物聯網應用技術實訓教學探索與實踐

張　新

(紹興職業技術學院，浙江　紹興　312000)

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物聯網應用技術實訓教學探索與實踐

張新

(紹興職業技術學院，浙江紹興312000)

[摘要]以智慧農業、環境監測為實訓載體，打造高職物聯網應用技術專業實訓教學。文章從分析高職物聯網應用技術專業人才培養目標和課程體系入手，研究對應的技術技能實訓要求，基于“認知—技術技能—系統體驗” 路徑來構建專業實訓教學，達到物聯網應用技術人才培養目標。通過專業課程與實訓體系的有效結合，實現高素質技術技能型物聯網技術人才的培養。

[關鍵詞]物聯網技術；實訓教學；職業能力；專業建設

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2016.02.113

高職物聯網應用技術專業建設自從2011年開始在全國迅速展開，經過近幾年的快速建設初步形成了一定的規模，積累了一定的經驗，但是由于物聯網技術是一項綜合性技術，涉及計算機、通信、電子和軟件等多方面技術之大成，要真正建設好高職物聯網專業還有較大差距，特別是高職物聯網應用技術專業的實訓教學建設還有待進一步加強研究與深化。

高職教育是培養面向社會各行各業生產第一線的高素質技術技能型專業人才的高等職業教育，它的根本任務是培育學生良好的職業能力與可持續發展能力。職業化能力的培育是高職學生的重中之重，也是區別于應用型、研究型人才的顯著標志，職業能力的培養要靠高職院校實訓教學來保障和實現，只有建設規劃好物聯網技術實訓教學體系才能完成高職物聯網專業學生的職業能力與可持續發展能力的修成。隨著國家“互聯網+”、“工業4.0”等理念的提出與深化，物聯網技術的應用十分廣泛，如智慧農業、環境監測、智能交通、智慧城市、智能家居和智能物流等，根據國家“十二五”戰略規劃結合地區經濟發展特點，以智慧農業和環境監測作為高職物聯網技術實訓切入點，基于“認知—技術技能—系統體驗” 路徑來研究并實現物聯網應用技術實訓教學，培養主要面向農業與環境行業的具有物聯網設備安裝調試、工程規劃與實施、系統服務與技術支持為主的高素質技術技能型物聯網技術人才。

1專業課程與實訓教學

1.1專業培養目標

高職院校是為國家培養技術技能型人才的高等學校。其培養的人才除了要有一定的理論基礎知識，重點是要培養學生具有較強的專業實踐操作能力和崗位就業適應能力，這就要求高職院校通過工學結合辦學模式，強化以職業能力為目標的實訓教學，最終實現物聯網應用技術人才培養目標的要求。

物聯網應用技術專業的培養目標是為培養德、智、體、美等全面發展，面向物聯網產業，服務區域與地方經濟發展，具有較好的物聯網專業基礎知識、較強的實踐能力、良好的團隊協作能力，可持續發展與創新能力，掌握物聯網應用技術，從事物聯網工程項目的規劃與施工管理、物聯網設備安裝與調試、物聯網維護與管理、物聯網設備營銷與技術支持，成為具備良好文化素養、職業道德和綜合職業能力的高素質技術技能型人才。

1.2專業課程體系

從職業崗位能力需要出發來分析物聯網應用技術專業的課程體系。以“崗位—能力—課程”的思路來構建課程體系和課程內容，在滿足一定理論知識需要的前提下強化實訓課程內容建設，努力做到“教學做一體化”教學過程中理論與實踐的相互促進和融合，最終使實踐教學來內化學生的理論知識，為拓寬高職學生的成長空間打下基礎。為此，設置了一定數量的通識教學課程和專業基礎課程，如高等數學、英語、高級語言程序設計、物聯網技術概論等。專業課程的設置更加體現職業崗位的特點要求，以智能農業、環境監測為系統實訓平臺出發，圍繞這兩大領域的物聯網技術應用展開，開設了一些有特色的專業課與實訓課。如RFID技術與應用、無線傳感器組網技術、農業食品溯源應用系統實訓、城市環境遠程監測系統實訓等課程。課程設置如下表所示。

物聯網應用技術專業課程表

1.3實訓教學體系

高職教學的根本就是培養學生具備良好的職業崗位就業能力，它的特點是突出職業能力所要求的實訓實踐教學，完備的實訓教學體系主要由三部分組成，包括專業實訓教學環節、校內實訓室建設、校外實訓基地建設。在設計物聯網應用技術實訓教學時，以知識與技能漸進式提高出發，按照“認知—技術技能—系統體驗” 路徑展開，“認知”主要是強調基礎性和啟蒙性實訓，“技術技能”主要側重專業核心課程的配套實訓，“系統體驗”主要是對前面實訓成果的系統綜合和應用，更加貼近物聯網技術的實際應用。物聯網應用技術實訓教學可以分為三個主要階段：技術基礎與專業認知實訓、專業技能實訓和物聯網系統應用實訓。校內校外實訓的有效結合來強化物聯網專業學生的技術技能和崗位適應能力。校外實訓基地主要解決學生的崗位適用能力，校內實訓室主要完成學生的專業技能的實操和理論知識的內化。

