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物联网教育解决方案

一、课程体系



       物联网是一门以实用为主的新工科,联创教育建设课程体系的思路是“学以致用”,从实际用人单位需求出发,逆推出课程体系。
 


 

       根据本专业的人才培养目标,组合多个学习路线图,进行有机的课程组合,并将课程按照年级及必修或选修进行合理的分配,构建出课程体系。本专业的学生可以在课程体系里找到符合其职业规划的学习路线图,从而实现对差异化人才培养的有效支撑。
 

       可供参考的课程体系
 

       联创教育现有物联网课程资源
 


 

二、师资团队建设



       产业迅猛发展、技术快速演变,院校的师资团队很难跟上产业技术发展,造成新学科师资匮乏的困局。联创教育为院校提供多种形式的师资培训服务,院校基于联创教育的服务可以建立起系统性、高效率、低成本的师资培训体系。具体的培训形式有以下几种形式:
 

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现场授课培训                                      短期集中培训                                 远程在线培训
 

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在线师资培训
 

三、实验室设施建设



        在物联网实验室建设这方面,联创教育提供的产品和服务包括:

       1、基础实验设备

       针对单片机、传感器、ZigBee无线传感网、物联网信息安全等各门物联网工程专业课而言,实验是必不可少的教学环节。基础实验室以各类型的实验箱、实验台为主,为门专业课程提供实验环境支撑。联创教育提供多种实验室设备用于支持知识点学习,支撑实验教学及科研活动。
 

 

       2、创新实训实验设备

       实训系统脱胎于实际物联网运用案例,从实际工程案例中浓缩、提炼而来,它们将无线传感器网络、RFID、移动开发、3G 移动通信、嵌入式网关等技术综合运用在同一套系统中,实现分散知识点的综合运用,并实现知识点到知识面的过渡。
 


 

       3. 应用样板工程

在学校内部建立物联网样板工程,提供真实的物联网运用场景,为学生提供实习实训、研究环境,为培养学生的实际工程技术能力提供可行的教学手段。联创教育可根据学校场地情况、经费预算、教学规划,提供智能家居、智能农业、仓储物流、食品溯源等物联网样板工程。
 


智慧实验室样板工程


物联网三层技术架构展示墙
 

四、实验实训空间设计



       在专业建设中,实验实训空间设计建设和实验设备的购置同样重要。良好的实验实训空间设计需要考虑设备、课程、学生、过程管理等要素。美观、舒适、功能规划合理、体现本专业文化特征的实验实训空间,对于提高授课效率,提升教学质量,方便设备管理,建立专业品牌认知具有很强的促进作用。

 

黑龙江工业学院 实验室空间设计
 

铜陵学院 实验室空间设计
 

重庆五一学校 实验室空间设计


五、典型产品介绍


 

       1. 物联云创新系统

       物联云创新系统由模块化、可重构的物联魔盒、物联网云服务和物联网组态软件构成。

       物联魔盒是一种模块化、可重构、应用型的新型实验设备,具有上万种组合构型。软件系统包括物联网组态软件和物联网云服务,基于组态化设计理念,与模块化硬件设备相匹配,为知识点单点教学、知识体系重构教学提供完美支撑。

       物联云创新系统可以为基础实验教学、创新综合实训和项目课题科研提供更完美的系统解决方案。
 


 

       ♦ 特点1:模块化的实验设备
 

       问题:常见的物联网实验设备一般是:裸板式、集成化、复杂的实验箱和实训沙盘等,而老师所上的每节基础实验课,一般只是面对一个具体的知识点,例如CC2530的I/O口操作,用这样复杂的实验设备开展教学会比较困难,学生实验操作会频繁遇到问题、老师教学过程不顺畅、设备容易出故障。

       方案:物联魔盒首先将完整的物联网技术体系进行解离,拆分成一个个独立的技术点(知识点),再针对各个独立技术点设计支撑实验教学的硬件设备,形成一个个独立的模块化部件, 例如网关、控制器、各类传感器和各类通信模块等。
 


 

       每个知识点对应一两个简单、独立且容易使用的模块,例如做CC2530的I/O口实验,只需要一个ZigBee模块,一个调试器即可,不再需要庞大的实验箱,学生容易使用,老师教学也非常轻松。
 


