基于人工智能的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)新模式探究

摘 要：隨著人工智能技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的快速融入，“人工智能+”人才培養(yǎng)已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)的重要方向。本院物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)立足區(qū)域經(jīng)濟(jì)，把握行業(yè)發(fā)展，根據(jù)企業(yè)高職人才需求調(diào)研數(shù)據(jù)，修訂人才培養(yǎng)目標(biāo)。以“學(xué)有所用，學(xué)以致用”為原則，調(diào)整課程體系，在增設(shè)“Python語(yǔ)言”和“數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)”等專業(yè)基礎(chǔ)課程的同時(shí)，增加了項(xiàng)目化綜合實(shí)訓(xùn)課程，將人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新技術(shù)融入物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)過(guò)程，以此全面提升高職物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān)鍵詞：AIoT；人工智能；物聯(lián)網(wǎng)；職業(yè)技能培養(yǎng)；人才培養(yǎng)；綜合實(shí)訓(xùn)

中圖分類號(hào)：TP399 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2024）10-0-03

0 引 言

AI（人工智能）+IoT（物聯(lián)網(wǎng)）現(xiàn)已成為物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的熱點(diǎn)之一。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，AI像人的大腦，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)分析與處理；IoT是人的神經(jīng)末梢，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)信號(hào)的連接、采集及反饋。AIoT屬于智能化生態(tài)體系，在該體系內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)不同種類的智能終端設(shè)備之間、不同結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)平臺(tái)之間、不同應(yīng)用領(lǐng)域之間的互融互通[1]。

由于人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了大量智能終端、智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備，導(dǎo)致社會(huì)對(duì)傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)培養(yǎng)的僅僅能夠從事單一物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備生產(chǎn)、測(cè)試、調(diào)試、組裝等工作的勞動(dòng)力需求逐步減少，而對(duì)能夠面對(duì)復(fù)雜工作環(huán)境，提供個(gè)性化組網(wǎng)服務(wù)，操控維護(hù)智能設(shè)備，利用數(shù)據(jù)進(jìn)行初步?jīng)Q策的擁有復(fù)合技能的人才需求增加了[2]。

在此背景下，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)急需將人工智能、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算融合到專業(yè)建設(shè)及人才培養(yǎng)過(guò)程中，培養(yǎng)實(shí)踐動(dòng)手能力強(qiáng)、有創(chuàng)新意識(shí)，能夠解決復(fù)雜條件下工程應(yīng)用問(wèn)題、具有核心技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)、創(chuàng)新型、技術(shù)技能型人才。

1 高職物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)模式調(diào)整

1.1 修訂人才培養(yǎng)目標(biāo)

立足區(qū)域經(jīng)濟(jì)水平，把握行業(yè)發(fā)展脈絡(luò)，根據(jù)企業(yè)高職人才需求調(diào)研數(shù)據(jù)，修訂本專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)，將本專業(yè)的知識(shí)和技術(shù)技能要求確定為：具有針對(duì)不同平臺(tái)的智能傳感器和智能終端的裝配、調(diào)試和測(cè)試能力；具有智能物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)硬件施工、安裝、調(diào)試、維護(hù)的能力；具有智能物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置、調(diào)試的能力，以及系統(tǒng)組網(wǎng)的能力；具有進(jìn)行嵌入式控制器、傳感器系統(tǒng)搭建、選型、開(kāi)發(fā)的能力；具有物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等相關(guān)應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)能力[3]。

1.2 改革教學(xué)方法和教學(xué)手段

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)是一個(gè)多學(xué)科交叉專業(yè)，涉及電子信息、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等方面，以往一個(gè)技術(shù)領(lǐng)域開(kāi)設(shè)一門課程的方法已無(wú)法滿足當(dāng)前的課程需求。在新的培養(yǎng)方案中，以滿足企業(yè)行業(yè)人才需要為目的，將企業(yè)項(xiàng)目轉(zhuǎn)換成綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)項(xiàng)目，將企業(yè)項(xiàng)目引入教學(xué)，并根據(jù)教學(xué)需要將所需技術(shù)有針對(duì)性地融入教學(xué)，保證學(xué)生“學(xué)有所用，學(xué)以致用”，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、探索實(shí)踐能力。隨著網(wǎng)絡(luò)硬件條件的提升，基于超星泛雅教學(xué)平臺(tái)上線了大量專業(yè)課程，改變了以往“教師講，學(xué)生聽(tīng)”的教學(xué)方式，突破了時(shí)間、地點(diǎn)限制的線上線下混合式教學(xué)模式，極大地提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性，也提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

