物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在中職創(chuàng)新教育中的應(yīng)用研究

沈建林 項建峰

【摘 要】隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，其應(yīng)用已滲透到了教育領(lǐng)域，實現(xiàn)了智慧化的校園管理。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與中職創(chuàng)新教育緊密結(jié)合起來，解決中職創(chuàng)新教育難以開展的問題也成為了可能。本文主要以中職電氣專業(yè)為例，分析教育對象，營造創(chuàng)新氛圍，以校企合作、產(chǎn)教融合為平臺，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合CDIO工程理念，開展創(chuàng)新教育，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);中職;創(chuàng)新教育;CDIO

【中圖分類號】G712 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【論文編號】1671-7384（2020）012-087-04

在職業(yè)教育事業(yè)不斷發(fā)展的今天，中職學(xué)校如何培養(yǎng)具有一定創(chuàng)新意識的技術(shù)技能型人才，需要中職教育工作者不斷地在技術(shù)革新的道路上進(jìn)行探索。不同教育階段的學(xué)生有著不同的創(chuàng)新培養(yǎng)要求，但在創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)上目標(biāo)是一致的。中職學(xué)生知識基礎(chǔ)較薄弱、學(xué)習(xí)習(xí)慣和學(xué)習(xí)持久力不足以及管理模式傳統(tǒng)等問題給開展中職創(chuàng)新教育帶來了一定的困難。近年來，我國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅猛發(fā)展，各領(lǐng)域都進(jìn)行了深入的研究和廣泛應(yīng)用，同時也滲透到了職業(yè)教育領(lǐng)域，為中職創(chuàng)新教育教學(xué)模式和方法提出了更新的研究思路。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)化創(chuàng)新環(huán)境，實現(xiàn)智慧管理

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一種通過射頻識別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有三個特點(diǎn)，即全面感知、可靠傳遞和智能處理，可以應(yīng)用于智能家居、智能倉儲和智慧校園等領(lǐng)域。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用到中職學(xué)校的創(chuàng)新教育過程中，也必將帶來教育的新變革。

1.創(chuàng)新實驗室的環(huán)境設(shè)置

創(chuàng)新教育的目標(biāo)是為了培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新人格的可持續(xù)發(fā)展的人，使學(xué)生具有一定的基本技能技術(shù)水平，并擅于運(yùn)用所學(xué)的知識在學(xué)習(xí)生活中重構(gòu)、發(fā)現(xiàn)和認(rèn)知新知識、新方法和新思維。因此可以在中職學(xué)校創(chuàng)新教育中結(jié)合學(xué)生的專業(yè)特征，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)建創(chuàng)新教育教學(xué)環(huán)境。

以我校電氣專業(yè)為例，為了讓學(xué)生充分參與到創(chuàng)新學(xué)習(xí)過程中，按照“實踐→認(rèn)識→再實踐”的認(rèn)知規(guī)律，將創(chuàng)新教育實驗室空間設(shè)置為110平方米，共劃分為討論實訓(xùn)區(qū)、報告區(qū)、3D打印區(qū)、激光切割區(qū)、智能家居體驗區(qū)、電路板制板區(qū)和實訓(xùn)耗材區(qū)等七個區(qū)域。通過體驗、感知、實踐等方式激起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，煥發(fā)其創(chuàng)新實踐的熱情。

2.創(chuàng)新實驗室的智能系統(tǒng)

創(chuàng)新是一項慢活、細(xì)活，是一個花大量時間潛心研究的過程，更需要學(xué)生具有刻苦鉆研、永不放棄的精神，教師在引領(lǐng)學(xué)生研究的同時，更需要給學(xué)生時間和空間。根據(jù)近幾年來的創(chuàng)新教育實踐發(fā)現(xiàn)，在開展過程中出現(xiàn)了一些管理上的問題。因此，學(xué)校運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將原有的創(chuàng)新實訓(xùn)室改造成“智能型實驗室”，專門用于創(chuàng)新教育的開展，為學(xué)生提供一個良好的創(chuàng)新環(huán)境，開發(fā)出有實際用途的產(chǎn)品，如圖1所示。

