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導言:作為寫作愛好者,不可錯過為您精心挑選的10篇物聯網實訓總結,它們將為您的寫作提供全新的視角,我們衷心期待您的閱讀,并希望這些內容能為您提供靈感和參考。
中圖分類號:G712 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)32-0190-03
一、引言
2011年,南京信息職業技術學院正式成立物聯網應用技術專業,2012年該專業成為國家骨干高職院校重點建設專業。按照《教育部、財政部關于確定“國家示范性高等職業院校建設計劃”骨干高職院校立項建設單位的通知》(教高函[2010]27號)文件要求,國家骨干高職院校應著力推進辦學體制機制創新,增強辦學活力,以專業建設為核心,強化內涵建設,提高人才培養質量,帶動本地區高等職業教育整體水平提升。高職專業建設的理念最終要通過課程來實現,專業核心課程的建設水平,是衡量專業建設水平的一個重要指標。同時教育部《關于全面提高高等職業教育教學質量的若干意見》(教高[2006]16號文件)指出:高等職業院校要積極與行業企業合作開發課程,根據技術領域和職業崗位(群)的任職要求,參照相關的職業資格標準,改革課程體系和教學內容。建立突出職業能力培養的課程標準,規范課程教學的基本要求,提高課程教學質量。由此可見,高職的課程標準建設是課程建設的關鍵,是高職院校提高人才培養質量,帶動本地區高等職業教育整體水平提升的一項重要任務。“物聯網項目綜合實務”課程作為物聯網應用技術專業的專業核心課程之一,在大三學年第一期開設,是重要的崗位能力課程,是對前序課程的綜合運用,也是對畢業生職業能力的提升。該課程首次在全國開設,具有較強的探索性。
二、物聯網項目綜合實務課程標準制定原則
1.以職業能力培養為導向,融入職業標準。課程面向學校所在區域培養物聯網技術專業群應用型人才,在課程標準建設中堅持以就業為導向,緊緊圍繞學生未來的職業崗位,著眼于從事具體職業崗位工作所需的核心職業能力,根據能力要求來設計具體課程內容,保證教學內容與崗位核心能力的要求相吻。同時課程以項目為依托導向、采取一體化的教學模式,保證職業資格證書考試標準與課程標準全面接軌。
2.基于工作過程,突出工學結合。課程開發要基于工作過程,充分體現工學結合的特點,以真實的工作任務為載體來實施課程整體設計。
3.校企合作、共同開發。企業合作進行課程及課程標準的開發,根據企業實際需求,制定課程教學內容,從而保證培養一線實用型技術人才的質量。
4.立足現實,保證可實施性。課程標準開發立足專業基礎、實訓條件和教學團隊力量,確保課程的可實施性。
三、課程標準開發流程
為保證課程標準科學和有效,需要對開發過程進行控制,課程標準開發的控制流程如下:市場需求調研崗位分析工作任務分析職業能力要求分析課程標準編寫課程標準審核課程標準修訂。在課程標準開發過程中,積極與行業、企業、合作辦學單位開展調研合作,始終遵循課程標準制定原則和課程標準開發流程。
四、物聯網項目綜合實務課程標準
物聯網項目綜合實務的課程標準基本框架構成如下:課程定位、課程目標、課程設計思路、課程內容與教學要求、考核評價、課程實施等。
1.課程定位。本課程是物聯網應用技術專業的崗位能力課程。通過本課程的學習,學生可以了解物聯網項目建設相關崗位所需的基本概念和工程管理基礎知識,能夠根據客戶需求編寫物聯網項目設計方案,能夠進行物聯網設備的選型和采購,能夠完成物聯網工程施工和調試,能夠完成對物聯網項目的功能測試,能夠進行系統故障判斷與維修,為將來從事物聯網工程項目相關工作打下堅實的基礎。課程學習后應達到“物聯網應用工程師”資格證書的基本要求。物聯網是一個綜合的領域,所涉及的行業種類繁多,確定課程建設的方向尤為重要,基于物聯網應用領域和學院基礎的分析,我們選取了智能家居這個行業作為本課程的建設內容落腳點。課程以一個真實的智能家居系統項目入手,按照物聯網項目的建設進度流程,依次引入物聯網項目的立項,物聯網設備或產品的采購,物聯網設備的安裝,物聯網設備的調試,物聯網系統的維護和管理等幾個工作任務。
2.課程目標。總體目標面向物聯網應用系統集成和調試工程師、物聯網設備銷售經理工程師、物聯網設備安裝工程師、物聯網項目運營師、物聯網高級監理師等工作崗位,針對“智能家居”物聯網工程項目的項目設計、設備選型與采購、設備安裝與調試、系統維護等典型工作任務,著力培養學生物聯網工程項目相關崗位的職業能力,培養正確的工作態度,養成良好的職業習慣。課程目標分為知識目標、技能目標和素質培養目標。(1)知識目標。了解物聯網工程項目的建設過程、熟悉物聯網工程項目各個階段的特點及任務,了解物聯網工程項目產品選型與采購的相關知識,熟悉物聯網工程項目的安裝調試和運行維護方法,了解施工圖的識讀方法。(2)技能目標。①能夠根據客戶需求和現場勘測設計項目方案;②能夠進行物聯網設備的選型;③能夠根據需求進行設備的采購;④能夠根據相關的技術標準在工程現場對設備進行安裝;⑤能夠對設備進行調試,對一般故障進行現場排查與處理;⑥能夠根據設計方案和驗收標準對工程進行測試和驗收;⑦能夠根據工程圖紙指導施工;⑧能夠使用相關軟硬件設備和工具對系統運行狀態進行檢測與維護;⑨對物聯網系統的日常數據進行統計與匯總,并能根據數據判斷物聯網項目的運行狀態。(3)素質養成目標。國家教育部在教高[2006]16號文件中指出,高職的培養目標規定為“為社會主義現代化建設培養千百萬高素質技能型專門人才”,因此在注重培養職業技能的同時,還應該注重職業素質的培養。因此課程的素質目標確定為:良好的精神狀態和樂觀進取的工作生活態度,良好的職業道德素質、敬業精神、良好的團隊協作精神和意識,永不滿足的創新精神以及良好的自我身心調控能力等。
3.課程內容。課程在內容設計方面突出體現職業能力培養,緊緊圍繞完成工作任務的需要來選擇課程內容,從“任務與職業能力”分析出發,打破傳統的知識傳授方式,以“項目”為主線,構建工作情景。課程內容以南京信息職業技術學院新技術體驗中心(別墅)智能家居項目案例構建了七個項目,分別是:項目一智能家居項目建設方案、項目二照明項目、項目三智慧家電項目、項目四智慧安防項目、項目五智慧監控項目、項目六智慧門禁系統和智能家居管理項目。課程內容的每一個項目又有具體要求,表1是項目二智慧照明項目的具體實施要求。表1教學活動的設計既有利于教師教學的實施,具有切實的指導作用,同時有利于學生培養各種職業能力。
4.課程的教學評價。由于是任務引領下的學習方式,在完成任務的過程中,學習相關知識和職業技能,所以考核必須結合課程的授課特點,變一次性考核為過程考核,即在學生的整個學習過程中考察學生。總評成績由課堂表現、項目實操、項目報告和理論考試綜合構成。具體考核內容和權重分配見下頁表2。
以上各項獨立評分,按比例記入課程總成績,對考核結果及時進行統計分析。
5.課程建設的保障。①教材及教學方法。通過文獻檢索和調研,目前本課程沒有現成的實例可以借鑒,需要根據市場調研、企業調研和參考相關資料編寫教材。在教材編寫過程中北京凌陽愛普科技有限公司和北京中訊威易科技有限公司的工程師給予了指導建議,并參與了部分內容的編寫。本課程授課時要注意理論和實際有機結合,采取一體化教學方法,在智能家居實訓室和智能家居體驗中心的環境中讓學生融入工作情景。同時還可以帶學生體驗物聯網實訓基地的煤礦人員定位系統及不停車系統,帶領學生分析討論。教師在授課時應注意調動學生的積極性,讓學生自主學習,多采取分組布置任務、小組討論、任務驅動等教學手段,教師的任務主要是歸納、總結,知識的系統講解。②教師。教師需要通過自身的學習和培訓提高專業知識水平,可通過與物聯網企業的合作、實習提高教師的實踐能力。由于課程的工程性較強,課程內由企業工程師現場講解設備的安裝和調試的相關知識。企業工程師授課學時數不少于課程總學時的50%,企業工程師授課時校內教師作為助理,從而保證課程效果。③智能家居綜合實訓基地。作為課程實施的有力保障,智能家居綜合實訓基地分為智能家居實訓室和智能家居體驗中心兩部分。智能家居實訓室擁有9套物聯網工程實訓平臺,采用結構化實訓架作為實訓項目的“柔性工位”,實驗所用產品均接近實際應用系統,能夠組建具有行業特色的物聯網工程實訓項目,確保學生可利用智能家居實訓室設備搭建真實物聯網項目。智能家居展示體驗中心是一套兩居室的樣板房,完全按照實際的家居環境設計,智能家居體驗中心將當前熱門和最有市場潛力的智能家居產品方案引進實訓基地,為高校師生接觸和研究當前先進技術搭建橋梁,讓學生了解所學習的專業知識在實際工程項目中的應用。
