跨專業(yè)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程的教學(xué)改革探索

【摘""要】本文以數(shù)學(xué)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程為例，對學(xué)科性質(zhì)和學(xué)生特點(diǎn)進(jìn)行分析，從選取教學(xué)內(nèi)容、采用教學(xué)方法和設(shè)置課程考核這三個(gè)方面，探討了基于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的交叉學(xué)科的教學(xué)改革與實(shí)踐。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)控制""交叉學(xué)科""背景驅(qū)動""教學(xué)改革

【中圖分類號】G642""""""""【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A"""""""""【文章編號】1674-4810（2015）15-0059-02

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的逐步完善和工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對整個(gè)工業(yè)過程進(jìn)行控制成為控制系統(tǒng)的必然要求。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是以培養(yǎng)學(xué)生的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐能力并行的有效課程，也是目前高校很多專業(yè)都要開設(shè)的一門本科課程，比如信息與電氣專業(yè)，機(jī)械工程專業(yè)，自動化專業(yè)，計(jì)算機(jī)專業(yè)等。該課程以信號系統(tǒng)知識為基礎(chǔ)，主要涉及軟件和硬件分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用等方面的內(nèi)容。課程要求學(xué)生在學(xué)完之后，能夠掌握用計(jì)算機(jī)控制一個(gè)生產(chǎn)過程的基本方法，學(xué)會計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)方法，能夠完成簡單的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。如果學(xué)好該課程，學(xué)生就能很好地開拓知識面，體驗(yàn)到將所學(xué)理論知識和實(shí)際問題的結(jié)合。目前該課程的教學(xué)在國內(nèi)外還處于探索和完善過程中。

2008年，中國礦業(yè)大學(xué)數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)將計(jì)算機(jī)控制技術(shù)及應(yīng)用設(shè)為本專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，將該課程作為與現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)和自動控制原理并行的課程為數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)高年級本科生開設(shè)，對于培養(yǎng)學(xué)生用數(shù)學(xué)方法解決實(shí)際問題的能力以及創(chuàng)新能力具有重要的意義。然而數(shù)學(xué)專業(yè)本科生的特點(diǎn)是邏輯推理能力相對較強(qiáng)，學(xué)習(xí)過程中更注重理論推導(dǎo)，實(shí)際動手能力相對較弱，對于公式中符號代表的實(shí)際意義關(guān)心不夠。

作為容納了計(jì)算機(jī)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和控制系統(tǒng)綜合知識于一體，對實(shí)踐動手能力要求比較高的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程，對于數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)本科生而言，學(xué)科跨度比較大，從掌握基本知識到動手實(shí)踐需要一個(gè)相對較長的過程。因此，如何讓數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)的學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)學(xué)好該課程，需要我們認(rèn)真探索教學(xué)改革。下面從選取教學(xué)內(nèi)容，采用教學(xué)方法和設(shè)置課程考核三個(gè)方面，結(jié)合數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)培養(yǎng)方案的要求，探討基于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的教學(xué)改革與實(shí)踐。

一"選取教學(xué)內(nèi)容

1.注重?cái)?shù)學(xué)專業(yè)特點(diǎn)，合理選取教學(xué)內(nèi)容

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)對于數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)來說屬于交叉學(xué)科。在信息與電氣、自動化等專業(yè)一般需要64學(xué)時(shí)完成，而數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)學(xué)時(shí)數(shù)減為其二分之一，使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成，特點(diǎn)及其應(yīng)用，掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的描述，分析與設(shè)計(jì)方法，更注重了對控制原理的教學(xué)。這就要求在選取教學(xué)內(nèi)容時(shí)要有所選材，突出重點(diǎn)，既要讓學(xué)生入題時(shí)不感到突兀，又能達(dá)到培養(yǎng)目標(biāo)的要求。對于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)，要讓學(xué)生以了解為主，對信號的類型以介紹為主，對于課堂內(nèi)容一部分介紹概念性知識，一部分介紹公式表示的意義以及能解決哪方面的問題，把公式的推導(dǎo)和證明留作課后作業(yè)。

