高职院校物联网应用技术实训室建设方案探索

沈

洋

１１６０３５）

（大连职业技术学院，辽宁大连

摘要：基于对物联网产业发展的分析和对物联网应用技术专业人才需求分析，论述了高职院校建设物联网应用技术实训室的必要性与目的性。在此基础上，提出了高职院校物联网应用技术实训室的建设方案：将物联网应用技术实训室知识划分为五个知识模块；将物联网应用技术实训室划分为两大区，即物联网感知区和学生实验学习与动手操作区，让学生感知物联网，并完成学习情境任务，达到学习目标。关键词：高职院校；物联网应用技术实训室；ＲＦＩＤ技术；建设中图分类号：Ｇ７１０

文献标识码：Ａ

文章编号：１００９—７６００（２０１２）０９—００８０—０４

ＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｏｎＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＳｃｈｅｍｅｏｆＰｒａｃｔｉｃａｌＴｒａｉｎｉｎｇＲｏｏｍｆｏｒＩｎｔｅｒｎｅｔｏｆＴｈｉｎｇｓＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＨｉｇｈｅｒＶｏｃａｔｉｏｎａｌＣｏｌｌｅｇｅｓＳＨＥＮＹａｎｇ（ＤａｌｉａｎＶｏｃａｔｉｏｎａｌＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅ，Ｄａｌｉａｎ１１６０３５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅＩｎｔｅｒｎｅｔｏｆｔｈｉｎｇｓｉｎｄｕｓｔｒｙａｎｄｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌｔａｌｅｎｔｓ＇ｄｅｍａｎｄｆｏｒＩｎｔｅｒｎｅｔｏｆｔｈｉｎｇｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｎｅｃｅｓｓｉｔｙａｎｄｇｏａｌｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇｐｒａｃｔｉｃａｌｔｒａｉｎｉｎｇｒｏｏｍｆｏｒｉｎｔｅｒｎｅｔｏｆｔｈｉｎｇｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｈｉｇｈｅｒｖｏｃａｔｉｏｎａｌｃｏｌｌｅｇｅｓ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｉｓ，ｉｔｐｕｔｓｆｏｒｗａｒｄｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅ，ｗｈｉｃｈｉｓｔｏｄｉｖｉｄｅｋｎｏｗｌｅｄｇｅｏｆｐｒａｃｔｉｃａｌｔｒａｉｎｉｎｇｒｏｏｍｆｏｒｉｎｔｅｒｎｅｔｏｆｔｈｉｎｇｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｏｆｉｖｅｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｏｄｕｌｅｓ，ａｎｄｄｉｖｉｄｅｐｒａｃｔｉｃａｌｔｒａｉｎｉｎｇｒｏｏｍｉｎｔｏｔｗｏａｒｅａｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｐｅｒｃｅｐｔｉｏｎａｒｅａｏｆｉｎｔｅｒｎｅｔｏｆｔｈｉｎｇｓａｎｄｓｔｕｄｅｎｔｓ＇ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙａｎｄｏｐｅｒａｔｉｎｇａｒｅａｓｏｔｈａｔｓｔｕｄｅｎｔｓｃａｎｐｅｒｃｅｉｖｅｉｎｔｅｒｎｅｔｏｆｔｈｉｎｇｓａｎｄｃｏｍｐｌｅｔｅｓｔｕｄｙｓｉｔｕａｔｉｏｎａｌｔａｓｋａｎｄａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｉｒｓｔｕｄｙｇｏａｌ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈｅｒｖｏｃａｔｉｏｎａｌｃｏｌｌｅｇｅｓ；ｐｒａｃｔｉｃａｌｔｒａｉｎｉｎｇｒｏｏｍｆｏｒｉｎｔｅｒｎｅｔｏｆｔｈｉｎｇｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ＲＦＩＤｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ

随着我国智能计算技术与无线通信技术的迅速发展，以及当今移动通信与互联网的广泛应用，发展物联网的这个朝阳产业势在必行。美国等全球很多发达国家都已将物联网作为其国家未来发展的重要方向。美国以物联网应用为核心的“智慧地球”计划的实施将在民生、经济和国防安全等诸多方面产生巨大的影响。并且可以预见，其未来发展可延伸到各个领域，得到广泛应用。在我国物联网技术还属于一个新兴技术，正在快速发展，学习与掌握物联网的技术理论、发展方向及其行业应用是目前高职教育的收稿日期：２０１２－０７－１０作者简介：沈洋（１９８０—），男，辽宁大连人，讲师，硕士。

核心目标。２０１０年最新的教育部通知已将物联网技术作为战略性新兴产业相关专业的重点，开始鼓励各高职院校申报相关专业，并已于２０１０年正式批准了３２所院校成立物联网技术相关专业，标志着物联网教学已经成为物联网产业最先发展的产业之一。高等职业技术院校通过工学结合办学模式培养适应社会主义现代化建设需要的，理论基础扎实、实践能力强，掌握物联息技术的基本理论知识和基本技能，受到严格的科学实验和科学研究初步训练，并能在项目工程师指2012年第9期

LNGZXB80PracticalTeaching第14卷第9期Vol.14，No.9沈洋：高职院校物联网应用技术实训室建设方案探索实践教学导下从事物联网构建、物联网管理、物联网应用等相关职业岗位的高素质技能型专门人才。作为高职教育专业教学中一个重要的环节，实训室的建设至关重要，它能将学生所学的理论知识转换成实际应用操作。因而，建设一个科学实用的物联网应用技术实训室是实现物联网应用技术专业核心知识教育教学的关键。一、物联网技术实训室建设必要性物联网应用技术专业是一个涉及到计算机科学与技术、软件工程、通信工程、电子工程、网络工程等多专业学科的交叉专业，毕业学生可能从事传感器制造、网络融合、集成应用开发等多领域的工作，其配套实验室建设直接关系到学生素质的培养。目前，大多数高职院校的物联网应用技术专业人才定位都是集中在物联网应用开发、实施以及推广方面。从物联网整个产业链来看，最终产业价值的创造也是来源于应用环节，这也正是我们的人才培养目标所在。所以，为了提升学生就业能力，促进专业发展，物联网技术实训室的建设势在必行。二、物联网技术实训室建设目的物联网概念庞大而多元，是多项原有技术领域的交互和融合。其技术的核心在于传感部件的开发、大量信息源的组网和传输、海量数据的有效融合和使用等方面，而其应用的核心则是技术集成。如何使用成熟技术迅速开发应用型方案和产品，而在应用型产品开发中，嵌入传感设备设计、无线通讯、组网、数据接入、应用软件开发则显得尤为重要。高职院校实训室的建设目标应当以面向应用的基础建设和课程建设为基础，以实训类课程为特点，以面向不同行业，面向应用实例，面向丰富的应用场景描述为特点，致力于培养具备一定电子技术、信息技术基础的专业人才，培养具备物联网应用开发型能力的专业人才，培养具备物联网行业应用理解能力的专业人才。