五、總結
提出了基于職業能力培養的物聯網項目綜合實務課程標準開發方案。該方案有利于提高學生的職業技能和職業素質。由于物聯網專業開設時間不長,在課程建設方面還有很多問題,如師資問題、教材問題等還需進一步的深入研究。
參考文獻:
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智能家居就是以住宅為平臺,兼備建筑、網絡通信、信息家電、設備自動化,集系統、結構、服務、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環保的居住環境。智能家居系統可以為您提供家電控制、照明控制、窗簾控制、電話遠程控制、室內外遙控、防盜報警、以及可編程定時控制等多種功能和手段,使您的生活更加舒適、便利和安全。筆者所在的課題組利用當前智能家居技術的新理念與技術,開發技術先進、性能卓越、實用性強的物聯網智能家居實現系統,并指導學生掌握其管理與維護技術。
1 物聯網智能家居實訓系統組成和內涵
物聯網智能家居實訓系統由智能照明、智能安防、人臉識別門禁、智能音響、智能冰箱、能耗監測、環境監測、智能窗簾等子系統,及物聯網應用上位機管理軟件組成,各子系統通過連接電纜進線連接,采用 ZigBee、wifi、3G 多種網絡技術傳輸傳感及控制信息。系統支持智能家居設計、安裝、調試以及應用編程等多種方式來鍛煉師生的技術水平,是一套既能展示物聯網智能家居應用,又能掌握相應技能和知識的實訓系統。
本開發平臺實現對物聯網三層(感知層,網絡層,應用層)的全方位技術運用,比較全面的兼顧了物聯網所涉及的各類技術,包括無線傳感器硬件、嵌入式軟件系統、Wifi、Internet 端應用軟件開發教學,設計提供了智能家居多個子系統的應用實訓,該系統所涉及到的技術主要包括:電子電路、2.4GHz 高頻通訊、ZigBee 無線網絡、無線傳感器、無線 SoC、嵌入式 ARM、UHF RFID 射頻識別、3G、Ethernet、服務端軟件開發。
開發平臺提供了功能強大的以 ARM 處理器為內核的網關硬件和自主研發的網關核心軟件,不僅能完成多種無線網絡管理,傳感器和射頻識別信息處理,而且可以通過不同無線和有線網絡路徑,將數據傳輸到上位機管理平臺,并存入數據庫,支持遠程訪問,并運用虛擬技術仿真智能家居場景及設備解決場地及設備制約因素。
2 系統功能
針對職院學生,主要鍛煉的是學生的動手能力和實際操作的技能。學生可以根據自己的設計想法改變模擬房間內環境,也可以通過一體式計算機通過因特網訪問房間內自動化服務器,對智能設備、視頻監控等遠程控制、訪問。該裝置能進行智能家居系統設計、線路的設計與連接、調試、故障排除、系統配置等實驗和實訓。
在打分環節考慮到人為因素對比賽結果的影響,在系統中,特別設計了自動評分功能,對各個系統網絡連通性、電源接線、軟件配置進行自動化檢測,為實訓成績提供客觀的依據。
2.1 智能照明
包括智能照明管理軟件模塊、燈控模塊/調光模塊、通信模塊、燈具,通過和網關通信,支持本地控制和管理軟件遠程控制,本地可以設置感應開/關閉,并和光敏檢測模塊聯動,實現自動化。
2.2 智能安防
包括智能安防管理軟件模塊、窗磁、煙霧感應器、主動紅外入侵探測器、攝像機、雙鑒探測器對非法入侵、火情、煙塵等監測,針對突發事件做出緊急處理,與 GSM/GPRS 短息貓聯動,當發現有異常時攝像機自動截取畫面并發送消息至指定手機或報警。
2.3 人臉識別門禁
人臉識別門禁系統由主人臉識別門禁機、門禁控制器和電鎖組成(聯網時外加電腦和網絡通訊設備),使用方式屬非接觸方式,出入人只要在人臉識別門禁機附近(30-80 厘米)晃動一次,人臉識別門禁機就能將識別結果發送到門禁控制器上,然后由門禁控制器進行檢查核對合法性,決定是否進行開門動作。整個過程只要在有效的使用范圍內均可實現門禁管理功能。人臉識別門禁機安裝門邊墻內外,而不影響其工作。
人臉作為每個人身體的一部分、不能復制、安全可靠。并通過網絡與電腦進行實時監控(可由電腦發指令開/關所有門,并可實時查看所有門的狀態)、數據處理、查詢、報表輸出等。
2.4 智能音響
包括智能音響管理軟件模塊、情景音樂系統主機、高保真音箱,通過軟件平臺來控制音樂的播放。
2.5 智能冰箱
包括智能冰箱管理軟件模塊、RFID 讀寫器、食物冷藏柜。通過 RFID 技術實現食物管理功能,通過 PC管理平臺訪問,配合食品圖示,能看到冰箱內的食物信息,食品提醒設置,一旦冰箱內食物短缺或過期,就會發送短息到指定手機。
2.6 能耗監測
包括能耗管理軟件模塊、智能插座、能耗統計模塊。通過智能插座實現所有電器通過數據采集終端,無線網絡,實現無線抄表、管理功能。可以定制統計分析功能,并通過監控系統控制臺、智能手機實現可視化查看和管理,體現綠色節能理念。
2.7 環境監測
本系統包括環境監測管理軟件模塊、溫濕度、光敏無線通信模塊。實現溫度、濕度、光敏等監測,針對環境參數設備智能開啟相關設備自動調節環境溫濕度或與其他系統進行聯動,對突發事件做出緊急處理。
2.8 智能窗簾
本系統包括智能窗簾管理軟件模塊、窗簾控制器、電動窗簾,通過和網關通信,支持本地和管理軟件遠程控制, 本地可以設置感應開/關閉,并和光敏檢測模塊聯動,實現自動化。
2.9 上位機管理軟件
系統包括照明、窗簾、能耗、電器、安防、環境監測、實訓評估模塊,本實訓管理平臺是以上各個系統的一個綜合性、集中管理平臺。內容包括:系統的實時狀態查看、遠程控制、數據存儲、統計分析、參數設置、預警。如圖1所示。
3 系統特色
真實的家居環境需要投入大量的人力物力,從實訓的角度來說,需要耗費大量的時間和經歷建造樣板房,投入巨大。因此,設計采用模擬家居環境的智能家居系統,將涉及到的應用及控制模塊和設備安裝部署在可收縮的網孔板機柜上,減少對空間的占用,并可應用于以后的實訓教學中。
智能家居實訓系統安裝在一個網孔板機柜上,可以收攏展開,展開后尺寸為 2.4m*0.8m*1.9m(長*寬*高),收攏后尺寸為 0.8m*0.8m*1.9m(長*寬*高),實訓設備可以自由安裝,具有很大的靈活性。
各系統的控制模塊均安裝在 86 盒內,可靈活部署在網孔板的任意位置,方便師生根據自己的設計完成施工。
4 總結
本文介紹了一個物聯網智能家居實訓系統的設計與實現,系統中模擬了智能家居中的部分場景,并在實驗室環境中做了大量的模擬測試,程序運行良好。總之,進行基于 ZigBee 技術的物聯網智能家居系統的設計分析,有利于提升基于物聯網智能家居系統設計水平,促進在實際中的推廣應用,具有積極作用和價值意義。
參考文獻
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作者簡介
中圖分類號:TP274 文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2013)24-5485-02
1 項目簡介
