物联网学的技术范文

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DOIDOI：10.11907/rjdk.162593

中图分类号：G434

文献标识码：A文章编号：1672-7800（2016）012-0182-03

0 引言

近几年来，物联网技术研究的热点问题包括射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备。在物联网技术中，各设备按约定的协议都可以与互联网相连接，并且所有联网的物品可以进行信息交换，也可以进行通信，这样就可以实现对物品的智能化识别、跟踪、定位、监控和管理。所有技术的研发都是为了更好地服务于人类社会，作为一项高新技术，只有将其应用到合适的场景才能最大化其价值。将物联网技术应用于教育教学领域，即是体现其价值的一个方面[1-2]。

实验教学是现代高等教育的重点，其教学模式也在不断发展和改进。为了满足学生在学习时间和学习内容上的选择自由性[3]，提出了开放式实验教学模式。然而在开放式教学模式下，教学对象、内容、时间等因素的不确定性以及教学计划的个性化使实验教学管理的难度骤增，同时导致大量的实验教学管理信息及处理任务量[4]产生。为了保证开放式教学模式的顺利推进，可以利用物联网技术对现有的实验教学管理体系进行改革，为师生提供更为便利的开放式实验教学环境，这样不仅能够锻炼学生的实际动手能力，培养学生的创新精神，更有利于学生专业综合素质和工程实践能力的培养与提高[5]。

1 相关工作

在已有的一些研究中，物联网技术被应用于学校中的一些场景，研究提出了基于物联网的智慧教室[6-7]、基于物联网的图书馆设计[8]、物联网技术在校园安全中的应用[9]、基于物联网的实验室管理[10-12]等概念。

物联网教室和传统教室的功能相似――为学生提供舒适的学习环境，以提高学生的学习效率[6]。由于传感器节点对于环境温湿度的精确感应，使得物联网教室可以高效、精确地为学生提供学习舒适性。通过物联网所提供的大量的传感技术、无线通信技术，以及微处理控制系统，使智能照明系统能够“感知”环境，根据外界情况的变化作出相应的应对策略，还可以避免能源浪费。相比人工控制教学楼照明灯，物联网控制实时性强，而且可以全天候工作[7]。

图书馆管理系统[8]通过RFID标签获得对图书的感知，并通过读者随身携带的智能手机对读者进行感知。同时，师生还可以通过手机对借阅情况进行查询，当所借阅书本快要到期时，可以发送信息进行提醒。通过在学校图书馆应用物联网技术，可以有效提高管理效率，提高自动化程度，降低人力成本，并大大方便师生的借阅活动。

基于物联网的校园安保措施主要有以下几种：在宿舍物品安全系统中添加报警装置，构成宿舍安全系统以防宿舍发生意外事件，从而保护学生的人身财产安全；在每栋公寓入口处安装RFID门禁系统；在教学区域设置门禁系统，并将门禁系统分为安全通道和普通通道两类，携带物品上贴有RFID标签，可实现物品的安全检测[9]。

随着技术的发展，物联网专业也急需大量专业人才，对人才的需求上，要求其具有一定的理论基础及动手能力，这对实验室的要求也有所提高[10]。物联网实验室需要将光载无线通信、WiFi 无线局域网、移动通信、嵌入式设备服务器和射频识别几种前沿技术融为一体，构建基于移动通信的无线信息网络系统[11]。将RFID技术系统应用到实验设备的管理上，不仅使设备的统计效率大大提高，而且能实现实验设备资源的合理统筹[12]。传统的对于物联网实验室特别是实验设备的管理成本高而效率低，这给实验室的使用带来了一定的影响，目前我国大部分学校的实验室管理普遍存在计算机系统的自动化程度低，实验室管理不严、监管不力等问题，因而，实验室管理在学校管理和教学环节具有重要的意义[13]。

在文献[14]中，作者通过对物联网系统构架与关键技术的分析，利用Zigbee短距离无线通信技术、无线传感器网络智能组网技术，结合物联网视频网关、多种传感器采集、控制节点与现有Internet网络、3G网络，构建了物联网系统。传统的实验室存在工作繁琐、效率低下等弊端，如学生不能及时了解实验内容，必须到实验室去预约并由教师登记等。随着技术的发展，针对智能化管理实验室的需求，提出了基于物联网的智慧实验室，如机房自动管理系统等，这些方案在实验室信息管理、人员管理、设备管理等方面展示了优势[15-16]。

