結(jié)合商業(yè)模式探索物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)課程創(chuàng)新的改革策略

屈盈飛 嚴(yán)胡勇 李明

摘? 要： 物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)高效應(yīng)用的核心技術(shù)，商業(yè)模式是物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展的重要驅(qū)動，兩者之間存在一定的聯(lián)系。將物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)和商業(yè)模式相結(jié)合，有望拓展物聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新空間，促進(jìn)教育和相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。本文從商業(yè)模式與物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)結(jié)合的視角，探討物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)課程在理論內(nèi)容、實驗教學(xué)、實訓(xùn)方案等方面的改革策略，以提高學(xué)生創(chuàng)新和綜合應(yīng)用能力，提升課程教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞： 物聯(lián)網(wǎng); 控制技術(shù); 商業(yè)模式; 教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2021）04-85-04

Absrtact： IoT （Internet of Things） control technology is the core technology of efficient application of IoT system， and business model is an important driving force for the development of IoT industry. The combination of IoT control technology and business model is expected to expand the innovation space of IoT and promote the development of education and related industries. From the perspective of the combination of business model and IoT control technology， this paper discusses the reform strategies of IoT control technology course in the aspects of theoretical content， experiment teaching and practical training scheme， in order to improve students' innovation and comprehensive application ability， and improve the teaching quality.

Key words： Internet of Things; control technology; commercial mode; teaching reform

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of Things，簡稱IOT）是指通過各種信息傳感器、射頻識別技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、激光掃描器等各種裝置與技術(shù)，實時采集任何需要監(jiān)控、連接、互動的物體或過程，采集其聲、光、熱、電、力學(xué)、化學(xué)、生物、位置等各種需要的信息，通過各類網(wǎng)絡(luò)接入，實現(xiàn)物與物、物與人的泛在連接，實現(xiàn)對物品和過程的智能化感知、識別和管理[1]。這個定義看似清晰，實則模糊，它著重介紹了物聯(lián)網(wǎng)的各種感知技術(shù)，而在感知數(shù)據(jù)如何傳輸、向哪里傳輸，以及數(shù)據(jù)如何利用方面卻過于簡略。過去物聯(lián)網(wǎng)被稱為傳感網(wǎng)，這兩者之間應(yīng)該有所關(guān)聯(lián)。隨著近些年5G、NB-IoT等通信技術(shù)和云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù)的飛速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)的真實面目也逐漸清晰，物聯(lián)網(wǎng)是面向應(yīng)用的，為降低成本、提高效率而生。其如何提高效率，不得不談物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)。

物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)以物聯(lián)網(wǎng)為應(yīng)用環(huán)境，通過融合與挖掘感知層收集的各種數(shù)據(jù)，進(jìn)行智能化的決策與控制，是物聯(lián)網(wǎng)高效工作的核心驅(qū)動力。目前，作為傳輸層關(guān)鍵技術(shù)之一的5G技術(shù)已經(jīng)開始商用[2]并迅速普及，那么，在未來，物聯(lián)網(wǎng)的控制能力將是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的重點[3]。這對物聯(lián)網(wǎng)工程的教育來說既是契機(jī)也是挑戰(zhàn)，作為專業(yè)核心課程之一的物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)，必須積極探索創(chuàng)新和改革，迎接即將到來的挑戰(zhàn)。

1 現(xiàn)狀與問題

重慶工商大學(xué)是以財經(jīng)類為特色的綜合性大學(xué)，物聯(lián)網(wǎng)工程是我校近幾年為培養(yǎng)人工智能專業(yè)人才而新開的一門專業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)是其專業(yè)核心課程之一，開課時間較短，在兼顧學(xué)校特色的基礎(chǔ)上對物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)課程進(jìn)行改革和探索具有較重要的研究價值。

從目前的物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)課程教學(xué)情況看，發(fā)現(xiàn)的問題主要有：①課程內(nèi)容與其它相關(guān)課程出現(xiàn)重復(fù)[4];②理論知識較難理解，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高;③實驗與實踐環(huán)節(jié)難以輔助理論教學(xué);④創(chuàng)新不足。

注意到物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)與各個行業(yè)的發(fā)展關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，而行業(yè)發(fā)展離不開商業(yè)模式，本文擬結(jié)合商業(yè)模式探索物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)課程改革，以促進(jìn)創(chuàng)新型應(yīng)用人才培養(yǎng)。

2 辯證：商業(yè)模式與物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)