該智能系統(tǒng)在師生共同努力下設(shè)計并開發(fā)完成，其內(nèi)容主要包括智能門禁系統(tǒng)、遠(yuǎn)程線上指導(dǎo)系統(tǒng)、智能倉儲系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

（1）設(shè)計智能門禁系統(tǒng)，安全管理實驗室。通過智能門禁系統(tǒng)應(yīng)用無源RFID技術(shù)實現(xiàn)機(jī)器對人的唯一識別并完成相應(yīng)的考勤記錄，實現(xiàn)對學(xué)生進(jìn)出考勤，做到學(xué)生的安全管理，也避免其他人員非法進(jìn)入造成影響[1]。根據(jù)實際情況，創(chuàng)新實驗室安裝了智能門禁系統(tǒng)，該門禁系統(tǒng)包括指紋門禁、電磁鎖、出門按鈕、電源控制器以及上位機(jī)管理軟件。對參與創(chuàng)新實踐教育的相關(guān)師生進(jìn)行授權(quán)，采用指紋識別的方式，只有授權(quán)人員才能進(jìn)入實驗室開展實踐活動，并對相關(guān)人員的進(jìn)入和離開時間進(jìn)行記錄，方便教師通過軟件進(jìn)行查詢，規(guī)范管理，提升實驗室的安全性，最大限度發(fā)揮實驗室的功能，該系統(tǒng)的組成框圖如圖2所示。

（2）設(shè)計線上指導(dǎo)管理系統(tǒng)，突破時空管理限制。通過線上指導(dǎo)管理系統(tǒng)可以有效地突破時間和空間的限制，學(xué)生可以隨時隨地發(fā)起線上提問，教師隨時解答，實現(xiàn)線上線下混合教育，避免了教師不在學(xué)校不能解答的難題出現(xiàn)。該線上指導(dǎo)系統(tǒng)主要包括多路高清攝像頭、多路錄像機(jī)、路由器（連通互聯(lián)網(wǎng)）、電腦顯示終端和手機(jī)移動終端，如圖3所示。在創(chuàng)新實驗室中安裝桌式和掛式球形高清攝像頭，與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行連接，當(dāng)學(xué)生遇到問題時，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)“現(xiàn)場直播”，將視頻信息、音頻信息顯示在指導(dǎo)教師的手機(jī)和電腦終端上，進(jìn)行“現(xiàn)場”指導(dǎo)，及時解決出現(xiàn)的問題。

（3）設(shè)計智能倉儲系統(tǒng)，規(guī)范管理實訓(xùn)耗材。智能倉儲系統(tǒng)能有效管理耗材，提高耗材管理的科學(xué)性，通過大數(shù)據(jù)可以精準(zhǔn)判斷學(xué)生開展學(xué)習(xí)的情況。該系統(tǒng)主要實現(xiàn)耗材入庫、出庫管理，通過查詢，實時了解庫存情況，可防止在實踐過程中出現(xiàn)缺貨現(xiàn)象，影響創(chuàng)新實踐活動的進(jìn)程，系統(tǒng)還能給出每位學(xué)生耗材使用情況。該系統(tǒng)包括12個倉儲柜，倉儲柜內(nèi)用于存放不同種類的元器件，每個柜門通過電子鎖自動打開，為了便于管理，設(shè)置了人機(jī)界面，包括液晶顯示器和4X4矩陣按鍵，通過這些按鍵進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)置、耗材的入庫管理和耗材的出庫管理。

（4）設(shè)計遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，規(guī)范學(xué)生操作行為。通過遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在開放性創(chuàng)新實驗室中觀察學(xué)生在無人值守狀態(tài)下的學(xué)習(xí)情況，保證實驗室安全可靠地運(yùn)行。在實驗室中安裝了音視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實時監(jiān)視、記錄實驗室中的動態(tài)，可通過遠(yuǎn)程電腦終端、手機(jī)終端進(jìn)行查看。當(dāng)學(xué)生出現(xiàn)違規(guī)操作時及時進(jìn)行提醒，也可通過回放觀察學(xué)生參與創(chuàng)新實踐的過程，保證整個創(chuàng)新實踐活動有序地開展。

