談物聯網技術下水產養殖網箱水質監控范文

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摘要：文中分析了當前實驗教學的現狀以及存在的問題，提出了基于物聯網技術的水產養殖學專業中網箱水質監控實驗平臺建設，該平臺具備學生遠程操作、實驗設備管理、實驗室監控、實驗過程評分等功能，改變了以往傳統實驗的操作方式，實現了遠程實驗的目的，使學生可以利用空閑時間進行實驗，提高了學生的實驗創新能力。

關鍵詞：物聯網技術；設備管理；網箱水質監控；遠程實驗；水產養殖；創新

0引言

水產養殖學專業需培養學生具備水產動、植物養殖科學等方面的基本理論、基本知識和基本技能，能在水產養殖生產、教育、科研和管理等部門從事科學研究、教學、水產養殖開發、管理等工作的高級科學技術人才[1]。市場對水產養殖學專業技術人才有大量需求，其中生產技術、管理、市場技術服務對人才的需求尤為突出，并且水產苗種繁育等技術人才需求也在增多[2]。由于部分學生對水產專業認知程度不夠深入，存在技術理論知識不扎實、專業實踐能力不足等問題[3]，因此應增強學生的實踐能力，把專業實驗和傳統理論教學緊密結合[4]，增加學生有效的實驗操作次數。本文提出了基于物聯網技術的網箱水質監控實驗平臺建設，利用物聯網優秀的網絡資源，學生可通過網絡方式進行專業實驗，充分了解水庫水體的溶氧、溫度、pH值、硫化物、亞硝酸鹽氮、氨氮等因素對水質的影響，合理有效地提高實驗室設備的利用率。學生利用業余時間進行更多的實驗操作，將課堂理論與課后實踐相結合，激發學生的學習熱情，增強學生的實踐和思考能力。

1傳統實驗室的現狀及存在的問題

1.1傳統實驗教學的短板

傳統的水質實驗教學多數按照教師準備好的實驗流程進行。教師先將實驗所使用的藥品和水樣調整完畢，隨后對實驗原理以及操作步驟進行講解和演示。學生則依照教師操作演示或者說明書上的操作步驟進行實驗[5]。這種驗證式的教學模式雖然能夠讓實驗順利完成，但是學生只是單純的模仿實驗操作，不清楚實驗目的，對于實驗課程草草了事，沒有對于實驗的思考，缺少對實驗過程的探究，在實驗中缺乏獨立的見解，實驗結束時學生實際獲得的知識甚少。久而久之，學生逐漸缺乏主動學習的興趣，不愿意多加思考，喪失了獨立思考的能力，形成了思維惰性。這種實驗教學方式難以激發學生的學習和創新熱情。

1.2學生實驗機會匱乏

由于多數院校重理論輕實踐，開設的實驗教學課程學時較短，學生無法對實驗進行有效的創新和實踐[6]，無法達到培養水產養殖專業核心能力的目的。并且學校的實驗設備較少，難以滿足單獨實驗的需求，往往采取學生兩兩分組的方式進行實驗，在有限時間的實驗教學中，無法讓全部學生進行完整的實驗操作。而在其他時間內，除進入實驗室的學生可以有更多的機會進行實驗操作外，其他同學則很少有機會上手操作，實驗設備利用率低，造成了實驗資源的浪費[7]。

2基于物聯網技術的水產養殖學專業中網箱水質監控實驗平臺的設計

物聯網技術是構建網箱水質監控實驗平臺的關鍵，物聯網技術是在互聯網基礎上將各種信息傳感設備與網絡結合的產物。通過約定的通信協議，將各種物品接入互聯網，從而實現智能化識別、定位、監控和管理。物聯網作為一種傳輸和感知信息的技術，在網箱水質監控實驗平臺的設計中發揮了極大的作用，實現了實驗平臺與學生操作端的遠程連接，學生通過屏幕對實驗設備進行控制，獲得實驗平臺的反饋數據，從而達到學生遠程監控并控制實驗平臺的目標。網箱水質監控實驗平臺架構模型如圖1所示。網箱水質監控實驗平臺構架可以分成5大系統，即學生操作系統、設備管理系統、實驗過程監控系統、實驗評分系統、后臺管理端。

2.1學生操作系統

學生登錄操作系統后，通過鼠標和鍵盤對界面進行控制，觀看錄制好的操作講解視頻，便于學生詳細了解實驗操作步驟以及實驗中的相關知識，對網箱中的pH值、溶氧含量、水溫、氨氮濃度、亞硝酸鹽氮濃度以及硫化物濃度等傳感器進行認知學習，了解網箱中水質指標對于水體和魚類的影響。學習實驗知識后，學生可以以第一人稱的視角對網箱水質進行觀察，同時查看網箱中各種傳感器傳回的水質數據，通過上位機對網箱實驗設備進行遠程控制，從而對水質指標指數進行調節。將網箱水質環境調節到合適的范圍，對影響網箱水質的因素進行分析，通過創新型的自主實驗，加強對知識點的理解。

2.2實驗室設備管理系統

水產養殖學專業課程包括魚類增養殖學、甲殼動物增養殖學、水產動物育種學、水產動物營養與飼料和水環境化學等，每門課程都要求有一定學時的實驗，實驗課程較多，難以高效利用實驗設備。因此對實驗水箱的設備進行統一編號，利用無線網絡對設備進行跟蹤，了解設備使用情況，更加合理地分配給實驗學生。對實驗過程中出現的問題，如傳感器損壞、檢測失靈、設備增減、設備調用等及時處理，使設備始終處于正常狀態[8-10]。

2.3實驗室監控系統

實驗室通過物聯網方式供學生使用，將大幅提高實驗設備的使用率，而開放式實驗室實驗設備的使用時間不固定，設備使用時長增多導致設備老化，設備數據采集精度不高等問題都會對實驗測量結果產生一定影響，處理不及時將影響學生的實驗學習。通過視頻監控攝像頭全程監控學生的實驗過程，實時觀察實驗室的環境狀況并及時查看實驗設備是否存在異常等，確保實驗設備安全使用，避免出現事故。

2.4實驗過程評分系統系統

將學生的實驗數據和數據庫進行比對，根據學生的實驗操作以及完成程度進行評分，同時保存操作錄像。在部分內容無法客觀評價時，由教師根據錄像查看其操作效果，給予分值調整，并在實驗后給出意見和建議。

2.5后臺管理端

后臺管理端主要負責水箱設備增減和數據更新、網上預約，實驗內容的修改和發布，以及使用人員的增減與刪除。為保證實驗平臺有效利用，管理端設置有實驗開放時間通知、預約管理等功能，同時還設置有“成績統計”功能，可有效輔助教師進行教學評價，提升教學效果。

3結語

文章基于物聯網技術設計了網箱水質監控實驗平臺構架模型，借助物聯網技術改變了傳統實驗的操作模式，提高了實驗室設備的利用效率，加強了學生在實驗中的自主創新能力與實踐能力，為培養更多創新型人才夯實基礎。

作者：付秀偉 付莉 趙廣磊 范浩宇 劉杰文 單位：吉林化工學院信息與控制工程學院 燕山大學自動化學院 東北電力大學自動化工程學院