高職教學過程中,由于物聯網專業的興起,作為新一代網絡的建設,國家投入了很多資源發展物聯網產業。在教育層面,在國家的鼓勵下,許多高校開設了物聯網專業,本科以上則培養開發研究型人才,中高職則側重于技能方面的培養。但是現行的ZigBee技術書籍理論和應用并不緊密,直接應用于中高職教學帶來一定的困難。因此,通過開發具體項目的方法讓學生從項目實訓中獲得相應知識并提高其動手實踐能力。
本項目將使用Freescale的ZigBee芯片和溫度傳感器DS18B20作為硬件平臺,采集的環境的溫度數據保存至數據庫。項目拓展一:上位機程序開發,將數據庫中的采集信息實時通過電腦、智能手機平臺中圖形顯示;項目拓展二:調溫設備控制,通過環境溫度的變化,當溫度達到上限時,自動開啟空調制冷,當溫度達到下限時,自動開啟空調取暖。
2 硬件設計
隨著無線網絡的發展,ZigBee已應用于工業生產、日常生活等各個環節。ZigBee技術已發展比較成熟,作為物聯網的核心技術,眾多硬件廠商加入ZigBee聯盟。
Freescale最新推出一款低功耗、高集成、高性價比的ISM(工藝、科學和醫療)射頻芯片— MC12311,這款芯片基于ZigBee技術,內部集成了一個UHF射頻收發器和一個超低功耗的8位單片機(MCU) ,RF(射頻)收發器工作頻率包括315MHz,433MHz,868MHz和915MHz等頻段,芯片內部是一個8為的單片機并內置RC振蕩電路及豐富的接口,在硬件選型時MC12311應用在物聯網應用項目(智能家居系統、安防系統、環境監測、智能農業等)是一個理想的選擇。
DS18B20是一款高可用的溫度傳感器,其外觀結構類似于三極管,三個引腳分別為GND,DQ,VDD。根據應用圖1可知,GND接地,VDD接外部電源+5V,DQ接4.7K電阻上拉。
根據DS18B20邏輯結構圖2可知,其內部帶有64位的ROM單元和9字節的暫存器單元,程序可以讀取暫存器相應字節獲得16位的溫度值,然后依據應用要求通過程序將溫度數據有數字量換轉為攝氏度。
在這個環節中我們只需要讓學生了解MC12311射頻芯片和溫度傳感器DS18B20的基本原理,理解項目的硬件詳細設計,掌握如何獲取溫度值并將數據顯示在數碼管中即可。
3 軟件設計
軟件設計是設計一個采集系統,將數據保存在數據庫中。計算機利用串口與硬件系統控制器相連,通過軟件平臺將采集的數據保存在數據庫中,這樣作為上層軟件開發系統可以進行拓展項目。
根據學生在前期學習內容,軟件平臺使用C#進行開發,C#對串口編程和對數據庫的操作比較方便,學生有這方面的開發基礎,軟件后期開發擴展性強。數據庫采用Mysql,因為系統采集數據,在數據庫中只需要記錄時間、采集點、采集數據等信息,數據量較小,數據結構相對比較簡單,所以采用輕量級數據庫Mysql。
對于學生的拓展項目,可以使用C#程序設計軟件將數據庫中的數據通過圖像實時展示,這樣可以通過Android,Mac OS,Windows等系統平臺實時顯示。
4 教學資料開發
當溫度傳感系統項目開發完成后,將項目整理為ZigBee項目實訓,項目開發過程的資料做為實驗指導書,對學生進行為期兩周的實訓。
學生通過兩周的實訓項目的開發,深入理解物聯網基礎知識,還可以將所學習的知識轉化為其基本技能,實訓項目還設置了拓展項目,對已掌握基礎知識的同學,在已開發的項目進行深入開發。學生通過項目實訓,可以根據實際項目的需求選取合適的硬件和相應的開發軟件,開發相應的物聯網應用系統。
5 總結
本項目通過一個實際的溫度傳感系統項目開發,采用MC12311芯片組建了一個ZigBee網絡,引入了溫度傳感器DS18B20,設計了硬件系統和軟件系統,完成了環境感知系統項目開發。
在項目開發過程中對項目開發軟、硬件資料的整理為項目化教學資料,對高職物聯網相關專業學生進行為期2周的項目開發實訓。
【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】B 【論文編號】1009―8097(2011)11--0084-3
引言
教育信息化在全球范圍內發展迅速,在校園信息化建設方面存在了若干個熱點,根據EDU-CAUSE(高等教育信息化組織)2009年的調查數據顯示,近年來關于學術科研信息化、行政管理信息化和課程教學信息化這三個層面的實踐方興未艾,成為教育信息化發展戰略的關鍵議題。
高等職業教育作為高教系統中極具特點的環節,在管理創新、體制創新等方面積極而努力地進行了探討和實踐,總結了較多的經驗。紹興市公共實訓基地作為國家示范建設的項目,在其信息化建設方面更顯地位突出,本文著眼于高等職業教育及其實訓基地信息化建設,提出以物聯網技術作為信息化的載體,進行管理模式的研究和設計,探討在新穎的技術平臺上對“行政管理”和“課程教學”兩個信息化建設實現有機的融合,提升實訓基地的管理水平,降低成本提高效率。
公共實訓基地,當前集中了來自于校內外諸多種類的人員、設備及培訓者,其資源種類較多,管理結構復雜,既包含了實訓基地自身固有的資源,也包含了企業、團體等來自于社會的校外資源,因此,根據這樣的特點,管理模式設計將從以下幾個方面展開:
首先需要對公共資源進行分類,實訓基地所擁有的公共資源包括學校本身的教師資源、設備資源和來自于外界(企業及社會其他方面)的教師資源、設備資源。
根據上述劃分的結果,針對實訓基地的各類使用人員進行權限的配置,建立相關的數據庫和人工裁斷機制,使得實訓基地的使用人員能夠在資源的享用方面獲得對應的權限。該部分設計將是實訓基地正常運行的關鍵部分。
實訓基地的硬件和軟件部分,是信息化建設能夠正常運行的基本保證,作為設備采集終端,需要實時地向中央計算機提供數據信息以進行權限的判斷,而終端的類別也需要根據資源種類進行設定。即,根據物聯網性狀特點,在實訓基地日常管理中,依據權限中心數據庫的權限設計,實現物聯網絡所固有的各類連通性,從而能夠實現實訓基地日常情況下的無人值守管理,保證實訓基地財產及生產的安全。
基于上述原則,實訓基地根據物聯網技術的模型進行了模式設計。
一 物聯網與RFID技術
物聯網實現“物物相連”的功能,當前,主流的實現依托技術為RFID技術,通過RFID標簽進行身份識別,它并非傳統意義上的數據采集,其原因在于,這種身份識別某些情況下不需要中控計算機再進行“認可”的動作,而僅僅通過RFID芯片上的“密鑰”配合,既能夠在終端實現“認可”動作,因而識別速度快,對網絡支持的依賴度不高。
RFID信息讀寫終端將采集到的身份信息及其他有用數據通過網絡傳輸到主控計算機,根據終端的位置等因素進行綜合判斷,實現了對RFID標簽的信息跟蹤,即實現了“物聯網”的功能。
與此同時,主控計算機根據RFID芯片進行了身份和權限的判斷并實現全網,從而使得被使用資源的即時狀態能夠被實時查詢得到,有力地保證了資源使用的便捷性。
二 管理的組織體系和信息網絡建設
實訓基地的管理模式設計中,每一個RFID芯片將與使用教科研資源的各類人員建立一對一的關系,作為人員身份的唯一標識。并根據芯片ID對各類人員進行權限分配,這種權限分配,將在管理部門通過管理平臺設置實現。其中,管理平臺上具有在線修改權限的功能。
如圖1所示為人員、權限、跟蹤三個要素。
1 人員類別的確定
如前所述,實訓基地所面對的使用者中身份各異,既包含本校,又包含來自于企業及社會,主要被分為以下幾個種類,各個種類的人員,在數據庫中,其編號將作為Keykord而被設計歸類,具有相對應的權利并被信息跟蹤。
表1中,三種不同的人員具有三種不同的權利實施范圍。另外,根據2010年的統計結果,對杭州灣地區實訓基地來自于校外(企業)的學員及師資的結果分析,一部分專業方向上校外兼職技師的比例能夠達到50%以上,且總體而言兼職師資比例有逐年遞增的趨勢,因此,在針對該群體的權限設置方面,其細節需要做更為全面的考慮。
2 權限設置原則
權限指的是使用權限。在劃分了使用實訓基地的人員種類之后,根據類別的不同設定出各個類別相對應權利行使的范圍,包括針對設備資源的使用權利、工具的使用權利、場地的使用權利、耗材的使用權利等。
