结合商业模式探索物联网控制技术课程创新的改革策略

屈盈飞 严胡勇 李明

摘  要： 物联网控制技术是物联网系统高效应用的核心技术，商业模式是物联网行业发展的重要驱动，两者之间存在一定的联系。将物联网控制技术和商业模式相结合，有望拓展物联网的创新空间，促进教育和相关产业发展。本文从商业模式与物联网控制技术结合的视角，探讨物联网控制技术课程在理论内容、实验教学、实训方案等方面的改革策略，以提高学生创新和综合应用能力，提升课程教学质量。

关键词： 物联网; 控制技术; 商业模式; 教学改革

中图分类号：G642.0          文献标识码：A     文章编号：1006-8228（2021）04-85-04

Absrtact： IoT （Internet of Things） control technology is the core technology of efficient application of IoT system， and business model is an important driving force for the development of IoT industry. The combination of IoT control technology and business model is expected to expand the innovation space of IoT and promote the development of education and related industries. From the perspective of the combination of business model and IoT control technology， this paper discusses the reform strategies of IoT control technology course in the aspects of theoretical content， experiment teaching and practical training scheme， in order to improve students' innovation and comprehensive application ability， and improve the teaching quality.

Key words： Internet of Things; control technology; commercial mode; teaching reform

0 引言

物联网（The Internet of Things，简称IOT）是指通过各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理[1]。这个定义看似清晰，实则模糊，它着重介绍了物联网的各种感知技术，而在感知数据如何传输、向哪里传输，以及数据如何利用方面却过于简略。过去物联网被称为传感网，这两者之间应该有所关联。随着近些年5G、NB-IoT等通信技术和云计算、大数据、人工智能等信息技术的飞速发展，物联网的真实面目也逐渐清晰，物联网是面向应用的，为降低成本、提高效率而生。其如何提高效率，不得不谈物联网控制技术。

物联网控制技术以物联网为应用环境，通过融合与挖掘感知层收集的各种数据，进行智能化的决策与控制，是物联网高效工作的核心驱动力。目前，作为传输层关键技术之一的5G技术已经开始商用[2]并迅速普及，那么，在未来，物联网的控制能力将是物联网技术发展的重点[3]。这对物联网工程的教育来说既是契机也是挑战，作为专业核心课程之一的物联网控制技术，必须积极探索创新和改革，迎接即将到来的挑战。

1 现状与问题

重庆工商大学是以财经类为特色的综合性大学，物联网工程是我校近几年为培养人工智能专业人才而新开的一门专业，物联网控制技术是其专业核心课程之一，开课时间较短，在兼顾学校特色的基础上对物联网控制技术课程进行改革和探索具有较重要的研究价值。

从目前的物联网控制技术课程教学情况看，发现的问题主要有：①课程内容与其它相关课程出现重复[4];②理论知识较难理解，学生学习兴趣不高;③实验与实践环节难以辅助理论教学;④创新不足。

注意到物联网控制技术与各个行业的发展关联性强，而行业发展离不开商业模式，本文拟结合商业模式探索物联网控制技术课程改革，以促进创新型应用人才培养。

2 辩证：商业模式与物联网控制技术

商业模式（Business Model）简而言之似乎是在讲赚钱方式，透过表象观其实质，它关注的却是产业或企业的价值和价值关系。首先是企业最为关心的方面——获取价值，为了获取价值，企业需要构建获取利润的严密逻辑，既要保证自身的利润空间，又要提高相对于竞争对手的竞争优势。其次是创造价值，这牵涉到价值产生的过程设计，包括生产地点、生产工具、生产流程、劳动力等一系列因素，这个创造价值的过程有较大的灵活性和优化调整空间。最后是价值的传递，这是企业可持续性的重要保证，它需要多个不同类型的经济體间相互沟通与协作，它与企业长期战略密切相关。那么，物联网的商业模式有什么特点？物联网控制技术在其中又扮演着什么角色？

物联网的商业模式一般被描述为一个涉及各类商业活动主体、各种关系和完全流程的复杂的社会商业系统[5]。这个概念比较模糊地用“复杂”来概括了物联网商业模式的特点。物联网的商业模式，仍是商业模式，其本质不变，那么就可以从价值和价值传递角度来分析物联网所带来的变化。

