新工科背景下建筑能源物聯(lián)網(wǎng)課程建設(shè)探索與實(shí)踐

李慧 王桂榮 魏建平

摘? 要：培養(yǎng)既具有建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)知識(shí)又具有物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的復(fù)合型人才是新時(shí)代行業(yè)發(fā)展的需要。建筑能源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)課程是在建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)新工科建設(shè)中開(kāi)設(shè)的一門(mén)新課。在該課程建設(shè)中，以Niagara物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為抓手，優(yōu)化建筑能源物聯(lián)網(wǎng)課程知識(shí)體系，教學(xué)內(nèi)容涵蓋知識(shí)、能力和素質(zhì)的全方位培養(yǎng);強(qiáng)化工程實(shí)踐能力，提出理論教學(xué)、實(shí)操訓(xùn)練、項(xiàng)目設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)、Tridium資格認(rèn)證“四位一體”的教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)方案;建立集過(guò)程性評(píng)價(jià)、表現(xiàn)性評(píng)價(jià)和總結(jié)性評(píng)價(jià)的多元化課程評(píng)價(jià)體系。課程運(yùn)行結(jié)果表明，提出的方法可有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力和解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞：建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè);新工科;建筑能源物聯(lián)網(wǎng);課程建設(shè)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2022）08-0005-06

Abstract： It is the need of the industry development in the new era to cultivate interdisciplinary talents with professional knowledge of building environment and energy application engineering as well as Internet of things technology. Internet of Things technology in Building Energy is a new course offered in the construction of new engineering major of building environment and energy application engineering.In the course construction， Niagara Internet of Things technology is taken as the starting point to optimize the knowledge system of the course of Internet of Things technology in Building Energy， and the teaching" content covers all-round cultivation of knowledge ability and quality. To strengthen engineering practice ability， a "four-in-one" teaching process design scheme for theoretical teaching practice training project design and development of Tridium qualification is proposed. A diversified curriculum evaluation system integrating process evaluation， performance evaluation and summative evaluation is established. The results of course operation show that the proposed method can effectively stimulate students' interest in learning， improve their ability of innovation， practice and solving complex engineering problems

Keywords： building environment and energy application engineering; new engineering; Internet of Things in Building Energy; course construction

2017年2月以來(lái)，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，按照新工科的建設(shè)需求，傳統(tǒng)的工科專(zhuān)業(yè)亟待改革[1]。建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)涉及建筑環(huán)境、制冷、供熱、控制、信息和節(jié)能等多個(gè)領(lǐng)域，尤其在“雙碳”目標(biāo)下，該專(zhuān)業(yè)的新工科建設(shè)變得尤為重要。隨著互聯(lián)網(wǎng)+、信息技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，中國(guó)建筑節(jié)能協(xié)會(huì)成立了“建筑調(diào)適與運(yùn)維專(zhuān)業(yè)委員會(huì)”。將建筑調(diào)適與數(shù)字運(yùn)維廣泛應(yīng)用于建筑的全壽命周期，促進(jìn)建筑行業(yè)低碳、可持續(xù)發(fā)展[2]。要實(shí)現(xiàn)數(shù)字運(yùn)維，其最根本的技術(shù)為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。因此，迫切需要將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入到建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)新工科建設(shè)中，培養(yǎng)既具有建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)知識(shí)又具有物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的復(fù)合型人才。

2018年，山東建筑大學(xué)在建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)新的培養(yǎng)方案中增加了建筑能源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)課程。目前該課程教材已完成初稿，并已榮獲住建部“十四五”規(guī)劃教材新工科教材立項(xiàng)。課程是專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)的基本單元，新工科建設(shè)對(duì)高校新工科課程提出了新的挑戰(zhàn)，相比于過(guò)去傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)，更加注重學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)與實(shí)踐動(dòng)手能力的提高[3]。目前課程教學(xué)普遍存在教學(xué)內(nèi)容陳舊、實(shí)踐教學(xué)薄弱、創(chuàng)新能力不足和知識(shí)貫通欠缺等問(wèn)題[4]。針對(duì)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，聚焦新工科對(duì)建筑能源物聯(lián)網(wǎng)人才培養(yǎng)的需求，在建筑能源物聯(lián)網(wǎng)課程建設(shè)時(shí)需要解決以下問(wèn)題：

