物聯(lián)網(wǎng)應用技術實訓教學探索與實踐

[摘要]以智慧農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測為實訓載體，打造高職物聯(lián)網(wǎng)應用技術專業(yè)實訓教學。文章從分析高職物聯(lián)網(wǎng)應用技術專業(yè)人才培養(yǎng)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(tǒng)體驗” 路徑來構建專業(yè)實訓教學，達到物聯(lián)網(wǎng)應用技術人才培養(yǎng)目標。通過專業(yè)課程與實訓體系的有效結合，實現(xiàn)高素質(zhì)技術技能型物聯(lián)網(wǎng)技術人才的培養(yǎng)。

[關鍵詞]物聯(lián)網(wǎng)技術；實訓教學；職業(yè)能力；專業(yè)建設

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

高職物聯(lián)網(wǎng)應用技術專業(yè)建設自從2011年開始在全國迅速展開，經(jīng)過近幾年的快速建設初步形成了一定的規(guī)模，積累了一定的經(jīng)驗，但是由于物聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)專業(yè)還有較大差距，特別是高職物聯(lián)網(wǎng)應用技術專業(yè)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(yǎng)面向社會各行各業(yè)生產(chǎn)第一線的高素質(zhì)技術技能型專業(yè)人才的高等職業(yè)教育，它的根本任務是培育學生良好的職業(yè)能力與可持續(xù)發(fā)展能力。職業(yè)化能力的培育是高職學生的重中之重，也是區(qū)別于應用型、研究型人才的顯著標志，職業(yè)能力的培養(yǎng)要靠高職院校實訓教學來保障和實現(xiàn)，只有建設規(guī)劃好物聯(lián)網(wǎng)技術實訓教學體系才能完成高職物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學生的職業(yè)能力與可持續(xù)發(fā)展能力的修成。隨著國家“互聯(lián)網(wǎng)+”、“工業(yè)4.0”等理念的提出與深化，物聯(lián)網(wǎng)技術的應用十分廣泛，如智慧農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、智能交通、智慧城市、智能家居和智能物流等，根據(jù)國家“十二五”戰(zhàn)略規(guī)劃結合地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展特點，以智慧農(nóng)業(yè)和環(huán)境監(jiān)測作為高職物聯(lián)網(wǎng)技術實訓切入點，基于“認知—技術技能—系統(tǒng)體驗” 路徑來研究并實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應用技術實訓教學，培養(yǎng)主要面向農(nóng)業(yè)與環(huán)境行業(yè)的具有物聯(lián)網(wǎng)設備安裝調(diào)試、工程規(guī)劃與實施、系統(tǒng)服務與技術支持為主的高素質(zhì)技術技能型物聯(lián)網(wǎng)技術人才。

1專業(yè)課程與實訓教學

1.1專業(yè)培養(yǎng)目標

高職院校是為國家培養(yǎng)技術技能型人才的高等學校。其培養(yǎng)的人才除了要有一定的理論基礎知識，重點是要培養(yǎng)學生具有較強的專業(yè)實踐操作能力和崗位就業(yè)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(yè)能力為目標的實訓教學，最終實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應用技術人才培養(yǎng)目標的要求。

物聯(lián)網(wǎng)應用技術專業(yè)的培養(yǎng)目標是為培養(yǎng)德、智、體、美等全面發(fā)展，面向物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，服務區(qū)域與地方經(jīng)濟發(fā)展，具有較好的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)基礎知識、較強的實踐能力、良好的團隊協(xié)作能力，可持續(xù)發(fā)展與創(chuàng)新能力，掌握物聯(lián)網(wǎng)應用技術，從事物聯(lián)網(wǎng)工程項目的規(guī)劃與施工管理、物聯(lián)網(wǎng)設備安裝與調(diào)試、物聯(lián)網(wǎng)維護與管理、物聯(lián)網(wǎng)設備營銷與技術支持，成為具備良好文化素養(yǎng)、職業(yè)道德和綜合職業(yè)能力的高素質(zhì)技術技能型人才。

1.2專業(yè)課程體系

從職業(yè)崗位能力需要出發(fā)來分析物聯(lián)網(wǎng)應用技術專業(yè)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(nèi)容，在滿足一定理論知識需要的前提下強化實訓課程內(nèi)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(nèi)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(shù)量的通識教學課程和專業(yè)基礎課程，如高等數(shù)學、英語、高級語言程序設計、物聯(lián)網(wǎng)技術概論等。專業(yè)課程的設置更加體現(xiàn)職業(yè)崗位的特點要求，以智能農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測為系統(tǒng)實訓平臺出發(fā)，圍繞這兩大領域的物聯(lián)網(wǎng)技術應用展開，開設了一些有特色的專業(yè)課與實訓課。如RFID技術與應用、無線傳感器組網(wǎng)技術、農(nóng)業(yè)食品溯源應用系統(tǒng)實訓、城市環(huán)境遠程監(jiān)測系統(tǒng)實訓等課程。課程設置如下表所示。

