开发切合院校实际,又培养学生综合职业能力的专业课程体系,是建设职业院校实训基地的核心。专业课程体系建设关系着人才培养质量,是高职院校打造高水平专业群,贯彻落实“职教二十条”和“中国特色高水平高职学校和专业建设计划”,深化教育教学改革的关键内容。学生通过高质量的专业课程教学,培养适应未来就业的多层次综合职业能力。构建基于综合职业能力内涵相对应的专业课程结构,建设以专业课程体系为核心的实训基地,是目前职业院校培养高就业学生的首选途径。本文从高质量课程体系、与课程体系匹配的实训基地角度,并以物联网应用为例阐述以专业课程体系为核心的职业院校实训基地建设。

一、高质量课程体系是培养综合职业能力的关键

在新的历史发展时期,课程体系建设必须走高质量发展道路。只有建设了高质量的课程体系,才能培养学生的综合职业能力,以适应企业对招聘人才的需要,而综合职业能力是由专业能力、方法能力、社会能力、个人能力等多方位能力构成,注重学生综合职业能力的培养,就必须在新的人才培养模式下构建高质量课程体系。学生职业能力的形成和发展,必须参与特定的职业活动或模拟的职业情境,通过对已有的知识、技能、态度等的类化迁移,并得到特殊的发展与整合,从而才能形成职业能力。目前,职业教育的课程建设必须打破传统学科系统化的束缚,将学校教学、工作过程与学生的能力和个性发展联系起来。同时引入校企合作模式,使职业教育冲破校园的围墙,从单纯的学校教育向学校教育与企业实践相结合转变,构建以能力为本位的高质量课程体系。

二、构建与课程体系相匹配的实训基地是落实综合职业能力培养的前提

职业教育课程体系改革是一个必然的发展方向,为此建设好课程体系后,提供与改革的课程体系更匹配的实训基地就必须提上日程了。实训教学是培养学生创造能力、开发能力、独立分析和解决问题的能力,全面提高高职学生素质的重要教学环节。学生通过实训,受到良好的技能训练,掌握当前一线所需要具备的综合职业能力,能够畅通就业通道,提高就业竞争能力。只有加强实训基地的建设,才能达到培养社会急需的,能将最新的科学技术成果与生产实际相衔接的高技能人才的目的。而实训基地建设是一个纷繁复杂的系统工程,在建设过程中必须从就业导向的角度思考,抓住主干,剖析出实训基地的重要部分,并与专业课程建设和改革相结合,构建与课程体系相匹配的实训基地,实现高等职业教育的人才培养目标。

1、实训基地和课程体系相辅相成,共同实现人才培养目标。下面以金字塔结构图解释实训基地与课程体系的具体关系,实训基地建设位于塔基位置,首先构成对实践课程体系的直接支撑,其次,质量保障体系对实训基地建设起到了保障和质量控制作用。此外,高等职业教育理论课程体系指导实训基地建设,而实训基地在建设、运行和发展的过程中,也不断促进高等职业教育理论课程体系的完善和发展。而最直接的体现是对其中的专业课程体系建设提出要求,给专业课程体系改革和建设指定了方向,即专业课程同样要构建出以专业综合技能培养为核心的系列课程体系来,从而实现理论课程体系和高职实训基地之间的相互作用。

凸显以专业课程体系为核心进行职业院校实训基地建设

2、实现人才培养目标是实训基地的本质属性。坚持以就业为导向是高等职业技术教育最为显著的特性,这也体现了高职教育的人才培养具有非常明确的目标。掌握生产一线岗位关键技术技能和具备一线岗位所必备的职业素质是学生能否找到对口岗位迅速就业的前提,而关键技能、职业素质的有效提出必须依赖于专业建设中专业课程体系的构建。

实现人才培养目标是高职实训基地的本质属性,实训基地的教学属性是根本属性,不可削弱,更不能脱离,而教学属性必须通过专业课程体系建设和改革来体现,这又说明了实训基地和专业课程体系建设是密不可分的。