三、物联网应用技术专业研究领域的分析从物联网的概念上来理解，指通过各种底层信息传感设备，如多种类型的传感器、ＲＦＩＤ技术、红外感应器等各种装置与技术，实时采集监测任何需要监控、连接、控制的物体或者操作过程，采集传感器设备对光、声、热、力、电、位置、化学等产生的信息数据，与互联网再次结合形成的一个巨大信息与控制的网络。其目的是实现人与物、物与物、一切的物品与网络的互联，用来实现识别、分析、统计、管理和控制等多种功能。（一）物联网技术架构上的分析物联网从技术架构上分析可分为感知层、网络层和应用层三个层面。１．感知层感知层是由各种传感器以及传感器网关构成。感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和手足等神经末梢，它是物联网识别物体、采集信息的来源，其主要功能是识别物体、采集信息。正确而完整地感知信息才是物联网开始工作的第一步。２．网络层网络层是由各种专用网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统平台和云计算平台等组成，相当于人的神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层获取的信息。网络层的稳定与安全是保障物联息传递的先决条件。３．应用层应用层是物联网和用户的接口，它与不同领域、不同行业的需求结合，通过收集、传输数据来完成所有的应用操作，最终实现物联网的智能应用。（二）物联网应用技术专业的人才培养方向分析按照上述层次的划分，物联网应用技术专业的人才培养应按照以下三个方向培养。１．传感采集控制方向主要培养学生学习和掌握现有的和未来可能发展的各种传感数据采集方式，以及传感数据采集设备、传感及控制设备的设计和开发。学生通过完成相关课程后能够根据实际工作的应用环境设计、开发、使用、维护不同的物联网感知节点、数控设备等，完成物联网体系中识别、采集工作。２．通信网络方向主要培养学生学习和掌握数据和设备的通信、网络传输、数据接入等方面的内容。学生通过完成相关课程后，能够根据实际不同的应用环境进行通信系统的设计、开发、使用、维护等工作，并且能够正确完成配置、管理、维护、升级通信等相关应用设备的工作。３．系统应用集成方向主要培养学生学习和掌握物联网技术在不同应用领域的上层应用设计、数据安全、系统集成、数据使用等能力。学生通过完成相关课程后，能够根据不同领域需求进行设计、开发、使用、维护相关实际应用领域和应用实例，并且能够针对物联网行业的变化，对应用系统进行升级、改造、技术支持等工作。通过对物联网知识的分析以及专业培养方向的掌握，物联网实训室应包含五个知识模块（详见表１）。结合物联网应用技术专业知识模块分析可以初步归纳出实训室建设方案计划与相关功能的实现。四、物联网应用技术实训室建设方案规划设计通过以上分析可知，物联网的关键技术包括三个方面：终端数据的采集、处理、传输，终端网络的部署和协同等，以无线传感器网络和ＲＦＩＤ技术为代表；异构的接入网络基础和核心网络；由中间件、信息开放平台和服务支撑平台构成的应用支撑子层以及物联网应用领域示范系2012年第9期

