物聯網技術在中職創新教育中的應用研究

沈建林 項建峰

【摘 要】隨著物聯網技術的高速發展，其應用已滲透到了教育領域，實現了智慧化的校園管理。將物聯網技術與中職創新教育緊密結合起來，解決中職創新教育難以開展的問題也成為了可能。本文主要以中職電氣專業為例，分析教育對象，營造創新氛圍，以校企合作、產教融合為平臺，運用物聯網技術，結合CDIO工程理念，開展創新教育，促進學生創新思維和創新能力的培養。

【關鍵詞】物聯網技術;中職;創新教育;CDIO

【中圖分類號】G712 【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2020）012-087-04

在職業教育事業不斷發展的今天，中職學校如何培養具有一定創新意識的技術技能型人才，需要中職教育工作者不斷地在技術革新的道路上進行探索。不同教育階段的學生有著不同的創新培養要求，但在創新意識、創新能力的培養上目標是一致的。中職學生知識基礎較薄弱、學習習慣和學習持久力不足以及管理模式傳統等問題給開展中職創新教育帶來了一定的困難。近年來，我國物聯網技術迅猛發展，各領域都進行了深入的研究和廣泛應用，同時也滲透到了職業教育領域，為中職創新教育教學模式和方法提出了更新的研究思路。

物聯網技術優化創新環境，實現智慧管理

物聯網技術是一種通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，將任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、追蹤、監控和管理的網絡技術。物聯網技術具有三個特點，即全面感知、可靠傳遞和智能處理，可以應用于智能家居、智能倉儲和智慧校園等領域。將物聯網技術運用到中職學校的創新教育過程中，也必將帶來教育的新變革。

1.創新實驗室的環境設置

創新教育的目標是為了培養具有創新精神、創新能力和創新人格的可持續發展的人，使學生具有一定的基本技能技術水平，并擅于運用所學的知識在學習生活中重構、發現和認知新知識、新方法和新思維。因此可以在中職學校創新教育中結合學生的專業特征，運用物聯網技術創建創新教育教學環境。

以我校電氣專業為例，為了讓學生充分參與到創新學習過程中，按照“實踐→認識→再實踐”的認知規律，將創新教育實驗室空間設置為110平方米，共劃分為討論實訓區、報告區、3D打印區、激光切割區、智能家居體驗區、電路板制板區和實訓耗材區等七個區域。通過體驗、感知、實踐等方式激起學生學習的興趣，煥發其創新實踐的熱情。

2.創新實驗室的智能系統

創新是一項慢活、細活，是一個花大量時間潛心研究的過程，更需要學生具有刻苦鉆研、永不放棄的精神，教師在引領學生研究的同時，更需要給學生時間和空間。根據近幾年來的創新教育實踐發現，在開展過程中出現了一些管理上的問題。因此，學校運用物聯網技術將原有的創新實訓室改造成“智能型實驗室”，專門用于創新教育的開展，為學生提供一個良好的創新環境，開發出有實際用途的產品，如圖1所示。

該智能系統在師生共同努力下設計并開發完成，其內容主要包括智能門禁系統、遠程線上指導系統、智能倉儲系統和遠程監控系統。

（1）設計智能門禁系統，安全管理實驗室。通過智能門禁系統應用無源RFID技術實現機器對人的唯一識別并完成相應的考勤記錄，實現對學生進出考勤，做到學生的安全管理，也避免其他人員非法進入造成影響[1]。根據實際情況，創新實驗室安裝了智能門禁系統，該門禁系統包括指紋門禁、電磁鎖、出門按鈕、電源控制器以及上位機管理軟件。對參與創新實踐教育的相關師生進行授權，采用指紋識別的方式，只有授權人員才能進入實驗室開展實踐活動，并對相關人員的進入和離開時間進行記錄，方便教師通過軟件進行查詢，規范管理，提升實驗室的安全性，最大限度發揮實驗室的功能，該系統的組成框圖如圖2所示。

（2）設計線上指導管理系統，突破時空管理限制。通過線上指導管理系統可以有效地突破時間和空間的限制，學生可以隨時隨地發起線上提問，教師隨時解答，實現線上線下混合教育，避免了教師不在學校不能解答的難題出現。該線上指導系統主要包括多路高清攝像頭、多路錄像機、路由器（連通互聯網）、電腦顯示終端和手機移動終端，如圖3所示。在創新實驗室中安裝桌式和掛式球形高清攝像頭，與互聯網進行連接，當學生遇到問題時，通過物聯網技術，實現“現場直播”，將視頻信息、音頻信息顯示在指導教師的手機和電腦終端上，進行“現場”指導，及時解決出現的問題。

