基于物联网工程实训专家系统的物联网项目拓展课程教学研究

沈冠林，凌路

（江苏信息职业技术学院 物联网工程学院，江苏 无锡 214153）

0 引言

近年来，随着“互联网+”行动计划的推进，云计算、物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术已融入到现代化制造业、生产性服务业等各个传统产业，通过对资源的整合和优化，推动了产业智能化，促进了国民经济提质增效升级。2017年以来，教育部推进“新工科”建设行动计划，突出学科的实用性、交叉性与综合性，对人才培养提出了新的要求：培养高素质、复合型人才[1]。无锡作为“感知中国中心”和“国家传感网创新示范区”，将重点发展物联网等新一代信息技术、高端装备制造等产业，推进产业智能化、绿色化、高端化[2]。为了满足无锡乃至全国物联网专业人才需求，高职院校物联网应用技术专业开设了《物联网项目拓展》课程。通过本课程的学习，学生可以熟悉物联网项目管理、规划和实施相关知识。此课程不仅要求学生具有扎实的专业知识和技能，更需要具备物联网跨界融合的行业应用能力[3]。

1 《物联网项目拓展》课程的教学现状和问题

《物联网项目拓展》是物联网应用技术专业的一门核心课程，是依据物联网应用技术专业人才培养目标和相关职业岗位（群）的能力要求而设置的，对本专业所面向的物联网工程技术人员、物联网安装调试员、信息通讯网络运行管理人员、软件与信息技术服务人员等岗位所需要的素质、知识和技能目标的达成起支撑作用。在课程设置上，前导课程有《物联网规划与组建》、《PC应用开发》、《移动应用开发》。

课程以项目为基础，基于工作过程进行课程设计，内容涵盖项目需求与规划、设备选型与检测、系统图设计、施工图设计、施工检测、通信与网络、终端软件设计、系统集成、项目管理等各个实际工作环节，综合运用物联网三层体系架构中的传感器、单片机开发、有线网络通信、无线网络通信、Android应用开发、系统集成等技术，培养学生使用物联网技术在生产生活各领域的行业应用能力。《物联网项目拓展》是对前导课程的综合应用和扩展，本文基于实际教学经验提出以下问题。

项目设计、规划和实施教学内容偏理论，无法系统化教学。受场地、设备的限制，项目的需求规划、设计施工、检测维护等仍只能通过理论教学，与企业实际项目关联度不高，学生缺乏实际项目开发实践，无法掌握项目开发整体流程，导致学生进入工作岗位后，技能与企业实际需求脱节。

项目实训系统性相对较弱，实训或仿真软件案例简单，学生练习不充分。物联网全项目流程涉及设备众多、种类多样，受硬件设备限制，无法根据实际项目需求设计复杂功能案例，学生只能练习项目开发的部分环节。

针对以上现状和存在的问题，本文提出了一种改进措施：引入物联网工程实训专家系统。该系统能够解决《物联网项目拓展》课程面临的大部分教学问题，取得更好的教学效果。

2 基于物联网工程实训专家系统的《物联网项目拓展》课程教学方案

2.1 系统介绍

物联网工程实训专家系统是西安海舟信息技术有限公司研发的一套专门面向高校物联网实验实训的教学设备。该系统以真实项目为背景，提供了实用的教学资源和多种创新的教学方法，将理论、技术和能力培养有机融合。如图1所示，系统前台含有温湿度传感器、光照度传感器、甲醛传感器、二氧化碳传感器、LED灯、电源插座、交流电机、直流电机、开门按钮、门禁控制器、红外探测器、天然气探测器、紧急报警开关、电控锁、摄像头、电源系统等硬件设备及Android系统ARM板一块，可部署RS485、ZigBee、NB-IOT、433MHz等多种通信网络，涵盖环境采集、安防报警、设备控制三个子系统，可实现智能家居、智能安防、智慧农业等多个领域项目实训。如图2所示，系统教学软件包含项目规划与需求、设计与实施等实施项目流程和技术的十个单元。

图1 物联网工程实训专家系统前台

图2 物联网工程实训专家系统教学软件

2.2 专家系统在《物联网项目拓展》课程教学中的应用

按照《物联网项目拓展》教学设计，专家系统适用于企业项目全生命周期。在项目需求与规划阶段，专家系统提供了丰富的硬件设备可满足项目多种功能需求，且对三个子系统提供了详细的规划文档；在设备选型与检测阶段，专家系统提供了详细的设备参数介绍并附带万用表、示波器等设备供学生练习检测设备；在项目设计与施工阶段，专家系统提供了三个子系统的系统图、施工图等技术文档，合理布局接线端口便于学生操作，且提供施工检测功能，一旦学生接线错误软件自动给出提示；在通信组网时，学生可在专家系统上实训RS485、ZigBee、433MHz、NB-IOT等多种有线无线网络通信方式，更换通信方式只需更换相应设备节点、重新烧写程序即可；在软件开发阶段，专家系统提供了环境搭建、需求分析、程序设计等技术文档，供学生学习实践单片机和Android应用开发，其中嵌入式主机ARM板提供WiFi接口，学生可自己开发APP程序通过手机调试设备，设定多种应用场景，做到实训项目举一反三。

3 结论

《物联网项目拓展》课程引入物联网工程实训专家系统解决了教学内容与企业实际项目脱节、学生实践不够、缺乏全流程项目系统的问题。通过专家系统直观、模块化训练，学生掌握了项目开发整体流程；专家系统提供的多种设备和丰富接口，可满足多领域项目需求，提高了学生物联网跨界融合的行业应用能力。物联网工程实训专家系统大大提高了教学质量和学生的学习兴趣，具有较高的教学价值。