时间：2023-09-18 17:32:25
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇计算机控制技术课程，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词： 计算机控制技术 学习兴趣 教材 教学方法 实践能力
计算机控制技术是计算机的一个重要应用领域，主要研究如何将计算机技术和自动控制理论应用于工业生产过程。它是我国高等工科院校中高职和高专各类工业电气自动化、机电一体化、计算机控制技术、自动化仪表、测控技术等主干专业课之一。由于计算机控制技术理论性和实践性都很强，同时变化和发展较快，新知识层出不穷，如何在有限的课时内教给学生基本的理论基础和实践技能，对广大教师来说是一个很大的挑战。教学实践中，我在以下几个方面作了一些有目的的尝试。
1.培养学生的学习兴趣，调动学习积极性
“兴趣是最好的老师”，培养学生的兴趣是关键。不论教师讲得多好，如果学生对讲的内容不感兴趣、感觉没用，他就不会努力学习这门课程，教学肯定是不成功的。为了避免学生出现对计算机控制技术这门课的误解，对它失去兴趣，起初上课时，教师不要讲授太多太深的理论知识，可结合学生所学专业，进行现场参观和动画演示。实例的有效引入，可以让学生了解计算机控制技术的实用性，激发学生的学习兴趣，培养学生的学习积极性。学生学习的积极性调动起来了，教学也就成功了一半。另外，还可利用网络通讯工具和学生交流，巩固学生已经树立起来的学习积极性，如在网上论坛上设立留言板和讨论板，学生可以向教师提出问题，教师在网上解答学生的问题，同时教师也可以在网上相关材料，让学生展开讨论，这样能极大地激发学生的学习兴趣，使得以往教师的“满堂灌”的填鸭式教学变成学生自主式学习。
2.精心选择教材，吃透教材，形成适合教学的讲义
作为一门现代的交叉学科，计算机控制涉及自动化技术、计算机技术、通信技术、先进制造技术等诸多学科，呈现开放性、集散性、智能性和信息电子化与网络化的特点。基于本学科的这种特征，初学者很难掌握计算机控制的精髓，并应用于工业生产过程。因此，一本好的教材将有助于初学者理解、掌握和应用计算机控制技术。
选用教材的原则：首先，根据教学大纲选择教材，对于高职学生，不能选择本科教材，因为对于不同的学生，教材的侧重点不同，但教师可以选用本科教材作为参考书。其次，尽可能选用优秀教材、名校教材。最后，不能只凭订书单上的名称和简介来选定教材，选定之前应该看到样本。总之，选择合适的教材，既要有利于教师设计教学过程，又要有助于学生的学习。
教师拿到教材后，应尽早地备课。教师必须吃透教材，做到融会贯通，举一反三。这样才能对教材有整体把握，才能根据大纲的要求，合理地安排章节的取舍、章节的学时数，包括理论课、实践课等。教师应当发挥创造性，应该有自己的风格，不能“照本宣科”，要适当地穿插一些实际的资料，从而形成适合教学的讲义，提高教学质量。
目前，我院正在进行示范校建设，将逐步对专业课教材进行改革，我所讲授的计算机控制技术课程也进行了一些有目的的尝试。其核心就是采用“基于工作过程”的教学模式，使教材更接近学生实际，更接近生产实际。
3.以学生为主体，不断改进教学方法
计算机控制技术课程的内涵十分丰富，涉及的知识单元和知识点很多。因此在教学过程中，教师不仅要培养学生计算机控制技术，而且要培养学生系统分析和系统开发的技能。实施“计算机控制技术”的教学，课堂教学中往往以教师讲课为主，要求学生紧跟教师的思路，但是教学方法极易造成教与学的脱节，限制学生创造力的正常发挥。因此，教师应以学生为主体，紧扣教学大纲所确定的培养目标，以应用为目的，以必需够用为尺度，打破课程界限，将相关课程的知识点加以整合，按照“实际、实用、实践”的原则重新组织教学内容。这是计算机控制技术教学方法的重要方面，也为教师在讲课过程中提出了更高要求。
根据计算机控制技术课程教学的实际要求，现有课程一般都在多媒体网络教室中授课。教师通过广播系统可将讲课内容和操作计算机的过程同步显示在所有的学生机上，可以使讲解的内容更加直观形象，更易于理解，极大地丰富课堂教学内容，加大传递信息的容量，提高教学质量和教学效果。但这种方式也有不足之处，首先，多数学生可能没有接触过这种教学方法，缺乏相应学习经验。其次，授课过程中，教师将讲课内容制作成电子教案或教学课件进行课堂演示，信息量大，如果速度太快，学生将无法做到边听课边做笔记，学生印象较浅，容易遗忘。因此，我改进了教学方法，建立了个人的网站，为学生提供教学相关的信息资源支持环境。学生可以通过上网获取教学大纲和教学计划等文件，也可以下载相关学习课件、实验素材和习题等，进行复习或自学，以加强和巩固课堂上所学的内容。另外，教师在教学过程中的角色转换也是一个重要环节，除了原有理论课教学、上机指导、习题课以外，还需加强包括网上通知、网上答疑、在线讨论等方面与学生的沟通和交流。
4.强调实践环节，以培养学生能力为中心
计算机控制技术是一门实用性很强的课程，既有理论又有实践，既讲方法又讲动手能力。许多知识和技能是要靠学生自己动手，在实践中获取的，实践是学生认知的重要环节。经验表明，通过实践可以提高学生分析问题、解决实际问题的能力，可以提高学生的创新能力，可以提高学生自主学习能力，可以提高学生基于问题式的学习能力。
合理安排课堂讲授与实践的比例，这体现了对学生的培养目标。以我的经验，过去安排的学生实践比例太少了，应该适当增加。
实践方式也应该丰富多彩。实践的目的首先是印证对理论的理解，然后熟悉、掌握所学技能，最后综合利用所学知识，启发学生的创造能力和创新精神。在实践环节里，应尽量减少验证型实验的比重，适当增加设计型、综合型及实用型实验。目前大部分实验项目都在实验台上进行，缺点是学生无法看到真正的实物。为了增加学生的感性认识，授课教师可以准备一些如传感器、调节阀、小电机等实用的散件，要求学生完成系统的设计、安装和调试实验，以提高学生的动手能力，为学生创造性发展提供良好的条件。
关键词：物联网专业；控制理论与技术；课程内容；课程设置
1、背景
随着自动控制理论的发展和计算机技术的兴起，在工程实践中采用计算机并行、分布式处理设备来控制各类系统正常工作的生产方式已经越来越普遍。根据物联网专业的课程设置和培养目标，控制理论与技术是其重要的专业基础课，通过学习该课程，学生应掌握控制理论与技术的基本概念、原理和方法，并具备一定的工程应用能力。
由于物联网专业的课程设置和培养目标与自动化等专业不同，因此不能开设大量控制类课程。如何在有限的学时内使学生掌握较全面、实用的控制理论与技术，是物联网专业控制理论与技术课程设置中亟待解决的问题。
自动控制原理是自动化等专业的重要基础课程，该课程理论性强，需要学生具有较好的数学基础，而物联网专业的培养目标偏重实践能力，若采用原有自动控制原理的教学内容，无法使学生真正领会该课程的实际应用价值。随着计算机技术的发展，自动化等专业普遍开设了计算机控制系统和分布式控制技术等应用性较强的课程，但如果对物联网专业的学生仅讲授计算机控制系统或者分布式控制技术的内容，则缺乏基本控制理论的支撑，基础知识单薄，难以达到好的人才培养效果。
针对这一问题，笔者提出把自动控制原理、计算机控制系统、分布式控制技术等内容结合起来作为教学内容，并把理论教学、实验、实训结合起来，使学生既具有一定的理论基础，也具备一定的工程实践能力。
2、课程结合形式和授课方式
物联网专业控制理论与技术课程所涵盖的基础内容包含物联网控制技术概述、自动控制原理、计算机控制系统和分布式控制技术4部分（见图1）。
物联网控制技术概述部分简要介绍控制理论与技术的主要内容、基本概念、发展简史、基本控制方式、控制系统的组成及分类、控制系统的性能要求、控制研究的课题与发展方向等，使学生初步了解课程内容，理解控制理论与技术和物联网专业之间的关系，掌握该课程的特点和学习方法。
2.1 自动控制原理内容
物联网专业控制理论与技术中的自动控制原理部分理论性强，对学生的数学要求较高，不易理解，需要学生具备工程数学、电工电子技术等课程基础，同时还要开设计算机控制系统、过程控制工程、运动控制系统等后继课程，使学生充分理解整个课程体系。
然而，对于物联网专业的学生来说，由于培养目标的不同，该专业多数没有开设工程数学作为先修课程，也没有开设相应的后继课程，这增加了自动控制原理部分的教学难度。结合物联网专业的实际情况，可以适当降低该课程的理论难度和深度，简化复杂的知识点讲解，增加实例，同时根据教学需要辅以相应数学知识的讲解。
自动控制原理部分可以分为5大模块：控制系统的数学模型、时域分析法、复域分析法、频域分析法和自动控制系统的设计与校正。
1）控制系统的数学模型。
该模块介绍自动控制原理的基础知识，主要讲解拉氏变换、传递函数、动态结构图及其等效变换、典型环节的传递函数和自动控制系统的传递函数等内容，使学生对自动控制原理的学习内容具有整体的把握，同时了解相应的课程重点、难点和学习方法。
2）时域分析法。
该模块主要讲解典型输入信号及性能指标、一阶系统分析、二阶系统分析、高阶系统分析、系统稳定性分析、系统稳态精度分析等知识点，同时，辅以相关例题，作为课堂和课后作业，加深学生的理解。
3）复域分析法。
该模块主要讲解根轨迹法，包括根轨迹的基本概念、绘制根轨迹图的基本法则、利用根轨迹分析系统的动态性能和广义根轨迹等。在讲解的同时，以课堂讲解例题和课后作业的形式，使学生切实掌握根轨迹法。
4）频域分析法。
该模块主要讲解频率法，包括频率特性、典型环节的频率特性、控制系统开环频率特性、稳定判据及稳定裕度、闭环频域性能指标及时域性能指标的估算和系统开环频率特性三频段概念等。在讲解的同时，通过大量的实例，培养学生对基础知识的应用能力。
5）自动控制系统的设计与校正。
该部分的知识点较多，主要讲解控制系统的设计步骤、性能指标与系统设计的基本思路、基本控制规律、常用串联校正网络、常用的串联校正方法、反馈校正、复合校正和控制系统设计实例等内容。在讲解的同时与实际系统相结合，加深学生的理解。