2基礎性實訓

俗話說得好，基礎不牢地動山搖。這說明基礎知識的學習與掌握是何等的重要。高職實訓也是同一個道理，也要從基礎性實訓抓起。物聯網應用技術基礎性實訓可以分成兩個層面：專業基礎實訓和專業認知實訓。

2.1專業基礎實訓

專業基礎實訓一般是指電子信息大類學生應具備的一些面向職業崗位的通用型技能實訓。如計算機基礎應用、高級語言程序設計、計算機組裝與維護等實訓，采用“教學做一體化”教學模式下，通過這幾門課的實訓讓學生對計算機硬件和編程知識有一定深入的了解與掌握，為后面的進一步學習打下良好基礎。計算機基礎應用和計算機組裝與維護這兩項實訓主要讓學生了解和認識計算機系統結構和基本工作原理，熟悉應用辦公軟件如Office，掌握對各型計算機的硬件拆裝和維修，訓練高職學生使用計算機的基本技能。高級語言程序設計主要讓學生對計算機編程語言有一個基礎性的學習掌握，為下一步技術技能的實訓打下基礎，如C語言學習。

2.2專業認知實訓

專業認知實訓是開啟對物聯網技術應用大門的起初環節，目的是讓物聯網應用技術專業學生對物聯網技術的相關知識、相關設備、相關領域和相關應用有一個認識，拓寬學生的眼界，增強學生對專業學習的興趣，為專業技能實訓起到承上啟下的作用。由于物聯網技術涉及學科門類較多，職業面向行業應用面廣，因此不可能面面俱到，只能依據專業培養定位來開設認知實訓。針對面向農業與環境應用的特點，專業認知實訓突出了電子技術基礎和計算機網絡技術的學習，通過系統仿真和實際電路的調試，讓學生對基本的模擬、數字電路、計算機網絡應用有個較好認知；通過物聯網技術概論課程相關的實訓讓學生了解物聯網涉及的多類技術要素，了解物聯網三層體系結構及相關的感知、傳輸和信息處理與控制技術，在認知實訓中強調以感觀了解為重點，知識普及為重心，宜采用多種教學形式開展，如網上查閱、實地參觀、現場交流與訪談等。

3職業技能實訓

職業技能是高職學生面向社會就業之根本，也是體現現代高職教育之重心所在。高職教育的質量與特色大多體現在學生技能素質的培養上。從物聯網技術層面來分析，物聯網技術應用主要包括三個層面：感知技術、網絡傳輸技術和信息智能處理與控制技術，因此，我們結合面向農業與環境領域的應用從三層結構來組織物聯網專業技能實訓。

3.1感知技能實訓

感知技術主要是解決信息的獲取，為最終的行業應用提供信息與數據。它包括多方面的信息獲取技術，如各型傳感器、RFID系統、定位系統、條碼等十分廣泛。以農業與環境行業的應用為例，主要采用的也是前面所說的四大類設備，為此要建立感知技術應用實訓室，結合專業核心課程進行傳感器、RFID等方面應用技能實訓，讓學生了解各類型傳感器和RFID系統應用技能。傳感器方面：如溫濕度傳感器、pH值傳感器、CO傳感器的實物及其如何使用，通過實際操作演示掌握其基本原理、性能和使用方式。RFID設備方面：如各型電子標簽、天線、閱讀器等。通過RFID原理實訓臺，讓學生掌握各型電子標簽的使用情況和基本工作原理，理解各頻段RFID系統的適用范圍，以電子標簽信息識別讀寫實訓讓學生對各類技術標準有一提高認識與消化。另外，也要適當增加控制方面的實訓，如智能農業方面的調節光照和控制水源和通風等。

3.2信息傳輸技能實訓

網絡傳輸是信息高速公路，負責把由前端感知設備獲得的信息實時準確上傳到云端。這部分主要分為兩個方面：一是近距離無線網絡傳輸，二是遠程高速網絡傳輸。近距離無線網絡傳輸一般采用Zigbee、WiFi和藍牙技術，主要用來解決如各類傳感器的信息匯集和集中轉發上傳到遠程網絡上。重點是實訓無線傳感網(Zigbee網絡)的組網與使用，讓學生了解與掌握無線傳感網的基本組成、相關設備與工作原理，通過如節點之間點對點的通信、無線SOC端口控制與傳輸來強化對無線傳感網的使用。另外，結合計算機網絡技術實訓來強化學生對局域網、寬帶廣域網的應用以及網絡設備配置與管理。

