基于Packet Tracer的中职物联网实训教学研究

蓝魏

摘 要：文中介绍了思科公司Packet Tracer 7.1的IoE新组件在实现万物互联时的作用，及在中职物联网仿真实验实训教学，提高实训教学质量进行了探讨和研究。

关键词：Packet Tracer；物联网；实训教学；职业教育

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2018）08-0-03

0 引 言

2009年8月7日，温家宝总理在无锡传感网工程技术研究中心视察中指出：在国家重大科技专项中，加快推进传感网发展，尽快建立中国的传感信息中心，或称为“感知中国”中心[1]。传感网即物联网，被预言为继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业第三次浪潮，是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络[2]。

近几年，越来越多的中高职院校都增设了物联网专业，有些也增加了相关的物联网方面课程；省市教育局等部门也开设了物联网类的相关项目比赛，如何有效进行物联网课程的教学及实训问题显得愈加严峻。在物联网综合实训方面，老师们普遍发现物联网的实训设备较缺乏，现在国内大多数学校采用的都是物联网综合实训装置、智能家居工程实训平台、编程实验箱等成形实训系统，有的仅让学生进行简单布线或一些基本编程的操作配置及观看演示效果。这些实训设备不能直观地演示一些原理问题，学生也只能获取一点感性的物联网系统知识，缺少实际动手实训机会，学生在进行过一两次的实验后就会很快失去学习興趣，不利于培养学生的工程意识及创新型思维。针对以上问题，本文基于思科公司的Packet Tracer 7.1实现中职物联网仿真实验实训教学，提高实训教学质量进行探讨和研究。

1 中职学校的物联网现状

国家“十三五”规划纲要明确提出“加强现代信息基础设施建设，推进大数据和物联网发展，建设智慧城市”。同时，国家加大了对中等职业教育的投入，大量示范院校纷纷通过选拔，进入建设阶段。各类学校为提升专业建设水平不断引进专业人才，购置实验设备等方式来加大投入物联网专业的建设。

中职物联网专业的培养目标是培养企业所急需的一线应用型技术人才[3]，主要培养学生实践与创新的综合能力。能够依据规范选择适当的设备设计简单的物联网应用系统；能设计、安装调试应用系统；能对系统进行维护和管理。学生应初步具备计算机知识、电子技术知识、网络知识、传感器知识、信息处理知识、通信知识和物联网系统工程等基础知识，了解物联网系统的传输层、传感层与应用层关键设计等专业知识。在教学中应以工学结合项目驱动为依托，重视学习与实际工作的一致性，在课堂中引进实际工作情境，让学生感受真实的工作任务，提高学生的动手操作能力，培养出实用性的行业人才。

各院校在开设物联网专业时都投入了大量的软硬件资源，但如果办不下去，会出现大量的实验、实训设备闲置。因此，目前很多学校在建设实验室时犹疑不决，怎样才能将理论和实践更好的结合，怎样才能降低投入成本，怎样才能不受硬件的桎梏，如何提高学生的实验效率，更好地把学生创造能力和动手能力培养起来是一个重要课题。

根据目前物联网实训教学在学校的现状和特点，把思科模拟器Packet Tracer引入到课堂中，让学生在一个仿真的实验环境中学习，这样就不用考虑硬件故障，同时减少实验成本的投资，对学生实验的完成效率以及提高学生的动手、创新能力，把学生培养成为具备理论与实践知识的高素质人才，实际意义上还能提高教师的理论、教研水平。

2 思科模拟器Packet Tracer 7.1的新功能

思科公司免费发布的Packet Tracer 是学习思科网络课程的一个仿真模拟器，学生在网络模拟环境中学习组网、配置网络、排除网络故障。软件界面图形化，方便学生拖曳组件来建立网络拓扑。网络实时运行时的数据包在网络中是如何行进的，学生可通过软件观察到详细的处理过程。思科提出IoE概念后就在Packet Tracer 7.1中加入了实现IoE的各种仿真设备、编程接口，在新版本中不但可以进行网络专业的教学实验，对于物联网专业的教学实验也十分方便。这些新加入物联网的仿真设备使物联网教学的直观性、趣味性和实用性都得以

提高。

从IoT到IoE，不仅仅是一个单词，一个字母的变化，更是代表人类的认知上升到了一个新的台阶，开启一个全新的万物互联时代。将有数以万亿计配备智能功能的新设备，如：家电、个人穿戴设备、机器人、汽车等接入网络，产生海量数据的各种应用，使人们的生活和城市智能管理方面更加具有网络性，也将更加高效地带动社会经济发展及智能城市的发展。第五代移动通信技术（5G）、窄带物联网（NB-IoT）等新技术为万物互联提供了强大的基础设施支撑能力[4]。

思科 Packet Tracer 7.1中增加的新特性和新设备能针对物联网的各种应用。物联网家庭网关可改成无线配置、服务器则增加了新的“虚拟机管理”及“万物互联”选项、物联网设备可直接注册到服务器上、MCU（单片微型计算机）、SBC（类似于树莓派）。把新的IoE设备分成家庭、智能城市、工业、电力四大类，基本包括了各种传感器及智能设备，另外还有太阳能电池板、旧汽车（可用于产生废气）、功率计、温度传感器、运动检测器、声响检测器、气体检测器、风力检测器等，以及各种设备、传感器连接的物联网专用连接线，在智能设备配置框中还新增了可用Python，JS，Visual语言进行程序设计的编程选项卡，从而进行智能设备的编程，还新增加了无线RFID标签传感器、无线RFID读卡器。

