1、    虛擬仿真技術在物聯網應用技術專業教學中的應用    袁凱烽摘 要： 通過對虛擬仿真技術的研究，利用虛擬仿真技術將傳統物聯網專業教學相結合，針對物聯網應用技術專業的教學特點，搭建物聯網虛擬仿真教學平臺，構建虛實結合的創新思維形式的教學形式，實現教與學的虛擬一體化，滿足專業教學要求，豐富教學內涵，提高教學效率。關鍵詞： 虛擬仿真 物聯網 教學平臺通過對虛擬仿真技術研究，將虛擬仿真技術應用到物聯網專業教學中，通過仿真技術將物聯網現場情景與傳統教學手段相結合，利用三維物聯網應用平臺、vr增強虛擬場景平臺、桌面式虛擬仿真平臺，將虛擬場景及虛擬設備與現用專業

2、教學平臺知識體系相連接，結合互聯網，實現仿真到現實、現實到仿真的交互體驗式學習模式，有效解決物聯網教學現實情景無法描述、硬件設備無法全部集成、教師專業知識把握程度不夠、學生的學習積極性低、教學效果差等問題。另外，通過虛擬仿真技術可以讓更多的人了解物聯網應用技術專業，了解虛擬仿真技術。一、物聯網專業教學與虛擬仿真技術1.物聯網專業教學。物聯網是一門這些年來發展起來的新型應用型學科，物聯網專業學生立足于計算機專業類知識培養體系，注重學生基礎知識掌握、綜合素質的提高和應用創新能力的培養。在高校學習過程中，物聯網學習知識面較廣，很難將真正專業學習的知識與實際應用聯系在一起，教學中主要停留在課堂上，以理

3、論為主。此外，物聯網設備更新速度快，現有實驗設備缺乏創新性與時代性，限制了學生的實踐能力與創新能力，很難讓學生對專業學習產生興趣。各院校硬件設施不足的問題，物聯網對傳感器部件、通信部件和rfid等部件所要的各部件較多，不可能有充足的時間交由學生與教師使用，促使專業老師與學生很難在物聯網項目教學過程中有共同進步。物聯網所涉及領域多，部分高校雖然可以創建某一領域的物聯網應用場景，但因場地及學校經費限制不可能沒個應用領域都能創建體驗場景，在對物聯網技術體驗與物聯網集成實訓只能針對部分領域進行體驗。這些因素都限制了物聯網在專業教學中的突破性開展。2.虛擬仿真技術。虛擬仿真，也稱虛擬實境或靈境，是一種可

4、以創建和體驗虛擬世界的計算機系統，是仿真技術與計算機圖形學人機接口技術多媒體技術傳感技術網絡技術等多種技術的集合，是一門富有挑戰性的交叉技術前沿學科和研究領域。虛擬仿真技術主要包括模擬環境、感知、自然技能和傳感設備等方面。模擬環境是由計算機生成的、實時動態的三維立體逼真圖像。感知是指理想的仿真應該具有一切人所具有的感知。除計算機圖形技術所生成的視覺感知外，還有聽覺、觸覺、力覺、運動等感知，甚至包括嗅覺和味覺等，也稱為多感知。自然技能是指人的頭部轉動，眼睛、手勢或其他人體行為動作，由計算機處理與參與者的動作相適應的數據，并實時響應用戶的輸入，并分別反饋到用戶的五官。利用虛擬仿真技術把教學過程做成

5、動畫的形式，但是比動畫多了互動性和真實性，可以達到完全模擬的程度。虛擬仿真在教學中的應用，一方面可以彌補院校硬件設施的不足，改變以往的教學模式，另一方面可以提高學生上課的積極性，尤其是在一些實際操作性非常強的專業，如物聯網應用技術等專業。二、虛擬仿真技術在專業教學中的架構利用虛擬仿真技術與計算機通信技術構建的物聯網虛擬教學系統，可以有效解決物聯網專業教學存在的硬件設備不足、真實程度不夠的問題，構建一種全新的仿真虛擬教學實驗實訓及認知模式。根據物聯網專業需求，物聯網虛擬仿真教學平臺主要包含桌面式虛擬仿真基礎平臺、行業典型應用三維虛擬平臺和增強式虛擬現實體驗平臺。1.桌面式虛擬仿真基礎平臺。桌面式

6、虛擬仿真基礎教學平臺，以二維桌面式虛擬現實系統為基礎，其主要包含各種物聯網相關設備，如傳感器、執行器、網關、電源、rfid射頻設備、終端、其他外設等，使學生在未接觸硬件實驗設備之前，可以從仿真系統中認識、了解和熟悉這些常見的物聯網設備，了解并熟悉掌握物聯網相關設備與物聯網感知層、網絡層、應用層三層構架，為今后的專業學習及物聯網項目場景應用做好認知基礎。同時對基礎仿真提高物聯網設備實操的熟練度，避免物聯網設備因人為操作失誤而導致損毀，提高個人實操能力與實驗結果的合格率。2.典型應用三維虛擬平臺。典型應用三維虛擬平臺從物聯網的應用層出發，通過物聯網終端設備數據源采集和控制接口引擎實時采集各種傳感器