2 基于物联网技术的实验教学体系

本文将物联网和互联网结合起来，充分发挥两者优势，提出了一种基于物联网技术的实验教学体系。该体系服务于实验教学和管理工作， 在开放的网络环境下促进教学手段改革和保证教学、管理质量的督导体系建设，既满足了学生个性化需求，也充分合理地利用了实验室资源，实现了教学管理的自动化。该体系的构建包括软件系统建设和硬件系统建设两个方面。

2.1 基于物联网技术的实验教学软件系统

基于物联网技术的实验教学软件系统建设主要以校园网为依托，以实验教学管理区块为核心，实验课堂教学区块为主体，实验室课外辅助区块和实验室网络管理区块为辅助，构建立体化的开放式教学环境。该系统同时面向教师和学生这两类有着不同需求的用户对象，将在功能实现的基础上提供一个友好的操作界面，采用实名注册登录制。该软件系统的具体结构如图1示，下面将对其包含的各个区块进行详细的功能介绍：

（1）实验教学管理区块。该区块不仅可以方便学生进行网上选课，参与网上评教，也可以方便教师在线实验考试成绩。学生在预约实验课时需要对实验设备进行预约，做到每位学生对应一台实验设备，学生完成实验后，设备会对学生的实验结果进行记录，也可以避免实验设备的损坏。另外，该区块还对教师和学生的个人信息以及实验教学数据进行存储和维护。

（2）实验课堂教学区块。该区块包括5个主要功能：①为学生提供在线实验预习服务，也即学生可以通过该区块在网上提前熟悉实验内容和实验仪器的操作方法；②该区块将实时监控学生的课堂实验操作，确保学生能够安全和规范地使用实验仪器；③该区块可以将学生课程的实际测量数据根据教学时间、地点和内容存入其个人信息库，以供学生课后登录个人系统进行查看和下载；④该区块在线为学生提供虚拟仪器和仿真平台服务，并且可以将学生的课堂仿真结果存入其个人信息库；⑤学生可以通过该区块提交电子实验报告。

（3）实验课外辅助区块。为了促进学生的课后学习，为学生答疑解惑，该区块可以方便教师上传课件和教学演示视频、提供师生交流论坛，以及在线答疑辅导网上应用空间。此外，可以进一步利用物联网技术实现课堂互动的智能化。

（4）实验室管理区块。一方面为了实验教学的正常开展，该区块可以为师生提供在线预约实验室和实验仪器的服务，并在线管理实验仪器的使用记录；另一方面，为了保障实验室的安全运行，该区块对实验环境进行监控，实时显示实验室的环境数据（例如温湿度、有害气体指标等），并带有安全报警功能。另外，该区块可以在线维护实验仪器的故障信息，以方便实验仪器的维修和整理。物联网技术的应用使得实验室的管理更加科学规范。

2.2 基于物联网技术的实验教学硬件系统

硬件建设需要对原有实验室基础设施（主要为强电、弱电、网络改造）进行基本改造，然后增加监控、门禁、物联网终端等硬件设备，整合原有教学系统软件，进行软硬件系统集成。①利用RFID，实现教室门锁、控制台锁的定时关闭和开启，为防止锁人现象出现，需在锁关闭前进行声音提示；②利用传感器节点，采集教室内温度、湿度等指标，由中控计算机进行数据搜集处理，并根据预设标准触发报警装置；③利用虚拟终端技术，实现教室中控台的网络远程控制，所有控制台操作均可通过虚拟控制台实现；④利用Telnet技术，可实现对联网试验仪器的远程管理，解决计算机软件故障；⑤利用监控摄像头，实现远程视频图像同步传输，并利用室内音箱，实现远程音频同步传输。当遇到设备死机、线路故障、物理连接问题等导致远程控制失效时，可通过音频远程指导任课教师进行操作。

基于物联网技术的实验教学硬件系统将使用互联网技术中的BSDA （Browser/Sever/Database/Application）结构，即客户端/服务器/数据库/应用程序结构，网络通信方面采用C/S（客户端/服务器）和B/S（浏览器/服务器）模式相结合的方式，包括服务器、联网的实验仪器以及网络监控系统，其系统结构如图2所示。

（1）应用服务器。服务器主要提供3类服务：①支持实验教学管理数据交互与存储，主要包括学生和教师的注册登录信息管理以及与实验教学管理相关的教师教学计划录入、学生选课信息、学生评教信息、实验报告以及实验考试数据的管理；②提供实验教学资源数据库服务，存储教学课件、演示视频，预习内容、虚拟平台以及实验仪器介绍等教学资源；③与实验教学服务相关的应用服务，例如提供师生交流论坛、QQ以及微信平台相关的应用服务，以供师生随时随地进行实验教学交流。

