朱陽 邱飛岳

隨著虛擬仿真技術在物聯(lián)網專業(yè)教學中的成熟應用，能利用仿真技術將物聯(lián)網設計運用情景和傳統(tǒng)教學方法相結合，構建桌面式虛擬仿真平臺、三維物聯(lián)網應用平臺，將虛擬設備、虛擬情景和教學知識體系相結合，為實踐教學的展開提供條件，加強學生的學習體驗?；诜抡婕夹g的物聯(lián)網教學，能解決教學效果差、物聯(lián)網教學情景無法細致描述等問題，促進教學活動順利展開。

1虛擬仿真技術在物聯(lián)網專業(yè)教學中的架構

采用虛擬仿真技術和通信技術建立物聯(lián)網虛擬仿真教學平臺，能解決教學實踐中存在的真實度不夠、硬件設施不足的問題，形成新的實驗教學和認知模式，為學生提供充足的實踐教學機會，使其在實踐中加深自身印象。從物聯(lián)網教學需要來看，基于仿真技術的物聯(lián)網教學應注重桌面式仿真平臺、增強式仿真平臺、三維虛擬平臺的構建。一是桌面式仿真基礎平臺，利用二維桌面式仿真系統(tǒng)為基礎，包括傳感器、網關、執(zhí)行器、電源、終端射頻設備等，學生沒有接觸實驗設備前，可利用仿真系統(tǒng)了解并認識這些物聯(lián)網設備，為之后專業(yè)學習和物聯(lián)網應用場景的構建提供基礎。二是增強式虛擬場景，是指利用傳感器虛擬仿真平臺，將典型的物聯(lián)網案例作為實際場景，直觀地向學生呈現(xiàn)課程內容，并在VR技術應用下模擬現(xiàn)實場景的數(shù)據收集模塊、通信模塊和控制模塊，采取體驗式教學模式，對即將講解的知識點進行深入體驗和交流，并在人機交互中完成學習任務。

2基于虛擬仿真技術的物聯(lián)網實踐教學設計

2.1漸進式教學設計

虛擬仿真平臺應用到物聯(lián)網教學中要遵循由簡到繁、由易到難的設計原則，使學生利用仿真平臺逐步掌握知識內容，落實漸進式學習計劃，并在掌握基礎教學知識的情況下進行創(chuàng)新，是培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維、加強教學效果的有效措施。仿真實驗包括以下幾個階段：一是認知性實驗，是指用仿真平臺中的物聯(lián)網設備、仿真沙盤、三維仿真環(huán)境、元器件等內容，使學生對物聯(lián)網有關知識有一個初步認知;二是驗證性實驗，該階段是基于仿真平臺進行專項技能訓練，加大學生對物聯(lián)網基本技能的掌握，例如WSN技術、RFID技術、編程技術等都可作為這一環(huán)節(jié)的學習內容，學生根據自己的學習需要，進入物聯(lián)網仿真系統(tǒng)后選擇相應的傳感器組件、RFID組件來搭建虛擬的實驗環(huán)境，在特定情境中加深學生對物聯(lián)網知識技能的掌握。學生還可利用系統(tǒng)中的測試功能檢測設備運行情況，對通信過程有一個具體了解;三是設計性實驗，這一階段學生會根據學習任務利用仿真平臺構建應用環(huán)境，按照實驗指導和流程規(guī)定，利用編程軟件進行設備研發(fā);四是創(chuàng)新性實驗，對實驗內容感興趣的學生，可在完成上述實驗學習內容的情況下，利用仿真平臺提供的行業(yè)內物聯(lián)網應用系統(tǒng)進行設備調整和應用程序開發(fā)等，加強真實環(huán)境和虛擬環(huán)境的聯(lián)動，通過應用程序控制虛擬設備。

2.2虛擬教學模式在實訓中的運用

物聯(lián)網虛擬仿真教學往往是根據真實項目，創(chuàng)設現(xiàn)實場景，在仿真平臺上進行物聯(lián)網項目的開發(fā)。開發(fā)過程中進行任務分配，主要任務包括項目分析、設備選型、圖紙設計和技術準備等。在仿真平臺上選擇需要的設備并連線，在虛擬仿真平臺中進行硬件程序的測試和模擬運行，各個模塊功能測試完成后，搭建虛擬場景。在教學實踐中，物聯(lián)網實訓仿真平臺和現(xiàn)實技術的結合，能發(fā)揮仿真平臺在輔助教學、加強體驗認知上的作用，打造物聯(lián)網虛擬仿真教學新局面，便于今后的物聯(lián)網教學，并能加大對教學進度的控制。

2.3實驗教學的趣味性設計

現(xiàn)代教育環(huán)境中，要求教學內容具有直觀性、形象性的特點，降低學生學習難度。物聯(lián)網技術涉及知識面較廣、設備操作復雜、技術原理較難，為了培養(yǎng)學生物聯(lián)網學習興趣，要充分利用虛擬仿真平臺涉及趣味性實驗內容，在操作過程中調動學生積極性。例如在WSN實驗中，讓學生利用仿真系統(tǒng)模擬光照參數(shù)、濕溫度的變化，或由測試程序發(fā)動指令到繼電器，用來控制電燈、電風扇的開關的，通過模擬真實情境，使學生意識到物聯(lián)網學習和現(xiàn)實生活的密切關聯(lián)，吸引學生注意力，達到理想的物聯(lián)網專業(yè)教學效果。另外，還可設計綜合實驗項目，如在搭建智能倉儲管理系統(tǒng)時，將實驗項目分成上位機開發(fā)、設備集成、移動端開發(fā)三個模塊，對班級學生進行分組，分工負責，其中負責設備集成的小組成員要根據項目要求，在仿真平臺中選擇相應的電源、標簽類型和閱讀器型號等，連接電纜和串口，以便達到智能管理系統(tǒng)的功能要求。上位機開發(fā)方面，負責成員要進行數(shù)據庫系統(tǒng)的設計，利用C#開發(fā)工具進行上位機程序、通信程序的開發(fā)以及功能設計。而負責移動端開發(fā)的成員，要在開發(fā)平臺設計界面操作、物品統(tǒng)計及查詢等功能，之后將開發(fā)完成的系統(tǒng)放在物聯(lián)網環(huán)境中測試，在實踐操作中加強綜合項目訓練。

綜上所述，虛擬仿真技術應用在物聯(lián)網教學中，能解決實驗室建設成本高、管理困難的問題，采用豐富的教育資源能為學生提供直觀的實驗情境，是創(chuàng)新物聯(lián)網教學模式的有效措施。這種教學情境下，學生思維能力得到充分發(fā)展，并能幫助學生養(yǎng)成高效的學習方式，為教學信息化的實現(xiàn)提供技術支持。