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关键词:物联网专业;实践教学;教学模式
中图分类号:G642.41 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)35-0150-03
一、概述
物联网在当今社会已成为一个热点话题,它正不断应用到我们的生活中。物联网是指通过装置在物体上的各种传感设备,如射频识别RFID装置、红外感应器、全球定位系统GPS、激光扫描器等,按照约定的协议,通过相应的接口把物体与互联网相连,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种巨型网络[1,2]。2010年,教育部开始将物联网、传感器网络作为战略性新兴产业相关专业的重点,鼓励各大高校申报相关专业。作为培养市场所需人才的高校来说,物联网专业实践教学显得尤为重要,建设物联网实验室也成为当务之急。高等院校物联网专业应该注重培养具有物联网专业基础知识和具有较强的物联网专业实践能力的全方位人才[3,4],这就要求高等院校在物联网实践教学方面建立和完善适应于学生发展的实践教学体系。
二、物联网体系结构和关键技术
根据研究,按照自底向上的方法,物联网体系结构从技术和功能角度可以分为三层,即感知层、网络层和应用层。其结构框图如图1所示。
感知层主要是前端信息采集以及控制终端,要求能够全面感知物理世界的各种信息,由各种传感器以及传感器网络组成,是物联网信息的源头。用于物联网信息感知的传感器主要有温湿度传感器、气体传感器、水质传感器等。它利用射频识别(RFID)器件、嵌入式设备、无线传感网等全面感知物体的各种信息,具有节点数量多、成本低等特点[5]。可见,感知层是物联网体系结构的底层技术,是物联网关键技术之一。
网络层由光载无线交换系统(主要包括光载无线交换机、远端射频单元、模拟光纤、WIFI设备服务器和以太网交换机)和其他网络设备共同组成,是各种信息与互联网的融合、传输和接入层,是基于TCP/IP协议的网络平台[6]。
应用层的主要作用是支持物联网应用系统中各类平台技术的运行,这些技术包括物联网信息存储技术、物联网信息共享和交互技术以及各行业末端网络应用技术等,主要实现物联网与行业技术的深度融合和无处不在的智能化功能[7]。应用层是由后台数据中心、远程客户端以及装载在其中的各种应用程序共同组成的,实现对前端信息和控制终端的管理和应用。
这三个层次基本涵盖了物联网主要的核心知识和应用范围,为物联网专业的教学指出了明确的方向。
三、物联网专业实践教学典型解决方案
我国高校开设物联网专业是近五年的事,由于整个专业起步比较晚,相对来说,实践教学环境的配备更迟一步,不管是各大高校还是服务于高校的企业单位,对该专业的实践教学配套设施都还处于起步阶段。如何定位高校的物联网专业教学,如何确定相应的实践教学模式,对此,本文进行了相关分析和总结。
(一)体验实践的广泛感知模式
物联网专业本身与电子、通信、计算机领域密切相关,但它也应该有自己明显的特性。据了解,各大高校的物联网专业基本都设置在计算机学院或信息学院,如何把物联网专业与同学院其他专业区分开来?基于物联网专业具有很强的工程实践特性,一些大学从实践环节入手,针对物联网实验教学环节和专业实验内容给出了解决方案。该方案认为实验室建设应该重视基本应用开发能力的培养、应该建立宽泛的可操作环境,让学生在实验时有可选性,鼓励创新精神,从而培养学生对实际物联网应用项目的整体把握能力。
方案中指出,对物联网专业实践教学环节应该从专业认识、毕业设计、生产实习、竞赛活动等方面进行改进。据调查,新生的专业认识一般是统一参观专业实验室或某个网络公司或以讲座形式向学生展示专业的发展,使学生获得对自己专业的初步认识。新的解决方案是建立特定行业物联网“综合演示实训中心”,通过参观该实训中心,让学生从整体上认识物联网专业及其应用场合,从而增加学生对专业的理解,激发学生对专业的兴趣。生产实习方面,通常是带领学生到生产现场进行参观实习。由于物联网是一个新兴行业,可供学生进行参观实习的工业生产现场比较少,因此需要重新制定物联网专业实习解决方案。经调研发现,建立“物联网综合演示实训中心”供学生感性体验,或者利用学校与企业联合共建的物联网相关示范基地以及学校自建的实训中心是比较有效的方案。专业基础学习,应做到学与做同行。为满足多样化需求,应完善丰富专业基础教学实验室,从而丰富课程设计的综合实验内容。如果教师时间紧,可以采用第三方提供的产品方案。通过学科竞赛,让学生可以在创新、理论付诸实践、团队合作三个方面促进增长。
在高校物联网专业实验内容拓展方面,方案给出了三步走策略:综合演示实训类、应用实训类以及基础教学实验类。对于综合演示实训类,针对高校的行业特点,建立其相应的应用型实训中心,比如智能家居系统、智能门禁系统、智能安防系统等,提供专业认识、科技创新、科研、毕业设计等内容。对于应用实训类,构建通用典型的物联网小型系统以及中规模应用系统,比如智能停车管理实训室、智能农业实训室等,提供专业认识、课程设计、科技竞赛及创新相关的实验服务。对于基础教学实验类,进行专业基础、课程设计等专业基本能力培养,比如传感器、单片机、FPGA实验室等。
(二)精品案例教学模式
