基于開源智能硬件的移動(dòng)互聯(lián)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)教學(xué)改革

夏 旭

（湖南安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院 湖南·長沙 410151；中南大學(xué) 湖南·長沙 410083）

一、引言

以手機(jī)為代表的移動(dòng)互聯(lián)設(shè)備的廣泛應(yīng)用，已經(jīng)對人們的工作和生活帶來了巨大的影響，企業(yè)對移動(dòng)互聯(lián)應(yīng)用技術(shù)人才的需求日益增加，在這種背景下2015年我國高職高專專業(yè)目錄中開始增設(shè)“移動(dòng)互聯(lián)應(yīng)用技術(shù)”專業(yè)，該專業(yè)涵蓋了電子、計(jì)算機(jī)等專業(yè)知識，課程內(nèi)容包括了底層硬件、軟件以及應(yīng)用開發(fā)，目前，高職院校在該專業(yè)的人才培養(yǎng)上相對滯后，在專業(yè)課程的授課過程中，仍以偏軟件應(yīng)用開發(fā)為主，學(xué)生難以了解底層硬件和應(yīng)用開發(fā)的關(guān)系，所培養(yǎng)的學(xué)生難以滿足企業(yè)在硬件設(shè)計(jì)上的技術(shù)要求[1]。

2017年7月，國務(wù)院印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》[2]，提出在智能教育領(lǐng)域，要利用智能技術(shù)加速推動(dòng)人才培養(yǎng)模式、教學(xué)方法改革。在這種背景下，利用智能技術(shù)對移動(dòng)互聯(lián)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)進(jìn)行教學(xué)改革具有重要的意義。本文將分析目前移動(dòng)互聯(lián)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)教學(xué)中存在的問題，并在對開源智能硬件優(yōu)勢進(jìn)行闡述的基礎(chǔ)上，探討將其應(yīng)用在專業(yè)教學(xué)改革中的可行性。

二、移動(dòng)互聯(lián)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)教學(xué)存在的問題

1.交叉性強(qiáng)，專業(yè)課程教學(xué)難度大

移動(dòng)互聯(lián)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)在高職院校一般開設(shè)在電子系或者計(jì)算機(jī)系，通常電子系的師資偏重硬件設(shè)計(jì)與開發(fā)，而計(jì)算機(jī)系的師資則偏重軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)，然而，該專業(yè)實(shí)際上是一個(gè)交叉性較強(qiáng)的專業(yè)，學(xué)生不僅需要學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)知識、軟件開發(fā)知識，還需要熟悉硬件電路知識、傳感器知識，目前的專業(yè)教師并沒有學(xué)習(xí)移動(dòng)硬件軟件開發(fā)方面知識的經(jīng)歷，也沒有參與移動(dòng)應(yīng)用方面開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，因此，對專業(yè)教師而言，專業(yè)課程教學(xué)難點(diǎn)較大。

2.軟硬結(jié)合，對實(shí)踐教學(xué)平臺要求高

移動(dòng)互聯(lián)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)決定了學(xué)生必須了解云計(jì)算技術(shù)，能在熟悉各類移動(dòng)硬件平臺的基礎(chǔ)上，開發(fā)應(yīng)用程序，因此，對實(shí)踐教學(xué)平臺提出了更高的要求。這類實(shí)踐教學(xué)平臺不僅需要支持硬件和軟件實(shí)驗(yàn)，也需要支持云平臺、無線傳感器等移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)，而目前已有的開發(fā)平臺，往往以單片機(jī)、嵌入式開發(fā)為主，無法讓學(xué)生獲得豐富的移動(dòng)互聯(lián)應(yīng)用體驗(yàn)，難以幫助學(xué)生理解和掌握移動(dòng)應(yīng)用的開發(fā)方法。

針對上述問題，本文將以“開發(fā)快”為例對開源智能硬件特點(diǎn)和優(yōu)勢深入分析的基礎(chǔ)上，探討基于開源智能硬件的移動(dòng)互聯(lián)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)改革，力圖破解難題，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。

