物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在編程教學(xué)中的創(chuàng)新應(yīng)用

李媛　楊加　林泳免

摘 要：本文根據(jù)C語言、Java、C#和Android等技工院校信息類專業(yè)常開設(shè)的程序設(shè)計(jì)課程，探討研發(fā)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的教學(xué)設(shè)備、應(yīng)用于程序設(shè)計(jì)的教學(xué)課程，讓學(xué)生輕松學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)編程語言，享受學(xué)習(xí)編程語言的樂趣，從而提高學(xué)生的編程能力水平，挖掘?qū)W生的內(nèi)在潛力。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 編程教學(xué) 創(chuàng)新

計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程是技工院校信息類專業(yè)的核心課程，通過程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)，能夠讓學(xué)生掌握一門或者多門程序設(shè)計(jì)語言，養(yǎng)成分析問題、解決問題的基本能力，并且加深對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的理解。

程序設(shè)計(jì)課程邏輯性較強(qiáng)，內(nèi)容枯燥，艱澀難懂，技工院校的學(xué)生在學(xué)習(xí)編程時(shí)，常常處于一種機(jī)械、被動(dòng)、不自信的狀態(tài)，程序設(shè)計(jì)水平長期徘徊不前，進(jìn)而失去學(xué)習(xí)的興趣，教學(xué)效果很不理想。

探索新的教學(xué)方法，為技工院校信息類專業(yè)學(xué)生解決編程學(xué)習(xí)難的問題，已迫在眉睫。

一、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在編程教學(xué)中的創(chuàng)新應(yīng)用

結(jié)合筆者學(xué)校學(xué)生特點(diǎn)和當(dāng)前開設(shè)的程序設(shè)計(jì)課程，筆者通過大量實(shí)驗(yàn)，測(cè)試市面上各種相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)芯片和電子零件的功能和穩(wěn)定性，選取符合技工院校程序設(shè)計(jì)教學(xué)特點(diǎn)的零件，進(jìn)行硬件組裝和軟件加工設(shè)計(jì)，研發(fā)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的教學(xué)設(shè)備，將其應(yīng)用于程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)，讓枯燥乏味的編程課程變得輕松有趣。具體步驟如下。

第一，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)教學(xué)設(shè)備，選擇合適的主控芯片和網(wǎng)絡(luò)芯片來控制設(shè)備和接入網(wǎng)絡(luò)，為硬件編寫一套代碼，實(shí)現(xiàn)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男问絹戆l(fā)送參數(shù)和解析外部傳入的命令，內(nèi)部封裝嚴(yán)謹(jǐn)，外部交互接口參數(shù)豐富，操作直觀易用，學(xué)生無須學(xué)習(xí)額外的知識(shí)就可以快速入門，有助于學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的理解和認(rèn)識(shí)，同時(shí)提升教師的專業(yè)能力。

第二，通過采取軟硬件結(jié)合的編程學(xué)習(xí)方法，可以很好地鍛煉學(xué)生的思維能力、動(dòng)手能力以及創(chuàng)造創(chuàng)新能力，對(duì)個(gè)人專業(yè)技能提升有很大幫助。

第三，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的編程教學(xué)方法可運(yùn)用于C語言、Java、C#和Android等多種編程語言的教學(xué)，有助于學(xué)生從基礎(chǔ)編程課程向進(jìn)階課程的學(xué)習(xí)升級(jí)。

第四，搭建實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境——物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。設(shè)計(jì)開發(fā)基于MQTT協(xié)議及WebSocket協(xié)議的物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)，下面以“基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)編程讀取溫濕度的實(shí)驗(yàn)”為例進(jìn)行分析。

（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

本實(shí)驗(yàn)主要通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，讓學(xué)生通過編寫簡單的程序遠(yuǎn)程讀取硬件模塊溫濕度的值。實(shí)驗(yàn)采用團(tuán)隊(duì)自行設(shè)計(jì)的軟硬件平臺(tái)，簡化復(fù)雜的編程過程，而且支持多個(gè)編程環(huán)境平臺(tái)。傳統(tǒng)的編程學(xué)習(xí)主要是使用顯示屏幕進(jìn)行互動(dòng)，而本實(shí)驗(yàn)?zāi)茏寣W(xué)生在編程入門學(xué)習(xí)中直接與硬件模塊互動(dòng)，從而培養(yǎng)其學(xué)習(xí)的興趣，掌握編程的技巧。

（二）物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)軟硬件介紹（見圖1）

1.學(xué)生編程環(huán)境工具

Visual Studio? ?AndroidStudio? ?Dreamweaver.

