公有云在物聯網課程實踐教學中的應用

何輝+龔成瑩

摘 要： 針對當前物聯網專業教學中存在的問題和工程領域對該專業的應用需求，對公有云平臺這一新技術在物聯網專業教育實踐中的應用進行研究，通過研究和教育實踐，將主流的工程應用與傳統實踐教學相結合，通過對諸多云平臺的測試和應用，選擇主流并適合于教育教學的平臺進行重點的推廣應用，并在人才培養、學科競賽等方面取得一定的應用成果。

關鍵詞： 物聯網課程 公有云 實踐教學

隨著國家對物聯網經濟的重視和對相關人才的迫切需求，許多高校陸續開展了物聯網專業。在2012年最新頒布的普通高等學校本科專業目錄中，物聯網工程專業屬于工學中的計算機大類，標準學制四年，畢業后授予工學學士學位。該專業是一門交叉學科，涉及計算機、通信技術、電子技術、測控技術等專業基礎知識，以及管理學、軟件開發等多方面知識。作為一個處于摸索階段的新興專業，各校都專門制定了物聯網專業人才培養方案。學生需要學習包括計算機系列課程、信息與通信工程、模擬電子技術、物聯網技術及應用、物聯網安全技術等幾十門課程[1]。

近年來，云計算大行其道，許多大的IT公司推出了面向工程應用的公有云服務，如開放式開發平臺（如GAE、SAE、BAE）、源代碼云平臺（如github）、物聯網云平臺（如YeeLink），這些創新服務為物聯網教育帶來新的機遇和變革[2]。借助這些優秀的云計算平臺，將諸多的物聯網課程實踐環節遷移到云端進行，不僅能更好地促進該學科的教學實踐水平，而且能更好地使高等教育與工程實踐相結合，從而實現物聯網專業的培養目標。

1.公有云應用情況

1.1開發云：SAE

Sina App Engine（以下簡稱SAE）是新浪于在2009年11月3日正式推出第一個Alpha版本的國內首個公有App Engine，SAE是新浪云計算戰略的核心組成部分。SAE作為國內的公有云計算，從開發伊始借鑒吸納Google、Amazon等國外公司的公有云計算的成功技術經驗，并很快推出有別于國外公司并具有自身特色的AppEngine。SAE選擇在國內流行最廣的Web開發語言PHP作為首選的支持語言，Web開發者可以在Linux、Mac或Windows上通過SVN或者Web版在線代碼編輯器進行開發、部署、調試，團隊開發時還可以進行成員協作，不同的角色將對代碼、項目有不同的權限；SAE提供了一系列分布式計算、存儲服務供開發者使用，包括分布式文件存儲、分布式數據庫集群、分布式緩存、分布式定時服務等，這些服務將大大降低開發者的開發成本。

在相關課程教學過程中，引入新浪SAE公有云計算開發平臺，SAE在一定流量內免費，足夠滿足教學實踐需要，要求每個學生開通新浪SAE賬號，將自己完成的個人主頁和其他Web開發課程的作業均通過版本控制工具上傳到云端，在課堂上，本人和學生一起對他們所完成的任務進行點評，取得非常好的效果，不但節省教學時間，免去學生配置傳統服務的煩惱，更使其與當前主流的工程應用親密接觸。在該課程的后期，講授JSP動態網頁階段，要求學生直接在SAE云端設計數據庫結構，取得良好的教學效果。

1.2實驗云：實驗樓

實驗樓是一個IT在線學習平臺，為用戶提供的不是視頻，而是配置好的虛擬機，通過虛擬的實驗環境，學習者可邊看文檔邊動手操作，從而提高學習者的動手實踐能力，而且實驗樓虛擬環境不僅是簡單的在線編譯器，更可以支持廣泛的IT內容學習，不再局限于編程領域，為用戶提供的是一站式的IT在線動手實踐環境，學習者不用本地創造環境，只需一臺電腦，登錄實驗樓網站即可。

實驗樓平臺開通了諸多課程的實驗平臺和實驗指導，包括但不限于《C程序設計》、《Java程序設計》、《Python語言》、《Android應用開發》、《Linux操作系統》、《網絡與信息安全》等物聯網課程的實驗環境，為學習者提供動手實踐的環境。在最近幾學期的《嵌入式操作系統》和《嵌入式系統設計》課程中，授課教師要求學生申請“實驗樓”云平臺賬號，布置任務，在線編程，在瀏覽器打開的虛擬環境下進行程序的調試和驗證，達到良好的教學效果，也使學生感受到在線實驗的魅力。