（3）設計智能倉儲系統，規范管理實訓耗材。智能倉儲系統能有效管理耗材，提高耗材管理的科學性，通過大數據可以精準判斷學生開展學習的情況。該系統主要實現耗材入庫、出庫管理，通過查詢，實時了解庫存情況，可防止在實踐過程中出現缺貨現象，影響創新實踐活動的進程，系統還能給出每位學生耗材使用情況。該系統包括12個倉儲柜，倉儲柜內用于存放不同種類的元器件，每個柜門通過電子鎖自動打開，為了便于管理，設置了人機界面，包括液晶顯示器和4X4矩陣按鍵，通過這些按鍵進行系統的設置、耗材的入庫管理和耗材的出庫管理。

（4）設計遠程監控系統，規范學生操作行為。通過遠程監控系統在開放性創新實驗室中觀察學生在無人值守狀態下的學習情況，保證實驗室安全可靠地運行。在實驗室中安裝了音視頻監控系統，實時監視、記錄實驗室中的動態，可通過遠程電腦終端、手機終端進行查看。當學生出現違規操作時及時進行提醒，也可通過回放觀察學生參與創新實踐的過程，保證整個創新實踐活動有序地開展。

通過以上組合系統，較好地解決了中職學生原有學習習慣問題，較好地規避了作為開放性實驗室所帶來的一些問題，也較好地提升了學生積極主動參與創新學習的熱情。

引入物聯網真實項目實施CDIO課程

為了培養學生的創新熱情，更好地實現環境資源的高效利用，我校通過引入真實物聯網項目，開展創新實踐教育。例如，在電氣專業中設置了智能窗簾的設計與制作、智能機器人的設計與制作、智能保險箱的設計與制作、智能澆灌機器人的設計與制作等十多個項目用于培養學生的知識與技能水平，啟發學生的創新意識，對原有產品進行技術革新。在教學過程中采用CDIO工程模式實施教學。CDIO即構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程[2]。

如在“智能澆灌機器人的設計與制作”項目中，按照CDIO等四個環節進行教學，如表1所示。

物聯網技術在中職創新教育中的運行成效

在物聯網技術的支持下，創新教育得到了有效的發展。近幾年，越來越多的學生參與到創新教育中，并積極參加各種創新類比賽及專利申請，學生的技能水平和創新思維等方面都有了很大的提升。我們通過此模式真正地服務于中職教育，培養高技能型人才。

1.提升了學生專業技能水平

專業知識的學習，很大程度上由學生的學習積極性所決定。通過創新實驗室及創新項目的開設讓學生主動參與到實踐中，探究認識每個知識點、技能點，真正實現理論與實際相結合，學生的專業水平也就得到有效的提升。如表2所示為電氣專業參與創新實踐教育前后專業技能水平的對比。

2.提高了創新實驗室利用率

通過實驗室智能管理系統的建設和實施，實現智能化、科學化的管理，使實驗室及其耗材的使用率得到有效提高，圖4為近4年的耗材人均使用數和實驗室利用率統計。

3.樹立了學生的自信心

在創新教育中運用物聯網技術將一些抽象概念具體化，如智能澆灌系統中所測得土壤濕度數字化，學生可直觀觀察，并設計系統根據濕度情況定量實施精準澆灌，通過測試運行體驗成功的快樂。我校近幾年積極鼓勵學生參與創新比賽及專利申請，獲獎成果豐厚，其中獲國際級一等獎1個、二等獎1個、省一等獎2個、二等獎2個、三等獎3個，申請實用新型專利12個。這些成績的取得極大鼓舞了學生參與創新教育的積極性，也樹立了中職學生自信心。

對于創新，不同的人有不同的理解。創新就是把一些創意轉變為實物并與他人一起探討分享過程中快樂的事。而創新教育就是讓學生能從教育過程中體驗成功與快樂的一種教育方式。在中職學校運用物聯網技術能較好地解決中職學校較難開展創新教育的問題。

參考文獻

傅騫.從優化管理到促進創新——物聯網教育應用目標發展概述[J].中國電化教育，2014（11）：69-73.

孫長遠，龐學光.CDIO工程教學模式對我國職業教育改革的啟示[J].職教論壇，2014（24）：64-68.