基于物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)訓(xùn)專家系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目拓展課程教學(xué)研究

沈冠林，凌路

（江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院，江蘇 無錫 214153）

0 引言

近年來，隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃的推進(jìn)，云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)已融入到現(xiàn)代化制造業(yè)、生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)等各個(gè)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，通過對(duì)資源的整合和優(yōu)化，推動(dòng)了產(chǎn)業(yè)智能化，促進(jìn)了國(guó)民經(jīng)濟(jì)提質(zhì)增效升級(jí)。2017年以來，教育部推進(jìn)“新工科”建設(shè)行動(dòng)計(jì)劃，突出學(xué)科的實(shí)用性、交叉性與綜合性，對(duì)人才培養(yǎng)提出了新的要求：培養(yǎng)高素質(zhì)、復(fù)合型人才[1]。無錫作為“感知中國(guó)中心”和“國(guó)家傳感網(wǎng)創(chuàng)新示范區(qū)”，將重點(diǎn)發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)、高端裝備制造等產(chǎn)業(yè)，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)智能化、綠色化、高端化[2]。為了滿足無錫乃至全國(guó)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才需求，高職院校物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)開設(shè)了《物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目拓展》課程。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以熟悉物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目管理、規(guī)劃和實(shí)施相關(guān)知識(shí)。此課程不僅要求學(xué)生具有扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)和技能，更需要具備物聯(lián)網(wǎng)跨界融合的行業(yè)應(yīng)用能力[3]。

1 《物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目拓展》課程的教學(xué)現(xiàn)狀和問題

《物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目拓展》是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的一門核心課程，是依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和相關(guān)職業(yè)崗位（群）的能力要求而設(shè)置的，對(duì)本專業(yè)所面向的物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)人員、物聯(lián)網(wǎng)安裝調(diào)試員、信息通訊網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行管理人員、軟件與信息技術(shù)服務(wù)人員等崗位所需要的素質(zhì)、知識(shí)和技能目標(biāo)的達(dá)成起支撐作用。在課程設(shè)置上，前導(dǎo)課程有《物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃與組建》、《PC應(yīng)用開發(fā)》、《移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)》。

課程以項(xiàng)目為基礎(chǔ)，基于工作過程進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，內(nèi)容涵蓋項(xiàng)目需求與規(guī)劃、設(shè)備選型與檢測(cè)、系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)、施工檢測(cè)、通信與網(wǎng)絡(luò)、終端軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成、項(xiàng)目管理等各個(gè)實(shí)際工作環(huán)節(jié)，綜合運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)三層體系架構(gòu)中的傳感器、單片機(jī)開發(fā)、有線網(wǎng)絡(luò)通信、無線網(wǎng)絡(luò)通信、Android應(yīng)用開發(fā)、系統(tǒng)集成等技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在生產(chǎn)生活各領(lǐng)域的行業(yè)應(yīng)用能力。《物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目拓展》是對(duì)前導(dǎo)課程的綜合應(yīng)用和擴(kuò)展，本文基于實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)提出以下問題。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)、規(guī)劃和實(shí)施教學(xué)內(nèi)容偏理論，無法系統(tǒng)化教學(xué)。受場(chǎng)地、設(shè)備的限制，項(xiàng)目的需求規(guī)劃、設(shè)計(jì)施工、檢測(cè)維護(hù)等仍只能通過理論教學(xué)，與企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目關(guān)聯(lián)度不高，學(xué)生缺乏實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)實(shí)踐，無法掌握項(xiàng)目開發(fā)整體流程，導(dǎo)致學(xué)生進(jìn)入工作崗位后，技能與企業(yè)實(shí)際需求脫節(jié)。

項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)性相對(duì)較弱，實(shí)訓(xùn)或仿真軟件案例簡(jiǎn)單，學(xué)生練習(xí)不充分。物聯(lián)網(wǎng)全項(xiàng)目流程涉及設(shè)備眾多、種類多樣，受硬件設(shè)備限制，無法根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目需求設(shè)計(jì)復(fù)雜功能案例，學(xué)生只能練習(xí)項(xiàng)目開發(fā)的部分環(huán)節(jié)。

針對(duì)以上現(xiàn)狀和存在的問題，本文提出了一種改進(jìn)措施：引入物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)訓(xùn)專家系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠解決《物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目拓展》課程面臨的大部分教學(xué)問題，取得更好的教學(xué)效果。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)訓(xùn)專家系統(tǒng)的《物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目拓展》課程教學(xué)方案

