5G時代“互聯網+”的工程創新實踐教學

曲云霞 孫立新 趙海文

摘 ? ?要：面向5G時代萬物互聯的技術特性，緊緊圍繞“以學生為中心，成果為導向”的工程教育理念，構建“互聯網+”的信息化創新實踐教學平臺，實現教學資源無處不在的遠程移動學習、泛在學習和互動學習的實踐教學模式，解決學生在時間和實驗室空間受限條件下，完成創新實踐的個性化需求，實現實踐教學在時間和空間上的拓展。

關鍵詞：5G時代;“互聯網+”;實踐教學

中圖分類號：G642 ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1002-4107（2022）05-0079-03

5G作為新一代移動通信技術的引領者，將通訊傳播從經典的流量服務模式向全要素生態鏈模式轉變，它具有大帶寬、低延時、高可靠性等特點。在5G 技術的支持下，傳統的通信方式、商業模式與全球技術格局將徹底改變[1-2]，構建萬物互聯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，智慧技術引入教育教學全過程，教育模式的創新變革勢在必行。

大學生是受互聯網影響最大的群體之一，被稱為是“數字土著”一代[3]1。他們的生活環境、學習方式和思維模式已經發生了翻天覆地的變化，智能手機、平板電腦、手提電腦等已經成為大學生的日常標配。大學生的學習實踐活動越來越離不開數字化產品和互聯網的介入，禁止智能手機進入課堂的做法已經不適應現代的大學課堂。劉延東曾多次在重要講話中強調，要積極響應當前“互聯網 +”新潮流，不斷深化推進教育教學改革，把握5G時代“互聯網 +”工程實踐育人工作的開放性、系統性與主體性具有重要意義[4-5]。

5G技術對教育的強大助推力日益凸顯，面對新時代的大學生，適應現代科技給高等教育帶來的機遇和挑戰，充分利用現代信息技術、智能產品、科技手段等創新教育教學方法，構建新時代高等工程教育“互聯網+”的新模式，不僅能夠充分發揮各級各類學校軟、硬件教學資源的重要作用，為學生提供形式多樣、符合個性化需求的學習內容，同時能夠充分體現教師主導、學生主體的教學關

系，學習方式更加個性化、適配化[3]9。不斷提升教學水平和育人能力，是新時代高等教育亟需解決的重要問題，也是高等教育發展的必然趨勢。

為適應工業4.0和制造強國的戰略發展需求，針對新時代大學生的學習習慣和特點，文章以河北工業大學機械設計制造及其自動化專業“機械裝備電氣與PLC控制”課程的實驗教學為抓手，構建了“互聯網+”的云控實踐教學平臺，實現了線上、線下實踐教學資源的遠程共享，使得教育資源由校園內延伸至千里之外的學生身邊，實現了“線上直播教學+遠程云控實驗”的創新教學新模式，不僅解決了疫情期間學生無法進行課程實驗的教學難題，而且該模式也可以在后疫情時代廣泛推廣，更好地解決專業實驗室空間不足、學生人數眾多、不能滿足學生個性化需求等實踐教學問題，實現了實踐教學在時間和空間上的巨大拓展，為學生能夠進行遠程移動學習、個性化學習、泛在學習和互動學習提供了環境支持和技術支撐，為教師能夠進行線上指導、實時掌控和互動交流提供了平臺，同時促進了“教”與“學”雙方面的形態變革。

一、5G時代“互聯網+”的泛在學習模式

泛在學習是一種任何人可以在任何地方、任何時間獲取所需信息的學習方式，是一種無處不在的學習。在

“以學生為中心，產出為導向”的教育教學理念下，教學過程中的“教”與“學”是并肩同行者，是教學活動的兩個重要方面。通過構建“互聯網+”的創新實踐教學模式，不僅重塑了師生角色、優化了師生關系，也體現了“以本為本”的教育核心內涵。教師在教學設計和教學實施過程中轉變了教學觀念，不斷創新教學設計、教學手段和教學模式;學生在學習過程中轉變了學習態度，摒棄被動地接受知識、完成教師布置任務的簡單模式，開啟了獨立思考、創新思維、綜合應用所學知識和理論解決復雜工程問題的分析能力，取得了教學相長的雙贏效果。

“機械裝備電氣與PLC控制”

