论水质在线监测系统与物联网方向教学标准的转换

引言

国务院促进高职教育发展专题会议指出：高职教育是促 进转方式、调结构和民生改善的战略举措，以改革的思路办 好职业教育，对提升劳动大军就业创业能力、产业素质和综 合国力意义重大虬电子信息产业作为国民经济的支柱性产业, 在计算机互联网时代发挥了无可估量的作用，与之适应的应用电 子技术专业为该产业培养了大量掌握电子电路分析、电路制作、 样机调试、微控制器应用设计及编程等相关理论知识和操作技 能的高素质人才，这为信息技术产业带来了巨大的人才红利。

当今，物联网技术作为新一波科技革命浪潮的主要驱动 力，自2006年IBM公司提出概念以来，短短几年时间在国 内外迅猛发展成朝阳产业，智能物流、智慧交通、智慧农业、 智慧电网、智能家居、智慧环境等已深入现实生活。物联网技 术及产业转型自应用电子技术，综合了传感器、射频识别技术、 数据通信技术、嵌入式技术以及计算机软件技术，横跨多个 学科，对大专层次的应用电子技术人才培养体系提出了巨大 挑战。为了适应产业转型升级，需要从典型的物联网工程案例 出发，将物联网技术应用项目及其实施过程转换为学习领域, 确立应用电子技术专业物联网方向的培养目标，细化课程体系 和教学标准。

具体到建筑行业的高职院校，物联网方向专业应培养面 向建筑智能化信息系统集成和产品制造第一线，从事物联网智 能家居系统集成设计、安装调试、维护维修及其系统产品研 制、生产、销售、技术服务工作，具备扎实的物联网智能家居 系统架构知识和电子电路基础理论知识，能够设计和集成智 能家居系统，分析电子产品的工作原理，掌握智能家居行业电气安装、系统调试、维护维修、产品设计制造的技能和方法, 胜任物联网智能家居行业相关岗位的高素质技能型专门人才。 毕业生具备诚信品质、敬业精神和责任意识，遵纪守法意识, 树立终身学习理念，具有良好的学习能力、交流沟通和团队 协作能力、创造能力、就业和创业能力。

1水质在线监测系统与学习领域的转换

水质在线监测系统是典型的物联网技术应用工程，其结 构分为三层：第一，以水质监测仪器、传感器构成的水质数 据采集层；第二，以基于ZigBee无线通信网络结合接口电路 的数据传输层;第三，水质在线监测系统的管理层，包括服 务器和数据库，提供Internet访问形成共享层。基于三层结构, 成功构建的流溪河水质监测系统能够实现在线、实时的数据 无缝融合，水质在线监测平台提供互联网数据远程访问共享, 并为生活饮用水质监测预警和流域水生态系统健康保护决策 提供支持。水质在线监控系统由网络服务器、管理层监控机、 ZigBee无线传感器网络组成，这是一个层次型网络结构，最 底部为传感器终端设备，向上层依次为路由器、协调器和监 控机、服务器。服务器配置网络数据库，可通过Internet网 络向授权用户提供数据访问共享。监控机采用PC机，主要是 查看和分析处理水质数据。ZigBee无线传感器网络负责水质 数据的采集，由ZigBee传感器网络终端设备、ZigBee传感器 网络路由器、ZigBee传感器网络协调器暨网关组成。ZigBee 传感器网络协调器暨网关的功能之一是负责发起网络，对其进 行管理和维护，包括对任意时刻新加入网络的设备分配网络 地址，管理节点加入和离开，网络安全密钥分发和更新；其二 是承担数据采集层网络与管理层网络的数据交换和协议转换, 将采集的数据上传给管理层的监控机。

根据水质在线监测系统的构成和实施工作步骤，转换到学 习领域，主要包括以下几个方面:(1)水质探测传感器及其接 口电路，主要是RS-485总线和Modbus通信协议；(2) ZigBee 2014年/第9期物联网技术13\

