論水質在線監(jiān)測系統(tǒng)與物聯(lián)網方向教學標準的轉換

引言

國務院促進高職教育發(fā)展專題會議指出：高職教育是促 進轉方式、調結構和民生改善的戰(zhàn)略舉措，以改革的思路辦 好職業(yè)教育，對提升勞動大軍就業(yè)創(chuàng)業(yè)能力、產業(yè)素質和綜 合國力意義重大虬電子信息產業(yè)作為國民經濟的支柱性產業(yè), 在計算機互聯(lián)網時代發(fā)揮了無可估量的作用，與之適應的應用電 子技術專業(yè)為該產業(yè)培養(yǎng)了大量掌握電子電路分析、電路制作、 樣機調試、微控制器應用設計及編程等相關理論知識和操作技 能的高素質人才，這為信息技術產業(yè)帶來了巨大的人才紅利。

當今，物聯(lián)網技術作為新一波科技革命浪潮的主要驅動 力，自2006年IBM公司提出概念以來，短短幾年時間在國 內外迅猛發(fā)展成朝陽產業(yè)，智能物流、智慧交通、智慧農業(yè)、 智慧電網、智能家居、智慧環(huán)境等已深入現實生活。物聯(lián)網技 術及產業(yè)轉型自應用電子技術，綜合了傳感器、射頻識別技術、 數據通信技術、嵌入式技術以及計算機軟件技術，橫跨多個 學科，對大專層次的應用電子技術人才培養(yǎng)體系提出了巨大 挑戰(zhàn)。為了適應產業(yè)轉型升級，需要從典型的物聯(lián)網工程案例 出發(fā)，將物聯(lián)網技術應用項目及其實施過程轉換為學習領域, 確立應用電子技術專業(yè)物聯(lián)網方向的培養(yǎng)目標，細化課程體系 和教學標準。

具體到建筑行業(yè)的高職院校，物聯(lián)網方向專業(yè)應培養(yǎng)面 向建筑智能化信息系統(tǒng)集成和產品制造第一線，從事物聯(lián)網智 能家居系統(tǒng)集成設計、安裝調試、維護維修及其系統(tǒng)產品研 制、生產、銷售、技術服務工作，具備扎實的物聯(lián)網智能家居 系統(tǒng)架構知識和電子電路基礎理論知識，能夠設計和集成智 能家居系統(tǒng)，分析電子產品的工作原理，掌握智能家居行業(yè)電氣安裝、系統(tǒng)調試、維護維修、產品設計制造的技能和方法, 勝任物聯(lián)網智能家居行業(yè)相關崗位的高素質技能型專門人才。 畢業(yè)生具備誠信品質、敬業(yè)精神和責任意識，遵紀守法意識, 樹立終身學習理念，具有良好的學習能力、交流溝通和團隊 協(xié)作能力、創(chuàng)造能力、就業(yè)和創(chuàng)業(yè)能力。

1水質在線監(jiān)測系統(tǒng)與學習領域的轉換

水質在線監(jiān)測系統(tǒng)是典型的物聯(lián)網技術應用工程，其結 構分為三層：第一，以水質監(jiān)測儀器、傳感器構成的水質數 據采集層；第二，以基于ZigBee無線通信網絡結合接口電路 的數據傳輸層;第三，水質在線監(jiān)測系統(tǒng)的管理層，包括服 務器和數據庫，提供Internet訪問形成共享層?；谌龑咏Y構, 成功構建的流溪河水質監(jiān)測系統(tǒng)能夠實現在線、實時的數據 無縫融合，水質在線監(jiān)測平臺提供互聯(lián)網數據遠程訪問共享, 并為生活飲用水質監(jiān)測預警和流域水生態(tài)系統(tǒng)健康保護決策 提供支持。水質在線監(jiān)控系統(tǒng)由網絡服務器、管理層監(jiān)控機、 ZigBee無線傳感器網絡組成，這是一個層次型網絡結構，最 底部為傳感器終端設備，向上層依次為路由器、協(xié)調器和監(jiān) 控機、服務器。服務器配置網絡數據庫，可通過Internet網 絡向授權用戶提供數據訪問共享。監(jiān)控機采用PC機，主要是 查看和分析處理水質數據。ZigBee無線傳感器網絡負責水質 數據的采集，由ZigBee傳感器網絡終端設備、ZigBee傳感器 網絡路由器、ZigBee傳感器網絡協(xié)調器暨網關組成。ZigBee 傳感器網絡協(xié)調器暨網關的功能之一是負責發(fā)起網絡，對其進 行管理和維護，包括對任意時刻新加入網絡的設備分配網絡 地址，管理節(jié)點加入和離開，網絡安全密鑰分發(fā)和更新；其二 是承擔數據采集層網絡與管理層網絡的數據交換和協(xié)議轉換, 將采集的數據上傳給管理層的監(jiān)控機。

