物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)研究

摘 要：伴隨著智能計(jì)算設(shè)備的普及，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景從單一的物物相連，逐漸向智能化、集成化、多樣化方向發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用的創(chuàng)新與升級(jí)對(duì)人才的能力與素質(zhì)提出新要求，因此提升專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量成為專業(yè)建設(shè)與改革的關(guān)鍵任務(wù)。為避免因?qū)嵱?xùn)場(chǎng)地受限、實(shí)訓(xùn)資源不足等問題對(duì)人才培養(yǎng)質(zhì)量造成影響，文中在調(diào)研目前物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)現(xiàn)狀并分析其中存在問題的基礎(chǔ)上，結(jié)合專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)與實(shí)訓(xùn)教學(xué)需求，提出一種適用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)設(shè)計(jì)思路，為高職物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)與創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提供新的模式和理念。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)；實(shí)訓(xùn)教學(xué)；仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；平臺(tái)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2024）08-0-04

DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2024.08.043

0 引 言

教育部高等教育司在2023年工作要點(diǎn)中提出：深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，加快“虛擬仿真2.0”建設(shè)，加強(qiáng)國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)指導(dǎo)，探索推進(jìn)未來學(xué)習(xí)中心試點(diǎn)，利用新一代信息技術(shù)打造支撐學(xué)習(xí)方式變革的新型基層學(xué)習(xí)組織[1]。融合計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等信息技術(shù)的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，有助于學(xué)生深入理解和掌握專業(yè)知識(shí)，多元化培養(yǎng)專業(yè)技能，提高學(xué)生自主創(chuàng)新能力。建設(shè)適用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的虛擬仿真平臺(tái)有助于改善實(shí)訓(xùn)教學(xué)條件，提升實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)教學(xué)方法創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)高素質(zhì)技術(shù)技能型人才的培養(yǎng)。

1 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)面臨的問題

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)在教學(xué)中強(qiáng)調(diào)通過實(shí)踐過程鍛煉技能、理解知識(shí)，充分踐行“知行合一”的育人理念[2]。課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)需依托軟硬件等教學(xué)環(huán)境實(shí)現(xiàn)，但實(shí)訓(xùn)教學(xué)實(shí)施過程易受到設(shè)備、耗材、場(chǎng)地、管理等客觀因素的影響，具體問題有以下6點(diǎn)：

（1）實(shí)訓(xùn)設(shè)備數(shù)量不足。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)訓(xùn)設(shè)備承擔(dān)硬件安裝、設(shè)備調(diào)試、線纜連接、應(yīng)用開發(fā)等軟硬件結(jié)合的操作類實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，此類設(shè)備空間面積占用較大，客觀環(huán)境因素易導(dǎo)致實(shí)訓(xùn)設(shè)備數(shù)量不足，在教學(xué)實(shí)施過程中需用分組形式完成項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)。分組實(shí)訓(xùn)雖有助于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作和交流溝通能力，但設(shè)備數(shù)量不足會(huì)造成學(xué)生在實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目整體感受和細(xì)節(jié)體驗(yàn)方面的缺失，同時(shí)影響教師的指導(dǎo)效果，阻礙教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。

（2）實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容受限。實(shí)訓(xùn)內(nèi)容受設(shè)備功能、場(chǎng)地環(huán)境、設(shè)備成本等因素制約，例如物聯(lián)網(wǎng)工程項(xiàng)目中涉及的工廠、樓宇、別墅、校園等場(chǎng)景難以在實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所內(nèi)還原，場(chǎng)景體驗(yàn)普遍單調(diào)且吸引力不足。為解決以上問題，現(xiàn)階段教師會(huì)輔以沙盤、視頻、圖文等多媒體教學(xué)手段，但單一的講解、演示缺乏師生互動(dòng)，學(xué)生課堂參與積極性不足。

