物联网技术及应用(物联网应用技术课程)

职业教育是国民教育体系和人力资源开发的重要组成部分，肩负着培养多样化人才、传承技术技能、促进就业创业的重要职责。日前，物联网技术应用这一门与实际工作岗位联系密切且实践性较强的课程愈加受到人们的重视。自09年温家宝总理视察中科院锡物联产业研究所提出物联网的感知中国之路后，物联被正式列为国家五新兴战略性产业之，受到了社会的极大关注，物联网用途广泛，遍及现代物流、智能家居、精细农牧业、智能交通、环境保护、政府工作、智能消防、工业监测等多个领域，这些都需要物联网技术作为支撑，社会对物联网技术方面的人才需求巨大，从而使得物联网技术应用类课程的重要性日益突出。因此，如何提高物联网相关课程教学质量和学生的学习效果是任课教师必须要认真思考的问题。

基于此，本文在对目前职业院校课程教学信息化改革所面临的问题以及物联网涉及到的关键技术、物联网岗位群人才培养进行认真分析的基础上，以高职院校计算机学院物联网技术应用为例，从课前准备、课堂实施（课程教学+实验教学）、课后拓展、期末考核、中职升学模拟技能考试平台和学习行为统计等六个方面阐述基于唯众云课堂泛在化、个性化、精准化、理实一体化全流程教学，对于需要线下进行硬件方面实操的课程，云课堂结合相关实训室，让课堂效率倍增，并列出具体的实施步骤，以期对其他兄弟院校课程教学信息化改革提供借鉴。

一、职业院校物联网技术应用教学现状

物联网技术是一门新兴技术，许多职业院校都开设了这门课程，然而教学效果不尽如人意，培养的学生无法满足企业的需求。据分析，问题可能有以下几种情况：

1、教学目标重理论轻实际：在教学目标设计上，课程教学目标多以掌握、理解、了解等进行描述，注重对知识掌握程度的要求，弱化了对学生能力培养的要求。在教学模式上，不少教师仍然按照传统填鸭式开展教学，课堂还是以教师为中心，注重教师教了多少而忽视学生学了多少，重知识的传授和获取，轻知识的加工和问题的思考，学生只需按部就班的依葫芦画瓢，就可以完成相应的学习。

2、教材形式不符合高职学生的认知特征：市面上的许多相关教材形式为传统的纸质资源，加之教材内容枯燥晦涩，实践实操内容较少或描述不够具体，导致抽象思维能力和学习能力有限的学生学习兴趣不高，难以利用教材充分提高实践技能。

3、考核方式陈旧：很多教师仍然采用课堂授课—考前复习—试卷笔试为主的传统考核模式，考核标准还是以知识考核为主，缺乏对学生能力达成的考核。在这样的模式下，80%的学生认为只要上课认真听、考前好好复习，期末笔试争取高分即可，从而导致很多学生专业课程得分很高，表面是个优秀学生，但是利用所学知识解决实际问题的能力较弱。

4、实践教学的就业衔接不明确：由于理论和实践的脱钩，导致高校开设专业课程存在盲目性，而又由于物联网学科的交叉性，其就业岗位没有一个准确的定位，很难做到实践教学和就业的有效衔接。

5、教学实践环境与行业企业有较大的差距，主要表现在以下方面：

①学校需要不断为师生配备合适的本地研发工具（如：多核高内存的计算机设备、Mac 笔记本电脑），这些设备可能价值不菲，而且需要定期的更新换代，学校需要更多经费投入。

②新加入的学生，在正式开始开发前，需要配置复杂的本地开发环境，安装特定的软件及插件，并熟悉项目的研发流程及各个线上系统；部分项目因为网络配置等问题，可能第一时间还无法在本地启动，还会耽误不少额外的配置及调试时间，增加了教学难度。

