摘 要：物联网被称为继计算机、互联网之后世界信息产业第三次浪潮。物联网作为一个交叉学科与具有跨界特性的“创客”拥有着相同的融合基因，在物联网专业开展“创客”教育具有先天的优势。在大众创业、万众创新的浪潮下，构建基于物联网创客的教育体系成为目前职业院校开展“双创”教育的一把金钥匙。本文就高职创客教育课程体系进行讨论，提出一种融合创客教育的物联网专业人才培养路径。
关键词：高等职业院校 物联网 创客 课程体系
一、高职物联网专业教育教学现状（The current situation of teaching in the Internet of Things major）
物联网产品开发流程通常包括需求分析、硬件和软件并行协同开发、测试调试等阶段。经过企业调研，我们将目标岗位的典型工作任务合并归纳为相关课程，并与目前高职教育水平进行量化评分，如图1所示。
通过比较，发现目前高职物联网教育水平与企业岗位需求还存在一定的距离。究其原因，主要包括两个方面：物联网技术涵盖面极广，融合了现有的计算机、网络、通信、电子和控制等多项技术，入门存在一定的门槛；另一方面，高职物联网专业生源极其复杂（中职和高中文理科学生兼收），学生英语基础参差不齐、逻辑推理能力不强、文字录入能力差强人意的学情也造成教学进度难以顺利推进。因此，选择一种能覆盖物联网专业典型工作任务，能使学生对硬件结构和电路结构有一定了解，训练学生通过编写程序完成功能实现的平台作为物联网专业教学辅助手段就显得十分有必要[1]。
二、基于物联网专业的创客课程介绍（Introduction to the Maker Course based on the Internet of Things）
自创客概念提出以来，各种适合非专业人士进行开发的软硬件平台不断涌现。Arduino、Processing、App Inventor无疑就是其中的佼佼者，其良好的跨平台性、丰富的生态、简易的开发语言能显著降低学生学习成本和时间开销，快速切入开发流程。学习这些平台工具，可以为高职学生专业课程的学习打下坚实的基础。更令人惊喜的是，在进行简单培训后，学生可以根据自己的创意快速搭建产品原型，实现由学习者向创造者的转变。
（一）Arduino开发平台
Arduino作为一个基于AVR单片机开源的电子设计开发平台，在IDE中对寄存器操作、I/O方式进行封装，使用精简的C/C++语言进行开发。在Arduino官方开发团队提供的标准Arduino库函数和第三方接口的帮助下，让开发者把主要精力放在对传感器数据采集处理、驱动执行器等方面上，大大缩短电子产品开发周期。正是由于Arduino定制了很多底层的设计，使得它损失了很多嵌入式开发的灵活性和效率性，在本科教育中通常不被采用，但是对于基础薄弱的高职学生具有很大的吸引力。
以Arduino Uno开发板为例，其自带14个数字输入输出引脚，6个模拟引脚，USB接口允许上位机通过IDE编写程序直接烧写；同时也支持I2C，UART等协议支持控制器与外围套件和扩展板通信。简单的硬件结构辅以外围套件、传感器和执行器，学生可以轻易的实现空气质量监测系统、酒精檢测仪、温湿度记录仪、指纹考勤系统、超声波测距等系统。开发这些系统原本要求开发者掌握大量的电子电路和单片机内部结构以及程序语言等背景知识，通过Arduino平台进行轻量级开发后，一般学生都可以很容易做出让人满意的作品。
1.Arduino硬件开发平台——Fritzing和123D Circuits
高职这个层次的学生最显著的特点是感性多于理性，这种情况造成教学中学生无法将电路中各种符号与真实元器件联系起来，这也直接影响到他们对Protel或Proteus等电子电路CAD软件的学习。因此使用面包板搭建基本电路成为物联网专业电类课程实践教学一种初步有效的手段。然而，对电路进行调试是整个实践教学过程中最令老师头疼的事情。复杂面包板电路中，一次性上电通过的情况毕竟属于少数，大概率情况是通过调试找出各式各样错误。这样一来，极有可能在有限的时间内，老师无法对每一位学生进行指导。在创客硬件CAD设计软件Fritzing和Autodesk123D Circuits推出以后，这种情况得到了极大改善。
