建設(shè)開放的《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》實(shí)踐教學(xué)體系

【摘要】針對(duì)機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)在《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程教學(xué)中出現(xiàn)的問題，靈活多樣地采用了實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革、興趣小組、參與科研課題以及參加競賽等多層次的實(shí)踐教學(xué)改革。多層次多方式的實(shí)踐教學(xué)融開放式實(shí)驗(yàn)、研究性實(shí)踐和科研訓(xùn)練為一體，自成一個(gè)獨(dú)立的實(shí)踐小體系，誘導(dǎo)學(xué)生深入理解計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，建立學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)模式，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決問題的能力，獲得良好的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】實(shí)踐教學(xué)；課程建設(shè)；計(jì)算機(jī)控制技術(shù)；機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)

【中圖分類號(hào)】G420 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B【論文編號(hào)】1009—8097 (2008) 07—0113—03

一引言

按照機(jī)電工程學(xué)院提出的機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)改革的目標(biāo)，以突出‘應(yīng)用’為主旨和特征，構(gòu)建《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程的教學(xué)內(nèi)容體系以及相對(duì)獨(dú)立的實(shí)踐教學(xué)體系。在機(jī)電技術(shù)中，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)起著十分重要的作用，現(xiàn)代的控制技術(shù)都離不開計(jì)算機(jī)，如圖1。一個(gè)單獨(dú)而且完備的計(jì)算機(jī)控制控制系統(tǒng)，必須包括信號(hào)檢測、信號(hào)處理(計(jì)算機(jī)程序)、信號(hào)輸出、功率輸出以及控制對(duì)象這5大部分。信號(hào)檢測涉及傳感器技術(shù)和微電子技術(shù)；信號(hào)處理涉及工業(yè)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)；信號(hào)輸出和功率輸出涉及計(jì)算機(jī)接口技術(shù)、繼電－接觸器控制技術(shù)、電力電子變流技術(shù)；控制對(duì)象多為交、直流電動(dòng)機(jī)。若是一個(gè)多任務(wù)系統(tǒng)，還涉及到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)。由于本課程實(shí)踐性較強(qiáng)，涉及的相關(guān)概念較多，與前續(xù)課程的內(nèi)容聯(lián)系緊密，因此，教師該如何組織教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)開放式的實(shí)踐教學(xué)模式，讓學(xué)生邊學(xué)邊練，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考，獨(dú)立解決問題的能力，使學(xué)生確實(shí)掌握好本課程知識(shí)，是一項(xiàng)非常有意義的課題[2]。

從這門課程的教學(xué)實(shí)踐看仍有以下不足：

第一是學(xué)生缺乏面向工程實(shí)際的機(jī)會(huì)。學(xué)生能夠?qū)W好每門課程的主要內(nèi)容，但是難以綜合運(yùn)用解決現(xiàn)實(shí)問題。遇到現(xiàn)實(shí)問題，學(xué)生往往能夠向在某門課程中學(xué)習(xí)過的內(nèi)容靠攏，從某門課程某個(gè)知識(shí)點(diǎn)出發(fā)來解決問題。這種從書本出發(fā)而不是從問題本身出發(fā)的思路，明顯受到書本的束縛，不但反映了學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)依然有欠缺，也反映了學(xué)生面對(duì)現(xiàn)實(shí)問題的不自信。

第二《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》是一門多學(xué)科多課程交叉、實(shí)踐性強(qiáng)的課程，如果只是從理論上學(xué)習(xí)，容易流于空泛。

第三是教學(xué)手段的不足。長期以來，教學(xué)活動(dòng)都以教師為中心，實(shí)行教師在課堂上以描述性的講解來傳播知識(shí)，學(xué)生在教與學(xué)的過程中是一種被動(dòng)的認(rèn)知信息的接受者?！队?jì)算

控制技術(shù)》課程一般采用課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)這兩種傳統(tǒng)方式進(jìn)行教學(xué)，課堂教學(xué)傳授基礎(chǔ)知識(shí)，實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生認(rèn)知、提高應(yīng)用能力，也有將常見常用的機(jī)電系統(tǒng)拆裝，有助于學(xué)生理解原理，提高授課的效率。如果能將理論學(xué)習(xí)、實(shí)踐應(yīng)用、產(chǎn)品制作有機(jī)地結(jié)合為一體，以理論教學(xué)為基礎(chǔ)，以實(shí)踐訓(xùn)練為重點(diǎn)，以掌握知識(shí)和技能、制作產(chǎn)品為教學(xué)目標(biāo)，就能較好地體現(xiàn)“學(xué)用一致，知能并舉”的3P教育思想。3P教學(xué)法是指原理（Principle）、實(shí)踐（Practice）和產(chǎn)品（Product）的三者合一，是教、學(xué)、做合一的具體應(yīng)用[1]。

