“計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)”課程教學(xué)改革的探索

摘要：從高水平應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā)，對(duì)“計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)”課程的教學(xué)改革進(jìn)行了探索。以提高學(xué)生實(shí)踐能力為導(dǎo)向，從理論和實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)評(píng)價(jià)體系等方面進(jìn)行了多層次、系統(tǒng)化的改革與實(shí)踐。教學(xué)實(shí)踐結(jié)果表明，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和工程素養(yǎng)有較大提高，教學(xué)效果良好。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；教學(xué)改革；課程設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）30-0059-02

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科技水平的顯著提升，社會(huì)各個(gè)層面的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，越來越多的用人單位對(duì)大學(xué)生的綜合素質(zhì)提出了更高要求。不但要具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，還要具備較好創(chuàng)新能力和實(shí)踐動(dòng)手能力。東莞理工學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱“我?！保┑靥帍V東省東莞市是加工制造業(yè)十分發(fā)達(dá)的地區(qū)。隨著地方經(jīng)濟(jì)的升級(jí)轉(zhuǎn)型，各個(gè)企業(yè)對(duì)于綜合能力更強(qiáng)的應(yīng)用型人才的需求也在增加。因此，我校緊密地與當(dāng)?shù)噩F(xiàn)狀相結(jié)合，提出建設(shè)高水平應(yīng)用型地方大學(xué)，為地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展培養(yǎng)適合人才發(fā)展的戰(zhàn)略，在培養(yǎng)過程中更加注重創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的提升。

“計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)”課程是自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化等相關(guān)專業(yè)開設(shè)的專業(yè)主干課程，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性和應(yīng)用性[1]。該課程以微機(jī)原理與接口技術(shù)、傳感器與檢測(cè)技術(shù)、自動(dòng)控制原理等課程為先導(dǎo)，同時(shí)又為后續(xù)專業(yè)課程如運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、高級(jí)過程控制等課程提供重要的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。在本專業(yè)課程體系中是聯(lián)系專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)實(shí)踐課程的紐帶，具有承上啟下的作用。因此，如何有效根據(jù)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)和要求，并基于本課程自身的特點(diǎn)來完善和優(yōu)化教學(xué)工作，最終達(dá)到提高學(xué)生的工程意識(shí)和工程素質(zhì)的教學(xué)效果，這其中有很多方面值得探索和改進(jìn)。

一、課程定位與教學(xué)目標(biāo)

我校屬地方工科院校，以培養(yǎng)高水平應(yīng)用型人才作為主要目標(biāo)。應(yīng)用型大學(xué)的教學(xué)定位，就是以適應(yīng)社會(huì)需要尤其是生產(chǎn)、建設(shè)、管理、服務(wù)等第一線需要為目標(biāo)，以培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用能力為宗旨[2]，因此特別強(qiáng)調(diào)要提高學(xué)生的動(dòng)手能力和解決生產(chǎn)一線問題的能力。

目前，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)這門課程的內(nèi)容主要包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基礎(chǔ)理論、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)際系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)技術(shù)等三方面的內(nèi)容[3]。通過這門課程的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，要求學(xué)生能根據(jù)給定的控制任務(wù)，正確選擇控制系統(tǒng)的硬件、軟件、外圍設(shè)備、接口通道并設(shè)計(jì)合適的控制規(guī)律，從而將計(jì)算機(jī)、傳感器、過程通道和輸入輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、軟件程序組成一個(gè)統(tǒng)一的整體，構(gòu)成一套滿足控制要求的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)[4]。

可以看出，這門課程涵蓋的知識(shí)內(nèi)容非常豐富，對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)理論的掌握和實(shí)踐能力均有較高的要求，這也與高水平應(yīng)用型大學(xué)的培養(yǎng)目標(biāo)相一致。因此本課程的教學(xué)模式改革要以提高學(xué)生綜合實(shí)踐能力為導(dǎo)向，通過合理安排理論和實(shí)踐的教學(xué)內(nèi)容，采用合理有效的教學(xué)方法來進(jìn)行。

