“系統(tǒng)方法論”在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程教學(xué)中的應(yīng)用

摘要：本文結(jié)合教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)目前計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程教學(xué)存在的問(wèn)題，以系統(tǒng)方法論的思想為指導(dǎo)，從系統(tǒng)教學(xué)觀的樹(shù)立、教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)組織、理論和實(shí)踐教學(xué)的系統(tǒng)統(tǒng)一等方面論述如何構(gòu)建一個(gè)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的系統(tǒng)教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)方法論；計(jì)算機(jī)控制技術(shù)；教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1引言

計(jì)算機(jī)控制是計(jì)算機(jī)十分重要的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)控制方向是計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)中的一個(gè)重要的方向，該方向旨在培養(yǎng)學(xué)生在工業(yè)、網(wǎng)絡(luò)、電子等領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，要求學(xué)生具備較強(qiáng)的實(shí)際動(dòng)手能力，軟硬件綜合應(yīng)用能力。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是工科計(jì)算機(jī)類、電氣、電子信息類專業(yè)所開(kāi)設(shè)的一門課程，是“信號(hào)與系統(tǒng)”、“自動(dòng)控制原理”、“單片機(jī)原理與應(yīng)用”、“微機(jī)原理及接口技術(shù)”等課程的后續(xù)課程，是一門跨科學(xué)、應(yīng)用性很強(qiáng)的現(xiàn)代技術(shù)課程。該課程的掌握不僅要求學(xué)生要有寬厚的知識(shí)積累、嚴(yán)密的邏輯思維能力，而且要有較強(qiáng)的實(shí)踐動(dòng)手能力、系統(tǒng)解決問(wèn)題的能力。為此，教師有必要用系統(tǒng)科學(xué)方法論來(lái)指導(dǎo)教學(xué)，著重點(diǎn)述知識(shí)背景及其內(nèi)在聯(lián)系，在更高層次上集成知識(shí)，并通過(guò)實(shí)踐指導(dǎo)學(xué)生完成具體的系統(tǒng)任務(wù)。

2基于系統(tǒng)方法論的教學(xué)方法

在物質(zhì)世界中，一個(gè)系統(tǒng)中的任何一部分可被看成一個(gè)系統(tǒng)，而每個(gè)系統(tǒng)又可看成一個(gè)大系統(tǒng)中的一部分，這就是綜合思想，即系統(tǒng)方法，又稱系統(tǒng)論。系統(tǒng)論既代表概念、觀點(diǎn)、模型，又可表示數(shù)學(xué)方法。系統(tǒng)方法論為我們把握復(fù)雜事物提供了一系列科學(xué)方法的原則，即整體性、關(guān)聯(lián)性、有序性、開(kāi)放性、發(fā)展性原則及模型化和優(yōu)化原則。

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)教學(xué)本身就是一個(gè)系統(tǒng)工程，是由教師、學(xué)生、教學(xué)媒體、教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)評(píng)估組成的可控系統(tǒng)，因此教師不僅要講授控制系統(tǒng)的理論技術(shù)知識(shí)，還要將所控制系統(tǒng)的思想內(nèi)核及方法應(yīng)用到這門課的教學(xué)實(shí)踐中，用系統(tǒng)論去審視、探究計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的教學(xué)體系，用系統(tǒng)方法論來(lái)研究和改革計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程的教學(xué)，使計(jì)算機(jī)控制技術(shù)教學(xué)系統(tǒng)工程達(dá)到總體的最優(yōu)化。

3計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的系統(tǒng)教學(xué)模式

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的教學(xué)面對(duì)的是一個(gè)多彩多姿的教學(xué)過(guò)程。這一過(guò)程包括教師的講授活動(dòng)，又包括學(xué)生的學(xué)習(xí)認(rèn)識(shí)過(guò)程，還包括教材及其他教學(xué)媒體的合理運(yùn)用。從計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的知識(shí)層面看，有控制概念、控制用語(yǔ)、控制原理和規(guī)律等在教學(xué)活動(dòng)中的穿插、組合；從操作技能層面看，既有硬件的操作技能，又有軟件的操作技能；從心智、情感的培養(yǎng)訓(xùn)練層面看，既有感知覺(jué)、情感、意志和行為等學(xué)生和老師的心理特征的參與，又有意念、價(jià)值觀、自然觀、世界觀等意識(shí)形態(tài)的熏陶內(nèi)化和通話過(guò)程。

