基于閉環(huán)反饋的多元化課程改革探索
——以物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)為例

李思瑩

（滁州學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，安徽 滁州 239000）

1 引言

物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)交叉學(xué)科，核心技術(shù)覆蓋整個(gè)信息學(xué)科，包括電子、通信、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化控制等，被譽(yù)為信息技術(shù)領(lǐng)域的第三次革命[1]。物聯(lián)網(wǎng)作為國家大力倡導(dǎo)的新興產(chǎn)業(yè)，需要大批高水平的技術(shù)人才。國內(nèi)各大高校以此為導(dǎo)向，積極開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，為行業(yè)培養(yǎng)具備開發(fā)、應(yīng)用、服務(wù)等綜合能力的應(yīng)用型人才。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)要做到對(duì)人、物、環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控和管理，提高資源利用率，控制技術(shù)則是實(shí)現(xiàn)服務(wù)型物聯(lián)網(wǎng)社會(huì)的重要支撐技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)高效的、智慧型的物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景[2]。

物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的有專業(yè)特色的課程，該課程對(duì)培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)工程人才有著重要的影響和作用[3]。教學(xué)方面，本課程為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生的核心課程，在介紹物聯(lián)網(wǎng)控制的定義與技術(shù)的同時(shí)，應(yīng)幫助學(xué)生了解物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)典型的自動(dòng)化控制情境和發(fā)展前景。結(jié)構(gòu)方面，本課程應(yīng)做到幫助學(xué)生搭建物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)習(xí)和行業(yè)認(rèn)知橋梁，進(jìn)一步確立就業(yè)目標(biāo)，為求職方向打下良好基礎(chǔ)。學(xué)生發(fā)展方面，本課程應(yīng)加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)，使學(xué)生對(duì)自動(dòng)控制領(lǐng)域充滿興趣和熱情，對(duì)行業(yè)未來發(fā)展充滿信心。目前，許多高校在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)課程，但是尚缺乏成體系的教學(xué)模式和對(duì)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)[4]。綜上，建立以培養(yǎng)學(xué)生理論能力、創(chuàng)新實(shí)踐能力和工程應(yīng)用能力為核心的多學(xué)科交叉的物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)教學(xué)目的，指導(dǎo)學(xué)生開展自主學(xué)習(xí)、科學(xué)研究與創(chuàng)新實(shí)踐的研究型教學(xué)，是提高該門課程教學(xué)質(zhì)量和強(qiáng)化人才培養(yǎng)的有效途徑。

2 課程特點(diǎn)

（1）理論知識(shí)復(fù)雜。本課程有多門先修課程，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方面有物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論、傳感器應(yīng)用、嵌入式理論及應(yīng)用、計(jì)算機(jī)通信等；在控制技術(shù)方面需要學(xué)習(xí)大量控制理論基礎(chǔ)知識(shí)，如計(jì)算傳遞函數(shù)等[5]，這些知識(shí)點(diǎn)公式復(fù)雜，計(jì)算難度大。在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，需要根據(jù)具體環(huán)境選擇控制算法，并設(shè)定控制參數(shù)，計(jì)算參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響等，這其中又包含了大量的數(shù)學(xué)知識(shí)，例如復(fù)變函數(shù)等。因此，物聯(lián)網(wǎng)控制是一門基礎(chǔ)知識(shí)龐雜且難度較大的課程。

（2）多學(xué)科交叉。物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)包含計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、通信工程、機(jī)械自動(dòng)化控制等多個(gè)學(xué)科多領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)，是一門典型的具備交叉學(xué)科知識(shí)體系的課程。這就要求學(xué)生既要掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，同時(shí)也要有控制系統(tǒng)的思維，將控制原理運(yùn)用到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建模。在構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)的過程中，要求學(xué)生融會(huì)貫通物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與計(jì)算機(jī)控制、電機(jī)技術(shù)、電氣控制、信息通信等各方面的知識(shí)。

（3）工程應(yīng)用性強(qiáng)。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)是一個(gè)應(yīng)用性較強(qiáng)的專業(yè)，課程的設(shè)置旨在增強(qiáng)學(xué)生的工程創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的工程素養(yǎng)[6]。控制是一門具備工程應(yīng)用背景的課程，以控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)為理論教學(xué)主要內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，設(shè)置能夠提升學(xué)生工程意識(shí)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，深化學(xué)生的理論知識(shí)，開拓學(xué)生的知識(shí)獲取渠道，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力[7]。在教學(xué)中，需要大量的典型自動(dòng)化行業(yè)系統(tǒng)作為理論講解支撐點(diǎn)，提升學(xué)生創(chuàng)新能力、應(yīng)用能力和解決問題的能力。