2.整合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，集中解決實(shí)際問題

理論和實(shí)踐類課程培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動手能力是必不可少的。在實(shí)驗(yàn)課時(shí)有限的情況下達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，就需要對?shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行整合。設(shè)計(jì)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，讓學(xué)生在集中的實(shí)驗(yàn)課上完成，比如數(shù)字PID控制實(shí)驗(yàn)和最少拍控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛲瓿勺晕以O(shè)計(jì)一個(gè)簡單的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)過程中充分發(fā)揮數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)學(xué)生的MATLAB編程和對被控對象建立數(shù)學(xué)模型的優(yōu)勢，這樣既增加了學(xué)生對本課程的認(rèn)知興趣，又提高了學(xué)生的動手能力，同時(shí)對學(xué)生學(xué)習(xí)本專業(yè)數(shù)學(xué)也起到潛移默化的影響。

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*"中國礦業(yè)大學(xué)教改項(xiàng)目“背景驅(qū)動教學(xué)方法的研究與實(shí)踐——以‘計(jì)算機(jī)控制技術(shù)及應(yīng)用’課程教學(xué)為例”（編號：2013Y35）、“基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的數(shù)學(xué)專業(yè)最優(yōu)控制課程教學(xué)改革研究”（編號：2001246）、“公共基礎(chǔ)課《線性代數(shù)》課程建設(shè)的探索與實(shí)踐”（編號：2013B05）

二"采用教學(xué)方法

1.將背景驅(qū)動的教學(xué)模式用于課堂教學(xué)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

背景驅(qū)動就是指在課堂教學(xué)過程中，教師將所要講授的新知識隱含在一個(gè)或幾個(gè)具體的背景中，讓學(xué)生通過對實(shí)際背景進(jìn)行分析和討論，循序漸進(jìn)地解決要講解的問題，最后通過背景的解決而實(shí)現(xiàn)對所學(xué)知識的理解。這對引導(dǎo)學(xué)生積極思考，幫助學(xué)生完成從學(xué)習(xí)知識到應(yīng)用知識的轉(zhuǎn)換起到非常重要的作用。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)往往來源于實(shí)際的工程背景，采用背景驅(qū)動的教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)需要教師在課前充分地備課，針對所講內(nèi)容查找相應(yīng)的實(shí)際的問題并設(shè)置幾個(gè)課堂問題，將看似復(fù)雜的理論通過實(shí)際問題闡述得更直觀清晰，便于學(xué)數(shù)學(xué)的學(xué)生接受。另外，在對實(shí)際控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行現(xiàn)場模擬和分析時(shí)，教師要充分利用MATLAB仿真軟件作為教學(xué)工具，在整個(gè)教學(xué)過程中要和學(xué)生產(chǎn)生互動，讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體，從而避免了古板的老師教學(xué)生學(xué)的教學(xué)模式。這在現(xiàn)代化的多媒體教室中是完全可以做到的。

2.與實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

國家和學(xué)校每年都為本科生配備相當(dāng)數(shù)量的大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目，鼓勵(lì)學(xué)生組織團(tuán)隊(duì)積極申報(bào)，任課老師做指導(dǎo)，做到教研相結(jié)合。以實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目為依托，選取計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)際問題，結(jié)合實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目完成課程的實(shí)踐訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力和實(shí)際動手能力。高年級本科生也可以本科畢業(yè)設(shè)計(jì)為依托，自主完成一個(gè)小型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，鍛煉解決實(shí)際問題的能力。

3.有效利用教學(xué)輔導(dǎo)材料

作為一門本科生的專業(yè)課，課程都配有完備的教學(xué)輔導(dǎo)書和習(xí)題庫。教師在教學(xué)的過程中要利用好這些資源，并不斷地補(bǔ)充和完善教輔材料。使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中感覺有所參照，不至于抓空。另外，每年舉行的各類大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽是針對大學(xué)生開展的重要活動，教師要注意積累歷年來關(guān)于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的數(shù)學(xué)模型問題，在課堂上分享給學(xué)生，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，為參加各類大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽積累經(jīng)驗(yàn)。

