朱繼紅 魯明麗 談天夫 丁衛(wèi)
摘? 要:為有效培養(yǎng)自動化專業(yè)學(xué)生應(yīng)具備的系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)與研發(fā)能力,針對C#編程與SQL數(shù)據(jù)庫應(yīng)用課程存在的教學(xué)模式單一、課程內(nèi)容實(shí)踐不夠、學(xué)生能力培養(yǎng)不足等問題,制定以工程意識和工程素質(zhì)為核心的培養(yǎng)目標(biāo),以云班課教學(xué)平臺為依托,探索線上線下混合式、課堂企業(yè)交叉式教學(xué)模式?;诔晒麑?dǎo)向的教學(xué)理念的理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)內(nèi)容,通過項(xiàng)目驅(qū)動式方法改革授課方式,采用自主式、團(tuán)隊(duì)式相融合的方法改革實(shí)踐教學(xué),并探討全方位多層次的考評方法,以提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。
關(guān)鍵詞:自動化專業(yè);教學(xué)改革;OBE理念;C#;混合式教學(xué);交叉式教學(xué)
中圖分類號:G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A? ? ? ? ? 文章編號:2096-000X(2024)S1-0144-04
Abstract: The aim of the study is to effectively cultivate the system analysis, design and R&D capabilities that students majoring in automation should have. In view of the problems existing in the course of C# Programming and SQL Database Application, such as the single teaching mode, the insufficient practice of the course content, and the insufficient training of students' abilities, the training objectives centered on engineering awareness and engineering quality are formulated. Based on the Mosoteach platform, the online and offline mixed teaching mode and the cross-teaching mode of classroom and enterprises are explored. The teaching content based on the combination of the theory and practice of the results-oriented teaching concept is to reform the teaching method through the project-driven method, reform the practical teaching with the combination of the independent and team methods, and explore the comprehensive and multi-level evaluation methods to improve students' ability to solve complex engineering problems.
Keywords: automationmajor; teaching reform; OBE concept; C#; mixed teaching; cross-teaching
近年來,由于C#計(jì)算機(jī)語言具有強(qiáng)大的底層和通信接口功能,采用C#計(jì)算機(jī)語言設(shè)計(jì)的上位機(jī)具有較好的人機(jī)交互界面,因此受到了自動化行業(yè)尤其是非標(biāo)自動化設(shè)備定制行業(yè)的青睞。行業(yè)需求決定了自動化專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)要求,不僅需要學(xué)生掌握C#的編程技巧,還需要掌握諸如單片機(jī)、PLC等硬件知識。目前,各高等院校的計(jì)算機(jī)類專業(yè)一般都開設(shè)了以C#計(jì)算機(jī)語言為基礎(chǔ)的相關(guān)課程,并在教學(xué)實(shí)踐過程中進(jìn)行了較為深入的課程改革,取得了較好的效果[1-3]。然而,對于應(yīng)用型本科院校來講,若C#相關(guān)課程按照計(jì)算機(jī)類專業(yè)的培養(yǎng)要求培養(yǎng)自動化專業(yè)的學(xué)生,可能使自動化專業(yè)學(xué)生面臨軟件基礎(chǔ)知識不牢,軟件開發(fā)能力不足的尷尬境地。為改善自動化專業(yè)C#編程與SQL數(shù)據(jù)庫應(yīng)用課程的教學(xué)效果,培養(yǎng)能夠解決自動化控制系統(tǒng)、自動化測試系統(tǒng)開發(fā)或集成中復(fù)雜工程問題的應(yīng)用型人才,常熟理工學(xué)院自動化專業(yè)近幾年來在成果導(dǎo)向教育(Outcome-based Education, OBE)理念的指導(dǎo)下[4-6],對該課程開展教學(xué)改革,取得了較好的效果。本文主要圍繞優(yōu)化理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)內(nèi)容,探索項(xiàng)目驅(qū)動式授課方式,采用自主式、團(tuán)隊(duì)式相融合的實(shí)踐教學(xué)方式,探討全方位多層次的考評方法等方面介紹了該課程教學(xué)改革與實(shí)踐過程中的工作與經(jīng)驗(yàn)。