在这5个模块中，第1模块是学习的基础；第2、3、4模块是核心内容，是授课的重点内容，也是难点，需要详细讲解每个知识点，并辅以实例；第5模块起到承上启下的作用，既要对前面几个模块向应用的层面进行扩展，也要为后面计算机控制系统和分布式控制技术的内容做好铺垫。
2.2 计算机控制系统内容
随着计算机技术的普及，现代工、农业生产中的大多数控制是在计算机的辅助下实现的。在学生日后的实际生产应用中，要想充分发挥所学的控制理论与技术相关知识，计算机控制系统的学习是必不可少的。
物联网专业控制理论与技术中的计算机控制系统部分的学习，可以安排在自动控制原理部分之后。通过自动控制原理部分的学习，学生能掌握自动控制原理的基础知识和分析方法。计算机控制系统部分的内容更加贴近实际，具有较强的实践性和较高的实用价值。计算机控制系统部分主要包括以下内容：检测设备和执行机构、总线技术、过程通道与人机接口、数据处理与控制策略和抗干扰技术。
检测设备和执行机构部分主要讲解常用的传感器、变送器以及执行机构；计算机总线技术部分重点讲解总线的基本概念、内部和外部总线等知识点；过程通道与人机接口部分重点介绍数字量输入输出通道、模拟量输出输入通道以及人机接口的相关内容。这些内容是计算机控制系统的基础知识，教师一般以讲解为主，并辅以实例，使学生把常用的设备、元件和计算机控制系统联系起来。
数据处理与控制策略是授课的重点内容，通过这部分的学习，学生能掌握数字控制器的设计技术，包括数字滤波和数据处理的方法，以及数字PID控制算法、常规控制方案、先进控制方案等基本的控制策略。抗干扰技术是计算机控制系统设计中不可缺少的内容，通过讲解和举例可以使学生明白干扰的传播途径与作用方式，并掌握硬件抗干扰技术和软件抗干扰技术。
计算机控制系统的内容与实际联系较为紧密，如果与实验、实训相结合，则容易调动学生的学习积极性，进一步培养学生的动手能力，可以达到较好的教学效果。
2.3 分布式控制技术内容
分布式控制技术的应用日益广泛，在物联网专业控制理论与技术课程中增加对分布式控制技术的讲授，不仅可以使学生掌握较为先进的控制方法，也可以为后面云计算等与分布式计算相关的课程打下基础。基于物联网专业控制理论与技术课程的培养目标和课时，分布式控制技术的内容不易涉及过多，可以作为计算机控制系统部分--的有益补充。这部分的学习主要使学生了解分布式系统，掌握最常用的客户服务器端架构方式。
在对分布式系统定义的讲解过程中，可以对比介绍分布式与集中式的区别，以及分布式与计算机网络的关系，详细分析分布式系统层次结构、分类以及分布系统的主要特征（容错性、安全性等），并进一步介绍分布式系统中的软硬件设备。
客户一服务器端架构是最常用的分布式控制方式，在介绍客户一服务器模式的基本概念和优点后，可详细讲解两部分内容：一部分是客户一服务器端架构和体系结构，包括面向连接服务与无连接服务、应用程序的层次结构和客户一服务器模型体系结构等；另—部分是客户-服务器模型的进程通信，包括进程通信中客户—服务器模型的实现方法和客户_服务器模型的进程通信协议。
由于云计算等后继课程的开设，分布式控制技术讲授的内容不易过多，使学生能初步掌握分布式系统的概念、特点和典型应用即可。
3、课时安排
物联网专业控制理论与技术课程的学时安排要结合学生的具体情况。如果是本科生专业，可以适当增加自动控制原理的内容，这部分内容的理论性较强，能够使学生深入理解基本的控制理论。如果是专科专业，可以适当增加计算机控制系统和分布式控制技术的内容，这部分内容的理论相对简单，对学生的数学基础要求不高，以结合实践的具体应用为主，能充分调动学生的学习积极性，培养学生的工程实践能力。
以48～64学时的课程设置为例，物联网专业控制理论与技术课程内容安排见表1。在自动控制原理、计算机控制系统和分布式控制技术这3部分中，以自动控制原理为主，占31～3时，这部分包含最基本的控制理论，是学习的重点与难点。计算机控制系统和分布式控制技术占17～25学时，这部分与生产实践结合紧密，是基
同时，还应设置8～16个学时的实验，培养学生的动手能力，并辅以1～2次的专业实训课程，让学生进入生产第一线，进一步理解控制原理和技术在现代化工业生产中的应用。
4、实验与实训设置
实验有助于加深学生对基本概念、理论和算法的理解。由于控制理论与技术课程涉及较多的教学内容，针对每个教学内容都采购专门的实验仪器设备，会给新开设的物联网专业实验室建设带来较大的压力，因此，课程开设初期可以采用仿真试验的方式，既可以涵盖理论教学内容，也能够降低实验室建设成本，以后再逐步增加实验设备及相应的实验。
Matlab软件功能强大，可以直观地显示并分析复杂的结果。很多高校都采用Matlab软件完成自动控制原理和计算机控制系统等课程的实验教学。物联网专业的控制理论与技术课程也可采用Matlab仿真软件，并辅以C或者C++等学生较为熟悉的高级编程语言联合编程，以满足相应的控制需求。
控制理论与技术课程共设置8个实验，每个实验2学时，实验内容为控制系统的Matlab数学建模、控制系统的时域分析、控制系统的频域分析、控制系统稳定性和稳态性能分析、控制系统串联校正、采样系统设计与实现、PID调节器设计与实现和电机控制系统综合设计。其中，前5个实验类型为验证性实验，后3个为综合设计性实验，以学生操作为主，每人一机，辅以计算机多媒体演示。在实际教学中，可根据实际情况调整验证性实验和综合设计性实验的比例，使学生充分理解理论教学内容、灵活运用所学知识，培养学生的综合能力。
实训可以使学生进一步理解控制理论与技术在实际工程中的应用，激发学生研究探索的兴趣，促使学生更快地把所学知识应用到工作中去。以青岛科技大学为例，物联网专业开设了“轮胎智能生产流程实训”。通过实训，学生了解了橡胶轮胎企业生产中的各个环节、各个流程，全面掌握橡胶轮胎企业中的控制原理与技术以及物联网相关的技术环节、技术装置和技术性能等，全面提高了学生综合知识的应用能力。
关键词：计算机控制；理论教学；考核方式
作者简介：张立富（1971-），男，黑龙江哈尔滨人，黑龙江大学机电工程学院，副教授。（黑龙江 哈尔滨 150080）
基金项目：本文系黑龙江大学新世纪教育教学改革工程项目（项目编号：2011C112）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）08-0148-02
“计算机控制技术”以控制技术、电力电子技术、计算机技术等为基础，综合运用了传感与检测技术、PLC技术、工程技术、电机测控技术、单片微控制器技术和网络构建技术，其核心是微电子控制技术，是实现生产技术的精密化、生产设备信息化及生产过程自动化的专门学科。[1]近年来，企业对计算机控制领域的应用人才需求很大，为了适应科学技术发展对高层次人才培养的需求，各高校都在积极寻求“计算机控制技术”课程教学改革的有效方法和手段，加强对学生创新能力与综合素质的培养。由于“计算机控制技术”课程的理论性和实践性都很强，因此，对理论教学和实践教学、考核方式进行探讨、研究和实践显得尤为重要。
一、“计算机控制技术”课程现状分析
在“计算机控制技术”教学实践中，存在的主要问题有：
1.理论学时数多，实践学时数少
目前，“理论课+实验”是被各高校所普遍采用的“计算机控制技术”传统教学模式，课堂教学往往占主导地位，实验教学起辅的作用。这就直接导致了学生学到和掌握的理论知识较多，但真正面对实际系统的时候仍然是一片茫然，而如果盲目减少理论学时数又会影响课程内容的系统性和完整性。
2.实验教学内容单调
当前，在大部分高等院校所开设的“计算机控制技术”实验中，通常是演示性的实验和验证性的实验居多，比如A/D转换实验、PID控制实验等，而开发性较强的综合性实验设置偏少。学生通常对于简单的验证性实验能够较好地掌握，效果也较好，而在进行独立的综合性系统开发时显得一片茫然，无法将学到的理论知识有效地转化为实际的动手能力。
3.考核方式不能客观地反映学生的能力
该课程传统的开卷考核方式和闭卷的考核方式都对课本的依赖程度较高，学生往往可借助死记硬背的方法就能获得较高的分数。而对于那些平时善于独立思考，具有创新意识，兴趣点在于解决实际问题的学生来说显然是不公平的，这是因为他们不喜欢死记硬背，取得的成绩自然也不是很理想。显而易见，这种单一靠一张试卷来评价学生的考核方式存在的弊端较大，更不能如实地反映一个学生的真实能力和水平。
二、“计算机控制技术”课程的理论教学和实践教学改革
1.进行理论教学改革，注重对学生创新能力和综合素质的培养
课程改革除了优化教学内容之外，教学方式、方法的改革也很重要。随着现代科技的不断发展和进步，单纯的继承型、守业型人才已经无法满足社会的需求，未来的人才应以能够独立思考、善于进取、有创造性思维为基本特征，并能够顺应新形势的发展、变化。[2]
（1）重视教学目的和要求。在教学过程中，教师应重点强调“计算机控制技术”课程的教学目的和要求，这就决定了在教学过程中基本概念、基本规律的讲授形式。在讲解计算方法时，除了培养学生的计算能力，还可以借助计算所得的结果使学生更好地理解和掌握基本概念或基本规律。
（2）采用多种教学方法，使学生成为学习的主体。由于计算机控制技术非常密切地与实际应用相联系，枯燥的概念比较多，因此授课教师所采用的教学方法是否合理必然会影响教学效果的好与坏。[3]笔者根据具体的教学目标、课程的特点、学生的知识基础和心理特征，以及其自身的特点，采用多样化的教学方法大大降低了“计算机控制技术”的教学难度，所讲授的内容也就更容易被学生所理解。
积极运用项目驱动教学法。该方法将“理论教学、学生自学和独立实践”有机结合在一起，以集教学和实训为一体的实训室为载体，以小组为单位，由实际问题入手，通过技能训练引出相关的知识和理论，给出明确的学习目的、学习内容和学习要求。学生通过自主学习找到解决问题的思路，最后通过独立动手实践进一步加深对于概念的理解和掌握，同时相关的技能也获得了提高。这种教学方法将理论知识的实用性放到首位，彻底打破了传统的先理论后实践的教学模式。
积极采用探究式教学法。在教师的指引下，让学生对当前教学内容中的主要知识点进行自主学习、深入探究并辅之以小组合作交流或讨论，这种教学模式既可以提高学生的学习兴趣，培养创新思维和创新能力，还可以帮助学生更深入地理解和掌握所学内容。
