本课程是泰州学院基于多年物联网专业教学成果，运用三维仿真技术开发的，以帮助学生理解物联网系统的整体概念，融会贯通课程知识点，切实掌握物联网大型建筑物健康监测系统的设计理论和实现技术为目的虚拟仿真实验教学课程。
1.实验的必要性及实用性
物联网大型建筑物健康监测系统对大型建筑物的结构状况进行监控与评估，为大型建筑物在特殊气候、特殊交通条件下或本身结构状况异常严重时发出预警信号，为大型建筑物的维护维修和管理决策提供依据与指导，物联网健康监测系统是如跨江跨海大桥、大型水坝等大型建筑物必备的安全管理系统。学习掌握物联网大型建筑物健康监测系统的设计、部署与调试是物联网专业学生学习利用专业知识解决实际工程问题的重要步骤，这些步骤需要与具体的应用场景相结合才能进行。实验室中受到场地、设备和成本等多方面因素制约，很难搭建与具体应用场景相匹配的完整系统环境，因此开展物联网大型建筑物健康监测系统综合性实验需要在实际场景中进行。
实际场景实验具有如下特点：（1）危险程度高。以在跨江跨海大桥上部署物联网大型建筑物健康监测系统为例，实际场景实验需要在大桥钢缆上部署传感器，并在现场对节点进行无线收发功率、信道参数等方面的配置，师生进行实验危险程度较高，开展实验难度大。（2）复杂程度高。物联网大型建筑物健康监测系统综合性实验涉及学科链较长，实验需要感知层、网络层、应用层等多层设备支持，涉及技术广、需要时间长，复杂度较高。实际场景实验无法满足大量学生同时开展实验及重复开展实验。（3）直观程度低。物联网大型建筑物健康监测系统综合性实验涵盖信息感知、汇聚、传输、存储、处理、利用以及反馈等环节，然而这些环节在实际场景实验中直观程度低，学生们难以通过实际场景实验对物联网架构和关键技术建立系统、深入的理解。
虚拟仿真实验能够以实际建筑物的物联网健康监测系统为模型，仿真实现传感器节点软硬件设计、监测节点工程部署、网络设备调试连接和可视化程序应用等过程，学生能够在虚拟系统中开展沉浸式实验。实验知识点覆盖了学生所学的“物联网工程导论”、“传感与检测技术”、 “物联网通信技术”、“计算机网络”、“嵌入式应用系统开发”等多门本科生专业课程内容。虚拟仿真实验解决了实验室内无法大规模组织综合实验的问题，解决了实际场景实验中高危、高复杂度、不直观的问题，能够有效保障学生实验安全，实现了复杂物联网系统的分层剖析呈现，为学生自主探究和设计提供了必要环境，因此本虚拟仿真实验具有必要性。
本虚拟仿真实验结合泰州市“十四五”发展规划重点产业之智慧物联网产业，以泰州大桥健康监测系统部署调试全过程仿真为例，直观呈现物联网系统三层架构，模拟物联网健康监测系统运行全过程，培养服务地方经济发展的物联网人才。本实验切实拓展了以学生自主探究设计为主要形式的实验教学方法，以引导方式让学生自主设计选择物联网节点并配置主要参数，使学生能够直观看到实验结果，激发学生的学习兴趣和潜能，全方位实现了物联网三层架构基本知识点的实验探究，能够培养学生系统意识，锻炼学生学以致用的能力，培养学生的创新思维，有效提升学生的综合性工程实践能力，因此本虚拟仿真实验具有实用性。
2.教学设计的合理性，
（1）实例对象选择合理。江苏省内有13座长江大桥，其它类型的大桥更是不胜枚举，本教学设计选择泰州大桥作为大型建筑物的代表进行物联网健康监测系统设计具有很好的代表性和推广性。物联网技术目前已经融入了大型建筑物设计、建设全过程，成为了大型建筑物安全保障的重要技术手段，泰州学院此前成立了物联网大型建筑物健康监测研究中心，相关工程实践案例为本实验教学设计提供了可靠数据支撑，因此教学设计实例对象选择是合理的。
（2）教学设计过程合理。本教学设计中整合物联网应用系统中感知层、网络层、应用层三层架构，将物联网核心技术融入实验，实验教学内容具有高阶性。本虚拟仿真实验真实反映了物理世界与计算机世界的紧密联系，采用任务驱动式的实验教学设计，将整个实验教学过程分解为系统组成认知、感知层实现、网络层实现、应用层实现、系统联调运行等五个实验任务，让学生可以在交互实验中针对实际任务要求开展设计，对物联网传感器技术、网络组网方式、数据处理方法等知识点进行学习、设计，直观、实时和互动的特点能够有效激发学生搭建物联网应用系统的兴趣，提升对物联网实际应用系统设计与实现的能力，因此教学设计过程是合理的。
（3）教学评价方式合理。本实验采用过程性评价与反思式评价相结合的方式对学生的实验操作进行综合评价，在交互漫游、认知学习、单元测试、交互安装、交互配置、交互连接、交互控制等各类交互操作环节中对学生的实验操作步骤进行记录，从正确性、试错次数及完成时间多个维度检验学生学习和实验成果，使学生在深化对已有理论知识的理解的同时，使学生和教师都能够及时获得实验情况的反馈，发现问题并针对性地解决问题，从而有效提高实验教学效率，因此教学评价方式是合理的。
3.实验系统的先进性
（1）理念先进。本实验系统综合运用了教育学、心理学、物联网工程技术、多媒体信息技术的成果，以真实大型建筑物360度全景为物联网大型建筑物健康监测系统的虚拟场景，实验按照“整体-局部-整体”的脉络进行组织，符合实验者认知和学习习惯。
（2）技术先进。本实验系统运用物联网设备实体建模、动画模拟、人机交互、计算机网络等手段，以二维和三维相结合的方式，形象、生动、有趣地展示教学实验中涉及到的物联网感知层设备、网络层设备、应用层设备和数据中心机房、指挥中心等设施，以及实验前准备、实验过程、结果检测等内容。
（3）方法先进。本实验系统高度仿真物联网系统感知、传输、控制和展示物联网系统部署全过程的实验，让学生不受时间和空间的限制，如同亲临实境，体验互动。通过激发兴趣、自主认知、问题引导、贯穿交互、虚实结合等教学方法，有效促进学生工程意识、系统意识、问题意识、实践意识和创新意识的培养。