商業(yè)模式（Business Model）簡而言之似乎是在講賺錢方式，透過表象觀其實質(zhì)，它關(guān)注的卻是產(chǎn)業(yè)或企業(yè)的價值和價值關(guān)系。首先是企業(yè)最為關(guān)心的方面——獲取價值，為了獲取價值，企業(yè)需要構(gòu)建獲取利潤的嚴(yán)密邏輯，既要保證自身的利潤空間，又要提高相對于競爭對手的競爭優(yōu)勢。其次是創(chuàng)造價值，這牽涉到價值產(chǎn)生的過程設(shè)計，包括生產(chǎn)地點、生產(chǎn)工具、生產(chǎn)流程、勞動力等一系列因素，這個創(chuàng)造價值的過程有較大的靈活性和優(yōu)化調(diào)整空間。最后是價值的傳遞，這是企業(yè)可持續(xù)性的重要保證，它需要多個不同類型的經(jīng)濟(jì)體間相互溝通與協(xié)作，它與企業(yè)長期戰(zhàn)略密切相關(guān)。那么，物聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)模式有什么特點？物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)在其中又扮演著什么角色？

物聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)模式一般被描述為一個涉及各類商業(yè)活動主體、各種關(guān)系和完全流程的復(fù)雜的社會商業(yè)系統(tǒng)[5]。這個概念比較模糊地用“復(fù)雜”來概括了物聯(lián)網(wǎng)商業(yè)模式的特點。物聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)模式，仍是商業(yè)模式，其本質(zhì)不變，那么就可以從價值和價值傳遞角度來分析物聯(lián)網(wǎng)所帶來的變化。

在獲取價值方面，研究機(jī)構(gòu)Frost&Sullivan的一份報告表明，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)在很多行業(yè)鋪展應(yīng)用，其利潤空間自然存在，物聯(lián)網(wǎng)的加入更帶來競爭優(yōu)勢。物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)在利潤空間的拓展上較為出色，松下的洗衣機(jī)價格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于同級國產(chǎn)洗衣機(jī)就得益于更全面的控制效果。在創(chuàng)造價值方面，物聯(lián)網(wǎng)通過監(jiān)測生產(chǎn)流程的各項數(shù)據(jù)，既可以優(yōu)化生產(chǎn)流程，又能及時發(fā)現(xiàn)故障，同時節(jié)省了勞動力，在降低生產(chǎn)成本，提高工作效率方面效果明顯，而物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)能保障生產(chǎn)流程的順利執(zhí)行，發(fā)現(xiàn)故障后及時處理，是重要的執(zhí)行力和驅(qū)動力。在價值傳遞方面，物聯(lián)網(wǎng)在物流、交通方面的應(yīng)用已經(jīng)讓人們的生活更加便利快捷，它在提高多個經(jīng)濟(jì)體之間的溝通效率上有突出優(yōu)勢，而物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)則在后續(xù)的協(xié)作方面發(fā)揮重要作用。綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)模式，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在價值和價值傳遞的各個方面發(fā)揮作用的進(jìn)化的商業(yè)模式，這個進(jìn)化過程帶來了更多的經(jīng)濟(jì)體參與，物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)在進(jìn)化過程的驅(qū)動和執(zhí)行環(huán)節(jié)不可或缺。兩者關(guān)系大體上如圖1所示。

再從反向看，物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)課程，或者擴(kuò)大到工程教育，是否有必要將商業(yè)模式在教學(xué)設(shè)計中考慮呢？本文認(rèn)為是有必要的。廣義的工程不局限于設(shè)備、機(jī)械、過程和系統(tǒng)等要素本身，而是涵蓋從需求到市場產(chǎn)品的全過程，既包含狹義的工程活動，也包括工程前期對社會背景的認(rèn)識和實踐，還包括后期對商業(yè)背景的認(rèn)識和實踐。[6]工程教育也應(yīng)該在技術(shù)之外注意并培養(yǎng)這種綜合能力，特別是本科學(xué)生。目前工程教育認(rèn)證也很重視工程問題的復(fù)雜性，這種復(fù)雜性絕不僅僅是技術(shù)復(fù)雜，它同時兼顧工程的科學(xué)性、社會性、實踐性、創(chuàng)新性等。物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)課程可將商業(yè)模式相關(guān)知識有目的地融入教學(xué)設(shè)計，這樣將有利于學(xué)生了解資源節(jié)約、綠色環(huán)保對工程活動的影響，合理使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提高資源利用率和生產(chǎn)力水平，實現(xiàn)對工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)等各方面的精細(xì)化、動態(tài)化管理。為此，本文對物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)的理論內(nèi)容、實驗教學(xué)、實訓(xùn)方案等方面提出了一些改革策略以供探討。