在获取价值方面，研究机构Frost&Sullivan的一份报告表明，物联网已经在很多行业铺展应用，其利润空间自然存在，物联网的加入更带来竞争优势。物联网控制技术在利润空间的拓展上较为出色，松下的洗衣机价格远远高于同级国产洗衣机就得益于更全面的控制效果。在创造价值方面，物联网通过监测生产流程的各项数据，既可以优化生产流程，又能及时发现故障，同时节省了劳动力，在降低生产成本，提高工作效率方面效果明显，而物联网控制技术能保障生产流程的顺利执行，发现故障后及时处理，是重要的执行力和驱动力。在价值传递方面，物联网在物流、交通方面的应用已经让人们的生活更加便利快捷，它在提高多个经济体之间的沟通效率上有突出优势，而物联网控制技术则在后续的协作方面发挥重要作用。综上所述，物联网的商业模式，是物联网技术在价值和价值传递的各个方面发挥作用的进化的商业模式，这个进化过程带来了更多的经济体参与，物联网控制技术在进化过程的驱动和执行环节不可或缺。两者关系大体上如图1所示。

再从反向看，物联网控制技术课程，或者扩大到工程教育，是否有必要将商业模式在教学设计中考虑呢？本文认为是有必要的。广义的工程不局限于设备、机械、过程和系统等要素本身，而是涵盖从需求到市场产品的全过程，既包含狭义的工程活动，也包括工程前期对社会背景的认识和实践，还包括后期对商业背景的认识和实践。[6]工程教育也应该在技术之外注意并培养这种综合能力，特别是本科学生。目前工程教育认证也很重视工程问题的复杂性，这种复杂性绝不仅仅是技术复杂，它同时兼顾工程的科学性、社会性、实践性、创新性等。物联网控制技术课程可将商业模式相关知识有目的地融入教学设计，这样将有利于学生了解资源节约、绿色环保对工程活动的影响，合理使用物联网技术提高资源利用率和生产力水平，实现对工业、农业、商业等各方面的精细化、动态化管理。为此，本文对物联网控制技术的理论内容、实验教学、实训方案等方面提出了一些改革策略以供探讨。

3 课程教学改革策略

3.1 多元化理论内容

⑴ 理论内容综合分析。目前物联网控制技术课程和教材的理论内容是按照自动化专业的自动控制基础进行组织的，主要包括控制系统基本概念、控制系统的数学模型、控制系统的时域分析法、控制系统的频域分析法、控制系统的校正方法、网络控制系统等，另对过程控制系统、智能控制技术有少部分补充。从理论教学情况看，这样的内容组织效果很不理想，给教师和学生都带来很大负担。对于教师来说，在有限的40课时左右将控制理论基础64课时以上的内容讲完，就是一个很大的挑战，更难以让学生理解。对于学生来说，物联网工程专业前期所学的课程比较综合化、交叉化，而为控制理论打下的基础相对不足，这样就使学习难度增大，学生厌学情绪逐渐高涨。

⑵ 强化智能控制技术。考虑到学生前期的课程比较综合，物联网控制技术课程可对控制理论进行合理取舍，加入更多元化的理论知识，将有利于学生结合自己已学的课程，巩固旧知识，获取新知识。比如，控制理论中比较注重按照物理学方法对系统进行数学建模，然后进行稳定性分析等，对于物联网控制来说不太好用，因为物联网本身就具备复杂性，有更多的因素介入，那么进行数学建模就更为困难，即便建立了数学模型，也难以保证与实际相符，那么学生将难以将这些知识进行有效应用。建议将理论的侧重点放在智能化控制方法上，智能化控制方法不依赖于数学模型，而是与系统的输入输出相关，学生更容易掌握和操作。

⑶ 拓展故障监控知识。结合商业模式分析，物联网在创造价值环节的作用显而易见，常用于对生产过程的监测和优化，建议在理论内容中加入系统故障发现及处理相关的知识，若故障能够提前发现并及时处理，将极大地降低损失。故障监测属于控制系统理论的知识范畴，且对各种生产活动的意义不言而喻。

⑷ 加入安全控制理论。对于目前的物联网商业模式，安全控制能够极大的提升企业竞争力，具有更好的可持续性。在物联网的安全方面获得的关注度比互联网高得多，这是由于互联网安全问题一般只对信息产生危害，而物联网的安全问题则直接影响到人身和财产安全。将安全控制的理论融入课程并教给学生，学生以后进行各种生产活动也会在安全方面加以注意，如果学生进行创新创业活动，这些安全控制的理论知识也会使其受益良多。