二 實(shí)踐教學(xué)改革方案

在《計(jì)算控制技術(shù)》教學(xué)中， 3P教學(xué)法非常值得提倡，強(qiáng)調(diào)以實(shí)踐和產(chǎn)品為主，加大了教學(xué)過程的輸入輸出量，大大提高了課程內(nèi)容的操練頻率。在運(yùn)用“3P”教學(xué)法教學(xué)時(shí)教師首先給學(xué)生引入和展現(xiàn)要學(xué)習(xí)的原理內(nèi)容，然后組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐訓(xùn)練。

1 為學(xué)生提供面向工程實(shí)際的機(jī)會(huì)。以理論為框架和學(xué)習(xí)脈絡(luò)，以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識(shí)有能力為目標(biāo)，讓學(xué)生清晰和完整地把握基本知識(shí)，“教、學(xué)、做”合一，充分發(fā)揮教與學(xué)的積極性，努力走“實(shí)踐、理論、再實(shí)踐”之路。以應(yīng)用為培養(yǎng)目標(biāo)，不同于知識(shí)型的培養(yǎng)目標(biāo)，也不同于研發(fā)型目標(biāo)，還不同于技能型目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)在做中教，在做中學(xué)。始終把培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用、工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力放在重要位置，采取理論學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐相結(jié)合，課內(nèi)與課外相結(jié)合，規(guī)范與激勵(lì)相結(jié)合的全方位措施完成教學(xué)目標(biāo)。

2 建立《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程合理的教學(xué)系統(tǒng)?！队?jì)算機(jī)控制技術(shù)》與某些教學(xué)內(nèi)容較穩(wěn)定的課程不同，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展日新月異，需要把新知識(shí)融入到課程中。但是這門課程也有其自身的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐技巧，并不是一個(gè)過渡性的、裁接拼湊的課程。數(shù)字信號(hào)分析與處理是計(jì)算機(jī)測控的核心，涉及到拉氏變換和Ｚ變換、數(shù)字PID、數(shù)字濾波、采樣與復(fù)現(xiàn)等內(nèi)容，擴(kuò)展后可涉及隨機(jī)過程、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等內(nèi)容。因此，這門課程看似蕪雜，其實(shí)自成體系，教學(xué)內(nèi)容豐富而且彈性極大，要有主有次，主線清晰，層次分明，將理論部分的掌握內(nèi)容、了解內(nèi)容合理分布，在有限課時(shí)內(nèi)完成；將擴(kuò)展閱讀內(nèi)容、實(shí)踐制作內(nèi)容適當(dāng)?shù)胤峙湓趯?shí)驗(yàn)、興趣小組、科研課題以及競賽中，構(gòu)成一個(gè)開放的實(shí)踐教學(xué)小體系，有淺有深，給學(xué)生寬松的環(huán)境、自由的柔性空間，保證一般學(xué)生能達(dá)到課程的基本要求，有能力的學(xué)生能有所深入。理論教學(xué)占用課程教學(xué)時(shí)間，實(shí)踐教學(xué)占用課外時(shí)間，各自獨(dú)立又相得益彰，互有補(bǔ)益，構(gòu)成一個(gè)合理的課程教學(xué)系統(tǒng)。

3 提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》一般開設(shè)在大學(xué)三年級(jí)下學(xué)期或者四年級(jí)上學(xué)期，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過大量課程，對(duì)被動(dòng)學(xué)習(xí)容易產(chǎn)生厭倦情緒。如果采用設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)、展開興趣小組、參加科研課題以及參加競賽等手段，可以激發(fā)學(xué)生的興趣，提升教育水平、教學(xué)信息量、啟迪學(xué)生創(chuàng)新思維，形成以學(xué)生為主體的自主學(xué)習(xí)模式，因材施教，以培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力為目的，讓受教育者習(xí)而化之，形成一個(gè)既有正確導(dǎo)向、符合實(shí)際，而又無拘無束的環(huán)境。這個(gè)階段的學(xué)生已經(jīng)有前期的課程知識(shí)，也有基礎(chǔ)進(jìn)行這種自主性學(xué)習(xí)。

三 具體改革內(nèi)容

建立一個(gè)以學(xué)生為主體，以教師為輔助的相對(duì)獨(dú)立的《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程實(shí)踐教學(xué)體系，學(xué)生自主在課程范圍內(nèi)選題，獨(dú)立查找資料，分析設(shè)計(jì)方案，并完成制作，形成一個(gè)既有正確導(dǎo)向、符合實(shí)際，而又無拘無束的環(huán)境。具體的實(shí)踐教學(xué)改革包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革、興趣小組、完成課題以及參加競賽等四個(gè)方面：