对于概念和应用宽泛的物联网专业来说,与其面面俱到广而不精,不如采用精品案例教学模式。学校结合自身的长处,选择适合自己的培养方向,这不仅可以充分利用现有资源,更能体现针对性,且学生容易入门。为此,一些企业随之打造了类似产品,以求能够通过某个具体精品案例,把物联网的三层结构体现得淋漓尽致,在追求精品的同时,不失整体的实践教学模式。
方案中,物联网技术应用领域教学选取了典型的案例――智能家居,其结构框图如图2所示。智能家居融合自动化控制系统、无线通信技术、计算机网络技术和传感器技术于一体,形成智能化、网络化的家居控制系统,将家中的各种设备(如照明系统、音视频设备、窗帘控制、安防系统、空调控制、数字影院系统等)通过家庭网络连接到一起,从而实现全方位的信息交互,保持信息交流畅通,环保节能,节约资金,增强家居安全。智能家居系统可提供的实验为智能移动视频监控实验、智能门禁实验、智能电灯控制实验、智能窗帘控制实验、家居环境参数采集实验,通过这些实验,可以使学生更好地锻炼动手能力。
方案通过智能家居系统引出物联网关键技术,该技术主要分为物联网传感技术、物联网接入教育、物联网网络技术等。物联网传感技术可提供多款CPU,例如8051核CPU、cortex m3核CPU和FPGA等,使学生能够学习不同复杂度、不同成本的CPU连接传感器进行信号采集的流程。物联网传感技术还可以提供多款传感器。物联网传感技术实验的核心思想是提供一套可以更换CPU芯片的、能够连接多种传感器的试验教学装置,目的是让学生能够学习各种传感器的应用,包括传感器信息采集、传感器信号分析和接口电路设计。其优势特点是提供一套能够使用不同类型CPU实现传感器信息采集与处理的实践教学装置,提供多种传感器应用,包括声音、电磁、温度、湿度、气体、红外、光照、机械动作等多种感知信号。提供多样的传感器接口,包括模拟接口、数字接口和开关量接口。物联网接入技术的核心思想是提供这样一套实验装置:在完成无线网络管理和射频识别信息处理的同时,可以将数据通过不同网络路径传输到网络中心,目的是让学生掌握WIFI、GPRS、3G网络组成,信息传输过程中的关键性参数配置,传输性能分析等内容。物联网网络技术核心思想是提供一套能够涵盖物联网网络层关键性技术,即软交换技术和IPv6技术的实践教学装置和教学资源,使学生能够掌握主流的网络信息交换技术。
(三)二次研发实践模式
对于体系比较庞大、涉及知识比较繁多的物联网专业来说,让学生亲自动手实践从底层到顶层完整走一遍的思路或许是一条学习捷径。二次研发教学模式即让学生在现有实验箱的基础上完成个性设置和修改部分功能模块的方式体验物联网系统的工作流程,从而学习相关知识。一些公司推出了二次开发实验平台,如基于WSN(Wireless Sensor Network)的物联网解决方案体系架构ATOS平台,该平台框架如图3所示。ATOS物联网开发平台采用一套设备两套协议的方式,这两套协议包括标准的Zigbee协议和基于TinyOS的开源自主协议。TOS系统采用开源TinyOS操作系统,向用户公开了路由协议和上层软件源代码,用户可以根据各种应用需求对系统进行二次开发,包括传感器设置,数据采集、存储、访问等环节均提供二次开发接口,用户可以修改和设计自己所关注的部分,从而实现应用系统的开发工作。这给高校初学物联网的学生提供了简单易行的软硬件开发机会。
ATOS平台主要设计了传感器数据采集、基站数据汇聚、网关对外发送、采集系统解析以及远程服务器数据接收和存储等功能,它从整体上为物联网专业的学生提供了从传感数据到终端用户的各个流程,让实践过的学生能够彻底理解物联网从底层到应用层再到终端的基本架构。
该方案不同于其他实训模式,传统的实训模式多为“现场观摩为主、基本不予参与”,在本方案中,学生可以根据系统提供的二次开发平台,重现上述具备的所有功能,或根据自己的需求改写新的控制逻辑,因此具备较好的学习参与度。另外,该方案还可采用硬件组态的设计模式,根据不同的需求选配不同模块组建自己的试验平台,以适应实验教学的需要。而且,系统中绝大部分设备和器件,如传感器、气动部件等,都是工业现场使用的标准工业级元件,学生如同实践在一个真实生产的过程中,能够学到真正实用的专业知识和操作技能。
另外,ATOS平台中的实训定位功能,也能更好地全面地锻炼物联网专业的学生。该功能体现为室内人员精确定位技术的演示与测试,它采用基站定位技术,即利用已知基站来定位移动点的位置,在对信息进行收集与统计之后,实现轨迹与区域的实时定位等功能。与传统的RFID刷卡式人员定位不同,它可灵活地实现人员随时随地定位。
四、总结
物联网行业的兴起,为高校学生提供了广阔的就业前景。物联网专业所涉及的硬件、软件及网络大多是现有技术的综合应用,因此,物联网专业是工程实践性较强的学科,若要培养出理论知识与动手能力于一身的综合型人才,就需要高校制定出一套完善的物联网实践教学体系。由于物联网的提出本身涉及多门学科,故其课程体系具有一定的交叉性和动态发展特性,因此,物联网专业实践教学面临新模式的挑战,这也给各高校根据自身优势摸索出新专业办学特色提供了良好机遇。
参考文献:
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[4]王志良.物联网现在与未来[M].北京:机械工业出版社,2010.
[5]桂小林.物联网技术专业课程体系探索[J].计算机教育,2010,(16).