課程團隊教師，充分利用5G技術在互聯網中的優勢，構建線上、線下相結合的“互聯網+”的云控實踐教學平臺，保障了“教師—實驗設備—學生”之間及時有效的互聯互通，建立了學生能夠隨時學習的軟、硬件環境。學生可以根據自己的學習規劃、職業規劃，以及興趣愛好、作息時間等實現獨立編程、自主學習、自我管理、自由規劃，極大地豐富了工程技術人才培養過程中實踐教學的內容、手段和渠道，通過該平臺也實現了學生泛在學習模式的有效落地。

“以學生為中心”既是高等教育內涵式發展的出發點，也是高等教育內涵式發展的落腳點[6]。教師和學生是教學活動的兩個方面，缺一不可，共同完成了教學活動的產出成果。學生通過各類教學活動學習知識、獲得能力、形成素養，不僅是教師的教育理念、教學內容、教學設計、教學實施等的系統化改變，同時也是學生的學習目標、學習態度、學習方法的徹底轉變。學生由“要我學”的被動接受，變成“我要學”的主動汲取，由“獲取知識”的低階記憶理解，變成“能力達成”的高階綜合評價，都需要教師在教學環節的各方面建立起多維度、系統化的教學模式和評價體系。

實踐教學是高等教育工程技術人才培養體系中的重要環節，是工程專業教育的根本內容，是工程能力培養的有效途徑，是學生在學習過程中將專業知識和基礎理論應用于工程實際的最主要的訓練方式，是培養具有工程系統意識、創新能力和實踐能力的高級專門技術人才的關鍵。而實踐教學卻常常受到學校和專業自身軟、硬件條件的制約，在一定程度上不能很好地達成其應有的教學目標要求。因此，基于5G時代的互聯網優勢，充分利用移動通信技術，依托河北工業大學機械工程學院中心實驗室的設備資源，結合機械設計制造及其自動化專業的人才培養目標、畢業要求和“機械裝備電氣與PLC控制”的課程目標要求，課程組從“教”與“學”雙方面構建線上、線下的“互聯網+教育”實踐教學模式，如圖1所示。該模式的運行實踐不僅可以充分利用學院實驗室的實驗教學資源，而且能夠培養學生在現代教育技術背景下自主學習、理論聯系實踐的綜合素質，提高獨立構思、創新設計、獨立實驗的學習能力，提升教育教學質量與學生學習效果，同時也為高校實踐教學模式創新和實驗室建設做出了有益的探索。

二、“互聯網+”的云控創新實踐教學平臺

（一）“互聯網+”的云控實踐教學平臺組成

針對疫情期間“機械裝備電氣與PLC控制”課程的實驗教學需求，課程組教師將“線上直播教學”與“遠程云控實驗”相結合，解決了特殊時期的實踐教學難題，將互聯網技術、云平臺技術、信息技術、控制技術等多種技術相融合，構建“互聯網+”的遠程云控實踐教學平臺，“打破”校園圍墻壁壘，將實踐教學送到學生“身邊”，取得了良好的教學效果，受到了學生及社會各界的廣泛好評。遠程云控實踐教學平臺主要包括學校實驗室設備、通訊設備、云服務器、互聯網、學生端和教師端，其中實驗室設備主要有實驗室監控攝像頭、設備監控攝像頭、被控的機電氣一體化實驗設備，以及其他輔助設備。

學生進行遠程線上實驗的內容，主要包括兩個方面：一是完成教師布置的基本實驗任務要求，熟練掌握PLC編程原理、方法和實驗操作過程;二是獨立設計實驗內容，并詳細描述控制功能和實施方案，經過師生充分討論并確認方案后，學生獨立完成實驗任務。

針對上述兩方面的任務要求，學生均需要在確定了實驗任務后，首先完成線下PLC程序設計，然后進行計算機模擬仿真運行，再通過云控平臺將程序傳輸至學校實驗室設備的PLC控制器，實現對現場設備的實時控制與調試。學生可以在家中通過網絡實時傳輸的實驗室設備工作的現場視頻畫面，觀察實驗設備的運行情況，判斷設備運行是否達到設計程序的任務要求。學生也可以在線實時修改程序，滿足不同學生針對不同工況下的多樣化創新設計需求。指導教師可以通過電腦端或手機端在線了解學生的實驗過程和結果，實現實時指導、雙向互動。

“互聯網+”云控實踐教學平臺的構建與實施，為河北工業大學“一流專業”建設背景下提高專業信息化教育教學建設水平，以及高等工程院校實驗室創新管理做出了有力的實踐示范和引領。同時，通過學生的實踐成果及反饋信息，也充分說明該平臺的運行很好地踐行了工程教育必須重視能力培養的教育教學總目標。