（2）联网的实验仪器。为了构建基于物联网的实验教学硬件系统，所有实验仪器也将进行相应的更新换代，均带有网络通信功能，其更新主要从3个方面进行：①测量仪器带有联网功能，例如带有无线通信功能的示波器和万用表能够实时地将测量数据上传网络，以供学生课后进行在线分析；②仿真和虚拟仪器平网，以供学生能够提前进行实验预习；③为了保证学生的用电安全，所有实验仪器的电源都可以进行网络在线控制。

（3）网络监控系统。为了保证学生安全和实验室的正常运行，构建实验室监控系统。该系统将由传感器、摄像头、无线插座等监控终端设备组成，实现如下功能：①实现对实验室环境的监控，杜绝实验室火灾、有害物质泄漏、仪器丢失等状况发生；②对学生实验操作进行实时监控，确保学生的操作规范和用电安全；③对实验室仪器的使用状态进行在线监控，以配合实验室和实验仪器的外借预约服务以及实验设备的故障维护工作。

3 教学评价

传统的实验教学模式是：授课教师先讲，讲完之后学生做实验，实验内容和实验模式是固定的，学生在课堂上学习的知识是有限的，时间被限制在课堂上的短暂时间内，对知识点的掌握和利用很有限[17]。基于物联网技术的实验教学模式从传统的以教为主发展转变为以学生动手为主，更加注重学生在实验中学到了什么，并注重培养学生的创新能力。

现代教育理论认为[18]，在教学中要以学生为主体，在教师的引导下，提高学生的独立思考能力，多开设计性课程，让学生主动去探索新知识。采用基于物联网技术的实验教学体系，不仅可以使学生扎实地掌握基础知识，锻炼动手能力，开阔视野，而且在减轻教师管理工作的前提下提高了实验室利用率。

基于物联网技术的实验教学软件系统非常适合学生的学习，学生可以在网上在线选择实验课程，查看考试成绩，并对教师进行评教。学习过程中，可以在线预习，使用虚拟仪器存储实验数据，并在线提交报告。系统对于课外辅助也有很好的帮助，比如课件阅读、经验交流、在线答疑。系统的实验室管理模块能够实现管理员对实验室的科学规范管理。基于物联网技术的实验教学硬件系统非常高效，实验仪器都支持联网，便于在线操作，极大提高了实验仪器的利用率。网络监控系统不仅可以保证学生实验操作的安全性，而且可以避免实验器材丢失。

总体而言，基于物联网的实验教学系统根据现有的物联网技术，改善了传统的实验室管理方法，极大地方便了使用者，又体现了物联网技术所带来的优势，是典型的物联网技术的应用范例，对于实验教学的改革提供了指导方向，具有重要意义，值得推广。

4 结语

本文将物联网技术和互联网技术相结合提出了一种新型的实验教学体系。该体系由软件系统和硬件系统组成，以学生为主体，通过教师的引导，激发学生探索新知识的热情，在提高实验器材管理效率的同时，还保证了学生的人身安全及仪器设备使用安全。同时，通过利用物联网技术，方便了实验室实验仪器的管理与维护，使实验室的管理更加科学规范和高效。

参考文献：

[1] 曲娜，盛桂珍，杨海波.基于物联网技术的智慧开放实验室管理系统设计[J].实验技术与管理，2015，32（12） ：140-142.

[2] 张海江.物联网情境下的开放型实验室智能安全管理系统设计[D].天津：河北工业大学，2015.

[3] 彭小容.浅谈基于物联网的高校实训室的管理[J].科技展望，2015，25（34）：160.

[4] 安静宇，尚长春，柴钰.物联网实验教学研究[J].教育教学论坛，2014（37）：224-224.

[5] 孔祥光.物联网教育应用初探[J].动动画世界・教育技术研究，2012（3）：233-234.

[6] 王琴，郑敏.基于物联网技术的智慧多媒体教室设计[J].实验室研究与探索，2014，33（3）：127-130.

[7] 刘谋黎.基于物联网的高校教室照明节能方案研究[J].物联网技术，2014（12）：77-78.

[8] 董晓霞，龚向阳，张若林，等.基于物联网的智能图书馆设计与实现[J].图书馆杂志，2011（3）：65-68..

[9] 李冬月，贾宇琛.物联网在校园安全中的应用[J].无线互联科技，2015（13）：37-38.

[10] 李仲生，黄同成，刘锦江.物联网工程专业“起承转合”式实验教学探讨[J].中国电力教育，2014（5）：124-125.

