物聯(lián)網(wǎng)控制基礎(chǔ)課程教學(xué)改革的探索與實踐

曹松銀

摘 要： 物聯(lián)網(wǎng)是一門集系統(tǒng)工程、信息理論、控制理論等于一體的交叉性學(xué)科，而控制論是研究機械、動物、自然和社會等系統(tǒng)中控制、反饋和通信之共同規(guī)律的科學(xué)。控制論是信息與能量、物質(zhì)之間的橋梁，《物聯(lián)網(wǎng)控制基礎(chǔ)》是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)重要的必修課程。作者從課程教學(xué)內(nèi)容的安排、教學(xué)方法和手段的選擇、實踐教學(xué)的要求等方面出發(fā)，系統(tǒng)地提出物聯(lián)網(wǎng)控制課程教學(xué)改革的探索，并通過在實際教學(xué)中實施取得了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞： 《物聯(lián)網(wǎng)控制基礎(chǔ)》 教學(xué)改革 探索與實踐

物聯(lián)網(wǎng)又稱為傳感網(wǎng)，是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮。物聯(lián)網(wǎng)是將各種信息傳感裝置（例如射頻識別、全球定位系統(tǒng)、電子代碼、紅外感應(yīng)器、激光掃描等）與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成一個可實現(xiàn)全球物品信息實時共享的實物網(wǎng)絡(luò)[1]。控制論是指綜合研究各類系統(tǒng)的控制、信息交換、反饋調(diào)節(jié)的科學(xué)，是涉及工程學(xué)、生物學(xué)、心理學(xué)、數(shù)學(xué)、生理學(xué)、邏輯學(xué)、社會學(xué)等眾多學(xué)科的交叉學(xué)科[2]。本課程主要介紹物聯(lián)網(wǎng)工程所需的控制理論的基本知識，力求使控制技術(shù)融入物聯(lián)網(wǎng)的各種應(yīng)用中，使學(xué)生逐步學(xué)會利用控制技術(shù)分析和設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)控制器，學(xué)會分析控制效果和校正技術(shù)。

物聯(lián)網(wǎng)工程作為一門新興的學(xué)科，目前對于該學(xué)科的課程體系建設(shè)尚處于起步階段。該課程已有的教學(xué)體系和方法無法滿足教與學(xué)的要求。具體表現(xiàn)為課程的部分內(nèi)容相對陳舊，不能很好地反映行業(yè)的最新技術(shù)和熱點，書本上的知識不能與物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)很好地結(jié)合；傳統(tǒng)的教學(xué)方法還是以講授法為主，學(xué)生的積極性不足；實踐教學(xué)所占的比重不高等[3]。結(jié)合該課程的特點，筆者提出《物聯(lián)網(wǎng)控制基礎(chǔ)》課程教學(xué)改革的探索，希望激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握并靈活運用所學(xué)的知識，提高專業(yè)實踐能力、創(chuàng)新能力和協(xié)同能力。

一、教學(xué)內(nèi)容的合理規(guī)劃

《物聯(lián)網(wǎng)控制基礎(chǔ)》是一門綜合性課程，包含控制系統(tǒng)基本概念、控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型、控制系統(tǒng)時域分析、控制系統(tǒng)頻域分析、控制系統(tǒng)校正方法、現(xiàn)代控制理論、計算機控制、無線傳感網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)等方面的內(nèi)容[4]。現(xiàn)有教材涉及的知識點過于寬泛而且部分內(nèi)容略顯陳舊，理論和實踐的結(jié)合不緊密。因此，在選擇教學(xué)內(nèi)容時，必須有所取舍、合理安排、突出重點。針對學(xué)生已有的先修課程，刪除或弱化與其他課程相重復(fù)的內(nèi)容，如傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方面的內(nèi)容。突出控制理論基礎(chǔ)知識在物聯(lián)網(wǎng)中的分析和應(yīng)用，如物聯(lián)網(wǎng)的建模問題、物聯(lián)網(wǎng)中控制系統(tǒng)的時域分析法、頻域分析法、控制系統(tǒng)的校正方法等。該課程的核心內(nèi)容是控制系統(tǒng)的基本概念、時域和頻域分析法、控制系統(tǒng)校正法及在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用。

通過分析歷屆世界物聯(lián)網(wǎng)大會和中國物聯(lián)網(wǎng)大會的大會報告，結(jié)合行業(yè)對人才的基本要求，對相關(guān)教學(xué)內(nèi)容再做適當?shù)恼{(diào)整。適當增加物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實例的介紹和分析，如智能家居、智能交通、智能物流等，避免教學(xué)內(nèi)容過于空洞，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動力。同時，適當增加現(xiàn)代控制理論、計算機控制、網(wǎng)絡(luò)控制等在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用，開闊學(xué)生的眼界，增強學(xué)生的動手實踐能力，提升就業(yè)競爭力[5]。