（3）實(shí)訓(xùn)成本高。物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)具有技術(shù)革新快、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，為保持實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與行業(yè)同步則須持續(xù)采購新型設(shè)備，但物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備種類繁多且部分設(shè)備價(jià)格昂貴，采購成本動(dòng)輒幾萬甚至上百萬，設(shè)備更新與損耗需大量資金支持，高職院校通常難以負(fù)擔(dān)。同時(shí)，實(shí)訓(xùn)期間因?qū)W生操作不當(dāng)造成的設(shè)備損壞以及反復(fù)拆裝造成的設(shè)備損耗，都會(huì)影響設(shè)備的穩(wěn)定性與可靠性并導(dǎo)致安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，為保證正常的教學(xué)秩序，需定期維護(hù)實(shí)訓(xùn)設(shè)備，持續(xù)投入維護(hù)資金。

（4）實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所使用時(shí)間受制約。實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所的使用時(shí)間受到課程安排、假期安排、人員安排等多種因素影響，學(xué)生一般只可在授課時(shí)間內(nèi)使用實(shí)訓(xùn)設(shè)備，較少的訓(xùn)練時(shí)間嚴(yán)重影響物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)進(jìn)度與教學(xué)質(zhì)量，同時(shí)也不利于學(xué)生課后自主學(xué)習(xí)習(xí)慣的培養(yǎng)。

（5）實(shí)訓(xùn)內(nèi)容需考慮安全性。首先，出于電氣安全考慮，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目應(yīng)盡量避免高電壓、大電流設(shè)備，因此部分硬件設(shè)備實(shí)訓(xùn)內(nèi)容缺失。其次，實(shí)驗(yàn)過程中強(qiáng)電的使用存在短路、起火等安全隱患，需要師生時(shí)刻注意用電安全；同時(shí)，實(shí)驗(yàn)中剝線鉗、螺絲刀等工具的使用也會(huì)帶來勞動(dòng)安全隱患。

（6）分組實(shí)訓(xùn)影響考核與評(píng)價(jià)結(jié)果?？己耸墙虒W(xué)過程中不可或缺的環(huán)節(jié)，教師可以通過考核發(fā)現(xiàn)學(xué)生實(shí)訓(xùn)過程中的問題，并采取針對(duì)性措施來提升教學(xué)質(zhì)量。首先，因?qū)嶒?yàn)設(shè)備不足而采用的分組教學(xué)形式，存在操作內(nèi)容分配不均、實(shí)訓(xùn)結(jié)果評(píng)價(jià)無法覆蓋全部學(xué)生等問題；其次，授課過程中教師因時(shí)間、精力的限制難以完全掌握每個(gè)小組和學(xué)生的實(shí)訓(xùn)情況，考核質(zhì)量受到影響。

2 虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)的必要性

目前，國內(nèi)清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)等多所高校均已按專業(yè)實(shí)踐需求建設(shè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)可有效突破教學(xué)場(chǎng)地的局限性避免部分專業(yè)實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性、豐富教學(xué)內(nèi)容和形式、優(yōu)化教學(xué)過程、提升教學(xué)效果[3-4]。因此，建設(shè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的必要性有以下3點(diǎn)。

（1）虛擬仿真技術(shù)可解決實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)備不足的問題，降低使用成本，提高實(shí)驗(yàn)安全性。虛擬仿真技術(shù)是在多媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)、人機(jī)交互、網(wǎng)絡(luò)、通信等技術(shù)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上，將仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的更高層次的仿真技術(shù)[4]。首先，基于虛擬仿真技術(shù)的虛擬化、仿真化特性，可利用計(jì)算機(jī)軟件模擬多種類型的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，從而解決實(shí)訓(xùn)教學(xué)中設(shè)備不足的問題。例如，針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目中涉及的物聯(lián)網(wǎng)布線、設(shè)備安裝、設(shè)備調(diào)試等實(shí)驗(yàn)任務(wù)，通過使用虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，學(xué)生可以獨(dú)立完成實(shí)訓(xùn)任務(wù)，這樣有助于提升學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程項(xiàng)目的整體感知和實(shí)訓(xùn)任務(wù)的參與度。其次，通過虛擬仿真技術(shù)模擬的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，在實(shí)訓(xùn)過程中不產(chǎn)生設(shè)備損耗、材料消耗等，實(shí)訓(xùn)成本主要集中在平臺(tái)的日常維護(hù)與升級(jí)方面，相較于真實(shí)設(shè)備，在設(shè)備的損耗與維護(hù)方面節(jié)省了大量的人力與財(cái)力。最后，虛擬仿真可以模擬因危險(xiǎn)性較高而無法開展的實(shí)物仿真實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，學(xué)生通過仿真訓(xùn)練可以對(duì)未來工作崗位中面臨的安全風(fēng)險(xiǎn)有一定的預(yù)期認(rèn)知，提前積累寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，這樣有助于培養(yǎng)學(xué)生的風(fēng)險(xiǎn)防范意識(shí)和安全防護(hù)意識(shí)。