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。為了達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的，提高實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量，要求實(shí)驗(yàn)前寫預(yù)習(xí)報(bào)告、單人單機(jī)完成、實(shí)驗(yàn)后寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告（占實(shí)驗(yàn)成績的50%）；減少了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增設(shè)了設(shè)計(jì)性，創(chuàng)新性和綜合性實(shí)驗(yàn)，教師僅僅安排實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，要求學(xué)生根據(jù)學(xué)過的基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)采用的方案加以論證，確定實(shí)驗(yàn)方案與步驟，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析計(jì)算，確認(rèn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性；帶領(lǐng)學(xué)生到金工車間，對(duì)在以前課程中使用過的設(shè)備進(jìn)行實(shí)地分析講解；帶領(lǐng)學(xué)生到工廠企業(yè)，觀察了解比較先進(jìn)新穎的計(jì)算機(jī)控制設(shè)備；開設(shè)開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

2 組織課外興趣小組。在注重課堂教學(xué)的同時(shí)，課外組織學(xué)生成立計(jì)算機(jī)控制技術(shù)興趣小組。有些學(xué)生對(duì)新技術(shù)新產(chǎn)品感興趣，可以圍繞相關(guān)內(nèi)容收集資料，分析原理，相互討論，相互啟發(fā)，并開設(shè)專題報(bào)告；對(duì)制作實(shí)物感興趣的學(xué)生，可以運(yùn)用DP-51或更高級(jí)的資源，如CAN控制器SJA1000，CAN收發(fā)器TJA1050T，USB器件PDIUSBD12，GPRS器件等，在實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)學(xué)生開發(fā)、研制一些感興趣或?qū)嵱玫男‘a(chǎn)品。這樣做一方面有助于鞏固理論知識(shí)，縮短從理論到實(shí)際應(yīng)用的過程；另一方面可使學(xué)生產(chǎn)生一種創(chuàng)業(yè)成就感；有利于培養(yǎng)他們學(xué)習(xí)興趣；增強(qiáng)其創(chuàng)新意識(shí)；提高實(shí)際應(yīng)用能力[2]。

3 組織申報(bào)學(xué)生課題。興趣小組完成任務(wù)以后，可以結(jié)合地方企業(yè)，在教師的帶領(lǐng)下，申報(bào)校級(jí)、省級(jí)學(xué)生科研課題。開展學(xué)生第二課堂活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生積極參與科技小發(fā)明活動(dòng)和教師的科研課題中，而教師僅起拋磚引玉的作用，指明設(shè)計(jì)思路，啟發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。我院去年成功申報(bào)校級(jí)學(xué)生科研課題29項(xiàng)，院級(jí)立項(xiàng)項(xiàng)目5項(xiàng)，總資助金額1.65萬元，參與學(xué)生100余人。學(xué)生科研活動(dòng)的蓬勃開展，為培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)搭建了廣闊的平臺(tái)，也為建設(shè)優(yōu)良學(xué)風(fēng)奠定了良好的基礎(chǔ)。

4 組織課題競賽。從學(xué)生課題中選拔優(yōu)秀的項(xiàng)目參加課題競賽。我院已經(jīng)參加過電子設(shè)計(jì)大賽，機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽都學(xué)生競賽，并取得過不錯(cuò)的成績。競賽活動(dòng)使學(xué)生受益非淺，從學(xué)生被動(dòng)的要求做實(shí)驗(yàn)，到學(xué)生主動(dòng)的要求進(jìn)實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，加深了對(duì)課本知識(shí)的理解與融匯貫通，學(xué)到了許多書本上所學(xué)不到的東西，培養(yǎng)了創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。

四 已取得的改革成果

以能力為主線構(gòu)建《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程實(shí)踐教學(xué)體系，培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力，啟迪學(xué)生的創(chuàng)新性思維，開發(fā)創(chuàng)新潛能、培養(yǎng)創(chuàng)新能力，掌握創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法，培訓(xùn)學(xué)生工程實(shí)踐和動(dòng)手能力。把培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用、工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力放在重要位置，采取理論學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐相結(jié)合，課內(nèi)與課外相結(jié)合，培養(yǎng)應(yīng)用型的機(jī)電專業(yè)人才。

1 通過對(duì)多部教材教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理取舍，整理出具有特色的教學(xué)大綱、實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱、多媒體課件、實(shí)踐指導(dǎo)手冊(cè)、課外擴(kuò)展閱讀材料。為編寫有特色的《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》教材籌備了豐富的材料。

