新工科背景下的《現場總線技術》課程教學改革方法研究

張睿 楊亞龍 謝陳磊 張鴻愷 蔣婷婷

摘 要：本文針對目前面向建筑電氣與智能化專業“現場總線技術”課程教學內容寬泛、專業針對性不強、實驗環節設置不合理、思政元素融入不足等問題，探索新工科背景下課程教學改革方法，通過重組與完善教學內容、多教學方式融合的教學設計、基于自主研發實驗裝置的實驗組織與實驗教學、基于課程特點的思政元素融入4種方法多維度并進，全面提升教學效果，增強學生面向建筑測控領域的總線知識與技能的應用能力。

關鍵詞：現場總線建筑電氣與智能化教學改革課程思政

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：

Research on the Teaching Reform Method of "Fieldbus Technology"Course under the Background of New Engineering

ZHANGRuiYANGYalongXIE ChenleiZHANGHongkaiJIANG Tingting

（Anhui Jianzhu University， Hefei， Anhui Province， 230009 China）

Abstract：In view of the current problems of broad teaching content， weak professional pertinence， unreasonable experimental setting， and insufficient integration of ideological and political elements for the "Fieldbus Technology" course for building electrical and intelligent majors， this paper explores the teaching reform methods under the background of new engineering. Through the reorganization and improvement of teaching content， teaching design integrating multiple teaching methods， experimental organization and experimental teaching based on self-developed experimental devices， and integration of ideological and political elements based on course characteristics into four methods， the teaching effect is comprehensively improved， and students' orientation is enhanced. The ability to apply bus knowledge and skills in the field of building measurement and control.

Key Words：Field Bus; Building Electrical and Intelligence; Teaching Reform; Curriculum Ideology and Politics

1 引言

現場總線技術是建筑電氣與智能化專業中重要的專業核心課程。該課程主要介紹現場總線技術的相關基礎知識和國內外常用的現場總線及其應用技術，學生通過學習初步掌握現場總線技術，領會工業現場網絡設計的思想和方法。通過本課程的學習，既能培養學生現場總線設計、施工與集成能力、工程實踐能力，還促進創新創業能力的形成。然而，該課程的教學過程還存在許多不足，建立一套面向建筑電氣與智能化專業的“現場總線課程”教學改革方法是本研究的重要內容。

2建筑電氣與智能化專業現場總線技術課程的教學實施現狀

隨著經濟建設規模的增大和速度的提升，我國已形成了全球規模最大、發展最快的智能建筑產業鏈，這為智能建筑的發展提供了巨大的機遇;物聯網、大數據、云計算、人工智能等智能信息技術的發展也為建筑智能化提供了更加豐富的內涵?？焖俚陌l展引發了巨大的專項人才缺口，高等教育也面向新時代和新需求做出了相應的改革。

作為一所以土建類學科專業為特色，安徽省與住房和城鄉建設部共建、教育部本科教學工作水平評估優秀的多科性大學，安徽建筑大學緊扣人才需求，遵循“工科為主，土建類學科專業特色鮮明”的辦學特色，在電氣工程及其自動化、計算機科學與技術、電子信息工程和建筑環境與設備工程等專業基礎上，于2007年設立建筑電氣與智能化本科專業，形成隸屬于電子與信息工程學院的信息領域與建筑領域交叉融合的新型邊緣交叉專業。

在新工科建設的背景下，探索建筑電氣與智能化專業“新工科”人才培養模式[1，2]，規范工科教育與新技術、新產業、新經濟的發展關系，更新教學理念[3，4]，培養具有核心能力、適應時代發展的新人是當今新工科背景下高等教育關注的焦點之一[5，67]，這種變革需要落實于“現場總線技術”課程的教學過程中。