（2）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)豐富教學(xué)內(nèi)容。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)等相融合的綜合性技術(shù)，利用智能計(jì)算設(shè)備模擬產(chǎn)生虛擬環(huán)境，為用戶的視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等感官提供沉浸式體驗(yàn)[5]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具備沉浸感、交互性、想象力這三個(gè)特征，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的沉浸感可以營造出生動(dòng)、形象的虛擬場(chǎng)景，依托于逼真的3D建模與計(jì)算機(jī)圖形渲染技術(shù)，可以最大程度還原物聯(lián)網(wǎng)真實(shí)項(xiàng)目中的場(chǎng)景與設(shè)備，讓用戶猶如身臨項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)。可利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的交互性實(shí)現(xiàn)用戶與虛擬仿真場(chǎng)景、設(shè)備的互動(dòng)，模擬真實(shí)場(chǎng)景中的環(huán)境變化和設(shè)備交互。虛擬場(chǎng)景和交互反饋可激發(fā)學(xué)生的想象力，提升學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的觀察廣度與理解深度，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提升。

（3）互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持用戶靈活開展實(shí)訓(xùn)任務(wù)，提升教學(xué)組織與實(shí)施效率。用戶只需接入互聯(lián)網(wǎng)即可使用虛擬仿真平臺(tái)。從教學(xué)角度出發(fā)，教師可以靈活安排實(shí)訓(xùn)時(shí)間、地點(diǎn)、內(nèi)容，不受實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地位置、大小等客觀條件限制；可通過平臺(tái)實(shí)時(shí)掌握學(xué)生任務(wù)完成情況，并對(duì)任務(wù)結(jié)果進(jìn)行考核與評(píng)價(jià)。從學(xué)生角度出發(fā)，學(xué)生除了在課堂實(shí)訓(xùn)期間使用仿真平臺(tái)，還可在課余時(shí)間繼續(xù)使用平臺(tái)完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)或進(jìn)行自主訓(xùn)練。

3 虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)教師實(shí)訓(xùn)教學(xué)與學(xué)生專業(yè)核心技能訓(xùn)練的虛擬化、數(shù)字化、智能化。平臺(tái)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括功能需求分析、平臺(tái)框架設(shè)計(jì)、平臺(tái)功能設(shè)計(jì)三部分。

3.1 平臺(tái)功能需求分析

根據(jù)高職教育培養(yǎng)高素質(zhì)技術(shù)技能型人才的目標(biāo)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)虛實(shí)結(jié)合的特點(diǎn)[6]，將物聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的需求分為遠(yuǎn)程訪問需求、物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)仿真需求、仿真交互需求、實(shí)訓(xùn)管理需求。

遠(yuǎn)程訪問便于用戶隨時(shí)隨地與系統(tǒng)平臺(tái)建立連接。需求的本質(zhì)是利用通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)用戶與平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)傳輸，通過客戶機(jī)與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交換為用戶提供在線訪問服務(wù)，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮客戶機(jī)的異構(gòu)性和用戶訪問的便捷性。

物聯(lián)網(wǎng)仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)為用戶提供完整的物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目仿真實(shí)驗(yàn)功能。虛擬仿真平臺(tái)需要結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)任務(wù)場(chǎng)景、傳感器、執(zhí)行器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、線纜鏈路等實(shí)訓(xùn)對(duì)象的三維可視化仿真和功能仿真。

仿真交互可實(shí)現(xiàn)用戶與仿真平臺(tái)之間的輸入輸出交互。交互需求包括用戶外部輸入交互以及平臺(tái)內(nèi)部仿真交互兩部分，用戶外部輸入交互是指用戶使用外部輸入設(shè)備實(shí)現(xiàn)與虛擬仿真平臺(tái)的交互，包括用戶與UI界面、用戶與仿真對(duì)象的交互。平臺(tái)內(nèi)部仿真交互是指仿真平臺(tái)內(nèi)部及設(shè)備、鏈路、場(chǎng)景等仿真對(duì)象之間的交互。

