曲云霞 孫立新 趙海文

摘 ? ?要：面向5G時(shí)代萬(wàn)物互聯(lián)的技術(shù)特性，緊緊圍繞“以學(xué)生為中心，成果為導(dǎo)向”的工程教育理念，構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+”的信息化創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源無(wú)處不在的遠(yuǎn)程移動(dòng)學(xué)習(xí)、泛在學(xué)習(xí)和互動(dòng)學(xué)習(xí)的實(shí)踐教學(xué)模式，解決學(xué)生在時(shí)間和實(shí)驗(yàn)室空間受限條件下，完成創(chuàng)新實(shí)踐的個(gè)性化需求，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)在時(shí)間和空間上的拓展。

關(guān)鍵詞：5G時(shí)代;“互聯(lián)網(wǎng)+”;實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1002-4107（2022）05-0079-03

5G作為新一代移動(dòng)通信技術(shù)的引領(lǐng)者，將通訊傳播從經(jīng)典的流量服務(wù)模式向全要素生態(tài)鏈模式轉(zhuǎn)變，它具有大帶寬、低延時(shí)、高可靠性等特點(diǎn)。在5G 技術(shù)的支持下，傳統(tǒng)的通信方式、商業(yè)模式與全球技術(shù)格局將徹底改變[1-2]，構(gòu)建萬(wàn)物互聯(lián)的智能世界成為必然，在此背景下，教育信息化水平不斷提升，智慧技術(shù)引入教育教學(xué)全過程，教育模式的創(chuàng)新變革勢(shì)在必行。

大學(xué)生是受互聯(lián)網(wǎng)影響最大的群體之一，被稱為是“數(shù)字土著”一代[3]1。他們的生活環(huán)境、學(xué)習(xí)方式和思維模式已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化，智能手機(jī)、平板電腦、手提電腦等已經(jīng)成為大學(xué)生的日常標(biāo)配。大學(xué)生的學(xué)習(xí)實(shí)踐活動(dòng)越來(lái)越離不開數(shù)字化產(chǎn)品和互聯(lián)網(wǎng)的介入，禁止智能手機(jī)進(jìn)入課堂的做法已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代的大學(xué)課堂。劉延?xùn)|曾多次在重要講話中強(qiáng)調(diào)，要積極響應(yīng)當(dāng)前“互聯(lián)網(wǎng) +”新潮流，不斷深化推進(jìn)教育教學(xué)改革，把握5G時(shí)代“互聯(lián)網(wǎng) +”工程實(shí)踐育人工作的開放性、系統(tǒng)性與主體性具有重要意義[4-5]。

5G技術(shù)對(duì)教育的強(qiáng)大助推力日益凸顯，面對(duì)新時(shí)代的大學(xué)生，適應(yīng)現(xiàn)代科技給高等教育帶來(lái)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)、智能產(chǎn)品、科技手段等創(chuàng)新教育教學(xué)方法，構(gòu)建新時(shí)代高等工程教育“互聯(lián)網(wǎng)+”的新模式，不僅能夠充分發(fā)揮各級(jí)各類學(xué)校軟、硬件教學(xué)資源的重要作用，為學(xué)生提供形式多樣、符合個(gè)性化需求的學(xué)習(xí)內(nèi)容，同時(shí)能夠充分體現(xiàn)教師主導(dǎo)、學(xué)生主體的教學(xué)關(guān)

系，學(xué)習(xí)方式更加個(gè)性化、適配化[3]9。不斷提升教學(xué)水平和育人能力，是新時(shí)代高等教育亟需解決的重要問題，也是高等教育發(fā)展的必然趨勢(shì)。

為適應(yīng)工業(yè)4.0和制造強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略發(fā)展需求，針對(duì)新時(shí)代大學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣和特點(diǎn)，文章以河北工業(yè)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)“機(jī)械裝備電氣與PLC控制”課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)為抓手，構(gòu)建了“互聯(lián)網(wǎng)+”的云控實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了線上、線下實(shí)踐教學(xué)資源的遠(yuǎn)程共享，使得教育資源由校園內(nèi)延伸至千里之外的學(xué)生身邊，實(shí)現(xiàn)了“線上直播教學(xué)+遠(yuǎn)程云控實(shí)驗(yàn)”的創(chuàng)新教學(xué)新模式，不僅解決了疫情期間學(xué)生無(wú)法進(jìn)行課程實(shí)驗(yàn)的教學(xué)難題，而且該模式也可以在后疫情時(shí)代廣泛推廣，更好地解決專業(yè)實(shí)驗(yàn)室空間不足、學(xué)生人數(shù)眾多、不能滿足學(xué)生個(gè)性化需求等實(shí)踐教學(xué)問題，實(shí)現(xiàn)了實(shí)踐教學(xué)在時(shí)間和空間上的巨大拓展，為學(xué)生能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程移動(dòng)學(xué)習(xí)、個(gè)性化學(xué)習(xí)、泛在學(xué)習(xí)和互動(dòng)學(xué)習(xí)提供了環(huán)境支持和技術(shù)支撐，為教師能夠進(jìn)行線上指導(dǎo)、實(shí)時(shí)掌控和互動(dòng)交流提供了平臺(tái)，同時(shí)促進(jìn)了“教”與“學(xué)”雙方面的形態(tài)變革。