總之，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)這門課程是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，它涉及教師、學(xué)生、教材、教學(xué)手段、教學(xué)環(huán)境、教育理念等多個(gè)方面。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的系統(tǒng)教學(xué)方法就是運(yùn)用系統(tǒng)方法論的思想把計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程本身的內(nèi)容、學(xué)習(xí)這門課程有關(guān)的人以及影響學(xué)習(xí)該門課的所有因素等看成一個(gè)系統(tǒng)，對(duì)其教學(xué)的各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行整體一局部一整體的探究和實(shí)施。

3.1系統(tǒng)教學(xué)觀念的樹(shù)立

教學(xué)觀念既體現(xiàn)時(shí)代需求，承繼著歷史的優(yōu)良傳統(tǒng)，又面向未來(lái)，包含著人們的追求，因此教學(xué)觀念具有現(xiàn)實(shí)的制約性、歷史的繼承性、超前的規(guī)范性等特性，體現(xiàn)著每一時(shí)代的人對(duì)教學(xué)現(xiàn)象與規(guī)律的認(rèn)識(shí)、把握的程度。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的教學(xué)觀念，是從事自動(dòng)控制教學(xué)的教師和科技工作者在社會(huì)實(shí)踐中直接或間接形成的對(duì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)教學(xué)的認(rèn)識(shí)。由于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)教學(xué)是多學(xué)科互相交叉、滲透的整體，必然形成內(nèi)部的觀念系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)教學(xué)又與其應(yīng)用場(chǎng)合和環(huán)境(如本科教學(xué)、研究生教學(xué)，或機(jī)電專業(yè)、信息專業(yè)等)組成范圍更大的整體，也就是說(shuō)要與學(xué)校培養(yǎng)學(xué)生的目標(biāo)、本課程的目標(biāo)緊密一致，形成內(nèi)涵更寬的課程觀念系統(tǒng)。

當(dāng)今社會(huì)的變革，引發(fā)教育的改革，當(dāng)然也引發(fā)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)教學(xué)觀念的更新。我們必須在不同層次上、不同范圍內(nèi)去研究計(jì)算機(jī)控制技術(shù)教學(xué)中教師、學(xué)生、教材、教學(xué)手段、教育觀念等諸要素及其構(gòu)成的系統(tǒng)，研究計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與相關(guān)學(xué)科的聯(lián)系，研究計(jì)算機(jī)控制學(xué)科不同學(xué)段之間的過(guò)渡與銜接，研究課內(nèi)外、校內(nèi)外計(jì)算機(jī)控制技術(shù)教學(xué)的關(guān)系。對(duì)于一所國(guó)家重點(diǎn)工程院校，在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程的系統(tǒng)教學(xué)觀中，要以學(xué)生為主體，以培養(yǎng)學(xué)生能力為主線，以工程為背景，以問(wèn)題為紐帶，以綜合為導(dǎo)向，以教法促學(xué)法，建立理論課與實(shí)驗(yàn)課的合理結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)能力的課程目標(biāo)。突出“以人為本、以生為先”的教學(xué)管理觀念，

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是一門高度綜合且具有一定難度的專業(yè)基礎(chǔ)課，在多年的教學(xué)實(shí)踐中，我們認(rèn)識(shí)到要改變以前的教學(xué)理念，樹(shù)立“以人為本、以生為先、以師為導(dǎo)”的教學(xué)管理觀念。教師的“教”和學(xué)生的“學(xué)”是互相制約的，“教”和“學(xué)”要在一個(gè)和諧的環(huán)境中互動(dòng)，教師所用的教材、所采用的教學(xué)手段和教學(xué)理念直接影響教師的課堂教學(xué)效果，而教師的課堂教學(xué)效果又體現(xiàn)在學(xué)生對(duì)該門課知識(shí)掌握程度和運(yùn)用的效果上，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果反過(guò)來(lái)會(huì)促進(jìn)教師改進(jìn)課程建設(shè)。因此，我們把教師、學(xué)生、教材、教學(xué)手段、教育理念等構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)工程，在此系統(tǒng)工程中，根據(jù)學(xué)生的狀況，使教學(xué)教育目的、任務(wù)、內(nèi)容具體化，并選擇最適合于學(xué)生、教育目的、任務(wù)、內(nèi)容的教學(xué)形式和方法，使整個(gè)教學(xué)過(guò)程趨于最佳狀態(tài)。