该教学法能够取得成功的关键是要保障学生在学习过程中的主体地位，同时还需要有教师启发和引导，离开其中的任何一方，探究式教学模式都很难取得良好的效果。由此可见，“自主、探究、合作”是这种教学模式的基本特征。
（3）转变授课方式，培养学生独立学习和思考的能力。通过改变授课方式加大课堂信息量，在总学时无法增加的情况下适当减少理论课教学时数，增加实习实训教学时数，即做到：在课堂教学上抓住重点内容，尽量选择有代表性的方法和技术来讲解，给学生留出课后自学的空间。课堂教学内容从刚性化向柔性化转变，从单一化向多样化转变，从灌输式向启发式转变，鼓励学生自主学习，独立思考。
2.改革教学手段，增强教学效果
研究和改进教学手段也是提高教学质量的重要一环，在明确教学目的和内容之后，教学手段将直接影响学生对于知识的理解和掌握，对于能否高质量地完成教学任务和教学目的意义重大。本课程在教学过程中大胆采用高科技教学手段，尤其是多媒体辅助技术、3D动画制作技术和模拟仿真技术，突破了传统的“教材+粉笔+板书”教学模式。改革教学手段不但可以使晦涩难懂的教学内容变得更加直观形象，而且还可以节省教学资源，提高教学质量。
3.实践教学改革，培养浓厚的学习兴趣
（1）为培养学生的动手能力和创新意识，课题组以作业的形式安排了小型课程设计。如“锅炉温度计算机控制系统设计”、“直流电机闭环调速控制系统设计”、“产品装箱计算机控制系统设计”等与课程密切相关的内容，同时在设计任务和内容上要考虑到学生能力的个体差异，既要照顾到一般水平的同学，也要给少数优秀的学生发挥聪明才智的机会。通过这样目的性很强的实际设计会使学生得到不同程度的锻炼，如：方案的选择、硬件的构建、软件的开发等。巩固所学知识的同时，也为将来顺利完成毕业设计打下了良好的基础。
（2）除了在教学过程中增加课程设计这一教学环节之外，在教学改革的过程中，笔者还对实验室进行了完善，对原来的实验内容进行了优化，设置了综合性的设计实验与传统性的印证性实验，以期通过实践教学，达到培养学生应用所学的控制理论去解决实际问题、将实际遇到的问题抽象为理论问题的能力的目的。综合性实验与印证性实验的区别在于：只给出实验的目标和要求，详尽的实验步骤、实验电路图是没有的，学生可以根据个人的实际情况选择难易程度不同的实验并在实验之前完成预习报告，根据实验给出的性能要求，独自进行系统的设计、系统的搭建和调试，完成实验任务之后，要求学生写出实验报告及心得体会。通过采取这些措施，极大地调动了学生的学习主动性和积极性，有利于培养学生的实践能力和创新思维。
（3）加强实践环节，引入企业现场教学环节。加强实践教学环节，培养学生的创新能力和创新意识。由于本课程具有综合性与实践性强的特点，在教学过程中，笔者引入了企业现场教学环节来弥补传统教学模式的不足。企业现场教学的意义主要体现在：一方面，通过带领学生深入企业现场了解产品的研发过程，让学生对于所学知识的实际应用有个直观的认识和了解，切身感受所学课程的重要性，提高学生的学习兴趣；另一方面，通过在企业现场结合实际应用的讲授，可以引导学生做到学以致用，增强理论联系实际的能力；通过在企业的参观、学习还可以加深学生对企业的认识，了解企业对人才的需求，从而引导学生及时地调整自己的学业规划，为将来的就业做好准备。
（4）积极参加各种科技实践活动。机电工程学院所设置的专业分成机械和电气两个方向，属于纯工科性质，将来学生的就业领域以工程应用居多。因此，自学院建立以来一直非常重视鼓励学生积极组织或参加各种形式的科技活动，如：3D建模竞赛、大学生挑战杯比赛，同时还建立了大学生创新实验室，有对相关的科技创新活动提供研发平台；选择一些优秀的学生组建应用软件的学习团队，配备专业的教师为学生提供必要的学习指导，如：利用MATLAB软件进行控制系统的仿真研究；利用Protel软件进行电路板设计；利用SolidWorks或UG软件进行三维建模设计。在提高学生的计算机应用能力的同时，还进一步拓宽了将来的就业机会。[4]
三、改革考核方式，加大对动手能力的考核力度
尽管可以把对学生进行考核作为督促他们学习的有效手段，但绝不是最终的目的。传统的考核方式通常是凭借一张考试卷来评判学生学习效果，这种评价方式无法体现学生的综合能力，尤其是动手能力和创新能力，而更为科学的评价模式应该不仅能激发学生学习的热情，而且还能反映学生的综合实力。
最后的成绩除要考虑闭卷考试成绩之外，还应该引入平时的作业、测验、实验、课程设计等环节。笔者经过多次实践，总结出比较合理的权重分配为闭卷考试成绩占45% +平时成绩（含作业和测验）占20%+实验成绩占20%+课程设计成绩占15% 的模式。通过采取这种灵活多样的多环节考核方式，可更为有效地激励学生学习热情以及对实习实训的重视程度，使考核的结果也更加客观。
四、结论
“计算机控制技术”是电气工程及其自动化专业的重要课程，涉及科目种类繁多，具有专业性强、内容更新快等特点。课题组为有效提高学生的综合素质，根据课程特点从理论教学以及实践教学两个方面进行了研究与实践，并对考核方式进行了优化，获得了较好的教学效果。
参考文献：
[1]林敏.计算机控制技术及工程应用[M].第2版.北京：国防工业大学出版社，2010.
[2]陆锋，陈桂，林健.应用型本科院校《计算机控制技术》课程教学改革实践[J].创新教育，2011，（12）.
[3]周景报.关于计算机课程教学方法的探索[J].广西轻工业，2009，
【关键词】电气自动化 课程体系 优化改革 特色思考
电气自动化技术对新型高技能人才市场需求潜力巨大。毕业生主要面向企业自动化生产线的供配电系统、计算机测控系统、电气工程、自动控制系统、楼宇智能化设备安装、调试及运行维护、机电设备销售、安装及维护、电力系统的设备运行及维护等。为了学生能够更好的适应社会的发展，课程体系构建的合理性显得尤为重要。
一、传统电气自动化技术课程体系的不足
传统的电气自动化课程体系一般针对电工电子及继电控制等，并明显偏重电气控制。而当前科技发展的态势特别注重专业交叉融合，电力电子技术，自动检测技术，机械技术，信息技术等高度结合以实现生产线的柔性化与智能化。还有目前开设的一些课程带有明显的滞后性，如 《自动控制原理》等关于电气自动化技术基础方面的课程， 课程内容除了一些有关自动化系统的基础理论外，其课程中所讲述的电气自动化技术、装置与器件，大多数都与当前工业现场使用的新型技术、装置等脱节。目前许多高职高专电气自动化的教学都带有一定的随意性，电气自动化课程和内容常常只是根据本校的场地、设备、考证要求、教师素质来开设，教学内容多呈散乱的低水平状态，难以保证课程的教学质量。随着生产设备科技含量不断的提高，以满足企业需求为目标的新兴行业不断出现，电气自动化专业要保持其自身的特点，必须强化专业方向，优化课程体系改革。
二、课程体系的改革与优化
电气自动化技术课程的设置主要有两种方法，一是在保持原来开设的电气自动化基础课程基础上，将当前通用的电气自动化技术插入到传统技术课程中，如将 PLC技术或变频技术穿插到电机控制、继电器控制等技术中，以解决电气自动化技术课程不足的问题。二是单独开设自动控制原理、PLC、自动检测、单片机技术、变频调速技术、电力电子技术、工业网络、组态技术、供配电技术等课程。由于信息技术和计算机技术在电气自动化领域中的应用日益广泛，要求我们必须对原有课程体系进行改革，并根据自动化技术的发展增加新的教学内容。经过调研和实践论证，我们在课程体系中增加自动化领域应用广泛的新技术课程。如：“变频器应用技术”“计算机网络技术”“电子EDA技术”“计算机控制技术”“组态软件”等课程。同时，根据高职高专的特点，理论知识以适用、够用为原则，对一些课程进行整合。将《C语言》与《单片机原理与接口技术》这两门课程合并为《单片机原理与应用》；如将《工厂常用电气设备》与《电机与拖动》这两门课程合并为《电机及电气控制》；将应用相对较少的“工厂供电”的内容进行整理更名为“供配电技术”，同时把该门课程变为企业课程，让授课内容更贴近生产一线等。
三、新课程体系的特色思考
1. 保持教学内容的基础性与综合性，体现其现代性与应用性
新构建的电气自动化课程内容应该以基础技术为主，兼顾技术的综合性，它是新构课程内容整合的一个重要原则。科技的发展日新月异，新技术的应用更是层出不穷，要想在课程体系中实时反映最新的技术，无论从设备、师资和教学资料等方面，都是难以做到的。所以，课程的先进性不完全等同于技术的先进性。但是，教学内容的遴选应该是当前较普遍应用的技术，将一些新器件和新技术的应用整合进教学中来 。如触摸屏，人机界面技术，组态网等。
2. 改革实践教学体系，注重技能训练
整合后的新课程体系应注重实训环节，使学生在掌握基础知识基本理论的基础上，通过大量的实训环节，提高实践技能。加强自动化技术基本技能（电力电子、电器产品装配及维修）、计算机应用能力（单片机技术、电子EDA技术、电气 CAD、计算机控制技术）、专业能力 （自动检测技术、电力电子技术、工厂电气控制技术、可编程控制技术）和工程实践能力（工程实践、生产实习、顶岗实习） 训练。完善实训条件，独立完成技能实训，同时加强对实训过程的指导和管理，真正建立起适应高技能应用性人才培养的办学模式。
3. 加强“双师”型师资队伍建设
电气自动化课程体系建设能否达到目的，关键在教师的观念、教师的能力、教师的素质。要更新理念，组织教师开展教研教改，拓宽师资来源渠道。鼓励青年教师到高等院校、培训机构和企业进修学习，提高学历 、学位和专业实践技能，同时从其他院校、科研机构、企业等单位聘请理论新、实践工作经验丰富的工程技术人员充实教师队伍，专业教师到企业或生产服务一线顶岗实践等多种形式提高教师的双师素质。
高职高专在实践教学中，坚持以能力为本位，根据各专业培养目标，在分析、预测就业形势和就业市场的基础上，精选实践教学内容，不断的优化与改革专业课程体系，把技能训练和职业素质培养有机结合起来，注重学生综合能力的培养与提高，突出强调职业岗位针对性，从而增强学生的择业竞争力。
【参考文献】
[1]卢小锦. 高职电气自动化技术专业课程体系的构建[J].考试周刊，2011（30）.
