张睿 杨亚龙 谢陈磊 张鸿恺 蒋婷婷

摘 要：本文针对目前面向建筑电气与智能化专业“现场总线技术”课程教学内容宽泛、专业针对性不强、实验环节设置不合理、思政元素融入不足等问题，探索新工科背景下课程教学改革方法，通过重组与完善教学内容、多教学方式融合的教学设计、基于自主研发实验装置的实验组织与实验教学、基于课程特点的思政元素融入4种方法多维度并进，全面提升教学效果，增强学生面向建筑测控领域的总线知识与技能的应用能力。

关键词：现场总线建筑电气与智能化教学改革课程思政

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：

Research on the Teaching Reform Method of "Fieldbus Technology"Course under the Background of New Engineering

ZHANGRuiYANGYalongXIE ChenleiZHANGHongkaiJIANG Tingting

（Anhui Jianzhu University， Hefei， Anhui Province， 230009 China）

Abstract：In view of the current problems of broad teaching content， weak professional pertinence， unreasonable experimental setting， and insufficient integration of ideological and political elements for the "Fieldbus Technology" course for building electrical and intelligent majors， this paper explores the teaching reform methods under the background of new engineering. Through the reorganization and improvement of teaching content， teaching design integrating multiple teaching methods， experimental organization and experimental teaching based on self-developed experimental devices， and integration of ideological and political elements based on course characteristics into four methods， the teaching effect is comprehensively improved， and students' orientation is enhanced. The ability to apply bus knowledge and skills in the field of building measurement and control.

Key Words：Field Bus; Building Electrical and Intelligence; Teaching Reform; Curriculum Ideology and Politics

1 引言

现场总线技术是建筑电气与智能化专业中重要的专业核心课程。该课程主要介绍现场总线技术的相关基础知识和国内外常用的现场总线及其应用技术，学生通过学习初步掌握现场总线技术，领会工业现场网络设计的思想和方法。通过本课程的学习，既能培养学生现场总线设计、施工与集成能力、工程实践能力，还促进创新创业能力的形成。然而，该课程的教学过程还存在许多不足，建立一套面向建筑电气与智能化专业的“现场总线课程”教学改革方法是本研究的重要内容。

2建筑电气与智能化专业现场总线技术课程的教学实施现状

随着经济建设规模的增大和速度的提升，我国已形成了全球规模最大、发展最快的智能建筑产业链，这为智能建筑的发展提供了巨大的机遇;物联网、大数据、云计算、人工智能等智能信息技术的发展也为建筑智能化提供了更加丰富的内涵。快速的发展引发了巨大的专项人才缺口，高等教育也面向新时代和新需求做出了相应的改革。

作为一所以土建类学科专业为特色，安徽省与住房和城乡建设部共建、教育部本科教学工作水平评估优秀的多科性大学，安徽建筑大学紧扣人才需求，遵循“工科为主，土建类学科专业特色鲜明”的办学特色，在电气工程及其自动化、计算机科学与技术、电子信息工程和建筑环境与设备工程等专业基础上，于2007年设立建筑电气与智能化本科专业，形成隶属于电子与信息工程学院的信息领域与建筑领域交叉融合的新型边缘交叉专业。

在新工科建设的背景下，探索建筑电气与智能化专业“新工科”人才培养模式[1，2]，规范工科教育与新技术、新产业、新经济的发展关系，更新教学理念[3，4]，培养具有核心能力、适应时代发展的新人是当今新工科背景下高等教育关注的焦点之一[5，67]，这种变革需要落实于“现场总线技术”课程的教学过程中。

然而，该课程的教学目前仍存在一定程度的局限性，无法契合“新工科”人才培养的理念[7]。第一，面向建筑电气与智能化专业的现场总线技术教学受传统的电气工程、自动化等专业影响较重，教学大纲沿用痕迹较明显，没有充分面向建筑电气与智能化专业制定满足专业培养要求的教学内容。第二，该课程的实验环节依托采购的试验箱，这些试验箱封装程度高且不互通，留给学生发挥和自由学习的空间严重不足，不利于学生进行总线知识和系统集成学习。第三，课程思政不够全面且力度不够。随着课程思政的要求的逐步提高，如何将现场总线技术这门工科专业课程融入思政元素，需要精心地设计，力度也还需加大。综上所述，《现场总线技术》的教学方法急需改革，对《现场总线技术》课程教学改革方法进行研究，能够使学生学习的內容更具专业针对性，使学生经过该课程的学习，更符合市场的人才需求，在提升学生专业能力的同时提高思想政治水平，将学生打造成德才兼备的智能建筑领域人才，助力国家产业改革和发展。

