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“新工科”背景下的物联网控制课程教学改革研究
◆ 谭艳萍 罗 永 熊 琰
摘要：从“新工科”背景下的人才培养要求角度出发，聚焦物联网工程专业的物联网控制课程，针对实际课堂教学中存在的偏重基础理论教学，弱化学生实践能力培养等问题，分析课程特点，探究物联网控制课程的教学改革与“新工科”内涵建设要求之间的融合，从理论教学、实验教学、项目教学等方面创新课程教学模式，提升人才培养质量。
关键词：“新工科”；物联网控制；课程教学改革；人才培养
一、前言
新时代渴求“新工科”人才，人才需求不仅是数量上，更需要面向新兴产业和国家、区域发展的需求调整人才培养结构，提升人才培养质量。当然，对传统工科专业的升级改造也属于“新工科”范畴。在“新工科”背景下，高校要树立创新型、综合化、全周期工程教育“新理念”，建立完善中国特色工程教育的“新体系”，实现我国从工程教育大国走向工程教育强国[1]。“新工科”专业是指以智能制造、物联网、大数据、云计算、人工智能、机器人等用于传统工科专业的升级改造，相较于传统工科人才，未来新兴产业和新经济的需求是工程能力强、实践能力强、创新能力强且具备国际竞争力的高素质复合型“新工科”人才[2]。“新工科”的内涵式发展，需要紧紧依靠高校“新工科”专业人才培养方式上的创新。
以“新工科”中的物联网为例，物联网是一个交叉学科，核心技术覆盖整个信息学科，包括传感器技术、电子技术、通信技术、计算机技术和自动控制技术等。“物联网”是跨学科的技术综合，它不仅仅是将人、机器、设备和基础设施进行相连，更要实现对人、物、环境进行实时控制和管理，提高资源利用率和生产力水平[3]。高效、智慧的物联网系统，离不开控制技术的支撑，可以说控制技术就是其中的“灵魂”。各高校开设的物联网工程专业有一门专业主干课，就是物联网控制，也是一门写入国标的课程。然而，由于物联网工程专业建设和发展均处于探索阶段，其教学方式、人才培养等方面是远远滞后于“新工科”背景下的要求。例如：教学上理论教学过重，实践教学和工程教育达不到要求，人才培养方式陈旧，学生的专业素养、创新能力、实践能力不足等。物联网专业人才的能力培养，归根到底还是需要紧紧依靠各门专业课程的教学方式、培养模式上的创新，从课程出发，构建人才培养新模式，创新人才教育新理念。通过改进物联网控制课程的教学方式，构建完善的实验平台，开展项目式的工程教育，着力提升学生对于物联网控制系统专业知识的掌握和系统的设计能力。
二、课程特点
“物联网控制”是物联网工程专业本科必修课，亦是一门专业主干课。控制技术是物联网工程专业的核心内容，但
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信息系统工程 │ 2019.12.20
是不能实现类似于计算机科学与技术、网络工程、机械自动化专业那样的系统教学，只能在基于物联网技术的基础上，对多门课程进行简化和融合。通过本课程学习，学生应该掌握经典控制理论、物联网技术及与控制技术的关系、物联网控制系统分析与设计方法。该课程重点在于帮助学生建立控制工程基础，培养学生控制工程思维，提高学生应用控制专业知识分析和解决实际物联网控制系统问题的能力，为将来从事与物联网工程相关的建模、控制、系统构建及稳定性分析等物联网领域的理论研究、系统研发和算法设计等工作打下坚实基础[3]。物联网控制涵盖了多学科的相关知识，具有如下几个方面的特点：
1.基础知识复杂。本课程的基础知识主要有物联网技术基础、控制原理、系统构建等，在物联网技术基础方面，涉及传感器应用、数据采集与传送、通信网络等知识。在控制原理方面，需要学习大量的控制理论，例如：拉氏变换法等，公式多、计算难度大。在设计和分析控制系统的过程中，需要设定参数，计算参数对系统性能的影响等，而这其中又包含了大量的数学知识，例如：高等数学、复变函数等。因此，物联网控制是一门基础知识复杂且晦涩难懂的课程。
2.多学科交叉。物联网控制涉及计算机科学与技术、通信工程、机械自动化控制等多个学科，是一门典型的跨学科课程。既要求学生掌握物联网技术，更要求学生在学习过程中能够用控制原理对物联网系统进行建模，进行控制系统的分析与构建，学会融会贯通物联网技术与电机技术、电气控制、计算机控制、信息通信等各方面的知识。
3.工程应用性强。物联网控制是一门具备工程应用背景的课程，以控制系统分析和设计为教学核心，学校需要搭建实验平台，教师需要开设配套的实验课程深化学生的理论知识，开拓学生的知识获取渠道，锻炼学生的动手能力。物联网控制也是一门适合开展工程教育的课程，契合“新工科”的建设内涵。在教学中，需要大量的工程应用项目作为理论讲解支撑点，更需要搭建真实的实验环境，带着学生动手实践，以此提升其寓学于用的能力。
三、课程教学改革
笔者所在学校是贵州省的一所地方高校，依据“新工科”的内涵特征，地方高校要对区域经济发展和产业转型升级发