摘要：面对高考的三本学生生源，如何培养高质量的计算机学科的应用型人才是当前独立学院普遍关心的问题。本文总结了南开大学滨
>> 以培养应用型人才为主线，深化计算机课程教学改革 以应用型人才培养的计算机控制技术课程教学改革 中职计算机课程教学改革――项目教学法的应用 以创业团队带动计算机课程实践教学改革 文秘专业计算机课程教学改革创造能力的培养 以计算思维培养为导向 深化大学计算机课程改革 以就业为导向的应用型本科计算机课堂教学改革分析 校企合作人才培养模式下中职计算机课程教学改革创新 面向应用，深化大学计算机基础课程教学改革 基于应用型创新人才培养的计算机基础课程教学改革研究 应用型人才培养定位的计算机专业硬件课程教学改革 基于培养工程应用型人才的“计算机网络”课程教学改革 应用型人才培养目标下的高职计算机课程 推进实验教学改革 培养计算机专业应用型人才 基于应用型人才培养的职校计算机教学改革研究 以培养应用型人才为理念的《计算机应用基础》课程改革探究 高职计算机应用课程教学改革探讨 “计算机应用基础”课程教学改革探讨 《计算机应用基础》课程教学改革浅析 浅谈《计算机应用基础》课程教学改革 常见问题解答 当前所在位置：，2006，(4).
[3] 王文俊. 关于为实现应用性人才培养目标深化教学改革的几项措施[EB]. 222.30.63.2/news/viewarticle.asp?id = 1229，2006，(1).
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收稿时间：2007-2-3
作者简介：许志英（1978-），女（汉族），江西临川人，助教，浙江省绍兴市文理学院元培学院计算机教师。
朱耀庭（1944-），男，南开大学信息学院计算机系教授，博士生导师。
苏利春（1944-），男，南开大学滨海学院主管教学工作副院长。
教育本来就是要使学习者不断适应时代的变化，立足当前，面向未来。教育的最高目标是要使人们能够达到自我实现和过负责任的生活。创新教育就是中小学教育中必然的一部分。创新教育应当培养学生具有一定的创新意识、创新思维、创新能力。使学生在牢固、系统地掌握学科知识的同时，具有勇于实践的意识和精神，有综合运用已有知识解决新问题的能力，进而发展他们的创新能力。
对于创新能力的培养和发展，环境是人的创新能力提高的重要条件，环境优劣影响着个体创新能力发展的速度和水平；实践是人的创新能力形成的唯一途径。因而，要发展学生的创新能力，还需要给学生提供合适的环境和平台。这个平台应当具有一些特征：适应时展和学生兴趣；具有较强的综合性；具有基础知识学习的价值；有学生创意发展的空间。
随着近几十年来计算机技术的飞速发展，以自动控制为核心的智能机器人，正在人们日常生活中得到广泛的应用与发展。一方面是技术未来发展的趋势，另一方面也是引导学生学科学、爱科学、用科学，启发心智和思维，提高综合实践能力、动手能力、创新精神和意识的综合学习平台。为使这个平台充分发挥其教育价值，我们在区级层面采用的做法主要如下。
创新教师的“机器人”的培训内容和方法
机器人作为一个优秀的综合教育平台，尽管在中小学已经得到了很大发展，但整体还不能做到面向“大众”的教育。其原因大致有：课程定位和教育理念；教学组织和成本；教师的教学理念和模式；机器人的核心控制技术等。
针对上述问题，我区自行开发了一个机器人开放的平台，并对教师进行培训，力图从机器人涉及的多环节进行学习，并进行教学方法的熏陶。大体经历了以下环节。
1.焊接主板和输入输出板
本系统控制部分采用分立的几个模块，循序渐进，易于学习者分别学习，不至于一下子掉入“黑箱”中。在设计电路板时，采用双列直插元件，学习者可以自己进行焊接，在焊接过程中，认识电子元件，了解单片机系统构成，了解各模块组成，练习焊接技术，稍加指导，焊接成功率达到100%。目的是使老师们了解电子技术常识，因为这是机器人组成的一部分。主要焊接的电路板见图1。
本主板上的单片机采用的是AT89S52，该单片机系统成熟、价格低，教材较多，作为中学生的学习已经完全够用，未来作为学生开发一些控制系统，也基本可以。
2.嵌入式C语言程序设计学习
应用于教学的时候可以采用两种方式。
方式一：见图1，可以进行C语言程序设计的初步学习，包括计算机中的位、字节等，程序设计的基本概念和程序设计的三种结构，把按钮和拨码开关作为输入信号，把LED显示、数码管显示和蜂鸣器等作为输出设备，可以感悟计算机对物理信息的采集、处理和输出的全过程，可以认识当前应用技术上作为LED灯和数码管显示的原理和处理方式，也为后一步车体的运动打下基础。
方式二：见图2，包括了单片机系统、稳压电源、机器人车体、直流电机、直流电机控制板、声音传感器、红外传感器、光电传感器等部分。可以进行机器人整个过程的学习，体验物理信息采集、处理、加工全过程；学习软、硬件协调对机器行为的控制；学习者自己练习组装机器人系统，还可以自己设计底板、车轮等结构部分，与主板等电路组合，为其设计自己需要的控制系统留有充分的空间。
编程软件使用Keil，下载软件使用AVR fighter或者Progisp，这是社会上实际开发单片机系统使用的工具软件。使用本软件可以使学习者更接近当前社会上的实际应用，感兴趣的学生可以直接开发产品。
主板上单片机系统32个端口的开放以及与实际应用的开发软件相结合，给学习者提供更大的自由发展空间。车体结构可以自行设计加工带来的启发，可以引导学校中的爱好者根据学校条件自己开发，结构设计的不完善，有利于学生问题的产生，为学生将来的创意与制作提供了空间。
3.拓展培训
为更多了解机器人实际应用，又对教师进行了机械结构的拓展学习，如投球装置，机械手装置等见图3。
本系统的整体设计从课堂教学的角度出发，易于教学组织；从学习机器人的综合性出发，在电子、计算机构成、程序设计、结构基本设计与制作为学习者提供了发展空间。
作为对教师的培训，试图使教师更全面、深入地理解机器人。学生的发展需要环境，教师的发展同样也需要适合的环境。教师发展了，学生能更好发展；教师有创新意识、方法和能力，才可能引导学生创新意识和方法的提升。
教师的教学实践
自2013年3月起到现在，我区已经有20余所初中、高中学校，根据《普通高中信息技术课程标准》中程序与设计的要求，以信息技术程序设计为切入点进行以机器人为载体的程序设计教学试验。课程内容主要进行C语言的初步学习。教师们初步编写了实验教材，主要内容有机器人基本常识、C语言入门、程序的三种基本结构、计算机对物理信息的采集及处理、计算机控制技术的基本方法，计划用15课时。
教师们上课后普遍反映：可以完成信息技术课程标准中的程序设计教学的基本要求，还可以学习计算机的一些基本知识；教学易于组织；成本低；学生感悟了计算机控制技术的应用原理；学生上课积极，参与度高；学习方式发生了变化，体现在“玩中学”“做中学”、探究、合作等；对开发校本课程进行学生的创意实践活动提供了一个平台……
在学习活动中，学生们根据自己的想法提出多种有创意的设计，并且实施出来。
1.在学习LED灯的显示变化时，学生提出了很多创意，其效果千变万化。有的学生主动把LED灯和数码管组合起来变化，自觉不自觉就把数制与数制转换问题、编码问题、程序结构应用结合到一起。如有的学生根据LED灯显示的效果（通过按键控制任意变化），将其转化成对应十六进制数值，并在数码管上显示出来（见图4），有的学生把其转换成十进制显示（见图5），在“玩”中学习了进制及转换以及程序设计；有的学生自己就编写“交通信号灯”等程序；有的学生编写“电梯”的运行程序过程，通过按键、LED灯和数码管组合来表示“电梯”上下运行过程，见图6。有的学生用通过按键、LED灯和数码管组合来表示公园“喷泉”的变化过程；有的学生通过现有条件模拟智能地铁交通信号及控制……在一次交流会上，参会的计算机老师们都为学生的创意和编程能力大加赞赏、感叹。同时我们也在考虑：学生有设计、创意，我们应该如何提供更好的实践环境，使学生的设计、创意能充分表达出来，促进学生综合能力的提升。
2.为提高学生的动手能力和实践能力，一些教师还组织学生进行焊接电路板的试验。一位初中信息技术教师组织初一学生焊接主板和输入输出板，见图7。老师第一次做，学生也是第一次做，最后都成功了，学生为自己能实际制作一台“计算机”而兴奋。做完后直接用在课堂教学中。
图7 制作电路板
我们议论学生实践能力不足时，是否也要考虑我们是否给学生提供了适合的学习、实践环境。
3.创意设计。学生学习基本程序设计后，还能有创意地进行一些综合创意活动。如老师用4×8点阵板做点阵编码的练习后，学生就想到了市面上的点阵屏，要制作一个“点阵屏”。由于设计的每个单片机与点阵板需要并行连接，因而一块主板仅能控制一个4×8点阵组。教师指导大家设计了组字方案后，每位学生负责其中一个4×8点阵，最后由专人负责组装在一起并进行统调，完成一个“点阵屏”的制作。结合学校的主题活动，图8是初中学生组的“福”。这其中包含了学生的创意、设计、硬件制作（连接很复杂但学生完成了）、程序设计、协作与合作。
教师除教学中面向多数学生使用车体进行机器人教学外，还组织、指导学生进行机器人拓展实践活动，如利用激光雕刻机使用平面加工的方式组装“机械手系统”，见图9；利用3D打印机和舵机设计并制作出的“机器人”，见图10。
当我们为学生提供合适的平台时，学生的能力往往会超出我们的想象。那么我们提供什么样的创新平台，就是我们教师的任务了。
4.比赛。有的教师在学生学习一个阶段后，自己设计了一些适合学生班级之间机器人比赛的活动项目，如图11是巡线、避障综合应用的巡线机器人活动项目，图12是运球机器人。在运球机器人项目中，仅给学生一周时间，学生应用现有条件，设计并制作了多种“运球”装置，参加比赛活动。
尽管前述学生的作品可能不如现成产品那么成熟、完善、理想，但实际上学生把智能控制的主要技术方法已经基本了解，其成果是学生综合知识运用的成果，是学生创意能力的体现。在这个空间里，学生在发展、提升。按有的老师说法：我们的目的是促进学生的学习。
在中小学进行机器人教学，目的是使学生在活动中学习相关的知识，知道现代智能控制技术的方法，经历发现问题、解决问题的设计、制作、调试等过程，领悟科学实践的方法，养成勇于实践的精神和创新的意识。
关键词：MATLAB软件；机电工程；控制；仿真
中图分类号：TP13-4
控制类课程是机电专业本科生的专业必修课。学习好控制类课程为学生能够在学习和工作中更好地解决实际问题打下了坚实的基础[1]。控制类课程的共同特点是课程内容抽象，数学公式推导偏多。传统的讲授办法多偏重教师单方面进行理论讲解和公式推导，缺乏具体应用的例子演示，导致学生偏重死记公式，忽略控制系统实际的运行过程，缺乏理论联系实际的经验[2]。从而导致学习内容枯燥，学生容易产生厌学情绪。