（1）建筑能源物聯(lián)網(wǎng)課程涉及傳感技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等及其在建筑能源系統(tǒng)中的應(yīng)用，如何將多項(xiàng)技術(shù)融合在一起服務(wù)于建筑能源系統(tǒng)是亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

（2）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)很多，很多高校針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)人才培養(yǎng)進(jìn)行了相關(guān)教學(xué)研究[5-8]，但主要是針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)或電類(lèi)專(zhuān)業(yè)。如何根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)的發(fā)展及專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)選取某一項(xiàng)具體技術(shù)為抓手，以工程應(yīng)用為突破口，是克服當(dāng)前課程重理論，缺應(yīng)用的有效途徑。

（3）如何讓建筑能源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)落地，組織好實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，將理論與實(shí)踐深度融合，提高學(xué)生的創(chuàng)新性和實(shí)踐性。

（4）如何進(jìn)行產(chǎn)教融合，避免和產(chǎn)業(yè)脫軌，以產(chǎn)業(yè)發(fā)展為先導(dǎo)，系統(tǒng)培養(yǎng)技術(shù)技能為基礎(chǔ)。

針對(duì)上述問(wèn)題，教學(xué)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)幾年的探索與實(shí)踐，以Niagara物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為抓手，優(yōu)化建筑能源物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)知識(shí)體系，內(nèi)容涵蓋知識(shí)、能力和素質(zhì)的全方位培養(yǎng)。與霍尼韋爾Tridium物聯(lián)網(wǎng)公司建立了密切產(chǎn)學(xué)合作，進(jìn)行了深度產(chǎn)教融合，打造了理論教學(xué)、Niagara實(shí)操訓(xùn)練、項(xiàng)目設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)和Tridium資格認(rèn)證“四位一體”的教學(xué)過(guò)程，建立包含過(guò)程性評(píng)價(jià)、表現(xiàn)性評(píng)價(jià)和總結(jié)性評(píng)價(jià)的多元化課程評(píng)價(jià)體系。

一、以Niagara物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為抓手，優(yōu)化課程知識(shí)體系

Niagara是美國(guó)霍尼韋爾Tridium公司基于Java 開(kāi)發(fā)的一種極其開(kāi)放的物聯(lián)網(wǎng)中間件軟件平臺(tái)，Niagara物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于智能建筑、智能電網(wǎng)、分布式能源、工業(yè)控制、商業(yè)連鎖、智慧城市、數(shù)據(jù)中心等很多領(lǐng)域[9-11]。2020年Niagara物聯(lián)網(wǎng)中間件技術(shù)被寫(xiě)入《高等學(xué)校物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)規(guī)范2.0》中。以霍尼韋爾Tridium公司的Niagara物聯(lián)網(wǎng)中間件技術(shù)為抓手，優(yōu)化課程知識(shí)體系，突出原理、方法和應(yīng)用的有機(jī)結(jié)合，使其既具有能源物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)的基礎(chǔ)性和傳承性，又具有當(dāng)前技術(shù)的前沿性和創(chuàng)新性。

知識(shí)體系包括建筑能源物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)知識(shí)、Niagara軟件編程和建筑能源物聯(lián)網(wǎng)典型工程應(yīng)用三個(gè)模塊。三個(gè)模塊之間關(guān)系如圖1所示。物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)知識(shí)為整個(gè)課程教學(xué)知識(shí)體系的基石，為Niagara軟件編程模塊提供基礎(chǔ)知識(shí)，物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)知識(shí)模塊和Niagara編程模塊共同為建筑能源物聯(lián)網(wǎng)典型工程應(yīng)用提供知識(shí)和技術(shù)支持。整個(gè)教學(xué)內(nèi)容涵蓋知識(shí)、能力和素質(zhì)的全面培養(yǎng)。