（二）“互聯網+”的云控實踐教學運行流程

引入“互聯網 +”視域下利用現代信息技術的網上遠程云控實踐教學平臺，將互聯網作為學生與教師、學生與實驗設備之間的紐帶和橋梁，可以實現實踐教學的無處不在。通過互聯網構建的“互聯網+”云控實踐教學平臺，其核心包括教師端和學生端兩個入口。

教師端入口操作流程如圖2所示。教師打開云平臺軟件，輸入賬號和密碼后進入該軟件。若有學生新申請了用戶則添加該用戶;若有已經添加過用戶的學生提出實驗請求，如設備處于閑置狀態，則給該學生授權，學生即可開始遠程實驗。

學生端入口操作流程如圖3所示。學生初次使用時，首先安裝云平臺軟件，然后申請賬號，并向教師提出添加用戶申請，申請被批準后再提出實驗申請，被批準后打開云平臺與PLC的通訊，安裝虛擬端口驅動程序，完成實驗前的準備工作。

學生若要進行實驗，先向教師提出實驗申請，獲得授權后打開云平臺與PLC的通訊，然后打開PLC編程軟件，與PLC進行通訊，并打開視頻監控，即可開始實驗。

（三）“互聯網+”的云控實踐教學實施

云控實踐教學平臺主要由機械工程學院中心實驗室原有的PLC作為控制器的機電氣一體化實驗設備、云平臺模塊、網絡攝像機、智能電源插座及集成控制軟件等組成。

基于云控實踐教學平臺，學生可以通過互聯網遠程地與學校實驗室的PLC實驗設備連接，進行下載和上傳自己設計的控制程序;通過實驗室的網絡攝像機看到所調試設備的實際運行情況，并對程序進行相應的調整，可達到與現場調試相同的實驗效果。教師可以通過手機或電腦即時觀察學生的調試情況，并隨時進行輔導和溝通。

學生完成線下編制程序后，通過云平臺將程序下載到學校實驗室的實驗設備上，再通過現場安裝的攝像機，將現場設備的運行情況通過云平臺實時傳送到學生的電腦中。學生既有身臨其境的感受，又能通過平臺訓練提升工程能力，實驗全過程可視、可控，真正實現了平臺操作與現場實驗的實質等效。

隨著5G技術的逐漸普及，“互聯網+教育”蓄勢待發，以高等工程教育中機電裝備控制、軟件開發編程等實踐教學活動為抓手，建立“互聯網+”創新實踐教學平臺，拓寬了傳統線下教學尤其是實踐教學的時間與空間，為充分運用現代科技手段實現普及化、開放式的實踐教學活動提供了有益參考。同時，基于互聯網技術、信息與控制技術，通過云平臺實現智慧實驗室環境下的實踐教學方法創新，開展泛在的實踐教學活動，從疫情期間的無奈之舉，到后疫情時代高等教育的工程實踐教學模式創新，充分利用學校的實踐教學資源，為學生提供良好的實踐教學平臺和充足的實踐機會做出了有益探索。

參考文獻：

[1] ?王勝遠，王運武.5G+教育：內涵、關鍵特征與傳播模型[J].重慶高教研究，2020，8（2）：36.

[2] ?談蓉蓉，侯寧，陸超，等.“互聯網 +”視域下開放大學機電類課程實踐教學模式研究[J].湖南郵電職業技術學院學報，2019，18（3）：118.

[3] ?陳婷.“互聯網+教育”背景下智慧課堂教學模式設計與應用研究[D].徐州：江蘇師范大學，2017.

[4] ?牛立蕊，李漢超，劉彥柱，等.“互聯網+”背景下高等?院校實踐育人實現路徑優化研究[J/OL].教育現代化，2017（36）：18[2021-04-25]. https：//kns.cnki.net/kns8/defaultresult/index.

[5] ?牛立蕊，李漢超，王英，等.“互聯網+教育”背景下?的高校實踐育人組織管理體系創新研究[J].高教學刊，2017（16）：1.

[6] ?劉振天.從高等教育兩種哲學兩大規律看兩類發展理論[J].南開學報（哲學社會科學版），2020（1）：78.

編輯∕丁俊玲

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

作者簡介：曲云霞（1969—），女，河北承德人，河北工業大學機械工程學院教授，博士，研究方向：機械動力學、機電測控技術。

基金項目：河北省高等教育教學改革研究與實踐項目“解決復雜工程問題能力培養的多維度系統化工程教育模式研究”（2019GJJG045）;河北省教學改革項目“中國制造2025框架下的智能制造技術新專業建設研究”（2018GJJG035）