根據水質在線監(jiān)測系統(tǒng)的構成和實施工作步驟，轉換到學 習領域，主要包括以下幾個方面:(1)水質探測傳感器及其接 口電路，主要是RS-485總線和Modbus通信協(xié)議；(2) ZigBee 2014年/第9期物聯(lián)網技術13\

無線通信網絡組網與數據通信控制；(3)網絡服務器數據庫及 數據共享發(fā)布軟件開發(fā)。

2物聯(lián)網方向的專業(yè)教學標準

2.1專業(yè)教學標準與課程標準

專業(yè)教學標準是保證專業(yè)人才培養(yǎng)質量的重要文件，涉及 課程體系、課程教學標準、教學環(huán)境、教學團隊，從不同方面 體現了'工學結合”的高職教育人才培養(yǎng)模式，簡單來說稱為'411” 模式，即第1-4學期完成支撐專業(yè)核心能力的理論基礎知識的 學習和各專項技能的訓練；第5學期通過生產實習、智能建筑 電子產品設計與制作、專業(yè)證書考證訓練等綜合課程形成專業(yè) 能力、方法能力和社會能力；第6學期到企業(yè)頂崗實習，完成 職業(yè)素養(yǎng)的全面形成。其中核心課程有:單片機原理與接口技術、 檢測與控制技術、物聯(lián)網技術、Web編程技術及其實訓，涵蓋 水質在線監(jiān)測系統(tǒng)的知識領域。實踐技能培養(yǎng)方面主要有電子 產品的設計、制作、維修、系統(tǒng)集成調試等能力。

課程標準是對學生接受課程教學之后的結果所做的具體 描述，是教育質量在特定教育階段應達到的具體指標，是對 課程教學的基本規(guī)范和要求，是教學管理和課程評價的依據, 是教材編寫、教學實施和考試命題的依據。下面詳述《物聯(lián)網 技術》和《物聯(lián)網實訓》兩門課程的課程標準設計。

2.2《物聯(lián)網技術》課程標準

課程性質是應用電子技術專業(yè)的專業(yè)核心課程，作用是 使學生了解物聯(lián)網的基本技術體系架構、概念、以及相關操作 技能，包括無線傳感器網絡、無線射頻、嵌入式終端技術等, 典型應用如一維碼、二維碼、EPC、RFID、WSN、智能卡、 M2M等。通過課程學習對無線通信原理、云計算、智能技術、 安全技術有一定的了解。前期必修課有《C語言程序設計》、《單 片機原理與接口技術》、《檢測與控制技術》，后續(xù)學習《物聯(lián) 網實訓》、《智能建筑電子產品設計與制作》課程。課程整體設 計方面，分為“感”、“聯(lián)”、“知”、“控”四個方面，分別學習 物體感知、身份識別、數據采集，互聯(lián)互通、信息交互、信 息共享，數據綜合、存儲、管理、分析，智能應用控制等方面 的技術架構。相對于計算機網絡課程，本課程側重于底層通 訊原理即無線通訊和高層數據為中心的中間件與應用層的講 授，同時延伸擴展無線傳感器網絡、RFID和智能交通、智能 倉儲物流、智能電網、智能家居的應用。