實(shí)訓(xùn)管理可保證實(shí)訓(xùn)教學(xué)高效、有序地完成，包括實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理與實(shí)訓(xùn)資源管理兩部分。實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理包含用戶、任務(wù)、數(shù)據(jù)、流程等教學(xué)組織的管理，實(shí)訓(xùn)資源管理包含文本、圖片、聲音、仿真圖形等平臺(tái)資源的管理。

3.2 平臺(tái)框架設(shè)計(jì)

當(dāng)前智能終端呈現(xiàn)架構(gòu)碎片化、使用場(chǎng)景多樣化的特點(diǎn)，因此平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)首先需考慮各類異構(gòu)系統(tǒng)、異構(gòu)設(shè)備的兼容性，同時(shí)也應(yīng)避免繁瑣的軟件安裝。針對(duì)以上幾點(diǎn)問題，虛擬仿真平臺(tái)系統(tǒng)適合采用B/S架構(gòu)，以Web瀏覽器作為客戶端載體，使用通用、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問標(biāo)準(zhǔn)，最終實(shí)現(xiàn)用戶與仿真平臺(tái)的交互[7]。仿真平臺(tái)的系統(tǒng)框架采用分層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分層結(jié)構(gòu)不僅簡化了系統(tǒng)復(fù)雜度而且易于系統(tǒng)擴(kuò)展。平臺(tái)系統(tǒng)框架由基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、支撐層、應(yīng)用層、展現(xiàn)層組成，各層次內(nèi)部包含多個(gè)功能模塊并具備獨(dú)立職責(zé)，層次之間協(xié)同工作并提供完整的系統(tǒng)功能。平臺(tái)總體框架設(shè)計(jì)如圖1

所示。

基礎(chǔ)層為平臺(tái)運(yùn)行提供軟硬件支持，包括服務(wù)器、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、存儲(chǔ)設(shè)備、程序語言框架、圖形圖像框架、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等，基礎(chǔ)層為平臺(tái)應(yīng)用的運(yùn)行、資源的分配提供基本環(huán)境保障。

數(shù)據(jù)層實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)數(shù)據(jù)資源的調(diào)度、存儲(chǔ)等，并提供數(shù)據(jù)查詢、檢索等功能。根據(jù)平臺(tái)功能設(shè)計(jì)將數(shù)據(jù)層資源分為三類：虛擬仿真項(xiàng)目及仿真資源相關(guān)的仿真數(shù)據(jù)資源；平臺(tái)用戶身份認(rèn)證及用戶應(yīng)用服務(wù)相關(guān)的用戶數(shù)據(jù)資源；教學(xué)任務(wù)管理相關(guān)的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目數(shù)據(jù)資源。

支撐層是仿真平臺(tái)應(yīng)用服務(wù)功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)過程中以面向業(yè)務(wù)體系架構(gòu)為原則，根據(jù)仿真平臺(tái)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行模塊劃分和整合。支撐層包含虛擬現(xiàn)實(shí)渲染、仿真交互邏輯、用戶身份認(rèn)證、平臺(tái)數(shù)據(jù)管理模塊，為仿真平臺(tái)業(yè)務(wù)功能的快速部署與功能實(shí)現(xiàn)提供強(qiáng)有力的支撐。

應(yīng)用層用于實(shí)現(xiàn)平臺(tái)業(yè)務(wù)的功能邏輯。根據(jù)仿真平臺(tái)在虛擬仿真、用戶交互、平臺(tái)使用、教學(xué)應(yīng)用等方面的功能需求，將應(yīng)用層劃分為虛擬仿真交互、仿真平臺(tái)管理、實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理3個(gè)模塊。虛擬仿真交互模塊實(shí)現(xiàn)仿真實(shí)驗(yàn)、仿真交互等功能；仿真平臺(tái)管理模塊實(shí)現(xiàn)用戶管理、資源管理、仿真內(nèi)容管理等功能；實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理模塊實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的管理與統(tǒng)計(jì)功能。

