乡村振兴背景下的高职《物联网嵌入式技术》课程教学改革探析

摘要：文章首先通过乡村振兴战略，然后引出校地合作，通过智慧农业实际案例导入到《物联网嵌入式技术》课程及实训中，对课程教学改革提出这4个方面的要求：教学目标明确、教学内容丰富、教学手段灵活、评价方案创新。通过引入真实项目案例的教学改革与原来的教学现状进行对比，发现存在的问题，不断调整和改进物联网课程的教学目标和方案。通过教改课程实施两年后，学生实践能力提升、教学质量提高、行业认可度增强。

关键词：智慧农业；物联网；传感器；ZigBee；STM32

中图分类号：G424 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）27-0158-03

0 引言

乡村振兴战略是习近平同志在2017年10月18日在党的十九大报告中提出的国家战略。十九大报告指出，“三农”问题是关系国计民生的根本性问题，必须始终把解决好“三农”问题作为全党工作的重中之重，我们要举全党全社会之力共同推进。2022年3月中共江西省委、江西省人民政府印发了《关于推进农业农村高质量发展奋力打造新时代乡村振兴样板之地的意见》，在奋力打造保障粮食等重要农产品供给的样板中指出：“提高农业科技和装备水平；提高乡村防灾减灾能力；把移动物联网的占比提到了一定的高度。”

在乡村振兴的背景下，江西陶瓷工艺美院发挥高校在教育、科研和人才优势，为地方经济发展提供智力支持和创新动力，于2022年6月3日与浮梁县勒功乡签署校地产业共建协议，充分借助学院优势，积极开展产学研合作、科技创新和成果转化、智力支持与咨询服务、产业互动、社会实践和文化传承与创新等活动。在校地产业共建中发现勒公乡农业基础薄弱，恰逢百年难遇的干旱天气导致农作物减产。经过实地走访调研发现，该乡目前较缺乏优良菌菇，为此乡政府划出田地，作为智慧农业育苗实验地，实施物联网改造，建设智慧农业大棚控制系统、智慧灌溉系统、安防监控系统。通过智慧农业实际案例导入到《物联网嵌入式技术》课程中，通过真实项目案例对比教学现状，发现存在的问题，不断调整和改进物联网课程的教学目标和方案，达到提高教学效果。

1 课程教学改革整体框架

1.1 教学目标明确

本课程教学改革以农业物联网作为教学改革的方向，围绕学生职业能力培养的核心目标，融合课程特色，以“真实项目为导向”“任务为驱动”“问题解决”作为学习活动的主线，理论学习与真实项目有机融合，把课程的教学目标划分为知识、能力和素质3个维度，重点培养学生自主学习、团队协作和独立解决问题的能力[1]。

1.2 教学内容丰富

根据课程大纲要求，将智慧农业案例与课程内容相互融合，制定出一套适合于新时代高职学生特点的项目案例。针对当代大学生个人能力较强，团队协作能力不足的特征，拓展出团队完成有点难度的案例，激发学生的学习兴趣。通过引入“职业院校技能大赛”“挑战杯大学生课外学术科技作品竞赛”“互联网+ 创新创业大赛”“全国、全省职业技能大赛”让教学内容更加丰富。

1.3 教学手段灵活

课程引入提问展开式、竞赛与评比、角色扮演、头脑风暴、模拟训练、参观访问、连线物联网工程师、连线智慧农业技术员、实时查看智慧农业状况等多样性教学环节，多种教学手段运用，一改以往的传统教学方式，增加了课堂的趣味性和互动性，激发学生的活力，提高了课堂效率。如图1所示，为学院与某智能科技公司联合开发的《智慧农业——大数据可视化展示平台》，用于日常教学，通过实时查看农业监测情况，激发同学们对物联网嵌入式技术的学习兴趣[2]。

1.4 评价方案创新

创新建立“三主体、多维度”的评价模式，以学生、教师、师傅为“三内主体”的评价模式是通过教学督导对课堂教学效果、专业知识掌握和学习综合素质等进行评价，以基地、企业、市场为“三外主体”，对实践教学成效、专业技能训练和岗位职业素养等进行评价，构建多维度评价模式。

2 课程教学改革内容介绍

课程的情景一：安排了物联网工程师必备的基础，物联网硬件基础、模拟电路、数字电路、常见元器件、Proteus仿真、传感器技术、单片机技术。课程的情景二：安排嵌入式微控制器CC2530的初阶学习——输入输出控制。课程的情景三：安排嵌入式微控制器CC2530的中阶学习——中断控制。课程的情景四：安排嵌入式微控制器CC2530的中阶学习——定时器应用。课程的情景五：安排嵌入式微控制器CC2530 的高阶学习——串口通信。课程的情景六：安排嵌入式微控制器CC2530的高阶学习——数模转换。课程的情景七：安排嵌入式微控制器CC2530的高阶学习——点对点开发。课程的情景八：安排嵌入式微控制器CC2530 的综合进阶学习—— 物联网综合农业项目[3]。