1.3 重構(gòu)課程體系

按照調(diào)整后的培養(yǎng)目標(biāo)及本地區(qū)行業(yè)企業(yè)對(duì)高職物聯(lián)網(wǎng)人才就業(yè)崗位的能力要求，在課程中增加了人工智能、大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)等相關(guān)知識(shí)。在專業(yè)基礎(chǔ)課程中增加了“Python語(yǔ)言”和“數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)”課程，為后續(xù)人工智能編程和大數(shù)據(jù)分析打下基礎(chǔ)。“AIoT技術(shù)應(yīng)用”課程通過(guò)案例教學(xué)便于學(xué)生掌握基于Python語(yǔ)言的數(shù)據(jù)分析、算法建模、數(shù)據(jù)可視化、圖像檢測(cè)和語(yǔ)音識(shí)別等人工智能技術(shù)知識(shí)。在綜合實(shí)訓(xùn)課中開(kāi)設(shè)了“智能場(chǎng)景控制設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)”課程，該課程通過(guò)智能家居系統(tǒng)的綜合應(yīng)用，讓學(xué)生掌握從智能家居傳感器選用、智慧家庭網(wǎng)絡(luò)搭建、數(shù)據(jù)采集、推送與分析、云平臺(tái)管理、網(wǎng)頁(yè)與APP遠(yuǎn)程終端的設(shè)計(jì)等知識(shí)；還新開(kāi)設(shè)了“傳感網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)實(shí)訓(xùn)”課程，該課程設(shè)置了“基于RS 485總線的智能安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)”“基于ZigBee的農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)”“基于LoRa的園區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)”“基于WiFi技術(shù)的智能排隊(duì)叫號(hào)系統(tǒng)”等項(xiàng)目，讓學(xué)生根據(jù)自己的興趣和愛(ài)好，選擇1～2個(gè)項(xiàng)目分組完成。通過(guò)這些多知識(shí)點(diǎn)、技能點(diǎn)融合的綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，學(xué)生掌握了主流物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，具備了初步的傳感網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)能力，提升了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。

2 物聯(lián)網(wǎng)綜合開(kāi)發(fā)能力培養(yǎng)實(shí)例

為了說(shuō)明如何將人工智能技術(shù)融入新的培養(yǎng)模式，提高學(xué)生的物聯(lián)網(wǎng)綜合開(kāi)發(fā)能力，通過(guò)一個(gè)綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目舉例。

該項(xiàng)目為智能排隊(duì)叫號(hào)系統(tǒng)，它可以將各類服務(wù)性窗口前顧客站立排隊(duì)的方式，改為由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)代替客戶排隊(duì)；該系統(tǒng)可以應(yīng)用到銀行、醫(yī)院、車站及各類營(yíng)業(yè)廳等場(chǎng)景。它的功能是用戶通過(guò)按鍵選擇服務(wù)項(xiàng)目，然后通過(guò)RFID刷卡取號(hào)，獲得排隊(duì)等待時(shí)間；如果等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可以先去辦理其他事情，外出時(shí)可以通過(guò)手機(jī)APP實(shí)時(shí)查詢當(dāng)前進(jìn)度及大概需要等待的時(shí)間。當(dāng)排隊(duì)人數(shù)不足5人時(shí)，將自動(dòng)報(bào)警提醒當(dāng)事人盡快趕到辦事點(diǎn)，免得過(guò)號(hào)作廢。該項(xiàng)目依托新大陸的物聯(lián)網(wǎng)傳感網(wǎng)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)硬件和云平臺(tái)進(jìn)行[4]。該項(xiàng)目涉及傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)、射頻技術(shù)、多媒體語(yǔ)音技術(shù)、通信技術(shù)、云平臺(tái)技術(shù)（前端、后端、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)）等。實(shí)訓(xùn)中根據(jù)“學(xué)有所用，學(xué)以致用”原則設(shè)置知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)。

首先，根據(jù)系統(tǒng)功能需求設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，掌握嵌入式開(kāi)發(fā)系統(tǒng)硬件架構(gòu)的要點(diǎn)。

本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。根據(jù)硬件選擇M3核心板、LF射頻模塊、LCD顯示模塊、無(wú)線收發(fā)模塊、語(yǔ)音模塊等并連接。實(shí)物電路連接關(guān)系如圖2所示。

之后，根據(jù)事務(wù)流程梳理智能排隊(duì)機(jī)程序流程，分模塊設(shè)計(jì)教學(xué)知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)。

