新工科背景下的《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)》課程教學(xué)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(duì)目前面向建筑電氣與智能化專業(yè)“現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)”課程教學(xué)內(nèi)容寬泛、專業(yè)針對(duì)性不強(qiáng)、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)設(shè)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(xué)改革方法，通過重組與完善教學(xué)內(nèi)容、多教學(xué)方式融合的教學(xué)設(shè)計(jì)、基于自主研發(fā)實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)組織與實(shí)驗(yàn)教學(xué)、基于課程特點(diǎn)的思政元素融入4種方法多維度并進(jìn)，全面提升教學(xué)效果，增強(qiáng)學(xué)生面向建筑測(cè)控領(lǐng)域的總線知識(shí)與技能的應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場(chǎng)總線建筑電氣與智能化教學(xué)改革課程思政

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

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(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是建筑電氣與智能化專業(yè)中重要的專業(yè)核心課程。該課程主要介紹現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)和國(guó)內(nèi)外常用的現(xiàn)場(chǎng)總線及其應(yīng)用技術(shù)，學(xué)生通過學(xué)習(xí)初步掌握現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，領(lǐng)會(huì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的思想和方法。通過本課程的學(xué)習(xí)，既能培養(yǎng)學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)計(jì)、施工與集成能力、工程實(shí)踐能力，還促進(jìn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的形成。然而，該課程的教學(xué)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(yè)的“現(xiàn)場(chǎng)總線課程”教學(xué)改革方法是本研究的重要內(nèi)容。

2建筑電氣與智能化專業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)課程的教學(xué)實(shí)施現(xiàn)狀

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)規(guī)模的增大和速度的提升，我國(guó)已形成了全球規(guī)模最大、發(fā)展最快的智能建筑產(chǎn)業(yè)鏈，這為智能建筑的發(fā)展提供了巨大的機(jī)遇;物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等智能信息技術(shù)的發(fā)展也為建筑智能化提供了更加豐富的內(nèi)涵?？焖俚陌l(fā)展引發(fā)了巨大的專項(xiàng)人才缺口，高等教育也面向新時(shí)代和新需求做出了相應(yīng)的改革。

作為一所以土建類學(xué)科專業(yè)為特色，安徽省與住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部共建、教育部本科教學(xué)工作水平評(píng)估優(yōu)秀的多科性大學(xué)，安徽建筑大學(xué)緊扣人才需求，遵循“工科為主，土建類學(xué)科專業(yè)特色鮮明”的辦學(xué)特色，在電氣工程及其自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、電子信息工程和建筑環(huán)境與設(shè)備工程等專業(yè)基礎(chǔ)上，于2007年設(shè)立建筑電氣與智能化本科專業(yè)，形成隸屬于電子與信息工程學(xué)院的信息領(lǐng)域與建筑領(lǐng)域交叉融合的新型邊緣交叉專業(yè)。

在新工科建設(shè)的背景下，探索建筑電氣與智能化專業(yè)“新工科”人才培養(yǎng)模式[1，2]，規(guī)范工科教育與新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新經(jīng)濟(jì)的發(fā)展關(guān)系，更新教學(xué)理念[3，4]，培養(yǎng)具有核心能力、適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的新人是當(dāng)今新工科背景下高等教育關(guān)注的焦點(diǎn)之一[5，67]，這種變革需要落實(shí)于“現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)”課程的教學(xué)過程中。

然而，該課程的教學(xué)目前仍存在一定程度的局限性，無法契合“新工科”人才培養(yǎng)的理念[7]。第一，面向建筑電氣與智能化專業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)教學(xué)受傳統(tǒng)的電氣工程、自動(dòng)化等專業(yè)影響較重，教學(xué)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(yè)制定滿足專業(yè)培養(yǎng)要求的教學(xué)內(nèi)容。第二，該課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)依托采購(gòu)的試驗(yàn)箱，這些試驗(yàn)箱封裝程度高且不互通，留給學(xué)生發(fā)揮和自由學(xué)習(xí)的空間嚴(yán)重不足，不利于學(xué)生進(jìn)行總線知識(shí)和系統(tǒng)集成學(xué)習(xí)。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(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)這門工科專業(yè)課程融入思政元素，需要精心地設(shè)計(jì)，力度也還需加大。綜上所述，《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)》的教學(xué)方法急需改革，對(duì)《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)》課程教學(xué)改革方法進(jìn)行研究，能夠使學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容更具專業(yè)針對(duì)性，使學(xué)生經(jīng)過該課程的學(xué)習(xí)，更符合市場(chǎng)的人才需求，在提升學(xué)生專業(yè)能力的同時(shí)提高思想政治水平，將學(xué)生打造成德才兼?zhèn)涞闹悄芙ㄖI(lǐng)域人才，助力國(guó)家產(chǎn)業(yè)改革和發(fā)展。