然而，該課程的教學目前仍存在一定程度的局限性，無法契合“新工科”人才培養的理念[7]。第一，面向建筑電氣與智能化專業的現場總線技術教學受傳統的電氣工程、自動化等專業影響較重，教學大綱沿用痕跡較明顯，沒有充分面向建筑電氣與智能化專業制定滿足專業培養要求的教學內容。第二，該課程的實驗環節依托采購的試驗箱，這些試驗箱封裝程度高且不互通，留給學生發揮和自由學習的空間嚴重不足，不利于學生進行總線知識和系統集成學習。第三，課程思政不夠全面且力度不夠。隨著課程思政的要求的逐步提高，如何將現場總線技術這門工科專業課程融入思政元素，需要精心地設計，力度也還需加大。綜上所述，《現場總線技術》的教學方法急需改革，對《現場總線技術》課程教學改革方法進行研究，能夠使學生學習的內容更具專業針對性，使學生經過該課程的學習，更符合市場的人才需求，在提升學生專業能力的同時提高思想政治水平，將學生打造成德才兼備的智能建筑領域人才，助力國家產業改革和發展。

3 建筑電氣與智能化專業現場總線技術課程的教學改革方法

開展《現場總線技術》課程教學，必須結合學校實際情況和學生學情全面調整教學思路、有針對性地重組教學內容、不斷創新教學組織與實施方法。技術路線如圖1所示。

該課程的教學改革具體包括以下4個方面。

3.1 基于專業需求的教學內容重組與完善

現場總線最初的主要應用場景是解決工業現場的智能化儀器儀表、控制器、執行機構等現場設備間的數字通信及這些現場控制設備和高級控制系統之間的信息傳遞問題。由于現場總線簡單、互操作性強、可靠、經濟實用等一系列突出的優點，其應用一路延伸到需要部署控制網絡的汽車、智能建筑等領域。因此，《現場總線技術》作為電子類專業通識的專業課程，其教學大綱及配套教材內容廣泛，技術多元。但是，建筑電氣與智能化專業的培養最終面向建筑測控領域[8，9]，很多總線內容與該專業的培養方向并不匹配，例如，Profibus、基金會現場總線等大多面向工廠級自動化應用場景，這類總線極少出現在樓宇的控制網絡中，而一些建筑中的常用總線，如BACnet、EIB/KNX總線等又未被提及，所以，需要對教學內容進行重組和完善，放大和充實建筑測控的主流技術，同時剔除非建筑領域的、陳舊的技術內容，使授課內容與建筑測控領域的銜接更加緊密[10]。

同時，教材當中對總線的通信協議部分往往闡述過于深入，而對具體的應用案例缺乏介紹。經過調研，全國開設建筑電氣與智能化專業的高校多數的辦學定位為培養高素質的應用型人才，基于此定位，應強化學生的現場總線技術應用能力的培養。因此，需要擴充總線的應用內容，適度減少通信協議介紹，讓學生充分掌握總線的應用方法和要點，達成人才培養需求。

3.2 基于多教學方式融合的教學設計

《現場總線技術》在掌握前置課程的基礎上，沒有復雜的計算和深奧的理論，完全可以由學生自學習得。在該課程的教學計劃中，首先對數據通信基礎、控制網絡基礎等基本概念進行介紹，隨后將會詳細介紹每一種總線技術。教師可以以一門總線技術的教學過程為模式，介紹總線的通信模型、通信協議、常用芯片、節點設計和應用設計等，要求學生將該模式應用到其他幾類總線的學習過程中，將習得內容以翻轉課堂、研討的形式呈現。這種方法具有良好的效應，原因在于其將沉悶、枯燥的教師灌輸轉換為學生的主動學習和輸出，既激發了學生的學習興趣和學習熱情，也能在一定程度上檢測學生的掌握程度。所以，在該課程的教學上，加大課時投入到案例教學、研討式教學、體驗學習等方式方法上，通過多方式融合的教學設計，引導學生在自我啟發和自我驅動中完成課程理論知識的學習，是理論教學改革的重要內容。