【关键词】学期综合项目课程;工学结合;人才培养模式
中图分类号:G642 文献标识码:A
一、引言
近年来,教育部启动实施了“国家示范性高等职业院校建设计划”,取得了丰硕的成果,使得我国高等职业教育得到了突飞猛进的发展。各地各学校开展了不同办学模式的尝试和实践,取得了各具特色的办学成果,对高等职业教育的发展起到了积极的推动和引领作用。
我国高等职业教育起步较晚,对于高等职业教育的理论研究和实践探索远未结束,本文设计探索一种具有低经济投入、高效率办学特色的“工学结合”人才培养模式方案-“学期综合项目型工学结合人才培养模式”。
二、当前工学结合人才培养模式的分析
“工学结合”人才培养方法最早出现在英国。美国职业协会《合作教育宣言 》 认为它是“将理论学习与真实的工作经历结合起来,从而使课堂教学更加有效的教育模式”。 2001 年“美国合作教育大会”指出“与工作相结合的学习是一种将理论知识学习、职业技能训练和实际工作经历三者结合在一起,使学生在复杂而且不断变化的世界中更好地生存和发展的教育方法。”经历了多年的改革和创新,我国很多学校和专业不断借鉴世界上较流行的工学结合模式,摸索出了多种具有中国特色的高职“工学结合”模式,主要有订单式模式、理论实践一体化模式、工学交替教学模式等。总结现有的人才培养模式改革思路,基本上有两大类:第一大类是课程之间进行的工学结合或者工学交替项目教学,其表现形式是理论课程与实践课程相互独立,交替进行,进程表现是先理论后实践;第二大类是课程内部进行的工学结合或者工学交替项目教学,理论与实践在课程内部融合,工学轮动,理实一体,进程表现是理论与实践高度融合;以上两类人才培养模式也有相互融合和相互借用。第二大类的教学效果最好,但是如果完全达到第二大类模式所追求的目标,需要有很强大的师资力量支撑和很充裕的实践条件支撑,如此一来,当前大多数院校的楼宇智能化工程技术专业是无法达到的。因此探索一种优于第一类,但又不逊于第二类的工学结合培养模式,该模式能够有限需求高水平师资,高效利用教学资源,可被大多数普通高职院校楼宇智能化工程技术专业所利用接受,是我们研究的目标。
三、学期综合项目型工学结合人才培养模式分析与内涵
学期项目(Term Project),是在新加坡南洋理工学院采用的一种教学方法。学生在学期开学时与课程同步领取学期项目任务书和指导书,以个人或小组团队形式对学期项目进行资讯、决策、计划、实施、检查、评估。学期项目是由教学团队依据学期开设的理论课程核心内容精心设计而成,其内涵是使学生借助于学期项目任务的实施,帮助学生更好地学习和掌握理论的知识,进而可以利用理论知识指导实践活动。所以说,这种学期项目更多表现为实践项目任务。开设学期项目任务可以达到有效解决学生理论联系实践的能力,提高学生的学习主动性和兴趣,使学生对理论知识的学习更加扎实。
学期综合项目型工学结合人才培养模式中提出的学期综合项目课程(Term Composite Project Course)是对以上所述“学期项目”内涵的延伸,是专门针对高等职业教育特点提出的。首先,学期综合项目课程是一门贯穿学期全程的课程,课程中始终由经验丰富的专任教师与学生在学期综合项目课堂中互动,以精心设计的多个项目任务作为授课内容,将学期开设的所有专业学习领域理论课程内容通过本课程有机地串联在一起,不仅使学生更好地理解理论知识,并通过实践活动加以理解、求证和运用,更重要的是通过综合项目,培养了学生综合运用各门学习领域课程的知识的能力。在教学组织上鼓励采用小组学习法,教学方法鼓励采用行动导向法、任务驱动法、案例教学法等。
四、学期综合项目型工学结合人才培养模式的实施
1、选择改革试点专业
经过筛选,我们选择了楼宇智能化工程技术专业作为学期综合型工学结合人才培养模式改革的试点专业。
楼宇智能化工程技术专业是近年随着智能建筑的兴起而开设的新专业,它涉及计算机控制、计算机信息技术、电子技术、通信技术、传感器技术、图像处理技术、电气控制技术、节能技术等多学科、多领域,教育部与建设部已经把它定为“技能型紧缺人才培养专业”。它也是一个对教学资源要求很高的专业,随着楼宇智能化技术的发展,对教师的专业能力和实践教学条件都提出了更高的要求。而目前许多高职院校的楼宇智能化工程技术专业的实践条件和资源还比较薄弱,无法实现动辄近千万的专业实践教学基地建设的投入,为了“以市场需求为导向,以职业素质和职业能力培养为主线,深入进行专业教育教学改革,以服务于智能建筑行业的发展”,我们针对楼宇智能化工程技术专业提出了“学期综合项目型工学结合人才培养模式”的改革。
2、构建新的学期综合项目型课程体系
首先我们对楼宇智能化工程技术专业现有课程体系进行分析,根据本专业人才培养目标和岗位群的典型工作任务,按照职业教育课程开发步骤,即第一步工作任务分析,第二步行动领域归纳,第三步学习领域转换,构建新的学期综合项目型课程体系。
3、开发学期综合项目课程
“学期综合项目型工学结合人才培养模式”改革的核心是开发学期综合项目课程。我们在设计楼宇智能化工程技术专业学期综合项目课程时,所遵循的基本原则,一是项目任务涵盖本学期专业能力培养目标;二是项目进程贯穿学期全程。以楼宇智能化工程技术专业第三学期的学期综合项目课程为例, 学习领域课程包括有安全防范技术、电气消防技术、检测与控制技术、智能家居技术,学期综合项目课程的项目包括有入侵防盗系统安装与调试、视频监控系统安装与调试、出入口管理系统安装与调试、智能家居系统安装与调试、火灾自动报警与消防联动控制系统安装与调试。每个综合项目又分为若干个项目任务,这些项目任务的时间安排按照相应学习领域课程的计划进度排序。按照工作过程的六个步骤即资讯、决策、计划、实施、检查、评价来进行教学设计,使学生获得一个完整的思维能力训练,习得一个指导行动的思维方法。