主控平臺上的權限設置,包含依據標簽即身份ID自動獲取相應權限、權限的高級行政裁斷兩種,前者作為規則正常實施,而后者之所以存在,在于實踐基地的管理體系是作為學校行政管理的一部分,該種權力的存在是合理且必要的。
表1中所包含的培訓人員,可分為校內外兩個類型加之學生群體,其具體權限分配需要根據實際情況具體對待。
在權限設計的數據結構中,需要將本校正常教學安排作為優先任務加以約束。
物聯網及RFID技術為這種權利分配和使用的監管過程提供了極大的便利,可在中央主控平臺上進行權利的設定和修改,而這種設定及修改,是不需要人工辦理即可實現的,與此同時,信息網絡為各類資源的使用狀態提供了的渠道,便于資源的監管和信息的公開。
3 資源跟蹤
RFID技術提供了電子標簽,電子標簽中即RFID芯片,具有唯一的ID,被終端所檢測并讀出,根據讀寫終端的位置,可得知芯片ID當前所處的位置,從而實現跟蹤。作為物聯網的基本功能,資源的跟蹤將在實訓基地運行過程中有效的保證管理秩序及設備等財務的安全。
資源的跟蹤,其過程簡單表示如圖2所示。監控網絡、維護和診斷網絡、數據庫等三項功能對用戶ID隱藏,在用戶ID進入到管理體系中的同時,便在網絡中建立監控鏈路,值得注意的是,此種監控并非圖像(視頻)監控,而是根據信息流的原理,依據所有存在RFID電子標簽的資源所實施的一種作業日志式的數據采集。對個別種類的資源需要有特別的監控手段,本文第三部分將舉例詳述。
三 中控平臺的建設
由第二部分可知,人員、權限和跟蹤這三大要素共同構造了管理體系的組織架構,由位于核心地位的信息平臺串聯而構成一個完成的信息化的、基于物聯網技術的管理系統,其示意圖如圖3所示。
簡而言之,圖3中,依據RFID進行身份標識(表1中的內容),經過終端采集到當前身份狀態,再與高級的行政命令相比較,最后得到身份的具體權限,判定標識身份的可用資源。其邏輯關系如下所示:
圖3中,身份標識以RFID標簽形式存在,與終端和判定
結果作為一個完整的數據結構,加之其余必要數據信息,共同構成物聯網結構主體,通過物聯技術和中控平臺所連接的公共通信網絡,實現如前所述的功能,即資源的跟蹤及其所處狀態的實時。
圖3中的關系數據庫之內,根據具體的管理規則,于軟件層面進設計了各類數據之間的約束關系,以保證資源的安全和系統運行的穩定。
綜上所述,RFID技術的發展推動了物聯技術的發展和進步,電子標簽的設計業已成熟,各種終端具有統一的接口,建立起分布式的網絡結構。在物聯技術主導的實訓基地教科研資源管理體系建設中,中控平臺建設尤其重要,它是管理系統運行的核心部分,是數據處理、存儲、命令和狀態監控的中心。歸根結底,是一個基于Ⅵ(虛擬儀器)的軟件平臺,采用了中央控制、中央裁決的分布式網絡結構。
該網絡利用智能化的傳感器網絡采集信息,不僅僅包含非接觸式的終端,也有接觸式的終端。對于特別的資源,例如在某些可獨立運行的機電設備的使用中,采取強制的接觸式終端進行專門的監控,用以保證操作者在設備操作過程中不得離開,借此以保證生產安全并責任到人。
四 運行與實踐
根據以往實訓基地的教科研資源在傳統管理模式下運行的經驗來看,信息化條件下的管理還擁有兩個方面的問題需要注意。
1 制度建設
信息化條件下,教科研的管理模式采用了較為新穎的概念實施,因此,在制度層面需要給予相應的配合,尤其是在圖3所示的“高級別行政裁斷”的制度設計上,充分發揮信息網絡的優勢,使得特殊的行政裁斷指令能夠迅速得到執行并在網絡上廣播。因此,改善管理觀念也是新型管理模式建設的重要內容。
2 管理部門
物聯網究其實質是傳感器的網絡,智能傳感器的使用使得管理人員從諸如權限界定、例行登記等工作中解脫,但網絡中,需要對監控、遠程維護和故障診斷等任務或工作進行組織,減少了工作人員的數量,但是對工作能力的要求則相應提高。
五 結束語
1)教學以項目管理要求和項目實戰形式開展,訓練學生掌握中小型企業網絡工程設計實施流程規范;通過項目虛實結合仿真實戰,訓練學生掌握網絡設備的配置方法;2)教學以核心項目案例整體流程,讓學生切實體會了解企業項目的實施流程;3)通過中小型企業的實際設計項目分析,訓練學生項目需求分析、設計、實施、測試等各方面能力,提高學生設備配置的熟練程度,提高學生處理問題的實際能力;4)按照企業管理的要求,讓學生熟悉團隊成員在項目中的角色分工及溝通協作,體會企業中的團隊合作規范,培養團隊協同工作的能力。
1.2教學內容
課程教學內容設計以工程項目為主線,模擬實訓項目為載體,以工程項目實施過程作為教學流程參考,逐步分解項目實施過程設置教學情境單元,以項目組織管理過程為項目教學推進的參考點,設計過程性的教學情境推動教學環節的執行。
2課程實踐教學設計
2.1核心項目案例設計
項目案例以中小企業網絡為背景,企業分總公司和分公司兩部分,防火墻保護服務器群和內部用戶,公司設計兩條ISP鏈路,一條用來與分公司數據交換,另一條用來訪問Internet。在外出差或者家庭辦公的用戶可以通過VPN虛擬專用網接入內網OA平臺。在總公司內部部署了數字監控系統和智能家居系統。
2.2虛實結合景實訓環境搭建
要完成整個網絡工程項目需要強大的實踐環境,大多數的院校在硬件上只能提供部分設備,大部分院校不能滿足多組教學的需求,在這種情況下可以借助仿真軟件來解決學校設備資源不足,重要的是同時也滿足課程內容設計的要求,實現學生人人參與,人人實踐,同樣可以達到課程學習的目標要求。我們在物聯網分層的基礎上利用現有設備和仿真軟件搭建虛實結合的核心實訓項目實訓環境:1)在應用層平臺上借助虛擬機VMware(VirtualPc)安裝Windowsserver2008(ubuntu)操作系統,在服務器操作系統上部署WEB\DNS\DHCP\FTP\EMAIL\OA等企業內網應用服務,在服務器上部署數字監控管理系統和智能家居管理系統。2)在網絡層平臺上借助PacketTracer、GNS3、IOU、OPENET、NS2實現模擬仿真核心計算機網絡,PacketTracer主要用于簡單網絡搭建測試,好處在于可以借助該軟件的活動向導功能設計測試系統模擬考核;GNS3主要模擬網絡的交換和防火墻部分;IOU主要模擬網絡的路由部分;VMware主要模擬客戶端和服務器部分;NS2和OPENET實現對網絡模型的規劃、分析、測試、優化;模擬器中仿真網絡設備可以實現與真實PC以及系統中運行的各虛擬機之間的通信,這樣就可以部署多種網絡運用。3)在感知層平臺上,可以結合網絡中免費的物聯網平臺(例如樂聯網),在實訓室中布置一些無線傳感點,連入到免費的物聯網平臺進行數據分析管理。在條件充足的情況可以自行開發管理平臺布置在應用層的服務器上。4)在模擬仿真的基礎上利用現有設備搭建一組實際操作的環境,供學生實踐練習。
一、應用型人才培養校企合作的必要性
踐行教育服務社會的理念,結合現有部分本科院校的轉型方針,我校確定為應用性本科院校,物聯網工程專業對人才培養的定位是培養適應我國現代化建設需要,掌握物聯網專業的基本理論、基本知識和基本技能,具備傳感和射頻技術、通信技術、網絡技術的專業知識,具有一定的創新意識,德、智、體、美全面發展,能在企事業單位從事物聯網領域相關的技術研發、工程設計,工程應用系統的維護、管理、服務等崗位的應用型工程技術人才。
實踐環節在總學分中高達30%以上。為了培養符合社會要求的應用型人才,落實培養方案,校企合作勢在必行[1]。在合作理念上,按照“專業對接行業、實訓扎根基地、科研結合產學、項目推進創新”的基本思路,廣泛開展與企業的實質性對接;在合作原則上,堅持互惠共贏、優勢互補、資源共享,整合校內外兩種資源,提升合作實效;在合作機制上,建立導向機制,以就業為導向,把培養高素質應用型人才、服務社會作為首要任務。
二、校企合作的意義
