高職“物聯網平臺技術”課程教學改革探索與實踐

摘要：“物聯網平臺技術”作為一門綜合性較強的課程，涉及的技術領域廣泛且不斷更新。因此，該課程在教學內容安排上常常面臨與技術發展及企業需求脫節的挑戰。通過對企業相應的需求調研分析和對高職物聯網應用技術專業學生的現狀分析，本文提出對“物聯網平臺技術”課程進行教學改革，旨在更緊密地貼合企業實際需求、修訂教學目標、完善教學內容，并優化教學方法與教學評價方式。通過課程的學習，學生對于物聯網項目的綜合應用和實踐能力得到了大幅提升。課程中所用的教學方法和教學案例等對于物聯網應用技術專業的其他課程具有一定的參考意義。

關鍵詞：高職；物聯網平臺；教學改革；教學實踐

隨著物聯網技術的持續發展，萬物互聯的概念正在深度滲透到人們的生活中。越來越多的物聯網感知層設備將要接入互聯網中，形成一個極其龐大的物聯網生態系統［1］。物聯網平臺作為物聯網架構中承上啟下的部分，已成為物聯網產業鏈的樞紐［2］?！拔锫摼W平臺技術”課程是一門針對高職物聯網應用技術專業學生的專業必修課程，旨在讓學生掌握物聯網體系架構中平臺層的專業技術知識，為學生從事物聯網應用技術相關工作提供必備的知識和技能?！拔锫摼W平臺技術”作為一門綜合性的課程，涉及的技術領域廣泛且不斷更新。因此，該課程的教學內容往往出現遲滯，與技術發展及企業需求存在一定的脫節。

傳統的“物聯網平臺技術”課程安排往往注重云平臺的學習，甚至全部課程內容在講解云計算，缺少物聯網平臺相關的規則引擎、設備影子、設備聯動等知識的講解。本文結合企業的需求調研分析和高職物聯網應用技術專業學生的特點，從教學目標、教學內容、教學方法和教學評價等方面對“物聯網平臺技術”課程進行教學探索，教學內容的安排貼近企業實際需求，教學方法上采用實踐性、項目式和案例分析等多種教學形式，教學評價上采用小組互評、實驗報告、課后作業、課堂參與度、項目答辯和期末考試等多種評價形式。

1“物聯網平臺技術”課程教學目標與內容改革

1.1課程教學內容現狀

在過去的物聯網應用技術專業教學中，“物聯網平臺技術”課程主要涵蓋了云計算、虛擬化、云存儲、云安全和云計算平臺等知識點。然而，隨著物聯網技術的不斷發展，這些內容已不足以滿足當前對物聯網平臺理論的全面需求。當前，物聯網平臺技術涉及的領域更加廣泛，包括物聯網應用協議、規則引擎、設備影子、設備聯動以及應用API等關鍵理論知識。為了學生能夠更好地掌握物聯網平臺技術的核心知識和技能，需要對課程教學內容進行必要的改革。課程教學內容的安排需要盡可能地滿足企業的實際需求，結合企業的需求調研分析設定課程教學內容。

1.2企業需求調研與分析

隨著物聯網技術的迅速發展，物聯網平臺技術已成為企業在生產制造、物流運輸、智慧城市等領域實現智能化、數字化轉型的關鍵支持。通過調研和分析，我們發現物聯網平臺技術在企業中的應用逐漸擴大，涉及生產制造、物流運輸和智慧城市等多個領域。同時，企業對物聯網平臺技術人才的需求也在不斷增加，對其技能的要求主要包括嵌入式系統開發、物聯網協議開發（如MQTT、CoAP等）、物聯網系統架構設計、云計算平臺開發、物聯網平臺測試與運維、公有云物聯網平臺使用等方面。