③学校需要投入较多的人力资源，才能构建起匹配教学需求的安全管控系统环境。

二、物联网关键技术

2.1射频识别技术

射频识别技术是一种非接触性智能化身份识别技术，通过系统中的射频信号对定位目标进行自动化识别，从而获取到需要的信息数据。

2.2无线传感器网络技术

无线传感器网络技术属于一个微型通讯网络信息系统，它的特点就是灵活性很强，通过组网并传输到系统，无线传感器网络将信息采集、传送以及处理三功能融为一体，以此保障智能家居系统在信息管理应用层面的需求。

2.3短距无线通信技术

短距无线通信技术由Wi-Fi、蓝牙、近场通信以及紫峰技术组合而成，该项技术的应用特点就是安全性能稳定、信息传输速度飞快。

2.4物联网网络安全技术

我们不仅要保障物联网智能家居的网络安全，还需针对感知点本地、无线传感器网络的传输安全、网络核心层信息传输安全等问题进行处理，规避用户在使用的过程中出现信息泄露的风险。

三、物联网岗位群分析

物联网的应用领域非常广泛，重点应用包括智能交通、智能物流、智能电网 、智能医疗、智能工业、智能农业、环境监控与灾害预警、智能家居、公共安全、社会公共事业、金融与服务业、智慧城市、国防与军事等各个领域，可以说包括 了各行各业、各个物品。从产业需求来看，物联网人才总体上分可以分为研究型人才、工程应用型人才以及技能型人才三个类型：

①研究型人才主要为研究生层次或研究型高校所培养的毕业生，是各类研究型企业或高新企业的研发部、研究院所亟需的人才。我国现在大力强调自主创新，而自主创新最终要落实在企业身上，因此具有研究和创新特色的企业，应该得到大力培育。根据国内的划分，研发投入占销售收入9%以上是研究型企业的重要判断标准之一，这类企业主要以物联网政策研究、行业标准制定、咨询顾问、规划测评、技术研发等为主。

②工程应用型人才主要为各类本科学校或信息类职业技能院校毕业生，以从事物联网系统设计、产品开发、物联网项目实施等为主，包括RFID系统设计与开发、嵌入式软件开发、网络安装调试、物联网硬件开发、传感技术开发、市场营销、售前售后技术支持等工作。以系统设计、产品开发、工程项目策划与实施为主的这类企业，在我国数量庞大，其需要的工程应用人才除了需要具备必要基础理论知识的同时，更应注重工程应用技术能力的培养，加强工程实践的实际训练，突出技术应用能力、培养创新能力。

③技能型人才主要为各类职业技能院校院校毕业生，如各类物联网业务运营管理人才、市场销售人才、业务应用人才、客户服务人才和系统维护人才等。技能型人才主要服务于物联网服务型企业或物联网系统使用方，如提供物联网业务服务的运营企业、物联网系统集成类企业等。物联网技能型人才往往需要较强的综合能力，对各类中职院校培养物联网高素质技能型人才提出较高要求，不但需要掌握物联网基础知识、业务知识，更要结合区域的物联网产业情况，培养其技术应用能力、沟通交流能力和管理能力。

本专业领域的本科毕业生可到各类企业事业单位从事物联网的测试、安装、运营、维护、销售与售后工作，对于能力较强的学生可以承担物联网开发工程师等研发岗。

主要面向的岗位包括：物联网安装调试员（25%）、物联网应用技术员（20%）、物联网构建技术员（15%）、物联网系统管理员（10%）、物联网运营（10%）、物联网销售工程师（5%）、物联网开发工程师（5%）、技术支持工程师（10%）等。

四、基于唯众云课堂的物联网技术应用课程教学模式构建

云课堂是唯众凭借十多年在职业教学领域耕耘，以微服务、虚拟化、全栈云三大核心技术为支撑，助力学校高水平专业建设。该平台采用微服务架构，将平台服务精准分为公共基础、公共应用、专业应用服务。公共基础服务精确为字典、banner、用户权限、文件、认证、网关、订单、转码、平台运营、学校运营、日志、登录、搜索等；专业应用服务精确为KVM虚拟化、容器虚拟化、代码评测、工具、资源、环境等；公共应用服务精确为课程、考试服务、云盘、云优选、题库、活动、工具等。