3 課程教學(xué)改革

（1）閉環(huán)反饋式教學(xué)模式

依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)控制課程的核心知識(shí)點(diǎn)，閉環(huán)控制是系統(tǒng)穩(wěn)定的重要保障。在教學(xué)中，也要設(shè)計(jì)閉環(huán)反饋教學(xué)環(huán)節(jié)，才能更好地完善教學(xué)方式方法，因材施教。根據(jù)課程專業(yè)人才培養(yǎng)定位、目標(biāo)和課程性質(zhì)，設(shè)計(jì)了以培養(yǎng)興趣、訓(xùn)練方法、建立認(rèn)識(shí)等為目的的課程教學(xué)大綱。更新后的課程教學(xué)大綱內(nèi)容如表1所示。

表1 物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)課程大綱

閉環(huán)反饋式教學(xué)的目的是讓教師在備課和教學(xué)中能有意識(shí)、有目的、綜合性地思考教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)途徑，通過分析檢測(cè)到的教學(xué)效果，改進(jìn)提高課堂教學(xué)質(zhì)量。改變“以教師為中心”的注入式教學(xué)方式，把關(guān)注點(diǎn)放在學(xué)生身上，關(guān)注學(xué)生是否真正理解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立思考、自主學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生思考和創(chuàng)新能力的多元化。通過學(xué)生對(duì)教學(xué)的反饋、教學(xué)結(jié)果指標(biāo)的分析，不斷調(diào)整和改進(jìn)閉環(huán)反饋式教學(xué)。閉環(huán)反饋式教學(xué)模式示意圖如圖1所示。

圖1 閉環(huán)反饋式教學(xué)示意圖

課堂上，除了對(duì)知識(shí)點(diǎn)、重難點(diǎn)進(jìn)行細(xì)致講解外，還需要指導(dǎo)學(xué)生在課后的時(shí)間熟悉行業(yè)內(nèi)典型自動(dòng)化控制系統(tǒng)的使用情況。學(xué)生通過調(diào)研了解大型自動(dòng)化企業(yè)發(fā)展歷史、技術(shù)路線、優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品和不足之處，結(jié)合課上的知識(shí)點(diǎn)，撰寫調(diào)研報(bào)告或論文，做到有的放矢，自我提升。經(jīng)過一段時(shí)間的接觸和學(xué)習(xí)，可以組織一次知識(shí)共享活動(dòng)，把課堂交給學(xué)生，讓學(xué)生把自己調(diào)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(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間的有效互動(dòng)，加深知識(shí)遷移，提高教學(xué)質(zhì)量。

（2）閉環(huán)反饋式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

實(shí)驗(yàn)體系課程是理論課程的重要輔助環(huán)節(jié)，一方面，實(shí)驗(yàn)是理論的源泉，另一方面，實(shí)驗(yàn)需要一定的理論作為指導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)課程由于教學(xué)環(huán)境和理論課不同，所以在授課過程中不僅需要豐富的教學(xué)內(nèi)容，更要積極采用啟發(fā)和研討式教學(xué)方法，提升課堂生動(dòng)性。在實(shí)驗(yàn)講解過程中，實(shí)驗(yàn)教師采用一邊講解，一邊動(dòng)手實(shí)操的教學(xué)方法，實(shí)時(shí)關(guān)注同學(xué)們的接受領(lǐng)悟程度，做到每個(gè)步驟都清晰，每個(gè)環(huán)節(jié)有落實(shí)。同時(shí)，通過設(shè)置章節(jié)思考題，考察學(xué)生的舉一反三的能力。實(shí)驗(yàn)課后學(xué)生可以隨時(shí)給老師留言，交流實(shí)驗(yàn)心得。通過實(shí)際操作、書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告層層把關(guān)，使學(xué)生提高對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的重視，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力，加深了工程意識(shí)的培養(yǎng)。閉環(huán)反饋式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式示意圖如圖2所示。

圖2 閉環(huán)反饋式實(shí)驗(yàn)教學(xué)示意圖

（3）革新教學(xué)方法，注重學(xué)生中心理念的落實(shí)

在傳統(tǒng)教學(xué)基礎(chǔ)上靈活加入演示法、研討法的運(yùn)用。引入控制系統(tǒng)在實(shí)際生活中的應(yīng)用，在課堂上進(jìn)行演示，讓學(xué)生對(duì)控制系統(tǒng)獲得感性認(rèn)識(shí)。例如學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)的基本概念及數(shù)學(xué)模型，帶領(lǐng)學(xué)生參觀學(xué)科平臺(tái)，讓學(xué)生親身感受到如何采集溫濕度等數(shù)據(jù)，如何對(duì)數(shù)據(jù)通信并制定相應(yīng)的控制手段等等。教師應(yīng)把關(guān)注點(diǎn)放在學(xué)生身上，關(guān)注學(xué)生是否真正理解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

