“岗课赛证”融通的物联网综合实训室建设方案

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广阔前景带来了对创新型技术技能人才的迫切需求。高职院校物联网专业建设也因此转变为面向国家战略性新兴产业发展需求。当前,“岗位课程竞赛证书”融通的培育理念,是高职院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，结合当前高职院校物联网实训室的建设现状，根据实训教学设置及工程项目需求，兼顾技能大赛、职业技能等级证书考试、市场岗位对企业员工知识理论与技能操作的复合要求，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、互联网和移动通信之后新的信息技术革新,它为传统行业数字化转型升级提供了从物理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、云计算等许多新兴技术一起,正在加快推进社会发展。

近年来,国家制定了许多产业政策,以促进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《关于深入推进移动物联网全面发展的通知》，提出要“加快移动物联网网络建设”“加强移动物联网标准和技术研究”“提升移动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络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三年行动计划（2021—2023 年）》，确立了我国物联网产业发展的指导思想和推进产业发展的基本原则，并提出了实施行动计划的总体行动目标和具体任务要求。

物联网产业对提高国民经济和社会生活信息化水平,推动产业结构调整和发展方式转变具有重要意义,已经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,高等职业院校也纷纷依托地方物联网产业优势,积极开展产学研合作,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状

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,当前高职院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明显滞后。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。

由于高职院校物联网专业开设年限较传统专业短,还处在探索阶段,尚未形成统一的实训建设体系,主要存在以下两个问题,亟待进一步更新与完善:

(1) 实训内容与行业要求脱节。学生在实训室开展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。比如,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Android Studio模拟器基于固定的Android版本进行应用上层的简单UI设计。学生缺乏对实际样机的调试操作,无法形成对安装包签名、应用版本兼容性调节等工程概念体系,单一层面、单一技能的实训导致学生对物联网驱动层、框架层、协议层缺乏认知,与市场对该岗位的技能技术和工程素养需求脱节。

(2)实训室软硬件平台不完备,现有资源更新速度慢。软件环境中支撑物联网工程项目的各类编程、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、网络配置架构、物联网工程开发调试样品、通信网络设备、项目流水线管理平台等受设备数量与性能的影响,制约了硬件平台作为实训室建设的硬性保障,无法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,紧跟国内外物联网、大数据、云计算、5G等前沿技术发展趋势,通过建设物联网综合实训室,构建课程实训环境、技术研发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,满足职业院校技能大赛、“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,支撑学校专业与产业链接轨;

(4)为物联网产业校企合作、产教融合提供场地支持。

4.2 建设思路

根据物联网产业主流岗位需求（表1）,构建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）、全国技能大赛内容,确定物联网综合实训室需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

根据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分:

(1)物联网基础教学实训区,配合理论课程,进行物联网移动终端和编程开发类项目的实训。

(2)物联网项目开发实训区,服务科研和各种竞赛,软硬件结合,进行嵌入式系统开发和移动网络通信类项目的实训。

(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信系统安装调试、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”融通理念的高职院校物联网综合实训室建设，在基础资源保障的前提下，更注重学生创新意识与知识扩展能力的培养。因此，可引入创新创客智能实训平台、LoRa 开发平台、NB-iot 开发平台、智能家居系统平台、物联网云应用服务平台等，结合市场主流的新技术新工艺、全国职业技能大赛的新标准，全面培养和训练学生在本专业的综合实操能力，同时兼顾职业性和规范性。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，从建设区域的划分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构建集实训教学、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因素，对于促进学校工业化转型和推进高职教育改革具有积极的作用，为人才培养标准与产业发展速度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 系统框架和各种优化技术；