二、教學(xué)內(nèi)容改革

教學(xué)內(nèi)容的合理優(yōu)選和精心安排是提高教學(xué)質(zhì)量的重要基礎(chǔ)，因此如何確定理論教學(xué)內(nèi)容的深度和廣度，調(diào)整好理論基礎(chǔ)與實(shí)踐應(yīng)用的關(guān)系，是確定課程內(nèi)容時(shí)首要解決的重要問題[5]。

1.教學(xué)內(nèi)容總體框架

在保證教學(xué)目標(biāo)和應(yīng)用型大學(xué)的培養(yǎng)目標(biāo)相一致的前提下，基于學(xué)生的專業(yè)背景、先修基礎(chǔ)、專業(yè)基礎(chǔ)課程的掌握程度以及本課程自身的特點(diǎn)，筆者在教學(xué)內(nèi)容構(gòu)成，學(xué)時(shí)分配以及教學(xué)資源獲取與使用等方面進(jìn)行了一些探索和嘗試。

本課程教學(xué)內(nèi)容的總體框架由兩部分構(gòu)成，分別為教學(xué)部分和課程設(shè)計(jì)部分。其中，教學(xué)部分為3學(xué)分（48學(xué)時(shí)），課程設(shè)計(jì)部分為2學(xué)分（1個(gè)學(xué)期的非集中時(shí)間完成）。教學(xué)部分又分為理論教學(xué)（32學(xué)時(shí)）與實(shí)驗(yàn)教學(xué)（16學(xué)時(shí)）兩個(gè)環(huán)節(jié)。本課程教學(xué)內(nèi)容安排在大三下學(xué)期，學(xué)生在經(jīng)過課程學(xué)習(xí)后，在大四上學(xué)期一個(gè)學(xué)期內(nèi)獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)又同屬實(shí)踐環(huán)節(jié)。

2.理論教學(xué)內(nèi)容

從現(xiàn)有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)教材的調(diào)研結(jié)果來看，教學(xué)內(nèi)容和教材編排主要分為離散系統(tǒng)基礎(chǔ)理論、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)等三大塊，其中計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)又可大致分為面向自動(dòng)控制和面向過程控制兩類。不同教材中三大部分的比重和所覆蓋的知識(shí)內(nèi)容各有不同?？傮w上看，該課程所涉及的理論內(nèi)容較為繁雜且與其他專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課在內(nèi)容上有重疊和交叉。因此必須結(jié)合具體的教學(xué)目標(biāo)對(duì)教學(xué)內(nèi)容有所取舍。

基于此，我們根據(jù)課程定位和教學(xué)目標(biāo)，堅(jiān)持基本理論和工程應(yīng)用并重的原則對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了篩選。主要表現(xiàn)在：保留離散控制系統(tǒng)的相關(guān)部分，舍去與信號(hào)與系統(tǒng)、自動(dòng)控制原理和微機(jī)原理與接口技術(shù)等課程相重疊的部分；完全刪去嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)和可編程控制器原理與應(yīng)用課程（此兩門課程在時(shí)間安排上為本課程的先修課程）的相關(guān)內(nèi)容；在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用與設(shè)計(jì)部分中緊密結(jié)合工程背景和地方產(chǎn)業(yè)特色，將面向自動(dòng)控制和面向過程控制的內(nèi)容進(jìn)行合理規(guī)劃和整合，突出各自的重點(diǎn)和彼此之間的聯(lián)系。

3.實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容

應(yīng)用型大學(xué)教學(xué)的核心環(huán)節(jié)是實(shí)踐教學(xué)，因此研究并設(shè)置與工程實(shí)際密切聯(lián)系的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和課程設(shè)計(jì)題目是本課程教學(xué)改革的重點(diǎn)。為使學(xué)生能更好的將理論與實(shí)際相結(jié)合，并開拓學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，我們根據(jù)調(diào)整優(yōu)化后的理論教學(xué)內(nèi)容對(duì)實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行了一些探索和嘗試。