无线通信网络组网与数据通信控制；(3)网络服务器数据库及 数据共享发布软件开发。

2物联网方向的专业教学标准

2.1专业教学标准与课程标准

专业教学标准是保证专业人才培养质量的重要文件，涉及 课程体系、课程教学标准、教学环境、教学团队，从不同方面 体现了'工学结合”的高职教育人才培养模式，简单来说称为'411” 模式，即第1-4学期完成支撑专业核心能力的理论基础知识的 学习和各专项技能的训练；第5学期通过生产实习、智能建筑 电子产品设计与制作、专业证书考证训练等综合课程形成专业 能力、方法能力和社会能力；第6学期到企业顶岗实习，完成 职业素养的全面形成。其中核心课程有:单片机原理与接口技术、 检测与控制技术、物联网技术、Web编程技术及其实训，涵盖 水质在线监测系统的知识领域。实践技能培养方面主要有电子 产品的设计、制作、维修、系统集成调试等能力。

课程标准是对学生接受课程教学之后的结果所做的具体 描述，是教育质量在特定教育阶段应达到的具体指标，是对 课程教学的基本规范和要求，是教学管理和课程评价的依据, 是教材编写、教学实施和考试命题的依据。下面详述《物联网 技术》和《物联网实训》两门课程的课程标准设计。

2.2《物联网技术》课程标准

课程性质是应用电子技术专业的专业核心课程，作用是 使学生了解物联网的基本技术体系架构、概念、以及相关操作 技能，包括无线传感器网络、无线射频、嵌入式终端技术等, 典型应用如一维码、二维码、EPC、RFID、WSN、智能卡、 M2M等。通过课程学习对无线通信原理、云计算、智能技术、 安全技术有一定的了解。前期必修课有《C语言程序设计》、《单 片机原理与接口技术》、《检测与控制技术》，后续学习《物联 网实训》、《智能建筑电子产品设计与制作》课程。课程整体设 计方面，分为“感”、“联”、“知”、“控”四个方面，分别学习 物体感知、身份识别、数据采集，互联互通、信息交互、信 息共享，数据综合、存储、管理、分析，智能应用控制等方面 的技术架构。相对于计算机网络课程，本课程侧重于底层通 讯原理即无线通讯和高层数据为中心的中间件与应用层的讲 授，同时延伸扩展无线传感器网络、RFID和智能交通、智能 仓储物流、智能电网、智能家居的应用。

课程目标设计分为工作能力目标和职业能力目标。工作 能力目标包括：

运用物联网系统的体系架构和技术特点选择合理的 物联网应用系统方案；

根据应用的需要正确运用传感器技术和RFID技术， 设计无线传感网络，实现感知和识别；

根据应用的需要选择合理的通信方式和联网方式；

设计应用系统的组成结构，进行系统集成、安装调 试和维护，熟悉智能家居统的组成结构。

职业能力目标包括以下两个方面：一是物联网技术应用 与系统设计能力；二是物联网系统集成、安装调试、运行维 护的能力。

课程内容设计上，可以分为五个单元学习情境，每个单 元分若干任务。具体情境如下：

认识物联网。也就是要求掌握物联网的概念和体系 架构，了解物联网的特点、发展、标准化；

物联网感知与识别。具体任务如下：

任务1 :传感器数据采集，要求了解传感器的组成、分 类和常用传感器的原理和应用。掌握磁检测、光照、红外对射、 人体感应、温湿度、烟雾检测等传感器数据采集系统的组成、 特点及其应用；任务2 :射频识别，掌握RFID系统的组成、 原理、分类及其应用，了解一维码、二维码的应用。

物联网通信与网络技术。具体任务如下：

任务1 :无线数字通讯技术，了解数字通信系统的组成、 传输方式、信号的形式、数据编码及质量指标，了解数据链 路、数据交换、通信网，了解无线信道复用与扩频技术；任 务2 :短距离无线通信，了解蓝牙技术、超宽带技术的原理和 特点，掌握ZigBee接入技术；任务3 :点对点无线通信，了 解CC2530芯片点对点通讯操作，使用IAR开发环境设计程 序，实现ZigBee模块之间点对多点通讯；任务4 :点对多点 无线通信，CC2530芯片点对多点通讯操作，使用IAR开发环 境设计程序，实现2个ZigBee模块之间点对点通讯；任务5 : ZigBee模块无线组网，Z-Stack2007协议栈架构、开发流程、 工程配置，掌握ZigBee模块无线组网原理及过程；任务6 : 无线传感器网络数据采集系统集成，掌握基于ZigBee模块的 传感器数据采集传输的实现过程；任务7 :无线局域网与广域 网接入，了解Wi-Fi技术、Ad Hoc技术、无线城域网技术、 无线广域网技术及M2M技术，会组建无线网络访问Internet。