3 課程教學(xué)改革策略

3.1 多元化理論內(nèi)容

⑴ 理論內(nèi)容綜合分析。目前物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)課程和教材的理論內(nèi)容是按照自動化專業(yè)的自動控制基礎(chǔ)進(jìn)行組織的，主要包括控制系統(tǒng)基本概念、控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、控制系統(tǒng)的時域分析法、控制系統(tǒng)的頻域分析法、控制系統(tǒng)的校正方法、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)等，另對過程控制系統(tǒng)、智能控制技術(shù)有少部分補(bǔ)充。從理論教學(xué)情況看，這樣的內(nèi)容組織效果很不理想，給教師和學(xué)生都帶來很大負(fù)擔(dān)。對于教師來說，在有限的40課時左右將控制理論基礎(chǔ)64課時以上的內(nèi)容講完，就是一個很大的挑戰(zhàn)，更難以讓學(xué)生理解。對于學(xué)生來說，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)前期所學(xué)的課程比較綜合化、交叉化，而為控制理論打下的基礎(chǔ)相對不足，這樣就使學(xué)習(xí)難度增大，學(xué)生厭學(xué)情緒逐漸高漲。

⑵ 強(qiáng)化智能控制技術(shù)?？紤]到學(xué)生前期的課程比較綜合，物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)課程可對控制理論進(jìn)行合理取舍，加入更多元化的理論知識，將有利于學(xué)生結(jié)合自己已學(xué)的課程，鞏固舊知識，獲取新知識。比如，控制理論中比較注重按照物理學(xué)方法對系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，然后進(jìn)行穩(wěn)定性分析等，對于物聯(lián)網(wǎng)控制來說不太好用，因為物聯(lián)網(wǎng)本身就具備復(fù)雜性，有更多的因素介入，那么進(jìn)行數(shù)學(xué)建模就更為困難，即便建立了數(shù)學(xué)模型，也難以保證與實際相符，那么學(xué)生將難以將這些知識進(jìn)行有效應(yīng)用。建議將理論的側(cè)重點放在智能化控制方法上，智能化控制方法不依賴于數(shù)學(xué)模型，而是與系統(tǒng)的輸入輸出相關(guān)，學(xué)生更容易掌握和操作。

⑶ 拓展故障監(jiān)控知識。結(jié)合商業(yè)模式分析，物聯(lián)網(wǎng)在創(chuàng)造價值環(huán)節(jié)的作用顯而易見，常用于對生產(chǎn)過程的監(jiān)測和優(yōu)化，建議在理論內(nèi)容中加入系統(tǒng)故障發(fā)現(xiàn)及處理相關(guān)的知識，若故障能夠提前發(fā)現(xiàn)并及時處理，將極大地降低損失。故障監(jiān)測屬于控制系統(tǒng)理論的知識范疇，且對各種生產(chǎn)活動的意義不言而喻。

⑷ 加入安全控制理論。對于目前的物聯(lián)網(wǎng)商業(yè)模式，安全控制能夠極大的提升企業(yè)競爭力，具有更好的可持續(xù)性。在物聯(lián)網(wǎng)的安全方面獲得的關(guān)注度比互聯(lián)網(wǎng)高得多，這是由于互聯(lián)網(wǎng)安全問題一般只對信息產(chǎn)生危害，而物聯(lián)網(wǎng)的安全問題則直接影響到人身和財產(chǎn)安全。將安全控制的理論融入課程并教給學(xué)生，學(xué)生以后進(jìn)行各種生產(chǎn)活動也會在安全方面加以注意，如果學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動，這些安全控制的理論知識也會使其受益良多。

3.2 探究型實驗教學(xué)

⑴ 短板分析。實驗是物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)課程一個重要環(huán)節(jié)，實驗可以鞏固學(xué)生所學(xué)的理論知識，也能加深對知識的理解。目前，大學(xué)的物聯(lián)網(wǎng)實驗室基本都配備了物聯(lián)網(wǎng)實驗箱和MATLAB計算機(jī)仿真系統(tǒng)等，這些實驗條件基本能夠滿足學(xué)生對理論知識的學(xué)習(xí)和驗證。不過，近年來各個企業(yè)在招聘時越來越注重學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力，從目前的情況看，這些能力還是學(xué)生的短板，應(yīng)當(dāng)加以培養(yǎng)。