4、校内实训基地的建设与利用。
作为学期综合项目型人才培养方案,其专业的实践教学是以学期综合项目课程为载体贯穿整个学期开展完成,那么专业的校内实践教学基地建设的建设模式就发生了质的改变。首先,学期综合项目课程贯穿了学期的多门学习领域课程,其综合项目涵盖了多门课程的实践要求,具有针对性、综合性的优势,因此实训基地的建设只需针对学期综合项目课程进行重点开发建设,可以避免针对多门相关课程出现的重复建设,而且在规模上做到能够满足一个教学班即可。
这样,实训基地的建设投入会有很大的减缩,同时又因为学期综合项目课程贯穿整个学期,实训基地的利用也将会贯穿完整的学期,有效地提高了实训基地的利用率。
5、师资队伍建设与利用
学期综合项目课程的实施需要依赖高水平、实践能力强的教师来完成,这就需要对承担学期综合项目课程的师资进行有效的重点建设和培养,由于本方案的特点是高标准的专业教学能力和实践能力要求集中于一门课程,带来了师资建设和培养的集中性和单一性特点,针对性强,易实施。
五、改革的成果和不足
采用学期综合项目课程对楼宇智能化工程技术专业现有工学结合人才培养模式进行改革,获得以下成果:
1、学期综合项目课程的项目任务具有综合性,辐射了本学期所有专业学习领域课程的知识,优势在于培养学生综合运用知识的能力,有利于锻炼学生的思维,增强学生的就业竞争能力。
2、有效解决师资水平差异带来的教学效果差异性问题,通过学期综合项目课程可对学期整体教学效果提升。
3、有效解决实践条件和资源的高效利用,使实践教学资源方便合理调配和合理使用。
4、可提升学期不同学习领域课程之间的关联度,改善学生学习思维维度空间。
5、在有效提升教学质量和水平的同时,降低课改压力,有限地降低办学成本,提高办学效率。
实施学期综合项目型工学结合人才培养模式的改革是一种创新的尝试,我们将不断地探索和实践,使这种模式具有强大的生命力,对高职院校的工学结合人才培养模式改革提供有用的参考价值。
参考文献:
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电梯作为一种安装在楼宇内部的垂直运输系统,随着全国电梯需求市场的不断扩大,电梯产品在技术、性能、质量上都在不断发展,电梯行业可能成为全球电梯的制造中心,进一步吸纳世界其它地区的电梯产能,服务型收入将逐步成为产品增利的主导,因而出现了绿色环保电梯、智能化、信息化和高速等新技术,将成为电梯产品发展的潮流。另外,智能家居,智能楼宇以及物联网技术的普及,使得用户对电梯的功能需求不再是简单的输送功能,需要与楼宇的物联网系统构成一个完整的,无缝衔接的整体。如,与楼宇的门禁系统,住户手机的NFC功能实现智能门禁,提高用户的使用舒适度和楼宇的安全度等。中职电梯实训尤其要适应这些变化。对实训用电梯功能进行加强显得十分必要。
通常而言,为机电产品加入智能控制功能,使用的控制单元无非是单片机、PLC或者是传统意义上的计算机。单片机和PLC应用范围比较广泛,主要是因为它们的成本较低,简单的功能容易实现,有相对较强的兼容性和稳定性。但是这些控制单元由于运算能力比较弱,不太适合于具备复杂功能的信息化产品的控制。我们在此讨论使用微机,即传统的PC机作为控制单元。传统PC机是区别于单片机等微机产品,性能接近含应用了奔腾级别CPU(即中央处理器),或更高等级性能的计算机产品技术。其应用于电梯上。由于运算能力远强于单片机和PLC,易于联网以实现物联网的各种管理功能;基于某个操作系统的大型控制软件容易编写,易于使用移动互联网与用户的移动通信设备连接,使得用户的使用舒适度得以提高 。因而具有广阔的应用前景。但是,在实际的应用当中,PC机容易出现控制系统死机重启,甚至误输出,局部损坏等故障,而且在价格、电磁兼容、使用寿命、软件稳定性方面,比单片机、PLC、DSP等成熟产品还有一段距离,比较难被设计人员所接受和推广。
普通PC机存在的稳定性问题及其解决方法:
1 应对不同级别的产品对设备作出修改和特殊设计
故障案例:电梯轿厢内,有一楼层显示及媒体广播的一款一体化液晶显示的计算机,客户反映电梯在经过验收后,将会在使用时,该部件一直处于报计算机BIOS设置失败的黑屏显示而无法工作。
故障原因分析:其故障产生原因是由于个别现场的电梯闲置时间过久,使储电池失电,其供电给计算机主板BIOS芯片内保存的数据丢失,致使计算机系统寻找正常的引导路径失败,从而影响电梯的正常使用。
问题解决分析和思路:很明显,如果对于家用的计算机来说,只需要换掉电池即可以使得计算机继续完成它的工作,但是换电池对于电梯控制来说不是一件小事情。即使电池更换了之后,隔一段时间总会有消耗完的时候。对于工业级别的计算机来说,最好能够采用不需要电池维持存储单元来存储CMOS信息。经过设计改进,该主板BIOS芯片从储电池供电型,变更为EEPROM失电保存数据型芯片后,该类型的故障彻底消除。
PC机作为家用电器设备与控制电梯的工业控制级设备在稳定稳定性方面的要求有着比较大的差距,使得一些原本只存在于普通环境下出现的小故障,在工业控制环境下造成比较大的故障。这要求技术人员在进行设计和修改时需要有一定的专业知识对此类情况进行预见,并且采取相关措施将其防范于未然。
2 应对特殊的技术要求,选择适合的元件和布线方式完成工程
回顾电梯驱动控制技术的发展历程,电梯驱动和控制信息的产生,传递,加工和处理有两种典型方式,经历了模拟信息系统,后发展到将所有信息,通过数字电路进行数字化处理、传输、控制,构成数字化系统电梯。