2 為《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》申報(bào)了設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)，另已申報(bào)開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目2項(xiàng)，計(jì)受益學(xué)生20人次，擺脫了以往實(shí)驗(yàn)中學(xué)生只能機(jī)械得按照固定的電路和步驟進(jìn)行單純的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，充分地調(diào)動(dòng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程的自主設(shè)計(jì)能力和相關(guān)知識(shí)的實(shí)際運(yùn)用能力，僅給學(xué)生指定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、要求和?shí)驗(yàn)條件，由學(xué)生自行擬定實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)方法和步驟、選擇儀器設(shè)備并完成實(shí)驗(yàn)，同時(shí)完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有效地培養(yǎng)了學(xué)生的主動(dòng)運(yùn)用知識(shí)來解決實(shí)際問題的能力，鍛煉了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)素養(yǎng)。

3 組織學(xué)生申報(bào)浙江省新苗人才計(jì)劃項(xiàng)目“高壓電源設(shè)備的遠(yuǎn)程控制”，積極參與教師的科研課題。多次帶領(lǐng)學(xué)生到浙江宏秀電氣有限公司和浙江正泰電器股份有限公司、展覽會(huì)參觀，深入調(diào)研高壓雙電源設(shè)備的生產(chǎn)、使用，分析其工作原理，解剖設(shè)備的內(nèi)部機(jī)制，了解設(shè)備的常發(fā)故障。

4 組織學(xué)生參加多屆省級(jí)和國家級(jí)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽，共計(jì)學(xué)生15人次；組織學(xué)生已參加浙江省第四屆大學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽，共計(jì)學(xué)生8人次；目前正在籌備參加浙江省第五屆大學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽。已組織學(xué)生進(jìn)行學(xué)生課題4項(xiàng)，共計(jì)受益學(xué)生11人次；目前正在籌備學(xué)生課題3項(xiàng)，預(yù)計(jì)學(xué)生8人次。

五 總結(jié)

在課程改革中，從工程實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，注重工程基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，并充分利用近年來實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的建設(shè)成果，改造、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、興趣小組、學(xué)生課題和學(xué)生競賽等環(huán)節(jié)，重實(shí)踐、強(qiáng)調(diào)動(dòng)手能力、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)和工程訓(xùn)練環(huán)節(jié)、將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)整合，有利于學(xué)生解決實(shí)際問題的綜合能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

1 過去的原理、實(shí)踐和產(chǎn)品是以課程體系為系統(tǒng)的三位一體，各門課程各有特色，難以在每門課程中都有原理、實(shí)踐和產(chǎn)品三個(gè)環(huán)節(jié)。由于《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程的綜合性和實(shí)用性，可以形成獨(dú)具特色的實(shí)踐教學(xué)體系，在小范圍內(nèi)構(gòu)成理論、實(shí)踐和產(chǎn)品三合一的系統(tǒng)。

2 實(shí)踐是創(chuàng)新之源，工程實(shí)踐是創(chuàng)新的基礎(chǔ)，沒有工程實(shí)踐的能力就談不上創(chuàng)新能力。在工科教育中，課堂學(xué)習(xí)是基礎(chǔ)，學(xué)生的自主思考是關(guān)鍵，學(xué)生參與實(shí)踐才是根本。要讓學(xué)生有思考的空間與時(shí)間，規(guī)劃課程的實(shí)踐教學(xué)體系時(shí)就與課堂教學(xué)分開，從實(shí)驗(yàn)教學(xué)、興趣小組、學(xué)生課題以及學(xué)生競賽等四個(gè)層次建立課程的實(shí)踐教學(xué)體系，將學(xué)生自主選題、教師引導(dǎo)、與生產(chǎn)生活實(shí)際相結(jié)合，給學(xué)生以更寬松的環(huán)境、更大的自由柔性空間，讓學(xué)有余力的學(xué)生走得更遠(yuǎn)更深，重視個(gè)性培養(yǎng)。

3 創(chuàng)新之根在實(shí)踐，從工程實(shí)際應(yīng)用著眼，著重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。改變學(xué)生從書本出發(fā)而不是從問題本身出發(fā)的思路，擺脫書本的束縛，從工程實(shí)際出發(fā)，自主學(xué)習(xí)自主鉆研，增強(qiáng)了學(xué)生面對(duì)實(shí)際問題的自信力，從課程建設(shè)開始大力營造一個(gè)有利于實(shí)施創(chuàng)新教育良好環(huán)境。

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參考文獻(xiàn)

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[2] 崔永利，李妍.高校計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與探索[J].高等教育研究，2007，1(30):16-17.

Exploration of the Open Practice Teaching System of Computer Control

LUO ShengXUE Guang-mingZHOU Hong-ming

(School of Mechanical Electrical Engineering of Wenzhou University， Wenzhou， Zhejiang， 325035， China)

Abstract: Considering the specialties of computer control course， the education reform should focus on how to improve the practical abilities. The multi-level practical teaching system contains open experiment， interest groups， participating in research projects and taking part in competitions. These practical teaching helps students understand the computer-controlled technology and settle the realistic problems.

Keywords: Practice Teaching; Course Building; Computer Control; Mechanical Electrical Engineering