三、以物联网技术应用专业为例介绍综合职业能力实训基地建设途径

物联网是以感知为目的,实现人与人、人与物、物与物全面而互连的网络,是继云计算技术、互联网技术和通信技术后信息产业世界的又一次产业革命。然而,作为高等职业新兴的学科,在专业课设置、实训教学、学生实践设置等诸多方面还处于探索阶段,没有现成的经验可以直接借鉴。因此,如何进行有效的课程体系改革以及建设实训基地培养学生综合职业能力显得尤为迫切和重要。在此,以物联网为例,从物联网课程体系、实训基地内容以及两者的融合为出发点,建设培养学生综合职业能力的实训基地途径如下:

1.构建物联网课程体系与实践体系

(1)优化物联网专业课程体系结构

课程的体系结构是提高教学质量的核心,优秀的课程体系结构,能保证对学生能力的培养更加合理化、系统化、有序化,能保证教学内容、教学方法的质量。采用以物联网体系架构为核心,构建物联网专业课程体系结构(如下图所示):

图 物联网专业课程体系结构
图 物联网专业课程体系结构

 

感知层:感知层主要由传感器和无线网络组成,主要是标识物品及信息的采集,是物联网的核心层。物联网工程专业在感知层对应的主要专业课程为:以电路与模拟电子技术,数字逻辑为基础专业课程,以传感器技术为核心专业课程。

传输层:传输层包括接入网和传输网,主要完成信息的传递与处理。物联网工程专业在传输层对应的主要专业课程为:以计算机网络、无线网络技术为基础专业课程,以嵌入式系统开发.射频识别技术等与感知层相关技术结合的核心专业课程。

应用层:应用层主要完成信息处理与人机界面交互等功能。物联网工程专业在应用层的主要专业课程为:以程序编程技术、数据库原理为基础专业课程,以计算机操作系统.信息安全技术,软件工程、课程设计.综合实践等与感知层、传输层相关技术结合的核心专业课程。

(2)完善实训教学内容

在物联网专业基础实训教学方面,电子技术、物联网C语言程序设计等课程组成物联网感知层的前置课程,而在传输层包括计算机基础、网络技术基础,应用层包括物联网概论、mysql数据库设计与开发和物联网java、python、C#   、android程序设计,一般在高级语言领域,学校会选择其中两种语言为课程主要方向。 专业基础课实训内容如下图所示:

图 物联网专业基础课程实践教学
图 物联网专业基础课程实践教学

 

在物联网专业核心实训教学方面,实训内容主要包括感知实验、接入实验和综合应用实验(如下图所示)。

图 物联网专业核心课程实践教学
图 物联网专业核心课程实践教学

(3)实践课程教学与实训教学的内容

物联网技术应用型学生的培养应以学生为中心、现代技能人才为目标、综合职业能力培养为主线来构建相应的实训课程体系。根据学生的能力培养目标将实训课程进行模块化,具体可划分为专业基础模块、传感网技术模块、物联网应用模块和物联网工程模块,并在相应模块下开设相应的系列支撑课程,从而将各类实训课程贯穿到整个人才培养过程中。由此,划分的实训课程体系如下图所示。

图 物联网实训课程体系
图 物联网实训课程体系

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。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。

传感网技术模块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。其中传感器应用子模块由电子技术、电工技术、传感器技术等课程构成,无线通信技术子模块由无线局域网、无线传感器网络、NBIOT、5G通信技术等课程构成。RFID技术子模块由电子标签、125K低频射频识别、13.56M高频读写应用等课程构成。这些课程在内容上有比较多的重叠,如果将无线通信技术子模块中几门课程的内容打通,将原来独立开设的课程分成三、四门内容前后衔接的无线通信技术类课程,则减少了课程内容的重复,降低了占用的总学时数或者在保持原有总学时数的条件下可以将教学内容拓宽。