不管电梯控制如何发生或变化,实质就是为楼宇提供垂直运输服务。笔者根据其功能,进一步展开其实现方式之一,对电梯的控制时序要求。假如其中组成部分出现异常,特别是从部分输出反馈输入信号的实时控制回路,反馈去路要求相对更高,一旦出现问题,电梯运行一般作出急停处理,有的伴随照明回路重新启动一次,然后进入自救状态,寻找最近层楼开门放人。如电梯没有大问题,不需要手工断电上电操作复位,电梯能够自动返回服务状态。但是此过程中,乘客在搭乘电梯时候的体验极为糟糕,假如发生困人事件,将对乘客对电梯产品的信心和对品牌的印象造成不可挽回的破坏。
其中电梯控制的组成,由多个安全装置串联成为安全回路,在电梯控制中,只给电梯运行,输入一个硬件外部允许的信号,国家标准详细地规范这些人身安全的安全保护装置要求,以保护人身在事故中免受伤害或降低伤害程序。但安全装置却极少介入产品的正常运行,只在危险情况下动作。据此,设计前必须保证安全装置的高稳定性,另一方面,提高产品正常运行的稳定性,则是可减少安全装置动作的概率。若安全装置不介入产品的正常运行,则安全装置的稳定性与产品正常运行的稳定性是相互独立的,随电梯工作应用的不断成熟,安全回路的设计电路也非常成熟和可靠了。符合产品的法律法规要求,并能够通过简易有效的维护工作,每年就可以通过各技监部门的检验项目,这也是电梯的应用基本要求之一。
从以往实践统计发现,许多计算机产品的元器件损坏,大部分是源于使用设计不合理,元件质量才占将要原因,因此在设计期间是必须掌握好各元件的使用牲。零部件是电梯的基本组成单元,计算机技术产品作为其中的关键零部件之一,如何正确使用、规定和控制是在设计实务中,笔者认为非常重要。
现有产品具有的CPU双指令处理系统,处理速度更快、寻址能力强、内存刷新频率高和容量大、总线速度快等技术特点,是高端计算机的基本特征。弄清关键零部件的使用牲,也是设计方需要遵循的设计要求:如规定计算机内部元件的降额准则和安全系数、关键参数的选取,以及部件、器件的主要技术参数和使用范围、条件等。使用频率、耐压和电流均有各自的使用范围,各元件在量产和长期工作的使用过程中,假如超过它们的正常技术范围外,就会产生隐患,假如超过元件在量产和长期工作的使用过程中,假如超过瓣正常技术范围外,就会产生隐患,例如现在的RAM芯片耐压值有限,受到干扰行刺或浪涌作用,对芯片产生机械变形,性能因而不可靠,最终导致芯片发生故障。
同时,电梯是一个与楼宇建筑融为一体的机电产品,产品的安装范围可能涉及整个小区,虽然计算机的PCI,AGP等总线技术非常成熟,但是要扩展到一定距离要求时,实际应用却很困难,且电梯着电磁干扰的环境,必然会影响到总线的调整少量的传输数据。因此,并行通信技术只应用于电子板内,而串行通信技术更应用于电梯对距离远,容错性能要求高,布线少场合。计算机串口通信技术在电梯的应用上,具有重要的意义和发展的空间,这是由电梯的基本应用要求和计算机的技术特征所决定的。
3 应对产品灵敏度需求,采用良好的电磁兼容设计以减少误触发异常保护动作
数字产品良好的抗干扰性,特别是计算机产品,在设计上具有重要实用意义和作用。在电梯的使用环境中,叫会受到不同程度的电磁干扰而可能会影响到正常工作,甚至会损坏。电梯存在的干扰类型主要有电快瞬干扰、雷击、静电、辐射等。由于外部的电力设备、内部的曳引机、变频器等功率负载的开闭合动作,部分高频率浪涌干扰源,会通过动力线传导和对线间以电容耦合的形式传播,且具有线间容性耦合传导能力强的特点。对电梯的内部控制系统、串行通信电路,MCU控制单元、含放大电路等敏感单元部件会有影响,而计算机高频电路是明显的敏感电路,所以采用良好的电磁兼容设计,是实现应用在电梯工业领域中,最基本要求之一。因此,保证计算机产品的稳定性,才能保证电梯整体各控制信号和显示都没有错误的输出,乘客和产品才有安全保障。
抗扰性是电梯系统和各电子部件电路能承受电磁干扰影响能力,电磁干扰也称为“噪声”,是由于变化的场或其它电刺激信号,对正确电路工作造成干扰,继而被信号线接收而产生错误判断信号。电梯工作现场的干扰一般都是以脉冲的形式进入微处理器,干扰窜入系统的渠道有三条:空间干扰、过程通道干扰和供电系统干扰。为减少系统的错误和故障,提高系统的稳定性,就必须采用抗干扰措施,提高系统对环境的适应能力。
良好的抗扰性设计措施,建议消除第三电路和软件容错设计处理,例如,计算机部分采用合理的隔离处理、滤波、接地等措施,借鉴单片机抗扰性的成功经验,大部分可移植到计算机产品上。笔者认为,由于硬件处理已趋成熟,软件也有成功可参考的措施,如何正确辨别干扰的信号或其技术牲,进行容错设计,可有效解决大部分的干扰,对灵敏度高,响应时间过快的设计,同时也具有越高的出错机会,特别是识别异常故障信号后产生的保护动作的设计,都不应有过高的灵敏度,元件选用低速器件能满足工作要求的,就不要选用高速元器件,否则容易导致电梯异常的保护动作,后果严重。
当然,对于组成计算机控制系统的另一个重要的部分――软件设计部分,也是稳定性设计的重要一环,限于本文的篇幅,此部分内容暂不作讨论。
4 总结
从上述可见,计算机技术,在电梯技术领域发展非常快,从电梯企业的硬件设备,到企业管理的软件系统,都可以看到计算机管理的身影。现今的电梯产品几乎也由数字技术产品组成,如变频器、控制系统、群控系统、变频门机、光幕、称量装置、语音报站、信息显示、故障自诊断、远程监控、断电再平层装置等等,其实现和控制离不开计算机技术;电梯的安装、维修、保养工程所用的工具及检测设备也多有计算机技术的渗透。由此可见,当今的电梯企业,从电梯的生产加工设,到电梯产品的数字化控制,再到电梯产品的安装维护等日常管理,都有计算机技术的渗透,由此我们完全可以预见,将来的电梯产品将发展成为完全的数字概念电梯,由计算机进行控制,经由物联网络,移动互联网络实现智能楼宇,智能家居的重要组成部分。探索计算机系统在电梯系统中应用的稳定性不仅必要,而且十分迫切。
参考文献
[1]常国兰.电梯自动控制技术[M].北京:机械工业出版社,2009.