3.3 基于自主研發實驗裝置的實驗組織與實驗教學

《現場總線技術》的實驗教學多采用試驗箱完成，以本學院使用的試驗箱為例，每種實驗箱只能對單一的總線技術進行實驗操作，并且封裝程度過高，學生只能在現象上進行觀測，自主性比較受限。目前，教研組正在自主研發SD-2018A建筑智能化系統集成實驗教學平臺，如圖2所示，該實驗教學平臺集空調風機、照明、溫濕度傳感器于一體，使用LonWorks、RS485、BACnet、Modbus等總線與協議，利用Niagara AX軟件實現不同總線與協議下的橫向集成，實現空調風機的啟/?？刂?、照明燈具控制和溫濕度數據的采集，以此體現不同總線、不同協議環境下被控設備在統一平臺上的管理與控制。同時，本實驗平臺還可以針對“面向平臺集成技術”和“面向Web集成技術”進行后期擴展，以適應多角度的實踐教學。系統具有較強的開放性、擴展性和兼容性等技術優點。在本課程的實驗教學環節，將使用該平臺全面取代單一總線實驗箱支撐實驗。依托該平臺，綜合每一種總線和系統集成技術重點，設置與理論學習內容相匹配的實驗內容，鍛煉學生的動手能力和實際應用能力，以實驗促教學。

3.4基于課程特點的思政元素融入方法

《現場總線技術》作為一門工程性強的課程，面向的學生都是國家的專業技術人才，更加需要強化對學生的思政教育。因此，需要在課程中全面融入思政元素，倡導學生積極的價值觀，確保學生接受社會主義核心價值觀教育，助力專業育人。然而，在工科類課程中進行課程思政一直都是工科教學的重點和難點。在《現場總線技術》的思政教學設計中，需秉承“春風化雨，潤物無聲”的精神，做到教學點與思政元素的有機結合，避免課程思政要素的引入單一生硬和喊口號。例如，介紹CAN總線時，依據無損仲裁機制，引入個體之間高效的協同工作可以提高生產效率，在介紹基金會現場總線時，依據LAS的總體調度策略，引入個體服從組織安排，發揮集體主義精神;充分感知歷史和時政要聞，點面結合，提升課程思政深度，讓學生避免接觸過多的大道理，而是以生動的歷史時政案例觸發學生的自我思考，引導學生的思想水平的提升;基于多教學方式融合的教學過程，改革考核方式，將學生的政治思想、精神素養、道德情懷、團隊精神等納入課程考核，落實到課堂測試、課后作業、課堂匯報、期末考試中，合理設計考核題目，強化職業素養、社會責任等內容考核;貼近大學生社交生活和網絡資源，選取優秀、正能量的網絡語言、網絡手段和網絡文化，擴充課程思政建設的內容，豐富課程思政建設的形式，提升課程思政建設的現代化水平，增強高校課程思政的傳播力和感召力，以大學生接收程度更高的方式打造《現場總線技術》的課程思政體系，在潛移默化中達到思想政治教育效果。

4 建筑電氣與智能化專業現場總線技術課程的教學改革方法實施效果

目前，面向建筑電氣與智能化專業的《現場總線技術》課程教學改革實施已近2年，在課程內容重組和完善之后，教學內容的范圍更加聚焦，學生得以對學習的每一項總線技術進行更為深入的理解和掌握;基于教學內容一一定制的教學手段使課堂更加有趣，學生的參與度更高，教學效果更加明顯;得益于開放的自主研發的實驗平臺，學生可以深挖各項總線的技術細節，完成總線的兼容，收獲更強的動手能力，加深對專業的理解;思政元素的融入也使得工科學生的愛國情結、社會主義核心價值觀進一步凸顯，達成知識技能教育和思想教育的統一。

5 結語

在“新工科”背景下，面向建筑電氣與智能化專業的《現場總線技術》課程需在課程內容、教學手段、實驗操作、課程思政4個方面做出相應改革，滿足專業人才培養需要，豐富專業培養內涵，提高人才思想水平，助力國家產業改革發展。

參考文獻

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