。無線網標準主要以IEEE 802.11和802.15為代表,在實現細節以及協議規則方面與以太網有較大差別,為提高傳輸效率,在網絡層和傳輸層需要有相應的改變。通用的IP和TCP協議顯得過于冗余且針對性不強,無法應對無線網高容量、短延時、低速率的應用需求。這就決定了現有教學內容無法直接應用于物聯網工程專業。同時,現有的絕大多數實驗組網設備不適宜無線網絡架構,因此,無法提供這方面的實驗平臺。此外,無論是經典的LinuxTCP/IP代碼分析,還是無線網絡協議的理論學習,均缺乏相應的操作性強的實驗指導教材,這也不利于學生的學習和理解。
2、教學模式改革
依照物聯網工程專業的培養目標,TCP/IP協議分析課程改革遵循“應用為先導、工程為特色、實踐能力為培養重點”的教學理念,按照如下思路進行實踐。
2,1 應用驅動型的啟發式教學模式
根據物聯網的應用特點,明確“TCP/IP協議分析”課程以應用為驅動,促進學生從應用的角度學習。教師有意識地根據物聯網不同的技術需求,引導學生對經典的TCP/IP協議知識進行重構,從而培養富有探索精神的思維模式和創新精神。
在具體教學中,以Linux協議棧代碼分析為主,TCP/IP協議的大多數原理在先導課程“計算機網絡原理”中已經教過,所以課堂教學一半時間講述理論細節,其余時間輔以代碼分析。例如,Linux平臺下“struct sk buff”作為數據包的統一結構體,涵蓋了經典協議棧里的諸多選項,此時,我們除了引導學生對代碼進行分析外,還應啟發學生思考如何刪減和添加哪些選項,才能保證實現無線網絡高容量、短延時等應用要求。然后以ZigBee協議為代表,抽選出該協議下的幀結構以及相應的實現代碼,并以此展開ZigBee協議的若干細節,比如NPDU中載荷選項的構成、序列信息的作用以及半徑域選項的意義。通過對比學習,學生們可以輕松地過渡到物聯網技術氛圍。又如,Linux平臺下傳輸層的主要實現函數為“tcp v4 do rcv( )”,主要工作是遍歷后備隊列鏈表,將合適的數據包添加至完成隊列,并作校驗。教師除了帶領學生對此函數進行詳細分析外,還要指出zigBee協議中傳輸層功能很小,甚至已經合并到網絡層,引導學生思考原因,以及哪些功能可以保留,哪些是冗余,并對比經典TCP協議的滑動窗口機制,分析物聯網應用環境下應如何實現擁塞控制。再如,在經典TCP/IP協議中,路由是IP層的核心功能,常用的路由協議如OSPF、RIP等多考慮廣域網的情況,但在物聯網應用中,這些協議顯然都不適合。此時我們引導學生思考,如何通過在路由選擇格式、地址轉換計算、算法的實時性、安全性等方面的調整,以指定適宜短距離無線通信的路由選擇協議。盡管一兩節課的時間不足以將改進的細節討論完善,但通過這樣的學習,使學生既達到了掌握經典TCP/IP協議理論的目的,也明白了物聯網與常用網絡協議的異同,為課下自學以及后續課程的學習打下良好的基礎。
2.2 理論與工程產品相結合的教學方法
TCP/IP協議內容龐雜,涵蓋面廣,協議細節繁瑣,根據教學實踐,如果直接照本宣科,學生容易厭倦,教學效果不好。對于物聯網工程專業的學生,我們在授課時加入了大量的無線網絡理論,加大IPv6講授部分,這些內容在“計算機網絡原理”課程中一筆帶過,實踐中學生的反響非常強烈,聽課興趣明顯增加。例如在網絡層的授課內容中,我們加入了配置無線網網關的內容,首先從實際無線路由的網關配置演示,擴展到zigBee無線網關協議轉換的實現,并給出了無線網關射頻部分(物理層)接收到數據報文后進行有效載荷等選項的格式轉換細節,直到最終交由802.3以太網網卡處理。數據最終還是返回到熟悉的以太網,但學生對無線網關的數據傳輸原理有了更深入的理解。
此外,我們在教學中增加了物聯網相關工具箱的應用。目前主要使用ZigBee工具箱做教學對象。由于現在主流ZigBee工具箱體積小、便于攜帶,且都具備在線調試功能,因此很容易在課堂進行變量觀察,對上述新添加的無線網的理論進行實時驗證。同時,工具箱大多配備圖形、漢字LCD顯示器和各類語音接口,便于學生直觀感受。此外,zigBee工具箱大多開放源代碼,理論授課完全可以伴隨代碼分析。理論講授、工具箱驗證、代碼分析構成了我們教學方法的“三重奏”。
