基于閉環反饋的多元化課程改革探索
——以物聯網控制技術為例

李思瑩

（滁州學院計算機與信息工程學院，安徽 滁州 239000）

1 引言

物聯網是一個交叉學科，核心技術覆蓋整個信息學科，包括電子、通信、計算機和自動化控制等，被譽為信息技術領域的第三次革命[1]。物聯網作為國家大力倡導的新興產業，需要大批高水平的技術人才。國內各大高校以此為導向，積極開設物聯網工程專業，為行業培養具備開發、應用、服務等綜合能力的應用型人才。物聯網技術要做到對人、物、環境進行實時的監控和管理，提高資源利用率，控制技術則是實現服務型物聯網社會的重要支撐技術，在實現高效的、智慧型的物聯網領域具有廣泛的應用前景[2]。

物聯網控制技術是物聯網領域的有專業特色的課程，該課程對培養物聯網工程人才有著重要的影響和作用[3]。教學方面，本課程為物聯網工程專業學生的核心課程，在介紹物聯網控制的定義與技術的同時，應幫助學生了解物聯網行業典型的自動化控制情境和發展前景。結構方面，本課程應做到幫助學生搭建物聯網專業學習和行業認知橋梁，進一步確立就業目標，為求職方向打下良好基礎。學生發展方面，本課程應加強培養學生的工程意識，使學生對自動控制領域充滿興趣和熱情，對行業未來發展充滿信心。目前，許多高校在物聯網專業開設物聯網控制技術課程，但是尚缺乏成體系的教學模式和對學生創新實踐能力的培養[4]。綜上，建立以培養學生理論能力、創新實踐能力和工程應用能力為核心的多學科交叉的物聯網控制技術教學目的，指導學生開展自主學習、科學研究與創新實踐的研究型教學，是提高該門課程教學質量和強化人才培養的有效途徑。

2 課程特點

（1）理論知識復雜。本課程有多門先修課程，物聯網技術方面有物聯網技術導論、傳感器應用、嵌入式理論及應用、計算機通信等；在控制技術方面需要學習大量控制理論基礎知識，如計算傳遞函數等[5]，這些知識點公式復雜，計算難度大。在設計控制系統時，需要根據具體環境選擇控制算法，并設定控制參數，計算參數對系統性能的影響等，這其中又包含了大量的數學知識，例如復變函數等。因此，物聯網控制是一門基礎知識龐雜且難度較大的課程。

（2）多學科交叉。物聯網控制技術包含計算機科學與技術、通信工程、機械自動化控制等多個學科多領域專業知識，是一門典型的具備交叉學科知識體系的課程。這就要求學生既要掌握物聯網技術，同時也要有控制系統的思維，將控制原理運用到物聯網技術中，實現物聯網系統的建模。在構建物聯網控制系統的過程中，要求學生融會貫通物聯網技術與計算機控制、電機技術、電氣控制、信息通信等各方面的知識。

（3）工程應用性強。物聯網專業是一個應用性較強的專業，課程的設置旨在增強學生的工程創新能力，提高學生的工程素養[6]。控制是一門具備工程應用背景的課程，以控制系統分析和設計為理論教學主要內容，在實驗教學環節，設置能夠提升學生工程意識的實驗項目，深化學生的理論知識，開拓學生的知識獲取渠道，鍛煉學生的動手能力[7]。在教學中，需要大量的典型自動化行業系統作為理論講解支撐點，提升學生創新能力、應用能力和解決問題的能力。

3 課程教學改革

（1）閉環反饋式教學模式

依據物聯網控制課程的核心知識點，閉環控制是系統穩定的重要保障。在教學中，也要設計閉環反饋教學環節，才能更好地完善教學方式方法，因材施教。根據課程專業人才培養定位、目標和課程性質，設計了以培養興趣、訓練方法、建立認識等為目的的課程教學大綱。更新后的課程教學大綱內容如表1所示。

表1 物聯網控制技術課程大綱

閉環反饋式教學的目的是讓教師在備課和教學中能有意識、有目的、綜合性地思考教學目標、教學途徑，通過分析檢測到的教學效果，改進提高課堂教學質量。改變“以教師為中心”的注入式教學方式，把關注點放在學生身上，關注學生是否真正理解，激發學生的學習興趣，引導學生進行獨立思考、自主學習，實現學生思考和創新能力的多元化。通過學生對教學的反饋、教學結果指標的分析，不斷調整和改進閉環反饋式教學。閉環反饋式教學模式示意圖如圖1所示。

圖1 閉環反饋式教學示意圖

課堂上，除了對知識點、重難點進行細致講解外，還需要指導學生在課后的時間熟悉行業內典型自動化控制系統的使用情況。學生通過調研了解大型自動化企業發展歷史、技術路線、優勢產品和不足之處，結合課上的知識點，撰寫調研報告或論文，做到有的放矢，自我提升。經過一段時間的接觸和學習，可以組織一次知識共享活動，把課堂交給學生，讓學生把自己調研過程中的所見所聞所想分享出來。通過自由討論，增加教師與學生、學生與學生之間的有效互動，加深知識遷移，提高教學質量。

