虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)在物聯(lián)網(wǎng)智能家居課程教學(xué)中的應(yīng)用探究

郭津津

（漳州第二職業(yè)中專學(xué)校，福建 漳州 363601）

1 虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)在物聯(lián)網(wǎng)智能家居教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用價(jià)值

1.1 激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)是一套以實(shí)物為基礎(chǔ)的縮微化的模擬平臺(tái)，在平臺(tái)中學(xué)生可以真實(shí)地感受到智能家居的實(shí)際情況，例如自動(dòng)采集溫濕度、自動(dòng)分析光照強(qiáng)度、有害氣體及其自動(dòng)報(bào)警等。面對(duì)“既有趣又富有一定挑戰(zhàn)性”的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，能極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。“興趣是最好的老師”，虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)對(duì)中職學(xué)校學(xué)生來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是一項(xiàng)“完美的學(xué)習(xí)福利”[1]。

1.2 更容易掌握理論知識(shí)

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居對(duì)于中職學(xué)校的學(xué)生來(lái)說(shuō)，理論學(xué)習(xí)中具有一定的難度。由于理論知識(shí)“晦澀難懂”，不易掌握，如果沒(méi)有相應(yīng)的實(shí)踐，那就更難了[2]。而虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)正好解決了該問(wèn)題，把“晦澀難懂”理論知識(shí)直接與虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)相結(jié)合，讓學(xué)生在虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)上，通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐來(lái)理解理論知識(shí)，這樣就更容易理解、掌握理論知識(shí)，然后再用理論來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐，就能輕松地完成理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)化過(guò)程。

1.3 提高實(shí)踐能力

中職教育的其中一個(gè)重要理念，即是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)操能力。由于智能家居專業(yè)是一個(gè)近幾年才興起的新專業(yè)，目前很多中職學(xué)校沒(méi)有專業(yè)實(shí)訓(xùn)室、實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，因此實(shí)操能力無(wú)從談起。而部分中等職業(yè)學(xué)校基本具備物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)理實(shí)一體化的實(shí)訓(xùn)條件，但在傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)室建設(shè)中，多數(shù)存在著前期成本投入高，實(shí)訓(xùn)過(guò)程耗材嚴(yán)重，實(shí)訓(xùn)設(shè)備更新?lián)Q代速度快等問(wèn)題。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)為學(xué)生提供了很好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，在虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)中學(xué)生可以完成各種各樣的智能家居設(shè)計(jì)，使得樓宇智能化。在此過(guò)程中，學(xué)生需要?jiǎng)邮滞瓿刹季€、編程、調(diào)試、故障檢測(cè)、維護(hù)等各種實(shí)踐環(huán)節(jié)。通過(guò)各種實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，學(xué)生在不斷完成各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)、排除各種故障中不斷提高動(dòng)手能力[3]。

2 教學(xué)實(shí)踐

作者所在院校創(chuàng)新校企合作模式，與合作企業(yè)共同開(kāi)發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，以智能家居虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)為中心設(shè)計(jì)了幾十個(gè)針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)，所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)由淺入深，由單一功能到綜合應(yīng)用，基本囊括了智能家居的絕大部分功能。本文以“別墅式智能家居系統(tǒng)”為例，介紹智能家居虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的教學(xué)實(shí)踐過(guò)程。

2.1 教學(xué)設(shè)計(jì)

通過(guò)綜合仿真項(xiàng)目來(lái)檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)智能家居相關(guān)知識(shí)的掌握程度，要求學(xué)生根據(jù)所設(shè)計(jì)的功能完成綜合仿真項(xiàng)目。針對(duì)“別墅式智能家居系統(tǒng)”設(shè)計(jì)了多個(gè)功能點(diǎn)。

（1）客廳功能：在視圖上顯示實(shí)時(shí)光照傳感值、設(shè)置光照閾值、操作智能窗簾設(shè)備、當(dāng)實(shí)時(shí)傳感值小于閾值時(shí)打開(kāi)智能窗簾，反之則關(guān)閉；在視圖上顯示智能窗簾的實(shí)時(shí)狀態(tài)。

（2）臥室功能：在視圖上顯示實(shí)時(shí)溫度、濕度傳感值；根據(jù)當(dāng)前溫、濕度傳感值計(jì)算并顯示室內(nèi)人體舒適度指數(shù)及注意事項(xiàng)。