增加課堂互動(dòng)，引入投票、動(dòng)手實(shí)踐等課堂互動(dòng)環(huán)節(jié)。比如設(shè)置開放式的問題，組織學(xué)生進(jìn)行投票。請(qǐng)學(xué)生設(shè)身處地進(jìn)行思考，以主角身份來解決問題。幫助學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，建立對(duì)知識(shí)更深層理解。課堂上設(shè)置簡(jiǎn)單的仿真任務(wù)，讓學(xué)生一邊動(dòng)手實(shí)踐一邊理解學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠在任務(wù)驅(qū)動(dòng)下通過自身實(shí)踐達(dá)到預(yù)期學(xué)習(xí)目標(biāo)。同時(shí)，使用教學(xué)軟件輔助教學(xué)，如屏幕共享教學(xué)、QQ遠(yuǎn)程答疑等，幫助學(xué)生解決問題；使用輔助教學(xué)管理平臺(tái)，節(jié)約點(diǎn)名時(shí)間、活躍課堂氣氛、增進(jìn)師生互動(dòng)等。

（4）制定實(shí)施多元化考核方案，突出過程化考核記錄

為確保學(xué)生掌握好相應(yīng)的理論知識(shí)，改進(jìn)教學(xué)方式，根據(jù)工程教育認(rèn)證的理念，課程開展和考核應(yīng)該圍繞“學(xué)生中心”及“成果導(dǎo)向”，要注重對(duì)學(xué)生能力的考核，考核學(xué)生對(duì)于課程目標(biāo)的達(dá)成。

注重過程化考核記錄，平時(shí)作業(yè)主要以仿真訓(xùn)練型作業(yè)為主。課內(nèi)實(shí)驗(yàn)不僅提交實(shí)驗(yàn)成果報(bào)告，而且提交中間實(shí)驗(yàn)進(jìn)展記錄。實(shí)驗(yàn)進(jìn)展記錄作為實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定參考。期末使用項(xiàng)目考核，制定單獨(dú)期末考核方案。課程考核的過程也是學(xué)生課程學(xué)習(xí)的過程，所以考核中引入學(xué)生評(píng)價(jià)，讓學(xué)生在參與中學(xué)習(xí)。加大全過程考核，采用多元化評(píng)價(jià)方式，全面靈活，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，真實(shí)反映了學(xué)習(xí)態(tài)度和素質(zhì)能力，大大提高課堂效率。

（5）學(xué)科平臺(tái)與課程融合

學(xué)生在學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)專業(yè)課程后，根據(jù)自身興趣利用學(xué)科平臺(tái)進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)，培養(yǎng)實(shí)踐和創(chuàng)新能力。學(xué)生還可以利用平臺(tái)儲(chǔ)備知識(shí)參加比賽，從而帶動(dòng)更多的學(xué)生，以賽促學(xué)。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生在指導(dǎo)教師的鼓勵(lì)和指導(dǎo)下，以此課程為依托，積極參加學(xué)科競(jìng)賽。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)作為國家特色專業(yè)，學(xué)科平臺(tái)和課程緊密融合，提高了學(xué)生的控制系統(tǒng)硬件調(diào)試能力和軟件編程能力，為社會(huì)培養(yǎng)了大批適應(yīng)當(dāng)今需要的復(fù)合型應(yīng)用人才。同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)課程構(gòu)造以工程能力和創(chuàng)新能力為核心的教學(xué)模式，拓展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練空間，培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐創(chuàng)新能力。

4 改革成效

通過對(duì)滁州學(xué)院18級(jí)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)班級(jí)進(jìn)行的問卷調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，合計(jì)81份有效問卷中有97.59%的學(xué)生在開始學(xué)習(xí)課程前對(duì)物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)了解程度不高，甚至基本不了解（如表2）。在課程學(xué)習(xí)后，學(xué)生的專業(yè)能力有了較大提升，主要體現(xiàn)在“對(duì)物聯(lián)網(wǎng)控制行業(yè)了解程度提升”“對(duì)本專業(yè)的學(xué)習(xí)感興趣”“對(duì)樹立就業(yè)目標(biāo)是否有提升幫助”等。通過課程學(xué)習(xí)，專業(yè)學(xué)習(xí)各方面有明顯提升的學(xué)生超過90%（如表3）?？梢?，通過教學(xué)改革，對(duì)于學(xué)生宏觀掌握物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)知識(shí)和激發(fā)專業(yè)學(xué)習(xí)興趣等方面起到較好效果。同時(shí)，通過親身體驗(yàn)，部分學(xué)生也對(duì)課堂教學(xué)提出了一些建議和意見（如圖3），有助于任課教師在后續(xù)課程中持續(xù)改進(jìn)、完善。

表3 教學(xué)改革模式效果評(píng)價(jià)

圖3 教學(xué)改進(jìn)意見

表2 物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)課前學(xué)情調(diào)研表

5 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)作為一門專業(yè)核心課程，對(duì)打好學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)和提高教師教學(xué)質(zhì)量的重要性是不言而喻的?；陂]環(huán)反饋教學(xué)思想，通過教學(xué)改革，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)控制系統(tǒng)的全面認(rèn)知，提升創(chuàng)新意識(shí)和工程能力，適應(yīng)未來崗位的需求。未來，物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)課程還要不斷加強(qiáng)科學(xué)規(guī)范建設(shè)，這對(duì)提高本專業(yè)教學(xué)質(zhì)量具有重要意義。