虛擬仿真技術在物聯網專業實踐教學的應用探析

岳秀明

摘要：物聯網是一門技術發展迅速的專業學科，但實驗室設備成本高、設備老化且更新慢等現實問題不利于實踐教學的實施，計算機虛擬仿真技術的應用可在一定程度上解決該問題。本文從物聯網實驗教學現狀及教學中應用情況進行研究，旨在探究如何在物聯網實踐教學中更有效的提高學生實踐能力。

關鍵詞：虛擬仿真技術；物聯網；實踐教學

引言

虛擬仿真技術[1]是虛擬現實技術和系統仿真技術的合成，其在現代教育方面的應用是一種趨勢，國家已提出大力發展職業教育，對虛擬仿真技術充分應用在職業教育中，提高職業教育發展水平和效果，意在推動虛擬仿真技術在教學領域的應用。

物聯網專業是一個新興的、面向未來的專業，采用當前常規的培養模式必然面臨很多困難。不同學校的物聯網專業培養方案可能各具特點，但都重在培養學生的軟硬件系統的實踐動手能力，這就要求實踐環節必須進行教學模式上有突破，虛擬仿真技術成為物聯網專業實踐教學的重要教學改革手段。本文試結合相關教學實踐，對物聯網專業學科教學中虛擬仿真技術的應用進行探討。

1 物聯網實驗教學現狀

物聯網專業是典型的“以專業為中心”向“以問題為中心”的轉變結果。這就要求我們對物聯網專業實驗教學模式進行思考，首先對物聯網教學現狀問題[2]進行分析如下：

（1）行業發展與專業教學脫節問題

新技術發展速度快、更新換代頻繁。物聯網從概念到產品、系統出現甚至僅幾個月，教學材料與儀器設備跟不上發展。同時，物聯網涵蓋一般電類專業多個方向，有限課時導致多門課難以合并或內容精簡，因此知識教育的多科性、綜合性要求對物聯網專業教學模式進行調整。

（2）專業提升與學科層次銜接問題

首先，鑒于辦學特色和發展空間的關系，行業寬泛與學科支持的矛盾突出。其次，政策引導和學術環境的協調，政府產業投入支持與高校前瞻研究的差異明顯。最后，教學投入和科研考核的平衡，應用型人才在教師和學生認知度上有偏離。

2 物聯網專業采用虛擬仿真技術的必要性

環境對于學習的意義至關重要，由于實驗客觀條件限制，專業技能學習絕大多數不可能在現實情境中進行，采用虛擬仿真技術旨在構建仿真實驗情景的教學手段彌補了教學資源短缺、設備更新換代頻繁、知識抽象理解偏差等問題，因此虛擬仿真實訓教學的建設是當前培養高素質技能型人才的迫切要求，是專職院?，F代化建設的必然趨勢。大力發展虛擬仿真技術對于解決教育資源短缺、支撐人才發展等，有著非常重要的理論和現實意義。

3 虛擬仿真技術在物聯網教學中的相關應用

物聯網體系可劃分為三個層次：感知層、網絡層和應用層。下面將就這三個層次進行探討。

3.1 在感知層相關課程實驗教學中的應用

感知層主要是人類世界和物理世界的數據獲取問題，由各種傳感器[3]及傳感器網關構成，可采用proteus軟件和Multisim軟件提供的仿真元件庫，只需在這兩個軟件環境中搭建仿真電路，點擊鼠標運行電路即可直觀看到電路實現效果。利用虛擬仿真軟件建模有助于學生掌握理解感知層相關課程的知識點，特別是講授一些數字化集成電路傳感器時，要進行電路實物設計是不現實的，學校往往無法提供滿足實現電路的元器件，虛擬仿真技術教學此時體現出更大的優勢。

3.2 在網絡層相關課程實驗教學中的應用

網絡層[4]解決的是感知層所獲得的數據在一定范圍內，通常是長距離的傳輸問題，主要完成接入和傳輸功能，是進行信息交換、傳遞的數據通路，可利用虛擬仿真技術進行試驗，在機房PC機安裝虛擬軟件的情況，可大大減少實驗性設備的投入。

3.3 在應用層相關課程實驗教學中的應用

應用層主要解決了信息處理和人機界面的問題，網絡層傳輸而來的數據在該層進入各類信息系統進行處理，并通過各種設備與人進行交互，處理層由業務支撐平臺、網絡管理平臺、信息處理平臺、服務支撐平臺等組成，完成協同、管理、計算、存儲、分析、挖掘以及提供面向行業和大眾用戶的服務等功能。在物聯網教學中，可以采用上位機應用軟件仿真使用場景，完成數據采集和數據處理。

4 結束語

雖然采用虛擬仿真技術教學還不能完全取代真實的實訓實驗教學，但是虛擬仿真技術應用的低成本、安全性、可重復性、高可靠性和完美的虛擬環境，非常適合當前的實踐教學。虛擬仿真技術應用到實踐實驗教學中，可實現課程的先進性和典型性相結合、知識性與趣味性相結合、交互性與智能型相結合。基于虛擬環境下的實驗實訓課程是學生自主探究、合作學習和快樂體驗的一種新型教學模式，有助于培養學生的動手實踐能力、創新思維能力、綜合應用能力和團結協作能力，有助于提高學生的科學素質和創新精神。

參考文獻：

[1]熊淑平.虛擬仿真技術在高職教學中的應用探析[J].黃河水利職業技術學院學報，2013（1）：79-81.

[2]王紅梅.淺談高等院校物聯網教育和物聯網實驗室建設現狀及對策[J]，太原城市職業技術學院學報，2012（3）：122-123.

[3]智能傳感器物聯網綜合實訓平臺的設計[J].戴娟，倪瑛.南京工業職業技術學院學報.2011（02）.

[4]“無線傳感器網絡”課程教學模式探索[J].周偉，易軍，張元濤，李太福.重慶科技學院學報（社會科學版）.2014（05）.