（一）建筑能源物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)知識(shí)模塊

建筑能源物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)知識(shí)模塊包括建筑能源物聯(lián)網(wǎng)感知層知識(shí)、物聯(lián)網(wǎng)硬件知識(shí)和物聯(lián)網(wǎng)通信知識(shí)。為后續(xù)的軟件編程、Niagara網(wǎng)絡(luò)通信及應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1. 感知層知識(shí)

包括建筑能源系統(tǒng)常用傳感器和執(zhí)行器。由于傳感器和執(zhí)行器相關(guān)原理部分在建筑環(huán)境測(cè)試技術(shù)和建筑設(shè)備自動(dòng)化課程中包含，在此主要從應(yīng)用層面展開(kāi)，包括傳感器和執(zhí)行器設(shè)備選型、輸入輸出信號(hào)、接線(xiàn)和安裝等。

2. 物聯(lián)網(wǎng)硬件知識(shí)

為霍尼韋爾Tridium公司的硬件產(chǎn)品，包括JACE8000網(wǎng)絡(luò)控制器，IO28P、IO28U、IO22U智能IO模塊，IOS30P控制器等，知識(shí)點(diǎn)包括各硬件的性能參數(shù)、硬件接線(xiàn)、跳針設(shè)定等。這些硬件，學(xué)生在物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)上均可進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

3. 物聯(lián)網(wǎng)通信知識(shí)

包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)和常用的物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議。目前，物聯(lián)網(wǎng)的通信協(xié)議有很多，在此選取ModBus協(xié)議、Bacnet協(xié)議、MQTT協(xié)議和OPC-UA協(xié)議。這幾種協(xié)議是目前在建筑能源物聯(lián)網(wǎng)中常用的協(xié)議，且Niagara軟件中均包含免費(fèi)驅(qū)動(dòng)，后期可通過(guò)通信編程實(shí)現(xiàn)，以保證理論和實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。

（二）Niagara軟件編程模塊

Niagara軟件功能豐富，編程內(nèi)容很多。軟件編程模塊內(nèi)容的選取是從建筑能源物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目軟件開(kāi)發(fā)所需要的一般功能出發(fā)，包括Niagara 4軟件簡(jiǎn)介、建筑能源控制WireSheet編程、歷史數(shù)據(jù)與報(bào)警編程、Px視圖編程、數(shù)據(jù)標(biāo)簽、網(wǎng)絡(luò)通信和系統(tǒng)集成等。

1. Niagara 4 軟件簡(jiǎn)介

包括Niagara Framework基本組成、Workbench開(kāi)發(fā)平臺(tái)、KitControl基本組件、Station建立等，讓學(xué)生對(duì)Niagara軟件開(kāi)發(fā)有一個(gè)基本了解。

2. 建筑能源控制WireSheet編程

為軟件編程的重點(diǎn)，囊括多種控制策略編程，包括建筑能源雙位控制編程、PID控制編程、時(shí)間表控制編程、輪詢(xún)控制編程、負(fù)荷預(yù)測(cè)控制編程、變?cè)O(shè)定值控制編程等。通過(guò)該部分的學(xué)習(xí)，學(xué)生在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)建筑能源系統(tǒng)不同的控制需求設(shè)計(jì)不同的控制算法程序。

3. 歷史數(shù)據(jù)和報(bào)警編程

歷史數(shù)據(jù)編程包括歷史數(shù)據(jù)的定義、存儲(chǔ)、展示和導(dǎo)出等，歷史數(shù)據(jù)可用于后續(xù)能源系統(tǒng)大數(shù)據(jù)深度分析。報(bào)警編程包括報(bào)警數(shù)據(jù)的定義、推送和確認(rèn)等，報(bào)警編程提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

4. Px視圖編程

主要用于可視化展示，包括Px視圖基礎(chǔ)知識(shí)、Px Widget、Px視圖嵌套和導(dǎo)航菜單等，并以熱泵機(jī)組雙位控制、冷水機(jī)組水系統(tǒng)控制、新風(fēng)機(jī)組控制為例詳細(xì)闡述其Px視圖編程過(guò)程。

