虚拟仿真实训平台在物联网智能家居课程教学中的应用探究

郭津津

（漳州第二职业中专学校，福建 漳州 363601）

1 虚拟仿真实训平台在物联网智能家居教学实践中的应用价值

1.1 激发学习兴趣

虚拟仿真实训平台是一套以实物为基础的缩微化的模拟平台，在平台中学生可以真实地感受到智能家居的实际情况，例如自动采集温湿度、自动分析光照强度、有害气体及其自动报警等。面对“既有趣又富有一定挑战性”的虚拟仿真实训平台，能极大地激发学生的学习兴趣和热情。“兴趣是最好的老师”，虚拟仿真实训平台对中职学校学生来说，无疑是一项“完美的学习福利”[1]。

1.2 更容易掌握理论知识

基于物联网的智能家居对于中职学校的学生来说，理论学习中具有一定的难度。由于理论知识“晦涩难懂”，不易掌握，如果没有相应的实践，那就更难了[2]。而虚拟仿真实训平台正好解决了该问题，把“晦涩难懂”理论知识直接与虚拟仿真实训平台相结合，让学生在虚拟仿真实训平台上，通过动手实践来理解理论知识，这样就更容易理解、掌握理论知识，然后再用理论来指导实践，就能轻松地完成理论到实践的转化过程。

1.3 提高实践能力

中职教育的其中一个重要理念，即是培养学生的实操能力。由于智能家居专业是一个近几年才兴起的新专业，目前很多中职学校没有专业实训室、实训平台，因此实操能力无从谈起。而部分中等职业学校基本具备物联网专业理实一体化的实训条件，但在传统的物联网实训室建设中，多数存在着前期成本投入高，实训过程耗材严重，实训设备更新换代速度快等问题。虚拟仿真实训平台为学生提供了很好的实验环境，在虚拟仿真实训平台中学生可以完成各种各样的智能家居设计，使得楼宇智能化。在此过程中，学生需要动手完成布线、编程、调试、故障检测、维护等各种实践环节。通过各种实验的训练，学生在不断完成各项实验、排除各种故障中不断提高动手能力[3]。

2 教学实践

作者所在院校创新校企合作模式，与合作企业共同开发了基于物联网的智能家居虚拟仿真实训平台，以智能家居虚拟仿真实训平台为中心设计了几十个针对性的实验，所设计的实验由浅入深，由单一功能到综合应用，基本囊括了智能家居的绝大部分功能。本文以“别墅式智能家居系统”为例，介绍智能家居虚拟仿真实训平台的教学实践过程。

2.1 教学设计

通过综合仿真项目来检验学生对智能家居相关知识的掌握程度，要求学生根据所设计的功能完成综合仿真项目。针对“别墅式智能家居系统”设计了多个功能点。

（1）客厅功能：在视图上显示实时光照传感值、设置光照阈值、操作智能窗帘设备、当实时传感值小于阈值时打开智能窗帘，反之则关闭；在视图上显示智能窗帘的实时状态。

（2）卧室功能：在视图上显示实时温度、湿度传感值；根据当前温、湿度传感值计算并显示室内人体舒适度指数及注意事项。

（3）厨房功能：在视图上显示实时有害气体传感值、设置有害气体阈值、操作报警喇叭设备、当实时传感值大于阈值时打开报警喇叭，反之则关闭；在视图中显示报警喇叭的实时状态；当报警喇叭开启时，将时间、事故原因（有害气体）、有害气体实测值写入数据库中。

（4）餐厅功能：当餐厅有人时自动开启照明灯设备，无人则关闭；在视图中显示实时状态。

（5）监控记录：在视图中显示各项监测记录、并可导出成多种格式。

在教学过程中，首先以“兴趣引导”为主，激发学生的兴趣， 引导学生把课堂所学的理论知识转移到虚拟仿真实训平台中，逐步带领学生，以案例来驱动整个教学过程，把知识点落实到各个功能点中；然后引导学生组建团队，介绍项目设计、实施过程。

2.2 实践环节

为了完成教学设计，在“别墅式智能家居系统”的实践环节中，教师将引导学生首先进行组内分工，部分组员完成设计项目流程、设计项目线路部署图，部分组员完成布线、编码、调试等。