1.3高職物聯網應用技術專業學生現狀分析

物聯網平臺技術屬于物聯網體系架構中的上層技術，因此課程通常安排在大二下學期或者大三的上學期，學生已系統學習過單片機、傳感器、傳感器網絡、自動識別技術和嵌入式等物聯網基礎課程，掌握C、Java、Python等基本的編程語言，已具備了一定的程序設計和開發的思維能力，對物聯網數據采集、傳輸體系的整體框架有所了解［3］。但學生在物聯網綜合項目的實踐能力和開發技能仍然相對薄弱，系統開發一個物聯網平臺仍是一個巨大的挑戰，因此在課程的目標設定和內容的組織上應注重以公有云物聯網平臺為例，讓學生系統掌握物聯網平臺的工作流程，而非直接開發搭建物聯網平臺。

1.4課程教學目標的設定

“物聯網平臺技術”課程目標的設定要結合高職學生的現狀，同時緊密圍繞企業對物聯網平臺技術人才的需求類型和技能要求來進行。具體而言，本課程目標的設定主要包括以下幾個方面：

（1）掌握MQTT、CoAP等物聯網協議的原理和使用方法，能夠進行基本的物聯網設備開發和維護工作。

（2）掌握物聯網四層系統架構設計的基本原理和方法，能夠根據企業需求設計合理的物聯網系統架構方案。

（3）了解云計算的工作模式和云平臺的工作原理。

（4）掌握物聯網平臺中的基本概念，包括設備聯動、規則引擎、命令下發、設備影子、OTA升級、上下行消息、南北向、北向API、應用注冊鑒權等，熟練掌握公有云物聯網平臺的使用方法和數據上云的工作流程。

（5）培養學生的獨立動手、團隊合作、語言表達和創新思維能力，提高學生的綜合素質和職業素養。

1.5教學內容的組織

通過對企業的需求調研分析以及高職物聯網應用技術專業學生現狀的分析，在組織“物聯網平臺技術”課程教學內容時，以公有云物聯網平臺為核心，緊緊圍繞課程目標的實現來進行，同時注重實踐操作和案例分析。從整體上將課程劃分為五個模塊：

1.5.1物聯網平臺技術概述與體系結構

介紹物聯網平臺技術的概念、發展歷程和體系結構，讓學生了解物聯網平臺技術在企業中的應用和重要性。在這個模塊中，可以加入公有云物聯網平臺的介紹和應用場景，讓學生了解公有云物聯網平臺在行業中的應用和優勢。

1.5.2云計算基礎

介紹云計算的基本概念、原理和應用，包括云計算的發展歷程、體系結構、關鍵技術等。在這個模塊中，可以加入公有云物聯網平臺的架構和特點，讓學生了解公有云物聯網平臺在云計算領域中的地位和作用。

1.5.3物聯網協議與通信

簡單講解物聯網中常用的一些應用層協議，包括MQTT、CoAP、LwM2M、Modbus等，對使用比較多的MQTT、CoAP物聯網協議的原理和應用進行深入講解，同時安排MQTT相關的實驗內容，通過實踐讓學生系統掌握MQTT協議，能夠通過MQTT協議將物聯網數據上報到物聯網平臺。在這個模塊中，可以加入公有云物聯網平臺支持的協議和通信方式，讓學生了解公有云物聯網平臺在物聯網協議和通信方面的能力和優勢。

1.5.4公有云物聯網平臺核心能力

介紹公有云物聯網平臺的核心功能和能力，包括設備接入類、設備管理類、消息通信類、規則引擎類、監控運維類和應用集成類核心能力［4］。該模塊是課程的重點，可以通過案例分析的方式，讓學生掌握物聯網平臺具備的一些基本功能，了解公有云物聯網平臺在實際項目中的應用和實現過程。

1.5.5公有云物聯網平臺開發基礎

基于公有云物聯網平臺去實現一個物聯網解決方案時，需要在公有云物聯網平臺上進行產品、設備和應用的開發。這個模塊是課程的重中之重，主要包括產品開發、設備側開發和應用側開發三個方面的內容。產品開發主要呈現物聯網平臺的界面查詢與操作，包括產品管理、產品模型開發、插件開發、在線調試等。設備側開發主要為設備與物聯網平臺的集成對接開發，包括設備接入物聯網平臺、業務數據上報和對平臺控制命令的處理。應用側開發主要為業務應用于物聯網平臺的集成對接開發，包括API接口調用、業務數據獲取和設備的遠程控制。在這個模塊中，主要通過實踐操作的方式，讓學生了解公有云物聯網平臺的開發流程和常用開發技巧，提高學生的實際操作能力。

