近日，教育部公布了第二批國家級一流本科課程認定名單，信息科學與工程學院的《農業物聯網虛拟仿真實驗系統》課程獲批虛拟仿真實驗教學一流課程。

農業物聯網虛拟仿真實驗系統對應信息科學與工程學院物聯網工程專業，所屬《物聯網設備綜合設計實習》，項目負責人是謝曉蘭教授，團隊成員為：陳小琴、陳守學、金紅、郭強等。該實驗系統于2019年9月在本校上線，2021年6月榮獲“2020年自治區級一流本科課程”，并推薦申報第二批國家級一流本科課程，2023年5月榮獲“第二批國家級一流本科課程”。

《物聯網設備綜合設計實習》是物聯網工程專業的實踐課程。通過本課程的實踐學習，學生能夠基于物聯網原理，針對物聯網工程應用需求進行軟硬件功能模塊設計，對設計方案、開發流程和可行性進行研究；能夠基于物聯網相關網絡協議原理和技術，軟硬件開發技術對複雜工程問題進行設計、開發和驗證，并對結果進行合理評價。然而，物聯網工程設計方面的實驗教學由于受實地實驗場地和設施要求高，物聯網系統存在綜合性、多樣性、複雜性，應用場景具有一定的不可及性，實驗失敗很難補救等問題所限，在本科教學中主要存在教學活動難以開展、需要大規模基礎實驗支撐、高危高耗的實驗環境的瓶頸。

為突破上述實體實驗的教學瓶頸，推動教育信息化改革，本實驗項目依托學校省部級重點實驗室——《嵌入式技術與智能系統實驗室》，融合《廣西桂林國家農業科技園區農業信息化建設》、《廣西桂林國家農業科技園區農業科技觀光旅遊平台建設》等項目的最新科研成果和前沿技術，堅持“學生中心、問題導向、科教融合、創新實踐”的實驗教學理念，采用3D建模、動畫、人機交互等技術，以農業物聯網為行業背景，設計了“農業物聯網虛拟仿真實驗系統”，包括農業物聯網系統實景認知實驗、溫濕度調控系統設計實驗、光照度調控系統設計實驗、節水灌溉系統設計實驗、綜合實驗。

一、實驗教學目标

（1）掌握農業物聯網系統的架構、設備配置以及數據采集、數據傳輸、數據解析存儲、數據監測、控制及節水灌溉的工作流程；

（2）掌握數據采集設備的安裝方式，即空氣、土壤、氣象類傳感器、通信模塊與數據采集模塊的連線及安裝；

（3）掌握控制設備的安裝方式，即風扇、加熱器、加濕器、植物生長燈、卷簾電機、水泵、水閥等被控設備、通信模塊與主控制箱連線及安裝；

（4）掌握WIFI、NB-IOT、Lora等網絡的協議原理及程序設計；

（5）掌握多網融合（WIFI、NB-IOT、Lora）的數據采集模塊、主控制箱的采集、通信、控制原理及程序設計；

（6）掌握節水灌溉算法的原理及設計；

（7）掌握農業物聯網應用程序的原理及設計；

（8）培養學生的知識綜合應用能力、解決複雜問題能力，科學研究能力、創新精神、科學嚴謹的工作态度，具備物聯網系統的規劃、設計、開發、施工、測試、維護的技能。

二、實驗教學過程

本實驗共4學時，實驗教學過程如下圖1所示，教學計劃安排如表1所示。

圖1  實驗教學過程

表1  仿真實驗教學安排計劃表

三、實驗方法

本實驗利用虛拟仿真教學平台，推進體驗沉浸式、任務式、自主式、交互式、支架式、反思式“六式融合”實驗教學方法改革，如圖2所示。

圖2  “六式融合”實驗教學方法

四、實驗教學項目特色

實驗設計體系完整。實驗方案設計思路明确清晰；解決了傳統實地實驗“做不了”的難題，通過虛拟仿真技術，構建一個完整的物聯網系統，實現智能感知、可視化管理、智能決策、智能分析等實地環境下難以實現的綜合性實驗，讓學生掌握典型物聯網技術的工作原理，應用場景及設計要點。通過微觀展示實驗效果，實驗過程的可重複，啟發學生思考物聯網系統設計中需要考慮的關鍵和核心問題。

教學理念方法先進。堅持以學生為中心的實驗教學理念；采用“六式融合”的教學方法，體現了教學形式的先進性和互動性，學習結果具有探究性和個性化。通過虛拟仿真實現理論知識與實踐應用的高度統一，實現對真實實驗的有效補充，有針對性地提高學生的學習能力、動手能力、獨立思考能力和創新能力。

具有綜合性、形成性的評價體系。實驗操作正确率、實驗報告質量等進行多維度的考核。實驗考核對學生獲得的知識、能力、素質進行全過程評價，重點考核學生對實驗目的的把握度、實驗原理的掌握度、實驗方法的合理度、實驗步驟的規範度，以及實驗結果的正确度。形成了理論與實驗相結合、過程性和終結性評價相融合的綜合評價體系。有助于學生掌握原理和知識點，對傳統教學的延伸和拓展性強。

學生受益面大，提高實踐創新能力。項目已應用到物聯網工程、計算機、網絡工程等專業的教學中，服務學生1200餘人，同時服務于廣西職業院校物聯網專業教師的師資培訓。該項目全方位增加學生代入感，有助于提高學生實驗興趣，促進自主學習能力，提高實踐創新能力；實現了學生全員、全環節參與，理論知識、獨立思考能力與實踐能力的統一。本項目今後仍将在教學資源成果推廣和服務社會等方面進行持續建設，為培養高質量的物聯網專業人才貢獻力量。

下一步，信息學院将繼續推動教育數字化深度融入人才培養、教育教學、教育管理，深化本科課程體系、課程内容與教學模式改革創新，着力打造更多具有高階性、創新性、挑戰度的“金課”，以課程建設為抓手，持續提升本科人才培養質量。

課程負責人謝曉蘭教授指導學生開展虛拟仿真實驗

學生進行虛拟仿真實驗操作

虛拟仿真實驗系統封面

國家級一流本科課程證書