②熟悉 Android SDK，能够进行系统功能需求的定制和开发；

③熟悉 Android 系统整体和独立 jar 包开发编译流程。

课程：Android移动应用开发。

岗位：嵌入式系统开发工程师、

技能：

①掌握 Keil 开发环境，熟悉 ARM Cortex 系列 MCU 硬件架构；

②了解常用嵌入式芯片及外围电路的开发应用；

③熟悉常用通信总线通信协议，熟悉 Linux 内核编程；

④熟悉 ARM 微控制器架构，具备 STM32 微控制器开发经验；

⑤负责基础软件的软件需求分析、软件架构设计、软件详细设计、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、计算机网络技术

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、优化物联网网络布局方法；

③掌握物联网网关和短距传输模块参数配置；

④具备灰盒测试、数据分析与处理的能力。

课程：物联网导论、物联网设备装调与维护、物联网系统部署与运维、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：

物联网通信技术应用、物联网云平台运用、物联网工程实施与运维、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：

Java JDK 开发工具包 JDK8 版本及以上

Git Version 2.39.0

IntelliJ IDEA

Altium Designer

Android Studio

Altium Designer 定期更新版本

Protel99SE

Keil

Multisim

Arduino IDE

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：硬件以市场主流的能够支持物联网研发软件流畅运行的配置为主。

无线传感网络实验基础套件：常见 ZigBee 协调器、2.4G 通信模块、蓝牙模块、Wi-Fi、GPS、GPRS 模块。

通用研发及测试设备：Android 终端测试机、嵌入式芯片及设备运行各类配套电路板及连接器件。

表 5 创新创客智能平台硬件主要配置

核心控制器：i.MX6、STM32F103、STM32F407、MK64 等系列核心控制器。

Cortex-ACortex-M 系列底板：I2C 接口、UART 串口、中断接口、PWM 接口、SPI 接口、GPIO 接口、千兆网口、用户自定义扩展 IO、 USB Host 接口、TF 卡接口、液晶触摸屏接口、以太网接口、HDMI 接口等

传感器模块：三轴加速度计传感器、大气压力传感器、温湿度传感器、磁场强度传感器、声响 / 光敏传感器、广谱气体传感器、红外对射传感器、接近开关－红外反射模块、热释红外传感器、振动传感器、热电偶传感器、光照强度传感器、超声波传感器、薄膜压力传感器模块、红外测距传感器等。

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、直流电机驱动模块、MIC&

喇叭模块。

通信类模块：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：TI CC2530 核心板、调试主板、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：Android 7 及以上、Linux+Qt 5.3（Kernel 4.9）、Ubuntu 18.04、FreeRTOS。

驱动程序：I2C、UART、中断、ADC、PWM、SPI、GPIO、10/100/1000 自适应网卡、TF 卡、直流电机、步进电机、伺服舵机、LCD、HDMI、RTC 时钟、USB、SRAM、CAN 总线、485 总线，所有配套传感器模块类驱动程序。

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

这是一款按照物联网技术架构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,以智能家居、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器、RFID、接口控制、无线传感网、Android应用开发等技术,配合实训台上的无线通信设备、ZigBee节点、射频设备、控制设备、网关和云平台,构建了基础性、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,实现了智能家居门禁安防监控、环境监测、设备智能控制、农业环境智能检测、农业设备智能控制等功能。

智能家居系统平台

这是一套面向智能家居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,培养学生的工程技能,使其能够搭建相对复杂的物联网应用,并对工程岗位有初步认知。

该系统集成了传感器采集、无线传感网、自动控制、嵌入式开发、网络通信、移动应用开发、Web应用开发等技术,实现了对家居环境、电器设备、网关的监测、调节、报警、视频监控和远程控制。系统高度模拟实际智能家居的工作环境和功能,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院校的Web应用程序,提供完善的物联网系统,方便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大赛的需求。

新平台基于Linux底层开发,采用B/S架构和MVC模式,实现了教学、实训和竞赛功能的有机融合。平台具备弹性扩展能力,支持多终端操作,学生可以自主创建物联网项目,通过项目控制实训设备,深入体会物联网技术应用和发展前景。新平台致力于提供更加丰富的教学资源、更加顺畅的操作体验,推动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

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状,明确了高职院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,推动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。