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虚拟仿真技术在物联网工程专业教学中的应用研究

2022-01-02 11:36:55公文范文
李晓芳卢付强时翔[摘要]物联网工程的专业性、实践性较强,利用虚拟仿真技术对实验环境进行真实模仿,能够

李晓芳 卢付强 时翔

[摘 要] 物联网工程的专业性、实践性较强,利用虚拟仿真技术对实验环境进行真实模仿,能够更好地培养学生的学习兴趣与动力,使学生更加积极、主动地参与到物联网工程专业教学活动中,对于提升教学的有效性非常有利。因此,主要对虚拟仿真技术在物联网工程专业教学中的应用展开研究,通过对虚拟仿真技术概念及特征的分析,掌握物联网工程专业教学的现状,从而利用虚拟仿真技术优化物联网工程专业教学路径与形式,激发学生的学习动力,推动物联网工程专业教学工作更好地开展与进行,更好地提高其教学实效性。

[关键词] 物联网工程;专业教学;策略;研究

[基金项目] 2020年度常州工学院虚拟仿真实验教学重点项目“‘基于RFID的防疫物资城市调配虚拟仿真实验”(30120300000—FX—004)

[作者简介] 李晓芳(1972—),女(蒙古族),内蒙古通辽人,博士,常州工学院计算机信息工程学院教授,主要从事信息获取与处理研究。

[中图分类号] G642.0   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324(2021)39-0160-04    [收稿日期] 2021-05-10

由于物联网工程专业具有一定的抽象性,很多学生无法从书本或教材中全面地理解与掌握物联网工程专业的教学知识,从而影响学生学习兴趣的培养与学习能动性的发挥。虚拟仿真技术是一种现代化的具备战略性和通用性的技术,能够帮助人类更好地认识自然的客观规律,还能够有效辅助科学实验教学。物联网工程专业教学是一种实践性较强的学科,需要通过反复的实验加深学生对知识的理解与掌握。通过利用虚拟仿真技术,能够更好地优化物联网工程专业教学的实验流程,让学生更加清晰、直观地了解与掌握其教学特点,从而引导与鼓励学生更加积极、主动地探究物联网工程的相关知识,并将其应用到具体实践中,提升物联网工程专业教学的有效性与科学性,提高该课程的教学品質与水平。

一、虚拟仿真技术的概念及特征分析

(一)虚拟仿真技术的概念

所谓的虚拟仿真技术,主要指的是利用一种虚拟系统对一个真实系统进行模仿的技术或者方法。从狭义角度来分析,虚拟仿真技术就是一种试验研究的新技术;而从广义角度来讲,虚拟仿真技术就是一种人类认识自然、探究客观规律的技术。在计算机不断发展的大环境与大时代下,虚拟仿真技术逐渐自成体系,并成为继科学实验、数学推理后认识自然客观规律的一种有效方法或技术,逐渐成为人类认识世界、改造与创造世界的战略性、通用性技术[1]。

虚拟仿真技术是在虚拟现实技术、多媒体技术、网络通信技术快速发展基础上虚拟现实技术与仿真技术的融合性产物,是一种高级仿真技术。为了促进现代仿真技术的快速发展,虚拟仿真技术网络化、虚拟化与集成化的特性能够更好地满足其发展需求,并推动相关行业协调发展。

(二)虚拟仿真技术的特征分析

虚拟仿真技术有很多特征,如沉浸性、交互性、逼真性与虚幻性。虚拟仿真技术的沉浸性主要是指在虚拟仿真系统中,使用者能够获得动觉、触觉、嗅觉、听觉及视觉等多种感知,从而有身临其境的感觉。理想化的虚拟仿真系统应该具有对信息的感知能力。交互性是虚拟仿真系统的重要特性。在虚拟仿真系统中,环境能够对人产生作用,人也会作用于控制环境。人们通过肢体、语言等行为对环境进行影响与控制,且虚拟环境还能够对人的操作与行为进行反应。虚幻性是虚拟仿真技术的重要特性之一,其表明虚拟系统环境是虚幻的,是人类利用计算机技术虚拟出来的环境,其既能够对真实存在的环境进行模拟,又能够对世界上现存或者之前存在的现象进行模拟,同时能够对未来可能出现的环境进行模拟,对于客观世界中不存在的事物也可以虚拟出来,只要是人们能够幻想出来的,都可以通过虚拟技术进行模拟,创造幻想性的环境。逼真性是虚拟仿真系统的又一特性,虚拟的环境与客观世界的环境极为相似,感官上显得比较逼真,就像在真实世界一样。

