論水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)方向教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換

引言

國務(wù)院促進(jìn)高職教育發(fā)展專題會議指出：高職教育是促 進(jìn)轉(zhuǎn)方式、調(diào)結(jié)構(gòu)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(chǎn)業(yè)素質(zhì)和綜 合國力意義重大虬電子信息產(chǎn)業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的支柱性產(chǎn)業(yè), 在計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)時代發(fā)揮了無可估量的作用，與之適應(yīng)的應(yīng)用電 子技術(shù)專業(yè)為該產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)了大量掌握電子電路分析、電路制作、 樣機(jī)調(diào)試、微控制器應(yīng)用設(shè)計及編程等相關(guān)理論知識和操作技 能的高素質(zhì)人才，這為信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)帶來了巨大的人才紅利。

當(dāng)今，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為新一波科技革命浪潮的主要驅(qū)動 力，自2006年IBM公司提出概念以來，短短幾年時間在國 內(nèi)外迅猛發(fā)展成朝陽產(chǎn)業(yè)，智能物流、智慧交通、智慧農(nóng)業(yè)、 智慧電網(wǎng)、智能家居、智慧環(huán)境等已深入現(xiàn)實生活。物聯(lián)網(wǎng)技 術(shù)及產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型自應(yīng)用電子技術(shù)，綜合了傳感器、射頻識別技術(shù)、 數(shù)據(jù)通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)以及計算機(jī)軟件技術(shù)，橫跨多個 學(xué)科，對大專層次的應(yīng)用電子技術(shù)人才培養(yǎng)體系提出了巨大 挑戰(zhàn)。為了適應(yīng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，需要從典型的物聯(lián)網(wǎng)工程案例 出發(fā)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用項目及其實施過程轉(zhuǎn)換為學(xué)習(xí)領(lǐng)域, 確立應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)方向的培養(yǎng)目標(biāo)，細(xì)化課程體系 和教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。

具體到建筑行業(yè)的高職院校，物聯(lián)網(wǎng)方向?qū)I(yè)應(yīng)培養(yǎng)面 向建筑智能化信息系統(tǒng)集成和產(chǎn)品制造第一線，從事物聯(lián)網(wǎng)智 能家居系統(tǒng)集成設(shè)計、安裝調(diào)試、維護(hù)維修及其系統(tǒng)產(chǎn)品研 制、生產(chǎn)、銷售、技術(shù)服務(wù)工作，具備扎實的物聯(lián)網(wǎng)智能家居 系統(tǒng)架構(gòu)知識和電子電路基礎(chǔ)理論知識，能夠設(shè)計和集成智 能家居系統(tǒng)，分析電子產(chǎn)品的工作原理，掌握智能家居行業(yè)電氣安裝、系統(tǒng)調(diào)試、維護(hù)維修、產(chǎn)品設(shè)計制造的技能和方法, 勝任物聯(lián)網(wǎng)智能家居行業(yè)相關(guān)崗位的高素質(zhì)技能型專門人才。 畢業(yè)生具備誠信品質(zhì)、敬業(yè)精神和責(zé)任意識，遵紀(jì)守法意識, 樹立終身學(xué)習(xí)理念，具有良好的學(xué)習(xí)能力、交流溝通和團(tuán)隊 協(xié)作能力、創(chuàng)造能力、就業(yè)和創(chuàng)業(yè)能力。

1水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)與學(xué)習(xí)領(lǐng)域的轉(zhuǎn)換