MATLAB软件具有强大的数学计算、逻辑运算和图形处理等功能。且拥有丰富的工具箱系统，可以生动的展示控制系统设计和调试的详细过程，使得学生能够充分地了解控制系统的实际工作原理和过程，而不是死记公式。在提高学生学习的积极性的同时，MATLAB的介绍和使用还为学生今后进行学习和研究提供有力的工具。本文在分析了机电专业控制类课程的教学特点的基础上，介绍了MATLAB软件的系统建模、仿真、调试和分析等功能，最后给出了具体的将MATLAB软件应用到控制类课程教学中的例子。
1 控制类课程的教学特点
机电专业控制类课程的特点如下。
（1）课程内容中概念抽象、数学公式偏多[3]。经典控制理论以拉普拉斯变换为数学基础，涉及到系统的稳定性分析、控制系统的设计和校正等概念和数学公式推导。现代控制理论是建立在状态空间法基础上的一种控制理论。基于现代控制理论发展了智能控制、非线性控制、自适应控制、鲁棒控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、预测控制等高级控制系统。
（2）课程内容涉及的知识面广，包括控制系统的模型建立、系统分析、系统设计的基本理论和相关技术。
（3）课程内容中数学计算量大。控制类课程中涉及到的系统的模型建立、系统分析、系统设计等问题都需要大量的数学推导和计算。例如基于拉普拉斯变换的表达系统输入输出特性的系统传递函数的求取、系统分析用的频率响应法和根轨迹法都需要大量的数学计算。
2 MATLAB的教学应用
Matlab是一种用于数值计算、系统分析、系统仿真的软件平台[5]。Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。MATLAB软件还拥有大量的应用工具箱，其中和控制相关的工具箱有系统辨识工具箱、控制系统工具箱、模糊逻辑工具箱、模型预测控制工具箱、神经网络工具箱和鲁棒控制工具箱等。利用这些工具箱可以生动、快捷的进行系统分析和设计的展示。
2.1 应用MATLAB进行系统建模与分析
利用MATLAB软件可以方便地对系统进行建模与分析。下面通过几个例子进行说明。
系统数学建模的举例
系统结构图如图1所示，求闭环系统的传递函数Y（s）/R（s）。
图1 系统结构图
应用MATLAB编程如下：
s=tf（'s'）：F=1/（s+1）：C=（s^2+s+60）/s/（s^2+40*s+400）：
G=1/（s^2+5*s+10）：S=10/（s+10）：T=F*feedback（G*C，S）：
最终得到的系统传递函数为：
（s3+11s2+70s+600）/（s7+56s6+1115s5+9560s4+36510s3+68020s2+40610s+600）
根轨迹分析举例。
已知单位反馈系统的开环传递函数为G（s）=K/[s（s+1）（s+2）]，利用MATLAB编程进行根轨迹分析如下。
s=tf（'s'）：G=1/（s*（s+1）*（s+2））；
MATLAB绘制的根轨迹图如图2所示。
图2 MATLAB绘制的根轨迹图线
2.2 MATLAB在PID控制器设计中的应用
PID 控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器[4]。
设开环系统传递函数为G（s）=（s+6）/（2s3+5s2+4s+2）应用MATLAB的Simulink对系统进行仿真，如图3所示。
图3 MATLAB的Simulink仿真图
在Simulink仿真环境中，可以通过改变PID模块中的Kp、Ki和Kd来修改PID的三个参数，通过Scope模块来显示当前的系统输出情况。这样可以使得学生能够更加直观地观察到PID的三个参数的变化对系统的影响。
3 结束语
本文介绍了将MATLAB软件应用到机电专业控制类课程的相关内容。MATLAB软件具有强大的计算功能和图形处理功能，在控制类课程中应用MATLAB软件有利于学生对控制系统有更深入的了解，能够对控制系统的分析和设计过程有更直观的展示。本文在分析了控制类课程特点的基础上，介绍了MATLAB的特点，最后通过实例说明了将MATLAB应用于控制类课程的好处。
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Abstract: To improve vocational college students' theory and practice integrated capabilities, update teaching philosophy and optimize teaching strategies, the situation in the traditional universities and vocational colleges is investigated. With "capacity-building" as the dominant ideology, robot teaching in vocational colleges is explored and researched from the aspects of teaching contents and teaching methods.
关键词：高职；机器人；教学改革
Key words: higher vocational; robot; teaching reform
中图分类号：G71 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2011）12-0198-01
0 引言
机器人学是一门集机械学、电气学、计算机学、人工智能、材料学等多学科交叉的综合性学科，无论在在基础理论方面还是在实践应用方面，都正在以惊人的速度发展。近年来，我国的机器人教育有了很大的发展，机器人课程逐步成为高校综合性实践课程。能否有效地开展机器人教学已经成为直接影响学生综合能力培养和综合素质提高的重要因素。因此，在高职院校对机器人课程的实验教学探索与实践是非常必要的。
1 机器人教学情况的调研
1.1 传统高校机器人教学情况 本科院校以及传统专科院校一般开始有“机器人学”、“机器人概论”等课程。开设的专业较广，涉及机械工程、电子工程、航空航天、计算机科学等专业，开设方式多样，如必修、专业选修、全校选修等。国内高校选择教材较集中，选用蔡自兴 《机器人学》、熊有伦 《机器人学》的居多，部分高校的课外参考书为国外原版教材。实验学时数相对较少 （实验与讲解的比例最高为1：3.2），半数以上高校的实验课时数为零。
1.2 高职院校机器人教学情况 高职院校分为两种类型，一类为原高专转变而来，这类院校一般沿习传统院校的教学方法；另一类为新型高职高专，以技能培养为核心，在机器人教学方面教学方法多元化，多数开展了机器人兴趣小组等机构，在少数学生中进行机器人技术的培养，或者开展公共选修课进行基础知识普及。在高职院校工科专业实现机器人技术的系统学习，各院校都还处于尝试阶段，尚未找到行之有效的方法。
1.3 现存问题分析 在传统的教学方法中，我国机器人教育普遍存在着重视知识传授、轻视能力培养，重视理论教学、轻视实践环节的问题，使得学生只满足于死记硬背知识点，没有注重学生独立动手能力、综合分析问题和解决问题能力的培养。而在高职院校，由于技能培养的目的性较强，对于机器人技术这种综合性学科，开展普及性教学尚存在较多屏障。
2 高职院校开展机器人教学的可行性分析
2.1 高职院校机器人教学环境分析 高职院校一般在工科专业高年级开展机器人教学，此时教学对象已学习过本专业基础课程，例如电工电子学、机械设计、程序设计、PLC技术、单片机等，储备知识基本全面。而且，高职院校的特点是侧重于技能培训，实训课程比例较高，学生普遍动手能力较强。这为我们进行机器人技术的学习提供了有利条件。但是，同时我们必须认识到，高职院校不强调教学的系统性和完整性，这将导致学生知识结构系统性差，综合分析能力相对较弱，是机器人教学的瓶颈所在。
2.2 高职院校开展机器人教学的必然性 机器人技术涵盖了工程技术几乎各个方面，并且该技术处于高速发展阶段。在高职院校开展该课程，不仅有利于增强学生的综合能力培养，更为学生后期发展和拓展性学习提供了良好的基础。高职学生在具备了本专业必备的技能之后，必须将各种技术综合运用，才能够处理现实问题，而要将机械机构设计、电路电子设计、程序设计、安装调试等综合运用，是任何一门基础课程都无法实现的，只有机器人技术课程可以成为培养学生综合运用专业知识的有效载体。
3 高职院校开展机器人教学的若干方案探讨
3.1 将教育机器人与相关专业课程相结合 教育机器人将机器人应用于教育领域，是由生产厂商专门开发的以激发学生学习兴趣、培养学生综合能力为目标的机器人成品、套装或散件。目前，教育机器人硬件技术方面已经非常成熟，设备的可靠性、灵活性、耐用性等性能都已得到社会的广泛认可。教育机器人的硬件配件多样，技术支持能力强，价格也相对便宜。控制操纵机器人的关键问题之一是软件设计，主要是通过C语言或Vc++等程序设计语言进行程序设计，通过编程对机器人进行控制。这就给学生提供了广阔的开发平台，通过编程对机器人进行操纵，使其完成各种任务，培养了学生的综合应用能力。因此，我们可以在《C语言》和《单片机》课程的实验环节引入机器人控制技术。用于实验创新的教育机器人种类繁多，依据可编程控制机器人可以设计出各种机器人，创造空间巨大，例如使用慧鱼机器人创新套件就能设计各种机器人，如搬运机器人、救火机器人、仿生机器人等。
3.2 开设《智能机器人制作》课程 面向工科类专业学生开设《智能机器人制作》选修课程，讲解智能机器人的控制板、传感器、输出设备等硬件知识以及智能机器人控制程序的开展等软件知识。通过项目教学法，让学生在学完课程内容后能独立组装并调试好智能机器人。最终了解智能机器人系统的软硬件组成和工作原理，激发学习兴趣和创新热情。
3.3 有效利用毕业设计 毕业设计是学生将所学知识综合运用的体现，用具体的机器人项目指导相关专业学生进行毕业设计，将会使学生在训练中学会如何将知识应用到生产实际中。例如机器人结构设计、智能机器人传感器应用、智能机器人驱动技术、智能机器人位置控制技术、编制控制智能机器人运动的软件、智能机器人计算机控制系统等设计项目。
4 结束语