Fritzing软件在进行电路设计的时候共有三种视图：面包板视图、框架结构视图、PCB视图。在面包板视图中，在菜单中拖拽各种基于svg（可缩放矢量图）格式的外观高仿器件到面包板上，通过跳线进行连接，快速搭建电路，如图2（a）所示；切换到框架结构视图后，教师可以很轻易地对整个硬件系统进行分析、归纳、讲解，如图2（b）所示；在对整个硬件电路核对无误后，在面包板视图中对仿真视图进行打印，并将打印的纸张贴在真实面包板上，此时进行动手搭建真实电路验证功能性，如图2（c）所示；所有以上步骤完成以后，工作过程很自然的过渡到PCB视图进行输出制版，如图2（d）所示。Autodesk123D Circuits软件除具有Fritzing这些特点外，还具有仿真的功能。
2.Arduino软件开发平台—Ardublock
Ardublock作为一种Arduino的第三方开发环境，必须依附于Arduino IDE软件而运行。该软件提供了一种类似于Scratch的图形化操作界面，通过把原生的文本代码提升为更直观的图形块，开发者对图形块进行拼接、拖拽等操作完成整个编程过程。在此过程中，软件内置的逻辑检测机制会确保开发者的拼接符合规则。这样就能避免手工敲入代码可能带来的语法错误、加快了程序开发速度。
（二）Processing交互式开发语言
Processing是一种面向视觉与交互的编程语言，是Java语言一种简化版本。它继承了Java跨平台性、面向对象特性等诸多特点。最近几年，各种不断涌现的新技术中也不断加强对Processing技术的融合。例如在Processing的PDE中导入对应的Android SDK，编写的代码即可生成为apk文件在Android手机上运行；在前端开发工具JavaScript中近期也添加了p5.js类库，为网页的美化、互动性的提升提供了一种新的方法。
正是Processing的简易性和跨平台性，在创作产品的过程中，通常被用来和开源硬件进行对接，从而能使用户和硬件产生互动。
（三）AppInventor2移动开发平台
App Inventor2（简称AI2）是一款拥有类似于Scratch的图形化操作界面，编写的程序具备可读性强、拓展性好、易于维护等特点的Android 应用开发平台。AI2中用户只需要用鼠标拖动不同的组件和内部代码块，再将它们组合在一起打包生成apk。整个AI2程序设计流程如图3所示。
使用AI2搭配Arduino可以做出硬件与移动端互动的作品。例如使用Arduino的GENUINO 101开发板连接传感器后采集各种实时环境数据，使用蓝牙与手机进行通信就可以在应用界面内显示。整个工作流程为硬件搭建、应用界面开发、应用逻辑开发，如图4所示。
三、融合创客课程的物联网课程体系（Integrating the Internet of Things course system with the Maker Course）
在梳理清楚目前流行的创客课程和物联网专业课程的内在联系后，我们可以将创客课程融入到人才培养方案中去，对现有专业核心课程起到进行铺垫或延展作用。以《电子技术》课程为起点，在Fritzing或者AutoDesk 123 Circuits软件中对典型电路进行仿真的同时使学生得到元器件的认知教育；以Arduino开发板为核心，在Ardublock开发环境中让学生理解编写C/C#程序的逻辑和步骤，辅助自动识别模块、无线传感网络模块和传感器套件开展物联网核心专业课程教学，尽快打通物联网产品设计实现路径，使学生充分体验到物联网开发技术的乐趣，为专业课程教学夯实基础。另一方面，以Java语言为程序学习核心，开设Processing及AppInventor 2课程，丰富学生的物联网交互设计手段，为有志于软件设计的学生开设“第二课堂”，如图5所示。
结语（Conclusion）
本文针对目前高等职业院校物联网专业的教学困境，提出一种融合创客课程的专业课程体系。这些创客课程对学生的学习基础要求较弱，具有设计过程可视化，对复杂技术进行封装等特点，十分适合目前高等职业院校的学情。
尽管如此，在开展创客课程教学的时候，还是遇到很多挑战。例如，相应的教材市面上还不够丰富，掌握新技术的教师还不多，创客课程的学时安排和排课顺序需要进一步理顺，学校层面重视程度不够等等一系列的问题，需要在今后的工作中进一步解决。
参考文献（References）
[1]李凌云.高职院校创客教育的价值、现状及优化路径[J].教育与职业，2016（24）：57-59.
[2]雒亮.开源硬件，撬动创客教育实践的杠杆[J].中国电化教育，2015（4）：7-14.
[3]陳颖.地方农科院校大学生创新创业人才培养体系的创建与实践[J].云南农业大学学报，2012（6）：72-76.
作者简介
胡骏（1981—），男，硕士，讲师，研究方向：物联网技术。
龙翔（1973—），男，硕士，副教授，研究方向：计算机网络，信息安全，物联网技术。