子任務(wù)1：刷卡取號(hào)獲得LF卡數(shù)據(jù)，掌握物聯(lián)網(wǎng)射頻技術(shù)、掌握射頻讀寫卡的編程技能。

任務(wù)功能：RFID刷卡/寫卡開(kāi)機(jī)上電默認(rèn)為“刷卡模式”，此時(shí)可將已保存的卡片放置在刷卡區(qū)。如果該卡片已經(jīng)保存，則語(yǔ)音提示“刷卡成功”，否則語(yǔ)音提示“無(wú)效卡”。單擊KEY1按鍵后進(jìn)入“寫卡模式”，此時(shí)可將卡片放置在刷卡區(qū)域，系統(tǒng)為其自動(dòng)寫卡，系統(tǒng)會(huì)對(duì)已保存的卡片信息進(jìn)行比對(duì)，如已保存，則語(yǔ)音提示“此卡已存在”，如未保存，則語(yǔ)音提示“保存成功”。再單擊KEY1按鍵后，切換回讀卡模式，即按鍵KEY1負(fù)責(zé)讀卡模式和寫卡模式的循環(huán)切換。當(dāng)按下KEY2按鍵時(shí)，呼叫準(zhǔn)備辦理業(yè)務(wù)的排隊(duì)序號(hào)及ID卡號(hào)[5]。

子任務(wù)2：將數(shù)據(jù)上傳服務(wù)器生成排隊(duì)報(bào)表，供手機(jī)客戶端查詢、PC機(jī)后臺(tái)查詢。

M3核心模塊的串口UART4進(jìn)行串口初始化，發(fā)送AT指令設(shè)置ESP8266芯片的AP模式，發(fā)送AT指令設(shè)置ESP8266熱點(diǎn)名稱及密鑰，加入接入點(diǎn)。發(fā)送AT指令設(shè)置ESP8266連接服務(wù)器IP及設(shè)備端口，設(shè)置ESP8266透?jìng)髂Ｊ?，發(fā)送連接服務(wù)器項(xiàng)目的JSON字符串，通過(guò)WiFi將數(shù)據(jù)上傳服務(wù)器[6]。

子任務(wù)3：LCD、LED顯示/語(yǔ)音播報(bào)，掌握多媒體顯示及語(yǔ)音播報(bào)技術(shù)。

語(yǔ)音播報(bào)功能由M3核心模塊通過(guò)語(yǔ)音模塊連接功放電路驅(qū)動(dòng)喇叭。判斷是否有播報(bào)數(shù)據(jù)，如果有接收數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)，進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別與合成，循環(huán)播報(bào)，直至發(fā)送結(jié)束。當(dāng)系統(tǒng)未運(yùn)行在刷卡模式下，則通過(guò)單擊M3核心板上的KEY2播放“請(qǐng)x號(hào)到窗口，ID卡尾號(hào)[7]為xxx”。

LCD顯示功能：先將LCD12864與M3連接引腳初始化，開(kāi)啟液晶背光，再調(diào)用顯示函數(shù)，將排隊(duì)總?cè)藬?shù)、等待人數(shù)以及刷卡ID號(hào)等參數(shù)在LCD液晶屏上顯示[8]。

LED顯示功能：系統(tǒng)初始化后讀取排隊(duì)信息，將排隊(duì)參數(shù)BCD碼存儲(chǔ)到緩沖器，發(fā)送位選碼，在八位LED數(shù)碼管低三位上顯示正在處理的排隊(duì)號(hào)參數(shù)。

子任務(wù)4：服務(wù)器數(shù)據(jù)/業(yè)務(wù)處理，掌握云平臺(tái)前端、后端及數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)技術(shù)。

在新大陸云平臺(tái)中心新建“智能排隊(duì)機(jī)”項(xiàng)目，添加“排隊(duì)人數(shù)傳感器”。設(shè)置WiFi，獲取M3核心模塊通過(guò)ESP8266上傳的數(shù)據(jù)。服務(wù)器接收數(shù)據(jù)后生成排隊(duì)報(bào)表[9]。

手機(jī)APP主流程：登錄手機(jī)界面，連接WiFi進(jìn)行手機(jī)業(yè)務(wù)查詢，顯示各參數(shù)值，如果前方少于5人，報(bào)警提示當(dāng)事人[10]。APP中排隊(duì)信息界面如圖3所示。

3 結(jié) 語(yǔ)

隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，相關(guān)專業(yè)需要緊隨技術(shù)發(fā)展調(diào)整人才培養(yǎng)模式，更新知識(shí)和技能體系，以適應(yīng)技術(shù)的快速發(fā)展。但在新增知識(shí)內(nèi)容多、技術(shù)面廣的情況下，本專業(yè)可以根據(jù)新技術(shù)的應(yīng)用程度，用新課替代老課，還可以將重要技術(shù)通過(guò)項(xiàng)目化案例的方式融入綜合實(shí)訓(xùn)課程中。達(dá)到了“學(xué)有所用，學(xué)以致用”的目標(biāo)，增強(qiáng)了學(xué)生的核心競(jìng)爭(zhēng)力。該方法可為其他高職物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才的培養(yǎng)提供借鑒。

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