高职院校开展机器人教学活动对学生技能培养、科技的社会化具有重要的意义。它给高等职业教育尤其是工科类高等职业教育在教学内容、教学形式及教学效果上都会带来更多的惊喜与期待。
参考文献：
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关键词：微机原理与接口技术；教学改革；实验教学
微机原理与接口技术是高等学校电子信息类专业的主干本科专业课程。该课的教学目的是，通过本课程的学习，学生从应用的角度出发，在理论和实践的基础上掌握微型计算机的基本组成、工作原理、汇编语言程序设计、接口电路及硬件的连接，建立系统的整体概念，具有微机应用系统软、硬件开发的初步能力[1]。可见，课程内容兼顾了硬件和软件两方面的特点，具有涉及的知识面广、实践性强的特点，而且随着当代信息科学技术的发展和社会对人才要求的提高，各种新型的微型计算机技术和虚拟仿真和设计技术大量使用[2-4]，所以有必要对这门课程进行教学改革和优化[5-7]，达到教学相长的目的。
1课程内容与结构优化
微机原理与接口技术课程以高级语言程序设计、数字/模拟电子技术为前级课程，概念多、专有名词多、接口芯片多，学生普遍反映课程内容抽象，学起来较困难，从而失去了学习的信心，教学效果不理想。但是该课程是后续课程，如单片机技术、可编程控制器原理及应用、DSP原理及应用、嵌入式系统设计、计算机控制技术等课程学习的重要基础，具有重要的地位，如图1所示。因此，对该课程的教学内容和结构进行优化具有很大意义。
计算机科学发展迅猛，新技术层出不穷，从八十年代初的8位机Z80模型机到现在的Pentium系列模型机或高端嵌入式技术，相应地，微机课程的教学对基础性、先进性和前沿性都有很高的要求，要求对传统和现代的内容进行协调。
大学专业课程教学不同于职业技术培训[8]，必须强调培养学生的专业基础和分析能力，为进一步的深造作应有的准备，而不能盲目追求最新或最实用技术的讲解介绍。因此，微机原理教学内容组织的指导思想是：从熟悉基本原理、基本概念入手，培养学生的分析和扩展能力，在保证基础的前提下，注意引入计算机发展中涌现的新技术，科学合理地更新课程内容，保持先进性和时代性。
首先，由于这门课程概念多、比较抽象、内容相对枯燥，在具体课程内容组织中，教师仍旧以Intel的16位微处理器8086为主，详细讲解其执行部件EU和总线接口部件BIU架构、管脚定义与作用、各种总线操作时序、指令系统和汇编程序设计方法。在I/O接口部分，则以并行接口、串行接口和定时器/计数器接口为例，教师重点讲解I/O接口的基本原理及典型电路。因为以8086 CPU为核心的讲授在内容和方法上都比较成熟，有利于基本概念和基本原理的引入介绍。教学实践证明，如果一下子将教学内容全面提升到32位，如Pentium系列微机，则很多概念和技术成了没有根基的东西，学生纠缠于高端CPU的技术细节中，无法理解和领会微机硬件结构和接口技术发展的过程，学习起来难度太大，无法达到应有的教学效果。
其次，在教学内容中适当地补充最新的微机技术，并保持对国外原版计算机系列优秀教材的关注，主动学习和消化吸收其先进的技术和方法，将之引入课程教学中。例如，笔者在教学中将ARM32位嵌入式芯片的开发技术引入到课程内容讲解中，使大学的课程教学能和现阶段主流项目研发中使用的技术相衔接，开阔了学生的视野，也为学生走出课堂、适应社会技术发展作准备。
2课堂教学方式优化
2.1灵活应用多媒体教学辅助手段
在教学中，良好的教学方式和手段是通过课程内容传授培养学生能力和素质的保证。在微机原理课堂教学中，相当多的内容只是用文字描述和定义，其对象看不见、摸不着，学生普遍感觉比较抽象和枯燥，只知其然不知其所以然。因此，必须要摒弃传统照本宣科的讲授方法，通过多媒体辅助教学手段的灵活应用加以改变。多媒体技术是先进的计算机技术与视频、音频和通信等技术融为一体而形成的新技术。通过使用多媒体教学手段，把文字、图形、声音、动画等媒体形式有机地组合在一起，抽象知识具体化和形象化，可以有效加强学生的理解和记忆。
例如，在讲授指令系统的寻址方式时，教师可以把执行部件EU、接口部件BIU和存储器等部件执行不同寻址方式指令的变化，做成Flash课件演示。让学生清楚地了解指令执行过程中EU、BIU中的寄存器等部件以及存储器存储单元中内容的变化，并理解各部件之间的构造、功能和指令执行过程中的互相配合过程。这样一来，学生通过感性的认识，可以记得更加牢靠。
2.2引入现代仿真技术加强教学
随着计算机技术的发展，虚拟仪器和仿真技术已经成为现代科学研究和技术开发的利器。同样，将这些现代仿真技术引入课堂教学中，弥补课堂教学中只有枯燥讲解而缺乏实际操作环境的不足，可以大大提高教学质量。
例如，EMU8086仿真软件可以很好地辅助课堂教学。EMU8086是基于8086 CPU的仿真软件，与8086的功能十分相近，其内部集成了汇编程序编辑器、汇编器、连接器、参考资料、例程、学习指南和虚拟硬件等。它能模拟真实微处理器的每一步骤，并显示内部寄存器、存储器、堆栈、变量和标志寄存器，而且其中任何一个数值都可通过鼠标双击来改变。同时，它还虚拟了微机显示器、交通红绿灯、直流步进电机、LED等外设，因此是一款可以很好地辅助微机原理教学的仿真软件。图2所示是笔者将EMU8086用于辅助汇编语言程序设计教学的例子。由图可知，程序可以单步执行或全速执行，每步执行过程中，各寄存器内容变化一目了然，学生可以设置观察窗口观察变量与堆栈变化等。其他的仿真软件有Proteus等。
2.3加强网络教学平台的应用
为了延伸课堂教学，打破课堂教学时间和空间的限制，笔者将网络技术的发展引入微机原理课程的教学中，建立了网络教室。课堂教学的每个课件和多媒体动画都会上传到网络教室中，学生可以在课前下载预习，提高课堂的参与度。同时，网络教室也提供工程项目技术资料、课外扩展阅读材料以及其他相关英文资源、国外著名高校的课堂讲课录像等，学生在这里可以获取原汁原味的国外相关技术知识。网络教室不仅提供了一个资源共享的网络平台，还可以使老师和学生突破时空局限，通过网上授课、网上提问、网上作答甚至网上实验和网上考试等，更大程度地提高学生与老师交流的便利性。
3实践教学环节优化
3.1上机实习和操作实验结合，增加设计性实验
如前所述，微机原理与接口技术是实践性和操作性很强的课程，实验环节是课程教学的重要方面。笔者根据教学实际需要，把实验划分成上机实习和操作实验两部分。
上机实习是理论课程的上机作业，主要针对指令系统和汇编语言程序设计的学习。由浅入深地分为验证性题目和设计性题目。在教学实践中，笔者要求学生在个人电脑上安装EMU8086仿真软件，进行程序的编制和调试，并最终提交上机实习报告。
操作实验需要到实验室进行，实验内容也是由浅入深地分为I/O接口基础实验和设计性综合实验两部分。主要针对微机I/O接口的学习和系统综合设计能力培养。I/O接口基础实验是为了巩固学生对基础理论知识的理解，并培养学生基本的实验操作技能和方法；设计性综合实验是以某一设计目标为导向的开放性设计题目，学生也可以在教师的指导下自拟设计性实验题目。
以前的微机原理实验教学都是在设定好的条件和环境下进行验证性实验，学生学习的积极性和创造力都没有得到发挥。笔者进行实践教学环节的优化，将上机实习和操作实验灵活结合，有效地协调教学内容多和教学学时数逐步减少的矛盾，有利于学生课后的学习思考、巩固加深。而且设计性实验的开出可以锻炼学生的综合程序设计能力和综合创新能力。
3.2先进虚拟仿真技术在实验中的应用
根据实际教学经验，在操作实验中，因为实验时间较短，学生没有充分时间对一些异常现象或程序预期输出和实际输出不相符的情况进行仔细观测、研究和试验，只得草草收兵。或由于实验设备的大部分连线已经固定，学生实际连线操作较少或较简单，实验未能使学生对理论课程内容有深刻的感性理解。甚至由于实验设备接口的频繁插拔，造成设备的损坏而一时难以修复，导致实验无法继续进行。
因此，我们在课程教学，特别是实验教学中引入了先进的虚拟仪器仿真技术-Proteus，来弥补实验室实验的缺陷，增加实验的灵活性，加深学生对课程内容的理解。
Proteus是一款嵌入式系统设计和仿真软件，可以分析、仿真各种模拟器件和集成电路，同时提供示波器、逻辑分析仪、信号发生器等虚拟仪器仪表。在Proteus7.5SP3版本中，已经开始提供对8086芯片及相关接口的支持，可以用于微机原理实验教学的虚拟仿真。图3给出了一个利用8086 CPU、8255A，8251A和8253A进行综合设计的仿真原理图，加上相应汇编程序，则可实现计算器的仿真。
同样地，我们可以利用Proteus实现微机原理实验教学中的内存扩展、并行接口、串行接口、A/D和D/A转换、中断等实验。同时，也可以利用Proteus仿真软件进行开放性实验的设计，提高学生的综合知识应用能力。
4结论
从实际教学效果来看，通过从课程内容与结构的优化、课堂教学方式的优化和实践教学环节的优化三个方面对微机原理与接口技术课程进行改革后，学生学习的积极主动性有了明显提高，课堂气氛活跃，参与度高。对相关后续课程和设计的跟踪调查也表明，学生在此课程中普遍提高了知识综合和设计能力。
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Exploration on Teaching Optimization of Microcomputer Principle and Interface Technology
CHEN Zhiming
(Department of Electronic Science, Huizhou University, Huizhou 516007, China)
本专业课程基本框架设置为三个层次：第一层次以公共基础课程、学科基础课程、专业必修课程为本专业的主干课程。在此基础上，第二层次设置专业选修课程，选修课程分为电力系统自动化方向选修课、工业自动化方向选修课、智能电网与新能源技术方向选修课和跨方向公共选修课。第三层次设置集中实践环节，包括课程设计、认识实习、生产实习、毕业实习和毕业设计。本专业基本学制为四年，允许在七年的弹性学制内完成学业。毕业的总学分不少于164，且各层次课程应满足相应模块的修业要求。公共基础课程平台包括通识类必修课和通识类选修课，分别要求达到36学分和11学分。学生至少需获得4个第二课堂学分方能毕业。多余学分可申请以50%的比例折算抵免通识类选修课程学分。在专业选修课程中，要求毕业前必须选修不少于38学分的课程。通识类必修课程、学科基础课程、专业必修课程是本专业全体学生修读的课程，如果考试不及格，按学校文件规定，必须重修。所有集中性实践教学环节是全体学生必须完成的实践环节。学生可根据自己的学习兴趣在第三学年开始选修电力系统自动化、工业自动化或智能电网与新能源技术方向的课程，在相应方向所选修的课程要求至少要分别达到12、9.5及10学分。另外还建议学生每学期至多选修2学分的通识类选修课程，并选择适当的经济管理类通识课程，以丰富自己知识结构。学生应特别重视学科基础课程和专业必修课程的学习，为后续学习、工作打下坚实基础。开设的课程具体包括：