展現(xiàn)層是用戶與平臺(tái)之間交互的橋梁，一方面提供用戶與平臺(tái)的交互界面，另一方面規(guī)定交互觸發(fā)邏輯。通過接收并解析用戶的命令，調(diào)用命令對(duì)應(yīng)的下層應(yīng)用功能，實(shí)現(xiàn)用戶與平臺(tái)之間的操作交互。虛擬仿真平臺(tái)按照用戶功能需求分類，包含仿真案例展示、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、用戶中心3個(gè)模塊，用戶使用Web瀏覽器與表現(xiàn)層交互。

3.3 平臺(tái)功能模塊設(shè)計(jì)

仿真平臺(tái)功能模塊按用戶功能需求進(jìn)行分類設(shè)計(jì)，劃分為虛擬現(xiàn)實(shí)仿真功能模塊、平臺(tái)管理模塊、教學(xué)管理模塊，并設(shè)計(jì)相應(yīng)功能。仿真平臺(tái)功能模塊設(shè)計(jì)如圖2所示。

3.3.1 虛擬仿真功能模塊

虛擬現(xiàn)實(shí)仿真交互模塊規(guī)定仿真平臺(tái)的交互邏輯，是保障虛擬仿真實(shí)驗(yàn)順利開展、實(shí)現(xiàn)課程實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)的重要功能模塊，包含虛擬仿真實(shí)驗(yàn)功能和實(shí)驗(yàn)流程控制功能兩部分。

（1）虛擬現(xiàn)實(shí)仿真實(shí)驗(yàn)功能是平臺(tái)實(shí)現(xiàn)仿真實(shí)驗(yàn)的核心功能。通過對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)使用對(duì)象的調(diào)研與結(jié)果分析，結(jié)合設(shè)備、鏈路、功能等多維度進(jìn)行綜合考量，制定運(yùn)行邏輯規(guī)則，內(nèi)容包括用戶交互、虛擬仿真交互、仿真鏈路鏈接、仿真數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ苓壿嫷膶?shí)現(xiàn)[8-9]。用戶交互邏輯包含用戶與UI界面的交互以及用戶與仿真對(duì)象的交互功能；虛擬仿真交互包含仿真設(shè)備之間的交互邏輯；仿真鏈路連接功能包含仿真設(shè)備之間的內(nèi)部鏈路關(guān)聯(lián)；仿真數(shù)據(jù)傳輸包含仿真設(shè)備與平臺(tái)之間的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳遞。

（2）仿真實(shí)驗(yàn)流程控制功能用于控制實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的生命周期，包含仿真對(duì)象初始化和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目運(yùn)行狀態(tài)管理。仿真對(duì)象初始化是在實(shí)訓(xùn)流程開始前按系統(tǒng)設(shè)置創(chuàng)建項(xiàng)目相關(guān)仿真應(yīng)用程序?qū)嵗?；?shí)驗(yàn)項(xiàng)目運(yùn)行狀態(tài)管理為用戶提供實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目流程控制功能，包括實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的暫停、重置、終止等。

3.3.2 平臺(tái)管理模塊

平臺(tái)管理模塊實(shí)現(xiàn)平臺(tái)資源的調(diào)配，包括用戶管理、仿真項(xiàng)目管理、仿真資源管理3個(gè)模塊。

（1）用戶管理功能實(shí)現(xiàn)管理員、教師、學(xué)生3種不同類型用戶的管理，包括用戶賬戶的添加、刪除、修改，用戶賬戶類型、權(quán)限、信息維護(hù)等功能。

（2）仿真項(xiàng)目管理功能在包含項(xiàng)目添加、修改、刪除等功能的基礎(chǔ)上，還包括項(xiàng)目虛擬場(chǎng)景、項(xiàng)目仿真資源、項(xiàng)目描述、項(xiàng)目任務(wù)目標(biāo)等功能。

（3）仿真資源管理功能實(shí)現(xiàn)仿真設(shè)備、仿真鏈路、虛擬場(chǎng)景等仿真資源的分類與管理，包含仿真資源類別管理、仿真資源文件管理、仿真資源內(nèi)容管理、資源導(dǎo)入等功能。