一? 課程教學(xué)現(xiàn)狀
本課程在最初的教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn),在有限的課時(shí)學(xué)習(xí)時(shí)間內(nèi),要學(xué)生完全掌握面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)這種較為抽象的編程方式,熟練應(yīng)用窗體應(yīng)用程序設(shè)計(jì)中面臨的繁多不一的各種控件屬性和方法,掌握結(jié)合自動化設(shè)備等相關(guān)硬件編程實(shí)現(xiàn)某種功能等還存在較大難度??傮w來看,在教學(xué)過程中存在以下三個(gè)方面問題[7]。
(一)? 理論教學(xué)模式單一
課堂教學(xué)作為培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求達(dá)成的基本環(huán)節(jié),往往以教師為中心,卻忽視學(xué)生的學(xué)習(xí)需求,容易出現(xiàn)重視教師講授而輕視學(xué)生學(xué)習(xí)理解能力的現(xiàn)象。課程理論教學(xué)部分內(nèi)容抽象,以常規(guī)語法和用法的講解,學(xué)生跟隨編程為主。尤其當(dāng)少數(shù)學(xué)生在理解上存在延遲時(shí),采取的補(bǔ)充措施不充分,隨著教學(xué)內(nèi)容深入,容易造成更多的困惑,以至于后續(xù)章節(jié)內(nèi)容接續(xù)不上,導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高。
(二)? 實(shí)踐教學(xué)模式單一
實(shí)踐教學(xué)作為培養(yǎng)學(xué)生解決問題能力的重要環(huán)節(jié),往往以結(jié)果為中心,卻忽視學(xué)生的掌握程度,容易出現(xiàn)重視教師演示而輕視學(xué)生學(xué)習(xí)掌握程度的現(xiàn)象。課程實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容多樣,以常規(guī)教師演示,學(xué)生獨(dú)立操作為主。少數(shù)學(xué)生盡管按照要求完成了實(shí)踐項(xiàng)目內(nèi)容,仍然會出現(xiàn)“知其然,不知其所以然”的情況,缺乏相應(yīng)的具體分析指導(dǎo),導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)成就感不強(qiáng)。
(三)? 課程考核方式單一
當(dāng)前所采用平時(shí)作業(yè)、實(shí)踐報(bào)告、期中和期末考試等的考評方式,每一種考評方式按照預(yù)設(shè)的評分標(biāo)準(zhǔn)對學(xué)生完成的各項(xiàng)學(xué)習(xí)任務(wù)以分?jǐn)?shù)形式進(jìn)行評價(jià)。盡管每一種考評方式的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)精心設(shè)計(jì),但由于學(xué)生在完成學(xué)習(xí)任務(wù)過程中缺乏有效的全程跟蹤,每名學(xué)生所得到分?jǐn)?shù)仍然不能保證學(xué)生是否真正掌握了理論知識和編程要領(lǐng)。因此,現(xiàn)有考評方式無法獲得學(xué)生的反饋,學(xué)生分析、解決問題及自主學(xué)習(xí)能力,不能客觀地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。
二? 課程目標(biāo)
應(yīng)用型本科院校的自動化專業(yè)需要培養(yǎng)具有扎實(shí)自動化基礎(chǔ)知識和基本技能,具有社會責(zé)任感、職業(yè)道德、人文素養(yǎng)和創(chuàng)新精神,能在現(xiàn)代智能制造業(yè)解決自動化控制系統(tǒng)、自動化測試系統(tǒng)工程問題的應(yīng)用型工程師。常熟理工學(xué)院自動化專業(yè)開設(shè)C#編程與SQL數(shù)據(jù)庫應(yīng)用課程的主要目的是通過該課程的學(xué)習(xí),使學(xué)生具備C#語言程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識和邏輯思維,能夠使用C#語言進(jìn)行自動化控制或自動化測試系統(tǒng)的上位機(jī)軟件開發(fā);能夠針對特定的功能需求進(jìn)行分析,設(shè)計(jì)滿足需求的C#語言軟件系統(tǒng),并根據(jù)調(diào)試結(jié)果驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效性;能夠針對特定的項(xiàng)目需求,利用C#語言編程實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目要求的全部功能,設(shè)計(jì)過程和設(shè)計(jì)成果以報(bào)告形式呈現(xiàn);能夠根據(jù)實(shí)際工程的需求,從工程項(xiàng)目管理與工程倫理的角度,利用C#語言設(shè)計(jì)具備信息管理和數(shù)據(jù)顯示、處理及存儲等功能的綜合性系統(tǒng)。課程對應(yīng)的課程目標(biāo)具體為如下。
