公有云在物聯(lián)網(wǎng)課程實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

何輝+龔成瑩

摘 要： 針對當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教學(xué)中存在的問題和工程領(lǐng)域?qū)υ搶I(yè)的應(yīng)用需求，對公有云平臺這一新技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教育實(shí)踐中的應(yīng)用進(jìn)行研究，通過研究和教育實(shí)踐，將主流的工程應(yīng)用與傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，通過對諸多云平臺的測試和應(yīng)用，選擇主流并適合于教育教學(xué)的平臺進(jìn)行重點(diǎn)的推廣應(yīng)用，并在人才培養(yǎng)、學(xué)科競賽等方面取得一定的應(yīng)用成果。

關(guān)鍵詞： 物聯(lián)網(wǎng)課程 公有云 實(shí)踐教學(xué)

隨著國家對物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)的重視和對相關(guān)人才的迫切需求，許多高校陸續(xù)開展了物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)。在2012年最新頒布的普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄中，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)屬于工學(xué)中的計算機(jī)大類，標(biāo)準(zhǔn)學(xué)制四年，畢業(yè)后授予工學(xué)學(xué)士學(xué)位。該專業(yè)是一門交叉學(xué)科，涉及計算機(jī)、通信技術(shù)、電子技術(shù)、測控技術(shù)等專業(yè)基礎(chǔ)知識，以及管理學(xué)、軟件開發(fā)等多方面知識。作為一個處于摸索階段的新興專業(yè)，各校都專門制定了物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)方案。學(xué)生需要學(xué)習(xí)包括計算機(jī)系列課程、信息與通信工程、模擬電子技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)等幾十門課程[1]。

近年來，云計算大行其道，許多大的IT公司推出了面向工程應(yīng)用的公有云服務(wù)，如開放式開發(fā)平臺（如GAE、SAE、BAE）、源代碼云平臺（如github）、物聯(lián)網(wǎng)云平臺（如YeeLink），這些創(chuàng)新服務(wù)為物聯(lián)網(wǎng)教育帶來新的機(jī)遇和變革[2]。借助這些優(yōu)秀的云計算平臺，將諸多的物聯(lián)網(wǎng)課程實(shí)踐環(huán)節(jié)遷移到云端進(jìn)行，不僅能更好地促進(jìn)該學(xué)科的教學(xué)實(shí)踐水平，而且能更好地使高等教育與工程實(shí)踐相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)。

1.公有云應(yīng)用情況

1.1開發(fā)云：SAE

Sina App Engine（以下簡稱SAE）是新浪于在2009年11月3日正式推出第一個Alpha版本的國內(nèi)首個公有App Engine，SAE是新浪云計算戰(zhàn)略的核心組成部分。SAE作為國內(nèi)的公有云計算，從開發(fā)伊始借鑒吸納Google、Amazon等國外公司的公有云計算的成功技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，并很快推出有別于國外公司并具有自身特色的AppEngine。SAE選擇在國內(nèi)流行最廣的Web開發(fā)語言PHP作為首選的支持語言，Web開發(fā)者可以在Linux、Mac或Windows上通過SVN或者Web版在線代碼編輯器進(jìn)行開發(fā)、部署、調(diào)試，團(tuán)隊(duì)開發(fā)時還可以進(jìn)行成員協(xié)作，不同的角色將對代碼、項(xiàng)目有不同的權(quán)限；SAE提供了一系列分布式計算、存儲服務(wù)供開發(fā)者使用，包括分布式文件存儲、分布式數(shù)據(jù)庫集群、分布式緩存、分布式定時服務(wù)等，這些服務(wù)將大大降低開發(fā)者的開發(fā)成本。

在相關(guān)課程教學(xué)過程中，引入新浪SAE公有云計算開發(fā)平臺，SAE在一定流量內(nèi)免費(fèi)，足夠滿足教學(xué)實(shí)踐需要，要求每個學(xué)生開通新浪SAE賬號，將自己完成的個人主頁和其他Web開發(fā)課程的作業(yè)均通過版本控制工具上傳到云端，在課堂上，本人和學(xué)生一起對他們所完成的任務(wù)進(jìn)行點(diǎn)評，取得非常好的效果，不但節(jié)省教學(xué)時間，免去學(xué)生配置傳統(tǒng)服務(wù)的煩惱，更使其與當(dāng)前主流的工程應(yīng)用親密接觸。在該課程的后期，講授JSP動態(tài)網(wǎng)頁階段，要求學(xué)生直接在SAE云端設(shè)計數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，取得良好的教學(xué)效果。

