潘桃桃 羅旭

摘要：物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)經(jīng)過幾年的發(fā)展，專業(yè)課程體系基本成型，由于其融合了多個(gè)領(lǐng)域的相關(guān)知識，是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的學(xué)科。然而，在一般教學(xué)環(huán)節(jié)中，很多院校開展理論教學(xué)較多，實(shí)踐環(huán)節(jié)由于缺乏相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備支撐開展較少，使得學(xué)生很難將理論知識融會貫通并應(yīng)用到實(shí)踐中。針對該現(xiàn)狀，將提出利用半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)平臺，對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合，通過虛擬設(shè)備與現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器相結(jié)合的方式，讓學(xué)生可以理論聯(lián)系實(shí)際，提高解決問題的能力。虛擬儀器可以脫離實(shí)物單獨(dú)運(yùn)行，學(xué)生能夠擺脫實(shí)驗(yàn)室的束縛，在任何地點(diǎn)都能夠方便地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);實(shí)驗(yàn)教學(xué);教學(xué)改革

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）26-0162-02

1 概述

物聯(lián)網(wǎng)是利用射頻識別技術(shù)（RFID）、無線傳感技術(shù)、智能處理與云計(jì)算等技術(shù)，將物體與互聯(lián)網(wǎng)連接，使得物體之間能夠進(jìn)行信息傳輸、通信、指令收發(fā)等，以實(shí)現(xiàn)對物體的識別、定位、跟蹤、控制和管理等功能的網(wǎng)絡(luò)[1-2]。近年來，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用越來越廣泛，諸如智能家居、智慧醫(yī)療、智能電網(wǎng)、自動駕駛等都是其成功應(yīng)用的代表。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)涉及很多相關(guān)領(lǐng)域的知識，如模擬電路、數(shù)字電路、射頻識別技術(shù)理、條碼識別、無線傳輸技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等[3]，這些理論知識需要相關(guān)的實(shí)驗(yàn)才能很好地融會貫通，從而被學(xué)生所接受。因此，在本次教學(xué)改革中，著重提出利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)資源，讓學(xué)生以主動的、實(shí)踐的方式，將各個(gè)課程進(jìn)行有機(jī)聯(lián)系，最終以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在工程實(shí)踐、團(tuán)隊(duì)協(xié)作等方面達(dá)到物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的預(yù)定目標(biāo)。

2 問題及挑戰(zhàn)

2.1 專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容分散

目前，很多院校已經(jīng)設(shè)立了物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)專業(yè)，并且開設(shè)了一系列專業(yè)課程，諸如《RFID原理及應(yīng)用》《無線傳輸技術(shù)》《JAVA語言編程》《數(shù)據(jù)庫原理》《高級程序設(shè)計(jì)》等課程。這些課程通常由不同的教師進(jìn)行授課，教師之間相互溝通不夠，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)完一門課程之后僅能完成本門課的相關(guān)內(nèi)容，而不能將其與其他課程相關(guān)聯(lián)，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不能完全理解與消化分散、凌亂的知識點(diǎn)，達(dá)不到教學(xué)目的。

2.2 實(shí)驗(yàn)器材陳舊，教學(xué)內(nèi)容缺乏創(chuàng)新

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)較多，然而在教學(xué)環(huán)節(jié)中大多注重理論教學(xué)，實(shí)驗(yàn)與理論存在一定程度的分離[4]。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，新的技術(shù)和新的設(shè)備在不斷地更新迭代，但是由于某些實(shí)驗(yàn)器材較為昂貴，一些院校沒有充足的資金購買最新的實(shí)驗(yàn)器材，導(dǎo)致現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器較陳舊、單一。在實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)上，相應(yīng)的內(nèi)容缺乏創(chuàng)新，多年不變，很多實(shí)驗(yàn)所用到的技術(shù)或者設(shè)備早已被淘汰。在這種情況下很難調(diào)動學(xué)生的積極性和挑戰(zhàn)性，并且使得學(xué)生就業(yè)時(shí)不具備專業(yè)優(yōu)勢，在以后的工作中不能與最新的技術(shù)銜接，還要經(jīng)過較長的時(shí)間去適應(yīng)新的工作內(nèi)容。