物聯(lián)網(wǎng)應用技術專業(yè)課程表

公共素養(yǎng)課程

思想道德修養(yǎng)與法律基礎、毛澤東思想和中國特色社會主義理論體系概論、形勢與政策、軍事理論教育、職業(yè)發(fā)展與就業(yè)指導、大學英語、大學語文、高等數(shù)學（理）、大學生心理健康教育、體育

專業(yè)支撐課程

計算機組裝與系統(tǒng)維護、計算機技術基礎、電工電子技術基礎、高級語言程序設計、計算機網(wǎng)絡技術、物聯(lián)網(wǎng)技術概論、數(shù)據(jù)庫應用基礎、網(wǎng)絡設備配置技術

專業(yè)核心課程

無線傳感器網(wǎng)絡技術、RFID技術與應用、傳感器原理與應用、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應用實訓、物聯(lián)網(wǎng)工程設計與實施

專業(yè)拓展課程

綜合布線技術、移動應用開發(fā)、嵌入式系統(tǒng)與應用

1.3實訓教學體系

高職教學的根本就是培養(yǎng)學生具備良好的職業(yè)崗位就業(yè)能力，它的特點是突出職業(yè)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(yè)實訓教學環(huán)節(jié)、校內(nèi)實訓室建設、校外實訓基地建設。在設計物聯(lián)網(wǎng)應用技術實訓教學時，以知識與技能漸進式提高出發(fā)，按照“認知—技術技能—系統(tǒng)體驗” 路徑展開，“認知”主要是強調(diào)基礎性和啟蒙性實訓，“技術技能”主要側重專業(yè)核心課程的配套實訓，“系統(tǒng)體驗”主要是對前面實訓成果的系統(tǒng)綜合和應用，更加貼近物聯(lián)網(wǎng)技術的實際應用。物聯(lián)網(wǎng)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(yè)認知實訓、專業(yè)技能實訓和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應用實訓。校內(nèi)校外實訓的有效結合來強化物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)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(nèi)實訓室主要完成學生的專業(yè)技能的實操和理論知識的內(nèi)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(lián)網(wǎng)應用技術基礎性實訓可以分成兩個層面：專業(yè)基礎實訓和專業(yè)認知實訓。

2.1專業(yè)基礎實訓

專業(yè)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(yè)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(tǒng)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(yè)認知實訓

專業(yè)認知實訓是開啟對物聯(lián)網(wǎng)技術應用大門的起初環(huán)節(jié)，目的是讓物聯(lián)網(wǎng)應用技術專業(yè)學生對物聯(lián)網(wǎng)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(yè)學習的興趣，為專業(yè)技能實訓起到承上啟下的作用。由于物聯(lián)網(wǎng)技術涉及學科門類較多，職業(yè)面向行業(yè)應用面廣，因此不可能面面俱到，只能依據(jù)專業(yè)培養(yǎng)定位來開設認知實訓。針對面向農(nóng)業(yè)與環(huán)境應用的特點，專業(yè)認知實訓突出了電子技術基礎和計算機網(wǎng)絡技術的學習，通過系統(tǒng)仿真和實際電路的調(diào)試，讓學生對基本的模擬、數(shù)字電路、計算機網(wǎng)絡應用有個較好認知；通過物聯(lián)網(wǎng)技術概論課程相關的實訓讓學生了解物聯(lián)網(wǎng)涉及的多類技術要素，了解物聯(lián)網(wǎng)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(diào)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(wǎng)上查閱、實地參觀、現(xiàn)場交流與訪談等。

3職業(yè)技能實訓

職業(yè)技能是高職學生面向社會就業(yè)之根本，也是體現(xiàn)現(xiàn)代高職教育之重心所在。高職教育的質(zhì)量與特色大多體現(xiàn)在學生技能素質(zhì)的培養(yǎng)上。從物聯(lián)網(wǎng)技術層面來分析，物聯(lián)網(wǎng)技術應用主要包括三個層面：感知技術、網(wǎng)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(nóng)業(yè)與環(huán)境領域的應用從三層結構來組織物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)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(yè)應用提供信息與數(shù)據(jù)。它包括多方面的信息獲取技術，如各型傳感器、RFID系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、條碼等十分廣泛。以農(nóng)業(yè)與環(huán)境行業(yè)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(yè)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(tǒng)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(tǒng)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(nóng)業(yè)方面的調(diào)節(jié)光照和控制水源和通風等。

3.2信息傳輸技能實訓

網(wǎng)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(wǎng)絡傳輸，二是遠程高速網(wǎng)絡傳輸。近距離無線網(wǎng)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(zhuǎn)發(fā)上傳到遠程網(wǎng)絡上。重點是實訓無線傳感網(wǎng)（Zigbee網(wǎng)絡）的組網(wǎng)與使用，讓學生了解與掌握無線傳感網(wǎng)的基本組成、相關設備與工作原理，通過如節(jié)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(wǎng)的使用。另外，結合計算機網(wǎng)絡技術實訓來強化學生對局域網(wǎng)、寬帶廣域網(wǎng)的應用以及網(wǎng)絡設備配置與管理。