不同的微服务进行因材施教和按需施教，可以非常方便教师实施个性化的教学模式、具体的教学内容、针对性的教学流程，精细赋能物联网技术应用教学。老师利用平台非常方便构建多层次、立体化的教学课程资源，拓宽了学习渠道，极大地调动了学生参与学习的积极性，提高了教学效率，实现了老师在家、在办公室、在教室都可轻松进行无差异环境备课，实现了与学生的课前课中课后和校内校外有机结合的网络在线学习、在线实践操作，并逐步形成课堂教学与云教学相结合的混合式教学模式。

该平台在教学中的应用，打破了校园时空限制、教学环境限制，可实现学生的远程学习和弹性自主学习，远程实训和弹性自主学训。唯众云课堂充份利用KVM和容器等多种虚拟化技术进行精准化教学，根据不同的教学内容选用不同的虚拟化技术、不同硬件资源，如GPU、CPU、算力、不同的实验环境，对不同软件开发语言（C、Java、Python、html等）、同一课程的不同阶段开展精细化教学，并可结合其他产品，如物联网综合实训装置，实现线上、线下双教学，确保学生综合应用能力达成。

唯众云课堂还可根据教学的需求进行公有云、私有云、混合云等不同方式的部署，可以适应学校各种不同的复杂网络环境和资产入库需求而且性价比高、稳定性强。平台还将科研、技能大赛、1+X认证等全流程无缝衔接各种计算机网络、智能化安防、物联网、人工智能等前端应用场景，更加高效开展具有多种功能的开放式、全流程、理实一体化的物联网技术应用教学平台。基于唯众云课堂的6+6互动教学流程如下图所示。

4.1课前准备

课前准备分为两个部分，教师备课与学生预习，是教学非常重要的一环，物联网技术应用教学虽实践性较强，但在课前进行准备环节也必不可少，传统的课前准备一般是教师基于课本备课、布置预习任务，学生直接看课本预习，但课本的知识过于固定，不一定适合学生现阶段的学习程度等，导致预习效果非常不佳。唯众云课堂应用于课前准备，可以解决一系列问题。

(1)教师备课

唯众云课堂可以作为一个高效率备课平台，将不同属性的资源进行转化，还可以进行多源格式文件、资源融合。云课堂还是全能型的备课平台，备课内容可以是理论教学内容，也可以是实践教学内容，还可以是作业和考试。

①资源进行转化：如下图所示，教师用平台提供的课程制作工具，能够非常方便的将教师自有教学资源、平台共享课中内置物联网技术应用的教学资源和云优选课中的教学资源以及互联网上优质的教学资源进行整合成我的课，教师也可以将我的课发布到共享课中方便其它老师使用。

②多源格式文件、资源融合：如下图所示，教师利用云课堂的课程制作工作，非常方便将视频、音频、超链接、编程代码、PPT、WORD、EXCEL、压缩文件、PDF等融合成一个新HTML文件中，从而构建我的课。

③全能型备课：云课堂除了非常方便老师进行日常理论教学备课，还可以对实验教学进行备课，如进行软件工具、安装环境、实验资源的提前准备。

(2)学生预习

教师可绑定一个至多个班级，针对不同班级开放不同章节点后，学生即可根据教师布置的不同章节点的预习任务进行预习。

平台还提供互动模块，课前教师可发布讨论活动，询问学生对传感器的了解，通过师生之间、生生之间交流互动，吸引学生参与兴趣，主动进入课程学习状态，让学生在大脑里建立起传感器应用技术的初步印象。

4.2课堂实施

课堂实施分为课程教学、实验教学、课堂活动，教师根据课程教学需要进行灵活安排。

(1)课程教学

云课堂提供面对面教学与远程教学，学生预习传感器应用技术章节点后，教师可随时预览当前章节内容，根据提前编辑好的内容进行理论讲授，并可随时发布章节测试、或发布任意形式任务（当堂发布或转发至学生群，学生扫码即可回答）了解学生学习情况，或转到实验教学进行理论与实验的结合，如下图所示。