7、等微設備的終端數據，以特定數據分析引擎進行分析處理，再以圖表、文字、虛擬現實等方式進行展示；同時響應用戶的各種請求，達到遠程控制等要求，最終實現物聯網一站式管理，進而構建成高清、實時、全面的智能物聯網。平臺主要內容包含物聯網終端設備數據采集和控制接口、數據管理、三維數據虛擬仿真。在專業教學過程中通過物聯網終端設備接口集成物聯網設備與三維可視化智能物聯網管理平臺的多種連接方式，對各種數據進行有效的管理，其中包括設備、模型、日志、用戶等信息。虛擬仿真對某些特定的設備信息在三維場景中進行仿真效果渲染，從而達到直觀逼真的效果。3.增強式虛擬場景。增強式虛擬場景以傳感器虛擬仿真教學平臺，以增強式虛擬現實

8、系統構成，以典型物聯網項目案例智慧農業為現實場景，將本課程最終呈現場景展示給學生。利用vr技術模擬整個大棚的數據采集模塊、智能控制模塊、網絡通信模塊及機電模塊的整個物聯網集成項目的整體體驗，學生可進入模擬環境，對即將深入掌握的知識要點進行體驗、交流和互動。學習者與虛擬環境場景中的設備進行人機交互，提高趣味性，將整體在vr技術所呈現的信息進行存儲，便于在后續課程中對個別模塊進行復習。三、虛擬仿真技術在物聯網教學中應用體現在以往的物聯網教學過程中，主要以方案設計論證、設備選型介紹、技術開發實現等單一模塊進行教學，缺乏物聯網項目教學的創新性與實踐性，通過虛擬仿真技術融入專業教學可改善教學過程，優化教

9、學設計。endprint1.虛擬教學在專業基礎教學中的應用。在基礎教學過程中，通過現有虛擬仿真平臺，教師進行引導式學習，通過平臺分析內容，明確教學目標，課后由學生選擇物聯網基礎模塊平臺各設備模塊進行選擇性學習。利用增強式虛擬場景對物聯網應用場所一是再現在課堂上無法觀察到的物聯網場景的變化過程，為學生提供生動、逼真的感性學習材料，幫助學生解決學習中的知識難點。通過虛擬仿真平臺可以在學習過程中發揮創造性學習的思路，發散思維，驗證學生的項目開發思路過程，建立學生虛擬實驗室，通過虛擬現實的交互性和沉浸性，使學生在虛擬的學習環境中扮演客觀角色，融入性更強，更有利于激發學生的創新熱情。2.虛擬教學在項目場

10、景實訓中的應用。以真實項目為背景，以增加現實場景為載體，以物聯網虛擬仿真基礎平臺中設備為實施部件，項目、場景、虛擬設備串聯，實現對物聯網集成項目的開發。在開發過程中進行團隊中的任務分配。對項目進行分析，提出功能需求、設備選型、技術準備、設計項目圖紙等集成項目的需求分析、概要設計、詳細設計等。在物聯網虛擬仿真平臺上選擇設備后并進行連線，硬件開發人員編寫選型硬件程序并燒錄在虛擬硬件，測試并模擬運行。軟件開發人員編寫上位機或物聯網服務端程序，通過虛擬硬件端口接入物聯網集成軟件。各模塊功能在虛擬仿真平臺完成測試后，由模擬現場施工人增強虛擬場景中對物聯網項目進行部署，對虛擬場景中各數據處理全部通信接口與

11、真實軟件部分進行通信，實現真實項目、虛擬場景。四、虛擬仿真技術應用專業教學特點1.教學系統性，拓展性增強。在虛擬教學中物聯網基礎實訓仿真平臺與強化現實技術互相結合，發揮行業應用體驗認知、輔助教學作用，構建整體物聯網集成平臺。vr虛擬現實體驗平臺，可以結合真實設備進行組合式的解決方案配置，先以另一形式對物聯網行業應用及設備的提供認知，為今后的教學提供便利，根據具體學生的學習階度，搭配不同的物理產品進行配置化教學體驗。2.學習主動性與創新意識積極。通過vr技術激活學生的學習熱情，調動學生的積極性，創新開展教育教學活動，培養學生的綜合實踐能力。根據具體的行業應用，選擇不同的應用場景進行互動體驗，如智

12、慧農業、智能家居、智慧交通等，學生進入高仿真度的vr虛擬現實的行業應用場景中體驗整個應用場景外控制設備體驗，較傳統教學方式而言，場景式互動體驗更具趣味性，能迅速提高學生的學習積極性，實訓教學效果從之前單純的被動式接受改為主動式吸收，提高教學效率。3.提高學校軟硬件技術水平。完善基于vr技術的虛擬教學軟硬環境，全面開展vr技術在教學活動中的實施，形成有特色、交互性強、形象逼真的物聯網應用技術專業vr教學硬環境及vr技術教育教學的教學軟性資源，構建基于vr技術的學生自主學習專業資源平臺，讓學生普遍養成通過vr技術嘗試全新的教育教學的習慣，在探究學習、自主學習等方面取得突破。教師在教育教學實踐中成為學科整合研究的有力推動者，豐富和完善vr虛擬技術教學資源，推廣vr虛擬仿真學習型、探究型的校園氛圍。讓新理念成為學校校本教研發展的坐標，形成vr技術教育文化環境，從整體上提高學校的教育教學信息化水平。虛擬仿真技術為教育教學提供了豐富的現實化方法，開拓了教育技術的內容，為物聯網專業教學提供了良好的教學環境，相信隨著虛擬仿真技術的不斷發展和成熟，其硬件設備成本降低，該技術在教育教學過程中的應用將更加廣泛。參考文獻：1燕浩鵬.虛擬現實技術在旅游實驗教學體系中的應用j.教育與職業，2008（30）：155-156.2孫