3.3.3 教學(xué)管理模塊

教學(xué)管理模塊為教學(xué)活動(dòng)中的組織、管理、監(jiān)測(cè)提供功能支撐。該模塊主要包括教學(xué)班級(jí)管理、實(shí)訓(xùn)任務(wù)管理、教學(xué)統(tǒng)計(jì)分析等功能。

（1）教學(xué)班級(jí)管理包括教學(xué)班級(jí)管理與學(xué)生管理，教師可通過該模塊管理教學(xué)班級(jí)以及班級(jí)內(nèi)的學(xué)生用戶，通過該功能實(shí)現(xiàn)教學(xué)班級(jí)與學(xué)生用戶之間的關(guān)聯(lián)。

（2）實(shí)訓(xùn)任務(wù)管理包括任務(wù)內(nèi)容、任務(wù)起止、任務(wù)發(fā)布、任務(wù)報(bào)告、任務(wù)成績等相關(guān)業(yè)務(wù)管理。教師通過該功能部署實(shí)訓(xùn)任務(wù)，仿真設(shè)備、仿真鏈路、虛擬場(chǎng)景、實(shí)訓(xùn)文檔等組成教學(xué)任務(wù)，并按照教學(xué)班級(jí)進(jìn)行任務(wù)分配和任務(wù)結(jié)果的查看與批改。

（3）教學(xué)統(tǒng)計(jì)分析包括實(shí)訓(xùn)任務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)的查看與統(tǒng)計(jì)。教師用戶可以邏輯教學(xué)班級(jí)為單位，對(duì)班級(jí)內(nèi)學(xué)生實(shí)訓(xùn)任務(wù)的完成情況、實(shí)訓(xùn)成績、課堂參與度等進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢與統(tǒng)計(jì)，便于教師及時(shí)掌握教學(xué)過程中的學(xué)情，為調(diào)整和改進(jìn)教學(xué)細(xì)節(jié)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)教學(xué)目標(biāo)提供數(shù)據(jù)支撐[10]。

4 結(jié) 語

高職教育的特點(diǎn)決定了物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，在面對(duì)設(shè)備不足、內(nèi)容受限、成本高昂、使用不便等問題時(shí)，建設(shè)基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)是解決專業(yè)課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源不足的有效手段。學(xué)生通過平臺(tái)生動(dòng)的虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景提升物聯(lián)網(wǎng)整體架構(gòu)認(rèn)知；通過平臺(tái)仿真的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，可有效完成專業(yè)實(shí)訓(xùn)任務(wù)與技能訓(xùn)練；通過平臺(tái)便捷的訪問架構(gòu)，可充分利用課余時(shí)間進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)參與度與技能熟練度同步提升的目標(biāo)。教師通過平臺(tái)可擴(kuò)展的資源管理功能，可快速導(dǎo)入自定義虛擬仿真資源，實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容與行業(yè)發(fā)展相匹配；通過平臺(tái)成熟的教學(xué)管理功能，可快速部署教學(xué)任務(wù)，高效管理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與實(shí)驗(yàn)成績，促進(jìn)教師實(shí)驗(yàn)管理水平與效率的提升，引導(dǎo)教師用戶將更多精力投入到實(shí)訓(xùn)內(nèi)容設(shè)計(jì)與過程指導(dǎo)中。實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)是一個(gè)長期的過程，伴隨著通信、人工智能、圖形渲染引擎等技術(shù)的迅猛發(fā)展，適用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的虛擬仿真平臺(tái)將日趨完善，應(yīng)用場(chǎng)景也將更加廣泛。

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收稿日期：2023-07-28 修回日期：2023-08-29

基金項(xiàng)目：2020年江蘇經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教改研究課題（2020 JMJG07）；2021年江蘇經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研基金項(xiàng)目（JSJM21020）；2021江蘇經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院“領(lǐng)軍人才”培養(yǎng)對(duì)象項(xiàng)目階段性成果；2023全國高等院校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育研究會(huì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育教學(xué)研究項(xiàng)目（2023-AFCEC-311）

作者簡介：王 亮（1982—），男，碩士，講師，研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)技術(shù)、教育教學(xué)改革。

韓玉君（1979—），女，碩士，副教授，研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)技術(shù)。