5. 數(shù)據(jù)標(biāo)簽

數(shù)據(jù)標(biāo)簽是數(shù)據(jù)的“可標(biāo)記語(yǔ)言”，只有給數(shù)據(jù)打標(biāo)簽，才能進(jìn)行大規(guī)模的數(shù)據(jù)挖掘，讓數(shù)據(jù)發(fā)揮更大的價(jià)值[12]。該部分內(nèi)容主要包括Niagara 軟件中自帶的標(biāo)簽字典（Haystack 字典和 Niagara 字典），此外還包括根據(jù)自己開(kāi)發(fā)需要自定義的標(biāo)簽字典。

6. 網(wǎng)絡(luò)通信與集成

該部分內(nèi)容與物聯(lián)網(wǎng)通信知識(shí)呼應(yīng)，包括Modbus通信編程、Bacnet通信編程、MQTT通信編程、OPC-UA通信編程和Niagara網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成。通過(guò)通信編程可以使感知層的信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層上傳到應(yīng)用層，也可以將應(yīng)用層的指令通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層傳輸?shù)礁兄獙樱瑢?shí)現(xiàn)多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通。

（三）建筑能源物聯(lián)網(wǎng)典型工程應(yīng)用模塊

目前，教學(xué)團(tuán)隊(duì)采用Niagara物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)建成了太陽(yáng)能-空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和分布式能源物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并在此基礎(chǔ)上針對(duì)多能源系統(tǒng)進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)集成和一體化管理。兩個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖2所示，以此兩個(gè)建筑能源物聯(lián)網(wǎng)典型工程應(yīng)用案例為對(duì)象，以建筑能源物聯(lián)網(wǎng)全流程開(kāi)發(fā)過(guò)程為主線(xiàn)，該模塊內(nèi)容主要包括項(xiàng)目簡(jiǎn)介、系統(tǒng)監(jiān)控方案設(shè)計(jì)、系統(tǒng)硬件平臺(tái)搭建和軟件開(kāi)發(fā)等。

1. 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

讓學(xué)生理解太陽(yáng)能-空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)和分布式能源系統(tǒng)的工藝流程、運(yùn)行特性、運(yùn)行參數(shù)及監(jiān)控需求。

2. 系統(tǒng)監(jiān)控方案設(shè)計(jì)

根據(jù)監(jiān)控需求設(shè)計(jì)監(jiān)控方案，包括感知層參數(shù)檢測(cè)和系統(tǒng)控制策略。

3. 系統(tǒng)硬件平臺(tái)搭建

包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層和控制層。感知層設(shè)備包括傳感器和執(zhí)行器;網(wǎng)絡(luò)層主要為智能儀表、IO模塊、控制器等通信方式及網(wǎng)絡(luò)連接;控制層為JACE8000網(wǎng)絡(luò)控制器。

4. 數(shù)據(jù)通信編程

包括JACE8000網(wǎng)絡(luò)控制器通信編程、智能儀表通信編程（智能電表和智能熱表）、能源設(shè)備通信編程（空氣源熱泵、微燃機(jī)等）、智能IO模塊通信編程及Niagara網(wǎng)絡(luò)集成等。

5. 軟件開(kāi)發(fā)

包括數(shù)據(jù)采集、控制、可視化、歷史數(shù)據(jù)和報(bào)警等編程。

以實(shí)際工程案例開(kāi)發(fā)流程組織教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)了學(xué)生的系統(tǒng)觀(guān)、全局觀(guān)，提高了學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力和創(chuàng)新思維。

二、強(qiáng)化工程實(shí)踐能力，打造“四位一體”教學(xué)過(guò)程

目前高等院校普遍存在學(xué)生工程實(shí)踐能力弱、企業(yè)對(duì)畢業(yè)生知識(shí)結(jié)構(gòu)和解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力滿(mǎn)意度低的問(wèn)題[13]。為了強(qiáng)化學(xué)生的工程實(shí)踐能力，從2017年開(kāi)始與Tridium公司進(jìn)行產(chǎn)學(xué)融合，打造“四位一體”教學(xué)過(guò)程。

教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)方案如圖3所示，整個(gè)教學(xué)過(guò)程包括理論教學(xué)、實(shí)操訓(xùn)練、項(xiàng)目設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)和Tridium大學(xué)認(rèn)證。