一、5G時(shí)代“互聯(lián)網(wǎng)+”的泛在學(xué)習(xí)模式

泛在學(xué)習(xí)是一種任何人可以在任何地方、任何時(shí)間獲取所需信息的學(xué)習(xí)方式，是一種無(wú)處不在的學(xué)習(xí)。在

“以學(xué)生為中心，產(chǎn)出為導(dǎo)向”的教育教學(xué)理念下，教學(xué)過程中的“教”與“學(xué)”是并肩同行者，是教學(xué)活動(dòng)的兩個(gè)重要方面。通過構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+”的創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)模式，不僅重塑了師生角色、優(yōu)化了師生關(guān)系，也體現(xiàn)了“以本為本”的教育核心內(nèi)涵。教師在教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施過程中轉(zhuǎn)變了教學(xué)觀念，不斷創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)手段和教學(xué)模式;學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中轉(zhuǎn)變了學(xué)習(xí)態(tài)度，摒棄被動(dòng)地接受知識(shí)、完成教師布置任務(wù)的簡(jiǎn)單模式，開啟了獨(dú)立思考、創(chuàng)新思維、綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)和理論解決復(fù)雜工程問題的分析能力，取得了教學(xué)相長(zhǎng)的雙贏效果。

“機(jī)械裝備電氣與PLC控制”

課程團(tuán)隊(duì)教師，充分利用5G技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)中的優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建線上、線下相結(jié)合的“互聯(lián)網(wǎng)+”的云控實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，保障了“教師—實(shí)驗(yàn)設(shè)備—學(xué)生”之間及時(shí)有效的互聯(lián)互通，建立了學(xué)生能夠隨時(shí)學(xué)習(xí)的軟、硬件環(huán)境。學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)規(guī)劃、職業(yè)規(guī)劃，以及興趣愛好、作息時(shí)間等實(shí)現(xiàn)獨(dú)立編程、自主學(xué)習(xí)、自我管理、自由規(guī)劃，極大地豐富了工程技術(shù)人才培養(yǎng)過程中實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容、手段和渠道，通過該平臺(tái)也實(shí)現(xiàn)了學(xué)生泛在學(xué)習(xí)模式的有效落地。

“以學(xué)生為中心”既是高等教育內(nèi)涵式發(fā)展的出發(fā)點(diǎn)，也是高等教育內(nèi)涵式發(fā)展的落腳點(diǎn)[6]。教師和學(xué)生是教學(xué)活動(dòng)的兩個(gè)方面，缺一不可，共同完成了教學(xué)活動(dòng)的產(chǎn)出成果。學(xué)生通過各類教學(xué)活動(dòng)學(xué)習(xí)知識(shí)、獲得能力、形成素養(yǎng)，不僅是教師的教育理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)實(shí)施等的系統(tǒng)化改變，同時(shí)也是學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)方法的徹底轉(zhuǎn)變。學(xué)生由“要我學(xué)”的被動(dòng)接受，變成“我要學(xué)”的主動(dòng)汲取，由“獲取知識(shí)”的低階記憶理解，變成“能力達(dá)成”的高階綜合評(píng)價(jià)，都需要教師在教學(xué)環(huán)節(jié)的各方面建立起多維度、系統(tǒng)化的教學(xué)模式和評(píng)價(jià)體系。