挥支撑作用。贵州省近年来大力发展大数据产业，而物联网技术是大数据产业链上必不可少的环节，急需各类高质量的信息技术人才，本土高校就更应该承担起为区域经济和高新技术的发展培养人才的重任。为适应新时代发展的需求，结合物联网控制课程教学上的短板和物联网控制课程的特点，进行课程教学改革势在必行。可以从以下几个方面开展课程教学改革：
1.融合信息技术，创新理论教学方式
物联网控制课程的特点之一就是基础知识复杂，但是对于正处于求学阶段的学生而言，如果没有坚实的理论基础，后续的深造和发展都将难以为继。为确保学生掌握好相应的理论知识，改进教学方式，消除常规教学的枯燥感很重要，这就需要借助信息时代的信息技术开展混合式教学。信息技术与课堂教学的融合一直是教学改革研究方向的热点，信息技术改变的不仅仅是课件的制作，更主要的是教学理念上的去旧从新。可以从教学理念、教学对象、教学内容、教学方法、教学模式、教师专业发展等几个维度融合信息技术，进行课程教学改革。主要方式有：知识点动画化、教学案例二维码化、系统分析项目化、知识强化微课化、教学过程监控数字化、与学生沟通常态化等等。
2.搭建实验平台，开展仿真式教学
物联网控制作为工程应用性强的一门课程，实验教学是非常重要的一环，主要包括物联网控制系统的建模、自动控制原理试验箱的电子模拟仿真、时域及频域仿真实验等，是对理论教学的补充与深化。搭建功能全面的实验平台，开展仿真式教学，主要是让学生感受到物联网控制系统各个部分的组成和系统融合的方式，能够在仿真系统中实现寓学于用，边教边学，提升学生发现问题，解决问题的能力。实验开设应由浅入深、循序渐进，先从简单且有趣味性的物联网控制系统实验入手，在熟悉基础架构的基础上，开始完成项目某部分，再逐步过渡到完整项目[4]。
3.整合校内外资源，开展体验式教学
物联网控制是一门多学科融合，工程应用性强的课程，在学生掌握理论知识的基础上，提升其实践能力则是核心要求，这非常需要走出教室，走入实际工程。目前，物联网技术已经应用在生活中的方方面面，比如：智慧城市、智慧农业、智能家居、智能医疗等。带领学生参观智慧农业项目、智能楼宇项目等，开展体验式教学，让学生亲身感受到如何采集温度、湿度、光照、土壤酸碱度等信息，如何传输这些数据并对其进行控制等[5]。例如：物联网工程专业的人才培养方向之一就是智慧物流，笔者所在高校开设了物流管理专业，校内物流实验设备齐全，可以直接带领学生在智能物流实验室开展物联网项目教学，一切都是可以触碰、可以感受得到的物联网技术。而且，校外还有京东物流园实践基地，可开展实践教学、体验式教学。京东物流作为现今物流行业的先行者，最主要的就是物联网技术，在学生学习期间，能够进入物流园区实地学习，无疑会极大地提升学生的学习兴趣和专业能力。
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四、结论
本文根据物联网控制课程的特点，讨论了在“新工科”背景下就如何突破教学过程中偏重理论教学且教学质量不高等问题，从理论教学、实验教学、项目教学等方面提出了课程教学改革的新方向和新思路，以“新工科”内涵建设为准绳，紧扣新时代、新技术、新业态的发展需求，进行课程教学改革，拓宽学生知识获取渠道，提高物联网工程人才的专业能力。H参考文献
[1]谭艳萍,陈显祥,罗永.新工科背景下的物联网工程专业建设问题及对策探究[J].计算机教育,2019(02):74-77.
[2]高考志愿不会报？软交会告诉你未来哪些新工科专业人才最抢手.新浪[2018-06-12] https://baike.baidu.com/reference/20597803/1354DbCCuMEo49ZoclJI2srOqzJTFz_IMTvKlUMgI_1zF9tKQXzRkqTjT15ZT2cGzTfRFLpKw08p2Z6tWXegbkxOLpLSyv0kCzLdWXxiyKPHKkOR7O51bCgJ4g.
[3]万勇,王从庆.基于多学科交叉的物联网控制技术教学改革研究[J].科技创新导报,2015,12(27):19-21.
[4] 潘勇, 侯梓叶, 熊江, 等.“新工科”背景下物联网“射频识别”与“无线传感网络”课程教学改革与实践[J]. 教育现代化,2018,5(52):58-60+.
[5] 张鹏, 苗凤娟, 张微, 等. 基于多学科融合的物联网控制技术课程教学改革研究[J]. 现代商贸工业,2019,40(19):162-163.
（基金项目：贵州省普通本科高校一流大学一期重点项目培育项目：物联网工程实验中心（2017GSJYLXM02））
（作者单位：贵州商学院）
补充
本刊2019年第9期信息化建设栏目中，《大数据环境下医疗数据隐私保护面临的挑战及对策探析》一文，作者是汪泽川。特此说明。
本刊2019年第11期学术研究栏目中，《高分辨率遥感影像道路提取方法研究》一文，作者是龚婷婷、杨璇、张蕴灵、傅宇浩。单位是中国公路工程咨询集团有限公司、空间信息应用与防灾减灾技术交通运输行业研发中心、中咨数据有限公司。特此说明。
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