（一）理論教學(xué)

理論教學(xué)環(huán)節(jié)為該課程的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，包括建筑能源物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)知識(shí)、Niagara軟件編程教學(xué)。目前針對(duì)該課程的理論教學(xué)部分已經(jīng)錄制了線(xiàn)上教學(xué)視頻，共計(jì)600多分鐘，并且該課程已經(jīng)于2021年在山東省魯理聯(lián)盟上線(xiàn)。理論教學(xué)部分采用線(xiàn)上線(xiàn)下混合教學(xué)方式，學(xué)生通過(guò)理論學(xué)習(xí)，掌握建筑能源物聯(lián)網(wǎng)的基本知識(shí)，能夠通過(guò)建筑能源物聯(lián)網(wǎng)感知層和網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)構(gòu)建建筑能源物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng);掌握Niagara軟件基本編程知識(shí)及方法，包括Wire Sheet視圖、Px視圖、歷史記錄、報(bào)警信息和網(wǎng)絡(luò)集成等。在教學(xué)過(guò)程中注重理論和工程實(shí)踐的結(jié)合，注重該課程和建筑環(huán)境測(cè)試技術(shù)課程和建筑設(shè)備自動(dòng)化課程的知識(shí)融合。例如，在建筑能源控制編程部分，建筑設(shè)備自動(dòng)化課程中包含了建筑能源系統(tǒng)常用控制策略：位式控制、PID控制、時(shí)間表控制、輪詢(xún)控制和變?cè)O(shè)定值控制等，在教學(xué)組織上首先讓學(xué)生明確這幾種控制策略的機(jī)理和在建筑能源中的應(yīng)用場(chǎng)合，在此基礎(chǔ)上講解如何通過(guò)Niagara編程實(shí)現(xiàn)該控制策略，將理論和具體應(yīng)用有機(jī)結(jié)合。

（二）實(shí)操訓(xùn)練

根據(jù)各章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)和教學(xué)目標(biāo)，結(jié)合相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的工程應(yīng)用建立各章節(jié)軟件實(shí)操庫(kù)。課程伊始，要求每位同學(xué)安裝Niagara物聯(lián)網(wǎng)軟件，由Tridium公司提供軟件授權(quán)。實(shí)操訓(xùn)練包括兩個(gè)環(huán)節(jié)。

第一環(huán)節(jié)：不需要硬件連接，學(xué)生可在自己電腦上完成，主要用于配套軟件編程部分各章節(jié)的軟件編程實(shí)操訓(xùn)練。包括WireSheet控制編程、歷史數(shù)據(jù)編程、報(bào)警編程、Px視圖編程等。通過(guò)軟件編程實(shí)操訓(xùn)練，可將理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合，強(qiáng)化了學(xué)生的軟件編程實(shí)踐能力。

第二環(huán)節(jié)：在Niagara物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行，主要用于物聯(lián)網(wǎng)硬件連接、通信編程和網(wǎng)絡(luò)集成等實(shí)訓(xùn)，Niagara教具原理如圖4所示。

1. 硬件連接

根據(jù)建筑能源物聯(lián)網(wǎng)硬件設(shè)計(jì)，硬件連接包括傳感器、執(zhí)行器與智能IO模塊的連接;開(kāi)關(guān)、指示燈、蜂鳴器、繼電器等電器元件與智能IO模塊的連接;JACE網(wǎng)絡(luò)控制器與智能IO模塊的連接等。

2. 通信編程

（1）Bacnet MSTP通信編程，JACE網(wǎng)絡(luò)控制器的COM1口與風(fēng)機(jī)盤(pán)管溫控器連接;（2）Modbus RTU通信編程，JACE網(wǎng)絡(luò)控制器的COM2口與IO22U智能模塊連接;（3）Modbus TCP和Bacnet IP通信編程，JACE的SEC網(wǎng)口與IOS30P控制器連接。

3. 網(wǎng)絡(luò)集成

實(shí)現(xiàn)PC機(jī)上Supervisor站點(diǎn)與JACE網(wǎng)絡(luò)控制器站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)集成，包括JACE網(wǎng)絡(luò)控制器站點(diǎn)歷史數(shù)據(jù)和報(bào)警信息的推送等。

