一、概述
随着5G技术的普及应用和产业经济的革新发展,物联网产业所呈现的宽广前景带来了对创新型技术技能人才的急切需求。高职高校物联网专业建设也因而转变为面向国家战略性新兴产业发展需求。当前,“岗位课程大赛证书”融通的培植理念,是高职高校物联网人才培养和专业优化的重要策略选择。物联网综合实训室的建设,成为从实践到创新,从技能到工程,从专业到市场的重要桥梁,能进一步推动产教融合、校企合作和工学结合,实现职业教育高质量发展。
本方案基于物联网技术发展,结合当前高职高校物联网实训室的建设现况linux 虚拟主机,按照实训教学设置及工程项目需求,兼具技能竞赛、职业技能等级证书考试、市场岗位对企业职工知识理论与技能操作的复合要求嵌入式linux系统工程师标准培训教材2,从落实“产、学、研、培、赛、创”一体化的多功能平台角度出发,提供物联网综合实训室的建设思路与内容。
二、物联网综合实训室建设背景
物联网是继计算机、互联网和联通通讯以后新的信息技术革新,它为传统行业数字化变革升级提供了从数学世界到数字世界的映射基础支撑。物联网与人工智能、大数据、区块链、云估算等许多新兴技术一起,正在推动深化社会发展。
近些年来,国家制订了许多产业新政,以推动物联网行业的快速发展。2020年5月,工业和信息化部办公厅印发《关于深入推动移植物联网全面发展的通知》,提出要“加快移植物联网网路建设”“加强移植物联网标准和技术研究”“提升移植物联网应用广度和深度”“构建高质量产业发展体系”。2021年9月,工业和信息化部联合中央网路安全和信息化委员会办公室、科学技术部、生态环境部、住房和城乡建设部、农业农村部、国家卫生健康委员会、国家能源局印发《物联网新型基础设施建设五年行动计划(2021—2023年)》,确立了我国物联网产业发展的指导思想和推动产业发展的基本原则,并提出了施行行动计划的总体行动目标和具体任务要求。
物联网产业对提升国民经济和社会生活信息化水平,促进产业结构调整和发展形式转变具有重要意义,已然成为许多省市重点发展的支柱性产业。产业发展靠人才支撑,高等职业高校也纷纷依托地方物联网产业优势,积极举办校企合作,培养符合产业需求的物联网专业人才。
三、当前物联网综合实训室建设现况
物联网专业是一门新型应用型交叉学科,涉及电子、计算机、测控、通信、软件等多个领域的专业知识。作为新兴产业经济下以产业为导向、以行业为牵引的技术形态,当前高职高校物联网专业人才培养体系在对接市场需求和技术迭代更新方面显著滞后。而依托人才培养体系的物联网实训室的建设,直接决定本专业中学生的工程实践能力和技术技能与物联网产业经济发展对人才需求的匹配度。
因为高职高校物联网专业开办期限较传统专业短,还处在探求阶段,仍未产生统一的实训建设体系,主要存在以下两个问题,亟需进一步更新与建立:
(1)实训内容与行业要求相悖。中学生在实训室举办的实训内容仍以教材案例为主,与实际物联网专业需求岗位接轨的工程项目较少。例如,在Android实操项目中,目前物联网实训室的软硬件配备条件,只能支持使用AndroidStudio模拟器基于固定的Android版本进行应用下层的简单UI设计。中学生缺少对实际样机的调试操作,未能产生对安装包签名、应用版本兼容性调节等工程概念体系,单一层面、单一技能的实训造成中学生对物联网驱动层、框架层、协议层欠缺认知,与市场对该岗位的技能技术和工程素质需求相悖。
(2)实训室软硬件平台不完备,现有资源更新速率慢。软件环境中支撑物联网工程项目的各种编程、仿真、通信、模拟、下载、可视化、调试、设计、应用开发等软件及其运行所需的系统框架、依赖库、协议文件、驱动组件、Windows/Linux环境变量配置,都在一定程度上与开发商针对市场技术标准所发布的最新技术版本存在不一致或滞后的问题。硬件平台中所需的计算机、传感器、物联网应用终端设备、网络配置构架、物联网工程开发调试样品、通信网路设备、项目流水线管理平台等受设备数目与性能的影响,阻碍了硬件平台作为实训室建设的硬性保障,未能和软件环境协同承载“岗课赛证”四位一体的循环育人功能。
四、物联网综合实训室建设方案
4.1建设目标
本方案采用“岗课赛证”融通的育人理念,以物联网新兴产业的岗位技能为主要需求导向,紧随国外外物联网、大数据、云估算、5G等前沿技术发展趋势,通过建设物联网综合实训室,建立课程实训环境、技术研制环境和创新应用环境,实现以下目标:
(1)为物联网工程终端项目开发提供科研条件;
(2)在实训教学基础上,满足职业高校技能竞赛、“1+X”考证对软硬件环境的要求;
