（1）学生交互性操作步骤，共15步。

步骤序号	步骤目标要求	步骤合理用时	目标达成度赋分模型	步骤满分	成绩类型
1	场景漫游	10分钟	简述各种设备基本功能		操作成绩 实验报告 预习成绩 教师评价报告
2	系统拓扑	5分钟	简述系统拓扑及组成要素
3	拓扑搭建	20分钟	按需搭建系统拓扑结构	10
4	测试题	5分钟	正确回答测试题目	8
5	基础设备部署及测试题	10分钟	正确完成基础设备部署及测试题目	12
6	远程/近程及无线/有线通信及测试题	10分钟	简述各种通信方式基本特征，正确完成测试题	6
7	传感器集成	20分钟	远程/近程通信模块集成	5
8	采集器参数设置	10分钟	采集器参数设置及程序烧写	5
9	继电器参数设置	10分钟	继电器参数设置及程序烧写	10
10	传感器参数设置	20分钟	传感器参数设置及程序烧写	10
11	传感器部署及测试题	20分钟	正确完成传感器场景部署及测试题	14
12	数据分析展示	20分钟	采集时间设置及数据分析、数据导入导出	15
13	APP控制	10分钟	设备控制、数据设置及异常报警分析	5
14	物联网系统架构	5分钟	物联网应用架构
15	实验报告	5分钟	测试结果查看，线下撰写提交实验报告。

 

上述表格内的操作步骤，按照不同的成绩类型进行单独评分，其中操作成绩满分100分（含客观测试满分40分），报告成绩满分100分，这两部分得分按照7:3的比例相加后得到最终实验成绩。

①第1、2、14步骤，作为展示性步骤，不计评分。

②第4、5、6、11步骤，按照相应步骤满分（满分40分，每空2分），作为“预习成绩”计分，此部分为客观测试成绩。

③第3、7、8、9、10、12、13步骤，按照相应步骤满分（满分60分），由教师评价后作为“操作成绩”计分。

④第15步骤，学生在系统提交实验报告，教师以满分100分的标准对实验报告进行评价计分，按照总成绩的30%作为“实验报告”成绩。

（2）交互性步骤详细说明

本虚拟仿真实验共计4个实验学时，可分为9个模块，共计15个交互性实验操作步骤，实验操作流程按照先后顺序为：

登录系统→获取实验指导→开始实验→实验简介→场景漫游→系统结构拓扑图→拓扑图搭建→客观测试→基础设备部署→客观测试→无线（远程/近程）通信方式→有线通信方式→客观测试题→传感器集成→采集器参数设置→继电器参数设置→传感器参数设置→传感器部署→客观测试→数据分析展示→APP智能控制→物联网应用系统架构→客观测试成绩→提交实验报告→实验结束。

本虚拟仿真实验操作流程如图1所示。图中的数字编号为相应的交互性操作步骤序号，共计15步。

通过计算机键盘上的W、A、S、D键控制视角的移动和转向，按住鼠标左键实现物品点击、连线等操作，鼠标右键也可以在场景内进行360度的转向操作。实验设备设施安装时，系统提供箭头指向安装位置的大致方向，通过闪烁提示实际安装位置。实验场景主要由养殖场内外的各种设施设备组成，实验过程中学生可通过场景切换按钮直接完成三维场景的切换或者直接通过浏览漫游的形式进入不同场景。学生登录本实验平台后，在实验开始页面，点击“开始实验”进入实验，如图2所示，点击右下角屏幕放大按钮，可将实验界面全屏显示。

图1 交互性实验步骤流程图

图2 开始实验

进入实验，能够看到实验内容的加载进度，加载进度以百分比形式显示，如图3所示。

图3 实验加载进度

进入实验后，首先见到的是“实验介绍”内容，能够了解实验的目的，如图4所示。

图4 实验目的

交互性实验操作步骤从进入实验后开始，共15步，具体说明如下：

第1步：进入场景之后能够进行场景漫游，认识实验中主要设备以及设备在实验中的功能介绍。能够自由地漫游虚拟场景，了解“智慧养殖管控系统”应用场景的整体结构以及真实的设备摆放、功能介绍。如图5所示的智能门禁介绍和图6所示的RFID标签介绍。