3 建筑電氣與智能化專業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)課程的教學(xué)改革方法

開展《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)》課程教學(xué)，必須結(jié)合學(xué)校實(shí)際情況和學(xué)生學(xué)情全面調(diào)整教學(xué)思路、有針對(duì)性地重組教學(xué)內(nèi)容、不斷創(chuàng)新教學(xué)組織與實(shí)施方法。技術(shù)路線如圖1所示。

該課程的教學(xué)改革具體包括以下4個(gè)方面。

3.1 基于專業(yè)需求的教學(xué)內(nèi)容重組與完善

現(xiàn)場(chǎng)總線最初的主要應(yīng)用場(chǎng)景是解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的數(shù)字通信及這些現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備和高級(jí)控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。由于現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)單、互操作性強(qiáng)、可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等一系列突出的優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用一路延伸到需要部署控制網(wǎng)絡(luò)的汽車、智能建筑等領(lǐng)域。因此，《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)》作為電子類專業(yè)通識(shí)的專業(yè)課程，其教學(xué)大綱及配套教材內(nèi)容廣泛，技術(shù)多元。但是，建筑電氣與智能化專業(yè)的培養(yǎng)最終面向建筑測(cè)控領(lǐng)域[8，9]，很多總線內(nèi)容與該專業(yè)的培養(yǎng)方向并不匹配，例如，Profibus、基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線等大多面向工廠級(jí)自動(dòng)化應(yīng)用場(chǎng)景，這類總線極少出現(xiàn)在樓宇的控制網(wǎng)絡(luò)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(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重組和完善，放大和充實(shí)建筑測(cè)控的主流技術(shù)，同時(shí)剔除非建筑領(lǐng)域的、陳舊的技術(shù)內(nèi)容，使授課內(nèi)容與建筑測(cè)控領(lǐng)域的銜接更加緊密[10]。

同時(shí)，教材當(dāng)中對(duì)總線的通信協(xié)議部分往往闡述過于深入，而對(duì)具體的應(yīng)用案例缺乏介紹。經(jīng)過調(diào)研，全國(guó)開設(shè)建筑電氣與智能化專業(yè)的高校多數(shù)的辦學(xué)定位為培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用型人才，基于此定位，應(yīng)強(qiáng)化學(xué)生的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用能力的培養(yǎng)。因此，需要擴(kuò)充總線的應(yīng)用內(nèi)容，適度減少通信協(xié)議介紹，讓學(xué)生充分掌握總線的應(yīng)用方法和要點(diǎn)，達(dá)成人才培養(yǎng)需求。

3.2 基于多教學(xué)方式融合的教學(xué)設(shè)計(jì)

《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)》在掌握前置課程的基礎(chǔ)上，沒有復(fù)雜的計(jì)算和深?yuàn)W的理論，完全可以由學(xué)生自學(xué)習(xí)得。在該課程的教學(xué)計(jì)劃中，首先對(duì)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)、控制網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)等基本概念進(jìn)行介紹，隨后將會(huì)詳細(xì)介紹每一種總線技術(shù)。教師可以以一門總線技術(shù)的教學(xué)過程為模式，介紹總線的通信模型、通信協(xié)議、常用芯片、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)和應(yīng)用設(shè)計(jì)等，要求學(xué)生將該模式應(yīng)用到其他幾類總線的學(xué)習(xí)過程中，將習(xí)得內(nèi)容以翻轉(zhuǎn)課堂、研討的形式呈現(xiàn)。這種方法具有良好的效應(yīng)，原因在于其將沉悶、枯燥的教師灌輸轉(zhuǎn)換為學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)和輸出，既激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情，也能在一定程度上檢測(cè)學(xué)生的掌握程度。所以，在該課程的教學(xué)上，加大課時(shí)投入到案例教學(xué)、研討式教學(xué)、體驗(yàn)學(xué)習(xí)等方式方法上，通過多方式融合的教學(xué)設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生在自我啟發(fā)和自我驅(qū)動(dòng)中完成課程理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，是理論教學(xué)改革的重要內(nèi)容。