3.3信息處理技能實訓

在物聯網三層體系結構中，最后一層是信息管理與應用(簡稱應用層)。應用層主要是完成經網絡傳輸層上傳到云端數據的接收、過濾與存儲，然后結合行業應用進行控制與管理。主要涉及專業課程有數據庫應用基礎、高級語言程序設計、移動應用開發等一些相關軟件應用方面。基于物聯網技術的應用系統離不開數據庫管理和前后臺應用軟件的開發，針對高職學生的特點，適當強化數據庫(如MSSQL)應用知識的掌握和實際應用，對數據庫的基本操作與使用管理有一定程度的了解。隨著移動互聯技術的迅速發展，移動終端在物聯網系統應用中已十分普及，目前移動開發平臺主要基于IOS和Android兩大系統，基于Android移動應用開發已占據主流，為此結合移動應用開發課程建設移動應用開發實訓室，在學習了Java語言后，通過“教學做”來培養學生開發小型App的能力。

4系統性實訓

物聯網技術的顯著特點是集多專業之大成，涉及專業知識面廣，容易給學生產生知識混雜和難學的印象，那么如何補救這一情況是專業教學研究的一大課題，為此，基于“認知—技術技能—系統體驗” 路徑的理念，特別強化與設置了物聯網系統綜合實訓環節。

4.1智能農業應用實訓

物聯網技術在智能農業中的應用如火如荼，“民以食為天，食以安為先”，食品安全至關重要，農產品的質量管理特別是食品溯源系統已日益成熟。將農產品種(養)植、運輸、加工和流通的信息相關聯，形成完整的信息追溯鏈來確保農產品的安全性。整個系統涉及溯源標識技術、監裝技術、物流監控技術和數據采集與查詢技術。溯源系統以RFID、條碼技術的應用為基礎，是一典型的物聯網綜合應用系統。這一實訓系統基本涵蓋了物聯網應用技術專業所學的大部分專業知識，通過溯源系統的實訓體驗把原本分散的技術串聯起來，強化了學生對物聯網專業知識的理解和興趣，特別是強化了學生對RFID技術應用的認識。實訓的主要內容有網絡環境的搭建、服務器安裝與調試、電子標簽制作與識讀、數據庫管理與應用、PDA安裝與調試和APP應用開發等。

4.2環境監測實訓

基于無線傳感網的環境監測實訓是以傳感器與無線傳感網組建與應用開發為重點的專業實訓，通過此實訓讓學生達到對無線傳感網的系統設計，設備選型，傳感網組網及Zigbee協議的應用開發有一定程度深化，實訓重點要讓學生樹立起系統性的理念。下圖是物聯網環境監測實訓室功能總體框圖。

環境監測實訓系統

實訓系統包含三種數傳模式(WiFi、Zigbee、有線)環境監測傳感器，形成一套覆蓋三個層次的物聯網教學平臺。同時，其他內置WiFi模塊的各種手持設備(筆記本電腦、手機等)也能無線接入該實驗平臺，成為物聯網實驗設備的一部分；師生教學、科研實踐開發的其他感知模塊，通過與標準的WiFi設備服務器連接，也能輕易接入該實驗平臺，完成測試、驗證。這些設備的靈活配置為學生提供了從數據采集、網絡傳輸到信息處理較完整的物聯網系統應用模型。包含的實訓：網絡組網與無線信號測試、Zigbee協議棧應用、Zigbee網絡拓撲、開發環境的搭建；IEEE 802.11協議介紹、接口程序代碼開發、串口WiFi設備服務器設計、傳感器數據采集與查詢顯示等，重點是把從信息采集、傳輸和信息處理聯動起來，讓學生充分體會到一個真實的無線傳感網系統的體驗，更加貼近了以后的工作崗位，增強學生就業信心。

5結論

物聯網應用技術實訓教學是培養高職學生技術技能型人才的核心所在。實訓教學必須以良好理念為先導，緊密結合人才培養目標，構建起符合學生就業崗位需要的實訓教學體系。本文以農業與環境應用為背景，從分析人才培養目出發，基于“認知—技術技能—系統體驗” 路徑來研究并實現物聯網應用技術實訓教學，以知識與技能漸進式提高構建實訓教學環境，通過近兩年的探索與實踐，取得了較好的效果。

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[作者簡介]張新(1966—),男，浙江人，工程師，碩士，紹興職業技術學院教師。研究方向：物聯網技術、電子信息。