2.3 仿真軟件與編程實踐相結合的教學手段
由于物聯網系統需要配備多個傳感器、無線網關和終端,設備成本較高,因此可采用以仿真軟件為主的教學手段。目前我們主要采用NS2軟件,可以方便地設定各類通信環境和不同的區域網絡類型,構建虛擬的無線與有線耦合的通信網絡模型,可以觀察不同協議的運作流程。例如,我們采用NS2仿真zigBee協議體系中樹形路由的分布式地址分配方式,構造了不同類型的無線網絡節點接入方式,并可以得到直觀的性能分析定量數據。基礎實驗以數據包捕獲軟件為主,這類軟件有助于學生直觀地了解協議實現細節,不用在開始就糾纏具體的代碼。目前我們實驗主要采用的是銳捷公司的協議分析器,界面簡單直觀,所支持的協議類型全面。此外,我們推薦學生在課余學習中使用Sniffer軟件,這也是一款輕量級的捕獲軟件,便于安裝在學生電腦中。
顯然,單純的捕獲并分析數據包只能從宏觀角度理解網絡協議的原理,如想與物聯網的應用性接軌,則應在實驗教學中適當引入網絡編程。這里的網絡編程并不是指內核(協議棧)開發,而是指從應用層編程人手模擬部分協議。由于Linux內核編程的基礎知識要求較多,而LinuxSocket編程易學易用,因此我們在教學中引入后者作為實驗技術。例如,講完ICMP協議后,我們會在課堂上講授基于Linux c的ping程序的主干代碼,然后在實驗中根據無線網關和無線地址分配的機理,要求學生進行相應的修改。又如,講完TCP的ACK、RST、SYN等報文格式后,我們利用Linux c編寫端口掃描程序,并指導學生進行調試。引入Linux c網絡編程的直接好處是,學生不再認為TCP8P協議分析是純理論,產生了濃厚的學習興趣,同時Linux c編程能力也得到了很好的鍛煉。
3、結語
目前,物聯網工程專業的課程建設尚處于起步和摸索階段。對于該專業的每門課程都要以物聯網本身的技術特點和應用需求作為導向,進行教學模式調整,這樣才有助于實現該專業的培養目標。作為該專業的核心課程,TCPhP協議分析在今后的教學中不僅要完成經典網絡協議原理的講授,更要考慮無線網絡的特殊需求以及對學生實踐能力的培養。
參考文獻:
[1]馮翔,姜鑫,昊永和,物聯網教育應用的標準建設研究[J],華東師范大學學報;自然科學版,2012(2):42-51。
1 課程安排及體系建設
目前物聯網專業采用傳統的人才培養機制與策略,迫切需要我們深入研究專業及學生的特點,建立符合應用型本科院校發展需求的物聯網工程專業人才培養模式以及相關課程內容體系[4]。物聯網工程專業應用技術型人才的培養目標是掌握電子信息工程相關知識、無線、有限網絡的通信傳輸、傳感器技術、視頻數據采集、射頻技術、應用軟件開發與數據處理等相關學科,同時能熟悉使用工作中經常使用的開發軟件,具備良好的職業道德和修養,以及健全的人格。同時,應用型物聯網工程教育必須從物聯網工程專業定位、人才培養目標、課程設置、師資隊伍、實驗實訓條件等方面進行研究,這樣才能培養適合物聯網產業發展的應用型技術人才[5]。
應用技術型的人才培養目標,首要解決的問題就是培養學生的學習興趣和愛好,激發其積極投入到學習實踐中去,從而提高學生的動手實踐能力。以往我們的人才培養方案參照研究性大學的人才培養方案來教學生、培養學生,課堂效果反應極差,學生不愿意學,課程參與度低,曠課、上課睡覺、玩手機的現象尤為嚴重,學生對枯燥的理論學習極為反感,平時布置的作業相互抄襲的現象尤為嚴重。出現這樣的現象,不能單單批評學生,其實我們更多的是應該去考慮,學院的教育和培養方式上是否因材施教了,是否我們的采取的教育方式、方法和手段不適合我們目前所授課的對象,因此在制定物聯網工程專業的人才培養模式及課程體系的建設時應該特別要注意以上現象,這樣才能制定出合理的、符合學院學生特點的人才培養模式。結合學院應用技術型大學的培養方向,重實踐輕理論的目的,為了提高學生的動手實踐能力、授課教師的理論聯系實際的能力,同時服務地方經濟建設,提出“賽教學訓”四位一體的教學思路來制定該院物聯網工程專業的人才培養方案和課程體系的建設。通過讓學生參與各類型的競賽、比賽項目,提高學生的動手實踐能力、團隊協調能力、溝通能力及組織能力。讓其真正地體會理論知識的運用,通過實踐活動,加深對理論知識的理解,從而能夠在解決實際問題中,舉一反三,會變通,提高自身獨立解決問題的能力。