（2）閉環反饋式實驗教學模式

實驗體系課程是理論課程的重要輔助環節，一方面，實驗是理論的源泉，另一方面，實驗需要一定的理論作為指導。實驗課程由于教學環境和理論課不同，所以在授課過程中不僅需要豐富的教學內容，更要積極采用啟發和研討式教學方法，提升課堂生動性。在實驗講解過程中，實驗教師采用一邊講解，一邊動手實操的教學方法，實時關注同學們的接受領悟程度，做到每個步驟都清晰，每個環節有落實。同時，通過設置章節思考題，考察學生的舉一反三的能力。實驗課后學生可以隨時給老師留言，交流實驗心得。通過實際操作、書寫實驗報告層層把關，使學生提高對實驗環節的重視，同時培養了學生創新實踐能力，加深了工程意識的培養。閉環反饋式實驗教學模式示意圖如圖2所示。

圖2 閉環反饋式實驗教學示意圖

（3）革新教學方法，注重學生中心理念的落實

在傳統教學基礎上靈活加入演示法、研討法的運用。引入控制系統在實際生活中的應用，在課堂上進行演示，讓學生對控制系統獲得感性認識。例如學習控制系統的基本概念及數學模型，帶領學生參觀學科平臺，讓學生親身感受到如何采集溫濕度等數據，如何對數據通信并制定相應的控制手段等等。教師應把關注點放在學生身上，關注學生是否真正理解，激發學生的學習興趣。

增加課堂互動，引入投票、動手實踐等課堂互動環節。比如設置開放式的問題，組織學生進行投票。請學生設身處地進行思考，以主角身份來解決問題。幫助學生主動學習，建立對知識更深層理解。課堂上設置簡單的仿真任務，讓學生一邊動手實踐一邊理解學習，使學生能夠在任務驅動下通過自身實踐達到預期學習目標。同時，使用教學軟件輔助教學，如屏幕共享教學、QQ遠程答疑等，幫助學生解決問題；使用輔助教學管理平臺，節約點名時間、活躍課堂氣氛、增進師生互動等。

（4）制定實施多元化考核方案，突出過程化考核記錄

為確保學生掌握好相應的理論知識，改進教學方式，根據工程教育認證的理念，課程開展和考核應該圍繞“學生中心”及“成果導向”，要注重對學生能力的考核，考核學生對于課程目標的達成。

注重過程化考核記錄，平時作業主要以仿真訓練型作業為主。課內實驗不僅提交實驗成果報告，而且提交中間實驗進展記錄。實驗進展記錄作為實驗成績評定參考。期末使用項目考核，制定單獨期末考核方案。課程考核的過程也是學生課程學習的過程，所以考核中引入學生評價，讓學生在參與中學習。加大全過程考核，采用多元化評價方式，全面靈活，極大地調動了學生的積極性，真實反映了學習態度和素質能力，大大提高課堂效率。

（5）學科平臺與課程融合

學生在學習物聯網控制技術專業課程后，根據自身興趣利用學科平臺進行研究性學習，培養實踐和創新能力。學生還可以利用平臺儲備知識參加比賽，從而帶動更多的學生，以賽促學。物聯網工程專業學生在指導教師的鼓勵和指導下，以此課程為依托，積極參加學科競賽。物聯網工程專業作為國家特色專業，學科平臺和課程緊密融合，提高了學生的控制系統硬件調試能力和軟件編程能力，為社會培養了大批適應當今需要的復合型應用人才。同時，物聯網控制技術課程構造以工程能力和創新能力為核心的教學模式，拓展創新創業訓練空間，培養學生工程實踐創新能力。

4 改革成效

通過對滁州學院18級物聯網工程專業班級進行的問卷調查數據顯示，合計81份有效問卷中有97.59%的學生在開始學習課程前對物聯網控制技術了解程度不高，甚至基本不了解（如表2）。在課程學習后，學生的專業能力有了較大提升，主要體現在“對物聯網控制行業了解程度提升”“對本專業的學習感興趣”“對樹立就業目標是否有提升幫助”等。通過課程學習，專業學習各方面有明顯提升的學生超過90%（如表3）。可見，通過教學改革，對于學生宏觀掌握物聯網控制技術知識和激發專業學習興趣等方面起到較好效果。同時，通過親身體驗，部分學生也對課堂教學提出了一些建議和意見（如圖3），有助于任課教師在后續課程中持續改進、完善。

表3 教學改革模式效果評價

圖3 教學改進意見

表2 物聯網控制技術課前學情調研表

5 結語

物聯網控制技術作為一門專業核心課程，對打好學生專業基礎和提高教師教學質量的重要性是不言而喻的。基于閉環反饋教學思想，通過教學改革，培養學生對控制系統的全面認知，提升創新意識和工程能力，適應未來崗位的需求。未來，物聯網控制技術課程還要不斷加強科學規范建設，這對提高本專業教學質量具有重要意義。