水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)是典型的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用工程，其結(jié) 構(gòu)分為三層：第一，以水質(zhì)監(jiān)測儀器、傳感器構(gòu)成的水質(zhì)數(shù) 據(jù)采集層；第二，以基于ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)合接口電路 的數(shù)據(jù)傳輸層;第三，水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)的管理層，包括服 務(wù)器和數(shù)據(jù)庫，提供Internet訪問形成共享層。基于三層結(jié)構(gòu), 成功構(gòu)建的流溪河水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在線、實時的數(shù)據(jù) 無縫融合，水質(zhì)在線監(jiān)測平臺提供互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程訪問共享, 并為生活飲用水質(zhì)監(jiān)測預(yù)警和流域水生態(tài)系統(tǒng)健康保護(hù)決策 提供支持。水質(zhì)在線監(jiān)控系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、管理層監(jiān)控機(jī)、 ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組成，這是一個層次型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，最 底部為傳感器終端設(shè)備，向上層依次為路由器、協(xié)調(diào)器和監(jiān) 控機(jī)、服務(wù)器。服務(wù)器配置網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，可通過Internet網(wǎng) 絡(luò)向授權(quán)用戶提供數(shù)據(jù)訪問共享。監(jiān)控機(jī)采用PC機(jī)，主要是 查看和分析處理水質(zhì)數(shù)據(jù)。ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)水質(zhì) 數(shù)據(jù)的采集，由ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備、ZigBee傳感器 網(wǎng)絡(luò)路由器、ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器暨網(wǎng)關(guān)組成。ZigBee 傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器暨網(wǎng)關(guān)的功能之一是負(fù)責(zé)發(fā)起網(wǎng)絡(luò)，對其進(jìn) 行管理和維護(hù)，包括對任意時刻新加入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備分配網(wǎng)絡(luò) 地址，管理節(jié)點加入和離開，網(wǎng)絡(luò)安全密鑰分發(fā)和更新；其二 是承擔(dān)數(shù)據(jù)采集層網(wǎng)絡(luò)與管理層網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換和協(xié)議轉(zhuǎn)換, 將采集的數(shù)據(jù)上傳給管理層的監(jiān)控機(jī)。

根據(jù)水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成和實施工作步驟，轉(zhuǎn)換到學(xué) 習(xí)領(lǐng)域，主要包括以下幾個方面:(1)水質(zhì)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(wǎng)技術(shù)13\

無線通信網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)與數(shù)據(jù)通信控制；(3)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫及 數(shù)據(jù)共享發(fā)布軟件開發(fā)。

2物聯(lián)網(wǎng)方向的專業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)

2.1專業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)與課程標(biāo)準(zhǔn)

專業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)是保證專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要文件，涉及 課程體系、課程教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)團(tuán)隊，從不同方面 體現(xiàn)了'工學(xué)結(jié)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(xué)期完成支撐專業(yè)核心能力的理論基礎(chǔ)知識的 學(xué)習(xí)和各專項技能的訓(xùn)練；第5學(xué)期通過生產(chǎn)實習(xí)、智能建筑 電子產(chǎn)品設(shè)計與制作、專業(yè)證書考證訓(xùn)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(xué)期到企業(yè)頂崗實習(xí)，完成 職業(yè)素養(yǎng)的全面形成。其中核心課程有:單片機(jī)原理與接口技術(shù)、 檢測與控制技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、Web編程技術(shù)及其實訓(xùn)，涵蓋 水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)的知識領(lǐng)域。實踐技能培養(yǎng)方面主要有電子 產(chǎn)品的設(shè)計、制作、維修、系統(tǒng)集成調(diào)試等能力。

課程標(biāo)準(zhǔn)是對學(xué)生接受課程教學(xué)之后的結(jié)果所做的具體 描述，是教育質(zhì)量在特定教育階段應(yīng)達(dá)到的具體指標(biāo)，是對 課程教學(xué)的基本規(guī)范和要求，是教學(xué)管理和課程評價的依據(jù), 是教材編寫、教學(xué)實施和考試命題的依據(jù)。下面詳述《物聯(lián)網(wǎng) 技術(shù)》和《物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)》兩門課程的課程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。

2.2《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》課程標(biāo)準(zhǔn)

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

課程目標(biāo)設(shè)計分為工作能力目標(biāo)和職業(yè)能力目標(biāo)。工作 能力目標(biāo)包括：

運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的體系架構(gòu)和技術(shù)特點選擇合理的 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)方案；

根據(jù)應(yīng)用的需要正確運(yùn)用傳感器技術(shù)和RFID技術(shù)， 設(shè)計無線傳感網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)感知和識別；