2“物聯網平臺技術”課程教學方法改革

傳統“物聯網平臺技術”課程往往采用教師教授為主，互動式教學為輔的教學方法，通過安排一定的課堂討論與提問，在一定程度上提高了學生的課堂參與度。但是高職“物聯網平臺技術”課程需要加強學生的實踐動手能力，在教學方法設計上應著重于實踐性和項目化，因此，該課程可以從以下幾種方法中進行教學改進。

2.1實踐性教學

為提高學生的學習興趣和實踐能力，教學過程中應設置多個實驗任務。實驗任務可以安排搭建MQTT的EMQX服務器、MQTT客戶端工具mqtt.fx使用、在公有云物聯網平臺上進行產品開發、設備開發和應用開發、基于公有云物聯網平臺的應用模擬器開發、規則引擎實驗、數據轉發實驗等。為提高學生的參與度，實驗中部分內容的安排要具有針對性，如設備ID，產品名稱設置為學生班級、姓名和學號有關的數據。數據上報公有云物聯網平臺時，每位同學上報的數據應不同。

2.2項目式教學

課程教學過程中，可以將相應模塊的教學內容拆分成幾個綜合性項目，通過項目的實現引入課程內容。同時可以將項目拆分成多個任務，讓學生在小組內合作。例如，在教學公有云物聯網平臺開發基礎模塊時，可以設計基于公有云物聯網平臺實現一個廚房煙霧報警系統綜合項目。項目的實現可以拆分為三個任務，將班級學生以小組為單位，每個小組由三位同學組成。其中，一位同學負責在公有云物聯網平臺上進行產品開發和設備的注冊；一位同學實現廚房煙霧濃度檢測并通過MQTT協議上報到公有云物聯網平臺；一位同學在平臺上進行規則引擎配置，當濃度超標時，平臺產生告警或者向用戶發送短信，或者下發命令到智能推窗器，及時打開窗戶。在項目的實現過程中，同步講解在公有云物聯網平臺上進行產品開發和設備開發等開發流程。通過邊學邊練和分工合作的方式，學生可以更好地理解和應用所學知識，提高動手實踐的能力和團隊協作能力。

2.3案例分析教學

在教學過程中，為了使學生更好地理解物聯網平臺技術的實際應用和實現過程，引入實際的物聯網平臺應用案例是非常必要的。公有云物聯網平臺在智能家居和智能城市等領域的應用案例便是一個很好的選擇。

公有云物聯網平臺在智能家居領域的應用案例可以為學生展示如何通過物聯網技術實現家庭設備的互聯互通，提升家居生活的便利性和舒適度。例如，通過公有云物聯網平臺，家庭中的各種智能設備可以連接到同一個網絡中，實現設備間的信息共享和協同工作。學生們可以討論如何在智能家居中實現設備間的遠程控制、自動化控制和數據共享等功能，并探討如何保證數據的安全性和隱私保護。

在智能城市領域，公有云物聯網平臺的應用案例可以為學生展示如何利用物聯網技術實現城市的智能化管理和服務。通過集成各種傳感器和設備，物聯網平臺可以幫助城市管理者實時監測交通流量、空氣質量、能源消耗等各種數據，并基于數據分析進行智能決策。學生們可以深入了解物聯網在城市規劃、公共安全、環境保護等方面的應用，并探討如何解決物聯網技術在城市應用中面臨的技術挑戰和安全問題。

通過分析和討論這些實際案例，學生們可以更加深入地了解物聯網平臺技術的實際應用場景和實現過程。同時，這些案例也可以為學生提供實踐和創新的思路，激發他們對物聯網技術的興趣和熱情。