(3)对接物联网企业人才标准,支撑中学专业与产业链接轨;
(4)为物联网产业产学研合作、产教融合提供场地支持。
4.2建设思路
按照物联网产业主流岗位需求(表1),建立高职物联网专业人才的技能体系,结合专业课程、“1+X”职业技能等级证书(表2)、全国技能竞赛内容,确定物联网综合实训室须要的软硬件环境资源(图1“物联网技术应用”赛项能力考查图)。
4.3建设内容
按照物联网产业对人才的技能要求,物联网综合实训室的建设可以分为三个部份:
(1)物联网基础教学实训区,配合理论课程,进行物联网联通终端和编程开发类项目的实训。
(2)物联网项目开发实训区,服务科研和各类大赛,软硬件结合,进行嵌入式系统开发和联通网路通讯类项目的实训。
(3)物联网综合项目实训区,对接产业标准,进行物联网终端设备和通讯系统安装调试、运维综合实训,为培养与产业紧密对接的人才提供实训平台支撑。
首先,物联网实训室基础必备软硬件资源清单(表3、表4)。
其次,通过表1中物联网技术岗位需求及表2中物联网技术专业相关“1+X”职业技能等级证书内容可知,基于“岗课赛证”融通理念的高职高校物联网综合实训室建设,在基础资源保障的前提下,更重视中学生创新意识与知识扩充能力的培养。因而,可引入创新创客智能实训平台、LoRa开发平台、NB-iot开发平台、智能家装系统平台、物联网云应用服务平台等,结合市场主流的新技术新工艺、全国职业技能竞赛的新标准,全面培养和训练中学生在本专业的综合实操能力linux漏洞扫描,同时兼具职业性和规范性。以创新创客智能实训平台为例,其软硬件类型配置资源框架(如表5、表6所示):
由此可见,从建设区域的界定到软硬件资源的完备配置,物联网综合实训室的建设是积极建立集实训教学、校企合作、大赛训练、考证培训、师生实践、岗位能力为一体的综合性学科生态体系的关键诱因,对于推动中学工业化变革和推动高职教育变革具有积极的作用,为人才培养标准与产业发展速率保持一致提供了强有力的平台保障。
表1物联网产业技术岗位需求、技能及所需学习课程:
岗位:Java开发工程师。
技能:
①掌握Java系统设计、架构设计、代码开发;
②编写设计、测试文档,完成模块的编码与测试;
③掌握Spring、MyBatis等流行开源框架及MySQL数据库开发。
课程:Java程序设计、数据库应用开发。
岗位:Android终端开发工程师。
技能:
①掌握Android系统框架和各类优化技术;
②熟悉AndroidSDK,才能进行系统功能需求的订制和开发;
③熟悉Android系统整体和独立jar包开发编译流程。
课程:Android联通应用开发。
岗位:嵌入式系统开发工程师、
技能:
①掌握Keil开发环境,熟悉ARMCortex系列MCU硬件构架;
②了解常用嵌入式芯片及外围电路的开发应用;
③熟悉常用通讯总线通讯合同,熟悉Linux内核编程;
④熟悉ARM微控制器构架,具备STM32微控制器开发经验;
⑤负责基础软件的软件需求剖析、软件构架设计、软件详尽设计、软件单元测试、代码静态测试。
课程:C语言程序设计、模拟电子技术、数字电子技术、单片机应用及开发、嵌入式系统应用开发、计算机网路技术
岗位:物联网安装调试员。
技能:
①掌握物联网设备安装与调试技能;
②掌握物联网系统组网、优化物联网网路布局方式;
③掌握物联网网段和短距传输模块参数配置;
④具备灰盒测试、数据剖析与处理的能力。
课程:物联网总论、物联网设备装调与维护、物联网系统布署与运维、物联网工程设计与管理
表2物联网技术专业相关“1+X”技能等级证书:
物联网通讯技术应用、物联网云平台运用、物联网工程施行与运维、传感网应用开发、物联网单片机应用与开发、物联网场景设计与开发。
图1“物联网技术应用”赛项能力考查图
表3软件资源基础清单
软件名称:
JavaJDK开发工具包JDK8版本及以上
GitVersion2.39.0
IntelliJIDEA
AltiumDesigner
AndroidStudio
AltiumDesigner定期更新版本
Protel99SE
Keil
Multisim
ArduinoIDE
Node-RED对应实训内容所需通用版本
Office套件2016版及以上
Windows系统Win10/11
Linux系统CentOS/Ubuntu/RHEL
表4硬件资源基础清单
计算机终端:硬件以市场主流的才能支持物联网研制软件流畅运行的配置为主。
