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

1、    物聯(lián)網(wǎng)控制基礎(chǔ)課程教學(xué)改革的探索與實(shí)踐    曹松銀摘 要： 物聯(lián)網(wǎng)是一門(mén)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(jī)械、動(dòng)物、自然和社會(huì)等系統(tǒng)中控制、反饋和通信之共同規(guī)律的科學(xué)?？刂普撌切畔⑴c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(zhuān)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(shí)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(guò)在實(shí)際教學(xué)中實(shí)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(shí)踐物聯(lián)網(wǎng)又稱(chēng)為傳感網(wǎng)，是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信網(wǎng)之后的又一次信息

2、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(shí)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(lái)而形成一個(gè)可實(shí)現(xiàn)全球物品信息實(shí)時(shí)共享的實(shí)物網(wǎng)絡(luò)1?？刂普撌侵妇C合研究各類(lèi)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(huì)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(shí)，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(huì)利用控制技術(shù)分析和設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)控制器，學(xué)會(huì)分析控制效果和校正技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)工程作為一門(mén)新興的學(xué)科，目前對(duì)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(wú)法滿足教與學(xué)的要求。具體

3、表現(xiàn)為課程的部分內(nèi)容相對(duì)陳舊，不能很好地反映行業(yè)的最新技術(shù)和熱點(diǎn)，書(shū)本上的知識(shí)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(shí)踐教學(xué)所占的比重不高等3。結(jié)合該課程的特點(diǎn)，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(guò)該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握并靈活運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，提高專(zhuān)業(yè)實(shí)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(mén)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(shí)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(jì)算機(jī)控制、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)等方面的內(nèi)容4?，F(xiàn)有教材涉及的知識(shí)點(diǎn)過(guò)于寬泛而

4、且部分內(nèi)容略顯陳舊，理論和實(shí)踐的結(jié)合不緊密。因此，在選擇教學(xué)內(nèi)容時(shí)，必須有所取舍、合理安排、突出重點(diǎn)。針對(duì)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(shí)在物聯(lián)網(wǎng)中的分析和應(yīng)用，如物聯(lián)網(wǎng)的建模問(wèn)題、物聯(lián)網(wǎng)中控制系統(tǒng)的時(shí)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(shí)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(guò)分析歷屆世界物聯(lián)網(wǎng)大會(huì)和中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)大會(huì)的大會(huì)報(bào)告，結(jié)合行業(yè)對(duì)人才的基本要求，對(duì)相關(guān)教學(xué)內(nèi)容再做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。適當(dāng)增加物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)例的介紹和分析，如智能家居、智能交通、智能物流等，避免教

5、學(xué)內(nèi)容過(guò)于空洞，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力。同時(shí)，適當(dāng)增加現(xiàn)代控制理論、計(jì)算機(jī)控制、網(wǎng)絡(luò)控制等在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用，開(kāi)闊學(xué)生的眼界，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，提升就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力5。二、教學(xué)手段和方法的優(yōu)化教學(xué)有法，但無(wú)定法。物聯(lián)網(wǎng)工程是一門(mén)前沿性學(xué)科，交叉融合度高，對(duì)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(shí)際應(yīng)用結(jié)合緊密，實(shí)用性強(qiáng)，實(shí)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(huì)使得理論和實(shí)際脫鉤、學(xué)生的興趣不高，進(jìn)而會(huì)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(yàn)的基礎(chǔ)上，探索對(duì)于不同的知識(shí)點(diǎn)采用不同的教學(xué)手段和方法?；A(chǔ)理論部分以講授法為主，再結(jié)合討論法和直觀演示

6、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(duì)象學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)的基本概念、數(shù)學(xué)模型等。通過(guò)優(yōu)化、完善多媒體課件，突出課程重點(diǎn)。對(duì)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(wèn)答法為主。精心設(shè)計(jì)問(wèn)題，通過(guò)師生互動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生積極思考、回答問(wèn)題、得出結(jié)論，從而鞏固與本課程相關(guān)的知識(shí)。對(duì)于課程中與實(shí)踐有聯(lián)系的部分，如控制系統(tǒng)時(shí)域、頻域分析方法及校正方法等，可以安排實(shí)驗(yàn)課或通過(guò)實(shí)際案例的視頻、仿真輔助教學(xué)，營(yíng)造理論與實(shí)踐相結(jié)合的學(xué)習(xí)氛圍，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論在實(shí)際案例中應(yīng)用的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，創(chuàng)設(shè)開(kāi)放性課題，在教師的精心組織下，引導(dǎo)學(xué)生討論，加強(qiáng)生生互動(dòng)、讓學(xué)生更多地參與教學(xué)活動(dòng)，從而夯實(shí)基礎(chǔ)，

7、拓展知識(shí)面。通過(guò)教學(xué)方法的優(yōu)化，提高學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)控制基礎(chǔ)的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)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(jì)物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)的初步能力。三、多方位強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)實(shí)踐不僅是檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)所學(xué)課程掌握程度的重要標(biāo)準(zhǔn)，而且是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)，同時(shí)學(xué)生實(shí)踐能力的強(qiáng)弱是用人單位衡量人才的重要指標(biāo)。因此，在課程教學(xué)過(guò)程中必須多管齊下，充分利用驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力的培養(yǎng)。目前，我院的教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心配備了相關(guān)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置，可以讓學(xué)生熟悉控制系統(tǒng)時(shí)域、頻域分析方法和校正方法，使其具備一定的操作設(shè)計(jì)能力，提高學(xué)生的實(shí)踐能力6。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)

8、控制課程實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化整合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)有機(jī)地結(jié)合。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)主要用于學(xué)生對(duì)基本概念和方法的熟悉，驗(yàn)證所學(xué)的理論知識(shí)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)用于指導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)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(yàn)證性實(shí)驗(yàn)；增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，如智能交通設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等。同時(shí)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(jì)相應(yīng)的校正方法等，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力，加深對(duì)控制系統(tǒng)各個(gè)部分的認(rèn)識(shí)和理解7。同時(shí)利用已有的實(shí)驗(yàn)條件，鼓勵(lì)學(xué)生參加各項(xiàng)大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)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(yǔ)筆者在物聯(lián)網(wǎng)控制基礎(chǔ)的課程

9、教學(xué)過(guò)程中，結(jié)合課程和學(xué)科的特點(diǎn)，進(jìn)行教學(xué)改革的探索，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，充分利用多種教學(xué)方法和手段，強(qiáng)化實(shí)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(dòng)手、協(xié)作能力，提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)實(shí)踐能力，取得較好的教學(xué)效果。參考文獻(xiàn)：1王志良，劉欣，等.物聯(lián)網(wǎng)控制基礎(chǔ)m.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2014.2錢(qián)學(xué)森，宋健.工程控制論j.北京：科學(xué)出版社，2011.3王志良，閆紀(jì)錚，等.物聯(lián)網(wǎng)學(xué)科建設(shè)與教學(xué)實(shí)踐探討j.計(jì)算機(jī)教育，2012（19）：45-49.4彭力，謝林柏，等.物聯(lián)網(wǎng)控制基礎(chǔ)m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.5錢(qián)紅燕，陳兵，燕雪峰.物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)實(shí)踐體系研究j.計(jì)算機(jī)教育，2011（23）：21-25.6胡香玲，余河泉，崔均亮.“自控原理與系統(tǒng)”課程