3 建筑电气与智能化专业现场总线技术课程的教学改革方法

开展《现场总线技术》课程教学，必须结合学校实际情况和学生学情全面调整教学思路、有针对性地重组教学内容、不断创新教学组织与实施方法。技术路线如图1所示。

该课程的教学改革具体包括以下4个方面。

3.1 基于专业需求的教学内容重组与完善

现场总线最初的主要应用场景是解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。由于现场总线简单、互操作性强、可靠、经济实用等一系列突出的优点，其应用一路延伸到需要部署控制网络的汽车、智能建筑等领域。因此，《现场总线技术》作为电子类专业通识的专业课程，其教学大纲及配套教材内容广泛，技术多元。但是，建筑电气与智能化专业的培养最终面向建筑测控领域[8，9]，很多总线内容与该专业的培养方向并不匹配，例如，Profibus、基金会现场总线等大多面向工厂级自动化应用场景，这类总线极少出现在楼宇的控制网络中，而一些建筑中的常用总线，如BACnet、EIB/KNX总线等又未被提及，所以，需要对教学内容进行重组和完善，放大和充实建筑测控的主流技术，同时剔除非建筑领域的、陈旧的技术内容，使授课内容与建筑测控领域的衔接更加紧密[10]。

同时，教材当中对总线的通信协议部分往往阐述过于深入，而对具体的应用案例缺乏介绍。经过调研，全国开设建筑电气与智能化专业的高校多数的办学定位为培养高素质的应用型人才，基于此定位，应强化学生的现场总线技术应用能力的培养。因此，需要扩充总线的应用内容，适度减少通信协议介绍，让学生充分掌握总线的应用方法和要点，达成人才培养需求。

3.2 基于多教学方式融合的教学设计

《现场总线技术》在掌握前置课程的基础上，没有复杂的计算和深奥的理论，完全可以由学生自学习得。在该课程的教学计划中，首先对数据通信基础、控制网络基础等基本概念进行介绍，随后将会详细介绍每一种总线技术。教师可以以一门总线技术的教学过程为模式，介绍总线的通信模型、通信协议、常用芯片、节点设计和应用设计等，要求学生将该模式应用到其他几类总线的学习过程中，将习得内容以翻转课堂、研讨的形式呈现。这种方法具有良好的效应，原因在于其将沉闷、枯燥的教师灌输转换为学生的主动学习和输出，既激发了学生的学习兴趣和学习热情，也能在一定程度上检测学生的掌握程度。所以，在该课程的教学上，加大课时投入到案例教学、研讨式教学、体验学习等方式方法上，通过多方式融合的教学设计，引导学生在自我启发和自我驱动中完成课程理论知识的学习，是理论教学改革的重要内容。

3.3 基于自主研发实验装置的实验组织与实验教学

《现场总线技术》的实验教学多采用试验箱完成，以本学院使用的试验箱为例，每种实验箱只能对单一的总线技术进行实验操作，并且封装程度过高，学生只能在现象上进行观测，自主性比较受限。目前，教研组正在自主研发SD-2018A建筑智能化系统集成实验教学平台，如图2所示，该实验教学平台集空调风机、照明、温湿度传感器于一体，使用LonWorks、RS485、BACnet、Modbus等总线与协议，利用Niagara AX软件实现不同总线与协议下的横向集成，实现空调风机的启/停控制、照明灯具控制和温湿度数据的采集，以此体现不同总线、不同协议环境下被控设备在统一平台上的管理与控制。同时，本实验平台还可以针对“面向平台集成技术”和“面向Web集成技术”进行后期扩展，以适应多角度的实践教学。系统具有较强的开放性、扩展性和兼容性等技术优点。在本课程的实验教学环节，将使用该平台全面取代单一总线实验箱支撑实验。依托该平台，综合每一种总线和系统集成技术重点，设置与理论学习内容相匹配的实验内容，锻炼学生的动手能力和实际应用能力，以实验促教学。