(一)通過校企合作,共同確定專業人才培養目標。通過校企合作對培養規格進行準確定位,利于更好發揮培養目標在專業建設和教育教學中的目標牽引作用[1]。校企合作模式主要是共同制定人才培養方案和專業教學計劃,共同開發課程,共建校內外實習實踐基地和科研研發基地,共建專職老師與兼職老師相結合的雙師結構教師隊伍。讓企業行業全程參與學校人才培養方案和計劃的調整、優化,參與專業課程的研究與開發。產教融合,創新應用技術人才培養模式,把產教結合作為應用型人才培養模式改革的重要切入點,以此帶動培養方案的建設與調整,引導課程設置、教學內容和教學方法改革,構建了“雙主體”育人的人才培養模式。
(二)校企一體化培養“雙師”結構教學團隊。教學團隊建設是培養既有高校教師資格的專業職稱,又有職業資格和技能等級證書、較強實踐操作能力的“雙師”結構師資隊伍。在開辟渠道和實現人員雙向交流的基礎上,為教師到企業見習鍛煉、掛職實踐、參與員工培訓提供平臺,也為聘請企業經驗豐富的實踐專家來學院兼課任課、當好實訓實習指導教師、參與監控人才培養的教學過程和量化評價教學質量創造條件,建立教學團隊的建設機制和素質提升機制。
(三)以就業為導向的課程設置,實施訂單培養。企業可為學校提供實訓基地和實訓設備,并接受師生見習和實習,服務專業面向產業,也為學校面向社會推行“訂單式”教育提供了基礎。同時通過校企合作實行訂單培養模式,根據企業需求實現訂單培養,在企業、學生互選的前提下,簽訂定向培養協議;在確保通識教育、學科基礎課程和學科專業課程教學的前提下,根據企業需求,安排企業急需專業理論課程或實踐教學環節;在確保畢業生教學質量的前提下,將畢業實踐與企業試用期打通,使學生盡快地融入企業生產。通過校企合作,增強專業建設與地方產業行業發展的契合度和依存度,提高專業對地方經濟社會發展的參與度與貢獻率。
三、現代學徒制校企合作方式探討
(一)現代學徒制在校企合作的作用。現代學徒制在有些職業院校開始推廣,是校企合作的一種方式,以培養學生為核心,以專業的課程為紐帶,以學校的老師和企業工程師深人合作為支撐的人才培養模式。在實施的過程中改變了以往理論與企業具體的實踐相脫節,理論知識與企業對人才要求能力相割裂、學校教學場所與項目實際開發實際情境相分離的局面,從而實現人才培養模式的一次改革。在人才培養的實踐環節中實施實施現代學徒制,讓學生采用學校與企業的交替式學習和項目開發,在學校學習理論知識,在企業接受培訓,實現理論到實踐,以解決實踐的問題再來學習理論,提升了學生的就業能力。
(二)現代學徒制的意義。重要的意義有三個方面,一是根據學生的個性差異和對不同行業的熟悉程度,實現因材施教,學徒制是一種教師和學生就像師傅和徒弟一樣,針對具體的實踐問題面對面的教育指導的方式,從而加強了老師和學生的相互了解,實現了對學生的能力有針對性地培養和教育,有利于摸清學生的理論知識或實踐薄弱環節,實現因材施教的針對性的培養。二是提高應用型本科高校學生學習的興趣,學生部分時間在企業接受培訓,邊學習理論知識,邊做項目,從而實現了
CDIO的教學方式,學生更有興趣達到更好的效果。情景教學提高了學生學習的主動性,從被動者變成主動者,最大限度地參與學習過程,使學習的效果和學習的意愿達到最強。三是學生有較好的就業前景,通過學徒制培養,很多學生的理論水平和實踐能力得到提高,在項目實踐中自己的優勢得到發揮,通過真實具體的項目使其學習更有指向性和社會性,為學生今后走向社會奠定了基礎,在畢業時可以被與專業對口的企業錄用。
(四)深化校企合作實施辦法分析。依托湖北省或武漢市物聯網重點產業和相關行業,通過準確定位實現校企合作,其校企共建物聯網工程專業人才培養目標和規格流程圖如圖1所示。
(一)湖北物聯網企業分析。湖北省物聯網產業發展,創建了“智慧光谷”――“武漢?中國光谷物聯網產業技術創新聯盟”,成立武漢物聯網聯盟的宗旨,就是要加強產業鏈上下游的技術合作,以獲得物聯網關鍵技術突破,擴大物聯網在湖北的推廣應用,打造湖北省新的千億元產業。結合武漢特大城市以及“兩江多湖”的特點,啟動智能交通、智能湖泊、智能城管、智能小區、智能電網、智能商貿、智能物流等物聯網示范工程,通過建立物聯網子系統,節約社會資源,提高工作效率和生活質量,減低碳排放,同時促進本地物聯網企業發展壯大。通過示范工程探索完善的運作模式,形成長效運作機制,將武漢打造成國家物聯網應用示范重點城市。分析企業的特點和用人需求,與相關企業建立良好的校企合作關系。
(二)實行“雙導師制”。在學生入學后,盡量能為每個學生配備學校導師和企業導師,兩個導師根據學生個性,對學生進行精雕細琢,培養學生的創造力;同時通過導師的言傳身教,讓學生學習做人做事的道理,導師制使教師、師傅和學生間交流頻繁,更有利于學生的全面發展。學生的成績評價由校企雙方按照一定比例確定,學生在校期間的理論課學習成績,由任課教師評價;在企業實習期間的成績按照企業導師占60%,學校導師占40%的比例,實習期間的表現和實習結束后的效果都可以作為評價指標。
(三)教學時間安排。學生的學習是在企業中的實訓和課堂上的學習有機結合,一般實行校企合作、工學結合的形式。以四年學制計算,學生2/3的時間在學校學習理論知識,1/3的時間在企業接受培訓。采用大一到大三每學期20周,其中16周在學校學習理論知識和基本技能,4周在企業實習,大四一整年都在企業實習,學生在前三年的時間內在學校、企業進行“項目實訓”或“輪崗實訓”,最后一年到相關的企業進行“頂崗實習”,頂崗實習過程同時完成畢業設計。
(四)實習基地的建設。在校企合作的另一方面,企業要投入大量資金以提供足夠先進的生產設備和實際訓練所需的原材料,以供學生實踐學習用,并且能夠提供足夠的崗位讓學生實踐,包括技術力量、實訓設備、實訓場地等;同時學校也為企業提供技術力量,人力和專業技術知識,共同推進產學研的結合,進一步加強校外實習實訓基地建設,如增強校企聯合,加強實習、實踐教學基地建設。在堅持“產學研相結合”、“互惠互利、雙向受益”的原則下,學校為基地企業解決生產問題,優先提供畢業生,企業為學校提供良好的實習教學基地。每個實習基地都聘請了本科以上學歷,具有一定理論、實際工作經驗的校外指導教師,同校內指導教師共同完成實踐教、學任務,將課堂教學和實際工作有機結合,讓學生在企業生產一線崗位接受職業指導和訓練,了解職業有關的各種信息,加深對自己所學課程的認識,提高理論學習的主動性和積極性,有助于學生就業的選擇。
四、總結
通過校企合作,共同確定專業人才培養目標,培養“雙師” 結構教學團隊,實施訂單培養;在實踐環節實施過程中引用現代學徒制,讓學生采用學校與企業的交替式學習和項目開發,在學校學習理論知識,在企業接受培訓,實現理論到實踐,以解決實踐的問題再來學習理論,提升了學生的就業能力;共建實習基地,產學研結合,深化校企合作。校企合作實現了應用新本科人才的培養。
參考文獻:
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1.意義與背景
目前,國內外大量院校都己開設物聯網專業,實踐課程往往都包括如下課程:c程序設計技能訓練、電工與電路技能實訓、計算機輔助電路設計實訓、面向對象程序設計訓練、數據結構課程設計、無線傳感器網絡課程設計、數據庫原理課程設計、RFID原理與應用課程設計、ARM嵌入式系統課程設計移動互聯網開發綜合實訓、物聯網應用開發綜合實訓。
然而,根據對實際教學中和相關院校開設課程的調研,總結出如下幾個存在的問題。
(1)缺乏真正體現物聯網工程專業特色的C合性項目。物聯網工程專業包括很多基本的知識和技能元素,例如無線傳感器網絡、RFID、嵌入式系統課程、程序設計等。但是傳統的實踐課程都是單列的,沒有考慮到物聯網的綜合應用性的本質。
(2)傳統的編程實踐內容無法調動學生的興趣和積極性。研究表明,目前學生對大部分所學的傳統知識并不十分感興趣,而對互聯網的多媒體和感知技術情有獨鐘。