 

       ♦  特点2:可重构的实验设备
 

       问题:基础实验教学时使用的实验箱不能良好的支持创新实训和课程设计;而常用的实训台、沙盘等实训设备,高度集成化、功能较单一,学生无法拆解这些实训设备,难以深入学习底层技术、重新设计物联网应用系统。这使得老师和学生必须学习使用多套不同设备才能完成完整的实验实训教学,难度很高、效果也不好。

       方案:实验教学和创新实训是可以统一的。物联云创新系统是非常好的基础实验设备,同时也是优良的创新实训系统。

       物联魔盒是一个个模块化的硬件模块,同时由于采用了标准化、总线式的电气及机械接口设计,从而让物联魔盒的每个模块不是孤立存在的,是可以自由组合,构建复杂物联网应用构型的系统。

       系统所配套的云服务、组态软件,都是组态化、图形化的软件系统,和硬件系统一样,支持重构设计。配合系统所提供的实训教程,老师可以基于物联云创新系统开展创新实训、课程设计或毕业设计等教学。  

       例如,使用无线节点、光照传感器、电机模块,就可搭出智能窗帘,利用多个小构型就可以组成一个大的物联网系统。物联云创新系统可以让基础实验教学与创新实训统一起来,减少老师重复工作量,大幅度提高学生的学习效果。
 


 

       ♦  特点3:可应用部署的实验设备
 

       问题:当前高校教育都在追求提供最高效、最吸引学生的教学形式,基础课程的教学结合真实应用案例是最受青睐的模式。而常见的实验设备难以支撑这种需求,例如,老师不大可能将实验箱上的板子拆下来,让学生搭建一个智慧实验室。

       方案:物联魔盒首先是模块化的,并且主节点可内置2节3.7V锂离子充电电池,为整个构型供电,让构型真正无线化。
 


 

       模块可通过金属挂架或魔术贴,固定到任何合适的地方,让使用者可以将应用构型快速、从容地部署到各种真实应用场景里,支持学生的创新设计、课程设计、毕业设计和比赛等。
 


 

       ♦  特点4:高防护等级的实验设备
 

       问题:常见的物联网实验设备基本上都是裸板设计,集成度太高、太复杂。学生频繁触摸电路板,可能会出现静电破坏。插件没有防插反、插错设计,极易出现错误连接,导致设备损坏。

实验操作出错率高、故障多,一方面让学生失去信心,另一方面也让实验老师教学难以开展。设备经常性的损坏还会给实验室管理及课程开展带来严重困难。

       方案:物联魔盒具有高防护等级、高易用性设计。

       每个模块都有全封闭塑料外壳,避免学生直接接触电路板。部件的接口都是专用的,防插错、防接反。学生所需要操作的端口,都有EMC防护设计,避免静电损坏。

        物联魔盒模块化设计,部件众多,即使出现一两个工作异常的模块,也不影响整个班级的课程开展。
 


 

       2. 物联网云服务

       物联网云服务(IOTCloud)是一套针对物联网的海量数据服务、应用快速开发而设计的系统,旨在提供一个开放的物联网云服务平台,使传感器数据的接入、存储和展现变得轻松简单,通过几步简单操作就可以完成物联网应用的快速开发。

       在物联网专业,可以基于物联网云服务,开展创新实训、课程设计、项目科研等教学活动。
(点击下图跳转到物联网云服务系统视频介绍)

 

 

       ♦  特点1:行业级别的物联网应用系统
 

       问题:常见的物联网实验系统,数据处理都是在网关或者在本地计算机上完成,与物联网数据云端访问、通过互联网实现全球实时互联互通的特点严重不符。这种传统的实验系统及教学模式,很可能导致学生脱离行业实际技术发展。

在科研上,缺陷则更加明显,由于缺少产业最先进的物联网技术平台,教师只能长期从事较低层次内容的研究和开发,难以取得创新性的技术成果。

       方案: 物联网云服务基于云计算、大数据技术,是行业最先进的物联网 SaaS 软件系统。学校建设物联网云服务平台,一方面可提升学校的物联网技术体系层次,让教学、科研站在产业最高起点上。另一方面,让学生在最先进的平台上完成学习,使其具备与产业接轨的技术体系和设计能力。
 