通過競賽活動,也讓學生了解物聯網行業目前的最新進展情況,每位學生結合自身的特點及情況,及時補充自身不足的知識點,從而為后續實習、就業奠定堅實的基礎。競賽的課題種類繁多,每位學生都能根據自己的喜好,選擇相應的課題,通過課題的鍛煉,培養了學生對本專業的熱愛,進而激發學生學習的興趣。興趣往往是好的開始的一半,因此,在大學階段,培養學生對專業的熱愛也尤其重要,從而解決學生上課注意力不集中、曠課、遲到和玩手機的現象。因為通過競賽的實踐鍛煉,上課的理論對學生而言不再是那么的空洞,而且學生也能帶著競賽中遇到的各類問題來到課堂,通過老師的講解和答疑,進而能自己解決實際中遇到的各類問題,增強了自信心,提高了大家的學習氛圍。同時,通過競賽使同學們擴大了眼界,了解了同類院校學生的水平,找到自身的不足和優勢,比賽獲獎,對學生的鼓勵也是非常巨大的。競賽過程中往往是以一個團隊組成,高年級學生與低年級的學生彼此之間也產生了促進作用,同時低年級的學生通過與學長的學習,深刻理解了各門功課的學習目標,了解各課程之間的聯系,從而帶動整個班級的學風建設。競賽活動的參與和舉辦也推動了授課教師的課堂教學和實踐教學。課堂教學的理論內容不再那么空洞和枯燥,教師往往能結合競賽中遇到的題目或者課堂融入到教學過程中,從課堂反饋效果上看,學生非常喜歡這樣的教學方式。因為教學的內容具體化、生活化、實際化了,學生容易理解老師的授課內容,同時也體會到所學專業在實際中的運用是如何體現的,給我們的日常生活帶來了哪些便利,帶來了哪些有意思的活動,學生就能參與到課堂的討論中去,活躍了課堂氣氛,提高了教學效果。尤其在每學期的課程設計、實訓課程中,授課教師給出的模擬課題或者項目不再是虛構的,而是能貼近實際的,體現當前社會生活中的熱點應用的。因為課題具備實用性,貼近目前物聯網行業發展的現狀,課題很容易吸引學生,這樣學生就能積極地投入到課題的學習和鍛煉當中,不再每次敷衍了事,認真地完成每個課題或者項目。學生也能通過課程設計、實訓的項目中提高自身的動手實踐能力,熟練使用項目中各種開發軟件,加深對理論知識的理解,為今后的就業打下堅實的基礎。授課教師也能通過帶領學生組隊參加競賽活動,開拓了視野,擴大了知識面,了解目前物聯網主流的應用,為今后課題教學豐富了內容。帶領學生解決各類問題,也提高授課教師的實踐能力,改進以往傳統的教學方式和技巧,也為教師平時做科研活動增強了實力,也拉近了師生關系,對學生、教師都是共同提高達到雙贏的局面。
2 賽教學訓融合型人才培養實施過程
物聯網工程專業是一個交叉學科,所學的知識緊密聯系性非常大,因此,在制定人才培養方案的時候,要結合學生未來的職業崗位要求、人才培養的定位目標來制定大學4年的課程體系。本著學院應用技術型大學的大方向,在制定人才培養方案上,我們要求輕理論、重實踐、知心合一,德才兼備,同時具備良好的職業道德,健康的心理,強健的體魄復合型人才。
物聯網工程專業人才培養方案分為四大平臺:通識平臺;基礎平臺;專業平臺;拓展平臺。
(1)通識平臺:要求具備一定的道德素養,具備相關的法律法規知識,了解一定的自然、人文、國防和哲學科學,做合格的社會主義接班人。
(2)基礎平臺:需要掌握高等數學、概率論、線性代數和復變函數等數學基礎,為今后的科研創新打下堅實的基礎;達到本科畢業要求的外語水平,能閱讀、翻譯英文文獻,能進行簡單的英語交流,為方便今后查閱外文技術文獻;具備基本的電路知識基礎,了解相關的實驗原理和方案。
(3)專業平臺:需要學生熟練掌握C語言或Java一門開發語言,能在社會生產實踐中,能熟練使用開發工具,完成代碼的編寫、調試、測試和程序。數據傳輸的內容,需要學生掌握計算機網絡、移動通信網絡、WiFi、ZigBee、RFID等信息通信的理論知識;掌握傳感器的相關知識;熟練使用Linux平臺、嵌入式平臺下的開發。
(4)拓展平臺:學生綜合素養的提高,要求學生畢業時修滿6個學分即可。主要內容集中在這幾個方面:哲學文化、音樂欣賞、創業過程管理、企業認知和管理、電子商務運作和食品營養與健康等課程,著重提高學生的綜合素質能力。
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