三、“開發(fā)快”開源智能硬件的優(yōu)勢

1.開源硬件簡介

開源硬件即Open Source Hardware，最早在國外興起，它借鑒了開源軟件的許可方式，是指用與自由及開源軟件相同的方式設(shè)計(jì)的硬件[3]。這類開源硬件的設(shè)計(jì)者會(huì)公布包括PCB圖、電路圖、物料清單、源碼、開發(fā)包、工具包在內(nèi)的所有詳細(xì)資料。開源硬件概念是由開源運(yùn)動(dòng)發(fā)起人布魯斯.佩倫斯在1997年發(fā)起并確立的[4]，其目的是為了促進(jìn)硬件制造商自行認(rèn)證其開放硬件產(chǎn)品。開源硬件和開源軟件的出現(xiàn)，促使開源社區(qū)成為開發(fā)者們活躍的平臺，社區(qū)中往往有大量從初級到高級的免費(fèi)教程、案例，適合初學(xué)者學(xué)習(xí)，并能幫助創(chuàng)意者快速實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，這類平臺同樣也非常適合高職學(xué)生。

2.“開發(fā)快”開源智能硬件的特點(diǎn)和優(yōu)勢

“開發(fā)快”是一款開源智能硬件，它是由易通星云公司運(yùn)營，公司力圖打造一個(gè)面向互聯(lián)網(wǎng)工程師技術(shù)的社區(qū)，并提供免費(fèi)的技術(shù)開發(fā)服務(wù)，社區(qū)包括門戶網(wǎng)站、開發(fā)者中心、技術(shù)論壇、開源方案等，解決行業(yè)智能產(chǎn)品研發(fā)過程中的開發(fā)慢、周期長、成本高等痛點(diǎn)，構(gòu)建企業(yè)級的智能化產(chǎn)品與平臺。

“開發(fā)快”開源智能硬件在2016年年底到2017年上半年，以活動(dòng)推廣的方式免費(fèi)向?qū)W生和開發(fā)者贈(zèng)送10000余塊開發(fā)板，其基本款的官方售價(jià)低于200元，吸引了大批學(xué)生用戶和企業(yè)開發(fā)人員使用，目前，使用該開放平臺的用戶超過5萬，以“開發(fā)快”為基礎(chǔ)的應(yīng)用超過500個(gè)，開發(fā)者社區(qū)積累了一大批優(yōu)秀的開源項(xiàng)目和教程，極大的方便了初學(xué)者自主開展學(xué)習(xí)。該平臺的總體設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 “開發(fā)快”開源智能硬件平臺

從總體上來說，“開發(fā)快”開源智能硬件不同于傳統(tǒng)的單片機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)設(shè)備，其主要優(yōu)勢包括：

（1）價(jià)格低廉：“開發(fā)快”官方免費(fèi)發(fā)放的M302I小e Wifi開發(fā)板，其淘寶價(jià)格僅為169元，而且搭載了Wifi模塊、溫濕度傳感器、OLED顯示屏、氣壓傳感器、RGB燈、IR接收發(fā)射管、音頻AD芯片等，功能強(qiáng)大，可以實(shí)現(xiàn)基于微信端的大氣壓查詢、溫濕度查詢、RGB燈控制、音頻輸出等功能，還可利用微信進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和語音互動(dòng)，官方提供全套的微信+硬件模塊+軟件全套開源代碼，并有示范視頻教程，對于初學(xué)者尤其對于學(xué)生而言投入小，但是，功能強(qiáng)大。

（2）內(nèi)置 Wifi，便于開發(fā)：“開發(fā)快”采用了樂鑫的ESP8266芯片作為內(nèi)置的Wifi模塊，改變了傳統(tǒng)的利用STM32或者51單片機(jī)進(jìn)行開發(fā)過程中Wifi功能必須依賴于外部接口的方式，極大的方便了開發(fā)者。開發(fā)語言可以使用底層的C語言或者頂層的JAVA語言，適應(yīng)范圍廣，在原有硬件軟件資源上進(jìn)行開發(fā)，降低了開發(fā)難度，是高職學(xué)生作為初學(xué)者非常好的一個(gè)學(xué)習(xí)和開發(fā)平臺。

（3）可擴(kuò)展性好，支持多類平臺：“開發(fā)快”不僅支持 Wifi，也支持 2G、GPS、Lora等多種類型場景，提供七大常用計(jì)算平臺的SDK，能滿足多種開發(fā)需要，支持個(gè)性化微信和APP的定制，操作簡便，能為學(xué)生實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意類項(xiàng)目提供平臺支持。