3.3 基于自主研發(fā)實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)組織與實(shí)驗(yàn)教學(xué)

《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)》的實(shí)驗(yàn)教學(xué)多采用試驗(yàn)箱完成，以本學(xué)院使用的試驗(yàn)箱為例，每種實(shí)驗(yàn)箱只能對(duì)單一的總線技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，并且封裝程度過高，學(xué)生只能在現(xiàn)象上進(jìn)行觀測(cè)，自主性比較受限。目前，教研組正在自主研發(fā)SD-2018A建筑智能化系統(tǒng)集成實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，如圖2所示，該實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)集空調(diào)風(fēng)機(jī)、照明、溫濕度傳感器于一體，使用LonWorks、RS485、BACnet、Modbus等總線與協(xié)議，利用Niagara AX軟件實(shí)現(xiàn)不同總線與協(xié)議下的橫向集成，實(shí)現(xiàn)空調(diào)風(fēng)機(jī)的啟/?？刂?、照明燈具控制和溫濕度數(shù)據(jù)的采集，以此體現(xiàn)不同總線、不同協(xié)議環(huán)境下被控設(shè)備在統(tǒng)一平臺(tái)上的管理與控制。同時(shí)，本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)還可以針對(duì)“面向平臺(tái)集成技術(shù)”和“面向Web集成技術(shù)”進(jìn)行后期擴(kuò)展，以適應(yīng)多角度的實(shí)踐教學(xué)。系統(tǒng)具有較強(qiáng)的開放性、擴(kuò)展性和兼容性等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。在本課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，將使用該平臺(tái)全面取代單一總線實(shí)驗(yàn)箱支撐實(shí)驗(yàn)。依托該平臺(tái)，綜合每一種總線和系統(tǒng)集成技術(shù)重點(diǎn)，設(shè)置與理論學(xué)習(xí)內(nèi)容相匹配的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)際應(yīng)用能力，以實(shí)驗(yàn)促教學(xué)。

3.4基于課程特點(diǎn)的思政元素融入方法

《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)》作為一門工程性強(qiáng)的課程，面向的學(xué)生都是國(guó)家的專業(yè)技術(shù)人才，更加需要強(qiáng)化對(duì)學(xué)生的思政教育。因此，需要在課程中全面融入思政元素，倡導(dǎo)學(xué)生積極的價(jià)值觀，確保學(xué)生接受社會(huì)主義核心價(jià)值觀教育，助力專業(yè)育人。然而，在工科類課程中進(jìn)行課程思政一直都是工科教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)》的思政教學(xué)設(shè)計(jì)中，需秉承“春風(fēng)化雨，潤(rùn)物無聲”的精神，做到教學(xué)點(diǎn)與思政元素的有機(jī)結(jié)合，避免課程思政要素的引入單一生硬和喊口號(hào)。例如，介紹CAN總線時(shí)，依據(jù)無損仲裁機(jī)制，引入個(gè)體之間高效的協(xié)同工作可以提高生產(chǎn)效率，在介紹基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線時(shí)，依據(jù)LAS的總體調(diào)度策略，引入個(gè)體服從組織安排，發(fā)揮集體主義精神;充分感知?dú)v史和時(shí)政要聞，點(diǎn)面結(jié)合，提升課程思政深度，讓學(xué)生避免接觸過多的大道理，而是以生動(dòng)的歷史時(shí)政案例觸發(fā)學(xué)生的自我思考，引導(dǎo)學(xué)生的思想水平的提升;基于多教學(xué)方式融合的教學(xué)過程，改革考核方式，將學(xué)生的政治思想、精神素養(yǎng)、道德情懷、團(tuán)隊(duì)精神等納入課程考核，落實(shí)到課堂測(cè)試、課后作業(yè)、課堂匯報(bào)、期末考試中，合理設(shè)計(jì)考核題目，強(qiáng)化職業(yè)素養(yǎng)、社會(huì)責(zé)任等內(nèi)容考核;貼近大學(xué)生社交生活和網(wǎng)絡(luò)資源，選取優(yōu)秀、正能量的網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)言、網(wǎng)絡(luò)手段和網(wǎng)絡(luò)文化，擴(kuò)充課程思政建設(shè)的內(nèi)容，豐富課程思政建設(shè)的形式，提升課程思政建設(shè)的現(xiàn)代化水平，增強(qiáng)高校課程思政的傳播力和感召力，以大學(xué)生接收程度更高的方式打造《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)》的課程思政體系，在潛移默化中達(dá)到思想政治教育效果。