二、分析物联网工程专业教学的实际现状

随着信息科技的快速发展,虚拟仿真技术的应用频率与范围逐渐增加和扩大,并在一定程度上推动与辅助了物联网工程教学工作的开展与进行,但是其依然存在一些局限与不足,亟待优化与解决。下面对物联网工程专业教学的实际情况与问题展开探究与分析。

(一)教学内容过于单一与机械化

由于物联网工程专业是很多院校新开设的一个专业,具有很强的教学新鲜度,但是其教学内容也比较单一和机械化,很多教师多参照书本或教材展开教学,致使教学的丰富性与灵活性不强,不利于学生学习兴趣的培养。与此同时,物联网工程教学的内容大多具有一定的实践性,如果不能将该专业的理论性教学与实践性教学进行有机整合与对照式教学,则会影响该专业实际教学品质的提升,不利于培养物联网工程专业人才。

(二)缺乏健全的教学体系与机制

在开展物联网工程专业教学时,一些高校在该专业教学上缺乏较为健全和完善的教学体系与机制,其教学流程得不到更好的规范,教学资源得不到更好的整合、教学模式得不到更好的改革与创新、教学理念也得不到有效的转化与升级,这都会影响物联网工程专业教学工作的有序开展,也会削弱其教学效果与作用。

(三)缺乏实践教学平台

物联网工程专业的教学实践性很强,如果没有良好的实践平台,提供给学生实践与练习的机会与空间就会很少,不利于学生对物联网工程专业知识的学习、理解与掌握,学生自主学习与探究知识的能力也得不到更好的调动与培养,不利于物联网工程实践教学效果的呈现和教学品质的提升。与此同时,物联网工程专业教学过分重视理论教学,忽视了实践教学的重要性,学生空有理论而没有实践,其人才的培养缺乏一定的全面性与科学性,同时在专业教学水平的提升方面也会有所欠缺。从整体上来看,不利于物联网工程专业教学工作的有序开展与高效进行。

(四)缺乏优秀的师资力量

优秀的师资能够助推专业教学工作有序、高效开展。当前,很多高校在物联网工程方面缺乏优秀师资,部分教师在物联网工程教学方面还处于探索阶段,其专业教学能力与业务素养还有待提升。与此同时,物联网工程专业是一种交叉性、综合性的学科,其所涉及的学科知识比较复杂,不仅包含计算机类的专业课程,而且包含无线传感器网络、传感器与检测技术、物联网信息融合、嵌入式开发、RFID、物联网前沿技术、物联网控制技术、物联网开发技术、移动通信、射频技术与应用、Web程序设计、视频语音处理技术及物联网系统综合设计技术等学科,由此可见其教学内容较为复杂,知识点繁多。如果教师的专业教学能力有限,缺乏专业综合与创新的能力,则很难灵活、从容地开展物联网工程教学工作,在培养物联网工程专业人才方面会出现心有余而力不足的问题。此外,很多高校缺乏对物联网工程专业教师的培养,缺乏定期培训的机制与流程,没有针对物联网专业教学的实际需求对教师实施更有针对性的培养,这对于学校师资力量的提高、师资队伍的壮大非常不利[2]。

(五)教学模式与方法缺乏多元化创新

传统的物联网工程专业教学比较枯燥与乏味,教学的方式与手段缺乏多元化创新,如果一味地应用单一或者模式化的教学模式展开教学,不利于更好地培养学生学习物联网工程知识的兴趣与积极性。与此同时,很多学校并不重视虚拟仿真技术的应用,在专业理论与实践教学方面缺乏必要的融合与创新,在专业实践教学环节中,学生参与的积极性不高、能动性不足,不利于物联网工程专业教育实效性的更好提升。

