虚拟仿真技术在物联网专业的教学应用

朱阳 邱飞岳

随着虚拟仿真技术在物联网专业教学中的成熟应用，能利用仿真技术将物联网设计运用情景和传统教学方法相结合，构建桌面式虚拟仿真平台、三维物联网应用平台，将虚拟设备、虚拟情景和教学知识体系相结合，为实践教学的展开提供条件，加强学生的学习体验。基于仿真技术的物联网教学，能解决教学效果差、物联网教学情景无法细致描述等问题，促进教學活动顺利展开。

1虚拟仿真技术在物联网专业教学中的架构

采用虚拟仿真技术和通信技术建立物联网虚拟仿真教学平台，能解决教学实践中存在的真实度不够、硬件设施不足的问题，形成新的实验教学和认知模式，为学生提供充足的实践教学机会，使其在实践中加深自身印象。从物联网教学需要来看，基于仿真技术的物联网教学应注重桌面式仿真平台、增强式仿真平台、三维虚拟平台的构建。一是桌面式仿真基础平台，利用二维桌面式仿真系统为基础，包括传感器、网关、执行器、电源、终端射频设备等，学生没有接触实验设备前，可利用仿真系统了解并认识这些物联网设备，为之后专业学习和物联网应用场景的构建提供基础。二是增强式虚拟场景，是指利用传感器虚拟仿真平台，将典型的物联网案例作为实际场景，直观地向学生呈现课程内容，并在VR技术应用下模拟现实场景的数据收集模块、通信模块和控制模块，采取体验式教学模式，对即将讲解的知识点进行深入体验和交流，并在人机交互中完成学习任务。

2基于虚拟仿真技术的物联网实践教学设计

2.1渐进式教学设计

虚拟仿真平台应用到物联网教学中要遵循由简到繁、由易到难的设计原则，使学生利用仿真平台逐步掌握知识内容，落实渐进式学习计划，并在掌握基础教学知识的情况下进行创新，是培养学生创新思维、加强教学效果的有效措施。仿真实验包括以下几个阶段：一是认知性实验，是指用仿真平台中的物联网设备、仿真沙盘、三维仿真环境、元器件等内容，使学生对物联网有关知识有一个初步认知;二是验证性实验，该阶段是基于仿真平台进行专项技能训练，加大学生对物联网基本技能的掌握，例如WSN技术、RFID技术、编程技术等都可作为这一环节的学习内容，学生根据自己的学习需要，进入物联网仿真系统后选择相应的传感器组件、RFID组件来搭建虚拟的实验环境，在特定情境中加深学生对物联网知识技能的掌握。学生还可利用系统中的测试功能检测设备运行情况，对通信过程有一个具体了解;三是设计性实验，这一阶段学生会根据学习任务利用仿真平台构建应用环境，按照实验指导和流程规定，利用编程软件进行设备研发;四是创新性实验，对实验内容感兴趣的学生，可在完成上述实验学习内容的情况下，利用仿真平台提供的行业内物联网应用系统进行设备调整和应用程序开发等，加强真实环境和虚拟环境的联动，通过应用程序控制虚拟设备。

2.2虚拟教学模式在实训中的运用

物联网虚拟仿真教学往往是根据真实项目，创设现实场景，在仿真平台上进行物联网项目的开发。开发过程中进行任务分配，主要任务包括项目分析、设备选型、图纸设计和技术准备等。在仿真平台上选择需要的设备并连线，在虚拟仿真平台中进行硬件程序的测试和模拟运行，各个模块功能测试完成后，搭建虚拟场景。在教学实践中，物联网实训仿真平台和现实技术的结合，能发挥仿真平台在辅助教学、加强体验认知上的作用，打造物联网虚拟仿真教学新局面，便于今后的物联网教学，并能加大对教学进度的控制。

2.3实验教学的趣味性设计

现代教育环境中，要求教学内容具有直观性、形象性的特点，降低学生学习难度。物联网技术涉及知识面较广、设备操作复杂、技术原理较难，为了培养学生物联网学习兴趣，要充分利用虚拟仿真平台涉及趣味性实验内容，在操作过程中调动学生积极性。例如在WSN实验中，让学生利用仿真系统模拟光照参数、湿温度的变化，或由测试程序发动指令到继电器，用来控制电灯、电风扇的开关的，通过模拟真实情境，使学生意识到物联网学习和现实生活的密切关联，吸引学生注意力，达到理想的物联网专业教学效果。另外，还可设计综合实验项目，如在搭建智能仓储管理系统时，将实验项目分成上位机开发、设备集成、移动端开发三个模块，对班级学生进行分组，分工负责，其中负责设备集成的小组成员要根据项目要求，在仿真平台中选择相应的电源、标签类型和阅读器型号等，连接电缆和串口，以便达到智能管理系统的功能要求。上位机开发方面，负责成员要进行数据库系统的设计，利用C#开发工具进行上位机程序、通信程序的开发以及功能设计。而负责移动端开发的成员，要在开发平台设计界面操作、物品统计及查询等功能，之后将开发完成的系统放在物联网环境中测试，在实践操作中加强综合项目训练。

综上所述，虚拟仿真技术应用在物联网教学中，能解决实验室建设成本高、管理困难的问题，采用丰富的教育资源能为学生提供直观的实验情境，是创新物联网教学模式的有效措施。这种教学情境下，学生思维能力得到充分发展，并能帮助学生养成高效的学习方式，为教学信息化的实现提供技术支持。