[11] 刘霞.物联网与移动通信平台在电信实验教学中的应用[J].物联网技术，2015，5（8）：96-98.

[12] 黄伟源.基于物联网技术的高校实验室开放管理[J].科教导刊：电子版，2014（19）：126-126.

[13] 雷莹.基于物联网技术的高校实验室管理模式初探[J].科技视界，2014（9）：190-190.

[14] 肖毅.基于物联网技术高校智能实训室的建设研究[D].天津：南开大学，2015.

[15] 吴萍，高兴茹.基于物联网技术的开放式物理实验室建设[J].科技视界，2016（9）：89-89.

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1教学内容的改革

物联网时代的单片机教学设计嵌入式、无线通信、网络基础、传感器数据采集、操作系统等基础课程，其相关课程又分为基础课程、核心课程和实践教学中的应用开发，很多课程都是已经开设的课程，这是单片机教学改革的基础，这样，不需要对现有的课程体系做较大的调整，但是在核心课程中，继续讲授传统8051单片机的内容势必不行，结合目前大部分高等院校的实际情况，可以选择以MCS-51为内核的无线射频单片机，也可以选择更加高级的STM32等先进的入门级32位SOC无线单片机，这样可以将传统的单片机教学顺延、加强。

无线单片机内核目前已经有从多种内核，从8位到32位，学校的物联网单片机可以选择比较成熟的ZIGBEE无线单片机，在具体实施的教学内容和方法上把单片机和无线通信合二为一，以物联网中的具体应用为背景，突出了无线单片机与整个系统的融合、网络协议的组成及实现、无线传感器的数据采集和处理方法，加强在传统单片机教学中忽视的各种接口的驱动程序，如串行通信接口、SPI和I2C总线的开发与设计，对于软件系统的设计和网络协议选择主流的ZIGBEE协议栈，利用实例讲授协议栈中各层实现的方法。但是以本校培养应用型人才的目标出发，只需对应用层进行剖析，以keil/IAR等开发系统中ZIGBEE协议栈程序为具体对象，强调应用层开发的流程，辅以网络层和MAC层中针对网络不同拓扑形态的具体设置，从简单的点对点通信的实现开始，逐步过渡到星形网络和网状的构建。同时，随着物联网技术的发展与单片机教学改革的不断深入，单片机与传感器部分整合也是大势所趋，因为数字式传感器驱动程序的编写是无线传感网络能否工作的首要条件，这也是接下来物联网专业单片机课程的一个方向。

2教学模式的改革

传统的教学模式就是以课堂上老师单向的传授书本上的理论知识为导向和中心，学生被灌输被填鸭；然后在实验课堂上老师布置实验作业，并由老师辅导学生完成实验及编程任务，前一次理论是后一次实验的基础。在这样的教学模式下，理论讲解的时间远大于实践操作的时间，就导致了老师讲的多，学生做的少，学生缺乏学习的主动性和创造性，表面上老师的教学工作很顺利、规范地完成了，实际上学生能否理解、接收、消化并应用，他们对单片机课程知识掌握的程度并不能体现出来。尽管实验课通过对一个个小程序编写、调试，但学生离开试验箱并没有太多的实践机会，也不知道从何下手。

明确了单片机课程的整体教学内容后，如何将这些内容拆分开，从而融入到 学生日常可以接触的项目中去，教学效果将会有进一步的提升。因此，我们可以采用“项目驱动法”教学模式。项目确定后，教师应首先实施完成该项 目。这样不仅可以对项目有个全面的了解，便于更好地指导学生，而且当项目给出时，就能提供具体的成果展示，让学生有清楚自己做什么，知道怎么做，关键的问题在哪里。比如在做项目“电子钟”前，教师先用两节课的时间进行相关知识点的讲解，让学生初步熟悉数码管的结构和工作原理、显示方式、字型编码，键盘的工作原理、键盘扫描程序原理、进制的转换 、输入接口P0和输出接口P2的使用方法，延时子程序的编制及延时时间的计算方法，以及如何调用子程序等，让学生清楚电子钟这个项目的目的和作用。给出项目完成的参考硬件仿真protel电路和keil C软件程序。在培养学生快速学习能力的基础上，学生用两节课的时间完成该验证性实验，在学生做的过程中，老师可以适当再讲解，使得学生加深对知识点的理解和掌握，根据要求拆分项目为一位0～9 循环显示、两位十进制00―99显示，两位键盘按键，输入的数字依次递进显示，直至完成整个电子时钟的显示。这样一步步地锻炼学生的软件编程和硬件控制能力。如此以项目为主导地位的教学模式，能够以学生为中心，改变了传统教学中学生被动听的角色，能调动学生解决问题的积极性和主动性，教师负责整个教学的设计和组织，在项目教学过程中，得以充分发挥教师的指导作用。