本文結合物聯網工程專業的專業課“無人機控制與影像”的專業實踐教學,開發出適合學校實際的基于無人機編程項目的物聯網專業實踐系統配置方案。
2.無人機編程項目實踐配置方案
基于無人機編程項目的物聯網專業實踐教學研究的主要內容包括:無人機飛行控制、圖像拍攝回傳和后期處理系統的二次開發,主要包括四軸飛行器、飛行控制子系統、遙控器子系統、地面站子系統、圖像回傳子系統、全景圖像拼接系統等。在前期的教學工作中,已經進行了無人機軟件編程項目教學的初步研究,并形成了獨具特色的實踐配置方案。
2.1四軸飛行器
四軸飛行器作為時下最熱門的一種飛行器,已經越來越受到廣大科學愛好者和商業公司的關注,四軸飛行器未來的應用前景十分廣闊。四軸飛行器的智能導航可以利用機器視覺技術、人工智能技術讓四軸飛行器能像人一樣在復雜環境中活動。
2.2飛行控制模塊
飛控子系統,擁有控制姿態自動平穩、定點高度懸停、空中平移、空中定點旋轉、控制攝像機云臺控制、一鍵自動降落、GPS導航等功能,可以機載高清運動攝像機,實時拍攝飛行中的圖像。在教學中,采用Pixhawkm是一種先進的自動駕駛儀,它具有來自ST公司先進的處理器和傳感器技術,ArduPilot開源飛控代碼,以及NuttX實時操作系統,能夠實現靈活性和可靠性控制。由于Pixhawk的所有硬件都是透明的,因此方便學生學習芯片、傳感器、總線、外設等物聯網硬件內容,并且由控源代碼開源,也方便學生進行二次開發。
2.3遙控器
在教學中,使用2.4 G富斯FS-TH9X9 9通道遙控器,可刷ER9X等開源固件。學生可以通過電腦軟件進行所有的設置,不用再看遙控器的菜單了,上位機的圖形化設置界面上極方便地完成所有的設置。所有搖桿和開關任意分配通道,還有模擬開關等強大的功能。
2.4開源地面站
在教學中,利用開源地面站Mission Planner,可以實現遙控校準、加速度校準和羅盤校準和各類參數的設定。Mission Planner是Windows,系統下工作的無人機地面控制站開源軟件,其主要特點是通過在地圖上的鼠標點擊入口來規劃,保存及加載自動任務,下載及分析由飛控板創建的任務記錄。學生可以方便地利用圖形界面進行測試、調試與二次開發,也增加了學生的學習興趣。
2.5圖像回傳系統
在實踐教學中,圖像回傳設備包括:7英寸雪花顯示屏;兩軸自平衡無刷云臺,可以搭載高清運動攝像機進行拍攝,可以通過遙控器操作,通過云臺中的電機轉動改變操作角度。圖像采集系統可以安裝攝像頭或者攝像機。其中機載高清攝像頭1個,用于實時采集飛行中的圖像,通過機載5.8 G傳輸模塊傳輸到遙控器的7寸顯示屏中。機載高清攝像機1個,用行中的圖像的攝錄,飛行器起飛前開啟后,在整個飛行過程中進行錄像操作。另外還包括航拍0SD模塊1個,它把飛行數據疊加到攝像頭的視頻上,可以直觀實時了解飛行器的飛行狀態。該模塊為雙路視頻輸入,可前后安裝兩個攝像頭,通過遙控器實時切換;支持Pixhawk等開源飛控用的mavlink串口協議;并在無攝像頭或者攝像頭出故障時,沒有視頻信號輸入會產生一個標準的視頻信號用來疊加OSD信息;配合地面站Mission Planner,使得固件升級,參數設置通過USB完成。
0 引言
1991年美國麻省理工學院的Kevin Ashton教授首次提出物聯網(Internet of Things, IoT)[1]概念。2009年1月,IBM提出“智慧地球”。2009年8月在無錫視察時提出“感知中國”,物聯網開始在國內得到廣泛關注和重視。物聯網是通過智能感知、識別技術與普適計算等通信感知技術,實現物品和物品之間的信息交換和通信,被稱為繼計算機、互聯網之后世界信息產業發展的第三次浪潮,并被列為國家戰略性新興產業大力支持發展。
為了響應國家大力發展物聯網產業的號召,培養物聯網產業人才,教育部于2010年在全國35所高校批準設置物聯網工程專業。物聯網工程專業[2]作為一門新設置專業,在培養方案、課程體系等方面仍不完善,需要對其進行不斷改進和研究。
Android[3]是于2007年1月1日由Google的基于Linux內核的智能移動設備操作系統。近年來,由于Android具有開源、免費的特點,吸引了越來越多的企業、機構的廣泛關注,使得Android在國內外得到了迅猛發展,其人才需求也急劇增長。智能移動終端作為物聯網的重要組成部分,在信息、信息獲取方面具有重要作用,而Android平臺是移動終端廣泛采用的操作系統。為此,各大高校的物聯網工程專業紛紛開設Android相關課程來滿足物聯網專業的人才培養目標。
面向物聯網工程專業的Android開發課程,其課程內容并不完善,其教學方法還處在一個研究和實踐階段,因此如何結合物聯網工程專業的實際和Android課程特點來改進教學模式、提高教學質量,是一件迫在眉睫的事情。
1 Android程序設計課程的特點
1.1 新穎性
Android技術作為一個免費、開源的便攜設備操作系統,近年來得到了迅速發展,并占據了較大市場份額,市場對Android應用開發人員的需求也日益增加。針對這種需求,許多高校陸續開設Android技術方面的課程,為社會提供Android人才。Android系統出現時間較短,且仍在更新發展之中,而物聯網專業也是一個新設置的專業。因此,面向物聯網專業的Android程序設計課程,是面向一個新專業開設一個新課程,具有很強的新穎性。
1.2 前導課程多
Android程序設計課程是在已有技術的基礎上發展起來的,它所涉及到的基礎課程較多。首先,Android是基于Linux內核的智能設備操作系統,Linux 操作系統是該課程的前導平臺基礎;其次,Android用戶界面、配置文件界面使用XML(可擴展的標記語言)語言進行繪制,學生需要前期學習XML語言;再次,Android業務代碼使用Java語言編寫,要求學生能夠熟悉Java語言及其開發環境(Eclipse);最后,Android平臺數據存儲會用到數據庫網絡,通信會用到網絡編程,學生應具備數據庫和網絡的基礎知識。總體來看,學習Android程序設計對學生的基礎要求較高,需要學生掌握的基礎技術較多。
1.3 開課難度大
高校開設Android程序設計課程的難度較大。
從課程自身出發:首先,從教師要求方面看,Android程序設計是一門新興課程,大多數老師沒有實際開發經驗,在授課時存在經驗不足的問題;其次,從學生要求方面看,Android程序設計涉及到的基礎知識較多,對學生要求高,導致學生學習難度較大。
從課程與物聯網專業結合角度出發:物聯網專業是交叉學科,需要教師掌握多學科的知識,在講授Android程序設計時,需要結合Android在物聯網中的應用背景進行教學,提高教學的針對性,這對教師在Android開放能力和物聯網應用背景兩個方面的綜合素質提出了更高的要求。
1.4 開發環境搭建和配置復雜
任何應用程序在建立之前都需要先搭建開發環境。同樣,Android開發環境的安裝與配置是開發Android應用程序的第一步,也是深入理解Android系統的一個良好途徑。
普通程序設計開發直接在PC上運行,較為簡單。而Android程序設計的開發,不僅需要程序編寫環境,還需要搭建Android運行模擬環境。具體Android開發需要安裝Eclipse、ADT插件、JDK、SDK。安裝完成以后還要進行適當配置(環境變量配置、SDK的配置、模擬器的啟動),其開發環境搭建和配置較為復雜。
1.5 實踐性強
Android是第一個可以完全定制、免費、開放的移動終端操作系統平臺。Android不僅能夠在智能手機中使用,還可以用在平板電腦、移動互聯網終端、上網筆記本、便攜式媒體播放器等電子設備上運行。同時,物聯網工程專業是一門實踐性較強的專業,重點培養學生的物聯網工程實踐能力。由此來看,面向物聯網工程專業的Android程序設計是一門實踐性強,重點培養學生動手實踐能力的課程。