4.教學(xué)內(nèi)容向數(shù)學(xué)問題回歸

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是一門講授用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制一個(gè)工業(yè)工程或生產(chǎn)過程的學(xué)科，具有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用型的特點(diǎn)。要使得這一學(xué)科向更前沿的方向發(fā)展，數(shù)學(xué)理論的創(chuàng)新是必不可少的，因此在給學(xué)生講授這門課程的過程中，除了讓學(xué)生體驗(yàn)到所學(xué)數(shù)學(xué)知識的應(yīng)用價(jià)值，還要能夠?qū)@門課程有新的思考，即如何通過數(shù)學(xué)理論的創(chuàng)新使計(jì)算機(jī)的控制過程更加有效，這主要體現(xiàn)在數(shù)學(xué)理論的創(chuàng)新，教師在教學(xué)過程中需要將對課程的講解回歸到數(shù)學(xué)問題的分析，有意識地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識創(chuàng)新，鼓勵(lì)學(xué)生思考和探討。教師在教學(xué)過程中要時(shí)刻不忘面向的對象是數(shù)學(xué)專業(yè)的學(xué)生，他們更注重的是邏輯推理，他們感興趣的問題是一個(gè)控制問題怎樣才能解決得更有效。因此，教師在教學(xué)過程中除了培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動手能力外，還要注重開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，善于發(fā)現(xiàn)新問題，提出一個(gè)新問題讓全班同學(xué)共同討論，課后以作業(yè)的形式給每位學(xué)生布置一個(gè)問題，讓他們提出新的解決方案，這也可以作為考查學(xué)生的一個(gè)能力標(biāo)尺。

三"設(shè)置課程考核

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和學(xué)科內(nèi)容的更新，對課程考核方式進(jìn)行改革已經(jīng)受到了國內(nèi)各高校進(jìn)行課程教學(xué)改革的重視。課程考查學(xué)生的方式再也不能是古板的一張?jiān)嚲韼椎揽碱}能完成的，尤其是應(yīng)用型學(xué)科，需要從多方面來衡量學(xué)生對知識的掌握程度和靈活的運(yùn)用能力。

基于前述對教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革，考核數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)學(xué)生的方式也要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。學(xué)生能夠自行設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)就已經(jīng)達(dá)到了學(xué)習(xí)本門課程的要求，從設(shè)計(jì)過程中學(xué)生需要完成數(shù)學(xué)建模、程序設(shè)計(jì)、硬件安裝等一系列任務(wù)。所以考查學(xué)生要從多方面進(jìn)行，一個(gè)實(shí)驗(yàn)、一個(gè)工程設(shè)計(jì)都可以作為一個(gè)重要指標(biāo)，如果能有理論上的創(chuàng)新更是值得鼓勵(lì)和倡導(dǎo)的，這更體現(xiàn)了數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)。合理安排平時(shí)作業(yè)，實(shí)驗(yàn)作業(yè)和期末考試的比例關(guān)系，增加能體現(xiàn)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的成績比重，方能培養(yǎng)出合格的創(chuàng)新型人才。

四"結(jié)束語

在數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)內(nèi)開設(shè)理論實(shí)踐型的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程本身就是通過學(xué)科交叉培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的一個(gè)大膽嘗試，對一門課程進(jìn)行教學(xué)改革又需要一個(gè)長期的過程。我們將會在實(shí)踐教學(xué)中不斷嘗試探索和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為做好培養(yǎng)創(chuàng)新型人才目標(biāo)進(jìn)行有效的教學(xué)改革，將講授數(shù)學(xué)理論方法的教學(xué)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，取得更好的教學(xué)效果。

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〔責(zé)任編輯：林勁〕