3.4基于课程特点的思政元素融入方法

《现场总线技术》作为一门工程性强的课程，面向的学生都是国家的专业技术人才，更加需要强化对学生的思政教育。因此，需要在课程中全面融入思政元素，倡导学生积极的价值观，确保学生接受社会主义核心价值观教育，助力专业育人。然而，在工科类课程中进行课程思政一直都是工科教学的重点和难点。在《现场总线技术》的思政教学设计中，需秉承“春风化雨，润物无声”的精神，做到教学点与思政元素的有机结合，避免课程思政要素的引入单一生硬和喊口号。例如，介绍CAN总线时，依据无损仲裁机制，引入个体之间高效的协同工作可以提高生产效率，在介绍基金会现场总线时，依据LAS的总体调度策略，引入个体服从组织安排，发挥集体主义精神;充分感知历史和时政要闻，点面结合，提升课程思政深度，让学生避免接触过多的大道理，而是以生动的历史时政案例触發学生的自我思考，引导学生的思想水平的提升;基于多教学方式融合的教学过程，改革考核方式，将学生的政治思想、精神素养、道德情怀、团队精神等纳入课程考核，落实到课堂测试、课后作业、课堂汇报、期末考试中，合理设计考核题目，强化职业素养、社会责任等内容考核;贴近大学生社交生活和网络资源，选取优秀、正能量的网络语言、网络手段和网络文化，扩充课程思政建设的内容，丰富课程思政建设的形式，提升课程思政建设的现代化水平，增强高校课程思政的传播力和感召力，以大学生接收程度更高的方式打造《现场总线技术》的课程思政体系，在潜移默化中达到思想政治教育效果。

4 建筑电气与智能化专业现场总线技术课程的教学改革方法实施效果

目前，面向建筑电气与智能化专业的《现场总线技术》课程教学改革实施已近2年，在课程内容重组和完善之后，教学内容的范围更加聚焦，学生得以对学习的每一项总线技术进行更为深入的理解和掌握;基于教学内容一一定制的教学手段使课堂更加有趣，学生的参与度更高，教学效果更加明显;得益于开放的自主研发的实验平台，学生可以深挖各项总线的技术细节，完成总线的兼容，收获更强的动手能力，加深对专业的理解;思政元素的融入也使得工科学生的爱国情结、社会主义核心价值观进一步凸显，达成知识技能教育和思想教育的统一。

5 结语

在“新工科”背景下，面向建筑电气与智能化专业的《现场总线技术》课程需在课程内容、教学手段、实验操作、课程思政4个方面做出相应改革，满足专业人才培养需要，丰富专业培养内涵，提高人才思想水平，助力国家产业改革发展。

参考文献

[1] 陆国栋，李拓宇.新工科建设与发展的路径思考[J].高等工程教育研究，2017（3）：20-26.

[2] 林健.面向未来的中国新工科建设[J].清华大学教育研究，2017，38（2）：26-35.

[3] 张艺鸣.新工科背景下工匠精神的培育研究[D].天津：天津大学，2020.

[4] 樊丽霞.新工科背景下工科优势高校课程建设问题及对策研究[D].上海：华东理工大学，2021.

[5] 王颖.新工科背景下高职人才培养模式改革研究[D].武汉：湖北工业大学，2021

[6] 于军琪，闫秀英，冯增喜.“建筑电气与智能化”人才培养实践与研究[J].西安建筑科技大学学报：社会科学版，2016，35（3）：97-100.

[7] 李元元.加强特色专业建设  提高人才培养质量[J].中国高等教育，2008（17）：25-27.

[8] 韩海花.现场总线技术在智能楼宇中的应用[J].通讯世界，2020，27（2）：33-34.

[9] 邓丽金.现场总线技术在楼宇自动化中的应用[J].电子世界，2014（12）：465.

[10] 王春燕，刘和平.现场总线技术在智能家庭控制网络中的应用[J].电气自动化，2006，28（5）：46-48.