(2)实验教学

对于物联网技术应用的学习，需要让学生进行实践操作，培养学生综合素质。传统的物联网实验，需要提前配置繁琐的开发环境，唯众云课堂共享课不仅提供实验内容，还呈现各类程序设计语言及物联网技术应用开发、调试、运行环境，无需师生另外搭建，方便教学。能力较强的教师也可自行创建实训内容进行教学，在此以按键控制LED指示灯闪烁实验为例。

①添加实验：教师可编辑按键控制LED指示灯闪烁实验文档，对实验代码编辑部分进行介绍，并结合物联网综合实训装置，完成整套实验。

互联网小常识：可变长子网掩码地址规划。子网长度不同，根据需求分析应该为每个子网分配的子网号长度、主机号长度，计算子网掩码，列出ip地址段。

图 按键控制LED指示灯闪烁实验文档

②开始实验：学生首先在云课堂上选取按键控制LED指示灯闪烁实验，然后点击开始实验就进入实验页面，编辑按键控制LED指示灯闪烁实验代码部分。实验页面采用双屏展示，左侧为实验文档区，右侧为实践操作区，平台提供在线VSCode编辑器和开发环境，学生编辑完代码部分后，可以在线提交实验内容，教师在线查看编程结果，并引导学生进入虚拟物联网实训室进行硬件的交互配置，完成整个实验。整个过程让教师教学过程更高效，管理运维更方便，初学者更容易，入门更简单，快速进行最佳的学习状态。

③在线问答：按键控制LED指示灯闪烁实验虽对学生来说比较简单，但仍有些基础较差的学生可能会有问题，可采用在线问答向老师寻求帮助，实现实验教学中的师生互动。

④实验反馈：实验中学生记录实验笔记、实验报告，实验结束后教师可查看学生代码部分实验完成情况以及对实验的记录，以便后续有针对性的进行指导。

(3)课堂活动

教师可通过签到、主题讨论、提问、分组任务、投票、问卷、计时器等课堂活动绑定传感器技术应用教学课堂，配合教师讲授，发挥课堂中教师主导地位、学生主体地位，实现教学双边活动，提高教学效果。如教师发布签到活动，了解学生传感器技术应用课堂到课情况。

4.3课后拓展

知识的学习离不开任务（作业）的巩固，云课堂提供标准形式任务（作业）、任意形式任务（作业）两种形式。

(1)布置任务（作业）

如下图所示，教师可选择平台提供的标准形式任务（作业），包含单选题、多选题、判断题、填空题、主观题，从题库选择或自行创建，创建完成的题目自动进入题库；也可自行创建任意形式（作业），包含音频、视频、压缩文件、文档等多种形式题目。

如完成传感器技术应用章节学习后，教师可发布传感器技术应用章节练习题，设置提交时间，对学生学习传感器成果进行检验，并可自行对隐藏答案按钮进行开关设置，选择合适的节点让学生核对自己的答案，也可在平时通过作业模块在题库选题或创建题检验学生对所学知识是否融会贯通。对于任意形式任务（作业），不限形式，不限地点（可转发至群里），学生扫码即可作答，实现多维度检验。

图 传感器应用技术章节练习题

(2)检查任务（作业）

任务（作业）完成后，教师可看到完成学生数量，并对学生任务（作业）进行批阅，传感器技术应用是物联网技术应用中的基础章节，针对学生的对错情况，对后续章节进行有目的的教学。

图 检查任务（作业）

4.4期末考核

本学期的物联网技术应用课程告一段落后，学生已基本掌握相关知识，教师可进行期末考试对学生学习成果进行检验，通过对学生考试情况的整体分析，为升学做好准备。考试流程如下图所示，教师采用手动或自动两种方式之一创建试卷，选取题目，创建完成的试卷自动进入试卷库后，教师从试卷库中发布试卷。