考虑物联网专业当前的培养目标,同时顾及物联网专业未来发展的需要,每个课程模块中所包含的具体课程可以根据需要进行调整。课程模块中每门课程的内容需要专业教师认真分析专业的需求进行取舍,并且保证同一课程模块中的课程在内容上前后衔接。

为将上述划分的物联网技术应用各课程模块落到实处,可将物联网课程体系划分为专业基础课、专业核心课以及专业拓展课,让学生对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。

专业核心课程如下表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,主要进行实训方面的学习,学生在大二可开始相应课程的学习。

序号 课程名称 主要教学内容
1 传感器应用技术 各种传感器的原理及其特性和主要参数;传感器的信号处理方法和接口技术;抗干扰技术、测量及误差处理的基本知识;各种机械、过程、图像量的检查技术;传感器的选择与安装、调试技术等
2 单片机技术 单片机硬件系统、单片机开发系统、MCS-5l指令系统、汇编语言程序设计、定时与中断系统、单片机显示和键盘接口、A/D与D/A转换接口、串行口通信技术、单片机系统扩展及单片机应用设计与实例。
3 C语言程序设计

 

以STC或STM单片机为基础,讲解常规C语言的语法和流程控制,讲解外围IO的读取和控制,串口、spi、iic通讯机制
4RFID应用技术介绍自动识别技术特别是RFID技术的基本原理及应用,突出了电子标签制作,读写器调试等基本技能的培养,通过企业项目的仿真,系统地介绍基于RFID技术的物联网工程的导入和构筑方法。
5Linux操作系统操作系统的基础知识、Linux的安装与启动、Linux基本应用、Linux系统管理、Linux网络应用和Linux系统安全运行及管理。
6软件工程介绍了最新软件工程方法的基本思想和开发过程,内容包括绪论、软件定义及计划、软件项目管理技术、面向对象软件工程等。运用传统软件工程学的方法进行软件开发的详细过程与开发实例、软件开发文档的编写及实例、基本的软件项目管理技术。
7无线传感网络技术无线自组网的基本概念、基本结构;发展概况,物联网无线自组网中的移动性管理;拓扑发现与通讯感知、功率控制和负载均衡;以及ZigBee、蓝牙、WiFi、NBIoT等无线网络的基本原理、组建技术
8物联网嵌入式开发以STC15、CC2530单片机及Zigbee为研究对象,从单片机、传感器、无线传感网三个层面阐述了物联网嵌入式开发关键技术及部分典型应用,全书共分为6个项目,共27个实训任务,主要内容包括物联网融合平台的体验、传感层开发环境的搭建、STC15单片机应用开发、传感控制器的应用、CC2530单片机应用开发、传感网络的实现以及各领域的典型任务案例
9物联网中间件技术介绍物联网中间件的基础概念和技术,并以主流物联网中间件平台为例,介绍物联网中间件平台的组成,以及基于物联网中间件平台开发物联网系统和应用的方法。
10物联网项目设计与实施以环境监控系统、智能消费系统、视频监控系统、智慧教室、工业物联网、智慧城市应用系统、远程监控系统、智能家居综合应用系统等典型物联网系统为载体,讲解物联网综合项目的规划、感知层、传输层及应用层环境的设备安装部署和调试,相关软件的安装与调试及系统故障诊断与排除
11物联网

.NET开发

内容涵盖了.NET Framework体系结构、Visual Studio开发环境、C#语法基础、C#面向对象技术、Winform窗体程序设计、多线程、委托、事件、网络编程、文件操作、数据库编程、WPF程序设计、唯众物联平台技术应用共13个方面
12物联网移动应用开发基于唯众物联网实训设备进行讲解,主要包含:物联网综合实训平台使用、唯众物联网网关操作、温湿度采集、智能楼宇、智慧消防、智能家居、环境数据存储与查询,等任务进行讲解,最后以唯众物联网云平台为基础,讲解使用Android进行云端开发
13数据库技术MySQL围绕图书管理和学生管理2个项目实例,掌握基本的数据库理论知识,能够读懂数据库设计方案,掌握在软件开发中应用数据库的方法,熟悉软件开发应用数据库的关键操作步骤。