图5 智能门禁

图6 RFID标签

第2步：漫游场景、认识设备之后，点击“下一步”会弹出下图窗口“系统架构拓扑图”。通过系统架构拓扑图的展示，了解拓扑图的整体结构及各种物联网组件（如图7所示），之后自主设计与搭建系统拓扑图（如图8所示）。

图7 系统架构拓扑图

图8 搭建拓扑图

第3步：拓扑图搭建，具体操作如下：

①需要左击选中“选择条”中的“基础设备”中五个基础设备全部摆放到“系统架构拓扑图”中的指定位置，如图9所示。基础设备包括“服务器”、“网关”、“继电器”、“数据采集器”、“电源”等。

图9 基础设备

②需要在“传感器”设备中选中至少1个“传感器”摆放到“系统架构拓扑图”中，实验中包含12个传感器，如图10所示。双击鼠标左键或单击鼠标右键，可以撤销拓扑图上的已添加传感器。

图10 传感器选取

③需要在“调控设备”设备中选中至少1个“调控设备”摆放到“系统架构拓扑图”中，实验中包含11个环境调控设备（如图11所示），如“氧气泵”、“内遮阳”、“加热器”、“外遮阳”、“控料机”、“水帘”等。

图11 调控设备

④拓扑图搭建完成之后进行拓扑连线，构建完整的“系统架构拓扑图”，如图12所示。左击可以拖动设备、摆放时右击“拓扑图”上的设备可以“撤销”摆放。连线时，连线两端的设备会按照顺序闪亮边框，点击设备即可完成连线。

图12 设备选取完成

⑤拓扑连线完成之后可以点击“上一步”可以重新设计“系统架构拓扑图”，如图13所示。

图13 拓扑连线

第4步：点击“下一步”进行对应的“测试题”进行测试，如图14所示。

图14 测试题

做完测试题目，点击“提交”按钮后，“测试题”会自动判断回答的正确与否并给出相对应的得分进行统计，如图15所示。测试结束后，点击“确定”按钮，关闭测试题界面，系统跳转到下一操作步骤。

图15 回答完成

第5步：“测试题”完成之后进行场景基础设备部署，如图16所示。基础设备包括：基础设备及调控设备。通过场景中“箭头”与“手指”的指示将设备部署在养殖场场景的指定位置。

图16设备部署

场景基础设备搭建完成后，会出现相对应的“测试题”，进行测试，测试完成后，“测试题”会判断回答的正确与否并给出相对应的得分进行统计，如图17所示。点击“确定”按钮，可关闭测试题窗口。

图17 测试题

第6步：远程通信、近程通信及有线通讯设备。

①了解远程无线通信方式，如图18所示，包括3G/4G/5G等。

图18 远程通信

②了解近程无线通讯方式，如图19所示。近程无线通讯方式主要包括Bluetooth（蓝牙）、Wi-Fi、ZigBee和LORA等。

图19 近程通信

③了解有线通讯方式的资料介绍，如图20所示，主要包括IPv4/IPv6、RS232、RS485、USB、光纤和RJ45。

图20 有线通讯

了解有线通讯方式和设备资料后，进行相对应测试题的测试和分数统计，如图21所示。

图21 测试题

第7步：进行“传感器集成”，需要对传感器模板进行“远距离模块”和“近距离模块”的组装，如图22所示。可以通过鼠标左键进行组装模型查看，集成后的“远距离模块”和“近距离模块”有高亮提示。

图22 传感器集成

第8步：完成传感器集成操作后，在“采集器参数设置”窗口进行采集器的参数设置，如图23所示，主要包括采集周期、采集时间、上传（至网关）周期、上传时间、休眠周期和休眠时间。