根據(jù)應(yīng)用的需要選擇合理的通信方式和聯(lián)網(wǎng)方式；

設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，進(jìn)行系統(tǒng)集成、安裝調(diào) 試和維護(hù)，熟悉智能家居統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)。

職業(yè)能力目標(biāo)包括以下兩個方面：一是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用 與系統(tǒng)設(shè)計能力；二是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成、安裝調(diào)試、運(yùn)行維 護(hù)的能力。

課程內(nèi)容設(shè)計上，可以分為五個單元學(xué)習(xí)情境，每個單 元分若干任務(wù)。具體情境如下：

認(rèn)識物聯(lián)網(wǎng)。也就是要求掌握物聯(lián)網(wǎng)的概念和體系 架構(gòu)，了解物聯(lián)網(wǎng)的特點、發(fā)展、標(biāo)準(zhǔn)化；

物聯(lián)網(wǎng)感知與識別。具體任務(wù)如下：

任務(wù)1 :傳感器數(shù)據(jù)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(yīng)用。掌握磁檢測、光照、紅外對射、 人體感應(yīng)、溫濕度、煙霧檢測等傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成、 特點及其應(yīng)用；任務(wù)2 :射頻識別，掌握RFID系統(tǒng)的組成、 原理、分類及其應(yīng)用，了解一維碼、二維碼的應(yīng)用。

物聯(lián)網(wǎng)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。具體任務(wù)如下：

任務(wù)1 :無線數(shù)字通訊技術(shù)，了解數(shù)字通信系統(tǒng)的組成、 傳輸方式、信號的形式、數(shù)據(jù)編碼及質(zhì)量指標(biāo)，了解數(shù)據(jù)鏈 路、數(shù)據(jù)交換、通信網(wǎng)，了解無線信道復(fù)用與擴(kuò)頻技術(shù)；任 務(wù)2 :短距離無線通信，了解藍(lán)牙技術(shù)、超寬帶技術(shù)的原理和 特點，掌握ZigBee接入技術(shù)；任務(wù)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(shè)計程 序，實現(xiàn)ZigBee模塊之間點對多點通訊；任務(wù)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(shè)計程序，實現(xiàn)2個ZigBee模塊之間點對點通訊；任務(wù)5 : ZigBee模塊無線組網(wǎng)，Z-Stack2007協(xié)議棧架構(gòu)、開發(fā)流程、 工程配置，掌握ZigBee模塊無線組網(wǎng)原理及過程；任務(wù)6 : 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)集成，掌握基于ZigBee模塊的 傳感器數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)膶崿F(xiàn)過程；任務(wù)7 :無線局域網(wǎng)與廣域 網(wǎng)接入，了解Wi-Fi技術(shù)、Ad Hoc技術(shù)、無線城域網(wǎng)技術(shù)、 無線廣域網(wǎng)技術(shù)及M2M技術(shù)，會組建無線網(wǎng)絡(luò)訪問Internet。

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用之生態(tài)環(huán)境保護(hù)。具體任務(wù)是水質(zhì)在線 監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建，了解生態(tài)環(huán)境保護(hù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀，掌握 水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成。

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用之智慧城市與智能家居。具體任務(wù)如下:

任務(wù)1 :智慧城市的架構(gòu)，了解智慧城市的架構(gòu)，掌握 其系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成；任務(wù)2 :智能家居系統(tǒng)構(gòu)建，了解智能家 居應(yīng)用現(xiàn)狀，掌握智能家居系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成。

2.3《物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)》課程標(biāo)準(zhǔn)