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训知识完成一些典型案例的综合应用。

为培养学生实践能力,强化学生的创新能力、科研素养和团队协调能力,建设的物联网技术应用项目如下表所示。

课程分类 课程名称 实训项目 实训内容
感知层 单片机程序开发 项目一、按键点灯 通过外部中断的方式,实现LED灯的亮灭控制。
项目二、LED亮度控制 利用单片机定时器功能实现PWM功能,从而驱动控制LED灯的亮度变化。
项目三、外部信号采集 通过ADC测定芯片外部光敏传感器的电压值,并通过串口发送电压值。
项目四、温湿度采集 通过编程实现温湿度数据的读取,在节点模块的液晶屏幕上进行显示,当用手接触温湿度传感器时,获取值会产生实时变化。
项目五、继电器控制 通过编程实现继电器对风扇的启停控制,点击继电器面板上的黑色按键,当点击次数是偶数次,风扇启动;当是奇数次,风扇停止转动。
传感器应用技术 项目一、人体检测传感器实验 通过编程实现人体检测,如果有人,OLED 屏幕将显示“1”,如果没人,OLED 屏幕将显示“0”。
项目二、压力传感器实验 通过编程检测压力传感器的压力值,达到阈值控制蜂鸣器发声,并在OLED屏上显示压力值。
项目三、霍尔传感器实验 通过编程检测霍尔传感器的是否触发,从而控制蜂鸣器发声,并在OLED屏上显示出发次数。
项目四、步进电机原理及控制实验 通过编程实现,按键控制不见点击转动。
RFID技术应用 项目一、RFID读写器与天线安装 根据RFID接口类型来完成RFID与控制器或计算机连接,根据RFID设备完成RFID 天线的安装与装置
项目二、RFID标准的应用与分析 熟悉和学习ISO/IEC18000-3,ISO15693标准规范的天线使用技术,通过示波器观测从电子标签返回的信号
项目三、无源RFID读写实验 掌握读卡器与网关的连接,熟悉无源标签(也称无源卡片、无源卡)的写操作、以及在计算机上通过串口读取标签信息。
无线传感网络技术应用 项目一、人体感应灯的开关 通过Zigbee用人体红外模块采集人体感应信息为有人状态时,向继电器模块发送指令,点亮灯泡;当人体红外模块采集人体感应信息为无人状态时,向继电器模块发送指令,延时5秒,熄灭灯泡。
项目二、温度感应风扇的启停 利用温度模块采集环境温度信息,当温度大于25度时,向继电器模块发送指令,开启风扇;当温度低于25度时,向继电器模块发送指令,关闭风扇。
项目三、射频识别卡号的播报 当射频识别模块有刷卡行为时,语音模块对当前所刷的卡号进行播报。
项目四、仓库自动通风的控制 用湿度模块采集采集环境湿度信息,利用有害气体模块采集环境有害气体信息,当湿度或者有害气体浓度大于指定值(本例中湿度上限指定60,可燃气上限指定5),向继电器模块发送指令,开启风扇;反之,向继电器模块发送指令,关闭风扇。
项目五、楼梯感应灯的实现 通过Zigbee同时检测人体和光照,当同时满足两个条件时开灯;否则关灯。
物联网嵌入式开发 项目一、物联网融合平台的体验 通过物联网融合平台的操作,创建一个智能家居的体验场景,实现随着室内温度的变化自动开关风扇、检测可燃气泄露报警、根据光线的明暗自动开关灯等功能。同时可以根据用户添加自定义数据采集和策略来增强体验感。
项目二、传感层开发环境的搭建 安装物联网传感层单片机开发环境Keil C51,根据单片机型号进行环境配置,在开发环境中完成一个工程文件的编写,利用stc-isp-15xx-v6。86C烧写软件完成单片机的下载,进行功能测试,观察结果。
项目三、STC15单片机应用开发 在Keil C51开发环境中,通过对STC15W4K56S4单片机程序开发,以节点板上LED灯为主要验证对象,实现的中断控制按键控制LED灯亮灭、定时器控制LED灯闪烁、计算机串口通信方式控制LED灯开关、PWN控制LED灯明暗及ADC读取电压的功能。
项目四、传感控制器的应用 在Keil C51开发环境中,通过单片机对温湿度传感器、光照传感器、人体红外传感器、继电器以及点阵控制,通过单片机GPIO口、串行通信接口以及ADC模数转换等接口实现各类传感器数据的读取。
项目五、CC2530单片机应用开发 在IAR for 8050开发环境中,通过对CC2530程序开发,以节点板上蜂鸣器为主要验证对象,实现的中断控制按键控制蜂鸣器响起和停止、定时器控制蜂鸣器响起和停止、计算机串口通信收发数据、ADC读取温湿度传感器的值及内部看门狗控制CC2530重新启动的功能。
项目六、传感网络的实现 通过人体、温湿度、射频识别、光敏及可燃气等传感器的信息采集,利用Zigbee无线网络通信,实现对应设备的智能控制。
传输层 嵌入式Linux应用技术 项目一、多文件makefile编写 在同一目录下用vi编辑 makefile,然后用make验证所编写的makefile是否正确。
项目二、主机开发环境搭建 开发环境: Linux+minicom