物联网应用之生态环境保护。具体任务是水质在线 监测系统的构建，了解生态环境保护物联网应用现状，掌握 水质在线监测系统的结构组成。

物联网应用之智慧城市与智能家居。具体任务如下:

任务1 :智慧城市的架构，了解智慧城市的架构，掌握 其系统的结构组成；任务2 :智能家居系统构建，了解智能家 居应用现状，掌握智能家居系统的结构组成。

2.3《物联网实训》课程标准

课程性质是综合能力形成课程，以实际物联网应用项目 为实训载体,通过实训，培养物联网系统集成调试和解决实际

问题的能力，培养职业道德和职业素养，积累实践经验，增 强专业学习兴趣和信心。按照基于实际工作过程的课程设计思 路，以项目为载体，任务为驱动，在物联网终端平台、智能网 关、RFID、ZigBee和M2M等模块基础上集成无线传感网络 (WSN),收集传感器数据，构建识别感知、传输、数据共享 与控制三层架构的技术体系,实现物体智能化监测联网与控制, 使学生获取物联网应用系统设计与集成的知识和技能。课程设 定工作目标：一是标识与感知；二是构建无线通信网络；三是 安装应用软件。职业能力目标是具备物联网系统集成开发能力 和系统运行维护能力。

课程设置三个单元学习情境，具体如下：

感知与标识。任务1 :构建RFID标识系统，掌握 RFID标签读写设备操作；任务2 :构建传感器数据采集系统, 掌握传感器数据采集模块的安装与编程设置操作，会运用上 位机收集传感器数据；任务3 :构建无线传感器网络，掌握基 于ZigBee终端、路由器模块的WSN网络构建编程与设置。

网络组建。任务1:组建ZigBee无线通信网络，掌握 ZigBee无线通信网络的组建，会对网络协调器模块进行安装 与编程:任务2 : ZigBee网络与Internet互联，掌握ZigBee 无线通信网络协调器模块与PC机通过串行口进行数据传输和 存储，会构建数据库并存储数据。

控制与服务发布。任务1 :安装终端控制平台软件, 掌握ARM终端平台的软件安装流程，会构建控制界面对物联 网系统的对象进行控制；任务2 :物联网服务发布，掌握物联 网数据访问和服务发布，会编写简单的Web访问客户端页面。 3专业人才培养支持体系

明确专业定位和确定专业教学标准之后，应重点从实践 教学环境、教学团队建设等方面完善人才培养支持体系建设 上下功夫，进一步完善“工学结合”人才培养模式的内涵。

3.1实践教学环境

为满足教学体系中的实践环节，配置专业实践条件和环 境，硬件方面应有计算机和物联网实训教学平台，实现包括传 感器模块、无线通信模块、嵌入式模块、服务器、局域网络 配置和搭建的操作。软件方面应有IAR开发环境、嵌入式交 叉开发环境，以及单片机仿真软件。

3.2教学团队的建设

教学团队是专业教学标准实施的承担主体，应注重“双师” 素质的建设，不但具备电子技术、通信、计算机等学科专业 背景知识，更应该积累系统集成和实施的经验。同时应适应 现阶段职业教育的模式要求，不断更新教育教学理念，整合 教学学资源，深化专业与课程改革。

4结语

从专业适应产业转型角度出发，以水质在线监测系统为 典型工程案例，在剖析物联网系统组成和转换学习领域的基 础上，重点讨论了应用电子技术专业物联网方向的教学标准， 主要以《物联网技术》和《物联网实训》两门课为例，阐述体 现“工学结合”人才培养模式的课程设计，及实训环境、教学 团队等支持体系的构建。

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