 

       ♦  特点2:图形化的物联网开发平台
 

       问题:大多数物联网专业的学生不具备上位机软件开发能力,实验、实训课时又相对较少,他们很难为自己搭建的物联网硬件系统开发一个Android移动端或PC端的人机交互界面,用于显示传感器数据、控制执行器、展示整个物联网应用。

       方案: 物联网云服务系统独创性的开发了一套图形化界面定制系统,内嵌物联网应用软件所需的各种控件,包括摄像头显示、仪表盘、数据曲线、背景图、边框、传感器控件、执行器控件、按钮、页面美化等等。学生基于这套图形化开发界面,能快速设计出自己的物联网应用软件。
 


 

       系统内置一个操作简单且功能强大的逻辑编辑器,可以为用户的物联网系统编辑复杂的控制逻辑,实现智能化控制。逻辑编辑器可以使用运算符,支持自定义逻辑表达式,可以组合出无数种基础控制策略。

       因此,学生使用逻辑编辑器,不需要编程,就可以让自己所设计的物联网应用软件具有强大的逻辑控制能力,能够通过传感器数据的分析判断,自动化的实现执行器的反向控制。
 


 

       ♦  特点3:在线化的物联网实验教学管理软件
 

       问题:物联网课程往往比较复杂,同时必须结合各类通讯模块、传感器、执行器等硬件设备,只能在实验室内进行学习。然而,受到课时和学时的限制,一部分学生无法顺利跟上教学进度,但脱离课堂和实验室又无法进行学习,造成相关知识无法掌握,甚至放弃该门课程的学习。

       方案:物联网云服务是云端在线平台,学生和老师通过账号登陆,只要有网络的地方即可上线做项目设计。老师可在线查看所有学生的项目设计情况,为学生提供设计过程指导。

物联网云服务让老师的授课指导、学生的项目设计超脱了实验室有限时间、有限空间的限制,让学习延伸到课堂之外,让课程内容、深度、广度都可以得到大幅度的扩充。


 

       ♦  特点4:开放的物联网科研实训平台
 

       问题:老师和研究生在进行科研项目钻研、学生进行物联网竞赛、毕业设计、课外课题等类似科研活动时,均需为自己的物联网系统设计出一套可在云端运行、能够处理物联网海量数据的软件系统。这一工作的难度极高,工作量也很庞大,如何解决这一问题,是很多教师颇为头疼的难题之一。

       方案: IOTCloud提供丰富的开放API接口,您可以通过API接口和物联网大数据服务器通信,自己设计开发出一套物联网应用管理系统。
 


 

       3. 物联网组态软件

       物联网实验系统上常见的、集成化的实验软件,由于高度集成、代码量大,适合于认知、演示教学。      

       在基础实验教学时,学生一个知识点、一个知识点的学习和实验验证。在创新实训时,学生一节课添加一个功能,最后完成一个复杂的物联网应用系统。集成化的软件毫无疑问,都不适合上述教学过程。那么,什么软件适合物联网基础实验教学、综合实训教学?

(点击下图片跳转到物联网组态软件系统视频介绍)
 


 

       ♦  特点:支持单知识点教学、创新实训的软件系统
 

       问题:在教学过程中,老师需要一个知识点一个知识点的授课。而常见的物联网实验系统配套软件都是集成化的,与集成化的硬件系统一样,会让学生无所适从。让老师的教学开展很是困难。

       同时,集成化的软件系统,由于过于复杂,不可重构,也不能支撑学生的创新实训和课程设计。

       方案:物联网组态软件是组态化的,支持知识点离散化教学。软件提供工程白板和各种物联网控件,可以和学生的知识点学习相对应,逐个添加合适的控件,完成对应硬件设备的数据显示、控制。让知识点教学变得清晰、简单,提高学生学习效率,降低老师教学难度。

       同时,组态软件还能够让学生在不需要编写代码的情况下,设计物联网应用系统软件,支持创新实训、课程设计等教学需求。