(1)考卷设置

互联网小常识：邮件系统的工作过程如下：（1）用户使用客户端软件创建新邮件（2）客户端软件是SMTP协议将邮件发送到发方的邮件服务器；（3）发放邮件服务器使用STMP协议将邮件发送到接收方的邮件服务器，接收方的邮件服务器将收到的邮件存储在用户的邮箱中待用户处理（4）接受方客户端软件使用POP3/IMAP4协议从邮件服务器读取邮件。

教师选择手动创建新试卷或随机从题库中抽取试题组卷，简化教师教学过程，减少不必要的时间浪费。

图 传感器应用技术试卷

(2)发布试卷

创建完成试卷后，教师可从试卷库中找到传感器技术应用试卷并发布，发布过程中教师可绑定班级，设置开卷交卷时间、限制进入时间，并可设置题目乱序、切屏监控、允许监考教师强制交卷、系统自动提交作弊试卷、作弊试卷是否计分，提高考核有效性。

图 发布物联网技术应用试卷设置

4.5中职升学模拟技能考试平台

平台还提供中职升学模拟技能考试平台，切实模仿中职升学环境，在整个中职阶段技能学习差不多后，可设置仿真模拟卷，既能让学生通过模考明确考试流程，适应考试题型，熟悉考试环境，又能让学习对考试不会的内容进行查漏补缺，有效的对物联网技术相关课程进行复习，达到以考促教、以考促学。

图 物联网技术应用模考

4.6学习行为统计

有的学生不熟悉物联网常识，有的同学不熟悉RFID等的区别，平台对考试学生错题情况进行统计，统计结果汇报教师，做到教师对学生了然于心，及时更改教学方式。

图物联网技术应用模考中某一位同学错题统计

整个教学过程中各环节可自由切换，实现平台一体化教学，使教学过程化繁为简。

五、唯众云课堂的内置丰富的教学资源

平台内置丰富的教学资源，涵盖课程教学和实验教学两方面，培养学生综合运用能力。

1、在课程教学方面，平台提供共享课和云优选课两个模块。

(1)共享课由平台工程师根据教学的需要、学生的认知发展水平和已有的经验为基础，创建分层次的物联网技术应用课程，作为公有资源课由学校购买供教师使用；另一种共享课则是由优秀教师创建，共享为校有资源课供其他教师使用。共享课作为一种优效资源有效共享的实现途径，能够减少教学区资源的浪费，有效提高课程利用率，一定程度上减轻教师负担，增加各种课程种类，更多的培养复合型、技能型人才，提高了高校的教育质量、教学质量。

(2)云优选课则由平台工程师精心从互联网上搜集、甄别相关课程的第三方资源，如B站上的优秀教学课程，并进行整合梳理为不同类别的教学资源，方便教师搜索关键字，择取符合当堂课程的教学的优质资源并将之穿插到当堂课程的内容编辑中去。

(3) 针对目前社会对于物联网行业人才的要求，云课堂以物联网应用技术所要掌握的信息采集、无线传输、信息处理等方面基本知识和技能，联网系统设计、项目管理、终端节点的安装与调试、系统集成、施工等方面实践为根据，将物联网专业课程划分为如下图所示的四个模块。

图 物联网专业课程模块

物联网专业基础模块包括物联网技术导论、电路和电子技术基础、Windows系统管理、Linux基础、编程语言(C/Java/C)、单片机技术及应用等课程，该模块的功能是培养物联网专业的职业基础通用能力，主要在云课堂上进行理论方面的教学，或者线上的实验教学。物联网应用模块主要由物联网安全技术、数据库、物联网嵌入式开发、Android应用开发等课程构成，物联网工程模块则由综合布线技术、物联网工程实施与规划和面向智能家居行业的若干门课程构成，这两个模块主要通过物联网实训室进行线下的教学。传感网技术模块是物联网专业课程模块中的核心，传感网技术模块的构成如下图所示，由传感器应用子模块、无线通信技术子模块和RFID技术子模块构成。