2.3 考核方式簡單，沒有突出層次性

物聯(lián)網(wǎng)工程的課程考核多以期末理論考試成績加平時(shí)課堂成績的方式進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)部分基本不考核或者占比很小，且理論考試多為固定題庫，學(xué)生通過死記硬背的方式就能輕松地通過考核，因此拉不開層次差距，而且不考核實(shí)驗(yàn)部分更是造成了學(xué)生對實(shí)踐動手能力的輕視，不重視實(shí)驗(yàn)課程。 然而作為工程性、實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)，單純的理論考核方式達(dá)不到教學(xué)目的。要達(dá)到學(xué)以致用的目的，需要依托良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，通過完善的實(shí)驗(yàn)體系設(shè)計(jì)，使學(xué)生掌握物聯(lián)網(wǎng)的核心知識，并可以通過實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證，最終能夠獨(dú)立地設(shè)計(jì)和開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)項(xiàng)目。

3 解決方案

3.1 完善任課教師內(nèi)部溝通機(jī)制

高校專業(yè)課程通常情況下由相應(yīng)的老師專門負(fù)責(zé)，不同課程之間缺乏有效的溝通機(jī)制，使得教學(xué)環(huán)節(jié)不成體系，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中時(shí)常感覺到知識點(diǎn)散亂，往往學(xué)完一門課程僅為了通過考核，之后就沒有再去將其與其他課程聯(lián)系。因此，任課教師應(yīng)該建立定期溝通機(jī)制，討論學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度;同時(shí)定期開展教學(xué)相長會，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，根據(jù)這些情況調(diào)整自己的授課內(nèi)容，將不同課程進(jìn)行串聯(lián)，最終朝著一個(gè)目標(biāo)共同努力。

3.2 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，引入虛擬儀器降低實(shí)驗(yàn)實(shí)施難度與成本

大力加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)是本次教學(xué)改革的重點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室必須定期增加和更新實(shí)驗(yàn)設(shè)備，以適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展。實(shí)驗(yàn)過程中引入適當(dāng)?shù)奶摂M儀器則能夠降低實(shí)驗(yàn)實(shí)施的難度和成本，本次教學(xué)改革中物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室采用了現(xiàn)實(shí)儀器和虛擬儀器相結(jié)合的方式來搭建。實(shí)驗(yàn)室總體架構(gòu)如圖1所示。圖1中的各類設(shè)備由現(xiàn)實(shí)儀器和虛擬儀器組成。實(shí)驗(yàn)中的所有設(shè)備都以TCP/IP協(xié)議的形式與應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行通訊，其中RFID設(shè)備經(jīng)過RS232、RS485等串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊接入到交換機(jī)中。環(huán)境監(jiān)測設(shè)備采用無線的方式進(jìn)行連接，圖形設(shè)備（條形碼、二維碼生成與掃碼設(shè)備）同樣通過串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊接入到交換機(jī)中，最后將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入到互聯(lián)網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)設(shè)備之間到數(shù)據(jù)交流和遠(yuǎn)程訪問到需求。