三、物联网工程专业教学中虚拟仿真技术的应用方略

(一)转变专业教学思路,优化教学理念

在开展物联网工程专业教学活动前,教师必须要对物联网工程专业当前的教学理念进行深入分析与研究,并充分认识专业教学理念存在的局限性与弊端,从而更好地转化教学思路,优化教学理念。同时,在设计与优化物联网工程教学方案时,要系统地思考与设计其教学规划与流程,并科学、合理地设置与安排物联网工程理论与实践课时,通过物联网工程专业教学方案的合理设计与应用,为物联网工程专业教学工作的有效开展奠定基础。

(二)重视物联网工程专业教学与虚拟仿真技术的有效融合

由于物联网工程专业具有很强的实践性,重视实验相关配套设施的完善与健全是非常必要的。由于当前很多高校的实验条件不足,实验教学存在很多的局限性,如实验设备不足、软硬件条件缺乏等,这些都会影响物联网工程专业实践教学工作的有效开展。而虚拟仿真技术主要是利用自动化控制技术、仪器仪表测量技术、人工智能技术、网络通信技术及计算机技术等对真实的环境进行虚拟的一种仿真系统,其主要是利用虚拟技术对真实环境或者事物进行模拟,从而打造一个高端化的人机接口。通过虚拟仿真技术与物联网工程实验教学的有效融合,能够促进物联网工程实践教学平台的创建,给学生提供更多的专业实践的空间与机会,從而更好地满足物联网工程实践教学的需求,有效地缓解或消除了物联网工程教学中的局限性与不足,提升其教学实效性与教学品质。与此同时,在物联网工程实际教学环节中,教师可以将物联网工程实训环节嫁接到虚拟仿真平台中,让学生在实验平台中更加灵活、自主地设计与构建物联网工程的复杂系统,促进物联网工程教学体系得到更好的优化与健全,逐步构建一套多元化、层次化与模块化的实验教学体系,这对培养学生优秀的专业实践力与创新力非常有利[3]。

(三)利用虚拟仿真技术设计物联网实验平台

在设计物联网实验平台时,重视虚拟仿真技术的应用是非常必要的。通过物联网实验平台的有效设计与建立,能够有效地模拟常用的物联网设备,并合理、科学地利用计算机软件推动其硬件设备功能的实现。同时,通过将虚拟仿真设备应用到物联网工程专业教学中,能够有效地节约采购硬件的相关成本与费用,其设备摆放还不会占用较大的空间,从而促进虚拟仿真实验活动的组织与开展,推动物联网工程专业教学品质的提升。

(四)重视专业教学内容与教学形式的优化与创新

传统的物联网工程专业教学的内容与形式相对较为单一,而将虚拟仿真技术应用到物联网工程教学过程中,能够更好地借助虚拟仿真技术优化物联网工程的教学形式与内容,让学生通过模拟仿真实验直观化、具体化地掌握物联网的相关知识与内容,并在虚拟仿真实验的过程中有效地利用虚拟仿真技术深化与应用物联网知识解决问题,提升物联网工程专业的教学效率。与此同时,物联网工程专业教学内容多局限于课本或者教材,在应用虚拟仿真技术拓展与延伸物联网工程专业教学内容时,可以将一些与专业教学相关的知识与内容融入进来,并进行虚拟仿真模拟,创设有效的虚拟仿真情境,活化物联网工程专业教学的氛围与环境,这对于培养学生良好的学习兴趣、激发学生学习的动力非常有利。此外,物联网工程专业教师也要对现有的教学现状进行充分认识与研究,并提出更加行之有效的应对策略与方法,有针对性地丰富物联网工程专业的教学内容,充分整合交叉专业学科的知识、资源或者素材,让学生通过虚拟仿真技术模拟更加真实的环境,让学生更好地掌握物联网工程的实际教学知识与内容,提升其教学品质与水平[4]。