根據(jù)圖1可看出實(shí)踐環(huán)節(jié)包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)兩部分，其中實(shí)驗(yàn)教學(xué)又包括仿真實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)兩部分。實(shí)踐環(huán)節(jié)的總體構(gòu)成呈現(xiàn)一種層次化和階梯式的結(jié)構(gòu)，學(xué)生從仿真實(shí)驗(yàn)過度到自行完成課程設(shè)計(jì)，可以循序漸進(jìn)地對(duì)相關(guān)理論和技術(shù)進(jìn)行理解和深化。仿真實(shí)驗(yàn)基于Matlab/Simulink仿真平臺(tái)進(jìn)行，目的是讓學(xué)生驗(yàn)證離散控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論，使學(xué)生對(duì)控制系統(tǒng)的構(gòu)成、工作原理和控制效果有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)；綜合實(shí)驗(yàn)所選的內(nèi)容都是工程中的實(shí)際課題，具有明確的應(yīng)用背景，有利于學(xué)生了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)際作用，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[6]。綜合實(shí)驗(yàn)的設(shè)置目的是讓學(xué)生可以自己動(dòng)手去設(shè)計(jì)和調(diào)試系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)過程中掌握控制系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)方法和調(diào)試手段，并能針對(duì)實(shí)際調(diào)試過程中遇到的問題進(jìn)行思考，分析并提出有效的解決方案。在理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)上，學(xué)生已基本具備分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試系統(tǒng)的能力。接下來學(xué)生將根據(jù)個(gè)人興趣，從課程設(shè)計(jì)題庫里選擇一個(gè)題目來完成。

課程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，為學(xué)生未來繼續(xù)深造或從事相關(guān)工作提供更好的平臺(tái)和幫助。因此，在課程設(shè)計(jì)的題目設(shè)置方面，我們更多考慮如何充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的能動(dòng)性，使每個(gè)學(xué)生在完成課程設(shè)計(jì)的過程中針對(duì)具體控制任務(wù)，從方案選擇、軟硬件設(shè)計(jì)到系統(tǒng)調(diào)試的全過程都能提出自己的見解和解決方法，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考和工作能力。如果多個(gè)學(xué)生選擇了同一題目，則鼓勵(lì)學(xué)生采用不同的方案來實(shí)現(xiàn)，拓展學(xué)生的思維。

目前，我校與西門子公司共同建設(shè)了西門子先進(jìn)自動(dòng)化聯(lián)合示范實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包括PLC控制實(shí)驗(yàn)室、變頻控制實(shí)驗(yàn)室、過程控制實(shí)驗(yàn)室、伺服控制實(shí)驗(yàn)室和柔性制造系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室等，較全面地覆蓋了本課程所涉及的理論與應(yīng)用內(nèi)容?；谠撈脚_(tái)設(shè)計(jì)了具有豐富工程應(yīng)用背景、難易適中、應(yīng)用性廣的課程設(shè)計(jì)題目，如表1所示。

學(xué)生在完成課程設(shè)計(jì)后要求提交控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案（包括系統(tǒng)構(gòu)成、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、設(shè)備接線圖、I/O分配等）、設(shè)計(jì)程序、調(diào)試結(jié)果及系統(tǒng)使用說明等材料，并組織學(xué)生和本專業(yè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)的老師進(jìn)行答辯。

目前，本課程相關(guān)的所有實(shí)驗(yàn)室均實(shí)行開放式管理，為學(xué)生提供更好的學(xué)習(xí)環(huán)境。在課程設(shè)計(jì)結(jié)束后，還會(huì)推薦一些特別優(yōu)秀的學(xué)生參加如“挑戰(zhàn)杯”、“西門子杯工業(yè)自動(dòng)化挑戰(zhàn)賽”等競(jìng)賽活動(dòng)，并鼓勵(lì)學(xué)生積極參與老師的研究課題進(jìn)行科技創(chuàng)新和在隨后進(jìn)行的畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中繼續(xù)深入學(xué)習(xí)，從而形成一種遞進(jìn)式的教學(xué)培養(yǎng)模式。