2.1 基于智慧农业行业应用实训单元设计——智能农业灌溉系统设计

传统农业的灌溉技术喷灌、滴灌、穴灌、沟灌等，其中喷灌是借助水泵和管道，将自然水源喷洒至空中，使其形成水雾降落至植物上，滴灌是利用管道将水送到作物的根部处，而穴灌是借助移动运水工具浇灌植株根部的土壤。对于水资源短缺与需水量逐年增加之间矛盾逐渐显著。通过带领学生了解农业灌溉技术目前存在的诸多缺点，适当地引入基于物联网的智慧农业技术方面的知识，提出基于ZigBee 物联网技术的智能农业灌溉系统设计整体框架。该方案采用温湿度、光照度、二氧化碳、氧气等专业传感器的数据采集技术。引入物联网嵌入式课程的核心技术——基于ZigBee无线传感网的课程。包括：CC2530单片机I/O端口的使用方法；CC2530中断系统结构、中断源以及外部中断的使用方法；CC2530单片机内部定时/计数器的使用方法；PC机通过串口发送字符控制下位机的方法；CC2530单片机AD转换模块的使用方法；这几个学习单元的知识。通过各种传感器采集数据，使用CC2530微控制器实现A/D数模转换、数据采集，利用ZigBee无线进行无线组网来控制各种执行器，实现农业灌溉的智慧控制。图2为学生实地安装土壤温湿度传感器。

2.2 基于智慧农业行业应用实训单元设计——农业气象系统设计

农业生产活动需要准确地掌握天气情况，利用物联网嵌入式技术对农业气象系统进行教学单元设计，设计基Basic RF 传输协议的多对一组网通信设计。学生在学习完Basic RF点对点开发后，在教师的指导下完成本教学单元的设计[4]。

本教学单元设计采用4人为一小组，每人负责一个模块进行设计，其中组长负责协调器设计。模块包括ZigBee中的协调器、路由和两个传感器节点。如图2所示为整个无线网络的逻辑图所示：1） 传感器节点一：温湿度节点，是整个网络的终端节点，负责采集温湿度数据连同本机地址一起打包通过无线发送给路由。2） 传感器节点二：光照度节点，是整个网络的终端节点，负责采集光照度数据连同本机地址一起打包通过无线发送给路由。3） 路由：负责接收传感器节点的数据，将数据封装成“传感数据消息”通过无线发射给下一层的协调器。4） 协调器：整个网络的核心，负责与电脑PC机的串口连接。通过把接收到的数据封装成特点网关数据报格式，通过电脑的串口上报数据，如图3所示。

如图4所示，由学生4人一小组，设计出农业气象系统，包括温湿度和光照电压两个数据。

3 结论与展望

通过对该课程教改取得了显著的成果，为培养具有实践能力和创新精神的物联网人才奠定了基础。学院物联网专业将继续深化教学改革，不断完善课程体系和教学方法，以适应物联网技术的快速发展和行业需求的变化。同时，学院也希望与更多的企业和机构合作，共同推动物联网嵌入式技术的发展和应用。通过此次教学改革活动取得的教学成果如下：1） 学生实践能力提升。通过教改，学生的实践能力得到了显著提升。他们在实践中能够熟练掌握物联网嵌入式技术的开发流程和应用技巧，能够独立完成嵌入式系统设计和开发工作。2） 教学质量提高。教改使教学质量得到了显著提高。学生对物联网嵌入式技术的理解和掌握更加深入，教学内容更加丰富，教学成效显著。同时，学生的创新能力和解决问题的能力也得到了提升。3） 行业认可度增强。通过与行业对接，与企业合作，对开展了丰富多彩的农业教学和实训活动的，学生的实际应用能力得到了行业的认可。许多学生在实训期间就得到了企业的青睐，顺利实现了就业。

参考文献：

[1] 周文武，宋巧玲，吴旭东.基于Android的物联网智慧园区系统的设计与实现[J].电脑知识与技术，2022，18（36）：53-55.

[2] 叶兰兰，郑忠发，吴旭东.物联网技术在图书馆环境系统中的应用[J].内江科技，2022，43（12）：39-40.

[3] 周文武，宋巧玲，吴旭东.物联网技术在智慧农业中的应用[J].南方农机，2023，54（10）：71-73.

[4] 夏俊涛，毕小梅，吴旭东.数据挖掘技术在高校教学平台中的应用[J].数字技术与应用，2023，41（8）：114-116.

【通联编辑：闻翔军】

基金项目：2022 年江西省高校教改一般课题“乡村振兴背景下的《物联网嵌入式技术》课程改革”（JXJG-22-56-3） ；2023 年江西省教育科学“十四五”规划一般课题“乡村振兴战略背景下职业院校人才培育路径研究”（23GZYB105）