(五)重视物联网工程教学体系的健全与完善

由于物联网工程是很多高校新开设的专业,其教学体系缺乏较为完善的教学流程与机制,很多物联网工程教学环节缺乏一定的衔接性与系统性,会导致很多学生所学的知识缺乏衔接性,不利于激发学生的学习兴趣与激情。鉴于此,重视物联网工程教学体系的健全与完善,设计较为全面化的教学流程,让教师与学生都能按照其教学体系进行有序教学与合理化学习,并调动与激发学生学习的积极性与创造性思维和能力,使物联网工程专业教学的系统性与全面性得到提升。与此同时,教师在开展物联网工程教学时,要不断反思、归纳与总结专业教学中存在的问题或不足,并逐步更新与完善物联网工程教学机制与体系,为该专业的教学提供良好的机制保障。

(六)塑造與提升教师专业素养与业务水平

教师的教学能力与专业素养会对专业教学的效果产生直接的影响,因此在物联网工程的实际专业教学工作中,学校必须要重视教师专业教学能力与业务素养的培养与培训,定期组织与开展专业化的培训工作,并通过案例分析与虚拟仿真技术的反复实操,不断锻造与提升教师的专业教学能力。与此同时,物联网工程专业教师在教学过程中要重视自身素养与综合能力的提升,结合时代的发展特点与要求,多学习与物联网工程教学相关的知识与技术,经过不断总结与反思,研究与创新适合物联网专业教学的方法与技巧。此外,在学习虚拟仿真技术时,教师可以循序渐进地学习相关专业知识,利用业余时间多给自己充电,秉承“活到老,学到老”的精神,不断提升自身的教学能力与专业水平,为物联网工程专业教学实效性的提升提供强有力的师资保障[5]。

四、结语

面对当前物联网工程专业教学的实际情况与问题,学校及教师在优化与改革物联网工程专业教学现状时,要重视虚拟仿真技术的有效研究与应用,通过虚拟仿真技术的有效应用,更好地优化该专业教学的实际现状,促进该专业理论课程与实践课程的更好融合,彰显物联网工程实践教学的重要性。同时,在物联网工程教学中应用虚拟仿真技术拓展与延伸教学,赋予理论性教学内容一定的活性,这对虚拟仿真技术应用效果的提升非常有利。

参考文献

[1]赵进学.虚拟仿真实验系统设计初探[J].电子测试,2017(18):123-124.

[2]刘亚丰,余龙江.虚拟仿真实验教学中心建设理念及发展模式探索[J].实验技术与管理,2016,33(4):108-110+114.

[3]罗高峰.仿真技术在物联网实践教学中的应用研究[J].物联网技术,2015,5(7):101-102+104.

[4]谭方勇,张晶.构建适应新常态的高职“物联网应用技术”专业人才培养方案[J].工业和信息化教育,2017(12):14-19.

[5]袁凯烽.虚拟仿真技术在物联网应用技术专业教学中的应用[J].文教资料,2017(28):170-171.

Research on the Application of Virtual Simulation Technology in Professional Teaching of Internet of Things Engineering

LI Xiao-fang, LU Fu-qiang, SHI Xiang

(School of Computer Science and Information Engineering, Changzhou University of Technology, Changzhou, Jiangsu 213022, China)

Abstract:
The Internet of things engineering is highly professional and practical. Using virtual simulation technology to simulate the experimental environment can better cultivate students interest and motivation in learning, and make students more actively participate in the teaching activities of the Internet of things engineering, which is very beneficial to improve the effectiveness of teaching. Therefore, this article mainly discusses the virtual simulation technology in the application of Internet of things engineering teaching study. Through the analysis of the concept of virtual simulation technology and its characteristics, grasp the present teaching situation of the Internet of things engineering major, so as to use the virtual simulation technology to optimize the teaching path and form, and stimulate students learning motivation, promote the better development and progress of teaching work of Internet of things engineering major, so that the effectiveness of teaching can be better improved.

Key words:
Internet of things engineering; professional teaching; strategy; research

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