1.通识类教育课程平台（通识类必修课）包括思想道德修养与法律基础、思想和中国特色社会主义理论体系概论等政治类课程以及大学体育、大学英语、计算机基础、心理健康教育等，共36学分。
2.通识类教育课程平台（通识类选修课）分为人文科学类、社会科学类、自然科学类、工程技术类、体育艺术类、教师教育类六大类别，要求学生跨学科选修两类以上（含两类）课程，且要求在精品通识课程中选修不少于2学分，与专业相同或相近的课程不计入总学分。通识类选修课要求修满11学分。
3.学科基础课程平台（学科基础课程）包括专业导论、高等数学、大学物理、机械制图、C程序设计、电路等，共30学分。
4.专业课程平台（专业必修课程）包括模拟电子技术、数字电子技术、模拟电子技术实验、数字电子技术实验、电力电子技术、自动控制原理等，共17学分。
5.专业课程平台（专业选修课程——模块课）电力系统自动化模块包括发电厂电气部分、电力系统分析、电力系统继电保护原理、电力系统自动化、电力系统调度、电力系统新技术专题、配电网自动化、高电压技术等，要求修够12学分。工业自动化模块包括电机拖动技术、电力工程基础、电力电子技术装置及应用、现代控制理论、自动化仪表与过程控制、运动控制系统、电梯控制技术、智能控制、机器人技术、物流自动化技术等，要求修够9.5学分。智能电网与新能源技术模块包括发电厂电气部分、电力系统分析、智能变电站技术、电力系统继电保护原理、智能电网技术、微电网技术、新能源发电技术等，要求修够10学分。
6.专业课程平台（专业选修课程——跨模块课）这部分课程3个方向的学生都可以选修，要求模块课和跨模块课的总学分至少达到38。包括单片机原理与接口技术、复变函数与积分变换、电磁场、概率论与数理统计、电子电路CAD技术、专业英语、电气控制与可编程控制器、计算机虚拟仪器技术、DSP系统设计与应用、计算机控制技术、无线传感器网络技术、学科研究方法论等。
7.实践教学平台包括军训、金工实习、电工电子实习、认识实习、电子技术应用课程设计、单片机应用系统课程设计、生产实习、毕业实习、毕业设计。此外，3个方向的学生还要完成相应模块的课程设计，分别为电力系统课程设计、控制系统课程设计、智能电网技术课程设计，为期均为1周。实践课的总学时为28。
二、新版培养方案所采取的改革措施
1.专业方向改革与原培养方案相比，专业方向作了很大改动，这样做的原因有三：第一，原培养方案并不分方向，所有学生都只是根据自己的兴趣在专业课程平台的26门专业选修课中自行选课，且要求毕业前修够至少36学分。这种方式存在很大的弊端，这是因为学生对专业方向的把握能力不够，所选的课程不够系统化，导致学生毕业时对电气工程及其自动化专业的内涵仍不明确，从而直接对考研或工作造成影响。第二，原培养方案的课程侧重于工业自动化方向，电力相关课程较少。然而从近几年我系学生的就业情况来看，进入电网公司和发电厂等电力企业就业的学生每年都占据一定的比例，迫使我系对专业方向进行更合理的设置。第三，随着电力工业的发展，电子、计算机、通信等信息技术以及能源技术与传统电工技术不断融合，丰富了电气工程及其自动化专业的发展方向。例如智能电网、新能源技术、微电网技术等新兴技术的出现要求本专业应及时地调整专业方向。综上，在新的培养方案中将学生分为电力系统自动化、工业自动化以及智能电网与新能源技术3个方向，学生必须选定一个方向，并在相应的模块课程中修够一定的学分。这一改革措施的目的是使学生有更明确的学习目标，实现个性化发展，毕业时有更好的专业素养，也为学生在电力部门和新能源产业就业打下更好的基础。同时要求学生要选修一定学分的跨模块课，成为宽口径复合型人才。
2.课程结构改革原培养方案中各类课程的学分数、学时数及其所占百分比
3.课程设置改革由于专业方向的改动较大，因此课程设置上也有较大变化。改动较大的是专业课程平台，增设了多门电力系统及其自动化和智能电网与新能源技术方向的课程。工业自动化方向增设了电力电子技术装置及应用、物流自动化技术。在跨模块专业选修课程中，删去工业控制总线、电子电路故障诊断技术、楼宇自动化系统等课程。另外，在课程教学内容上，要求紧跟理论和技术的发展动向，对每门课的教学内容都做了优化，保证学生学到最新最实用的理论和技术。
三、结论
【关键词】维电实习；专业理论；实践技能；继电控制
培养学生掌握一定的专业操作技能，是各类职业学校的一项重要任务。“维修电工”的含义已不仅仅是传统上的操作和维修了，在维修电工专业教学中充实可编程控制器及其应用的课题势在必行。那么能否舍弃基础教学环节而急于求成呢？作为一名职业技术学校专业指导教师，经过多年的教学和实践，有如下一些体会。
一、欲速则不达。培养学生专业水平和实践能力要耐心引导，抓好专业教学的基础训练和学习
职业技术学校的学生学习基础参差不齐，在教学上必然存在困难，这就要求我们教师基本功要扎实，理论水平要高，因地制宜的安排好教学内容的顺序；才能发挥这些学生的长处并增强其信心，提高他们克服学习困难的勇气，从而让学生由简到繁的掌握各个课题的控制原理和工艺要求。我校二年级的实习课程已涉及机床控制电路的学习，如何使学生领会控制原理，提高学生独立安装、维修操作的水平是本专业实习教学的重点。为了解决这些问题，电器电路的安装及维修，不是单纯强调多练就能从根本上解决问题的。因为控制电路是多种多样的，不同的控制对象有不同的控制电路且方法、元件亦有多种，故接线方式方法就会各不相同；造成的故障现象也是多种多样、意想不到。因此，只有利用控制原理去分析其原因，确定、缩小故障可能出现的范围，才能快捷地查找出故障点。如果不用电工理论去深刻领会控制原理，只凭多做多练是难以安装出高质量的控制电路板的，更谈不上电路维修了。机床控制电路不外乎是基本逻辑控制电路。为此，我把学生学习过的逻辑代数中的逻辑与、逻辑或、和逻辑非的控制关系介绍给同学们，这些知识恰恰与专业教学中的数字电路知识和可编程控制器应用技术是紧密联系的。这样既使学生掌握电路的基本分析方法、了解简单机床控制电路的设计技巧，增加了学生的学习兴趣；又为将来步入学习PLC、复杂设备的维修奠定了基础。首先要求学生不考虑配线工艺，根据电气控制原理图在电器安装板上用BVR软导线和实际器件装接。完成后在不通电情况下，组织学生利用万用表进行自查和互查，进一步使学生熟悉所学电路、提高学习的兴趣和信心，最后老师检查无误再通电试车。由于没有配线工艺的要求，学生可以集中精力掌握和熟悉控制电路，由简到繁、由浅入深、多学多练，使学生学到的控制理论知识马上得到运用和验证，既节省了大量用于安装工艺训练的时间，又大大提高了学生掌握和熟悉控制电路的效率。接下来在学生已经掌握控制电路的基础上，再要求学生注重安装工艺技能的练习和掌握。此时的学生已经对电路的器件构成、电路形式、工作原理有了较深刻和直观的认识，通过实践能使学生做到知识上的融会贯通，从而有效的提高了教学效率的同时，提高了学生的专业技术理论知识和分析解决实际问题的专业操作技能水平与能力。
二、紧盯市场发展，注重学生能力的培养
随着经济的发展和科技的进步，可编程序控制器（PLC）是在继电接触器控制和计算机控制基础上开发的工业自动控制装置，是计算机技术在工业控制领域的一种应用技术。随着微机技术和微电子技术的迅猛发展，其功能越来越强大，应用范围越来越广阔，已广泛应用在各种机械和生产过程的自动控制中。在工业自动化控制中显示出较大的优越性。我认为职业技术学校专业教学内容的设置一定要放宽眼界，瞄准市场的要求，以培养生产一线所需的劳动者为突破口。为此，我校在完成了电力拖动单元电路和机床控制电路的专业教学内容基础上，紧随其后安排了可编程控制器这一内容；既使继电器控制的教学内容得到合理的延伸，又降低了教学上的难度便于学生理解和掌握，收到了较好的教学效果。因为学生在前面学习继电接触器控制课题上有了较扎实的基础，况且可编程控制器又与以往的接触器控制有相同和相似之处，故学生学习起来感觉知识内容既连贯又易于掌握和接受。在教学中采用的是梯形图这种图形语言，因为它沿用了传统的继电接触器控制中的继电器触点、线圈、串并联等术语和图形符号，而且还加进了许多功能强而又使用灵活的指令，将微机的特点结合进去。梯形图比较形象、直观，对于熟悉继电接触器控制系统的学生来说也易于接受。这种编写程序的语言表达方式，使学生们在学习进程中也很感兴趣。
三、培养学生解决实际问题的能力
任课老师把PLC技术分为若干个单元，每个单元中的几个实例课题都来自生产、生活，要处理及注意的有关问题我们都向学生交待清楚，引导学生具体的处理办法、解决方法步骤、方向，由简单到复杂通过多个实例的操作练习，学生能逐渐地提高解决实际问题的能力。通过学习，学生灵活应用指令的能力会逐步增强。教学中通过恰当的引导，就能逐步提高学生应用PLC的能力。通过一段时间的教学实践，使我感到可编程控制器技术是一门理论性、趣味性、实践性都很强的课程，而它又与机床电器控制电路有着密不可分的紧密联系。只要我们从教学实践出发，抓好专业教学的基础训练，以市场需求和导向为根本立足点，合理安排好教学内容的先后顺序，注重学生学习兴趣和能力的培养，就一定能确保教学质量，在教学中取得很好的社会效益和经济效益的。也只有这样，我们的职业技术教育才能在激烈的市场竞争中求得发展，焕发出勃勃的生机与活力。
参考文献
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关键词：多学科；物联网工程；课程体系；技术体系
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）04-0-03
0 引 言
物联网的概念由美国麻省理工学院的Kevin Ash-ton教授于1991年首次提出，2005年在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上进一步确定了物联网的定义和范围，自此在美国、欧盟、日本、韩国和中国掀起一次新的信息发展浪潮[1]。物联网被认为是继计算机、互联网之后的第三次信息时代大革命，物联网作为一项战略性新兴信息产业，越来越多的企业把目光投向先进的物联网技术。