（4）學(xué)習(xí)資源豐富：開源智能硬件注重產(chǎn)品的推廣，其技術(shù)社區(qū)有豐富的各類成功項(xiàng)目資源、教材和文檔，初學(xué)者能很方便的在社區(qū)發(fā)布求助獲得幫助，從而進(jìn)一步激發(fā)初學(xué)人員的學(xué)習(xí)興趣。

四、開源智能硬件在移動(dòng)互聯(lián)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的教學(xué)實(shí)踐

1.優(yōu)化專業(yè)教學(xué)內(nèi)容

移動(dòng)互聯(lián)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)課程體系中需要涉及移動(dòng)端控制，例如，移動(dòng)端利用微信或者APP實(shí)現(xiàn)對LED燈的控制、對聲音的控制、對溫度的控制等，實(shí)現(xiàn)一系列智能產(chǎn)品，最常用到的是Wifi的無線通信功能和GPS（或北斗）的定位功能，傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，需要對各類相關(guān)硬件、軟件理論知識進(jìn)行學(xué)習(xí)，而且很難獲得直觀的體驗(yàn)，而利用開源智能硬件進(jìn)行學(xué)習(xí)，則可以利用官方開放的源代碼進(jìn)行教學(xué)，降低教師教學(xué)難度，并快速讓學(xué)生獲得實(shí)際體驗(yàn)，從而激發(fā)學(xué)生的興趣。

以讓學(xué)生理解微信對傳感器的控制為例，課堂上，只需要學(xué)生利用手機(jī)微信關(guān)注公眾號“開發(fā)快之家”，點(diǎn)擊公眾號中“我的設(shè)備→配置綁定”，點(diǎn)擊“綁定/解綁”后，即可實(shí)現(xiàn)微信控制顯示當(dāng)前溫濕度、大氣壓、多彩燈等，如圖2所示。能讓學(xué)生快速理解移動(dòng)端通過Wifi模塊實(shí)現(xiàn)對各類傳感器的控制。

圖2 利用微信實(shí)現(xiàn)對“開發(fā)快”控制

2.提供創(chuàng)客教育

“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”是近幾年非?；馃岬脑掝}，不少高校開設(shè)了創(chuàng)客工作室，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)散性思維，進(jìn)行創(chuàng)意設(shè)計(jì)[5]。在這種“雙創(chuàng)”的大環(huán)境下，利用開源智能硬件具有多類外部接口，并支持七大常用計(jì)算平臺的特點(diǎn)，圍繞開源硬件軟件，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新創(chuàng)意，并通過“創(chuàng)意體驗(yàn)和分享”，激發(fā)學(xué)生的發(fā)散性思維，提高團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，最終開發(fā)出實(shí)用的產(chǎn)品，并引導(dǎo)學(xué)生模擬公司的方式進(jìn)行產(chǎn)品的迭代開發(fā)，產(chǎn)品的推廣，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)業(yè)意識。

結(jié)束語

在對移動(dòng)互聯(lián)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)教學(xué)中存在的問題進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出使用開源智能硬件進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐改革的思路，并對開源智能硬件平臺的特點(diǎn)和優(yōu)勢進(jìn)行了闡述，對將其引入到專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的可行性進(jìn)行了分析，后續(xù)將圍繞該平臺進(jìn)行整個(gè)專業(yè)課程的進(jìn)一步改革，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果，并在項(xiàng)目開發(fā)過程中實(shí)現(xiàn)對學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉澤平,羊四清.計(jì)算機(jī)專業(yè)嵌入式方向課程體系建設(shè)[J].計(jì)算機(jī)教育,2013（6）:027.

[2]國務(wù)院.國務(wù)院關(guān)于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知 [J]http://www.gov.cn/zhengce/content/2017-07/20/content_5211996.htm.2017

[3]Open-sourcehardware[EB/OL].http://en.wikipedia.org/wiki/Opensource_hardware,2014-12-18.

[4]PerensB.The Open Hardware Certification Program[EB/OL].http://lists.debian.org/debian-announce/1997/msg00026.html,2014-12-27.

[5]雒亮,祝智庭.開源硬件:撬動(dòng)創(chuàng)客教育實(shí)踐的杠桿[J].中國電化教育,2015（4）:7-14.