課程目標設計分為工作能力目標和職業(yè)能力目標。工作 能力目標包括：

運用物聯(lián)網系統(tǒng)的體系架構和技術特點選擇合理的 物聯(lián)網應用系統(tǒng)方案；

根據應用的需要正確運用傳感器技術和RFID技術， 設計無線傳感網絡，實現感知和識別；

根據應用的需要選擇合理的通信方式和聯(lián)網方式；

設計應用系統(tǒng)的組成結構，進行系統(tǒng)集成、安裝調 試和維護，熟悉智能家居統(tǒng)的組成結構。

職業(yè)能力目標包括以下兩個方面：一是物聯(lián)網技術應用 與系統(tǒng)設計能力；二是物聯(lián)網系統(tǒng)集成、安裝調試、運行維 護的能力。

課程內容設計上，可以分為五個單元學習情境，每個單 元分若干任務。具體情境如下：

認識物聯(lián)網。也就是要求掌握物聯(lián)網的概念和體系 架構，了解物聯(lián)網的特點、發(fā)展、標準化；

物聯(lián)網感知與識別。具體任務如下：

任務1 :傳感器數據采集，要求了解傳感器的組成、分 類和常用傳感器的原理和應用。掌握磁檢測、光照、紅外對射、 人體感應、溫濕度、煙霧檢測等傳感器數據采集系統(tǒng)的組成、 特點及其應用；任務2 :射頻識別，掌握RFID系統(tǒng)的組成、 原理、分類及其應用，了解一維碼、二維碼的應用。

物聯(lián)網通信與網絡技術。具體任務如下：

任務1 :無線數字通訊技術，了解數字通信系統(tǒng)的組成、 傳輸方式、信號的形式、數據編碼及質量指標，了解數據鏈 路、數據交換、通信網，了解無線信道復用與擴頻技術；任 務2 :短距離無線通信，了解藍牙技術、超寬帶技術的原理和 特點，掌握ZigBee接入技術；任務3 :點對點無線通信，了 解CC2530芯片點對點通訊操作，使用IAR開發(fā)環(huán)境設計程 序，實現ZigBee模塊之間點對多點通訊；任務4 :點對多點 無線通信，CC2530芯片點對多點通訊操作，使用IAR開發(fā)環(huán) 境設計程序，實現2個ZigBee模塊之間點對點通訊；任務5 : ZigBee模塊無線組網，Z-Stack2007協(xié)議棧架構、開發(fā)流程、 工程配置，掌握ZigBee模塊無線組網原理及過程；任務6 : 無線傳感器網絡數據采集系統(tǒng)集成，掌握基于ZigBee模塊的 傳感器數據采集傳輸的實現過程；任務7 :無線局域網與廣域 網接入，了解Wi-Fi技術、Ad Hoc技術、無線城域網技術、 無線廣域網技術及M2M技術，會組建無線網絡訪問Internet。

物聯(lián)網應用之生態(tài)環(huán)境保護。具體任務是水質在線 監(jiān)測系統(tǒng)的構建，了解生態(tài)環(huán)境保護物聯(lián)網應用現狀，掌握 水質在線監(jiān)測系統(tǒng)的結構組成。

物聯(lián)網應用之智慧城市與智能家居。具體任務如下:

任務1 :智慧城市的架構，了解智慧城市的架構，掌握 其系統(tǒng)的結構組成；任務2 :智能家居系統(tǒng)構建，了解智能家 居應用現狀，掌握智能家居系統(tǒng)的結構組成。

