虚拟仿真技术在物联网专业实践教学的应用探析

岳秀明

摘要：物联网是一门技术发展迅速的专业学科，但实验室设备成本高、设备老化且更新慢等现实问题不利于实践教学的实施，计算机虚拟仿真技术的应用可在一定程度上解决该问题。本文从物联网实验教学现状及教学中应用情况进行研究，旨在探究如何在物联网实践教学中更有效的提高学生实践能力。

关键词：虚拟仿真技术；物联网；实践教学

引言

虚拟仿真技术[1]是虚拟现实技术和系统仿真技术的合成，其在现代教育方面的应用是一种趋势，国家已提出大力发展职业教育，对虚拟仿真技术充分应用在职业教育中，提高职业教育发展水平和效果，意在推动虚拟仿真技术在教学领域的应用。

物联网专业是一个新兴的、面向未来的专业，采用当前常规的培养模式必然面临很多困难。不同学校的物联网专业培养方案可能各具特点，但都重在培养学生的软硬件系统的实践动手能力，这就要求实践环节必须进行教学模式上有突破，虚拟仿真技术成为物联网专业实践教学的重要教学改革手段。本文试结合相关教学实践，对物联网专业学科教学中虚拟仿真技术的应用进行探讨。

1 物联网实验教学现状

物联网专业是典型的“以专业为中心”向“以问题为中心”的转变结果。这就要求我们对物联网专业实验教学模式进行思考，首先对物联网教学现状问题[2]进行分析如下：

（1）行业发展与专业教学脱节问题

新技术发展速度快、更新换代频繁。物联网从概念到产品、系统出现甚至仅几个月，教学材料与仪器设备跟不上发展。同时，物联网涵盖一般电类专业多个方向，有限课时导致多门课难以合并或内容精简，因此知识教育的多科性、综合性要求对物联网专业教学模式进行调整。

（2）专业提升与学科层次衔接问题

首先，鉴于办学特色和发展空间的关系，行业宽泛与学科支持的矛盾突出。其次，政策引导和学术环境的协调，政府产业投入支持与高校前瞻研究的差异明显。最后，教学投入和科研考核的平衡，应用型人才在教师和学生认知度上有偏离。

2 物联网专业采用虚拟仿真技术的必要性

环境对于学习的意义至关重要，由于实验客观条件限制，专业技能学习绝大多数不可能在现实情境中进行，采用虚拟仿真技术旨在构建仿真实验情景的教学手段弥补了教学资源短缺、设备更新换代频繁、知识抽象理解偏差等问题，因此虚拟仿真实训教学的建设是当前培养高素质技能型人才的迫切要求，是专职院校现代化建设的必然趋势。大力发展虚拟仿真技术对于解决教育资源短缺、支撑人才发展等，有着非常重要的理论和现实意义。

3 虚拟仿真技术在物联网教学中的相关应用

物联网体系可划分为三个层次：感知层、网络层和应用层。下面将就这三个层次进行探讨。

3.1 在感知层相关课程实验教学中的应用

感知层主要是人类世界和物理世界的数据获取问题，由各种传感器[3]及传感器网关构成，可采用proteus软件和Multisim软件提供的仿真元件库，只需在这两个软件环境中搭建仿真电路，点击鼠标运行电路即可直观看到电路实现效果。利用虚拟仿真软件建模有助于学生掌握理解感知层相关课程的知识点，特别是讲授一些数字化集成电路传感器时，要进行电路实物设计是不现实的，学校往往无法提供满足实现电路的元器件，虚拟仿真技术教学此时体现出更大的优势。

3.2 在网络层相关课程实验教学中的应用

网络层[4]解决的是感知层所获得的数据在一定范围内，通常是长距离的传输问题，主要完成接入和传输功能，是进行信息交换、传递的数据通路，可利用虚拟仿真技术进行试验，在机房PC机安装虚拟软件的情况，可大大减少实验性设备的投入。

3.3 在应用层相关课程实验教学中的应用

应用层主要解决了信息处理和人机界面的问题，网络层传输而来的数据在该层进入各类信息系统进行处理，并通过各种设备与人进行交互，处理层由业务支撑平台、网络管理平台、信息处理平台、服务支撑平台等组成，完成协同、管理、计算、存储、分析、挖掘以及提供面向行業和大众用户的服务等功能。在物联网教学中，可以采用上位机应用软件仿真使用场景，完成数据采集和数据处理。

4 结束语

虽然采用虚拟仿真技术教学还不能完全取代真实的实训实验教学，但是虚拟仿真技术应用的低成本、安全性、可重复性、高可靠性和完美的虚拟环境，非常适合当前的实践教学。虚拟仿真技术应用到实践实验教学中，可实现课程的先进性和典型性相结合、知识性与趣味性相结合、交互性与智能型相结合。基于虚拟环境下的实验实训课程是学生自主探究、合作学习和快乐体验的一种新型教学模式，有助于培养学生的动手实践能力、创新思维能力、综合应用能力和团结协作能力，有助于提高学生的科学素质和创新精神。

参考文献：

[1]熊淑平.虚拟仿真技术在高职教学中的应用探析[J].黄河水利职业技术学院学报，2013（1）：79-81.

[2]王红梅.浅谈高等院校物联网教育和物联网实验室建设现状及对策[J]，太原城市职业技术学院学报，2012（3）：122-123.

[3]智能传感器物联网综合实训平台的设计[J].戴娟，倪瑛.南京工业职业技术学院学报.2011（02）.

[4]“无线传感器网络”课程教学模式探索[J].周伟，易军，张元涛，李太福.重庆科技学院学报（社会科学版）.2014（05）.