关键词 物联网工程;专业人才;培养模式
中图分类号:G642.0 文献标识码:B
文章编号:1671-489X(2013)30-0063-02
1 物联网工程专业产生与现状
自2009年8月同志提出“感知中国”以来,物联网已成为国家战略新兴产业的重要组成内容,美国、欧盟、日本、韩国等国家纷纷开展该领域的研究工作。物联网已成为当前全球各国应对经济低迷的重要科技手段。2013年2月,国务院提出了关于推进物联网有序健康发展的指导意见。物联网是继互联网之后的又一次信息技术浪潮,具有广阔的应用前景和难得的发展机遇。
作为面向21世纪的全新技术,越来越多的大学开始关注物联网技术程。目前国内著名大学已经纷纷开设或准备开设物联网相关课程,希望帮助学生了解和掌握这些新兴技术,提高学术科研和工程水平,保持技术发展和人才培养的同步。在教育部首批战略性新兴产业相关本科新专业中,就包括增设物联网专业。从教育部号召高校设立物联网专业学科开始,全国已有近700所高等院校向教育部提交了增设物联网相关专业的申请,目前已经有67所本科院校建立了“物联网工程”或“传感网技术”等相关专业。
然而,由于物联网技术和专业建设都刚刚起步,高校在专业目标、人才培养、课程教材、师资和实验设备等方面都面临众多问题。笔者长期从事物联网技术方面的科研工作和相关领域的教学工作,希望能在本文给出物联网工程专业人才培养模式的有益探索。
2 主要存在的问题
目前,在理论研究领域,从传感器网络和泛在计算发展到空间物理信息系统;在技术研究领域,从RFID和Zigbee发展到M2M;在市场应用领域,从企业关注和行业需求到政策层面推动,物联网的发展正经历着快速而深刻的变化。然而在人才培养方面,却面临一些挑战。
1)专业归属不清。目前在已获得物联网工程专业的院校中,有的将物联网工程专业归属通信学院,有些归属到计算机学院,还有的归属到自动化学院。出现归属不清有着其现实原因:物联网是典型的新兴交叉学科,涉及到通信、电子工程、计算机和测控等多方面的专业知识和多个应用领域,因此在专业归属方面存在多样性。然而,由于归属的不同,每个学院根据各自的学科背景和基础条件来建设物联网工程专业和制定专业人才培养方案,导致在人才培养方案、课程规划、实验体系等方面出现较大的差异。
2)人才培养目标不明确。由于物联网工程专业跨多个学科,其自身技术在不断地发展和完善,物联网应用也在推陈出新。如何制定出适应技术更新和满足企业用人需求的人才培养方案,还需深入探索。从企业角度来看,物联网以行业需求为导向,应用于智能电网、智慧城市、绿色制造和智能医疗等多个工业领域,这就要求专业人才培养需面向其行业应用。同时,作为高等学校本科专业,须符合国家素质教育要求,体现专业人才教育思想。
3)专业人才培养条件匮乏。物联网工程专业刚刚起步,师资、设备和教材都面临匮乏的境地。教学质量的核心问题是师资,既有行业应用背景又跨多学科的教师较为缺乏,培养学术水平高、结构合理的专业教学团队是专业建设首先解决的问题;其次,实践教学薄弱,物联网专业的基础实验、综合实验和设计实验所需的开发平台、仿真平台和应用平台都较为欠缺,难以满足人才培养要求;最后,物联网专业教材更是缺乏,目前尽管已有一些物联网书籍,但太偏应用,难以作为教材使用,且未形成完整教材体系。
4)科研、教学和人才培养相互促进机制尚未形成。物联网/传感网相关教学内容和培养方案等都来源于科研成果,尽管物联网/传感网研究开展得如火如荼,但很多理论和方法都还完全成型。同时,如何将已有的研究成果转化用于课堂教学和人才培养,还需要进一步研究。在教学实践过程中常常发现由于有些理论较为系统,涉及的背景知识较广,学生理解起来很困难,实验系统也较复杂。产生这些问题的根本原因正是由于科研、教学和人才培养相互促进机制尚未形成。
3 物联网工程专业人才培养模式探索
重庆邮电大学物联网工程专业依托于学校自动化学院和工业物联网和网络化控制教育部重点实验室,在近年来承担和完成国家科技重大专项、国家863计划等项目的基础上,通过对科研成果的总结和提炼,出版了《测量与控制用无线通信技术》等系列教材,自行设计和研发WIA-PAS、ISA100和6LowPAN等实验实训研发平台,培养了学术水平高,知识、年龄和专业结构合理的教学团队,在近2年的专业人才培养实践中积累了有益的探索。
3.1 适应物联网技术发展和人才需求的培养目标
符合国家《物联网“十二五”发展规划》的要求,突出“传感器网络”技术优势与“三网融合”特色,充分发挥实验室在物联网核心专利、标准、测试和应用等方面的国际国内技术优势,培养面向智能工业、智能电网、智能城市、智能建筑与智能家居等相关领域从事物联网/传感网系统规划、应用设计、产品研发、运行管理等方面工作的跨专业复合型人才。
3.2 充分发挥学校信息学科特色和优势,整合学校教学资源,探索适合新专业的人才培养模式
物联网属于集成、交叉技术,当前任何一个专业都难以覆盖其全部内涵。成立物联网工程专业建设指导委员会,聘请校内外相关专业、合作企事业单位专家参与课程体系规划、实验实训体系建设、专业指导和人才培养方案制订。比如通过实验室和思科公司的科研合作项目,由思科公司赞助、本教学团队负责组织实施面向重庆市高校的“思科杯”物联网应用创新设计大赛,该项大赛还被纳为2012中国(重庆)国际云计算博览会的主题活动之一,得到相关部门的高度重视。引导学生参加各种科技活动,既培养了学生浓厚的专业兴趣,又提高了学生的实践能力,增强了就业竞争力。
3.3 探索新的教学方法和教学手段