国家把物联网作为重点发展的战略性新兴产业之一，物联网的发展离不开人才的需要。从2010年起，在高校设立了物联网工程本科专业，到2015年全国共有340多所高校设立，已成为一个规模较大的本科专业[2]。物联网工程专业肩负了高层次人才的培养使命，但其高度综合交叉的专业特征决定了专业人才培养具有挑战性的特点，专业建设需要综合考虑IT技术发展、现实需求及已有基础等多个因素，以建立清晰的预期目标。但是各个学校设立专业的学科来源和基础各不相同，有电子科学与技术的，有通信工程的，有计算机科学与技术等，同时也说明物联网自身的学科体系还没建立起来。
一般地，任何新出现的专业学科都离不开相关成熟学科的支撑，通过学科交叉及其知识集成构成新专业新学科[3]。作为学科交叉极强的物联网工程新兴专业，如何构建其科学合理的课程体系成为该专业建设面临的首要课题[4]。因此，本文从物联网产业与技术体系的构成进行剖析，结合本校实际情况，分析其学科交叉内涵，从中抽取相应的支撑课程构建物联网工程专业的课程体系，为制定符合规范的培养计划奠定基础。
1 物联网产业与技术体系剖析
物联网是近几年出现的信息产业发展战略的新兴行业，目前还没形成体系完备的行业规模，处于发展初期。但受各国战略引领和市场推动，全球物联网应用呈现加速发展态势，物联网所带动的新型信息化与传统领域走向深度融合，物联网对行业和市场所带来的冲击与影响已经广受关注。物联网行业表现出以下两个基本特征：
（1）纳入物联网行业的产业庞杂，面广量大。涉及到芯片 （传感器、RFID、无线通信模块等）、终端设备（PC机、TV、手机等）、网络设备、系统集成、软件与应用、网络服务商（移动、联通等）、运营及服务提供商等。
（2）带动物联网应用的领域多、规模大。有智能电网、智能交通、智能物流、智能家居、环境与安全检测、工业智能制造、医疗健康、精细农牧业、金融与服务业、国防军事十大重点领域。
目前，国内总共有超过2 000家相关物联网公司或者研究机构成立。其中，研究机构以研究设计、示范引导应用为主业，许多省市、行业都成立了一些研究机构，一些知名企业如华为、格力电器、联想、海尔、移动、联通等也将物联网作为新的增长点。国外主要集中在美、欧、日、韩等少数国家，IBM、英特尔、西门子、霍尼韦尔等大牌公司也在进军物联网产业。企业对从事物联网人才的要求主要有重点发展物联网技术，从事物联网相关产品的研发、设计和制造；大力培育物联网产业，在传统产业中通过物联网技术促进产品智能化水平，提高产品的市场竞争力；在新兴信息产业中，创新开发适应物联网市场需求的智能化产品，开拓新产品；全力推广物联网应用，在一些应用领域推动物联网技术的融合，带动物联网技术的应用，提高智慧化水平；努力搭建物联网平台，在网络平台嵌入物联网服务功能，拓展新业务。
由于物联网工程专业是新建立的，所以其知识结构和课程的学科体系还没有独立建立起来。但从技术和产业角度来看，其技术体系结构已经基本确定下来，物联网系统的构成很长，其体系构架大致可分为感知层、网络层、应用层三个层面，每个层面又涉及诸多细分领域[5]，图1所示为物联网技术的体系构架示意图。
感知层的功能主要是识别与获取信息，负责采集物理世界中发生的物理事件和数据，实现外部世界信息的感知和识别。包括传统的无线传感器网络、全球定位系统、射频识别、条码识读器等。这一层主要涉及两大类关键技术：传感技术和标识技术。传感器网络的感知主要通过各种类型的传感器对物体的物质属性（如温度、湿度、压力等）、环境状态、行为态势等信息进行大规模、分布式的信息获取与状态识别，它可用于环境监测、远程医疗、智能家居等领域。标识技术通过给每个物体分配一个唯一的识别编码，实现物联网中任何物体的互联。感知层的主要技术方向为新型传感器及其感知节点的研发技术。实现感知节点中的感知单元、处理单元、传输单元和电源单元的高度集成、高度智能，结合节点节能技术，数据融合技术，开发新结构、新原理、新工艺的传感器技术。
网络层主要是完成感知信息高可靠性、高安全性的传送和处理。从具体实现的角度，本层由下而上又分为接入网、核心网和业务网三层。
（1）接入网：主要完成各类设备的网络接入，强调各类接入方式，比如现有的蜂窝移动通信网、无线局域/城域网、卫星通信网、各类有线网络等。
（2）核心网：主要完成信息的远距离传输，目前依靠现有的互联网、电信网或电视网。随着三网融合的推进，核心网将朝全IP网络发展。
（3）业务网：是实现物联网业务能力和运营支撑能力的核心组成部分。
网络层的主要技术方向是感知节点组网与协同处理技术，多应用监测区域下的感知节点通信与组网技术，异构网融合技术，网络管理与安全技术。
应用层主要利用经过分析处理的感知数据，将物联网技术与个人、家庭和行业信息化需求相结合，可向用户提供丰富的服务内容，大大提高生产和生活的智能化程度，应用前景十分广阔。其应用可分为监控型（物流监控、污染监控、灾害监控）、查询型（智能检索、远程抄表）、控制型（智能交通、智能家居、路灯控制、远程医疗、绿色农业）、扫描型（手机钱包、ETC）等。应用层的主要技术方向是服务用户的应用软件及系统集成技术。满足用户的操作系统技术，存储和处理大数据的数据库技术、数据挖掘技术，适应物联网数据处理与使用的中间件软件技术，物联网系统设计与实现技术等。
由此可知，广义传感器在监测区域获取和采集各种信息后转化为数据形式，通过数据传输协议构成了从感知层、网络层到应用层的“数据流”。与物联网三层技术结构对应的知识结构支撑学科分别是电子信息类（电子科学与技术、仪器科学与技术等）、通信类（通信工程等）和计算机类（计算机科学与技术、软件工程、网络工程等）。因此，在制定物联网工程专业的人才培养计划时，需要考虑以下两个问题：
（1）物联网工程专业尚未建立起自身的学科体系，需要在多学科支撑下，逐步从各学科体系中收取相关内容，在工程实践中不断融合，才可形成自身的学科体系。因此制定计划时，需要从电子信息类、通信类和计算机类三大学科中提取与物联网直接相关的内容，确定主干和核心课程；
（2）物联网技术涉及的知识链较长、内容繁多，在大学4年中，很难做到“面面俱到、样样学到”。同时，如果所有物联网知识点都涉及的话，也会出现“样样了解样样松”的问题，无法做到“扎实掌握”的目的。而且在现代企业实际工作中，都是团队合作的模式，也不需要样样松的“全才式”毕业生。所以制定计划时，各校可以依据各自的基础，选择一部分课程，达到掌握程度；另一部分课程，达到了解程度即可。
从物联网产业群可知，其产业不仅长，而且庞大，将是下一个万亿级规模的产业。与之对应的人才能力要求也会因企业不同而各有不同，而且4年的大学教育也难以覆盖其全部内涵。因此，在物联网产业中，不同的岗位对毕业生的要求不同。
各学校应结合各自的条件和基础，制定出具有自身特色和自我优势的培养计划，以培养工程师工程设计和技术开发的能力为出发点，构筑工程师必备的知识体系、能力结构，重点加强工程技术等工程科学基础课程、信息大类专业基础课程、物联网专业技术课程群等工程应用类课程。实现相同专业的错位培养，满足物联网产业对各类人才的需求。
2 相关学科对物联网知识构建的支撑作用
虽然物联网工程专业是新出现的电子信息领域专业，可以认为是一个数据流过程，但本专业也是在其相关学科的技术积累集成而形成的。在物联网产生和发展的过程中，与之密切相关的支撑学科主要有仪器科学与技术、信息与通信工程和计算机科学与技术，从中抽取与物联网有关的知识点分别支撑着物联网技术体系的感知层、网络层和应用层。
从仪器科学与技术学科抽取“电子技术”、“微机原理”、“信号与系统”、“测控电路”、“传感技术”、“计算机控制技术与系统”、“数字信号分析与处理”、“误差理论与数据处理”等课程的部分内容，提供智能感知和控制仪器的知识和能力，解决物联网数据“测的准”的问题。从信息与通信工程学科抽取 “通信电子线路”、“通信原理”、“计算机通信网络”等课程的部分内容，提供数据接入、传输和下载的主干网（如互联网）的知识和能力，解决物联网数据“传的远”的问题。从计算机科学与技术学科抽取“计算机C语言”、“数据结构”、“计算机组成原理”、“软件工程”、“操作系统”、“算法设计与分析”、“Java语言”、“Linux系统应用”、“数据库技术与应用”等课程的部分内容，提供数据应用软硬件平台与数据算法的知识和能力，解决物联网数据“用的好”的问题。
由上述分析可知，3个支撑学科在构成物联网的三层技术结构的知识内容时，各层之间的关联性知识点还没有考虑进去，难以集成在一起。因此，必须结合与物联网有关的当今新出现的先进技术，在感知层与网络层之间构建无线通信、区域组网、融合、网关协议等知识，在网络层与应用层之间构建异构网络互联、数据挖掘、移动操作系统、物联网系统设计、应用管理等知识。
3 对课程体系构建的思考
综上所述，物联网工程专业的课程体系与产业对物联网技术的需求、三层物联网技术架构及支撑学科的作用是一致的。那么，如何解决在四年的大学本科教育活动中，既要让学生掌握专业知识，又让其知识体系符合认证标准呢？本文认为需要从以下两点考虑：
（1）物联网的最终目标是应用数据来提高社会的智慧信息化水平。因此可以认为，在物联网三层技术体系中，感知层技术是数据提供者，是专业建设的基础；应用层技术是数据的应用者，是专业建设的引领和推动者；这两层是专业建设的重点。
（2）网络层技术是数据通信的传输通道，可以认为网络层在专业建设中起桥梁作用，特别是核心网络中通信设备专用的、协议软件固化好的，因此网络层的知识了解即可。
综上所述，该学科应重点掌握物联网数据流中的数据采集与控制、数据的区域（短距离）传输与通信、数据的接入与异构互联、数据的存储与建仓、数据的计算、挖掘与应用等知识，基本掌握数据的公用网络传输、通信与管理知识等。所以，专业合理的定位为哑铃式线性课程结构，即重点掌握物联网两端的感知层和应用层知识，基本了解中段的网络层知识。图2所示为本文构建的课程体系。
从图2可见，该课程体系涵盖了物联网知识点，做到了与仪器科学与技术、信息与通信工程两大支撑学科的紧密融合，与计算机科学与技术支撑学科的深度交叉，突出了物联网“数据测量的准确”、“数据传送的遥远”、“数据应用”的专业能力和工程素养。
4 结 语
本文剖析了物联网产业对技术的要求，探讨了其体系构架的感知层、网络层、应用层三个层面的技术内容。分析了与物联网工程密切相关的仪器科学与技术、信息与通信工程和计算机科学与技术的支撑学科作用，从中与物联网有关的知识点分别支撑着物联网技术体系的感知层、网络层和应用层，为构建规范培养计划的课程体系奠定基础。
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