3教学方法的改革

教学方法是教育思想、教育观念在教学过程中的体现，是一种经验的积累，针对不同层次的学生和不同的能力需要实施不同的教学方法。在单片机课程的教学中可（下转第117页）（上接第98页）以尝试下列的几种不同的教学方法：

（1）问题式教学： 在教学过程中我们经常会提出与讲解相关的问题，把学习引入到复杂的、有意义的问题情境中，学生通过互相合作来解决这些问题，发现隐含在问题背后的科学知识，形成解决问题的技能和自主学习的能力。在设计中我们会给出一些故障问题，让学生找出其中的错误，从而开启学生的思维。

（2）项目式教学：根据前边提高的将单片机课程分成若干个小项目，以项目目标为主线，结合相应的知识点进行讲解，激发学生的主动性，教学从实际问题入手，采取提出任务、分析任务、设计任务、解决任务、归纳规律的方法，让学生在解决项目任务的过程中掌握知识。

（3）讨论式教学：传统的教学一般是满堂灌，学生完全处于被动的听状态，有时听得直打瞌睡，为了避免这种状况，可以根据前边提到的项目教学模式，给3～5个人分为一个小组完成某项目，因此他们会不断的讨论，从而让学生发言或提问，大家都可以提出自己的想法。通过讨论式教学，学生可互相激励、探讨问题，增加了学生的参与度，使其全身心地投入到学习中去，充分调动了学生的学习热情，开发了其自身的潜能，提高了教学效率。

（4）实践式教学：纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行，实践是创新的源泉，创新离不开实践。创新思维只有通过实践才能发现问题。重视培养工程应用型人才培养的同时，强调突出培养学生的创新精神、创新能力和工程实践能力。学生在学完了相关知识后，通过自己动手操作和深入实践，能巩固所学的知识。

4结语

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【中图分类号】 G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2014）12C-0187-02

一、研究背景

物联网（the Internet of Things，IOT），是指利用传输网络与智能感应装置，使物体到达特定的信息处理中心，进而达到人和物体、物体和物体之间的信息交互与处理的新型互联网。简单地说，物联网是指物与物相连接的互联网。国外专业咨询机构相关数据显示，到2020年，与人和人通信的业务相比较，物与物互联的业务将达到1∶30，所以物联网又常常被称为是极大型的新一代通信业务，将掀起比计算机与互联网更大的信息产业浪潮。

物联网是构成新型信息技术的关键部分。伴随着当代信息技术的快速发展，物联网获得了许多高校、企事业单位、科研机构的重视。物联网的出现与相关技术的进步，为改革单片机教学提供了相当丰富的教学内容、教学题材与实现方式。物联网技术的发展为嵌入式或单片机教学改革提供了新的机遇，但技术发展所造成的形式变化又让单片机教学面临新的挑战。单片微型计算机是大部分高校通信类、电子信息类专业的重要课程。然而现今，51系列单片机依然是许多高校单片机教学的主角，教学方式与教学内容不能及时更新，单单围绕程序与指令展开，无法与物联网技术整合，不具备实效性，不能适应社会新形势的发展。为提高高校单片机教学的实效性，可基于物联网技术对单片机教学进行改革。

二、当前高校单片机教学中存在的问题

当前，设置单片机课程的专业范围较广，电子信息工程、电气工程及其自动化、通信工程、机械及其自动化等众多专业都将单片机课程设置为必修课程。可见，单片机教学的影响面较大。然而，高校的单片机教学实普遍存在以下方面问题：

第一，教学模式陈旧。长期以来，单片机教学往往都是根据一定的模式来进行的，以C语言或汇编语言为主，首先进行指令的教学，然后到程序的教学，最后再进行辅助项目配套教学。这种教学模式与单片机课程教学目标有一定的出入。除此之外，教学体系也缺少创新，实践教学很难找到新方向，学生在进行分析时自然而然会依据固定的思路，结果造成此课程教学停滞不前。

第二，重理论教学轻实践教学。单片机教学中更多地采用课堂理论教学的方式，实践教学被忽略，不利于提高学生学习的主动性与积极性。实践教学的方式主要是单一的实验课程，实验手段多是脱离实际的。在实验课程过程中，往往将实验箱视为唯一条件，参考十几个匹配程序，课程教学仅仅停留在表面，学生难以掌握此门课程的精髓，实践操作能力自然不能得到有效提高。