2.實(shí)驗(yàn)使用自行設(shè)計(jì)的溫濕度模塊（見圖2、圖3）。

（三）實(shí)驗(yàn)過程

1.準(zhǔn)備工作

（1）先打開物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，在平臺(tái)上注冊(cè)一個(gè)用戶名，并設(shè)置好密碼。

（2）在物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)登錄用戶后臺(tái)，創(chuàng)建一個(gè)溫濕度設(shè)備，設(shè)置好設(shè)備ID。

（3）使用已經(jīng)編寫好的設(shè)備固件源代碼，修改設(shè)備要接入的Wifi信號(hào)和密碼，再修改設(shè)備ID、用戶名和密碼等內(nèi)容，使其與物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)注冊(cè)的用戶及設(shè)備ID一致（見圖4、圖5）。

（4）為設(shè)備接入供電電源，設(shè)備啟動(dòng)并自動(dòng)聯(lián)網(wǎng)，接入物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。

2.不同編程課程的學(xué)習(xí)及代碼

以《C#.Net程序設(shè)計(jì)》代碼讀取顯示溫濕度為例。

（1）先導(dǎo)入命名空間。

using MyWlw.User; //導(dǎo)入會(huì)員操作命名空間

using MyWlw.Devices.Wsd; //導(dǎo)入設(shè)備命名空間

（2）拖放三個(gè)Label控件，分別命名為label1，label2，label3。

（3）在窗口加載時(shí)編寫以下代碼：

聲明對(duì)象變量：

User usr;

Wsd w1;

Form_Load事件中：

usr=new User（“用戶名”，“密碼”）; //使用在平臺(tái)注冊(cè)的會(huì)員創(chuàng)建一個(gè)用戶對(duì)象

w1=new Wsd（usr ， “設(shè)備ID”）; //使用用戶對(duì)象和設(shè)備ID創(chuàng)建一個(gè)溫濕度設(shè)備

w1.SetCallBack（GetData）;? //設(shè)置好數(shù)據(jù)返回的回調(diào)函數(shù)

w1.Connect（）; //連接物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

用于返回?cái)?shù)據(jù)的回調(diào)函數(shù)：

Private void GetData（string type， string data）? //當(dāng)平臺(tái)有數(shù)據(jù)返回時(shí)，自動(dòng)調(diào)用該函數(shù)

{

//判斷每次返回的數(shù)據(jù)類型，顯示數(shù)據(jù)到窗體上

if （type==”ds18b20”）? label1.Text=”溫度1：”+data+”度”;

if （type==”dht11_wd”）? label2.Text=”溫度2：”+data+”度”;

if （type==”dht11_sd”）? label3.Text=”濕度：”+data+”%”;

}

在窗體上拖放一個(gè)定時(shí)器，設(shè)置每隔3秒執(zhí)行以下代碼：

private void timer1_Tick（object sender， EventArgs e）

{

w1.Get （）; //每隔3秒向物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)發(fā)送一個(gè)獲取溫濕度數(shù)據(jù)的指令。

}

（4）運(yùn)行效果（見圖6）。

二、取得的效果

一是近幾年信息類專業(yè)招生率逐年上升。2018年筆者學(xué)校計(jì)劃招生200人，實(shí)際招生220人，比原計(jì)劃提高10%;2019年計(jì)劃招生250人，實(shí)際招生280人，比原計(jì)劃提高12%;2020年計(jì)劃招生 250人，實(shí)際招生 300人，比原計(jì)劃提高20%。

二是近幾年參加校內(nèi)集訓(xùn)的人數(shù)逐年遞增，學(xué)生參加省級(jí)比賽取得的名次逐年靠前。2018年筆者學(xué)校選手參加第45屆世界技能大賽省屬技工院校選拔賽，1人獲得了三等獎(jiǎng);2019年筆者學(xué)校參加第四屆廣東省技工院校職業(yè)技能大賽，獲得了總分第3名;2020年筆者學(xué)校選手參加第46屆世界技能大賽廣東省選手選拔賽，有兩名學(xué)生分別獲得了二等獎(jiǎng)和三等獎(jiǎng)。

三是自主創(chuàng)業(yè)的學(xué)生逐年增多。自2017年以來自主創(chuàng)業(yè)人數(shù)每年都在遞增，公司業(yè)務(wù)類型越來越多樣化，公司員工人數(shù)逐年增多。

三、小結(jié)

在程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)中運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采用一體化的教學(xué)手段，使學(xué)生在課堂上體驗(yàn)如何拼裝程序小車、組裝智能機(jī)器人、安裝各類燈組模塊和傳感器，通過遠(yuǎn)程錄入指令，完成特定功能，以多元化的方式來直觀展示程序運(yùn)行結(jié)果，改變了以往程序設(shè)計(jì)課堂嚴(yán)肅、乏味的現(xiàn)狀，為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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（作者單位：廣東省粵東技師學(xué)院）