（1）布线实施，根据项目小组所设计的线路部署图，完成“别墅式智能家居系统”的布线，如图1（A）所示。

（2）编码设计，首先新建一个WFP项目，然后导入厂家提供的辅助工具DLL类库，创建新窗口“LoginWindows”作为登录窗口，在该窗口中主要实现系统的登录功能。创建“MainWindow”窗体作为主窗口，当登录成功后进入该窗口。首先实现串口初始化及下拉框内容设置，然后实现基于物联网的主体功能，主体功能如表1所示。

表1 主体功能表

private void UHHG_GetData(byte[]data)该方法用于获取有害气体传感值，将实时传感值与设置的阈值进行对比后并实现系统功能private void UHIll_GetData(byte[]data)该方法用于获取光照传感值，根据光照实时传感值与阈值的比较操作智能窗帘；并显示智能窗帘的实时状态

系统主体功能函数设计好后，根据教学设计要求，开发“别墅式智能家居系统”，主要完成的业务功能如图1（B）至（F）所示。

图1 系统业务功能图

（3）系统调试、试运行，在项目开发好后，引导学生进行系统调试，逐个功能点进行调试，在调试过程中先检查布线问题，确保布线正确；然后调试软件，检查是否能正常收集到传感器的实时数值；再根据收集的实时数值来调试业务逻辑。

2.3 作品验收

作品验收是一个很重要的环节，在学生完成综合仿真项目后，邀请本校及校企合作单位的专业技术工程师一起参与作品验收。

（1）验收前准备，首先设计作品验收标准，制定表格，对各个功能点的完成情况进行打分，例如传感器数据是否接收到、报警器是否如期报警、窗帘是否正确打开等；同时也对项目布线的规范性、软件界面的整洁性进行打分。

（2）项目陈述、成果展示，项目组成员对整个项目进行简要概述，由组员共同配合完成各个功能点的演示，并做解说。

（3）专家组打分，专家组成员听取项目组成员的陈述和观看成果展示后，对项目的各个评分点进行得分，最后把所有专家组成员的所有评分累加、取平均值，以平均值作为作品的最后得分。

3 教学方法总结与探究

3.1 兴趣引导教学

众所周知“填鸭式”的传统教育对学生没有什么吸引力，对于物联网智能家居课程的教学应当以“兴趣引导”为主，激发学生的兴趣，引导学生把兴趣转移到针对虚拟仿真实训平台中，通过一个个有趣的实验激发学习热情，让学生的一腔热血扑在虚拟仿真实训平台，不断地锻炼自己的实践技能，从而提高教学质量。

3.2 案例驱动教学

仅凭一腔热血难以全面掌握物联网智能家居的各项技能，本文认为“案例驱动”教学能进一步强化学生的学习针对性，教师通过多个由浅入深的案例，逐步引导学生理论联系实际，把智能家居的理论知识逐步应用到虚拟仿真实训平台中，不断解决各种智能家居问题，以通俗易懂、“所见即所得”的方式向学生传授各项技能，使得学生的实践技能掌握得更加全面。

3.3 任务驱动教学

“任务驱动教学”是以学生为核心，以任务为导向，充分发挥学生主观能动性的一种教学方法。教师理论知识融入到各项任务中，要求学生组队完成各项任务。在完成各项任务过程中，要求学生自主设计、编码、调试、故障排除、维护等，通过小组讨论、相互配合、通力协作来培养学生的团队合作精神，为将来的职业生涯打下良好的基础。

4 结束语

本文基于物联网的智能家居虚拟仿真实训平台设计了“别墅式智能家居系统”实训项目，阐述了教学设计、实践环节、作品验收等教学过程，在教育信息化背景下将虚拟仿真实训融入课堂实训教学中，实现信息化和教学深度融合，取长补短，提高教师信息化能力，提高学生动手实践能力，并提升教学质量。通过智能家居虚拟仿真实训平台在实践教学上的应用，弥补教学上的不足，反馈平台的缺陷，促进虚拟仿真实训和教学的相长，有助于这种教学模式的更新和推广。下一步，我们将对虚拟仿真实训平台的教学评价体系做一个更为深入的剖析与分解，在教学中促进实践，在实践中反省教学！