为了实现智能化特性，思科在Packet Tracer 7.1网络组件选项中提供了拥有网络接口且可连接到服务器或家族网关各种各样的智能物件及作动器（components），还提供了无网络接口但具有模拟或数学接口简单设备组件，它们可以通过连接到微控制单元（MCU）或类似于Raspberry Pi的单板计算机

（SBC）进行与服务器或家庭网关的网络通信。这些组件被放在三个不同的子类别中：

单板（Boards）：主要有微控制单元（MCU），类似于Raspberry Pi的单板计算机（SBC）和自定义各种物品的设备（Thing）。

执行器（Actuators）：主要有LCD、智能LED、报警器、制冷设备、加热设备、声音设备等元件。

传感器（Sensors）：主要有温度传感器、光电探测器、金属传感器、RFID以及电位器、按扭等。

3 Packet Tracer在实训教学中的优点

Packet Tracer不同于其它物联网实验设备，设计只针对传统学科理论培养体系，以对教材知识的演示为实验目的。利用Packet Tracer进行实训教学，能把物联网数据、网络与通信、射频识别、嵌入式系统、传感器及检测以及管理技术和学科恰当的结合在一起，在课堂上不仅仅是对已有的案例欣赏，而是深入研究清楚， 一步一步实现传统模式下的发明的运作，在必修课程的教学活动中体现“做中学、玩中学”的精神，把传统课堂与创意作品的创新实践活动结合起来，鼓励学生充分利用开源技术的“口袋”实验，不断创作出由简单逐步过渡到复杂的设计模式的作品。学生充分体验到一个真实的物联网系统，贴近学生日后的工作岗位，增强就业信心。

3.1 借鉴自带实验包自我学习

Packet Tracer 7.1自帶60个物联网实验包，对物联网的各种原理及了解各种物联网设备的使用有着十分重要的学习意义。

学生的学习是一个积极主动的过程，教师引导学生充分利用这些实验包进行学习，增强学生的合作互动性、积极主动性。通过实验帮助学生从实际环境需求出发，构建良好的学习环境。

3.2 分层次实训教学

可利用Packet Tracer进行分层次的综合实验实训教学，适合不同层次的学生进行学习。智能城市综合实验，如图1所示，包括了智能家居、智能电网、智能交通、智能停车、智能城市办公室、ISP云。通过这个实验让学生理解智能城市的理念前提，即城市要利用软件来监控和分析各种事件并做出改善居民生活的决策。这个实验中的智能城市已被分解为多个集群，取决于应用，有些数据可远程处理和监控，智能城市办公室提供让城市管理者可以监控整个城市的各种事件的功能，综合实验中，学生可根据自己的学习能力，进行分层学习。

在智能城市综合实验中分解出来的智能家居实验，如

图2所示，学生可清楚地了解智能家居所用到的各种设备：家庭网关、智能窗、警报器、烟雾传感器、智能咖啡机、智能门、MCU、太阳能电板等。学生可根据需要自行添加其它设备，并可通过设定智能条件，或通过MCU编程，智能设备在达到条件时自行开启或关闭。当烟雾检测器检测到有烟雾时，自动报警及打开窗户，烟雾警报条件如图3所示。图4的部分代码是利用Java语言（也可用Python语言）进行编程，当烟雾检测器的值达到10时，自动把门、风扇等智能设备打开。

3.3 制作PKA文件方便考查

在物联网实训教学中，教师们最头痛的是对实验的考查，很多实验平台首先要求学生对设备及各种检测器进行电源和数据线的连接，再用一定的语言进行编程，教师不但要检查线路的正确性，还要检查编程的正确性，而学生在实验时，连线的损耗，设备的破坏性等都是比较常遇见的问题。在Packet Tracer中，教师可把需要考查学生的知识点做成一个PKA文件，把这个文件发给学生进行考查，自动判断学生的成绩。

4 结 语

思科公司Packer Tracer设计为物联网专业的教学提供良好的平台，能调动学生学习的主动性、积极性。中职学校的物联网实训是培养应用型人才的核心，必须以良好理念为先导，紧密结合人才培养目标，打破学生只知其名、不知其所谓的情况，构建起符合学生就业岗位需要的实训教学体系。通过近两年的探索与实践，在教学中取得了较好的效果，使用Packer Tracer能提高学生自主学习能力和效率，更能培养学生的实际动手能力、解决问题的能力。不仅使培养出来的学生具有真正的物联网应用能力，还能提高学生就业竞争力[5]。

参考文献

[1]马忠梅，孙娟，李奇，等.物联网工程专业课程体系与实践探讨[J].单片机与嵌入式系统应用，2011，11（10）：1-4.

[2]刘去浩.物联网导论[M].北京：科学出版社， 2013.

[3]黄永前，刘凌.中职计算机网络技术专业物联网技术课程设置探索[J].物联网技术，2016.

[4]物联网的十三五规划（2016—2020年）：物联网. [2016-7-9]. http：//www.ciotimes. com.

[5]胡文辉，王丽.谈物联网专业课堂教学的几点思考[J].教育信息，2015（1）：22.

[6] Cisco system，Packet tracer 7.0-IoT devices configuration [EB/OL] [2015-10-21]. http：//www. packettracernetwork. com.

[7]谭强. 基于现代职业教育体系的中高职课程衔接研究[D]. 重庆：西南大学，2016：17-19.

[8]卜锡滨. 高职院校特色专业建设研究与实践[M] 北京：中国水利水电出版社，2013：89-95.