1.2實(shí)驗(yàn)云：實(shí)驗(yàn)樓

實(shí)驗(yàn)樓是一個IT在線學(xué)習(xí)平臺，為用戶提供的不是視頻，而是配置好的虛擬機(jī)，通過虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，學(xué)習(xí)者可邊看文檔邊動手操作，從而提高學(xué)習(xí)者的動手實(shí)踐能力，而且實(shí)驗(yàn)樓虛擬環(huán)境不僅是簡單的在線編譯器，更可以支持廣泛的IT內(nèi)容學(xué)習(xí)，不再局限于編程領(lǐng)域，為用戶提供的是一站式的IT在線動手實(shí)踐環(huán)境，學(xué)習(xí)者不用本地創(chuàng)造環(huán)境，只需一臺電腦，登錄實(shí)驗(yàn)樓網(wǎng)站即可。

實(shí)驗(yàn)樓平臺開通了諸多課程的實(shí)驗(yàn)平臺和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，包括但不限于《C程序設(shè)計》、《Java程序設(shè)計》、《Python語言》、《Android應(yīng)用開發(fā)》、《Linux操作系統(tǒng)》、《網(wǎng)絡(luò)與信息安全》等物聯(lián)網(wǎng)課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，為學(xué)習(xí)者提供動手實(shí)踐的環(huán)境。在最近幾學(xué)期的《嵌入式操作系統(tǒng)》和《嵌入式系統(tǒng)設(shè)計》課程中，授課教師要求學(xué)生申請“實(shí)驗(yàn)樓”云平臺賬號，布置任務(wù)，在線編程，在瀏覽器打開的虛擬環(huán)境下進(jìn)行程序的調(diào)試和驗(yàn)證，達(dá)到良好的教學(xué)效果，也使學(xué)生感受到在線實(shí)驗(yàn)的魅力。

1.3物聯(lián)網(wǎng)云：Yeelink

Yeelink是一個通用的物聯(lián)網(wǎng)開放平臺，允許用戶將設(shè)備接入網(wǎng)站，提供傳感器數(shù)據(jù)的接入、存儲和顯示服務(wù)，用戶不用考慮服務(wù)器實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)和運(yùn)維情況，即可擁有交付物聯(lián)網(wǎng)化的電子產(chǎn)品的能力。利用Yeelink提供開發(fā)接口，即可將傳感數(shù)據(jù)接入到Y(jié)eelink平臺。Yeelink提供了方便的物聯(lián)網(wǎng)云端接口，支持各類單片機(jī)開源硬件，為相關(guān)專業(yè)開設(shè)單片機(jī)應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)、ZigBee、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等課程提供云端實(shí)踐平臺[3]。

在相關(guān)課程的課程設(shè)計環(huán)節(jié)，授課教師給學(xué)生布置“基于物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程環(huán)境檢測系統(tǒng)”的題目，題目要求基于物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)完成當(dāng)前環(huán)境溫濕度的采集，通過WSN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在數(shù)據(jù)的顯示部分，提出按照物聯(lián)網(wǎng)云Yeelink的協(xié)議格式要求，將數(shù)據(jù)定時送往Yeelink平臺，以隨時隨地在云端實(shí)時檢測到被測環(huán)境的狀態(tài)和數(shù)據(jù)曲線，如下圖所示。

2.應(yīng)用效果

2.1人才培養(yǎng)