1.3物聯網云：Yeelink

Yeelink是一個通用的物聯網開放平臺，允許用戶將設備接入網站，提供傳感器數據的接入、存儲和顯示服務，用戶不用考慮服務器實現細節和運維情況，即可擁有交付物聯網化的電子產品的能力。利用Yeelink提供開發接口，即可將傳感數據接入到Yeelink平臺。Yeelink提供了方便的物聯網云端接口，支持各類單片機開源硬件，為相關專業開設單片機應用、物聯網、ZigBee、網絡技術等課程提供云端實踐平臺[3]。

在相關課程的課程設計環節，授課教師給學生布置“基于物聯網的遠程環境檢測系統”的題目，題目要求基于物聯網節點完成當前環境溫濕度的采集，通過WSN網絡進行數據傳輸，在數據的顯示部分，提出按照物聯網云Yeelink的協議格式要求，將數據定時送往Yeelink平臺，以隨時隨地在云端實時檢測到被測環境的狀態和數據曲線，如下圖所示。

2.應用效果

2.1人才培養

通過在物聯網相關的課程中進行云計算平臺的應用，將目前主流的工程領域的開發方法引入教學實踐中，大大促進理論與工程實踐的結合[4]。所培養的學生進入工作崗位后，能夠迅速地進入角色，在目前物聯網+、大數據等技術廣泛應用的時代，提前站穩腳跟。根據部分學生的就業反饋，他們在學校進行的這些實踐活動基本與當前IT公司的路線一致，在相關的開發領域能夠迅速上手，得到用人單位的好評。

2.2學科競賽

將公有云平臺應用到學生的相關學科競賽中進行，取得了良好的競賽成績。

（1）2012年，在教育部舉辦的全國信息技術大賽中，我校學生利用公有云SAE完成的作品“校園一機通”取得了全國二等獎的好成績，該作品后端采用當時十分先進的云計算平臺SAE進行數據存儲和邏輯處理，前端使用移動終端，采用JSON方式進行數據通訊。

（2）2014年，在教育部舉辦的全國大學生嵌入式物聯網競賽中，參賽作品“藍牙控制物聯網小車”利用手機控制藍牙小車，藍牙小車進行環境狀態的監測，監測結果通過無線網絡傳送至物聯網云端Yeelink，在Yeelink端進行數據的可視化和存儲，該作品充分利用Yeelink云提供的開發接口，具有一定的創新性，最終獲得大賽全國二等獎。

（3）2015年，在教育部計算機教指委主辦的TI杯全國大學生物聯網競賽中，參賽作品“手機控制物聯網網關”利用TI的CC2530無線傳感網節點采集和傳輸數據，Android智能終端作為數據網關與外部網絡進行通訊，Yeelink云端進行傳感數據的可視化，該作品最終獲得西北賽區二等獎的成績。

（4）2015年，甘肅省首屆青年APP大賽中，所指導的參賽作品“校園移動信息平臺”采用阿里云平臺進行部署，最終獲得省級三等獎。

2.3教學相長

在云平臺與物聯網專業實踐課程的結合應用過程中，相關授課教師可獲得很大的收獲，教學思路由原來的傳統觀念逐步向主流的工程應用角度轉變，動手能力也得到增強，這都為以后教學工作的開展帶來了有益幫助。

3.結語

借助云計算的強大優勢，將無線網專業相關課程的教學實踐逐步遷移到云計算平臺。通過研究和教育實踐，將主流的工程應用與傳統的實踐教學相結合，通過對諸多云平臺的測試和應用，選擇主流并適合于教育教學的平臺進行重點的推廣應用，并在人才培養、學科競賽等方面取得一定的應用成果。實踐表明，該項應用能夠促進物聯網專業教學模式和教學手段的創新，對學生工程實踐和創新能力的提高起到促進作用。

參考文獻：

[1]李爽.基于云計算的物聯網技術研究[D].合肥：安徽大學，2014.

[2]朱靜宜.基于云計算的高職物聯網應用技術專業教學資源平臺構建研究[J].中國教育信息化，2012（9）：33-35.

[3]李凱.基于YeeLink物聯網平臺的校園環境監測系統的設計[D].保定：河北大學，2015.

[4]鮑宇暉，崔德鳳，張永紅.云計算和物聯網技術應用于“實驗動物學”教學模式的探討[J].北京教育（高教），2014（4）：75-76.

基金項目：甘肅省“十二五”教育科學規劃課題（GS[2013]GHB0938）；蘭州工業學院教學改革研究項目（2013-17）。