图23 采集器参数设置

采集器参数设置完成后，进行应用程序烧写，如图24所示。

图24 程序烧写

第9步：完成采集器参数设置的程序烧写后，在“继电器参数设置”窗口进行继电器参数设置，用于控制养殖场内的调控设备开关时间和阈值，如图25所示。

图25 继电器参数设置

继电器参数设置完成后，进行继电器额的应用程序烧写，烧写完成后如图26所示。

图26 程序烧写完成

第10步：继电器程序烧写完成后，进入“传感器参数设置”窗口，如图27所示。这里对所选传感器的本地地址、前驱（下一跳）地址、目的地址和阈值（最大值和最小值）等进行参数设置（图右边列表为传感器配置状态，白底为已配置，绿底为未配置）。设置完成后，进行应用程序烧写，如图28所示。

图27 传感器参数设置

图28 传感器程序烧写

第11步：传感器参数“程序烧写”完成之后进行养殖场场景内外的传感器实地部署。点击屏幕左边菜单的 “传感器部署”选项，会弹出所选传感器列表，如图29所示。

图29 传感器部署选项

鼠标单击选中某个传感器后，按照手型和箭头指示，将传感器部署到场景内的合适位置上，如图30所示。

图30 传感器部署

所有传感器部署完毕后，弹出测试题窗口，进行相对应的测试和分数统计，如图31所示。

图31 测试题

第12步：通过传感器采集的数据进行“数据分析展示”，设置相应传感器的采集起始时间和截止时间，如图32所示。

图32 采集时间设置

传感器数据的采集起始时间和截止时间设置完成后，根据传感器的采集周期计算出设备的采集数据量，自动画出相应的数据折线图，如图33所示。

图33 数据折线图

数据分析展示窗口提供了“数据导入”、“数据导出”、“视频导出”和“图像导出”选项，如图34所示，分别用于：外部（传感器）数据导入后的可视化、传感器采集数据的导出、摄像头拍摄的视频导出、摄像头拍摄的照片导出。

图34 数据导入和导出选项

第13步：通过智慧养殖管控系统APP进行“智慧养殖管控系统”的移动设备端模拟控制，如图35所示。

设备控制可调节实验场景中的对应可控设备；环境信息可显示场景中已安装传感器的实时监控信息；数据设置用于设定环境参数的范围；智能控制可以通过数据设置的范围进行设备控制调节环境信息。

异常报警：在温度、湿度、氧气浓度等环境参数数据过高或者过低时，会有“猪”的不适反应，进而报警、观察、调节环境参数信息。

通过图中的设备控制、数据设置和环境信息等选项卡，可调节场景中对应的设备及环境参数。特别的，在“设备控制”选项卡中，对某个调控设备进行操作时，可以在场景中实时看到操作效果。

图35 智慧养殖管控系统APP

智能控制通过数据设置的范围进行设备控制以调节环境信息，“设备控制”可调节实验场景中的环境调控设备；“环境信息”可显示场景中已安装传感器的实时监控信息；“数据设置”用于设定环境参数的范围；“异常报警”用于在环境参数超出设定阈值时给出形象化的报警提示。数据设置成功后，可以调控养殖场内的环境参数范围，如图36所示。

图36 APP智能控制

第14步：通过如图37的系统架构框图，了解物联网的“系统架构”，以抽象物联网应用的网络体系结构。

图37 系统架构框图

通过如图38所示的物联网应用系统架构图，了解物联网应用的分层网络体系结构，增强物联网应用相关性的理解。

图38 物联网应用架构

通过图37和图38，进行物联网智慧养殖管控系统的“系统架构”设计，并进行“系统架构”拓扑图搭建，如图39所示。

图39 智慧养殖管控系统架构

第15步：最后“完成实验”得出“客观测试成绩”，如图40所示。客观测试成绩窗口包括测试总得分、得分规则、答案组成。点击“下一步”后，即完成本次虚拟仿真实验的在线操作部分。

图40 客观测试成绩

学生完成虚拟仿真实验后，在虚拟仿真实验平台网站的“实验报告内容”部分撰写实验报告并提交（如图41所示），完成本次虚拟仿真实验的所有任务。

图41 实验报告内容