第三，考核方式不合理。如上所述，单片机教学中更多地采用课堂理论教学的方式，在设置单片机教学体系时，也往往会将实践教学环节、实践课程都划在课堂教学范畴，使得学生创新能力、动手能力受到很大影响。然而，期末对学生综合能力进行考核时，却要重点考查实践情况，往往使得学生无所适从。这也不不利于学生实践能力的培养。

三、物联网技术应用于单片机教学改革的必要性与可行性

（一）物联网技术应用于单片机教学改革的必要性

高校的主要功能是培养社会所需人才，而为用人单位、社会培养复合型、创新型、应用型则是许多高校的重要目标。这就要求各高校必须结合社会需求，加强教学改革，真正为社会培养出复合型、创新型、应用型人才。从现今各大高校单片机教学现状来看，学生的学习效果、学习反馈、学习态度等方面都在较大程度上推动单片机教学改革的步伐。与此同时，物联网技术的进一步发展必然对高校教学与所培养人才有更高的要求。所以，无论是就业市场的消极需求还是主动要求，都是推动高校将物联网技术应用于单片机教学改革的动力。

（二）物联网技术应用于单片机教学改革的可行性

物联网教学过程中所涉及的相关课程分成三个部分：基础课程、核心课程、实践教学中的应用开发。其中许多课程如嵌入式、单片机、网络、传感器、现代通信等都是已经开设的课程，因此没有必要对已有课程体系进行大改动，这是改革单片机教学可行的前提。在核心课程中，以MSC-51以内的无线SOC单片机作为教学的SOC单片机，如此一来就能加强、顺延传统的单片机教学。而像RTOS操作系统与嵌入式微处理器这种传统课程，仅需把其作为物联网网关，在实践教学过程中突出它在物联网体系中的重要性。由此可见，物联网技术应用于单片机教学改革极具可行性。

四、基于物联网技术的单片机教学改革

物联网技术应用于单片机教学的必然形式与特点之一在于无线通信与单片机二者紧密结合。各类新型模块与接口的应用是新形势下嵌入式或单片机系统的一般表现形式。对此，必须变革单片机教学的教学内容、教学方法与教学实践。

（一）教学内容改革

无线SOC单片机作为教学目标硬件，实践教学过程中应当紧密结合物联网系统进行实际应用，重点放在数据传输、采集与无线通信、网络的教学之上。而像I2C、SPI、D/A、A/D、RS232/485（串行通信）的设计与开发等教学内容则需要在传统教学的基础上进一步加强。同时，ZigBee协议栈应当作为网络协议与软件系统。在进行协议栈里面各层实现方法的讲解时，注意结合实际例子。RTOS操作系统在本科阶段不需要重点讲解。网络协议与软件系统没有必要投入过多的精力进行讲解，应当将重点放在学生实际操作能力培养之上。

（二）教学方法改革

首先，应用案例引导法进行传统单片机部分的讲解，中心放在任务部分，教学任务的实施根据环境创设、任务确定、任务完成三个阶段来开展。在构思任务时要注意突出无线通信、物联网数据采集的相关概念，设置有实际应用意义的开发背景。比如可以选择GPRS或GPS模块进行串行RS232串行接口的讲解，数据的远程传输可以通过这两个模块。而对于SPT接口，则可以选用函数库作为软件蓝本，SPI模块的应用、SOI接口函数的使用、SPI原理等都可以结合SPI接口通信实例进行讲解。例如，方位信息的采集可以通过具有SPI接口Compass指南针模块来讲解，等等。

其次，由于无线通信部分仅仅接触到理论部分，在已有的教学课程体系中不包含这部分，所以在实际教学中应当尽可能减少理论描述与推导部分，提高实际开发与应用的比例，进而提高学生学习的积极性。

最后，ZigBee协议栈程序作为网络协议部分的具体对象，重点应当放在应用层开发流程之上，再加上MAC层与网络层中关于网络不同通拓扑形态的具体设置，开始先从容易的点对点通信的实现，慢慢过渡到构建星形网络。串行通信与普通节点可以应用在网关部分，进而达到Internet与物联网互联的目标。

（三）实践教学改革

原本单片机就是一个实践性较强的课程，如果脱离实践，很容易导致学生出现高分低能的现象。在实际教学过程中，要改变以往教师单方面讲解、学生埋头做的教学方式，为教学目标构成教学团队，团队成员主动学习、相互配合、平等参与。教师作为辅导者应当起到主导作用，可以放手让学生写作学习，自主研究。