(一)? 課程目標(biāo)1
理解系統(tǒng)的概念及其在控制領(lǐng)域的體現(xiàn),能對自動化控制系統(tǒng)、自動化測試系統(tǒng)開發(fā)或集成中的復(fù)雜工程問題的解決方案進(jìn)行分析。
(二)? 課程目標(biāo)2
通過文獻(xiàn)研究,能夠分析自動化控制系統(tǒng)、自動化測試系統(tǒng)的技術(shù)方案的優(yōu)劣、合理性和可行性,并獲得有效結(jié)論。
(三)? 課程目標(biāo)3
能夠通過工藝流程和功能分析設(shè)計(jì)滿足特定需求的程序軟件,并以程序或報(bào)告呈現(xiàn)設(shè)計(jì)成果。
(四)? 課程目標(biāo)4
了解與工程相關(guān)背景知識,具有工程實(shí)習(xí)和社會實(shí)踐的經(jīng)歷。
三? 教學(xué)模式改革
針對C#編程與SQL數(shù)據(jù)庫應(yīng)用課程教學(xué)中存在的問題,基于OBE理念,根據(jù)本課程目標(biāo)達(dá)成要求對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式及考核方式進(jìn)行改革。
(一)? 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)
為體現(xiàn)自動化專業(yè)特色及行業(yè)需要,本課程設(shè)計(jì)了基礎(chǔ)、實(shí)踐、應(yīng)用三個(gè)模塊的教學(xué)內(nèi)容,如圖1所示。課程的教學(xué)內(nèi)容形成了基礎(chǔ)理論由淺入深,程序設(shè)計(jì)由理論到實(shí)踐,功能實(shí)現(xiàn)由軟件到硬件相結(jié)合的梯次、混合的教學(xué)內(nèi)容。其中,基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容以C#語言理論基礎(chǔ)為主,主要設(shè)計(jì)了以控制臺應(yīng)用程序設(shè)計(jì)為實(shí)踐平臺的C#語法基礎(chǔ)和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)內(nèi)容。實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容以C#語言軟件編程為主,主要圍繞Windows窗體應(yīng)用程序設(shè)計(jì),重點(diǎn)對控件、菜單、對話框與文件操作、線程與異步編程及SQL數(shù)據(jù)庫應(yīng)用等內(nèi)容展開學(xué)習(xí)?;A(chǔ)和實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容主要完成對C#相關(guān)基礎(chǔ)和技術(shù)的學(xué)習(xí),對C#語言的相關(guān)知識有一個(gè)全面了解。應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容則以解決工程實(shí)際問題為主,依托企業(yè)提供的項(xiàng)目需求,利用C#語言提供的串口通信、網(wǎng)絡(luò)通信、Modbus通信等類及其強(qiáng)大的數(shù)學(xué)工具類,實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)、PLC等硬件設(shè)備的通信,實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信,完成數(shù)據(jù)顯示、處理及設(shè)備控制等方面的內(nèi)容。
同時(shí),思政教學(xué)內(nèi)容貫穿課程教學(xué)全過程。在基礎(chǔ)教學(xué)階段,主要通過結(jié)合教學(xué)內(nèi)容講解和程序輸出結(jié)果顯示等方式,對自動化技術(shù)發(fā)展歷史和有關(guān)理論及技術(shù)建立過程進(jìn)行講解,了解前輩如錢學(xué)森、錢偉長等在自動化發(fā)展過程中如何思考、如何克服所遇到的障礙,幫助學(xué)生建立科學(xué)的思維方法,以及工作中勇于面對挑戰(zhàn)的精神。在實(shí)踐教學(xué)階段,以基礎(chǔ)性、科學(xué)性、系統(tǒng)性及趣味性為要求,通過實(shí)踐中程序運(yùn)行結(jié)果的可視化展現(xiàn)控制科學(xué)與工程及其二級學(xué)科的內(nèi)在聯(lián)系,進(jìn)一步拓寬學(xué)生的專業(yè)視野,激發(fā)對自動化專業(yè)喜愛的熱情。在應(yīng)用教學(xué)階段,主要通過視覺、聽覺、感覺三個(gè)維度,從控制理論學(xué)科對我國創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展作用的角度出發(fā),以杰出貢獻(xiàn)者研究工作為載體,把社會主義核心價(jià)值觀教育融入課程教學(xué)內(nèi)容,突出價(jià)值引領(lǐng)、知識傳授、能力培養(yǎng),幫助學(xué)生正確認(rèn)識歷史規(guī)律、準(zhǔn)確把握基本國情、掌握科學(xué)的世界觀和方法論,促進(jìn)樹立正確的世界觀和價(jià)值觀。
(二)? 教學(xué)模式改革
1? 線上線下混合式教學(xué)