（3）廚房功能：在視圖上顯示實(shí)時(shí)有害氣體傳感值、設(shè)置有害氣體閾值、操作報(bào)警喇叭設(shè)備、當(dāng)實(shí)時(shí)傳感值大于閾值時(shí)打開(kāi)報(bào)警喇叭，反之則關(guān)閉；在視圖中顯示報(bào)警喇叭的實(shí)時(shí)狀態(tài)；當(dāng)報(bào)警喇叭開(kāi)啟時(shí)，將時(shí)間、事故原因（有害氣體）、有害氣體實(shí)測(cè)值寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)中。

（4）餐廳功能：當(dāng)餐廳有人時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟照明燈設(shè)備，無(wú)人則關(guān)閉；在視圖中顯示實(shí)時(shí)狀態(tài)。

（5）監(jiān)控記錄：在視圖中顯示各項(xiàng)監(jiān)測(cè)記錄、并可導(dǎo)出成多種格式。

在教學(xué)過(guò)程中，首先以“興趣引導(dǎo)”為主，激發(fā)學(xué)生的興趣， 引導(dǎo)學(xué)生把課堂所學(xué)的理論知識(shí)轉(zhuǎn)移到虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)中，逐步帶領(lǐng)學(xué)生，以案例來(lái)驅(qū)動(dòng)整個(gè)教學(xué)過(guò)程，把知識(shí)點(diǎn)落實(shí)到各個(gè)功能點(diǎn)中；然后引導(dǎo)學(xué)生組建團(tuán)隊(duì)，介紹項(xiàng)目設(shè)計(jì)、實(shí)施過(guò)程。

2.2 實(shí)踐環(huán)節(jié)

為了完成教學(xué)設(shè)計(jì)，在“別墅式智能家居系統(tǒng)”的實(shí)踐環(huán)節(jié)中，教師將引導(dǎo)學(xué)生首先進(jìn)行組內(nèi)分工，部分組員完成設(shè)計(jì)項(xiàng)目流程、設(shè)計(jì)項(xiàng)目線路部署圖，部分組員完成布線、編碼、調(diào)試等。

（1）布線實(shí)施，根據(jù)項(xiàng)目小組所設(shè)計(jì)的線路部署圖，完成“別墅式智能家居系統(tǒng)”的布線，如圖1（A）所示。

（2）編碼設(shè)計(jì)，首先新建一個(gè)WFP項(xiàng)目，然后導(dǎo)入廠家提供的輔助工具DLL類庫(kù)，創(chuàng)建新窗口“LoginWindows”作為登錄窗口，在該窗口中主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的登錄功能。創(chuàng)建“MainWindow”窗體作為主窗口，當(dāng)?shù)卿洺晒筮M(jìn)入該窗口。首先實(shí)現(xiàn)串口初始化及下拉框內(nèi)容設(shè)置，然后實(shí)現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)的主體功能，主體功能如表1所示。

表1 主體功能表

private void UHHG_GetData(byte[]data)該方法用于獲取有害氣體傳感值，將實(shí)時(shí)傳感值與設(shè)置的閾值進(jìn)行對(duì)比后并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能private void UHIll_GetData(byte[]data)該方法用于獲取光照傳感值，根據(jù)光照實(shí)時(shí)傳感值與閾值的比較操作智能窗簾；并顯示智能窗簾的實(shí)時(shí)狀態(tài)

系統(tǒng)主體功能函數(shù)設(shè)計(jì)好后，根據(jù)教學(xué)設(shè)計(jì)要求，開(kāi)發(fā)“別墅式智能家居系統(tǒng)”，主要完成的業(yè)務(wù)功能如圖1（B）至（F）所示。

圖1 系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能圖

（3）系統(tǒng)調(diào)試、試運(yùn)行，在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)好后，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，逐個(gè)功能點(diǎn)進(jìn)行調(diào)試，在調(diào)試過(guò)程中先檢查布線問(wèn)題，確保布線正確；然后調(diào)試軟件，檢查是否能正常收集到傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)值；再根據(jù)收集的實(shí)時(shí)數(shù)值來(lái)調(diào)試業(yè)務(wù)邏輯。