3.3信息處理技能實訓

在物聯(lián)網(wǎng)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(jīng)網(wǎng)絡傳輸層上傳到云端數(shù)據(jù)的接收、過濾與存儲，然后結合行業(yè)應用進行控制與管理。主要涉及專業(yè)課程有數(shù)據(jù)庫應用基礎、高級語言程序設計、移動應用開發(fā)等一些相關軟件應用方面。基于物聯(lián)網(wǎng)技術的應用系統(tǒng)離不開數(shù)據(jù)庫管理和前后臺應用軟件的開發(fā)，針對高職學生的特點，適當強化數(shù)據(jù)庫（如MSSQL）應用知識的掌握和實際應用，對數(shù)據(jù)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(lián)技術的迅速發(fā)展，移動終端在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應用中已十分普及，目前移動開發(fā)平臺主要基于IOS和Android兩大系統(tǒng)，基于Android移動應用開發(fā)已占據(jù)主流，為此結合移動應用開發(fā)課程建設移動應用開發(fā)實訓室，在學習了Java語言后，通過“教學做”來培養(yǎng)學生開發(fā)小型App的能力。

4系統(tǒng)性實訓

物聯(lián)網(wǎng)技術的顯著特點是集多專業(yè)之大成，涉及專業(yè)知識面廣，容易給學生產(chǎn)生知識混雜和難學的印象，那么如何補救這一情況是專業(yè)教學研究的一大課題，為此，基于“認知—技術技能—系統(tǒng)體驗” 路徑的理念，特別強化與設置了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)綜合實訓環(huán)節(jié)。

4.1智能農(nóng)業(yè)應用實訓

物聯(lián)網(wǎng)技術在智能農(nóng)業(yè)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(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量管理特別是食品溯源系統(tǒng)已日益成熟。將農(nóng)產(chǎn)品種（養(yǎng)）植、運輸、加工和流通的信息相關聯(lián)，形成完整的信息追溯鏈來確保農(nóng)產(chǎn)品的安全性。整個系統(tǒng)涉及溯源標識技術、監(jiān)裝技術、物流監(jiān)控技術和數(shù)據(jù)采集與查詢技術。溯源系統(tǒng)以RFID、條碼技術的應用為基礎，是一典型的物聯(lián)網(wǎng)綜合應用系統(tǒng)。這一實訓系統(tǒng)基本涵蓋了物聯(lián)網(wǎng)應用技術專業(yè)所學的大部分專業(yè)知識，通過溯源系統(tǒng)的實訓體驗把原本分散的技術串聯(lián)起來，強化了學生對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)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(nèi)容有網(wǎng)絡環(huán)境的搭建、服務器安裝與調(diào)試、電子標簽制作與識讀、數(shù)據(jù)庫管理與應用、PDA安裝與調(diào)試和APP應用開發(fā)等。

4.2環(huán)境監(jiān)測實訓

基于無線傳感網(wǎng)的環(huán)境監(jiān)測實訓是以傳感器與無線傳感網(wǎng)組建與應用開發(fā)為重點的專業(yè)實訓，通過此實訓讓學生達到對無線傳感網(wǎng)的系統(tǒng)設計，設備選型，傳感網(wǎng)組網(wǎng)及Zigbee協(xié)議的應用開發(fā)有一定程度深化，實訓重點要讓學生樹立起系統(tǒng)性的理念。下圖是物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測實訓室功能總體框圖。

環(huán)境監(jiān)測實訓系統(tǒng)

實訓系統(tǒng)包含三種數(shù)傳模式（WiFi、Zigbee、有線）環(huán)境監(jiān)測傳感器，形成一套覆蓋三個層次的物聯(lián)網(wǎng)教學平臺。同時，其他內(nèi)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(lián)網(wǎng)實驗設備的一部分；師生教學、科研實踐開發(fā)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(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡傳輸?shù)叫畔⑻幚磔^完整的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應用模型。包含的實訓：網(wǎng)絡組網(wǎng)與無線信號測試、Zigbee協(xié)議棧應用、Zigbee網(wǎng)絡拓撲、開發(fā)環(huán)境的搭建；IEEE 802.11協(xié)議介紹、接口程序代碼開發(fā)、串口WiFi設備服務器設計、傳感器數(shù)據(jù)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(lián)動起來，讓學生充分體會到一個真實的無線傳感網(wǎng)系統(tǒng)的體驗，更加貼近了以后的工作崗位，增強學生就業(yè)信心。

5結論

物聯(lián)網(wǎng)應用技術實訓教學是培養(yǎng)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(yǎng)目標，構建起符合學生就業(yè)崗位需要的實訓教學體系。本文以農(nóng)業(yè)與環(huán)境應用為背景，從分析人才培養(yǎng)目出發(fā)，基于“認知—技術技能—系統(tǒng)體驗” 路徑來研究并實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)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(huán)境，通過近兩年的探索與實踐，取得了較好的效果。

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