Linux:定制或全部安装。下载安装交叉编译器3)设置 windows下超级终端。

配置网络:主要是配置NFS,需关闭iptableso。

项目三、挂载NFC根文件系统通过此实验,学员可以熟悉Linux内核中NFS 配置的选项,并可以编译一个支持NFS 的内核。
项目四、用消息队列编写一个客户端服务器通信的程序通过此实验,学生可以熟悉消息队列的概念,并能够用消息队列编写一个客户端服务器通信的程序。
物联网中间件技术项目一、物联网软硬件平台实验利用物联网中间件系统实验箱了解物联网软硬件开发框架。
项目二、唯众融合云平台协议分析工具实验掌握唯众融合云平台协议分析工具,了解ZXBee数据通信协议规范和物联网传感器的协议设计。
项目三、唯众融合云平台实时数据接口实验了解唯众融合云平台Android软件框架:掌握唯众融合云平台实时数据接口的使用。
项目四、唯众融合云平台自动控制接口实验了解唯众融合云平台Android软件框架:掌握智云自动控制接口的使用,
应用层物联网.NET程序开发项目一、搭建Visual Studio开发环境通过安装包完成应用软件的安装,在应用软件安装成功后,进行个性化的开发环境设置并实现第一个C#项目的创建及运行。
项目二、手机充值系统开发联通手机充值项目模拟联通营业大厅客户端的充值、查询功能。
项目三、银行卡开户管理银行卡开户管理项目实现了银行新账户开户,模拟了ATM机上的存款、取款和余额查询功能。
项目四、会员管理系统会员管理系统要求利用.NET WinForms编程实现某会员管理系统中会员注册和会员登录功能。
项目五、智能大棚控制系统自动监测大棚内环境温度及光敏数据,数据每隔5秒自动进行刷新。
物联网移动互联程序开发项目一、物联网综合实训平台与物联网融合平台的使用实训平台使用、物联网融合平台使用、温度采集、湿度采集。
项目二、智能楼宇智能照明、智能考勤、楼宇文化显示系统。
项目三、智能消防可燃气体数据采集、智慧消防联动控制。
项目四、智能家居智能门锁、室内光线采集、室内环境数据统计。
项目五、环境数据存储与查询温度值数据存储、温度值历史查询。
智能家居项目开发项目一、认知智能家居智能家居简介、智能家居行业概况、智能家居特点、智能家居应用领域、智能家居行业未来展望。
项目二、智能家居案例与结构智能家居案例介绍、学习常见智能家居系统的结构、掌握智能家居工程实训系统架构。
项目三、智能家居常用通信技术ZigBee简介、Wi-Fi简介、蓝牙简介、RF433M简介。
项目四、智能家居火灾预警系统通过Zigbee用红外传感器检测到有火出现时进行预警,实现火灾预警系统。
项目五、智能家居安防报警系统通过Zigbee用人体检测传感器检测到有人时报警,实现安防报警系统。
项目六、智能家居环境监测系统通过Zigbee使用温湿度以及光照传感器实现环境检测系统。