搭建好半實(shí)物仿真平臺后，還應(yīng)根據(jù)學(xué)生層次對實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容細(xì)分，具體分為基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)以及創(chuàng)造性實(shí)驗(yàn)，圖4列出了部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)中包含中心工作頻率為125KHz的RFID設(shè)備讀寫實(shí)驗(yàn)、中心工作頻率為13.56MHz，且工作協(xié)議為ISO/IEC14443-A與ISO/IEC15693的高頻設(shè)備讀寫實(shí)驗(yàn)、工作頻率為860-960MHz的超高頻RFID設(shè)備讀寫實(shí)驗(yàn)以及工作頻率為2.4GHz的有源RFID設(shè)備讀寫實(shí)驗(yàn)等;綜合實(shí)驗(yàn)包含基于125K電子標(biāo)簽的門禁管理系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)、基于15693電子標(biāo)簽的會議簽到管理系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)，該部分不僅要使用到基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的基本操作，還需要涉及Sql Server數(shù)據(jù)庫等相關(guān)領(lǐng)域的一些簡單知識;創(chuàng)造性實(shí)驗(yàn)主要包含基于超高頻RFID的車輛計(jì)數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、基于2.4G有源RFID的資產(chǎn)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，在這部分中僅介紹了該類應(yīng)用的概述、功能性需求、非功能性等，沒有給出詳細(xì)的設(shè)計(jì)流程，供部分學(xué)生進(jìn)行選做，學(xué)生可以進(jìn)一步熟練掌握一些常見的RFID設(shè)備窗體應(yīng)用程序編寫與數(shù)據(jù)庫操作，更重要的是能夠培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考與工程設(shè)計(jì)的能力。上述實(shí)驗(yàn)主要涉及C#程序開發(fā)、Java程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫原理、RFID原理、條碼識別技術(shù)、無線傳輸技術(shù)等，這些課程學(xué)生在前期已經(jīng)學(xué)習(xí)過，通過項(xiàng)目的開發(fā)能夠?qū)⒏鱾€(gè)分散的知識點(diǎn)進(jìn)行整合，從而真正地消化吸收。另外實(shí)驗(yàn)過程中可以采取分組的方式將學(xué)生劃分為若干個(gè)項(xiàng)目組，每一個(gè)小組負(fù)責(zé)一個(gè)創(chuàng)造性實(shí)驗(yàn)，小組中的每一個(gè)成員負(fù)責(zé)項(xiàng)目的其中一部分，以加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)助能力，從思想上加強(qiáng)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課重要性的認(rèn)識。

3.3 多種考核方式并舉

對于可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的課程，考核方式不應(yīng)該只限于理論考試的單一方式，應(yīng)該將實(shí)驗(yàn)課程按比例添加到總成績中去，可以根據(jù)學(xué)生平時(shí)實(shí)驗(yàn)完成情況進(jìn)行分層次的考核，如能夠完成前文所述創(chuàng)造性實(shí)驗(yàn)的學(xué)生應(yīng)有相應(yīng)的加分;同時(shí)，也可以開展一次實(shí)驗(yàn)課程答辯會，根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)完成情況和答辯情況進(jìn)行相應(yīng)的評分，通過這些方式能夠讓學(xué)生體驗(yàn)到成功的快樂和自豪，將大大提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)造性，同時(shí)也能拉開課程考核層次。

4 結(jié)語

在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學(xué)改革中，必須借助先進(jìn)的教學(xué)理念和教學(xué)方式，利用多種教學(xué)手段，保障教學(xué)水平。特別是在2020-2021春季學(xué)期期間，高校學(xué)生普遍不能到校上課，高校教師通常采取互聯(lián)網(wǎng)授課的方式對學(xué)生進(jìn)行授課，但是其中的實(shí)踐部分很多課程無法開展，只能進(jìn)行純理論教學(xué)。通過引入本文介紹的仿真平臺就能夠脫離實(shí)驗(yàn)室開展實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠自主地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，與授課教師進(jìn)行在線溝通，進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生的求知欲和探索精神，同時(shí)通過建立討論小組的方式使得教師和學(xué)生在教與學(xué)的過程中相互促進(jìn)，也提升了授課教師的科研能力。本次教學(xué)改革實(shí)踐將物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)眾多實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行了整合，大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)助能力，進(jìn)而提高了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)相關(guān)課程的教學(xué)質(zhì)量和水平。

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【通聯(lián)編輯：王力】