3.2 探究型实验教学

⑴ 短板分析。实验是物联网控制技术课程一个重要环节，实验可以巩固学生所学的理论知识，也能加深对知识的理解。目前，大学的物联网实验室基本都配备了物联网实验箱和MATLAB计算机仿真系统等，这些实验条件基本能够满足学生对理论知识的学习和验证。不过，近年来各个企业在招聘时越来越注重学生的实踐能力和创新能力，从目前的情况看，这些能力还是学生的短板，应当加以培养。

⑵ 探究实验。在验证性实验的基础上，增加项目式设计实验，实验通过分组进行，每个小组3到4人。教师可向学生提供一部分选题，也可鼓励学生将自己的想法进行设计和实验。结合商业模式，教师可为学生补充产品设计相关知识，引导学生做更符合市场需求的项目或实验，例如在物联网项目中，产品的服务化和服务的个性化是比较重要的特征，学生若能理解和把握这些特征，将有机会设计出具有创新性的产品或服务。实验进行过程中，教师指导学生自主查阅资料、完善设计，教师对学生提出的问题不要直接给出答案，而是采用共同探讨的方式让学生向更深层次思考，教师也应对学生的项目设计提出问题以促进项目完善，并对学生所做出的成果善加肯定和欣赏。这种探究型实验教学方式，对于学生的实践能力和创新能力提升更加有效，不过需要教师投入更大的精力。

3.3 开放式实训方案

⑴ 实习不实用。实训是物联网控制技术课程的另一个有意义的环节，能够帮助学生理论联系实际，拓展学生的视野以及应用能力。目前专业组织的企业实习，学生做的更多的是“打杂”工作，对于技术性的或者核心性的工作，让学生直接介入是不现实的，企业无法承担可能的风险，因此对学生的应用能力提升十分有限。而类似于职业教育的实训方式，学生虽然能够学到操作技巧，却不符合普通本科高校的专业培养目标和专业培养计划。那么，设计开放式的实训方案或是一条途径。

⑵ 校内资源利用。如果学校有条件，可将自己学校的教师以及校外导师所做的物联网相关项目进行收集整理，布置专门的场地对这些物联网项目进行展示。学生有组织地参观这些项目，由教师或项目主研人员录制视频对这些物联网项目进行演示，并对相关背景和技术做详细讲解，让学生对物联网各個行业的应用产生更深刻的理解，引导学生发现其中的控制问题，思考其中的控制方法，提出现有不足和想法设计等。

⑶ 校外资源引进。邀请相关物联网企业的产品经理、工程师等到学校开设讲座，讲授他们对于行业的理解，对于产品的设计，对于问题的处理方式和方法，对于智能化的构思，对于可持续性的探索等内容，内容尽量对商业、产品、技术等各方面实现全覆盖，让学生获得更综合性的知识，有利于以后更合理地解决控制问题。

⑷ 比赛项目驱动。鼓励学生参加各项大学生科技创新项目、创新创业大赛、人工智能大赛等相关比赛，在比赛或项目的学习和实践中自主发现和解决问题，领悟和运用创新思维，提升应用能力。

4 结束语

本文辩证了商业模式和物联网控制的关系，结合商业模式提出了带有部分财经特色的物联网控制技术课程在教学、实验和实训中的改革策略和措施。在我校物联网工程专业学生的教学和实验中进行了部分实践，如物联网商业案例分析、探究型小组实验等，反馈效果良好，学生的课堂兴趣和实验积极性均有所提高，学生分析问题和思考问题的角度也更加全面。而实训方案的改革仍面临着规章制度等方面的问题，难以持续和深入。

总体而言，本文提出的物联网控制技术课程改革策略和措施不论在提高教学质量上，还是在培养创新思维和综合应用能力上，均具有良好的推广价值。不过，实训方案改革以及后续的评价改进机制方面仍有待更加深入的研究和实践。

参考文献（References）：

[1] 刘陈，景兴红，董钢.浅谈物联网的技术特点及其广泛应用[J].科学咨询，2011.9：86-86

[2] 黄海峰.2017年无线通信趋势：IoT、5G技术商用成焦点[J].通信世界，2017.1：46-47

[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，2015.27：19-21

[4] 曹松银.物联网控制基础课程教学改革的探索与实践[J].考试周刊，2017.7：17-17

[5] 李苏秀，刘林，王雪等.泛在电力物联网商业模式理论体系与设计架构[J].中国电力，2019.52（9）：1-9

[6] 张有光.“电子信息商业案例分析”课程的思考与实践[J].高等工程教育研究，2013.3：163-167