实验室建设方面，可以建设以SOC单片机特征的教学新系统，实验箱选择像TY-ZIGBEE这种支持ZieBee的无线SOPC单片机试验箱。为兼容原有实验，便于移植代码，可以应用Keil/IAR的编译开发平台，进而达到降低整改工作量的目的。实验项目方面，综合试验、网络协议实验、基础硬件实验三个部分是SOC单片机CC2430的重点内容。具体地讲，射频点对点通信、UART实验、ADC实验、点阵式LCD驱动等都是包括在基础硬件方面的实验，而寻址路由、网络层、TI-ZStack等则属于网络协议实验;根据实际条件进行物联网开关控制、温度场传感选择则属于综合实验。

综上，在物联网技术快速发展的今天，将物联网技术应用于高校单片机教学改革中是必要的、可行的，有利于增强高等教育的实效性，培养复合型、创新型、应用型人才。

【参考文献】

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中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）32-0138-03

一、概述

近几年，我国的高等教育进入快速发展的阶段，每年向社会输出数百万名高校毕业生，大学生的自身素质和能力对我国社会的发展起着重要的影响。随着我国经济社会的快速发展，社会对于高校毕业生的专业能力和综合素质的要求越来越高，保证和提高高等教育教学质量对整个高等教育界和社会来说，显得尤为重要。在传统的教育理念中，教师是教育的基础，教育主要是通过教师向学生传授相应的知识，学生通过对教师所授知识的学习，提高自身的素质和能力。而传统的教学方式主要以课本为主，由于高校教师时间和精力有限，常常照着课本照本宣科，而忽略了学生的学习态度，一定程度上使学生失去学习的兴趣。实行高校扩招以来，随着大学生的数量越来越多以及科学技术在教育领域中的广泛应用的背景下，单一的“传道授业解惑”已无法满足学生和社会的需求。物联网的出现，使大学生能够利用更多的信息渠道掌握更多的知识，让学生对社会的实际需求有更好的了解，从而实现对多种有用知识的学习。通过物联网的应用可以有效地转变教育理念，让传统的封闭式教育向现代的开放式教育发展，更加注重学生的自主学习，更加强调学生在教育中的主体性，从而提高日常教学中的效率。

科技的进步日新月异，物联网作为一个新兴的产物，被广泛应用于各个领域，不断改变着人们获取信息的方式。在高校教育中应用物联网，对于高校教育来说具有重要的意义，这是由于物联网具有一定的管理性和资源共享性，同时有助于教育教学方式的有效改进，让高校学生能够通过物联网对知识进行有效学习和掌握，从而实现高等教育的人才培养任务。为了能够良好地领会物联网在高校教育中的应用价值，首先我们要对物联网有一个大致的了解。

二、物联网的概念

物联网的概念于1999年一经提出便受到了越来越多的关注。物联网意为“物物相连的互联网”，这句话有二层含义：第一，物联网的本意仍然是互联网，是在其基础上的扩展和延伸；第二，物联网使任何物体与物体间都具有进行信息交换和通信的能力。

物联网是21世纪以来计算机技术、信息技术、网络技术的复合产物，代表着未来移动计算、无线通信、人机交互等技术的进步与发展形势。物联网技术中射频识别（RFID）、传感器、嵌入式技术与智能技术等相关技术，已经深入到人类社会生活的方方面面，并时刻改变着我们日常生活和工作的习惯方式。通过将一种距离较短的具有移动接收和传送功能的设备嵌入到日常的生活用品中，物联网技术使得人与人之间、人与物之间、物与物之间的数据传送、处理与交互能够在任何时间和空间下进行。借助这种交流沟通的方式，人们可以在纷杂的信息世界中较容易且近便地获取有用的信息。

物联网使得人们所处的物质世界得以极大程度地数字化以及网络化，使得世界中的物体不仅以传感方式，而且也以智能化的方式关联起来，组成一张极易“沟通”的网络。物联网具有一种比较智能的感知性。通过感知人们所在的环境状况，它可以很大程度地帮助人们方便而且快捷地获取、了解和利用环境中的各种资源。当今，物联网在社会中的用途非常广泛，比如较为常见的领域有智能交通、水系监测、环境保护和文化教育等。可以预想，不久的将来物联网会极大地改变着我们的生活、工作和学习方式。