81LNGZXBPracticalTeaching实践教学第14卷第9期辽宁高职学报实训室划分为两大区。Vol.14，No.9统等。通过分析物联网实训功能，我们将物联网应用技术表1物联网应用技术实训室知识模块及对应的知识点

知识模块ＲＦＩＤ知识模块无线通讯和无线网络知识模块物联网传输层知识模块单片机和嵌入式

知识模块高级无线网络知识模块

电磁技术基础、ＲＦＩＤ标签等

知识点无线组网技术、基本无线网络拓扑、短距离无线数据通讯原理、ＺＩＧＢＥＥ无线技术和其他相关无线标准、高级的ＺＩＧＢＥＥ技术、网络信息安全和加解密技术、Ｃ语言程序设计和无线网络高级算法技术原理物联网网关原理和结构、ＧＳＭ／ＧＰＲＳ技术原理、３Ｇ技术原理和结构、嵌入式和高级实时操作系统在物联网网关设计技术等

基础的单片机技术、ＡＲＭ嵌入式技术、微机原理技术，接口技术，微控制器体系和原理，实时操作系统等

低功耗无线协议标准、Ｗｉ－Ｆｉ传感器网络和低功耗蓝牙无线技术原理、Ｗｉ－Ｆｉ／蓝牙／ＺＩＧＢＥＥＰＲＯ无线通讯协议栈原理和设计

与开发流程，自动控制应用和实际场景搭建。主要内容：掌握自动控制应用下节点软件改造、硬件改造及更新的思路、方法和设计方案，特定环境下自动控制实际实施。２．学习情境二：通信网络开发子情境１：网络数据传输实训。包含物联网无线传感网的网络传输判断、性能监视、数据融合功能的实现和完成。主要内容：掌握对监测网内数据的分析和检测、网络拓扑的设计和改造、全网性能的监视和更新。子情境２：高级网络通信。包含物联网无线传感网节点通信模块原理、实物和实际开发流程，通信性能、网络协议开发和使用实例。主要内容：掌握网络数据的监控、安全系统的添加、通信性能分析和影响、网络协议的开发和使用。子情境３：复杂数据接入实训。复杂数据接入实训包含物联网传感数据的多种接入、接入性能、接入方式和开发实务。主要内容：掌握数据接入的环境变化性，数据接入对应用的重要性，掌握数据接入的方法和应用。３．学习情境三：系统设计与应用开发子情境１：物联网传感、采集控制设计及实现。包含物联网无线传感数据采集基础、数据采集原理和技术应用、数据传输控制设计环境和产品应用开发流程。针对现有产品实施监测体系的搭建和实际运行管理。主要掌握传感数据采集方法，熟悉专用设计语言编程方法，能够针对特需的对象完成设计改造，熟悉传感数据采集变化，维护传感数据的准确性，掌握搭建无线探测监测体系的配置、现场实施、设计方法和步骤等技术。子情境２：物联网通信网络系统的设计及实现。根据不同的使用环境完成物联网中的无线局域网的组网与建网、数据的无缝链接、远程网络接入与使用开发流程。基于已有产品实施监测体系中网络部分的顺利建设、运行、管理与改造，主要内容为：掌握无线组网多种方法、网络信息的安全传输与防范，熟练掌握专用程序设计语言，熟悉各种无线组网性能指标与技术参数，熟悉搭建无线网络的各种网络硬件设备，并且能够完成多种设备的兼容配置（一）物联网感知展示区，让学生感知物联网可以有选择性地展示如智能家居、智能展台、智能门禁、数码签名、智能小型农业环境、智能图书馆、智能超市、智能小车、智能电子商务仓储配送、智能运输、智能交通、智能停车、智能农业、智能零售、生产线控制等有物联网技术的应用例子。物联网感知展示区可以让学生直观地感受物联网技术的应用。比如，可通过互联网监控家中各种家电设备；异地登陆ＩＥ浏览器，访问到相应的地址；可在网络中进行家中各种家用电器的控制；可控制电视机、空调等家电的开关，或者通过控家中各种家电设备；通过手机的３Ｇ网络，可登陆访问到相应的地址；可通过手机进行家中各种家用电器的控制。可控制摄像头的转动，灯光等家电的开关。总之，让学生充分体验到物联网的先进技术，并产生浓厚的兴趣。（二）学生实验学习与动手操作区，让学生利用试验箱完成相应学习情境与任务高职院校可根据需求选配一定数量的实验箱或实验套件，开展物联网实际应用操作和开发包括有ＲＦＩＤ教学实验箱、ＷＳＮ教学实验箱等等。实验内容丰富，理论与实际结合紧密。学生实验学习与动手操作区的实训教学内容利用实验箱应完成以下的三个学习情境。１．学习情境一：数据感知及控制子情境１：高级传感节点应用初步。包含物联网无线传感节点的设计原理、实务与开发流程、应用场景描述和选配方案。主要内容：掌握节点基本原理、设计方案，传感部件、通讯部件的选用，处理能力局限和器件选用。子情境２：自动控制系统基础。自动控制实训包含物联网无线传感网的控制作用原理、实务与开发流程，自动控制基础及初步应用。主要内容：掌握自动控制应用下节点软件改造、硬件改造及更新的思路、方法和设计方案，自动控制实际实施。子情境３：场景化自动控制系统开发。场景化自动控制系统开发包含物联网无线传感网的控制应用设计、实务2012年第9期