物联网项目设计与实施项目一、智慧教室系统设计与实现通过无线通信网络接入方式,把传感器和教室设施与互联网相连接,进行信息交换和通信,实现LED显示系统、灯光控制系统、空调控制系统、门窗监视系统、通风换气系统和视频监控系统。
项目二、智慧水培应用系统设计与实现智慧水培应用系统通过信息收集、负责接收无线传感汇聚节点发来的数据、存储、显示和数据管理,实现所有基地测试点信息的获取、管理、动态显示和分析处理以直观的图表和曲线的方式显示给用户,并根据以上各类信息的反馈对农业园区进行自动灌溉、自动降温、自动卷模、自动进行液体肥料施肥、自动喷药等自动控制。
项目三、智慧农业系统设计与实现物联网智慧农业系统模拟一个农业大棚场景为教学实训案例,实训场景为大棚内农作物生长环境进行监控,包括大棚的温度、湿度、光照强度、土壤的湿度等数据。在监控数据达到阀值后开启或关闭风扇、灯光、浇灌设备,并可以使用摄像机实时监控农作物生长情况。
项目四、智慧交通系统设计与实现物联网智慧交通系统模拟路口交通信号灯场景,抓拍闯红灯车辆为教学实训案例,实训场景对闯红灯车辆进行抓拍,使用RGB传感器模拟交通信号灯,使用动画效果模拟车辆在路上行驶,当车辆闯红灯时,使用摄像头进行拍照,并进行语音播报提醒。
项目五、智能楼宇系统设计与实现物联网智能楼宇系统模拟一栋楼房的场景为教学实训案例,实训场景使用传感器联动控制门锁,可实现手动刷卡开门或通过移动端远程开门;楼宇内环境进行监控,包括楼宇的温度、湿度、光照强度等数据;在监控数据达到阀值后开启或关闭风扇、灯光等设备;使用点阵传感器模拟楼宇内大屏显示信息;通过摄像头对机密室进行实时监控,当有人进入指定区域时触发红外传感器报警,摄像头进行拍照,并语音提醒监控室人员。

2.建设与课程体系相匹配的实训基地

在构建完相关理论与实训课程体系后,建设与课程相对应的实训基地就成了重中之重(如下“物联网实训基地效果图”所示)。结合物联网技术应用专业学生所要掌握的综合职业能力,建设的实训基地由物联网布线区、智能安防实训区、综合实训区、基础实训区、创客实训区、植物生长展示区、厨房体验区、智慧医疗体验区、安防体验区、智能家居体验区、沙盘区等区域构成,师生可在不同的区域进行不同种类的实训教学,提高学生专业实践能力和综合技术运用能力。

物联网实训基地效果图
物联网实训基地效果图

四、小结

实训基地是各高校培养学生综合职业能力来满足时代所需的技能人才的重要平台,本文从高质量课程体系的建设、与课程体系相匹配的实践基地,以及唯众物联网实训基地建设的例子,详细介绍了培养学生综合职业能力的职业院校实训基地的建设,通过实训基地实训的开展,能够有效调动学生学习的主观能动性、提高学生分析和解决工程实际问题的能力,为制造类企业培养高素质现代技能人才以适应国家关于职校技术人才培养的时代需求。

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