2.1 系統(tǒng)介紹

物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)訓(xùn)專家系統(tǒng)是西安海舟信息技術(shù)有限公司研發(fā)的一套專門面向高校物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)的教學(xué)設(shè)備。該系統(tǒng)以真實(shí)項(xiàng)目為背景，提供了實(shí)用的教學(xué)資源和多種創(chuàng)新的教學(xué)方法，將理論、技術(shù)和能力培養(yǎng)有機(jī)融合。如圖1所示，系統(tǒng)前臺(tái)含有溫濕度傳感器、光照度傳感器、甲醛傳感器、二氧化碳傳感器、LED燈、電源插座、交流電機(jī)、直流電機(jī)、開門按鈕、門禁控制器、紅外探測(cè)器、天然氣探測(cè)器、緊急報(bào)警開關(guān)、電控鎖、攝像頭、電源系統(tǒng)等硬件設(shè)備及Android系統(tǒng)ARM板一塊，可部署RS485、ZigBee、NB-IOT、433MHz等多種通信網(wǎng)絡(luò)，涵蓋環(huán)境采集、安防報(bào)警、設(shè)備控制三個(gè)子系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)智能家居、智能安防、智慧農(nóng)業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)。如圖2所示，系統(tǒng)教學(xué)軟件包含項(xiàng)目規(guī)劃與需求、設(shè)計(jì)與實(shí)施等實(shí)施項(xiàng)目流程和技術(shù)的十個(gè)單元。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)訓(xùn)專家系統(tǒng)前臺(tái)

圖2 物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)訓(xùn)專家系統(tǒng)教學(xué)軟件

2.2 專家系統(tǒng)在《物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目拓展》課程教學(xué)中的應(yīng)用

按照《物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目拓展》教學(xué)設(shè)計(jì)，專家系統(tǒng)適用于企業(yè)項(xiàng)目全生命周期。在項(xiàng)目需求與規(guī)劃階段，專家系統(tǒng)提供了豐富的硬件設(shè)備可滿足項(xiàng)目多種功能需求，且對(duì)三個(gè)子系統(tǒng)提供了詳細(xì)的規(guī)劃文檔；在設(shè)備選型與檢測(cè)階段，專家系統(tǒng)提供了詳細(xì)的設(shè)備參數(shù)介紹并附帶萬用表、示波器等設(shè)備供學(xué)生練習(xí)檢測(cè)設(shè)備；在項(xiàng)目設(shè)計(jì)與施工階段，專家系統(tǒng)提供了三個(gè)子系統(tǒng)的系統(tǒng)圖、施工圖等技術(shù)文檔，合理布局接線端口便于學(xué)生操作，且提供施工檢測(cè)功能，一旦學(xué)生接線錯(cuò)誤軟件自動(dòng)給出提示；在通信組網(wǎng)時(shí)，學(xué)生可在專家系統(tǒng)上實(shí)訓(xùn)RS485、ZigBee、433MHz、NB-IOT等多種有線無線網(wǎng)絡(luò)通信方式，更換通信方式只需更換相應(yīng)設(shè)備節(jié)點(diǎn)、重新燒寫程序即可；在軟件開發(fā)階段，專家系統(tǒng)提供了環(huán)境搭建、需求分析、程序設(shè)計(jì)等技術(shù)文檔，供學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)踐單片機(jī)和Android應(yīng)用開發(fā)，其中嵌入式主機(jī)ARM板提供WiFi接口，學(xué)生可自己開發(fā)APP程序通過手機(jī)調(diào)試設(shè)備，設(shè)定多種應(yīng)用場(chǎng)景，做到實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目舉一反三。

3 結(jié)論

《物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目拓展》課程引入物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)訓(xùn)專家系統(tǒng)解決了教學(xué)內(nèi)容與企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目脫節(jié)、學(xué)生實(shí)踐不夠、缺乏全流程項(xiàng)目系統(tǒng)的問題。通過專家系統(tǒng)直觀、模塊化訓(xùn)練，學(xué)生掌握了項(xiàng)目開發(fā)整體流程；專家系統(tǒng)提供的多種設(shè)備和豐富接口，可滿足多領(lǐng)域項(xiàng)目需求，提高了學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)跨界融合的行業(yè)應(yīng)用能力。物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)訓(xùn)專家系統(tǒng)大大提高了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，具有較高的教學(xué)價(jià)值。