2 “基于項目驅動”的教學模式改革
依據面向物聯網工程專業Android程序設計課程的特點,以及現有一些程序設計課程教學方法[4-5],提出“基于項目驅動”的教學模式。基于項目驅動的教學模式的基本原理如圖1所示。基于項目驅動的教學模式分為基礎知識學習階段、項目實訓階段。基礎知識學習側重理論學習,而項目實訓側重實踐能力培養。
2.1 基礎知識學習階段
在學習基于Android平臺的智能手機軟件開發技術之前,必須讓學生對Android平臺有宏觀上的認知,主要采用教室課堂講授的方式進行。
1)Android的發展歷史
Android作為一種新興技術,要讓學生們了解Android的發展歷程,以及現在的發展狀況。采用播放視頻或圖片等方式,向學生展示Android的魅力,激發學生的學習興趣。
2)Android的體系結構
Android是基于Linux內核的軟件平臺和操作系統,采用了軟件堆棧(Software Stack)的架構,從下至上包括4個層次,如圖2所示。第一層是Linux內核層,提供由操作系統內核管理的底層功能,是硬件和其他軟件堆棧之間的一個抽象隔離層。第二層是中間件層,由函數庫和Android運行時構成。第三層是應用框架層,提供了Android平臺基本的管理功能和組件重用機制。第四層是應用程序層,提供了一些核心的用用程序,包括郵件客戶端、瀏覽器、通訊錄等。
3)Android的特征
在內存和進程管理方面,Android具有自己的運行時和虛擬機;在界面設計上,提供了豐富的界面控件;Android提供輕量級的進程間通訊機制Intent,使用跨進程組件通信和發送系統級廣播成為可能;Android提供了Service作為無用戶界面、長時間后臺運行的組件;Android支持高效、快速的數據存儲方式;Android支持位置服務和地圖應用;Android支持Widget插件;Android NDK支持使用本地代碼(C或C++)開發應用程序的部分核心模塊。
在學生具備以上基礎知識以后,再通過項目實訓階段,培養學生的智能手機軟件開發能力。
2.2 項目實訓階段
項目實訓階段,主要采用“設定目標――分解目標――解決目標――綜合訓練”路線進行,在實驗室開展,邊講解邊操作。
設定目標:即項目選取,是尤為重要的環節,應該遵循既要包含基本的教學知識點,又要難度適中,能調動學生的積極性和主動性,在教學中還要注重師生共同參與的原則進行選取。下面就以“基于Android的微博客戶端設計”作為例子進行介紹。
分解目標:當選定目標之后,老師把完成的系統向學生展示,對整個系統進行詳細分解,把一個項目分解為多個子任務。把要實現整個界面的所有涉及的知識都一一列出。例如,登陸界面:1)界面布局;2)界面繪制;3)XML文件;4)Activity;5)給組件添加監聽事件。
解決目標:目標分解后,要考慮如何實現每個子任務。首先演示和講解開發工具如何使用,在講解中適當的留出時間讓學生自己搭建環境,并幫助學生解決環境搭建過程中遇到的問題;接著,按順序講解每個子任務開發中涉及到的關鍵知識點,并用代碼段舉例。比如,登陸界面涉及到“用戶名”的顯示,涉及到控件TextView,老師就講解TextView的用法,并給出TextView典型用法的代碼,讓學生掌握其編程方法。子任務所涉及到的知識講解完成后,回到子任務的目標并實現。解決目標階段,是核心階段。在該階段,將讓學生掌握Android開發過程中的核心知識點。在每個學習階段,教師可以留一些小程序作為作業,加強學生對相關知識的掌握。
綜合訓練:這個過程主要是對前三個過程的鞏固。老師再選定一個類似的題目,然后交由學生自主去完成,加強鞏固前面學習的知識。綜合訓練最好集中進行,并以此來考察學生的學習效果。
3 考核方式
Android程序設計是一門實踐性較強的課程,檢驗教學效果的手段不應單純是卷面成績,而應考察學生能否將所學知識能夠靈活應用到實際項目中,能否通過所學的知識解決實際問題。在考核方式上,改變傳統的試卷考核方式,采用多元化的考試方式。學生成績由三部分組成,即平時成績、卷面成績和上機考試成績。平時成績主要是出勤、作業、平時的表現,占20%;卷面成績主要是對Android基礎知識的考察,占30%;上機考試主要是對Android程序設計能力的考察,以及平時在機房訓練的成果的考察,占50%。通過改革考核方式,引導學生重視實踐操作,鍛煉和培養學生編程實踐能力。
4 總結
教學實踐表明,實施該教學方法后,Android程序設計課程收到了很好的教學效果,學生學習的積極性、主動性得到了提高,學生的動手能力、綜合素質得到了加強和鍛煉,達到了“教中做、做中學”的效果。當然在教學過程中也發現了一些問題,如學生輕視理論知識學習等。這些都需要在以后的教學過程中認真總結,把這些經驗教訓更好應用到以后的教學中,同時也為物聯網工程專業其他實踐性強的課程的教學改革提供借鑒。
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0 引言
物聯網[1]是指通過信息傳感設備,按照約定的協議,把物品與互聯網連接進行信息交換和通訊,實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。物聯網實現人們對物理世界更加透徹和深入的感知,被稱為繼計算機、互聯網之后世界信息產業發展的第三次浪潮,被我國列為國家戰略性新興產業大力支持發展。
由于物聯網作為一種新技術,物聯網專業人才緊缺,無法滿足物聯網行業的發展。為了響應國家大力發展物聯網產業的號召,培養物聯網產業人才,教育部于2010年在全國35所高校批準設置物聯網工程專業。
物聯網工程專業[2]作為一門新設置專業,在課程體系、教學方法、人才培養模式等方面仍處于探索階段。同時,物聯網行業亟需的是動手實踐能力強的物聯網專業人才。而物聯網工程是一門工科專業,必須結合物聯網行業的需求和專業特點,著力培養物聯網專業人才的動手實踐能力。因此,物聯網工程專業在進行課程體系、教學方法、人才培養模式方面探索時[3],要緊密結合物聯網行業人才需求,以學生實踐能力培養為核心,培養出符合行業需求的應用型人才。
1 實踐驅動的人才培養模式
從物聯網行業人才需求出發,結合物聯網工程專業的特點,本文提出實踐驅動的物聯網工程專業人才培養模式。實踐驅動的人才培養模式,就是將實踐能力培養定位為物聯網人才培養的中心位置。物聯網專業的課程體系設置、教學方法改革都以學生的實踐能力培養為基本出發點。
本文從課程體系設置、教學方法、考核方式三個方面來闡述實踐驅動的人才培養模式的基本原理。
2 基于實踐驅動的課程體系設置
物聯網工程專業的人才培養目標,是培養動手實踐能力強的應用型人才。在明確了物聯網工程專業人才培養目標后,物聯網工程專業的人才培養首先要解決的問題是其課程體系的設置。課程體系的設置,是物聯網工程專業人才培養的根本,規定了學生學習內容、知識體系。由于物聯網工程專業需要重視學生實踐能力的培養,在其課程體系的設置中,要加強實踐內容的比重。
物聯網工程專業的課程分為兩大部分:理論課程和實踐課程。
理論課程,主要包括通識基礎課、專業基礎課、專業課、專業選修課。理論課程,主要教授的是相關課程的理論基礎知識,為學生開展實踐奠定理論基礎。
實踐課程,主要包括對應理論課的實驗課、課程設計、課程實訓、綜合實訓等。為了加強學生動手能力的培養,在實踐課程設置方面,增加課程實訓、綜合實訓的教學學時。
3 基于實踐驅動的教學方法改革
多年的教學經歷發現,如果理論課程單純采用傳統的講授法進行,不便于學生對相關原理的理解和掌握,學生的印象也不深刻,教學效果較差。而實驗課程,如果采用驗證性實驗進行,會導致學生不愿深入實驗原理內部去探究和學習,實驗課程流于形式,無法培養學生的動手實踐能力。如果實驗課程讓學生從零開始自己做實驗,通常學生會覺得難度較大、難以完成,同樣無法培養學生的動手實踐能力。為此,提出基于實踐驅動的教學方法改革。