LNGZXB82PracticalTeaching第14卷第9期Vol.14，与使用。子情境３：物联网系统集成应用设计及实现。针对不同的行业与领域的特殊需求，学生能完成物联网应用场景描述、需求分析、系统集成开发等工作任务。基于已有产品能够完成面向具体应用的监测体系建设与运行，主要包含内容是：物联网系统及应用描述说明，熟悉专用程序设计语言的编程方法，掌握根据典型应用来搭建无线传感网络及数据接入的各种思路、设计方法和实施步骤。子情境４：物联网管理系统实训。包含一般物联网传感数据网情况下，上层数据的使用系统的设计、开发和使用实务，如何在一般接口下开发深层数据，使用功能实务。掌握数据使用接口，设定和开发数据库，掌握上层系统使用接口和开发。物联网技术实训室方案建设，让学生能够深层次学习和应用物联网知识，不断提高学生的创新能力。具体建设目标是：培养学生合理的知识结构，具备扎实的传感器和无线网络技术、物联网相关有线网络和无线网络通信理论、信息安全技术、信息数据处理技术、计算机应用集成技术等基础理论；通过在物联网实训室进行大量的实践学No.9沈洋：高职院校物联网应用技术实训室建设方案探索实践教学习与应用操作，熟练掌握本专业应用技能，并且在实践的过程中掌握物联网系统的传感层、传输层与应用层这三个层次划分的关键设计理念与专门知识和技能，加深理解物联网融合多种网络的含义；并且使学生具备在物联网专业领域跟踪新理论、新知识、新技术的能力以及具备实践与创新能力。———————————————————参考文献：［１］倪瑛，戴娟．高职院校物联网专业课程体系的探索［Ｊ］．价值工程，２０１１（２４）：２３２－２３２．

［２］高宇．物联网创新实训室建设思考［Ｊ］．科技信息，２０１０（１２）：２５１－２５３．

［３］杨薇红，赵明珍．高职院校实训室建设的探讨［Ｊ］．中国农村小康科技，２０１０（１）：７１－７２．

［４］桂小林．物联网技术专业课程体系探索［Ｊ］．计算机教育，２０１０（１６）：１－３．

［责任编辑，大连职院：林桂花］（上接４８页）（三）教学环境该课程的教学主要采用理论与实践相结合的教学模式，根据教学要求，需在“教、学、做”三位一体式的项目教学的实训室进行。我院拥有财政支持的“电工电子与自动化”项目基地，该基地有传感器实验室一个，共配备１４套传感器实验装置，每套装置均配有ＰＣ机。电子技术技能实训室学生可自主仿真设计与调试电路，完成实际传感器电路的焊接、装配与调试。四、考核方式改革改革传统对学生的考核方式，采用过程评价考核与目标考核相结合的方法，重在测试学生的动手操作能力和知识运用能力。为体现学生的学习积极性和学习态度，考核分以下四个方面进行：第一，平时表现。任课老师根据学生的平时学习情况，包括到课率、课堂表现、作业完成情况和实验完成的熟练程度进行评定，占１０％。第二，平时项目。平时的动手制作项目要求完成实训报告，根据完成情况和撰写实训报告的认真程度评定（根据教学情况，可从项目中任选），占２０％。第三，综合实训项目。在本课程学习的最后安排一次综合性实训，每组（３人一组）必须完成综合实训任务，据此评价，占２０％。第四，期末笔试。采用闭卷方式，笔试成绩占期末总［责任编辑，抚顺职院：陈辉］成绩占５０％。期末总成绩（满分为１００分）＝笔试成绩×５０％＋平时项目成绩×２０％＋综合实训×２０％＋平时表现×１０％。总之，教学内容以学习情境项目化形式展开，提高了学生对课程知识的认识和掌握，锻炼了学生综合运用专业知识解决实际问题的能力，有效调动了学生的主动性和创造性。今后应以先进的教学思想和理念为先导，加强改革，使本课程始终处于专业课程的领先地位，为电子信息工程专业体系建设做出更大的贡献。———————————————————参考文献：［１］张红．结合传感器课程特点，推进创新型人才教育［Ｊ］．高教论坛，２０１０（１０）：７７－７９．

［２］张东．传感器原理及应用课程教学改革与实践［Ｊ］．科学咨询（科技·管理），２０１２（６）：１５９－１５９．

［３］姜大源．关于工作过程系统化课程结构的理论基础［Ｊ］．职业教育时讯，２００６（１）：７－９．

［４］徐科军．“传感器与检测技术”课程建设探讨［Ｊ］．电气电子教学学报，２００９（３）：５２－５３．

传感器技术》课程内容优化与实践［Ｊ］．四川［５］徐小玲，刘美．《

职业技术学院学报，２０１２（３）：９９－１０１．

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