无线传感器网路实验基础套件:常见ZigBee协调器、2.4G通讯模块、蓝牙模块、Wi-Fi、GPS、GPRS模块。
通用研制及测试设备:Android终端测试机、嵌入式芯片及设备运行各种配套电路板及联接元件。
表5创新创客智能平台硬件主要配置
核心控制器:i.MX6、STM3232FF103103、STM3232FF407407、MK64等系列核心控制器。
Cortex-ACortex-M系列底板:I2C插口、UART并口、中断插口、PWM插口、SPI插口、GPIO插口、千兆网口、用户自定义扩充IO、USBHost插口、TF卡插口、液晶触摸屏插口、以太网插口、HDMI插口等
传感模块:三轴加速度计传感、大气压力传感、温温度传感、磁场硬度传感、声响/光敏传感、广谱二氧化碳传感、红外对射传感、接近开关-红外反射模块、热释红外传感、振动传感、热电偶传感、光照硬度传感、超声波传感、薄膜压力传感模块、红外测距传感等。
I/O模块:LED双数码管模块、按键模块、点阵LCD模块、LED蜂鸣器模块、继电器、直流马达驱动模块、MIC&
扬声器模块。
通讯类模块:RS485模块、CAN模块、串口Wi-Fi模块、串口蓝牙模块、USB蓝牙Wi-Fi二合一模块、4/5G模块。
Zigbee套件:TICC2530核心板、调试显卡、仿真器。
RFID套件:低频模块、高频模块、超高频模块、有源2.4G模块。
表6创新创客智能平台软件主要配置
操作系统:Android7及以上、Linux+Qt5.3(Kernel4.9)、Ubuntu18.04、FreeRTOS。
驱动程序:I2C、UART、中断、ADC、PWM、SPI、GPIO、10/100/1000自适应网卡、TF卡、直流马达、步进马达、伺服襟翼、LCD、HDMI、RTC时钟、USB、SRAM、CAN总线、485总线嵌入式linux系统工程师标准培训教材2,所有配套传感模块类驱动程序。
实验体系:支持OpenCV、Python、Qt通用兼容版本、包含OpenCV、Python等实验体系。
4.4实训室核心设备介绍
创新创客智能实训平台
这是一款根据物联网技术构架开发的多功能综合教学实训平台,包含感知层、网络层、应用层,以智能家装、智慧农业、智能交通、智慧安防为案例,提供一个学习物联网底层硬件、业务原理和应用开发的实训环境。
该实训装置综合运用传感、RFID、接口控制、无线传感器网、Android应用开发等技术,配合实训台上的无线通讯设备、ZigBee节点、射频设备、控制设备、网关和云平台,建立了基础性、验证性、设计性、综合性和创新性开发为一体的综合实训装置,实现了智能家装门禁安防监控、环境检测、设备智能控制、农业环境智能检查、农业设备智能控制等功能。
智能家装系统平台
这是一套面向智能家装行业的物联网实训系统。系统通过多个子系统的安装调试操作,培养中学生的工程技能,使其才能搭建相对复杂的物联网应用,并对工程岗位有初步认知。
该系统集成了传感采集、无线传感器网、自动控制、嵌入式开发、网络通讯、移动应用开发、Web应用开发等技术,实现了对家装环境、电器设备、网关的检测、调节、报警、视频监控和远程控制。系统高度模拟实际智能家装的工作环境和功能,为物联网专业教学提供了完备的工程应用实训平台。
物联网云应用服务平台
该平台是一个面向高职高专高校的Web应用程序,提供建立的物联网系统,便捷中学生学习物联网硬件知识和软件编程技术,同时满足物联网技能竞赛的需求。
新平台基于Linux底层开发,采用B/S构架和MVC模式,实现了教学、实训和大赛功能的有机融合。平台具备弹性扩充能力,支持多终端操作,中学生可以自主创建物联网项目,通过项目控制实训设备,深入感受物联网技术应用和发展前景。新平台旨在于提供愈发丰富的教学资源、更加顺畅的操作体验,促进物联网人才培养与产业需求的深度融合。
五、“岗课赛证”融通物联网实训室规划图
“岗课赛证”融通物联网实训室
“岗课赛证”融通物联网实训室
“岗课赛证”融通物联网实训室
“岗课赛证”融通物联网实训室
“岗课赛证”融通物联网实训室
“岗课赛证”融通物联网实训室
“岗课赛证”融通物联网实训室
基于“岗课赛证”四位一体的理念,结合当前物联网产业发展形势和实训室建设现况,明晰了高职高校物联网综合实训室建设的意义和目标,将实训室建设分为三个区域,针对性地满足不同培养阶段和层次的需求。从基础软硬件环境建设到拓展的平台资源配置,丰富了物联网专业的教育资源,促进其与市场需求进一步对接,以培养适应新时代、具备多岗位能力的复合型技术人才。