3.2教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)組織

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是一門高度綜合的課程，是元件與系統(tǒng)的結(jié)合，硬件與軟件的結(jié)合，強(qiáng)電與弱電的結(jié)合，算法研究與程序?qū)崿F(xiàn)的結(jié)合。因此，我們?cè)诮虒W(xué)組織上要通過(guò)對(duì)這四個(gè)結(jié)合的論述和理解，使學(xué)生樹(shù)立系統(tǒng)設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)互補(bǔ)意識(shí)和全局優(yōu)化意識(shí)，提高學(xué)生用科學(xué)的方法論指導(dǎo)課程學(xué)習(xí)的自覺(jué)性。

實(shí)現(xiàn)上述教學(xué)效果的手段是采取課堂講授和學(xué)生實(shí)踐并行的方式進(jìn)行教學(xué)，課堂內(nèi)容的組織上圍繞一個(gè)典型的控制系統(tǒng)展開(kāi)，先闡述系統(tǒng)的背景、意義和整體功能，再引出元件與系統(tǒng)、硬件和軟件、強(qiáng)電和弱電、算法和程序等主題，最后歸結(jié)到系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)和優(yōu)化的主題。學(xué)生則圍繞主題展開(kāi)學(xué)習(xí)，查閱信息資料，進(jìn)行邏輯推理，完成對(duì)系統(tǒng)的理解、知識(shí)的應(yīng)用和意義的認(rèn)識(shí)。例如，我們課堂教學(xué)內(nèi)容圍繞“電阻爐溫度控制系統(tǒng)”展開(kāi)。電阻爐溫度控制系統(tǒng)具體包括硬件結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)。硬件結(jié)構(gòu)包括計(jì)算機(jī)、加熱元件、接口電路、出發(fā)電路、檢測(cè)元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等，軟件可以采用高級(jí)語(yǔ)音或匯編語(yǔ)言完成。系統(tǒng)完成的最終目標(biāo)是實(shí)用時(shí)操作簡(jiǎn)單、方面和靈活。在課堂上老師給出工作原理圖和系統(tǒng)的工作過(guò)程，先闡述整體系統(tǒng)，再分別闡述部分，逐步引出各個(gè)主題和相關(guān)概念。由于學(xué)生基本上已具備局部主題的先驗(yàn)知識(shí)，因此可以針對(duì)各個(gè)主題部分采取師生互動(dòng)、雙向交流的形式進(jìn)行教和學(xué)，鼓勵(lì)質(zhì)疑批判和發(fā)表獨(dú)立見(jiàn)解。當(dāng)然，為了加強(qiáng)學(xué)生對(duì)該門課程的新概念(如控制器、工業(yè)對(duì)象、生產(chǎn)過(guò)程、輸入／輸入通道、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等)的理解，老師和學(xué)生都必須從整體來(lái)考慮，建立計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的系統(tǒng)觀念和工作流程。在“教”的過(guò)程中老師要有意識(shí)地“以點(diǎn)帶面，重點(diǎn)突出”。講授時(shí)圍繞主線展開(kāi)，明確概念，強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)，克服難點(diǎn)。同時(shí)要注意介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展動(dòng)態(tài)和待解決的問(wèn)題。向?qū)W生強(qiáng)調(diào)從軟件到硬件、從元件到系統(tǒng)都在快速地發(fā)展和更新，課堂上的教學(xué)內(nèi)容只是發(fā)展過(guò)程中的某種組合與狀態(tài)，學(xué)生必須以現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容為基礎(chǔ)，自覺(jué)地跟蹤計(jì)算機(jī)控制技術(shù)。再之，鼓勵(lì)學(xué)生針對(duì)同一個(gè)控制系統(tǒng)采用不同的硬件結(jié)構(gòu)、控制算法及程序?qū)崿F(xiàn)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，并要求學(xué)生相互評(píng)價(jià)。結(jié)合所設(shè)計(jì)系統(tǒng)就先進(jìn)性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性等指標(biāo)探討最佳方案。學(xué)生在“學(xué)”的過(guò)程中，要學(xué)會(huì)查閱資料，善于綜合多方面的知識(shí)和多門課程的內(nèi)容，跟蹤前沿技術(shù)發(fā)展，并把問(wèn)題帶到課堂上來(lái)，展開(kāi)問(wèn)題的討論，提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。教師在學(xué)生完成任務(wù)時(shí)要著重在更高層次上集成知識(shí)，點(diǎn)述知識(shí)背景和其內(nèi)在聯(lián)系。

