物联网控制基础课程教学改革的探索与实践

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摘 要： 物联网是一门集系统工程、信息理论、控制理论等于一体的交叉性学科，而控制论是研究机械、动物、自然和社会等系统中控制、反馈和通信之共同规律的科学。控制论是信息与能量、物质之间的桥梁，《物联网控制基础》是物联网专业重要的必修课程。作者从课程教学内容的安排、教学方法和手段的选择、实践教学的要求等方面出发，系统地提出物联网控制课程教学改革的探索，并通过在实际教学中实施取得了较好的教学效果。

关键词： 《物联网控制基础》 教学改革 探索与实践

物联网又称为传感网，是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮。物联网是将各种信息传感装置（例如射频识别、全球定位系统、电子代码、红外感应器、激光扫描等）与互联网结合起来而形成一个可实现全球物品信息实时共享的实物网络[1]。控制论是指综合研究各类系统的控制、信息交换、反馈调节的科学，是涉及工程学、生物学、心理学、数学、生理学、逻辑学、社会学等众多学科的交叉学科[2]。本课程主要介绍物联网工程所需的控制理论的基本知识，力求使控制技术融入物联网的各种应用中，使学生逐步学会利用控制技术分析和设计物联网控制器，学会分析控制效果和校正技术。

物联网工程作为一门新兴的学科，目前对于该学科的课程体系建设尚处于起步阶段。该课程已有的教学体系和方法无法满足教与学的要求。具体表现为课程的部分内容相对陈旧，不能很好地反映行业的最新技术和热点，书本上的知识不能与物联网行业很好地结合；传统的教学方法还是以讲授法为主，学生的积极性不足；实践教学所占的比重不高等[3]。结合该课程的特点，笔者提出《物联网控制基础》课程教学改革的探索，希望激发学生的学习兴趣。通过该课程的学习，学生掌握并灵活运用所学的知识，提高专业实践能力、创新能力和协同能力。

一、教学内容的合理规划

《物联网控制基础》是一门综合性课程，包含控制系统基本概念、控制系统数学模型、控制系统时域分析、控制系统频域分析、控制系统校正方法、现代控制理论、计算机控制、无线传感网络、网络控制系统等方面的内容[4]。现有教材涉及的知识点过于宽泛而且部分内容略显陈旧，理论和实践的结合不紧密。因此，在选择教学内容时，必须有所取舍、合理安排、突出重点。针对学生已有的先修课程，删除或弱化与其他课程相重复的内容，如传感器技术、网络技术等方面的内容。突出控制理论基础知识在物联网中的分析和应用，如物联网的建模问题、物联网中控制系统的时域分析法、频域分析法、控制系统的校正方法等。该课程的核心内容是控制系统的基本概念、时域和频域分析法、控制系统校正法及在物联网中的应用。

通过分析历届世界物联网大会和中国物联网大会的大会报告，结合行业对人才的基本要求，对相关教学内容再做适当的调整。适当增加物联网应用实例的介绍和分析，如智能家居、智能交通、智能物流等，避免教学内容过于空洞，提高学生的学习兴趣和动力。同时，适当增加现代控制理论、计算机控制、网络控制等在物联网中的应用，开阔学生的眼界，增强学生的动手实践能力，提升就业竞争力[5]。

二、教学手段和方法的优化

教学有法，但无定法。物联网工程是一门前沿性学科，交叉融合度高，对学生的基础要求较高。物联网控制基础课程与物联网的实际应用结合紧密，实用性强，实践能力要求高。该课程教学方法如果仅仅以讲授法为主，必然会使得理论和实际脱钩、学生的兴趣不高，进而会削弱教学效果。为了提高教学质量，笔者在学习和借鉴其他老师教学经验的基础上，探索对于不同的知识点采用不同的教学手段和方法。

基础理论部分以讲授法为主，再结合讨论法和直观演示法等。例如以智能家居中的温度控制系统、液位控制系统等为对象学习控制系统的基本概念、数学模型等。通过优化、完善多媒体课件，突出课程重点。对学生已有一定基础的课程内容，如传感器技术、网络技术等，以问答法为主。精心设计问题，通过师生互动，引导学生积极思考、回答问题、得出结论，从而巩固与本课程相关的知识。对于课程中与实践有联系的部分，如控制系统时域、频域分析方法及校正方法等，可以安排实验课或通过实际案例的视频、仿真辅助教学，营造理论与实践相结合的学习氛围，增强学生对理论在实际案例中应用的认识。同时，创设开放性课题，在教师的精心组织下，引导学生讨论，加强生生互动、让学生更多地参与教学活动，从而夯实基础，拓展知识面。

通过教学方法的优化，提高学生对物联网控制基础的认识，增强学生的学习动力，使学生不仅能够掌握控制系统的基本概念和方法，而且具有分析和设计物联网控制系统的初步能力。

三、多方位强化实践教学

实践不仅是检验学生对所学课程掌握程度的重要标准，而且是培养学生创新能力的重要环节，同时学生实践能力的强弱是用人单位衡量人才的重要指标。因此，在课程教学过程中必须多管齐下，充分利用验证性实验、设计性实验等实践教学环节加强学生动手实践能力的培养。目前，我院的教学实验中心配备了相关控制系统实验装置，可以让学生熟悉控制系统时域、频域分析方法和校正方法，使其具备一定的操作设计能力，提高学生的实践能力[6]。

对于物联网控制课程实验，优化整合实验内容，将验证性实验和设计性实验有机地结合。验证性实验主要用于学生对基本概念和方法的熟悉，验证所学的理论知识。设计性实验用于指导学生利用所学知识设计简单的物联网控制系统。为了更好地培养学生的创新能力，还减少部分验证性实验；增加设计性实验，如智能交通设计实验等。同时结合Matlab仿真软件和组态软件，建立智能家居温度控制、液位控制系统模型、设计相应的校正方法等，提高学生的工程实践能力，加深对控制系统各个部分的认识和理解[7]。同时利用已有的实验条件，鼓励学生参加各项大学生科技创新项目、创新创业大赛等，使学生获得自主学习和创新思维的广阔空间[8]。

四、结语

笔者在物联网控制基础的课程教学过程中，结合课程和学科的特点，进行教学改革的探索，对教学内容进行优化，充分利用多种教学方法和手段，强化实践教学环节，激发学生的学习兴趣；培养学生的动手、协作能力，提高学生的专业实践能力，取得较好的教学效果。

参考文献：

[1]王志良，刘欣，等.物联网控制基础[M].西安：西安电子科技大学出版社，2014.

[2]钱学森，宋健.工程控制论[J].北京：科学出版社，2011.

[3]王志良，闫纪铮，等.物联网学科建设与教学实践探讨[J].计算机教育，2012（19）：45-49.

[4]彭力，谢林柏，等.物联网控制基础[M].北京：机械工业出版社，2013.

[5]钱红燕，陈兵，燕雪峰.物联网教学实践体系研究[J].计算机教育，2011（23）：21-25.

[6]胡香玲，余河泉，崔均亮.“自控原理与系统”课程改革与研究[J].中国电力教育：中，2013（2）：108-109.

[7]陈春娥.MATLAB在自控原理教学中的应用研究[J].中国科教创新导刊，2013（35）：43-43.

[8]刘尚旺，孙林，等.基于项目比赛的物联网教学模式研究[J].计算机时代，2015（4）：52-54.