⑵ 探究實驗。在驗證性實驗的基礎(chǔ)上，增加項目式設(shè)計實驗，實驗通過分組進(jìn)行，每個小組3到4人。教師可向?qū)W生提供一部分選題，也可鼓勵學(xué)生將自己的想法進(jìn)行設(shè)計和實驗。結(jié)合商業(yè)模式，教師可為學(xué)生補(bǔ)充產(chǎn)品設(shè)計相關(guān)知識，引導(dǎo)學(xué)生做更符合市場需求的項目或?qū)嶒灒缭谖锫?lián)網(wǎng)項目中，產(chǎn)品的服務(wù)化和服務(wù)的個性化是比較重要的特征，學(xué)生若能理解和把握這些特征，將有機(jī)會設(shè)計出具有創(chuàng)新性的產(chǎn)品或服務(wù)。實驗進(jìn)行過程中，教師指導(dǎo)學(xué)生自主查閱資料、完善設(shè)計，教師對學(xué)生提出的問題不要直接給出答案，而是采用共同探討的方式讓學(xué)生向更深層次思考，教師也應(yīng)對學(xué)生的項目設(shè)計提出問題以促進(jìn)項目完善，并對學(xué)生所做出的成果善加肯定和欣賞。這種探究型實驗教學(xué)方式，對于學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力提升更加有效，不過需要教師投入更大的精力。

3.3 開放式實訓(xùn)方案

⑴ 實習(xí)不實用。實訓(xùn)是物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)課程的另一個有意義的環(huán)節(jié)，能夠幫助學(xué)生理論聯(lián)系實際，拓展學(xué)生的視野以及應(yīng)用能力。目前專業(yè)組織的企業(yè)實習(xí)，學(xué)生做的更多的是“打雜”工作，對于技術(shù)性的或者核心性的工作，讓學(xué)生直接介入是不現(xiàn)實的，企業(yè)無法承擔(dān)可能的風(fēng)險，因此對學(xué)生的應(yīng)用能力提升十分有限。而類似于職業(yè)教育的實訓(xùn)方式，學(xué)生雖然能夠?qū)W到操作技巧，卻不符合普通本科高校的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和專業(yè)培養(yǎng)計劃。那么，設(shè)計開放式的實訓(xùn)方案或是一條途徑。

⑵ 校內(nèi)資源利用。如果學(xué)校有條件，可將自己學(xué)校的教師以及校外導(dǎo)師所做的物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)項目進(jìn)行收集整理，布置專門的場地對這些物聯(lián)網(wǎng)項目進(jìn)行展示。學(xué)生有組織地參觀這些項目，由教師或項目主研人員錄制視頻對這些物聯(lián)網(wǎng)項目進(jìn)行演示，并對相關(guān)背景和技術(shù)做詳細(xì)講解，讓學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)各個行業(yè)的應(yīng)用產(chǎn)生更深刻的理解，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)其中的控制問題，思考其中的控制方法，提出現(xiàn)有不足和想法設(shè)計等。

⑶ 校外資源引進(jìn)。邀請相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的產(chǎn)品經(jīng)理、工程師等到學(xué)校開設(shè)講座，講授他們對于行業(yè)的理解，對于產(chǎn)品的設(shè)計，對于問題的處理方式和方法，對于智能化的構(gòu)思，對于可持續(xù)性的探索等內(nèi)容，內(nèi)容盡量對商業(yè)、產(chǎn)品、技術(shù)等各方面實現(xiàn)全覆蓋，讓學(xué)生獲得更綜合性的知識，有利于以后更合理地解決控制問題。

⑷ 比賽項目驅(qū)動。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、人工智能大賽等相關(guān)比賽，在比賽或項目的學(xué)習(xí)和實踐中自主發(fā)現(xiàn)和解決問題，領(lǐng)悟和運(yùn)用創(chuàng)新思維，提升應(yīng)用能力。

4 結(jié)束語

本文辯證了商業(yè)模式和物聯(lián)網(wǎng)控制的關(guān)系，結(jié)合商業(yè)模式提出了帶有部分財經(jīng)特色的物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)課程在教學(xué)、實驗和實訓(xùn)中的改革策略和措施。在我校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生的教學(xué)和實驗中進(jìn)行了部分實踐，如物聯(lián)網(wǎng)商業(yè)案例分析、探究型小組實驗等，反饋效果良好，學(xué)生的課堂興趣和實驗積極性均有所提高，學(xué)生分析問題和思考問題的角度也更加全面。而實訓(xùn)方案的改革仍面臨著規(guī)章制度等方面的問題，難以持續(xù)和深入。

總體而言，本文提出的物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)課程改革策略和措施不論在提高教學(xué)質(zhì)量上，還是在培養(yǎng)創(chuàng)新思維和綜合應(yīng)用能力上，均具有良好的推廣價值。不過，實訓(xùn)方案改革以及后續(xù)的評價改進(jìn)機(jī)制方面仍有待更加深入的研究和實踐。

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