三、教學(xué)方法改革

合理的教學(xué)內(nèi)容安排和實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)置需要輔以積極有效的教學(xué)方法。在本課程的實(shí)踐教學(xué)過程中主要從以下幾點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)。

1）在理論教學(xué)方法方面，積極采取能充分激發(fā)學(xué)生求知欲望和參與熱情的教學(xué)方式，改變學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)的現(xiàn)狀。在授課過程中注意學(xué)生的反饋信息，并及時(shí)設(shè)問引起學(xué)生進(jìn)行思考；鼓勵(lì)學(xué)生課后利用網(wǎng)絡(luò)，學(xué)術(shù)資源數(shù)據(jù)庫進(jìn)行學(xué)習(xí)素材的檢索和搜集，并制作成PPT在課堂上進(jìn)行講解，老師和學(xué)生共同進(jìn)行討論和分析。

2）引入案例型教學(xué)方法，通過在課題上引入從多種渠道收集到的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)圖片和真實(shí)案例來擴(kuò)大學(xué)生的視野，使學(xué)生能夠更清晰地了解所學(xué)知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合的方向與方法，并努力培養(yǎng)工程師所具有的相關(guān)專業(yè)素質(zhì)。

3）在學(xué)生興趣培養(yǎng)方面給予特別的重視。依托我校西門子先進(jìn)自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，設(shè)置校內(nèi)自動(dòng)化競(jìng)賽，由3～5名同學(xué)組建一個(gè)小組，在4天內(nèi)去完成競(jìng)賽題目，給學(xué)生足夠展示個(gè)人能力的空間和機(jī)會(huì)，增強(qiáng)體驗(yàn)并積累經(jīng)驗(yàn)，并在學(xué)生之間形成一種競(jìng)爭(zhēng)——合作的氣氛，讓每一個(gè)參賽學(xué)生都能獲得充實(shí)感和成就感。同時(shí)，能培養(yǎng)同學(xué)的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和能力。

四、教學(xué)評(píng)價(jià)體系改革

為凸顯實(shí)踐能力的重要性，在教學(xué)評(píng)價(jià)體系方面也要改變過去單純依靠期末考試來評(píng)定的局限。因此，需要積極探索和推行新的考試評(píng)價(jià)制度，建立以考核能力為核心的考核機(jī)制。我們?cè)诮虒W(xué)評(píng)價(jià)方面主要從理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐應(yīng)用兩方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。其中，理論學(xué)習(xí)部分主要通過平時(shí)課堂測(cè)驗(yàn)（一個(gè)學(xué)期隨機(jī)進(jìn)行3次，兼有隨機(jī)簽到的作用，以杜絕學(xué)生無故曠課的現(xiàn)象）和期末考試來評(píng)定，課堂測(cè)驗(yàn)占總比重的30%，期末考試占總比重的50%。實(shí)踐應(yīng)用方面的評(píng)價(jià)分為實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)和課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)兩方面。實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)主要通過實(shí)驗(yàn)報(bào)告來評(píng)價(jià)，占總比重的20%，與理論學(xué)習(xí)部分共同構(gòu)成該課程的期末總成績(jī)。課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)主要通過課程設(shè)計(jì)報(bào)告、系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行效果和答辯情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)合格后才能獲得相應(yīng)學(xué)分。

五、結(jié)束語

通過對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和評(píng)價(jià)體系等方面的改革進(jìn)行探索，并經(jīng)過3屆6個(gè)授課班級(jí)的教學(xué)實(shí)踐，本課程的教學(xué)取得了良好的效果。在充分利用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，做到理論、技術(shù)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性有很大提高，綜合運(yùn)用知識(shí)的能力進(jìn)步明顯。今后將繼續(xù)探索新的教學(xué)思路和教學(xué)方法，積極培養(yǎng)學(xué)生的工程師能力和綜合素質(zhì)。

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（責(zé)任編輯：劉翠枝）