4 建筑電氣與智能化專業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)課程的教學(xué)改革方法實(shí)施效果

目前，面向建筑電氣與智能化專業(yè)的《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)》課程教學(xué)改革實(shí)施已近2年，在課程內(nèi)容重組和完善之后，教學(xué)內(nèi)容的范圍更加聚焦，學(xué)生得以對(duì)學(xué)習(xí)的每一項(xiàng)總線技術(shù)進(jìn)行更為深入的理解和掌握;基于教學(xué)內(nèi)容一一定制的教學(xué)手段使課堂更加有趣，學(xué)生的參與度更高，教學(xué)效果更加明顯;得益于開放的自主研發(fā)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生可以深挖各項(xiàng)總線的技術(shù)細(xì)節(jié)，完成總線的兼容，收獲更強(qiáng)的動(dòng)手能力，加深對(duì)專業(yè)的理解;思政元素的融入也使得工科學(xué)生的愛國(guó)情結(jié)、社會(huì)主義核心價(jià)值觀進(jìn)一步凸顯，達(dá)成知識(shí)技能教育和思想教育的統(tǒng)一。

5 結(jié)語(yǔ)

在“新工科”背景下，面向建筑電氣與智能化專業(yè)的《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)》課程需在課程內(nèi)容、教學(xué)手段、實(shí)驗(yàn)操作、課程思政4個(gè)方面做出相應(yīng)改革，滿足專業(yè)人才培養(yǎng)需要，豐富專業(yè)培養(yǎng)內(nèi)涵，提高人才思想水平，助力國(guó)家產(chǎn)業(yè)改革發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 陸國(guó)棟，李拓宇.新工科建設(shè)與發(fā)展的路徑思考[J].高等工程教育研究，2017（3）：20-26.

[2] 林健.面向未來的中國(guó)新工科建設(shè)[J].清華大學(xué)教育研究，2017，38（2）：26-35.

[3] 張藝?guó)Q.新工科背景下工匠精神的培育研究[D].天津：天津大學(xué)，2020.

[4] 樊麗霞.新工科背景下工科優(yōu)勢(shì)高校課程建設(shè)問題及對(duì)策研究[D].上海：華東理工大學(xué)，2021.

[5] 王穎.新工科背景下高職人才培養(yǎng)模式改革研究[D].武漢：湖北工業(yè)大學(xué)，2021

[6] 于軍琪，閆秀英，馮增喜.“建筑電氣與智能化”人才培養(yǎng)實(shí)踐與研究[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2016，35（3）：97-100.

[7] 李元元.加強(qiáng)特色專業(yè)建設(shè) ?提高人才培養(yǎng)質(zhì)量[J].中國(guó)高等教育，2008（17）：25-27.

[8] 韓?；?現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在智能樓宇中的應(yīng)用[J].通訊世界，2020，27（2）：33-34.

[9] 鄧麗金.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在樓宇自動(dòng)化中的應(yīng)用[J].電子世界，2014（12）：465.

[10] 王春燕，劉和平.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在智能家庭控制網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用[J].電氣自動(dòng)化，2006，28（5）：46-48.