4. 系統(tǒng)調(diào)試

根據(jù)實(shí)操要求，完成系統(tǒng)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能的展示。

通過(guò)教具實(shí)操訓(xùn)練，強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)硬件的感性認(rèn)識(shí)，鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，提高了學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

（三）項(xiàng)目設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

教學(xué)團(tuán)隊(duì)搜集典型建筑能源物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用案例，結(jié)合課程目標(biāo)設(shè)計(jì)建筑能源物聯(lián)網(wǎng)工程項(xiàng)目題目。學(xué)生成立項(xiàng)目小組，每組5～6人。課程過(guò)半，發(fā)布項(xiàng)目題目，每組一個(gè)建筑能源物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目，由項(xiàng)目小組成員經(jīng)過(guò)小組討論確定項(xiàng)目方案，分配成員任務(wù)。項(xiàng)目?jī)?nèi)容包括：

1. 監(jiān)控方案設(shè)計(jì)

按照項(xiàng)目任務(wù)書(shū)監(jiān)控要求設(shè)計(jì)監(jiān)控方案，包括監(jiān)控策略、傳感器和執(zhí)行器選型、輸入輸出信號(hào)和監(jiān)控點(diǎn)信息統(tǒng)計(jì)等。

2. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)監(jiān)控點(diǎn)的信息統(tǒng)計(jì)選擇合適數(shù)量的智能IO模塊和JACE網(wǎng)絡(luò)控制器，繪制系統(tǒng)硬件連接網(wǎng)絡(luò)圖和IO模塊接線(xiàn)圖，設(shè)置正確的智能IO模塊撥碼開(kāi)關(guān)和通道選擇跳針。

3. 系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)

根據(jù)項(xiàng)目監(jiān)控軟件需實(shí)現(xiàn)的功能，進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，包括：控制策略編程、歷史數(shù)據(jù)編程、報(bào)警編程、Px視圖編程和網(wǎng)絡(luò)集成等。

4. 系統(tǒng)通信調(diào)試

在物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行，為學(xué)生準(zhǔn)備大量的傳感器、繼電器、指示燈、蜂鳴器、開(kāi)關(guān)和電源等器件，讓項(xiàng)目小組選取其中一個(gè)智能模塊，根據(jù)需要選取器件，搭建其硬件系統(tǒng)，進(jìn)行信息采集和控制通信編程，并完成系統(tǒng)調(diào)試，由此可外延到其他智能模塊的編程應(yīng)用。

項(xiàng)目小組在此基礎(chǔ)上完成項(xiàng)目說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)，制作PPT進(jìn)行項(xiàng)目成果匯報(bào)。小組項(xiàng)目設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，鍛煉了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神;典型建筑能源物聯(lián)網(wǎng)的全流程設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，與實(shí)際工程緊密聯(lián)系，提高了學(xué)生創(chuàng)新能力和解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。

（四）Tridium資格認(rèn)證

Tridium公司一直致力于Niagara軟件在高校的推廣和應(yīng)用，并且制定了大學(xué)計(jì)劃認(rèn)證方案。教學(xué)團(tuán)隊(duì)和Tridium公司深度合作，課程結(jié)束后組織優(yōu)秀學(xué)生在物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)室參加Tridium公司的軟件資格認(rèn)證考試，考試時(shí)間歷時(shí)8個(gè)小時(shí)，通過(guò)認(rèn)證的同學(xué)頒發(fā)全球統(tǒng)一的軟件資格證書(shū)。使得整個(gè)課程教學(xué)和物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)做到很好對(duì)接，拓展了學(xué)生的就業(yè)渠道。學(xué)生通過(guò)參加Tridium資格認(rèn)證，也提高了學(xué)生的獲得感和成就感。

三、建立多元化課程評(píng)價(jià)體系

課程評(píng)價(jià)，一方面要全面客觀(guān)地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，另一方面也要反映學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，有效的課程評(píng)價(jià)體系將在很大程度上對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)起到促進(jìn)和引導(dǎo)作用[14]，課程評(píng)價(jià)體系包括過(guò)程性評(píng)價(jià)、表現(xiàn)性評(píng)價(jià)和總結(jié)性評(píng)價(jià)，如圖5所示。