二、教學(xué)手段和方法的優(yōu)化

教學(xué)有法，但無定法。物聯(lián)網(wǎng)工程是一門前沿性學(xué)科，交叉融合度高，對學(xué)生的基礎(chǔ)要求較高。物聯(lián)網(wǎng)控制基礎(chǔ)課程與物聯(lián)網(wǎng)的實際應(yīng)用結(jié)合緊密，實用性強，實踐能力要求高。該課程教學(xué)方法如果僅僅以講授法為主，必然會使得理論和實際脫鉤、學(xué)生的興趣不高，進而會削弱教學(xué)效果。為了提高教學(xué)質(zhì)量，筆者在學(xué)習(xí)和借鑒其他老師教學(xué)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，探索對于不同的知識點采用不同的教學(xué)手段和方法。

基礎(chǔ)理論部分以講授法為主，再結(jié)合討論法和直觀演示法等。例如以智能家居中的溫度控制系統(tǒng)、液位控制系統(tǒng)等為對象學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)的基本概念、數(shù)學(xué)模型等。通過優(yōu)化、完善多媒體課件，突出課程重點。對學(xué)生已有一定基礎(chǔ)的課程內(nèi)容，如傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，以問答法為主。精心設(shè)計問題，通過師生互動，引導(dǎo)學(xué)生積極思考、回答問題、得出結(jié)論，從而鞏固與本課程相關(guān)的知識。對于課程中與實踐有聯(lián)系的部分，如控制系統(tǒng)時域、頻域分析方法及校正方法等，可以安排實驗課或通過實際案例的視頻、仿真輔助教學(xué)，營造理論與實踐相結(jié)合的學(xué)習(xí)氛圍，增強學(xué)生對理論在實際案例中應(yīng)用的認識。同時，創(chuàng)設(shè)開放性課題，在教師的精心組織下，引導(dǎo)學(xué)生討論，加強生生互動、讓學(xué)生更多地參與教學(xué)活動，從而夯實基礎(chǔ)，拓展知識面。

通過教學(xué)方法的優(yōu)化，提高學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)控制基礎(chǔ)的認識，增強學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，使學(xué)生不僅能夠掌握控制系統(tǒng)的基本概念和方法，而且具有分析和設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)的初步能力。

三、多方位強化實踐教學(xué)

實踐不僅是檢驗學(xué)生對所學(xué)課程掌握程度的重要標準，而且是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)，同時學(xué)生實踐能力的強弱是用人單位衡量人才的重要指標。因此，在課程教學(xué)過程中必須多管齊下，充分利用驗證性實驗、設(shè)計性實驗等實踐教學(xué)環(huán)節(jié)加強學(xué)生動手實踐能力的培養(yǎng)。目前，我院的教學(xué)實驗中心配備了相關(guān)控制系統(tǒng)實驗裝置，可以讓學(xué)生熟悉控制系統(tǒng)時域、頻域分析方法和校正方法，使其具備一定的操作設(shè)計能力，提高學(xué)生的實踐能力[6]。

對于物聯(lián)網(wǎng)控制課程實驗，優(yōu)化整合實驗內(nèi)容，將驗證性實驗和設(shè)計性實驗有機地結(jié)合。驗證性實驗主要用于學(xué)生對基本概念和方法的熟悉，驗證所學(xué)的理論知識。設(shè)計性實驗用于指導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識設(shè)計簡單的物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)。為了更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，還減少部分驗證性實驗；增加設(shè)計性實驗，如智能交通設(shè)計實驗等。同時結(jié)合Matlab仿真軟件和組態(tài)軟件，建立智能家居溫度控制、液位控制系統(tǒng)模型、設(shè)計相應(yīng)的校正方法等，提高學(xué)生的工程實踐能力，加深對控制系統(tǒng)各個部分的認識和理解[7]。同時利用已有的實驗條件，鼓勵學(xué)生參加各項大學(xué)生科技創(chuàng)新項目、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等，使學(xué)生獲得自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新思維的廣闊空間[8]。

四、結(jié)語

筆者在物聯(lián)網(wǎng)控制基礎(chǔ)的課程教學(xué)過程中，結(jié)合課程和學(xué)科的特點，進行教學(xué)改革的探索，對教學(xué)內(nèi)容進行優(yōu)化，充分利用多種教學(xué)方法和手段，強化實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；培養(yǎng)學(xué)生的動手、協(xié)作能力，提高學(xué)生的專業(yè)實踐能力，取得較好的教學(xué)效果。

參考文獻：

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[4]彭力，謝林柏，等.物聯(lián)網(wǎng)控制基礎(chǔ)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2013.

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[8]劉尚旺，孫林，等.基于項目比賽的物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)模式研究[J].計算機時代，2015（4）：52-54.