2.3《物聯(lián)網實訓》課程標準

課程性質是綜合能力形成課程，以實際物聯(lián)網應用項目 為實訓載體,通過實訓，培養(yǎng)物聯(lián)網系統(tǒng)集成調試和解決實際

問題的能力，培養(yǎng)職業(yè)道德和職業(yè)素養(yǎng)，積累實踐經驗，增 強專業(yè)學習興趣和信心。按照基于實際工作過程的課程設計思 路，以項目為載體，任務為驅動，在物聯(lián)網終端平臺、智能網 關、RFID、ZigBee和M2M等模塊基礎上集成無線傳感網絡 (WSN),收集傳感器數據，構建識別感知、傳輸、數據共享 與控制三層架構的技術體系,實現物體智能化監(jiān)測聯(lián)網與控制, 使學生獲取物聯(lián)網應用系統(tǒng)設計與集成的知識和技能。課程設 定工作目標：一是標識與感知；二是構建無線通信網絡；三是 安裝應用軟件。職業(yè)能力目標是具備物聯(lián)網系統(tǒng)集成開發(fā)能力 和系統(tǒng)運行維護能力。

課程設置三個單元學習情境，具體如下：

感知與標識。任務1 :構建RFID標識系統(tǒng)，掌握 RFID標簽讀寫設備操作；任務2 :構建傳感器數據采集系統(tǒng), 掌握傳感器數據采集模塊的安裝與編程設置操作，會運用上 位機收集傳感器數據；任務3 :構建無線傳感器網絡，掌握基 于ZigBee終端、路由器模塊的WSN網絡構建編程與設置。

網絡組建。任務1:組建ZigBee無線通信網絡，掌握 ZigBee無線通信網絡的組建，會對網絡協(xié)調器模塊進行安裝 與編程:任務2 : ZigBee網絡與Internet互聯(lián)，掌握ZigBee 無線通信網絡協(xié)調器模塊與PC機通過串行口進行數據傳輸和 存儲，會構建數據庫并存儲數據。

控制與服務發(fā)布。任務1 :安裝終端控制平臺軟件, 掌握ARM終端平臺的軟件安裝流程，會構建控制界面對物聯(lián) 網系統(tǒng)的對象進行控制；任務2 :物聯(lián)網服務發(fā)布，掌握物聯(lián) 網數據訪問和服務發(fā)布，會編寫簡單的Web訪問客戶端頁面。 3專業(yè)人才培養(yǎng)支持體系

明確專業(yè)定位和確定專業(yè)教學標準之后，應重點從實踐 教學環(huán)境、教學團隊建設等方面完善人才培養(yǎng)支持體系建設 上下功夫，進一步完善“工學結合”人才培養(yǎng)模式的內涵。

3.1實踐教學環(huán)境

為滿足教學體系中的實踐環(huán)節(jié)，配置專業(yè)實踐條件和環(huán) 境，硬件方面應有計算機和物聯(lián)網實訓教學平臺，實現包括傳 感器模塊、無線通信模塊、嵌入式模塊、服務器、局域網絡 配置和搭建的操作。軟件方面應有IAR開發(fā)環(huán)境、嵌入式交 叉開發(fā)環(huán)境，以及單片機仿真軟件。

3.2教學團隊的建設

教學團隊是專業(yè)教學標準實施的承擔主體，應注重“雙師” 素質的建設，不但具備電子技術、通信、計算機等學科專業(yè) 背景知識，更應該積累系統(tǒng)集成和實施的經驗。同時應適應 現階段職業(yè)教育的模式要求，不斷更新教育教學理念，整合 教學學資源，深化專業(yè)與課程改革。

4結語

從專業(yè)適應產業(yè)轉型角度出發(fā)，以水質在線監(jiān)測系統(tǒng)為 典型工程案例，在剖析物聯(lián)網系統(tǒng)組成和轉換學習領域的基 礎上，重點討論了應用電子技術專業(yè)物聯(lián)網方向的教學標準， 主要以《物聯(lián)網技術》和《物聯(lián)網實訓》兩門課為例，闡述體 現“工學結合”人才培養(yǎng)模式的課程設計，及實訓環(huán)境、教學 團隊等支持體系的構建。

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