1. 過(guò)程性評(píng)價(jià)

在智慧樹(shù)建立了翻轉(zhuǎn)課，課堂教學(xué)采用線(xiàn)上和線(xiàn)下相結(jié)合的形式。過(guò)程性評(píng)價(jià)包括課堂表現(xiàn)成績(jī)、線(xiàn)上成績(jī)和實(shí)操訓(xùn)練成績(jī)。課堂表現(xiàn)成績(jī)指標(biāo)包括出勤次數(shù)、投票次數(shù)、搶答次數(shù)和互動(dòng)質(zhì)量。線(xiàn)上成績(jī)指標(biāo)包括作業(yè)成績(jī)、平時(shí)測(cè)驗(yàn)成績(jī)和線(xiàn)上學(xué)習(xí)進(jìn)度。實(shí)操訓(xùn)練成績(jī)指標(biāo)包括編程質(zhì)量、報(bào)告質(zhì)量和物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)室現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)。其中課堂表現(xiàn)占5%，線(xiàn)上成績(jī)占15%，實(shí)操訓(xùn)練占10%，過(guò)程性評(píng)價(jià)占比共計(jì)30%。

2. 表現(xiàn)性評(píng)價(jià)

主要針對(duì)小組項(xiàng)目，由團(tuán)隊(duì)成員協(xié)作完成。評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括項(xiàng)目說(shuō)明書(shū)質(zhì)量、軟件編程質(zhì)量、系統(tǒng)通信調(diào)試質(zhì)量和PPT成果展示質(zhì)量。表現(xiàn)性評(píng)價(jià)占比10%。

3. 總結(jié)性評(píng)價(jià)

期末考試分兩個(gè)環(huán)節(jié)，第一環(huán)節(jié)為筆試，全部為客觀(guān)題，考試時(shí)間為1小時(shí)。第二環(huán)節(jié)為物聯(lián)網(wǎng)編程，考試時(shí)間為3個(gè)小時(shí)。筆試和編程分別占30%，期末考試占比共計(jì)60%。

采取多元化的課程評(píng)價(jià)體系，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，取得了很好成效。

四、結(jié)束語(yǔ)

教學(xué)團(tuán)隊(duì)根據(jù)多年積累的經(jīng)驗(yàn)，以新工科建設(shè)為出發(fā)點(diǎn)，以行業(yè)需求為導(dǎo)向，對(duì)建筑能源物聯(lián)網(wǎng)課程建設(shè)進(jìn)行創(chuàng)新與改革。目前，建筑能源物聯(lián)網(wǎng)課程已經(jīng)運(yùn)行了兩個(gè)教學(xué)周期，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中表現(xiàn)出了極大的積極性和熱情。在剛剛結(jié)束的教學(xué)過(guò)程中，一半以上的同學(xué)榮獲了Tridium公司大學(xué)計(jì)劃全球認(rèn)證證書(shū)。該課程將理論與實(shí)際緊密相連，聚焦解決工程中的實(shí)際問(wèn)題，提高了學(xué)生的創(chuàng)新性和解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。該課程的開(kāi)設(shè)，將推動(dòng)Niagara物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在建筑能源行業(yè)的應(yīng)用，對(duì)學(xué)生掌握新興技術(shù)、培養(yǎng)跨專(zhuān)業(yè)的復(fù)合型人才、滿(mǎn)足社會(huì)對(duì)多元化人才培養(yǎng)的需求具有重要作用。

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基金項(xiàng)目：教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目“基于Niagara的能源物聯(lián)網(wǎng)課程建設(shè)與改革”（280106）;2020年山東省本科教學(xué)改革研究項(xiàng)目“校企融合打造《基于Niagara能源物聯(lián)網(wǎng)》混合式課程”（M2020252）

作者簡(jiǎn)介：李慧（1970-），女，漢族，山東青島人，博士，教授，研究方向?yàn)榻ㄖc能源系統(tǒng)自動(dòng)化。