通過在物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的課程中進(jìn)行云計算平臺的應(yīng)用，將目前主流的工程領(lǐng)域的開發(fā)方法引入教學(xué)實(shí)踐中，大大促進(jìn)理論與工程實(shí)踐的結(jié)合[4]。所培養(yǎng)的學(xué)生進(jìn)入工作崗位后，能夠迅速地進(jìn)入角色，在目前物聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)等技術(shù)廣泛應(yīng)用的時代，提前站穩(wěn)腳跟。根據(jù)部分學(xué)生的就業(yè)反饋，他們在學(xué)校進(jìn)行的這些實(shí)踐活動基本與當(dāng)前IT公司的路線一致，在相關(guān)的開發(fā)領(lǐng)域能夠迅速上手，得到用人單位的好評。

2.2學(xué)科競賽

將公有云平臺應(yīng)用到學(xué)生的相關(guān)學(xué)科競賽中進(jìn)行，取得了良好的競賽成績。

（1）2012年，在教育部舉辦的全國信息技術(shù)大賽中，我校學(xué)生利用公有云SAE完成的作品“校園一機(jī)通”取得了全國二等獎的好成績，該作品后端采用當(dāng)時十分先進(jìn)的云計算平臺SAE進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲和邏輯處理，前端使用移動終端，采用JSON方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

（2）2014年，在教育部舉辦的全國大學(xué)生嵌入式物聯(lián)網(wǎng)競賽中，參賽作品“藍(lán)牙控制物聯(lián)網(wǎng)小車”利用手機(jī)控制藍(lán)牙小車，藍(lán)牙小車進(jìn)行環(huán)境狀態(tài)的監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送至物聯(lián)網(wǎng)云端Yeelink，在Yeelink端進(jìn)行數(shù)據(jù)的可視化和存儲，該作品充分利用Yeelink云提供的開發(fā)接口，具有一定的創(chuàng)新性，最終獲得大賽全國二等獎。

（3）2015年，在教育部計算機(jī)教指委主辦的TI杯全國大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)競賽中，參賽作品“手機(jī)控制物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)”利用TI的CC2530無線傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)采集和傳輸數(shù)據(jù)，Android智能終端作為數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)與外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，Yeelink云端進(jìn)行傳感數(shù)據(jù)的可視化，該作品最終獲得西北賽區(qū)二等獎的成績。

（4）2015年，甘肅省首屆青年APP大賽中，所指導(dǎo)的參賽作品“校園移動信息平臺”采用阿里云平臺進(jìn)行部署，最終獲得省級三等獎。

2.3教學(xué)相長

在云平臺與物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)踐課程的結(jié)合應(yīng)用過程中，相關(guān)授課教師可獲得很大的收獲，教學(xué)思路由原來的傳統(tǒng)觀念逐步向主流的工程應(yīng)用角度轉(zhuǎn)變，動手能力也得到增強(qiáng)，這都為以后教學(xué)工作的開展帶來了有益幫助。

3.結(jié)語

借助云計算的強(qiáng)大優(yōu)勢，將無線網(wǎng)專業(yè)相關(guān)課程的教學(xué)實(shí)踐逐步遷移到云計算平臺。通過研究和教育實(shí)踐，將主流的工程應(yīng)用與傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，通過對諸多云平臺的測試和應(yīng)用，選擇主流并適合于教育教學(xué)的平臺進(jìn)行重點(diǎn)的推廣應(yīng)用，并在人才培養(yǎng)、學(xué)科競賽等方面取得一定的應(yīng)用成果。實(shí)踐表明，該項(xiàng)應(yīng)用能夠促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教學(xué)模式和教學(xué)手段的創(chuàng)新，對學(xué)生工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力的提高起到促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]李爽.基于云計算的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究[D].合肥：安徽大學(xué)，2014.

[2]朱靜宜.基于云計算的高職物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源平臺構(gòu)建研究[J].中國教育信息化，2012（9）：33-35.

[3]李凱.基于YeeLink物聯(lián)網(wǎng)平臺的校園環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計[D].保定：河北大學(xué)，2015.

[4]鮑宇暉，崔德鳳，張永紅.云計算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于“實(shí)驗(yàn)動物學(xué)”教學(xué)模式的探討[J].北京教育（高教），2014（4）：75-76.

基金項(xiàng)目：甘肅省“十二五”教育科學(xué)規(guī)劃課題（GS[2013]GHB0938）；蘭州工業(yè)學(xué)院教學(xué)改革研究項(xiàng)目（2013-17）。