3.3課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的系統(tǒng)結(jié)合

之前，同很多其他院校一樣，這門課采取的是以課堂講授為主、實(shí)驗(yàn)為輔的教學(xué)模式。所開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)也只針對(duì)課程重點(diǎn)內(nèi)容開(kāi)設(shè)的，且是驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)。所有的實(shí)驗(yàn)對(duì)象都已經(jīng)封裝好，學(xué)生只需要按照實(shí)驗(yàn)步驟插插線，很快就可以獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生盡管完成了實(shí)驗(yàn)，但無(wú)法將各門課程所學(xué)的內(nèi)容融會(huì)貫通。為此，我們改變了教學(xué)模式，實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)從課程教學(xué)一開(kāi)始就并行進(jìn)行。學(xué)生實(shí)驗(yàn)針對(duì)課堂上所設(shè)立的控制系統(tǒng)進(jìn)行，如電阻爐溫度控制系統(tǒng)。首先，利用兩個(gè)學(xué)時(shí)在課堂上講解整個(gè)系統(tǒng)的功能、組成和工作過(guò)程及相關(guān)的重要概念。然后，將學(xué)生帶到實(shí)驗(yàn)室，演示已設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)，向?qū)W生說(shuō)明課堂理論內(nèi)容與實(shí)物的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在學(xué)生面前揭開(kāi)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的“神秘”面紗，將抽象變?yōu)榫唧w，復(fù)雜變?yōu)楹?jiǎn)單，從而讓學(xué)生感覺(jué)到這門課不是這么難學(xué)，就是他們以前所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用，從而激發(fā)他們創(chuàng)作的欲望、動(dòng)手實(shí)踐的欲望。

在學(xué)生對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有了初步的“系統(tǒng)”認(rèn)識(shí)以后，我們?cè)倩氐健霸?，如傳感器、A/D、D/A、接口等，在講解每一部分內(nèi)容時(shí)，都結(jié)合“系統(tǒng)”開(kāi)展。課堂上老師一半時(shí)間用來(lái)講授與系統(tǒng)相關(guān)的基礎(chǔ)理論和技術(shù)，一半時(shí)間用來(lái)跟學(xué)生討論設(shè)計(jì)方案及他們所提出的問(wèn)題。然后，學(xué)生再將課堂上所學(xué)的“部分”知識(shí)和自己的設(shè)計(jì)方案帶到實(shí)驗(yàn)室去驗(yàn)證。學(xué)生將驗(yàn)證的結(jié)果或問(wèn)題可以及時(shí)跟老師同學(xué)交流，也可帶到課堂上進(jìn)行大范圍的討論。

在我們將電阻爐溫度控制系統(tǒng)的“元件”內(nèi)容進(jìn)行完畢以后，再次回到“系統(tǒng)”，同學(xué)們對(duì)自己所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)調(diào)和優(yōu)化。通過(guò)“系統(tǒng)一元件一系統(tǒng)”這樣一個(gè)循環(huán)過(guò)程，不僅同學(xué)們對(duì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)這門課的核心思想有了深刻的理解，而且親身體驗(yàn)從發(fā)現(xiàn)問(wèn)題到最后解決問(wèn)題的全過(guò)程，切身感受每一步成功的來(lái)之不易，也充分認(rèn)識(shí)到實(shí)踐操作的重要性，從而自覺(jué)加強(qiáng)這方面的磨煉。有不少學(xué)生說(shuō)：通過(guò)系統(tǒng)的完成，鞏固了數(shù)電和模電所學(xué)的知識(shí)，提高了我們軟件編程和調(diào)試的能力，使我們對(duì)自動(dòng)控制原理中所學(xué)的PID調(diào)節(jié)有了更加深刻的理解，以前只是對(duì)公式了解，現(xiàn)在是真正了解了PID的3個(gè)參數(shù)的作用。

4小結(jié)

在目前高校的課程教學(xué)改革過(guò)程中，“系統(tǒng)方法論”是教學(xué)方法的一個(gè)重要改革方向，其目的為培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、獲取信息和綜合應(yīng)用知識(shí)的能力。我們?cè)谶@方面有了些經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，但也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題。一方面是教師感到壓力大，跟學(xué)生交流占用的時(shí)間多；另一方面，實(shí)驗(yàn)室還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)全開(kāi)放的形式，學(xué)生自由實(shí)驗(yàn)受到資源和時(shí)間的限制。因此，我們還有必要探究更加合理的教學(xué)過(guò)程，改進(jìn)教學(xué)手段，以達(dá)到該門課程教學(xué)系統(tǒng)的最優(yōu)化或趨于最優(yōu)化。