充分发挥学生的主体作用,引导学生去思考,更有成效地完成课程的教学任务,培养学生的自学能力、实践能力和创新能力;对专业核心课程,比如“无线传感器网络”,采用答辩、实做报告、课程论文相结合的评价方式,全面考核学生掌握的基础知识与理论、前沿技术、相应的开发能力;对专业导论课程,采用教学团队的授课模式,教学团队教师在物联网的不同研究方向有着多年的积累和研究成果,通过团队授课,既带来了各方向最前沿的研究成果,而且使得每个方向的讲解更加透彻和深入;灵活多样的教学手段,在重点实验室现场讲授理论课程,将实践融入理论,充分沟通交流讨论,增强了教学效果。
3.4 教学、科研、人才培养相互促进的良性循环机制逐步形成
如何有效地将最新的科研成果转化为人才培养,平衡学科前沿技术、基础理论与实际应用的关系,兼顾用人需求与教育教学,在物联网工程专业建设上得到了完整的体现和验证。这种相互促进的良性循环机制形成将是一个长期的工作,也将在后续的实践活动中不断完善和丰富。
4 结论
由于物联网是一项新兴前沿技术,本身又是处于不断发展和变化之中,而且物联网应用也呈现多样性和复杂性,因此,如何规划物联网工程专业和建设人才培养模式,是一个基础性问题。本文在分析物联网工程专业目前存在问题的基础上,给出了重庆邮电大学物联网工程专业人才培养模式的有益探索,并将在后续的教育教学中不断发展和完善。
参考文献
[1]刘莉莉.物联网技术的基础架构及发展趋势[J].软件,
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[2]铁维骥.物联网的发展与关键技术研究[J].中国管理信息化,2013(8):43-43.
[3]刘忠宝.物联网工程专业人才培养体系研究[J].网络安全技术与应用,2011(10):58-60.
[4]王晓喃,钟珊,严海英.物联网工程专业人才培养的思考与探讨[J].常熟理工学院学报,2011(12):16-18.
关键词 工学结合 照明电路的安装 一体化课程
中图分类号:G424 文献标识码:A DOI:10.16400/ki.kjdks.2016.03.046
Abstract According to the employment needs of modern manufacturing enterprises, technical colleges and universities can be implemented in combination of highly skilled personnel training mode integrated curriculum through engineering. Traditional "install lighting circuits" course ignore students' qualities and core competencies, resulting in structural defects talents. I introduced the situation where the author team on the "installation of lighting circuit" in the development and implementation of integrated curriculum, and integrated implementation proposed an effective method.
Key words work-study combination; Installing Lighting Circuits; integrated curriculum
没有一流的技工,就没有一流的产品。经济全球化的快速发展要求一流技工具备精湛专业技能,能够在关键环节发挥作用,解决生产或服务领域中的技术难题。传统教师的任务是从知识世界中简化出学习内容并选用合适的手段传授给学生,学生则通过听课和练习获得知识和技能,并期待能解决工作中的实际问题。这一类方式如今却面临极大的挑战。当前,以学生为中心,基于工作过程的教学方式正在迅速得到推广。当前的教学活动、企业工作实际和学生的个体生活结合得更加紧密。本文探讨的就是在基于工作过程下对“照明电路的安装”一体化课程的开发与实施情况。
1基于工作过程开发“照明电路的安装”一体化课程
1.1 进行企业调研和提炼典型工作任务
2012年7月,笔者学校正式启动基于工作过程的一体化教学模式的实施方案,在广东百盛教育顾问公司的指导下,课题组成员系统学习基于工作过程的一体化理论,在一定程度上掌握了该课程体系改革的技术方法。
2012年10月,笔者学校电气自动化课程改革小组成员走访白云电器股份有限公司、擎天实业有限公司等十多家知名电气企业进行调研,获得电气行业的岗位设置、岗位从业要求、岗位人员专业结构以及行业发展趋势等信息,接着邀请知名企业的一线业务主管、行业协会专家、学校专业带头人和骨干教师召开实践专家访谈会。根据行业发展, 会议提炼出六个工作任务,分别是职业感知、校园照明安全用电检查、书房一控一灯的安装、楼梯双控灯的安装、办公室日光灯的安装和套房照明线路的安装。学习任务均来源于企业生产实际,由浅到深,由简单到复杂,以家居照明线路的安装与检修为主线组织教学,充分体现“做中学”和“做中教”的职业特色。
1.2 构建课程标准
在调研企业和实践专家访谈会的基础上,构建“照明电路的安装”的课程标准。其主要内容包括:典型工作任务描述、学习目标、工作对象、工作方法、工作要求、工作所需工具、学习组织方式、学业评价和学习情境设计等,并于2012年12月通过广东百盛教育顾问公司的审核。
1.3 建设课程资源