課程性質(zhì)是綜合能力形成課程，以實際物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用項目 為實訓(xùn)載體,通過實訓(xùn)，培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成調(diào)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(jīng)驗，增 強(qiáng)專業(yè)學(xué)習(xí)興趣和信心。按照基于實際工作過程的課程設(shè)計思 路，以項目為載體，任務(wù)為驅(qū)動，在物聯(lián)網(wǎng)終端平臺、智能網(wǎng) 關(guān)、RFID、ZigBee和M2M等模塊基礎(chǔ)上集成無線傳感網(wǎng)絡(luò) (WSN),收集傳感器數(shù)據(jù)，構(gòu)建識別感知、傳輸、數(shù)據(jù)共享 與控制三層架構(gòu)的技術(shù)體系,實現(xiàn)物體智能化監(jiān)測聯(lián)網(wǎng)與控制, 使學(xué)生獲取物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與集成的知識和技能。課程設(shè) 定工作目標(biāo)：一是標(biāo)識與感知；二是構(gòu)建無線通信網(wǎng)絡(luò)；三是 安裝應(yīng)用軟件。職業(yè)能力目標(biāo)是具備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成開發(fā)能力 和系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)能力。

課程設(shè)置三個單元學(xué)習(xí)情境，具體如下：

感知與標(biāo)識。任務(wù)1 :構(gòu)建RFID標(biāo)識系統(tǒng)，掌握 RFID標(biāo)簽讀寫設(shè)備操作；任務(wù)2 :構(gòu)建傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng), 掌握傳感器數(shù)據(jù)采集模塊的安裝與編程設(shè)置操作，會運(yùn)用上 位機(jī)收集傳感器數(shù)據(jù)；任務(wù)3 :構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，掌握基 于ZigBee終端、路由器模塊的WSN網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建編程與設(shè)置。

網(wǎng)絡(luò)組建。任務(wù)1:組建ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)，掌握 ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)的組建，會對網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器模塊進(jìn)行安裝 與編程:任務(wù)2 : ZigBee網(wǎng)絡(luò)與Internet互聯(lián)，掌握ZigBee 無線通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器模塊與PC機(jī)通過串行口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和 存儲，會構(gòu)建數(shù)據(jù)庫并存儲數(shù)據(jù)。

控制與服務(wù)發(fā)布。任務(wù)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(gòu)建控制界面對物聯(lián) 網(wǎng)系統(tǒng)的對象進(jìn)行控制；任務(wù)2 :物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)發(fā)布，掌握物聯(lián) 網(wǎng)數(shù)據(jù)訪問和服務(wù)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(xué)標(biāo)準(zhǔn)之后，應(yīng)重點從實踐 教學(xué)環(huán)境、教學(xué)團(tuán)隊建設(shè)等方面完善人才培養(yǎng)支持體系建設(shè) 上下功夫，進(jìn)一步完善“工學(xué)結(jié)合”人才培養(yǎng)模式的內(nèi)涵。

3.1實踐教學(xué)環(huán)境

為滿足教學(xué)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(yīng)有計算機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)教學(xué)平臺，實現(xiàn)包括傳 感器模塊、無線通信模塊、嵌入式模塊、服務(wù)器、局域網(wǎng)絡(luò) 配置和搭建的操作。軟件方面應(yīng)有IAR開發(fā)環(huán)境、嵌入式交 叉開發(fā)環(huán)境，以及單片機(jī)仿真軟件。

3.2教學(xué)團(tuán)隊的建設(shè)

教學(xué)團(tuán)隊是專業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)實施的承擔(dān)主體，應(yīng)注重“雙師” 素質(zhì)的建設(shè)，不但具備電子技術(shù)、通信、計算機(jī)等學(xué)科專業(yè) 背景知識，更應(yīng)該積累系統(tǒng)集成和實施的經(jīng)驗。同時應(yīng)適應(yīng) 現(xiàn)階段職業(yè)教育的模式要求，不斷更新教育教學(xué)理念，整合 教學(xué)學(xué)資源，深化專業(yè)與課程改革。

4結(jié)語

從專業(yè)適應(yīng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型角度出發(fā)，以水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)為 典型工程案例，在剖析物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)組成和轉(zhuǎn)換學(xué)習(xí)領(lǐng)域的基 礎(chǔ)上，重點討論了應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)方向的教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)， 主要以《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》和《物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)》兩門課為例，闡述體 現(xiàn)“工學(xué)結(jié)合”人才培養(yǎng)模式的課程設(shè)計，及實訓(xùn)環(huán)境、教學(xué) 團(tuán)隊等支持體系的構(gòu)建。

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