为将上述划分的物联网技术应用各课程模块落到实处，平台内置阶梯式共享课程，将物联网专业学生所要学习的课程分为专业基础课、专业核心课以及专业拓展课，让学生所学知识内容在理解程度上逐步加深，利于进一步教学目标的完成。

专业基础课包括电工技术、电子技术、C语言程序设计、物联网概论、计算机基础、网络技术基础、数据库基础、物联网概论，主要进行基础知识的学习，学生在大一完成相应课程。

专业核心课程如下图所示包括传感器技术、单片机技术、RFID应用技术、Linux操作系统、物联网嵌入式开发、物联网.NET开发、物联网移动应用开发、物联网中间件技术、智能家居项目开发、物联网工程设计与实施，主要进行实验方面的学习，学生在大二可开始相应课程的学习。

专业拓展课程则被安排在学生大三年级进行学习，主要对前面两年学习的内容进行整合，运用基础知识以及实验知识完成一些典型案例的综合应用。

2、在实验教学方面，针对不同的专业，平台提供软件开发平台、网络仿真、大数据、数据媒体等板块共享实训课，创造实训环境，依托虚拟仿真、人机交互技术建立起来的虚拟仿真实训系统，可以逼真的模拟操作的流程，实现java、Web、大数据、物联网等多种互联网新兴技术的学习，让学生在实验的过程中加深对理论的理解，对于需要线下的硬件操作的课程，唯众还提供实训室与之结合教学，力求对学生进行全方位的培养。例如，平台结合职校学生培养综合运用能力的需要，围绕物联网基础技术及专业方向,设立多样化的实验项目，加强对学生团队精神以及创新能力的培养,鼓励学生结合所学知识与学校农业特色积极申报创新创业训练项目,强化培养学生的创新能力,科研素养和团队协调能力。具体的物联网技术应用项目如下图所示。

六、云课堂与物联网实训装置的结合教学

物联网是涉及电子、计算机以及通信专业的复合型学科。该专业的学生需要学习上位机、下位机两方面的内容，对教师教授、学生学习要求较高，传统的教学模式难以将这两部分很融洽地结合起来，为此，师生除进行云课堂上的上位机端线上教学、线上实验外，还结合显现物联网虚拟实训室进行下位机端教学，并将两部分有机整合，培养学生综合运用能力（如下图所示）。

云课堂提供理论方面的线上教学，并提供实验方面的虚拟环境，师生进行物联网实验上机时，无需花大量的时间另外配置实验环境，开箱即用，一切语言代码的编辑都可以在此平台上完成，代码编辑完成后利用COM接口，下载到硬件上，即可进行硬件的交互设置。

完成上位机端相关工作后，物联网综合实训装置提供虚拟的硬件交互实训环境，接收云平台编辑好的代码，进行下位机端的工作。物联网综合实训装置包含了完整的物联网架构，包括：感知层、网络层和应用层实例的实训设备。它以创新性的项目实践网板为基础环境，提供智能家居、智能农业、智能安防、智慧交通等实践组件包，每个实践组件包能够完成一个完整的物联网应用实训案例。学生可以使用组件包、线材、接插件、软件资源，从零开始，自由设计各种类型的物联网应用项目，为学生提供一个良好的创新实践、课程设计、毕业设计环境。

七、小结

职业院校专业教育的缺失，是目前亟待关注的问题，针对物联网技术应用专业教学，教师可充分利用互联网资源、企业教学资源进行特色备课，借助云平台开展泛在化、个性化、精准化的教学，并借助物联网综合实训装置进行线下教学，有效使用理实一体教学平台实现实验课程与理论课程并重的教学方式，并且可以做到教学全流程师生互动教学，极大的降低了教师进行物联网技术应用教学的难度，激发学生的学习兴趣、培养学生的创新思维、扩宽学生的视野，提升课堂教学效率，提高了物联网技术应用人才培养的有效性，为职业院校与企业之间建立人才输送的稳定桥梁。