實(shí)踐教學(xué)是高等教育工程技術(shù)人才培養(yǎng)體系中的重要環(huán)節(jié)，是工程專業(yè)教育的根本內(nèi)容，是工程能力培養(yǎng)的有效途徑，是學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中將專業(yè)知識(shí)和基礎(chǔ)理論應(yīng)用于工程實(shí)際的最主要的訓(xùn)練方式，是培養(yǎng)具有工程系統(tǒng)意識(shí)、創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的高級(jí)專門技術(shù)人才的關(guān)鍵。而實(shí)踐教學(xué)卻常常受到學(xué)校和專業(yè)自身軟、硬件條件的制約，在一定程度上不能很好地達(dá)成其應(yīng)有的教學(xué)目標(biāo)要求。因此，基于5G時(shí)代的互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢(shì)，充分利用移動(dòng)通信技術(shù)，依托河北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院中心實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備資源，結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求和“機(jī)械裝備電氣與PLC控制”的課程目標(biāo)要求，課程組從“教”與“學(xué)”雙方面構(gòu)建線上、線下的“互聯(lián)網(wǎng)+教育”實(shí)踐教學(xué)模式，如圖1所示。該模式的運(yùn)行實(shí)踐不僅可以充分利用學(xué)院實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，而且能夠培養(yǎng)學(xué)生在現(xiàn)代教育技術(shù)背景下自主學(xué)習(xí)、理論聯(lián)系實(shí)踐的綜合素質(zhì)，提高獨(dú)立構(gòu)思、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)能力，提升教育教學(xué)質(zhì)量與學(xué)生學(xué)習(xí)效果，同時(shí)也為高校實(shí)踐教學(xué)模式創(chuàng)新和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)做出了有益的探索。

二、“互聯(lián)網(wǎng)+”的云控創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)

（一）“互聯(lián)網(wǎng)+”的云控實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)組成

針對(duì)疫情期間“機(jī)械裝備電氣與PLC控制”課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求，課程組教師將“線上直播教學(xué)”與“遠(yuǎn)程云控實(shí)驗(yàn)”相結(jié)合，解決了特殊時(shí)期的實(shí)踐教學(xué)難題，將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云平臺(tái)技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)等多種技術(shù)相融合，構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+”的遠(yuǎn)程云控實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，“打破”校園圍墻壁壘，將實(shí)踐教學(xué)送到學(xué)生“身邊”，取得了良好的教學(xué)效果，受到了學(xué)生及社會(huì)各界的廣泛好評(píng)。遠(yuǎn)程云控實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)主要包括學(xué)校實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、通訊設(shè)備、云服務(wù)器、互聯(lián)網(wǎng)、學(xué)生端和教師端，其中實(shí)驗(yàn)室設(shè)備主要有實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控?cái)z像頭、設(shè)備監(jiān)控?cái)z像頭、被控的機(jī)電氣一體化實(shí)驗(yàn)設(shè)備，以及其他輔助設(shè)備。

學(xué)生進(jìn)行遠(yuǎn)程線上實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，主要包括兩個(gè)方面：一是完成教師布置的基本實(shí)驗(yàn)任務(wù)要求，熟練掌握PLC編程原理、方法和實(shí)驗(yàn)操作過程;二是獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并詳細(xì)描述控制功能和實(shí)施方案，經(jīng)過師生充分討論并確認(rèn)方案后，學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。

針對(duì)上述兩方面的任務(wù)要求，學(xué)生均需要在確定了實(shí)驗(yàn)任務(wù)后，首先完成線下PLC程序設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬仿真運(yùn)行，再通過云控平臺(tái)將程序傳輸至學(xué)校實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的PLC控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)控制與調(diào)試。學(xué)生可以在家中通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)室設(shè)備工作的現(xiàn)場(chǎng)視頻畫面，觀察實(shí)驗(yàn)設(shè)備的運(yùn)行情況，判斷設(shè)備運(yùn)行是否達(dá)到設(shè)計(jì)程序的任務(wù)要求。學(xué)生也可以在線實(shí)時(shí)修改程序，滿足不同學(xué)生針對(duì)不同工況下的多樣化創(chuàng)新設(shè)計(jì)需求。指導(dǎo)教師可以通過電腦端或手機(jī)端在線了解學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)指導(dǎo)、雙向互動(dòng)。

“互聯(lián)網(wǎng)+”云控實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的構(gòu)建與實(shí)施，為河北工業(yè)大學(xué)“一流專業(yè)”建設(shè)背景下提高專業(yè)信息化教育教學(xué)建設(shè)水平，以及高等工程院校實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新管理做出了有力的實(shí)踐示范和引領(lǐng)。同時(shí)，通過學(xué)生的實(shí)踐成果及反饋信息，也充分說明該平臺(tái)的運(yùn)行很好地踐行了工程教育必須重視能力培養(yǎng)的教育教學(xué)總目標(biāo)。

（二）“互聯(lián)網(wǎng)+”的云控實(shí)踐教學(xué)運(yùn)行流程

引入“互聯(lián)網(wǎng) +”視域下利用現(xiàn)代信息技術(shù)的網(wǎng)上遠(yuǎn)程云控實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，將互聯(lián)網(wǎng)作為學(xué)生與教師、學(xué)生與實(shí)驗(yàn)設(shè)備之間的紐帶和橋梁，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)的無(wú)處不在。通過互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建的“互聯(lián)網(wǎng)+”云控實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，其核心包括教師端和學(xué)生端兩個(gè)入口。

