虛擬仿真技術在物聯(lián)網專業(yè)實踐教學的應用探析

岳秀明

摘要：物聯(lián)網是一門技術發(fā)展迅速的專業(yè)學科，但實驗室設備成本高、設備老化且更新慢等現(xiàn)實問題不利于實踐教學的實施，計算機虛擬仿真技術的應用可在一定程度上解決該問題。本文從物聯(lián)網實驗教學現(xiàn)狀及教學中應用情況進行研究，旨在探究如何在物聯(lián)網實踐教學中更有效的提高學生實踐能力。

關鍵詞：虛擬仿真技術；物聯(lián)網；實踐教學

引言

虛擬仿真技術[1]是虛擬現(xiàn)實技術和系統(tǒng)仿真技術的合成，其在現(xiàn)代教育方面的應用是一種趨勢，國家已提出大力發(fā)展職業(yè)教育，對虛擬仿真技術充分應用在職業(yè)教育中，提高職業(yè)教育發(fā)展水平和效果，意在推動虛擬仿真技術在教學領域的應用。

物聯(lián)網專業(yè)是一個新興的、面向未來的專業(yè)，采用當前常規(guī)的培養(yǎng)模式必然面臨很多困難。不同學校的物聯(lián)網專業(yè)培養(yǎng)方案可能各具特點，但都重在培養(yǎng)學生的軟硬件系統(tǒng)的實踐動手能力，這就要求實踐環(huán)節(jié)必須進行教學模式上有突破，虛擬仿真技術成為物聯(lián)網專業(yè)實踐教學的重要教學改革手段。本文試結合相關教學實踐，對物聯(lián)網專業(yè)學科教學中虛擬仿真技術的應用進行探討。

1 物聯(lián)網實驗教學現(xiàn)狀

物聯(lián)網專業(yè)是典型的“以專業(yè)為中心”向“以問題為中心”的轉變結果。這就要求我們對物聯(lián)網專業(yè)實驗教學模式進行思考，首先對物聯(lián)網教學現(xiàn)狀問題[2]進行分析如下：

（1）行業(yè)發(fā)展與專業(yè)教學脫節(jié)問題

新技術發(fā)展速度快、更新?lián)Q代頻繁。物聯(lián)網從概念到產品、系統(tǒng)出現(xiàn)甚至僅幾個月，教學材料與儀器設備跟不上發(fā)展。同時，物聯(lián)網涵蓋一般電類專業(yè)多個方向，有限課時導致多門課難以合并或內容精簡，因此知識教育的多科性、綜合性要求對物聯(lián)網專業(yè)教學模式進行調整。

（2）專業(yè)提升與學科層次銜接問題

首先，鑒于辦學特色和發(fā)展空間的關系，行業(yè)寬泛與學科支持的矛盾突出。其次，政策引導和學術環(huán)境的協(xié)調，政府產業(yè)投入支持與高校前瞻研究的差異明顯。最后，教學投入和科研考核的平衡，應用型人才在教師和學生認知度上有偏離。

2 物聯(lián)網專業(yè)采用虛擬仿真技術的必要性

環(huán)境對于學習的意義至關重要，由于實驗客觀條件限制，專業(yè)技能學習絕大多數不可能在現(xiàn)實情境中進行，采用虛擬仿真技術旨在構建仿真實驗情景的教學手段彌補了教學資源短缺、設備更新?lián)Q代頻繁、知識抽象理解偏差等問題，因此虛擬仿真實訓教學的建設是當前培養(yǎng)高素質技能型人才的迫切要求，是專職院校現(xiàn)代化建設的必然趨勢。大力發(fā)展虛擬仿真技術對于解決教育資源短缺、支撐人才發(fā)展等，有著非常重要的理論和現(xiàn)實意義。

3 虛擬仿真技術在物聯(lián)網教學中的相關應用

物聯(lián)網體系可劃分為三個層次：感知層、網絡層和應用層。下面將就這三個層次進行探討。

3.1 在感知層相關課程實驗教學中的應用

感知層主要是人類世界和物理世界的數據獲取問題，由各種傳感器[3]及傳感器網關構成，可采用proteus軟件和Multisim軟件提供的仿真元件庫，只需在這兩個軟件環(huán)境中搭建仿真電路，點擊鼠標運行電路即可直觀看到電路實現(xiàn)效果。利用虛擬仿真軟件建模有助于學生掌握理解感知層相關課程的知識點，特別是講授一些數字化集成電路傳感器時，要進行電路實物設計是不現(xiàn)實的，學校往往無法提供滿足實現(xiàn)電路的元器件，虛擬仿真技術教學此時體現(xiàn)出更大的優(yōu)勢。

3.2 在網絡層相關課程實驗教學中的應用

網絡層[4]解決的是感知層所獲得的數據在一定范圍內，通常是長距離的傳輸問題，主要完成接入和傳輸功能，是進行信息交換、傳遞的數據通路，可利用虛擬仿真技術進行試驗，在機房PC機安裝虛擬軟件的情況，可大大減少實驗性設備的投入。

3.3 在應用層相關課程實驗教學中的應用

應用層主要解決了信息處理和人機界面的問題，網絡層傳輸而來的數據在該層進入各類信息系統(tǒng)進行處理，并通過各種設備與人進行交互，處理層由業(yè)務支撐平臺、網絡管理平臺、信息處理平臺、服務支撐平臺等組成，完成協(xié)同、管理、計算、存儲、分析、挖掘以及提供面向行業(yè)和大眾用戶的服務等功能。在物聯(lián)網教學中，可以采用上位機應用軟件仿真使用場景，完成數據采集和數據處理。

4 結束語

雖然采用虛擬仿真技術教學還不能完全取代真實的實訓實驗教學，但是虛擬仿真技術應用的低成本、安全性、可重復性、高可靠性和完美的虛擬環(huán)境，非常適合當前的實踐教學。虛擬仿真技術應用到實踐實驗教學中，可實現(xiàn)課程的先進性和典型性相結合、知識性與趣味性相結合、交互性與智能型相結合?；谔摂M環(huán)境下的實驗實訓課程是學生自主探究、合作學習和快樂體驗的一種新型教學模式，有助于培養(yǎng)學生的動手實踐能力、創(chuàng)新思維能力、綜合應用能力和團結協(xié)作能力，有助于提高學生的科學素質和創(chuàng)新精神。

參考文獻：

[1]熊淑平.虛擬仿真技術在高職教學中的應用探析[J].黃河水利職業(yè)技術學院學報，2013（1）：79-81.

[2]王紅梅.淺談高等院校物聯(lián)網教育和物聯(lián)網實驗室建設現(xiàn)狀及對策[J]，太原城市職業(yè)技術學院學報，2012（3）：122-123.

[3]智能傳感器物聯(lián)網綜合實訓平臺的設計[J].戴娟，倪瑛.南京工業(yè)職業(yè)技術學院學報.2011（02）.

[4]“無線傳感器網絡”課程教學模式探索[J].周偉，易軍，張元濤，李太福.重慶科技學院學報（社會科學版）.2014（05）.