中国现代教育装备
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 实验室建设  
基于NB-IoT多层次一体化实验教学平台的设计与应用
来源:《中国现代教育装备》杂志 时间:2022-8-21 9:40:06
  [导读]针对电子信息类学生在一定工程背景中进行综合实践训练的需要,设计了基于NB-IoT多层次一体化教学实践平台,其以“数据采集—嵌入式控制—NB-IoT无线传输—服务器管理”为主线,采用软硬件并行方式,设计了感知、传输和应用三个层次。结合相关课程,可完成电子线路、单片机(或者嵌入式技术)、移动通信等课程设计;以智慧农业为例,实现模块化的专业项目设计。该平台系统内容丰富,既可以单独设计,也可以进行系统集成应用,效果直观,可重复性强。利用该平台,能够提升学生解决复杂工程问题的能力,有效提高教学效果和教学质量。

  当前,无论在国际工程教育专业认证还是国内一流专业建设[1-2]以及地方的应用型专业建设中,培养学生以分析和解决复杂工程问题能力[3]为标志的实践能力,是提高电子信息领域的人才培养质量的关键。设计一种可融合、成本低、多层次、一体化的实践平台,可大大缓解人才培养中实践教学环节实施难的问题。许多学者对实践平台建设进行了大量研究,有的针对多学科竞赛,进行顶层系统性设计与布局,能够合理分配资源,解决学生综合素质的差异化问题,推进了课程教学改革[4-5]。有的从专业基本技能、技术能力、综合应用能力和创新创业能力4个层次进行实践能力培养[6]。还有的从科研、教学、学生创新和校企合作等方面开展产教深度融合的电子信息专业实践教学改革[7-9]。

  本文融合数据采集技术、嵌入式技术、通信技术和计算机技术,基于NB-IoT(Narrow Band Internet of Things)设计并开发了包含信息感知层、传输通信层和数据应用层的多层次一体化实验教学平台(简称平台)。该平台采取多层次循序渐进的人才培养模式,让学生从大二开始了解工程应用,进行单元电路设计;大三进行模块设计和制作;大四进行综合应用设计,结合成本、风险和政策等撰写项目的设计报告,对基础实验和综合实验的训练非常有益。

  1 平台总体构架

  2 平台设计

  3 教学实践及效果

  4 结语

  该平台面向多个年级的多门课程和实践环节,学生可以选择在平台完成某一独立模块的设计、制作和测试调试,也可基于模块进行系统集成,完成项目设计。通过不同阶段完成不同难度和工作量的设计,围绕模块探索应用,激发学生的学习主动性。通过学生交流、市场调研和风险分析以及答辩等环节,提高学生自主学习和解决实际工程问题能力的同时,也提升了学生的非技术能力。部分低年级学生愿意提前参与难度大的项目设计,相比于原有课程实验,他们更愿意付出时间和精力。实践证明,通过该平台,学生能更好地掌握电子线路、微机控制、串口通信、移动通信、数据库编程和Web应用等专业知识,较好地实现电子信息系统设计与“采—控—传—管”系统的有效融合。

  参考文献

  [1] 乐传永,许日华.地方高校建设一流本科教育的缘由、方向与进路[J].中国高教研究,2020(2):56-62.

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  [3] 吴云勇.“双一流”大学创新型人才培养:理论内核、特质要义与建构方略[J].内蒙古社会科学,2020(1):194-200.

  [4] 肖建,张胜,郝学元,等.面向电子信息类学科竞赛的综合训练平台建设[J].实验室研究与探索,2019,38(10):242-245,249.

  [5] 赵建敏,李琦,陈波.物联网综合实验系统设计[J].实验室研究与探索,2018,37(12):154-157,163.

  [6] 张洁寒,张瑜.基于新工科理念的电子信息工程专业实践教学体系构建与探索[J].实验室科学,2020,23(3):233-235,240.

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  [9] 徐利梅,谢晓梅,陈彦,等.新工科专业课程体系重构:从新生项目课程到高峰体验项目课程[J].高等工程教育研究,2019(4):33-39.

  [10] 张进,陈苹,凌翔,等.智慧物联虚拟仿真实验教学中心建设的基本原则及内容[J].实验室研究与探索,2019,38(3):120-123.

  [11] 张德民,张颖,周述淇,等.NB-IoT系统随机接入过程的设计与实现[J].光通信研究,2018,44(4):74-78.

  [12] 唐海涛,张立明,张仲明,等.物联网虚拟仿真实验教学中心平台建设[J].实验室研究与探索,2018,37(1):139-142.

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  [14] JIANG N, DENG Y, CONDOLUCI M, et al. RACH preamble repetition in NB-IoT network[J]. IEEE Communications Letters, 2018, 22(6):1244-1247.

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吕联荣 秦娟 李琨 王琦 天津理工大学集成电路科学与工程学院


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