三、物联网在日常教学中的应用分析

借助广泛运用的RFID、传感器等技术的支持，物联网可以把生活中的各种物体进行互联，并且实现了较为智能化的信息获取与传递方式，从而完成在所构成的通信网内对物体进行识别和信息获取等操作。笔者根据物联网在教育教学中的应用概况，分析和探讨了在日常教学中的物联网的一些应用，来体验这一新技术带来的方便与创新。

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1.引言

二十一世纪，RFID技术之所以能够如此迅速发展，是因为各个国家的要求及那些大型物流公司的需求起着主导性作用。物联网刚兴起就投入到发展的大潮之中，RFID技术起到了关键性、决定性的作用。在未来的发展中，RFID技术可继续引领着物流、智能购物等诸多创新行业的发展。物流云实训系统是在高校已有的实验基础上，经过多方面的研究与创新使得物流云实训系统更加全面与完善，实行动手动脑的教学方式，使学习者在学习系统原理和技术的过程中也能亲自动手实践，掌握物流的整个过程并熟悉物流系统各环节的有关知识。总之，通过对高校老师基础研究，并实际运用于物流企业制造运行的物流系统之上。

2.系统设计原理

此设计将不同于一般的仓储物流管理的工作方式与运行流程，基于物联网技术的物流云仓储实训教学系统，就是把整个过程中重要的信息数据利用RFID电子标签记录下来并贴在相关物品上，可以更有效地管理仓库的操作运行，包括货物出入库、货物盘点等。

2.1RFID技术

RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。

2.2RFID系统的优点

（1）使用便利在使用过程中不需要直接接触操作是RFID最大的优点；RFID电子标签是将数据存在芯片中，因此可以免受污损。使用十分方便快捷。（2）可靠的安全性RFID承载的是电子式信息，其数据内容可经由密码保护，使其内容不易被伪造及变造。（3）体积小型化、形状多样化RFID在读取上不会受尺寸大小与形状所限制，所以不需为了读取精确度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。除此之外，RFID电子标签更可往小型化与多样形态发展，将可应用于各种不同产品。

2.3教学平台优势

通过实训系统的综合技能训练，能够培养物联网方面的高级技术人才，并且学生毕业后可就业于与物联网相关的企业、行业，从事与物流供应链管理或物联网相关的工作。使老师和学生能从总体上把握课程的知识体系，内容之间的前后顺序关系和逻辑关系，形成大局观，有助于提高课程的教学和学习效果。基本认知，基本技术，综合实践这一体系是围绕应用这一主线来进行展开的，这与物联网强调应用是完全吻合的。

3.系统总体设计

3.1系统总体架构设计

基于RFID技术的云仓储管理系统总体构造有物流跟踪检测环节、手持终端和仓库基本设施，智能小车，如图1所示。图1系统原理框图

3.2硬件系统

目前，由于条件因素只能对系统进行初步模型的研究与设计，后期逐步优化，进而形成一个完整的云仓储物流系统。系统的硬件主要包含RFID电子标签、手持读写设备、无线基站、WIFI网络交换机、计算机和服务器，硬件结构示意图如图2所示：我们设计了一个专门搬运货物的智能物流小车，在地面布置一个黑色的环形轨道，在环形轨道周围设置几个或多个取货地点和目的地点，然后小车能够自动将贴有RFID电子标签的货物分类后并搬运到相应的目的地，完成整个过程。

3.3软件系统

本实验教学平台软件开发采用G语言开发软件LabView，包括以下几个模块：数据查询部分、基础数据部分、入库部分、出库部分、盘点部分、门禁管理部分、人员管理部分、智能管理分析部分、货位管理部分和系统设置部分。

3.4系统运行界面实现

本文的系统是在开发环境下构建的，命名为基于的货架物资管理系统，按照功能分析，分别系统参数设置、产品参数设置、物资监控、库存预警。如图3所示。基于的货架物资管理系统窗体中包括物资监控、设置和帮助三个菜单，物资监控菜单中包括物资监控和库存预警，设置菜单中包括物资参数设置和系统参数设置，点击各个菜单会出现相应的窗体，如图4所示。

4.结论

对基于物联网技术的仓储管理系统进行测试后，基本实现了货架物资监控、货架物资统计和库存预警的功能。由于实验条件的限制，刚开始测试的时候，标签信息的采集精度有很大的误差，后来经过多次的调试和改进，标签信息采集的精度得到了很大的提高。

参考文献

[1]谈慧.基于物联网技术的物流实训系统开发与应用[J].中国物流与采购,2015,17：72-73.

[2]周帅,袁红兵,陈中凯.RFID技术在物流实训系统中的应用研究[J].物流工程与管理,2013,35(9):200-203.