一体化课程的顺利开展需要课程资源的支持。课程资源包括软资源和硬资源。软资源主要包括学习过程系统化的学材。硬资源主要指模拟企业真实工作环境的一体化学习工作站。
在软资源建设方面,为配合任务引领和小组合作自主学习的开展,设计学习工作页、学习任务书作为学生学习过程中的指引,并设计《安装工作联系单》、《施工图纸》、《元件采购表》、《工作记录表》、《工程验收单》和《综合评价表》等表格来辅助“班组长责任制”的开展,以使学生获得更好的工作体验。
在硬资源建设方面,主要是仿照企业管理,小组实施班组长考勤,打卡考勤,设备及工具使用情况、工程进度等,实施生产现场“6S”管理。该学习工作站有理论教学区,为每位学生设置一个座位,配置音像和多媒体设备;有学习讨论区,可将学生分为六个小组,每组可容纳6~8人进行交流和讨论;有一房一间一厨一卫套房实训区,学生可以在真实的工作环境中实训;有信息检索区,可供学生查阅手册和电工作业的规范;有工具区,主要是摆放所有的工具材料;有展示区,是学生展示学业成果的平台。此学习工作站创设了真实的工作环境,目前已经投入使用,并取得良好的效果。
2 “照明电路的安装”一体化课程实施过程
在完成基于工作过程一体化开发的基础上,笔者以13电气1班作为试点班,负责该课程的实施。现以“套房照明电路的安装”为例,阐述该工作过程的具体实施步骤。
2.1接单,明确任务要求
教师将全班同学分为4个施工小组,并以客户的身份向各施工小组分派“安装工作联系单”和“套房施工图纸”。师生共同学习《电工手册》、《建筑电气安装安全手册》等资料,引导学生分析并讲解家庭套房照明线路的分路知识。
2.2 勘察施工现场
学生在教师的指导下,以小组为单位,携带施工图纸、纸笔、卷尺等工具到套房进行现场勘察,了解客户的需求,确定配电箱、灯具、开关、插座的安装位置;确定线管的走向;确定必须的施工工具,如剥线钳、登高工具等;确定线盒的位置和数量;确定灯具的安装方式;确定施工中的安全措施和安全标识。勘察完毕后,各小组汇报勘察数据,师生共同点评,并提出可修改之处,最后完成工作页中的评价表。
2.3 制定工作计划
教师指导学生,运用互联网或资料库的途径查找施工项目的具体内容、施工计划的制定规范、元器件规格、电工工具的使用方法、耗材等等。根据工期要求和施工小组的人员分配情况,小组讨论施工项目的具体流程,进行人员的分工和工期安排,完成施工计划的制定。最后,各施工小组汇报自己的施工计划,师生点评并优化计划。
2.4 签订协议
签订《套房照明电路安装工程施工承包合同》,甲方为学生施工小组组织的公司,乙方为教师扮演的客户。
2.5 现场施工
教师扮演装饰城销售人员,各施工小组成员拿着元件采购表和工具清单到装饰城采购。此教学环节主要是培养学生的成本意识,用最少的经费生产最好的产品。学生采购完毕后,带着材料和工具到现场施工。施工时,所有的电气设备必须停电,现场悬挂安全标识牌、装设临时遮拦、戴安全帽、登高时系好安全带。通电时教师必须在场,工作人员戴绝缘手套。
施工中,聘请企业技术人员和教师一起指导学生掌握施工工艺、明敷线槽布线、工具使用方法的技术要领。要求学生掌握照明安装的一般要求,如灯具和开关的安装高度、导线的连接方式。整个施工过程可分为划线定位、放线槽和底盒、敷设导线、安装电气元器件,最后通电检测。
各小组施工完毕后,清点工具,回收剩余材料,拆除防护措施,清理工程垃圾,并完成工作页中的评价表。
2.6 工程验收
教师模拟客户的身份验收工程,主要是根据《套房照明电路安装工程施工承包合同》进行验收,内容包括走线是否横平竖直,插座接头是否牢固,开关的通断方向是否一直,配电箱、开关、插座的安装高度是否符合标准,通电是否正常等等。学生在教师的指导下填写验收单。
2.7 总结及评价
各施工小组以小组的形式,向全班同学汇报其作品。形式可以是PPT、视频或海报。各施工小组必须说出其他小组的优点及缺点,并选出语言表达最好的一组及作品最好的一组。教师在工作中拍摄各施工小组的工作花絮,并结合小组汇报,制作简易的PPT,点评学生的优点及不足之处。最后,由企业工作人员进行技术点评。
升华之处:若将“一房一厅一厨一卫的套房照明线路的安装(明敷)”改为“两房一厅一厨一卫的套房照明线路的安装(暗敷)”,结合我们学习过的知识,能否完成此任务?
3 “照明电路的安装”一体化课程实施效果
几年来,我们对“照明电路的安装”一体化课程不断进行教学改革和实践,开发了基于工学结合的课程体系。推行“照明电路的安装”一体化教学模式,采用任务驱动法、头脑风暴法、小组合作法等多种教学方法,编写了相应的校本教材和学材。从实践效果看来,以“工程过程”引领教学,创设职业环境,让学生体验企业真实工作任务要求,有利于学生养成良好的工作与职业操守,增强学生对职业的认识,有助于学生的职业生涯规划。让学生在“做中学,学中做”,在动手中享受劳动成功的愉悦,激发了学生持续学习的兴趣,使学生在实践中发挥主观能动性,培养学生与人沟通、与人合作、尊重他人的良好习惯,增强了学生的交流、表达和组织协调的能力,培养学生专业技能的同时也培养学生关键能力。
进行一体化课程实施以来涌现出了黄克杰、范家展等优秀毕业生,获得了用人单位的好评。其中黄克杰同学荣获2013年“广州市家庭服务业职业技能竞赛”维修电工项目比赛第二名,范家展同学荣获“2014年穗港澳蓉青年技能竞赛“智能家居电器安装”项目冠军。课题组的一位老师参加“2013年广州市技工院校教师教学能力竞赛”荣获说课一等奖和教学设计三等奖。这些都证明了我们的一体化课程开发和实施是非常有效的。
参考文献
[1] 辜东莲,陈彩凤.工学结合一体化课程教学设计.北京师范大学出版社,2013.