3“物聯網平臺技術”課程教學評價改革

傳統的課程評價方式往往過于單一，主要依賴于期末考試和平時作業的成績來評判學生的學習成果。這種評價方式容易導致一些學生輕視中間學習過程、考試前突擊復習，不利于培養學生的創新性思維和正確的學習方法［5］。因此，對于“物聯網平臺技術”這樣的實踐性和創新性較強的課程，需采用多種評價形式。在課程的教學過程中，主要采用了以下幾種教學評價方法。

3.1小組互評

學生可以分組進行討論和合作完成項目，通過小組互評的方式，讓學生相互評價和學習，了解自己的優點和不足，同時也能夠促進學生的團隊合作和交流能力。

3.2實驗報告

學生在實驗過程中需要記錄實驗過程和結果，并撰寫實驗報告。因為每位同學的實驗數據不同，實驗報告也會不同，所以通過實驗報告可以檢查整個實驗過程是否是學生獨立完成。同時，通過實驗報告的撰寫和匯報，可以培養學生的實驗技能。

3.3課后作業

課后作業是鞏固課堂所學知識的重要手段，可以通過布置相關的理論習題、理論背景等來加深學生對課堂知識的理解和掌握。

3.4課堂參與度

學生的課堂參與度也是評價學生學習效果的重要指標之一，教師可以根據學生在課堂上的表現、提問和回答問題的積極性等方面進行評估。

3.5項目答辯

學生完成項目后需要進行答辯，這可以幫助學生更好地理解項目的實現過程，同時提高學生的表達能力。

3.6期末考試

考試是傳統的教學評價方式之一，可以用來檢驗學生對整個課程的學習成果，要注重考查學生的理解和應用能力。

4課程教學效果分析

經過兩輪的教學，該課程取得了良好的教學效果，主要表現在以下幾個方面：

（1）通過調查問卷和個別訪談，發現學生對課程的教學內容、教學方法等方面的滿意度普遍較高。學生認為課程內容豐富、實用，教學方法多樣、生動有趣，能夠激發他們的學習興趣和積極性。

（2）通過觀察學生的實際操作和應用能力，學生的動手實踐能力得到了提升，能夠運用所學知識解決實際問題和進行創新性應用。同時，學生能夠很好地將課程內容應用于畢業設計中，物聯網系統的綜合運用能力得到了提升。

（3）通過多元化的評價方法，學生的綜合素質得到了提高。學生在學習過程中不僅掌握了專業知識，還培養了自主學習、思考問題和解決問題的能力，同時也在小組討論和合作學習中鍛煉了團隊合作能力。

結語

本文結合企業的需求調研分析和高職物聯網應用技術專業學生的現狀，從教學目標、教學內容、教學方法和教學評價等方面對“物聯網平臺技術”課程進行了教學改革探索和實踐。經過兩輪的課堂教學，該課程取得了較好的教學效果。在后續的課程設置中可以安排物聯網平臺的搭建和開發等實訓任務，實現相關課程的融合，讓學生更好地理解物聯網系統的整體架構和運行原理，提高學生對于物聯網項目的綜合實踐能力。

參考文獻：

［1］丁仲熙.淺析我國物聯網發展以及建設問題［J］.信息系統工程，2017（5）：123124，126.

［2］葉文超，馬濤.物聯網平臺發展分析及建議［J］.廣東通信技術，2018，38（12）：1720.

［3］倪峰，楊立志，蘇春芳，等.鴻蒙應用開發嵌入高職物聯網課程教學的實踐探究［J］.電腦知識與技術，2023，19（10）：167170.

［4］黃焱，楊林.華為云物聯網平臺技術與實踐［M］.北京：人民郵電出版社，2020.

［5］聶小燕.以學生為中心的計算機網絡課程教學改革方案實踐探析［J］.電腦知識與技術，2023，19（25）：150152.

作者簡介：王永倩（1988—），女，漢族，山東菏澤人，碩士研究生，工程師，研究方向：物聯網平臺及應用。