在理論課的教學方法改革方面,為了避免枯燥、乏味的理論講授,提出將實踐貫穿到理論課的講授過程中。在每個理論知識點介紹完成后,立刻通過具體的實踐例程讓學生了解知識點的具體使用方法,加深學生的印象。通過理論講授―實踐例程的不斷循環往復,一方面加深學生對理論知識的理解和掌握,同時強化了學生的動手實踐能力,調動了學生的學習興趣,激發了學生的學習熱情。
在實踐課的教學方法改革方面,精心選取實踐課的內容。為了避免驗證性實驗和從零開始實驗這兩個極端,實踐課分為2個階段進行。第一個階段,是對實驗內容進行分解,對其中的關鍵知識點進行介紹和講解,解決學生實踐中的障礙。第一個階段是關鍵,其介紹的內容是實踐目標直接相關的技術,在進行開發直接使用。學生在做好第一階段的學習后,才能開展第二階段的學習。第二階段,是在第一階段學習的基礎上,讓學生獨立地將所學的技術應用到項目開發的實踐中,培養學生獨立開發的能力。這樣,通過兩個階段的實踐,既可以避免驗證性實驗學不到知識的問題,也可以避免從零開始實驗難度大的問題,提高學生實踐的興趣和自信心,培養學生的實踐能力。
4 基于實踐驅動的考核方式改革
在實施基于實踐驅動的物聯網工程教學后,實踐內容在整個專業的學習比重明顯增加,相應的考核方式也需要進行對應的改革,以準確地反映學生的學習效果和教學效果。單純的試卷形式的考核方式顯然難以滿足實踐驅動下的物聯網人才培養模式。
為此考慮對物聯網工程專業的考核方式進行改革。針對有實驗內容的理論課的考核,將學生的最終成績組成定為3部分,即平時成績、試卷成績和實驗成績。平時成績主要是學生平時的出勤、作業、平時的表現,占20%。試卷成績,即考試試卷的卷面成績,占40%。實驗成績,是學生的實驗方面的成績,占40%。實驗成績的評定方式較為重要,要精確反映學生的動手能力,通過學生上機考試或實際動手操作,老師現場評分來考察學生的動手實踐能力。
針對單純實踐課程,如課程設計、課程實訓、綜合實訓等實踐課程,考核方式的改革更為重要。具體是由指導教師實踐任務書,定義實踐的內容、需要達到的技術指標、功能指標、性能指標等。實踐課程同樣分為2個階段。在第一階段,指導教師講解介紹實踐目標相關的關鍵技術進行編程,讓學生掌握關鍵編程技術。在第一階段中,指導教師每介紹一個關鍵技術后,向學生布置使用該技術的小任務,讓學生親自體驗和掌握對應關鍵技術的原理。這樣,通過一個個小任務的開展,可以讓學生迅速掌握相關技術。學生在自己做小任務的過程中,指導教師負責指導學生,幫助學生解決遇到的問題,同時記錄學生的表現,作為實驗的平時成績。完成第一階段任務后,進入第二階段,即讓學生使用第一階段學到的技術,獨立開展實踐任務的開發,指導教師在實驗室負責指導學生,并指導學生解決遇到的各種問題。最后完成開發后,組織學生制作答辯PPT和撰寫實踐報告。邀請專業的其他老師組成答辯小組,對學生的成果進行獨立答辯驗收。學生的實踐成績中,指導教師定的平時成績占50%,答辯組給出的答辯成績占50%。通過改革考核方式,可以引導物聯網工程專業學生重視實踐學習,加強鍛煉和培養學生編程實踐能力。
5 結束語
經過在物聯網工程專業本科生中開展實踐驅動的人才培養模式的教學實踐,取得了較好的教學效果。我們發現學生更加重視實踐方面的學習,調動了學生開展實踐學習的積極性,讓學生不再懼怕實踐內容學習,同時也可以在實踐教學中學習到知識,實實在在地提高自己的動手實踐能力,綜合素質得到了提高。
同時,我們在教學過程中也發現了一些問題,如學生在重視實踐學習的同時,部分學生忽視理論知識的學習,導致實踐過程中遇到一些基礎問題無法自己解決。同時,物聯網技術和物聯網行業需求一直在不斷發展過程中。這要求我們在今后的教學中認真總結經驗,同時結合最新的行業發展趨勢和需求,動態調整我們的實踐內容和教學方法,讓我們的教學緊跟時代的步伐,培養滿足時代需求的物聯網專業人才。項目驅動的物聯網工程專業人才培養模式,為物聯網工程專業的人才培養模式提供了一種可行的方式,同時也可以為物聯網工程專業的實踐課程的教學改革提供借鑒。
【參考文獻】
【基金項目】重慶市研究生教育教學改革研究項目(yjg153046)。
【中圖分類號】G71 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089(2016)10-0227-02
“建筑構造與功能分析”是高職院校建筑工程技術專業的重要專業主干課程,主要講授建筑設計和構造的基本原理和方法。迄今為止高職院校主要采用理論教學的講授方法,難以培養具有實際操作能力的“崗位職業能力型”人才。目前發現了三個主要問題:教學方法單一化;專業課程及實訓條件缺乏系統性;“閉門培養”導致了與社會需求較大脫軌。總體上,進行課程改革勢在必行。
一、《建筑功能與構造分析》的有效教學方法分析
在傳統的教學模式下,《建筑功能與構造分析》課堂采用講授加課程實訓的教學模式,不能調動學生的學習主動性和學習潛能。可采用綜合性教學手段以優化課程教學效果,具體分析如下:
1.“講授+課程實訓”相結合,建筑設計教學與建筑構造教學相結合。《建筑功能與構造分析》由設計和構造兩部分組成。建筑設計的主要內容是住宅、教學樓和辦公樓等小型建筑設計,構造部分主要講授從基礎、墻、樓、地面、樓梯、屋頂到門窗六大基本構件的構造原理及構造方式。建筑設計和構造這兩部分的教學內容孤立而枯燥,缺乏對建筑構造與建筑設計之間關系的考慮。因此,以建筑設計教學引導建筑構造教學,先講授建筑設計理論知識,并結合建筑設計題目,再講授建筑構造,可以更好地完成建筑構造的課程設計。
2.“互聯網+資料搜索”相結合。運用項目教學法給學生布置一些建筑設計任務,對學生進行分組,要求學生在規定的時間范圍內,通過互聯網、圖書館等資源,課外完成設計前期相關資料相關規范、圖集搜索。
3.“互聯網+課程設計指導”相結合。為了提高學生的自主學習性,運用翻轉課堂式教學。課堂內,引導學生認真反復修改并完成課程設計。課堂外,通過建立教師與學生之間的互聯網群組討論,利用課外時間進行課程設計指導。
4.“講授+視頻”相結合。利用BIM技術開發的仿真軟件“模擬工地”,通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息,模擬真實工地現場,并進行計算機仿真3D演練,能夠最直接和現實地加強學生的最終實踐認識能力。
5.“講授+現場”相結合。將教室設在工地,有組織地帶領學生參觀建筑工地施工現場,學生能夠具體地看到建筑物各個構件的形狀、做法、構造特點及節點細部構造,使教材上抽象的知識變得感性和具體,從而提高現實感知能力,參觀結束后,及時加以回顧和總結,補充容易被學生忽略的重要細節,取得事半功倍的教學效果。
二、《建筑功能與構造分析》的教學改革新模式及意義
表1給出了以民用建筑為例的建筑設計和建筑構造部分的教學新模式。
觀察表1可知,新模式不但采用了“講授+實訓”的傳統教學模式,還運用了建筑設計教學引導建筑構造教學、模擬工地和“互聯網+”等多種新穎教學手段。課堂內利用BIM仿真技術,通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息,模擬真實工地現場,并進行計算機仿真3D演示。課堂外利用“互聯網+”搜索資料和課程設計輔導,以及實訓基地和工地現場參觀。最終充分利用課堂教學資源和非課堂教學資源等課程資源,設置多樣化的學習任務并將它整合于統一的教學活動中,能夠有效實現培養“崗位職業能力型”人才的教育需求,為學生畢業后能夠快速適應社會現實需求打下堅實的基礎。
參考文獻:
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