通過以上組合系統(tǒng)，較好地解決了中職學(xué)生原有學(xué)習(xí)習(xí)慣問題，較好地規(guī)避了作為開放性實驗室所帶來的一些問題，也較好地提升了學(xué)生積極主動參與創(chuàng)新學(xué)習(xí)的熱情。

引入物聯(lián)網(wǎng)真實項目實施CDIO課程

為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新熱情，更好地實現(xiàn)環(huán)境資源的高效利用，我校通過引入真實物聯(lián)網(wǎng)項目，開展創(chuàng)新實踐教育。例如，在電氣專業(yè)中設(shè)置了智能窗簾的設(shè)計與制作、智能機(jī)器人的設(shè)計與制作、智能保險箱的設(shè)計與制作、智能澆灌機(jī)器人的設(shè)計與制作等十多個項目用于培養(yǎng)學(xué)生的知識與技能水平，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，對原有產(chǎn)品進(jìn)行技術(shù)革新。在教學(xué)過程中采用CDIO工程模式實施教學(xué)。CDIO即構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程[2]。

如在“智能澆灌機(jī)器人的設(shè)計與制作”項目中，按照CDIO等四個環(huán)節(jié)進(jìn)行教學(xué)，如表1所示。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在中職創(chuàng)新教育中的運(yùn)行成效

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，創(chuàng)新教育得到了有效的發(fā)展。近幾年，越來越多的學(xué)生參與到創(chuàng)新教育中，并積極參加各種創(chuàng)新類比賽及專利申請，學(xué)生的技能水平和創(chuàng)新思維等方面都有了很大的提升。我們通過此模式真正地服務(wù)于中職教育，培養(yǎng)高技能型人才。

1.提升了學(xué)生專業(yè)技能水平

專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，很大程度上由學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性所決定。通過創(chuàng)新實驗室及創(chuàng)新項目的開設(shè)讓學(xué)生主動參與到實踐中，探究認(rèn)識每個知識點(diǎn)、技能點(diǎn)，真正實現(xiàn)理論與實際相結(jié)合，學(xué)生的專業(yè)水平也就得到有效的提升。如表2所示為電氣專業(yè)參與創(chuàng)新實踐教育前后專業(yè)技能水平的對比。

2.提高了創(chuàng)新實驗室利用率

通過實驗室智能管理系統(tǒng)的建設(shè)和實施，實現(xiàn)智能化、科學(xué)化的管理，使實驗室及其耗材的使用率得到有效提高，圖4為近4年的耗材人均使用數(shù)和實驗室利用率統(tǒng)計。

3.樹立了學(xué)生的自信心

在創(chuàng)新教育中運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將一些抽象概念具體化，如智能澆灌系統(tǒng)中所測得土壤濕度數(shù)字化，學(xué)生可直觀觀察，并設(shè)計系統(tǒng)根據(jù)濕度情況定量實施精準(zhǔn)澆灌，通過測試運(yùn)行體驗成功的快樂。我校近幾年積極鼓勵學(xué)生參與創(chuàng)新比賽及專利申請，獲獎成果豐厚，其中獲國際級一等獎1個、二等獎1個、省一等獎2個、二等獎2個、三等獎3個，申請實用新型專利12個。這些成績的取得極大鼓舞了學(xué)生參與創(chuàng)新教育的積極性，也樹立了中職學(xué)生自信心。

對于創(chuàng)新，不同的人有不同的理解。創(chuàng)新就是把一些創(chuàng)意轉(zhuǎn)變?yōu)閷嵨锊⑴c他人一起探討分享過程中快樂的事。而創(chuàng)新教育就是讓學(xué)生能從教育過程中體驗成功與快樂的一種教育方式。在中職學(xué)校運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能較好地解決中職學(xué)校較難開展創(chuàng)新教育的問題。

參考文獻(xiàn)

傅騫.從優(yōu)化管理到促進(jìn)創(chuàng)新——物聯(lián)網(wǎng)教育應(yīng)用目標(biāo)發(fā)展概述[J].中國電化教育，2014（11）：69-73.

孫長遠(yuǎn)，龐學(xué)光.CDIO工程教學(xué)模式對我國職業(yè)教育改革的啟示[J].職教論壇，2014（24）：64-68.