物聯網技術在編程教學中的創新應用

李媛　楊加　林泳免

摘 要：本文根據C語言、Java、C#和Android等技工院校信息類專業常開設的程序設計課程，探討研發基于物聯網技術的教學設備、應用于程序設計的教學課程，讓學生輕松學習計算機編程語言，享受學習編程語言的樂趣，從而提高學生的編程能力水平，挖掘學生的內在潛力。

關鍵詞：物聯網技術 編程教學 創新

計算機程序設計課程是技工院校信息類專業的核心課程，通過程序設計課程的教學，能夠讓學生掌握一門或者多門程序設計語言，養成分析問題、解決問題的基本能力，并且加深對計算機系統結構的理解。

程序設計課程邏輯性較強，內容枯燥，艱澀難懂，技工院校的學生在學習編程時，常常處于一種機械、被動、不自信的狀態，程序設計水平長期徘徊不前，進而失去學習的興趣，教學效果很不理想。

探索新的教學方法，為技工院校信息類專業學生解決編程學習難的問題，已迫在眉睫。

一、物聯網技術在編程教學中的創新應用

結合筆者學校學生特點和當前開設的程序設計課程，筆者通過大量實驗，測試市面上各種相關物聯網芯片和電子零件的功能和穩定性，選取符合技工院校程序設計教學特點的零件，進行硬件組裝和軟件加工設計，研發基于物聯網技術的教學設備，將其應用于程序設計課程教學，讓枯燥乏味的編程課程變得輕松有趣。具體步驟如下。

第一，基于物聯網技術研發教學設備，選擇合適的主控芯片和網絡芯片來控制設備和接入網絡，為硬件編寫一套代碼，實現通過網絡傳輸的形式來發送參數和解析外部傳入的命令，內部封裝嚴謹，外部交互接口參數豐富，操作直觀易用，學生無須學習額外的知識就可以快速入門，有助于學生對物聯網技術的理解和認識，同時提升教師的專業能力。

第二，通過采取軟硬件結合的編程學習方法，可以很好地鍛煉學生的思維能力、動手能力以及創造創新能力，對個人專業技能提升有很大幫助。

第三，物聯網技術的編程教學方法可運用于C語言、Java、C#和Android等多種編程語言的教學，有助于學生從基礎編程課程向進階課程的學習升級。

第四，搭建實驗教學環境——物聯網平臺。設計開發基于MQTT協議及WebSocket協議的物聯網云平臺，下面以“基于物聯網技術編程讀取溫濕度的實驗”為例進行分析。

（一）實驗目的

本實驗主要通過物聯網技術，讓學生通過編寫簡單的程序遠程讀取硬件模塊溫濕度的值。實驗采用團隊自行設計的軟硬件平臺，簡化復雜的編程過程，而且支持多個編程環境平臺。傳統的編程學習主要是使用顯示屏幕進行互動，而本實驗能讓學生在編程入門學習中直接與硬件模塊互動，從而培養其學習的興趣，掌握編程的技巧。

（二）物聯網云平臺軟硬件介紹（見圖1）

1.學生編程環境工具

Visual Studio? ?AndroidStudio? ?Dreamweaver.

2.實驗使用自行設計的溫濕度模塊（見圖2、圖3）。

（三）實驗過程

1.準備工作

（1）先打開物聯網平臺，在平臺上注冊一個用戶名，并設置好密碼。

（2）在物聯網平臺登錄用戶后臺，創建一個溫濕度設備，設置好設備ID。

（3）使用已經編寫好的設備固件源代碼，修改設備要接入的Wifi信號和密碼，再修改設備ID、用戶名和密碼等內容，使其與物聯網平臺注冊的用戶及設備ID一致（見圖4、圖5）。

（4）為設備接入供電電源，設備啟動并自動聯網，接入物聯網平臺。

2.不同編程課程的學習及代碼

以《C#.Net程序設計》代碼讀取顯示溫濕度為例。

（1）先導入命名空間。

using MyWlw.User; //導入會員操作命名空間

using MyWlw.Devices.Wsd; //導入設備命名空間

（2）拖放三個Label控件，分別命名為label1，label2，label3。

（3）在窗口加載時編寫以下代碼：

聲明對象變量：

User usr;

Wsd w1;

Form_Load事件中：

usr=new User（“用戶名”，“密碼”）; //使用在平臺注冊的會員創建一個用戶對象

w1=new Wsd（usr ， “設備ID”）; //使用用戶對象和設備ID創建一個溫濕度設備

w1.SetCallBack（GetData）;? //設置好數據返回的回調函數

w1.Connect（）; //連接物聯網平臺

用于返回數據的回調函數：

Private void GetData（string type， string data）? //當平臺有數據返回時，自動調用該函數

{

//判斷每次返回的數據類型，顯示數據到窗體上

if （type==”ds18b20”）? label1.Text=”溫度1：”+data+”度”;

if （type==”dht11_wd”）? label2.Text=”溫度2：”+data+”度”;

if （type==”dht11_sd”）? label3.Text=”濕度：”+data+”%”;

}

在窗體上拖放一個定時器，設置每隔3秒執行以下代碼：

private void timer1_Tick（object sender， EventArgs e）

{

w1.Get （）; //每隔3秒向物聯網平臺發送一個獲取溫濕度數據的指令。

}

（4）運行效果（見圖6）。

二、取得的效果

一是近幾年信息類專業招生率逐年上升。2018年筆者學校計劃招生200人，實際招生220人，比原計劃提高10%;2019年計劃招生250人，實際招生280人，比原計劃提高12%;2020年計劃招生 250人，實際招生 300人，比原計劃提高20%。

二是近幾年參加校內集訓的人數逐年遞增，學生參加省級比賽取得的名次逐年靠前。2018年筆者學校選手參加第45屆世界技能大賽省屬技工院校選拔賽，1人獲得了三等獎;2019年筆者學校參加第四屆廣東省技工院校職業技能大賽，獲得了總分第3名;2020年筆者學校選手參加第46屆世界技能大賽廣東省選手選拔賽，有兩名學生分別獲得了二等獎和三等獎。

三是自主創業的學生逐年增多。自2017年以來自主創業人數每年都在遞增，公司業務類型越來越多樣化，公司員工人數逐年增多。

三、小結

在程序設計課程教學中運用物聯網技術，采用一體化的教學手段，使學生在課堂上體驗如何拼裝程序小車、組裝智能機器人、安裝各類燈組模塊和傳感器，通過遠程錄入指令，完成特定功能，以多元化的方式來直觀展示程序運行結果，改變了以往程序設計課堂嚴肅、乏味的現狀，為學生進一步學習打下堅實的基礎。

參考文獻：

[1]丁曉波，蔡政英.物聯網專業人才培養實踐體系探索與實踐[J]. 物聯網技術，2020（4）.

[2]陳崎峙.經濟發展中物聯網的意義與作用[J].環渤海經濟瞭望，2020（2）.

[3]趙宏林，廉小親，郝寶智，羅旭，龔永罡.基于物聯網云平臺的空調遠程控制系統[J].計算機工程與設計，2017（8）.

[4]肖清旺，王錦華，朱易翔. 物聯網智能終端設備識別方法[J].電信科學，2017（8）.

（作者單位：廣東省粵東技師學院）