智能控制實用設計課程的開設

張錫民

摘 要 在基本教學理論指導下，開設智能控制實用設計課程，充實教學內容，改善教學軟硬件條件，完善教學手段，努力通過多種媒介和教學方法提高學生的學習興趣，鍛煉學生的動手能力，培養(yǎng)學生自主學習和創(chuàng)新的思維習慣，增強課程教學效果。

關鍵詞 智能控制實用設計課程；實踐教學；實踐類公選課

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2016）06-0143-02

1 課程開設背景

國內已開設實踐類公選課的學校和課程并不是很多，設置教學內容的綜合性、設計性、創(chuàng)新性需要進一步改進。智能控制設計是新開設的一門公共選修實踐課。當前在課堂教學中，由于實驗設備的局限，驗證性實驗仍然占有較大比重。學生除了完成驗證性的實驗實例之外，自己獨立設計的內容不是很多。而在公共選修實踐課中，教師通過講授、實驗演示、驗證實驗等方式讓學生對實驗對象產生興趣，激發(fā)學習動力。學生在經過具體實用事例的學習，具有一定的知識儲備后，根據具體的實用要求，完成創(chuàng)新性的設計。在做獨立實驗解決具體問題的過程中，教師在學生探索困難時進行輔導，學生可以發(fā)現各種問題和困難，培養(yǎng)創(chuàng)新的意識和能力。

2 課程開設目的

本課程建設最終以培養(yǎng)學生高素質的工程應用能力為目標，通過教師帶教、學生動手探索并不斷交流的教學過程，爭取達到良好的教學效應。

完成突出綜合性、設計性、創(chuàng)新性的教學內容的豐富和整合，優(yōu)化實踐教學資源的配置 完善既和理論課相聯(lián)系，又給學生自由探索實踐空間的課程內容。設置講授、驗證性實驗、程序設計等多種綜合教學方式，啟發(fā)和引導學生。

形成以設計任務為導向的學習模式 由于平時的教學內容是分散的知識和理論，學生很少有機會能夠把各項知識綜合起來。學生通過一個實用的設計任務，去學習和掌握各項軟硬件知識，激發(fā)學習興趣。同時引導學生根據不同的設計任務完成不同的學習，以生產生活中的實際任務要求啟發(fā)學生對創(chuàng)新性設計做出思考。

形成以團隊完成創(chuàng)新性的設計任務 鼓勵學生以團隊為單位，認真討論，尋找創(chuàng)新的設計內容和方法。同時教師積極引導，合理設置任務難度。既鼓勵學生不斷探索，同時幫助他們，培養(yǎng)解決問題的能力和戰(zhàn)勝學習困難的素質。

3 課程建設

實踐教學隊伍建設 實訓中心的電工電子教研組中對青年教師采取以老帶新的方式，讓經驗豐富的教師指導幫助年輕教師在實踐中學習和研究教學理論；同時定期組織集體的說課和研討活動，互相交流教學體會，促進教學質量；部門邀請國外專家，多次舉辦講座，拓寬青年教師的眼界，提高青年教師的學識和能力；鼓勵教師在完成現有教學的情況下，積極深造；激勵教師積極開展科研活動，參加學術研討活動。在機器人造型與設計實驗室采用現場PPT教學，把分析對象直觀地表現在學生面前。鼓勵教師將PPT講解和實物演示結合起來，讓學生通過各種媒介深入淺出地學到知識，提高教學質量。

課程建設內容 在實訓現場采用交互式教學。在關鍵知識點的講授之后，發(fā)揮學生學習的主動性，以學生實驗探索為主，采用現場啟發(fā)式案例教學。1992年，美國學者舒爾曼（Shulman）曾指出，案例教學是“教育學的方法與教學案例的聯(lián)合應用”[2]。在實踐現場以加工機器人的運動實例，結合一個PLC的綜合性、具體形象的應用案例，講解PLC的原理和應用。

以建構主義的觀點來看，學生的學習是情境性的主動建構的過程，是自身主體實踐體驗和不斷反思的過程，是不斷和周圍環(huán)境信息交流的過程[2]。強化工程實例認知學習的情境包括：1）以豐富的實踐教學環(huán)節(jié)加強培養(yǎng)學生的動手能力，通過PLC綜合實驗臺了解PLC工作的原理和接口，進行簡單的程序設計；通過加工機器人的運動實例，了解PLC在工業(yè)控制中的應用；通過實際的PLC接線，了解PLC在工作現場中的應用；2）通過三維滑臺、PLC實際控制系統(tǒng)的搭建原理的學習，使學生了解簡單控制系統(tǒng)的組成與接口技術，熟悉PLC的工作原理與接口技術。通過教師和學生、學生和學生在實例認知學習這個情境中的不斷交流，設計實踐和設計的教學內容，從而增加學生的體驗和反思[2]。