教師端入口操作流程如圖2所示。教師打開云平臺(tái)軟件，輸入賬號(hào)和密碼后進(jìn)入該軟件。若有學(xué)生新申請(qǐng)了用戶則添加該用戶;若有已經(jīng)添加過用戶的學(xué)生提出實(shí)驗(yàn)請(qǐng)求，如設(shè)備處于閑置狀態(tài)，則給該學(xué)生授權(quán)，學(xué)生即可開始遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)。

學(xué)生端入口操作流程如圖3所示。學(xué)生初次使用時(shí)，首先安裝云平臺(tái)軟件，然后申請(qǐng)賬號(hào)，并向教師提出添加用戶申請(qǐng)，申請(qǐng)被批準(zhǔn)后再提出實(shí)驗(yàn)申請(qǐng)，被批準(zhǔn)后打開云平臺(tái)與PLC的通訊，安裝虛擬端口驅(qū)動(dòng)程序，完成實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作。

學(xué)生若要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，先向教師提出實(shí)驗(yàn)申請(qǐng)，獲得授權(quán)后打開云平臺(tái)與PLC的通訊，然后打開PLC編程軟件，與PLC進(jìn)行通訊，并打開視頻監(jiān)控，即可開始實(shí)驗(yàn)。

（三）“互聯(lián)網(wǎng)+”的云控實(shí)踐教學(xué)實(shí)施

云控實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)主要由機(jī)械工程學(xué)院中心實(shí)驗(yàn)室原有的PLC作為控制器的機(jī)電氣一體化實(shí)驗(yàn)設(shè)備、云平臺(tái)模塊、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、智能電源插座及集成控制軟件等組成。

基于云控實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生可以通過互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程地與學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的PLC實(shí)驗(yàn)設(shè)備連接，進(jìn)行下載和上傳自己設(shè)計(jì)的控制程序;通過實(shí)驗(yàn)室的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)看到所調(diào)試設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況，并對(duì)程序進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，可達(dá)到與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試相同的實(shí)驗(yàn)效果。教師可以通過手機(jī)或電腦即時(shí)觀察學(xué)生的調(diào)試情況，并隨時(shí)進(jìn)行輔導(dǎo)和溝通。

學(xué)生完成線下編制程序后，通過云平臺(tái)將程序下載到學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)設(shè)備上，再通過現(xiàn)場(chǎng)安裝的攝像機(jī)，將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況通過云平臺(tái)實(shí)時(shí)傳送到學(xué)生的電腦中。學(xué)生既有身臨其境的感受，又能通過平臺(tái)訓(xùn)練提升工程能力，實(shí)驗(yàn)全過程可視、可控，真正實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)操作與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的實(shí)質(zhì)等效。

隨著5G技術(shù)的逐漸普及，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”蓄勢(shì)待發(fā)，以高等工程教育中機(jī)電裝備控制、軟件開發(fā)編程等實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)為抓手，建立“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，拓寬了傳統(tǒng)線下教學(xué)尤其是實(shí)踐教學(xué)的時(shí)間與空間，為充分運(yùn)用現(xiàn)代科技手段實(shí)現(xiàn)普及化、開放式的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)提供了有益參考。同時(shí)，基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息與控制技術(shù)，通過云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)智慧實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的實(shí)踐教學(xué)方法創(chuàng)新，開展泛在的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，從疫情期間的無(wú)奈之舉，到后疫情時(shí)代高等教育的工程實(shí)踐教學(xué)模式創(chuàng)新，充分利用學(xué)校的實(shí)踐教學(xué)資源，為學(xué)生提供良好的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)和充足的實(shí)踐機(jī)會(huì)做出了有益探索。

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編輯∕丁俊玲

收稿日期：2021-04-25 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?修回日期：2021-05-27

作者簡(jiǎn)介：曲云霞（1969—），女，河北承德人，河北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授，博士，研究方向：機(jī)械動(dòng)力學(xué)、機(jī)電測(cè)控技術(shù)。

基金項(xiàng)目：河北省高等教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目“解決復(fù)雜工程問題能力培養(yǎng)的多維度系統(tǒng)化工程教育模式研究”（2019GJJG045）;河北省教學(xué)改革項(xiàng)目“中國(guó)制造2025框架下的智能制造技術(shù)新專業(yè)建設(shè)研究”（2018GJJG035）