| 标题 | 虚拟仿真技术在物联网工程专业实践教学中的应用 |
| 范文 | 马满增 张锐锐 摘 要：针对目前物联网工程专业实践教学中出现的共性问题，结合网络技术、虚拟技术、多媒体技术等信息化手段，构建物联网工程专业虚拟仿真实验教学体系。建设虚拟仿真教学平台，形成“模块化、层次化、多元化”的虚拟仿真实验教学体系。探索高校物联网工程专业创新复合型人才培养的教学模式和方法。 关键词：虚拟仿真；实践教学；教学改革 一、物联网工程专业教学中存在的问题 教育部于2010 年批准设置物联网工程专业，截至目前，全国已有150 所本科院校开办了该专业，预计办学规模还将继续扩大。物联网工程专业是一个集计算机、控制、电子、通信等学科为一体的综合性交叉专业。对于这个新兴专业，许多高校在建设过程中，存在着“穿新鞋走旧路”的问题，特别是对实践教学重视不够，缺乏系统思考与设计，在实验课程设置、授课内容、实践平台、师资培养和管理制度等多方面没有形成科学完善的教学体系[1]。为此，结合当前高校物联网工程专业办学实际，积极探索构建物联网专业创新型人才实践教学新模式，就成为值得我们研究的重要课题。 作为新兴专业，物联网工程专业教学中存在如下问题： 1.培养方案缺乏规范性，专业特色不鲜明 物联网工程作为新兴专业，其培养目标如何定位、课程体系如何设置、教学过程如何开展，国内外尚无先例可供借鉴，在实验室建设、工程实践基地和师资准备等方面也没有成熟完善的教学条件。目前各高校的专业培养方案参差不齐，课程设置对基础性课程、实验性课程、工程实训和综合知识等几大模块的架构不协调，没有体现出物联网工程的综合性、交叉性与应用性特点，就导致了培养的学生与其他信息类相关专业毕业生同质化。 2.多学科交叉，知识繁杂 物联网工程专业专业课程的开设还不够科学完善，教师对于物联网教学模式的认识一定程度上也还处于探索阶段。按照教育部规定，除传统计算機类专业课程外，我院物联网工程专业开设的专业课程有：物联网信息融合、传感器与检测技术、无线传感器网络、RFID、嵌入式开发、物联网控制技术、物联网前沿技术讲座、物联网应用开发、Web 程序设计、射频技术与应用、移动通信、视频语音处理技术、物联网系统综合设计等。涵盖了通讯工程、网络工程和计算机科学与技术等众多专业课程。这样，就形成了物联网工程专业知识繁杂的特点 3.课程枯燥，教学模式封闭单一 物联网的应用无处不在，这样的特点非常适合通过项目创新驱动这种综合性的实践教学方法来调动学生的兴趣和积极性，从而达到学以致用的目的。然而目前的课程教学在这方面还是很欠缺，仍然是以教师为中心，程式化的内容多，导向性的环节少，这种单一接受式教学模式阻碍了学生创新思维和动手能力的养成。 二、传统物联网实验室与虚拟仿真技术的结合 物联网工程学科具有较强的实践性，完备的实验室配套设备是必不可少的，但限于实际条件，现实实验室设备在教学中存在一定的局限性，例如设备数量有限，无法满足学生人手一套的需求；硬件设备可扩展性差，难以进行复杂度较高的实验实训；实验室硬件设备购置成本高，设备更新周期长，难以满足飞速发展的专业课程需求。 虚拟仿真技术是利用计算机技术、网络通信技术、人工智能技术、自动化控制技术仪器仪表与测量技术等交叉产生的一种现代信息技术，是用一个虚拟的系统模仿另一个真实系统的技术，能够创造一种高端的人机接口。利用虚拟仿真技术建设实验实践平台，可以有效解决传统现实实验室设备存在的不足。 在实际教学过程中，学生先通过体验式教学对实际的物理设备产生感性认识，后续的实验实训环节都可以转换到虚拟仿真平台进行，学生可不受设备种类、数量限制，通过软件模拟所需的实验设备，自由组合，完成复杂系统的设计与搭建。将虚拟仿真平台与互联网连接，学生可在任何地点访问实验平台，极大的扩展了实验教学的覆盖范围，并在此基础上构建了一套“模块化、层次化、多元化”的实验教学体系[2]。该实验教学体系的建设不仅有助于学生对信息系统相关知识的深入了解和掌握，培养实践技能，提高自主创新能力[3] 。 三、基于虚拟仿真技术的物联网实验平台设计 （一）平台要求概述 1.本平台对常用物联网设备进行模拟，用计算机软件的方式来实现硬件设备的功能。 2.上位机程序可以操作真实的硬件设备，也可以操作虚拟仿真设备。针对物联网专业的教学，大大节省了硬件采购费用。 3.不用占用很大的实验室面积来摆放设备，可以让每个有电脑的学生更充分的学习。 4.可以结合开发实验和操作实验。 （二）仿真功能要求 1.工程管理：提供新建、关闭、另存、导入的功能。 2.通过拖拽的方式进行工程内容的编辑（类似Viso的编辑方式）。 3.每个模拟的设备模块化处理，将设备的所有接口进行仿真。 4.将RFID设备的内部运行机制进行仿真，包括接口指令、信令交互方式，卡的存储结构等等。 5.将WSN设备的网关及各种传感器的功能进行仿真，并提供环境模拟器来保证实验的进行。 （三）实验管理功能要求 1.学生管理功能 要求学生账号按班级管理，具备增加、删除、修改用户信息功能。 2.教师管理 要求具备教师账号添加功能，具备修改教师信息功能，重置密码功能。具备用户注销功能。 3.实验资源管理 要求提供实验资源添加、删除功能，教师端具备开始试验功能，让教师能够在本机进行实验操作，查看实验指导书。实验功能需要包含实验要求、实验指导、实验操作功能。 4.实验任务管理 要求教师发布实验任务给学生，教师具有删除编辑任务的功能，并查看学生的实验结果。教师发布实验功能需要根据提供添加的实验资源选择实验进行发布，要求可以按班级选择学生进行试验，也可以单独选择某个学生进行试验。 四、结束语 物联网虚拟仿真实践教学体系依托虚拟仿真技术，以培养大学生自主创新精神和工程实践能力为目标，引入虚拟技术、仿真技术、多媒体技术，探索“模块化、层次化、多元化”的教学模式，从教学方法和手段上突破传统模式，实现实验仿真案例的模式互动教学；与此同时，注重学生自主性和创新性培养，在物联网工程专业人才队伍建设的道路上迈出了重要的一步，为学生的实践学习和实习就业提供了有效的教学平台[4]。 参考文献 [1]朱军，熊聪聪，张贤坤.物联网工程专业实践教学体系探究[J].天津市教科院学报.2014，3（6）：36-38. [2]马文顶，吴作武，万志军，等.采矿工程虚拟仿真实验教学体系建设与实践[J].实验技术与管理，2014，31（9）：14-18. [3]郑春龙，邵红艳.以创新实践能力培养为目标的高校实践教学体系的构建与实施[J].中国高教研究，2007（4）：85-86. [4] 王竞，吴响，黄怡鹤，等. 医学院校物联网工程专业虚拟仿真实验教学体系建设与实践[J]. 高教学刊，2017（21）：35-37. |
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