促進學生進行探索式的學習，由被動的知識接受者轉變?yōu)閷W習過程中的研究者和探索者，提升學生學習的主動性和創(chuàng)造性。首先由教師提出問題和任務，學生進行思考并搜集信息，不斷研究和解決問題，最后對問題和任務進行總結，并提升到理論結論[2]。舉例來說，在啟發(fā)式案例教學后，給學生布置一個簡單PLC小制作的設計任務，引導學生自主設計任務的內容，教師提供開放、創(chuàng)新的實訓環(huán)境，并和學生不斷交流。在完成任務過程中，督促、引導學生自主學習，增強探索思辨的能力，培養(yǎng)學生應對真實崗位的實踐能力。學生以小組為單位，完成一個以工業(yè)現場可編程控制的簡單控制裝置，并對控制裝置做出原理的說明。教師的教學重點從每一項具體知識的講授，轉變?yōu)楹侠砣蝿盏脑O計、探索方法的介紹，以及對學生出現困難時的輔導，并對探索的進程進行引導和督促。探索式學習容易實現，模式簡單，能夠培養(yǎng)適應社會經濟轉型發(fā)展的創(chuàng)新型人才[2]。

以激發(fā)學生的積極性和培養(yǎng)學生的學習能力作為課程建設的核心，提供給學生自由創(chuàng)新的環(huán)境，提出適當的要求，督促他們在團隊中積極合作。通過各個教學環(huán)節(jié)的設置，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，拓寬他們的知識面。

課程建設教學條件 本項實踐教學在機器人智能控制及功能設計實驗室和可編程控制器實驗室中教學。機器人智能控制及功能設計實驗室中建立了多媒體教學內容、三維運動控制實驗平臺。多媒體教學內容可以在現場把理論知識和器件原理直觀地表現出來，滿足教師的教學需求和學生的學習需要。三軸運動控制實驗平臺提供了典型的工業(yè)造型的控制應用，生動地讓學生了解到控制系統(tǒng)的用途。控制平臺和伺服系統(tǒng)提供了實例和學習對象，有助于學生以應用為出發(fā)點，綜合性地學習有關知識。三軸運動控制實驗平臺如圖1所示。

實踐和觀察得來的直接經驗充分滿足了學生的興趣和動機，強化了學生作為學習者的主體地位。把學科知識和學生的主觀感受更好地結合起來，把理論和講解轉變?yōu)榫唧w的應用和社會價值，從而把學生的學習和社會現實更緊密地聯(lián)系起來，有利于學生更好地掌握知識，應用知識服務社會。在進行經驗教學內容的過程中，需要強化系統(tǒng)知識的學習，提出和觀察實踐對象相關的系統(tǒng)理論知識，并采用問題和任務等形式督促學生進行總結提升。對教學活動進行妥善安排，確保配合的相關理論知識的學習時間，防止學生沉醉于實踐操作之中，缺乏必要的思維和總結過程，由偶發(fā)的思維所驅動，不能獲得應有的系統(tǒng)知識[2]。

教學的方法和手段 智能控制實用設計是一門實踐類的公共選修課，面向不同學科、不同專業(yè)的學生開設。通過20個學時的教學，完成實驗驗證、工業(yè)控制實例認知學習和實用簡單設計的任務。通過多種媒介的教學資源，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、實踐能力和綜合設計能力。

以建構主義教學論為指導組織公選課的教學活動，“一門課程的核心內容允許被固定”[2]，介紹課程的背景和社會價值，促進學生的學習目的；介紹課程的基本理論和基本應用，幫助學生熟悉和掌握知識體系，避免自學的困難。如果僅僅依靠學生自身的興趣和努力，總體上常常達不到應有的效果。同時課程“似應留有較大的允許改變和補充的空間”[2]，提供學生和教師更多的機會，把自身的構想和體驗投入到教學活動中去，從而達到更好的學習效果。在掌握基本理論和基本應用之后，要求學生根據自己的觀察和體會，設計完成一個在生產生活中有實際應用價值的設計。著重從以下幾個方面做出改進。

1）充實有關學科背景和應用的教學資源。興趣是最好的老師。強化背景知識的介紹，培養(yǎng)學生的學習興趣，把以教師為中心的課堂教學轉化為以學生為主體的學習過程。教師設置好學習和實踐的范圍對象后，提供必要的實踐環(huán)境和條件，鼓勵引導學生發(fā)揮主觀能動性，增強學生自我獲取知識的能力。

2）增強設計實例教學。利用多媒體設備、示教裝置和模擬實例實驗裝置，實現多控制功能的實例教學。突破現有儀器設備的限制，在節(jié)省學習時間的同時拓寬知識面。

3）合理評價實踐學習效果。綜合考慮學生平時的學習情況和最終的學習效果給出學生的評分。最終學習效果以學生的總結報告和答辯情況來衡量，答辯以學生回答問題時表現出的掌握知識的熟練度和深度來考核，盡量減少教師的主觀性。

4 結論

實踐類公選課是理論基礎課的有益補充。在智能控制實用設計課程教學中，應不斷促進學生、教師的良性互動，發(fā)揮教學管理制度的規(guī)范作用，以基本的教學方法為準則，不斷完善教學條件，豐富教學內容。采用案例法、探索法等教學策略，加強學生的主體學習地位，培養(yǎng)學生理論和實踐的結合能力、綜合分析和解決問題的能力、服務社會經濟發(fā)展的能力，讓學生學得更有興趣，效果更好，不斷切實提高課程的價值。

參考文獻

[1]熊匡漢.關于大學選修課質量及其影響因素的調查研究[J].高教探索，2006（6）：51-54.

[2]馬開劍.大學教學論基礎[M].濟南：山東大學出版社，2011.

[3]羅福午，于吉太.以現代工程為背景，進行生動有效的工程教育[J].高等工程教育研究，2004（2）：51-54.