物聯(lián)網控制基礎課程教學改革的探索與實踐

曹松銀

摘 要： 物聯(lián)網是一門集系統(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。控制論是信息與能量、物質之間的橋梁，《物聯(lián)網控制基礎》是物聯(lián)網專業(yè)重要的必修課程。作者從課程教學內容的安排、教學方法和手段的選擇、實踐教學的要求等方面出發(fā)，系統(tǒng)地提出物聯(lián)網控制課程教學改革的探索，并通過在實際教學中實施取得了較好的教學效果。

關鍵詞： 《物聯(lián)網控制基礎》 教學改革 探索與實踐

物聯(lián)網又稱為傳感網，是繼計算機、互聯(lián)網與移動通信網之后的又一次信息產業(yè)浪潮。物聯(lián)網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、紅外感應器、激光掃描等）與互聯(lián)網結合起來而形成一個可實現全球物品信息實時共享的實物網絡[1]。控制論是指綜合研究各類系統(tǒng)的控制、信息交換、反饋調節(jié)的科學，是涉及工程學、生物學、心理學、數學、生理學、邏輯學、社會學等眾多學科的交叉學科[2]。本課程主要介紹物聯(lián)網工程所需的控制理論的基本知識，力求使控制技術融入物聯(lián)網的各種應用中，使學生逐步學會利用控制技術分析和設計物聯(lián)網控制器，學會分析控制效果和校正技術。

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

一、教學內容的合理規(guī)劃

《物聯(lián)網控制基礎》是一門綜合性課程，包含控制系統(tǒng)基本概念、控制系統(tǒng)數學模型、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、現代控制理論、計算機控制、無線傳感網絡、網絡控制系統(tǒng)等方面的內容[4]。現有教材涉及的知識點過于寬泛而且部分內容略顯陳舊，理論和實踐的結合不緊密。因此，在選擇教學內容時，必須有所取舍、合理安排、突出重點。針對學生已有的先修課程，刪除或弱化與其他課程相重復的內容，如傳感器技術、網絡技術等方面的內容。突出控制理論基礎知識在物聯(lián)網中的分析和應用，如物聯(lián)網的建模問題、物聯(lián)網中控制系統(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)網中的應用。

通過分析歷屆世界物聯(lián)網大會和中國物聯(lián)網大會的大會報告，結合行業(yè)對人才的基本要求，對相關教學內容再做適當的調整。適當增加物聯(lián)網應用實例的介紹和分析，如智能家居、智能交通、智能物流等，避免教學內容過于空洞，提高學生的學習興趣和動力。同時，適當增加現代控制理論、計算機控制、網絡控制等在物聯(lián)網中的應用，開闊學生的眼界，增強學生的動手實踐能力，提升就業(yè)競爭力[5]。

二、教學手段和方法的優(yōu)化

教學有法，但無定法。物聯(lián)網工程是一門前沿性學科，交叉融合度高，對學生的基礎要求較高。物聯(lián)網控制基礎課程與物聯(lián)網的實際應用結合緊密，實用性強，實踐能力要求高。該課程教學方法如果僅僅以講授法為主，必然會使得理論和實際脫鉤、學生的興趣不高，進而會削弱教學效果。為了提高教學質量，筆者在學習和借鑒其他老師教學經驗的基礎上，探索對于不同的知識點采用不同的教學手段和方法。

基礎理論部分以講授法為主，再結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)等為對象學習控制系統(tǒng)的基本概念、數學模型等。通過優(yōu)化、完善多媒體課件，突出課程重點。對學生已有一定基礎的課程內容，如傳感器技術、網絡技術等，以問答法為主。精心設計問題，通過師生互動，引導學生積極思考、回答問題、得出結論，從而鞏固與本課程相關的知識。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，營造理論與實踐相結合的學習氛圍，增強學生對理論在實際案例中應用的認識。同時，創(chuàng)設開放性課題，在教師的精心組織下，引導學生討論，加強生生互動、讓學生更多地參與教學活動，從而夯實基礎，拓展知識面。

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

三、多方位強化實踐教學

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

對于物聯(lián)網控制課程實驗，優(yōu)化整合實驗內容，將驗證性實驗和設計性實驗有機地結合。驗證性實驗主要用于學生對基本概念和方法的熟悉，驗證所學的理論知識。設計性實驗用于指導學生利用所學知識設計簡單的物聯(lián)網控制系統(tǒng)。為了更好地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，還減少部分驗證性實驗；增加設計性實驗，如智能交通設計實驗等。同時結合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、設計相應的校正方法等，提高學生的工程實踐能力，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，鼓勵學生參加各項大學生科技創(chuàng)新項目、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等，使學生獲得自主學習和創(chuàng)新思維的廣闊空間[8]。

四、結語

筆者在物聯(lián)網控制基礎的課程教學過程中，結合課程和學科的特點，進行教學改革的探索，對教學內容進行優(yōu)化，充分利用多種教學方法和手段，強化實踐教學環(huán)節(jié)，激發(fā)學生的學習興趣；培養(yǎng)學生的動手、協(xié)作能力，提高學生的專業(yè)實踐能力，取得較好的教學效果。

參考文獻：

[1]王志良，劉欣，等.物聯(lián)網控制基礎[M].西安：西安電子科技大學出版社，2014.

[2]錢學森，宋健.工程控制論[J].北京：科學出版社，2011.

[3]王志良，閆紀錚，等.物聯(lián)網學科建設與教學實踐探討[J].計算機教育，2012（19）：45-49.

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

[5]錢紅燕，陳兵，燕雪峰.物聯(lián)網教學實踐體系研究[J].計算機教育，2011（23）：21-25.

[6]胡香玲，余河泉，崔均亮.“自控原理與系統(tǒng)”課程改革與研究[J].中國電力教育：中，2013（2）：108-109.

[7]陳春娥.MATLAB在自控原理教學中的應用研究[J].中國科教創(chuàng)新導刊，2013（35）：43-43.

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