2.3 作品驗(yàn)收

作品驗(yàn)收是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)，在學(xué)生完成綜合仿真項(xiàng)目后，邀請(qǐng)本校及校企合作單位的專業(yè)技術(shù)工程師一起參與作品驗(yàn)收。

（1）驗(yàn)收前準(zhǔn)備，首先設(shè)計(jì)作品驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，制定表格，對(duì)各個(gè)功能點(diǎn)的完成情況進(jìn)行打分，例如傳感器數(shù)據(jù)是否接收到、報(bào)警器是否如期報(bào)警、窗簾是否正確打開(kāi)等；同時(shí)也對(duì)項(xiàng)目布線的規(guī)范性、軟件界面的整潔性進(jìn)行打分。

（2）項(xiàng)目陳述、成果展示，項(xiàng)目組成員對(duì)整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行簡(jiǎn)要概述，由組員共同配合完成各個(gè)功能點(diǎn)的演示，并做解說(shuō)。

（3）專家組打分，專家組成員聽(tīng)取項(xiàng)目組成員的陳述和觀看成果展示后，對(duì)項(xiàng)目的各個(gè)評(píng)分點(diǎn)進(jìn)行得分，最后把所有專家組成員的所有評(píng)分累加、取平均值，以平均值作為作品的最后得分。

3 教學(xué)方法總結(jié)與探究

3.1 興趣引導(dǎo)教學(xué)

眾所周知“填鴨式”的傳統(tǒng)教育對(duì)學(xué)生沒(méi)有什么吸引力，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)智能家居課程的教學(xué)應(yīng)當(dāng)以“興趣引導(dǎo)”為主，激發(fā)學(xué)生的興趣，引導(dǎo)學(xué)生把興趣轉(zhuǎn)移到針對(duì)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)中，通過(guò)一個(gè)個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，讓學(xué)生的一腔熱血撲在虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，不斷地鍛煉自己的實(shí)踐技能，從而提高教學(xué)質(zhì)量。

3.2 案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)

僅憑一腔熱血難以全面掌握物聯(lián)網(wǎng)智能家居的各項(xiàng)技能，本文認(rèn)為“案例驅(qū)動(dòng)”教學(xué)能進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生的學(xué)習(xí)針對(duì)性，教師通過(guò)多個(gè)由淺入深的案例，逐步引導(dǎo)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，把智能家居的理論知識(shí)逐步應(yīng)用到虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)中，不斷解決各種智能家居問(wèn)題，以通俗易懂、“所見(jiàn)即所得”的方式向?qū)W生傳授各項(xiàng)技能，使得學(xué)生的實(shí)踐技能掌握得更加全面。

3.3 任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)

“任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)”是以學(xué)生為核心，以任務(wù)為導(dǎo)向，充分發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性的一種教學(xué)方法。教師理論知識(shí)融入到各項(xiàng)任務(wù)中，要求學(xué)生組隊(duì)完成各項(xiàng)任務(wù)。在完成各項(xiàng)任務(wù)過(guò)程中，要求學(xué)生自主設(shè)計(jì)、編碼、調(diào)試、故障排除、維護(hù)等，通過(guò)小組討論、相互配合、通力協(xié)作來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神，為將來(lái)的職業(yè)生涯打下良好的基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)設(shè)計(jì)了“別墅式智能家居系統(tǒng)”實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，闡述了教學(xué)設(shè)計(jì)、實(shí)踐環(huán)節(jié)、作品驗(yàn)收等教學(xué)過(guò)程，在教育信息化背景下將虛擬仿真實(shí)訓(xùn)融入課堂實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，實(shí)現(xiàn)信息化和教學(xué)深度融合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，提高教師信息化能力，提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力，并提升教學(xué)質(zhì)量。通過(guò)智能家居虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)在實(shí)踐教學(xué)上的應(yīng)用，彌補(bǔ)教學(xué)上的不足，反饋平臺(tái)的缺陷，促進(jìn)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)和教學(xué)的相長(zhǎng)，有助于這種教學(xué)模式的更新和推廣。下一步，我們將對(duì)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的教學(xué)評(píng)價(jià)體系做一個(gè)更為深入的剖析與分解，在教學(xué)中促進(jìn)實(shí)踐，在實(shí)踐中反省教學(xué)！