為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性、自覺性,培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)能力、自學(xué)能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)合作能力,在教學(xué)過程中,將課程分為課前、課中、課后,采取線上與線下相結(jié)合的方式組織教學(xué),如圖2所示。課前,教師對教學(xué)資源進(jìn)行整合,以視頻、PPT、文檔、測試題和網(wǎng)絡(luò)鏈接等方式將知識點(diǎn)上傳至云班課資源庫中。同時(shí)學(xué)生需要學(xué)習(xí)參考教材相關(guān)內(nèi)容,并完成線上預(yù)習(xí)測試。課中,采用課堂翻轉(zhuǎn)的方式,教師利用講解、項(xiàng)目演示和討論等方式進(jìn)行答疑解惑,同時(shí)學(xué)生還需匯報(bào)學(xué)習(xí)成果。課后,學(xué)生需要利用C#編譯軟件對給出的項(xiàng)目進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)與調(diào)試,然后撰寫成果報(bào)告。對課程重點(diǎn)和難點(diǎn)問題,采用“理論+演示+項(xiàng)目實(shí)踐”的方式學(xué)習(xí);對綜合運(yùn)用的內(nèi)容,則采取團(tuán)隊(duì)合作的方式完成。
圖2? 線上線下混合教學(xué)模式
2? 課堂企業(yè)交叉式教學(xué)
為提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新和動手能力,切身體會C#需求現(xiàn)狀,了解自動化技術(shù)發(fā)展的前沿,教學(xué)團(tuán)隊(duì)與自動化行業(yè)的相關(guān)企業(yè)緊密合作,依托企業(yè)的實(shí)際項(xiàng)目,學(xué)生以團(tuán)隊(duì)形式使用C#實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的部分或全部功能。學(xué)生在實(shí)踐過程中,采用PDCA模式,即區(qū)分策劃、實(shí)施、檢查和處理4個(gè)階段開展項(xiàng)目。策劃階段,注重鍛煉學(xué)生的問題分析能力和協(xié)調(diào)能力。在企業(yè)導(dǎo)師的指導(dǎo)下,認(rèn)真研究項(xiàng)目需求,建立項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)和確定成員分工,根據(jù)掌握的課堂知識點(diǎn)和收集的相關(guān)資料提出具體解決方案,經(jīng)導(dǎo)師認(rèn)可后,進(jìn)入下一階段任務(wù)。實(shí)施階段,注重培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識和時(shí)間觀念。團(tuán)隊(duì)成員依照分工,按照解決方案各自編程實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的各個(gè)功能,最終實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)軟件。檢查階段,主要鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的能力。利用串口、網(wǎng)絡(luò)、Modbus調(diào)試助手等軟件,對系統(tǒng)中的單個(gè)模塊功能和系統(tǒng)整體功能進(jìn)行仿真與測試,查找程序中存在的不足,直至滿足項(xiàng)目需求。處理階段,主要鍛煉學(xué)生解決問題的能力。將編譯好的程序與設(shè)備進(jìn)行聯(lián)調(diào)聯(lián)試,在測試過程中再次查找程序中存在的不足或算法上的缺陷,進(jìn)一步完善問題的解決方案。同時(shí),對測試中發(fā)現(xiàn)的其他問題,可供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、嵌入式或PLC控制設(shè)計(jì)人員參考。
(三)? 評價(jià)體系
1? 考核方式
根據(jù)自動化專業(yè)工程教育專業(yè)認(rèn)證要求形成的OBE課程評價(jià)體系要有助于課程的持續(xù)改進(jìn)和學(xué)生課程目標(biāo)的達(dá)成,提高人才的培養(yǎng)質(zhì)量這一要求。根據(jù)課程目標(biāo),課程考核在建立特色的課程體系和教學(xué)方法的基礎(chǔ)上,采用具有特色的理論與實(shí)踐相結(jié)合的過程考核方案,包括對平時(shí)作業(yè)、實(shí)踐項(xiàng)目、綜合作業(yè)三方面的考核,由表1可知,考核方案需通過學(xué)院合理性評價(jià)審核之后才能實(shí)施。其中,平時(shí)作業(yè)重點(diǎn)考核學(xué)生個(gè)人對大綱規(guī)定的基礎(chǔ)知識的掌握情況,主要依托云班課的資源板塊,與課堂同步學(xué)習(xí)下載共享的視頻、課件和其他相關(guān)學(xué)習(xí)內(nèi)容,利用測試板塊對所掌握的知識點(diǎn)進(jìn)行測試,學(xué)生完成測試后,平時(shí)作業(yè)成績由系統(tǒng)直接給出。實(shí)踐項(xiàng)目重點(diǎn)考核學(xué)生對所掌握知識的獨(dú)立運(yùn)用情況。根據(jù)教學(xué)章節(jié)內(nèi)容,以項(xiàng)目形式有針對性設(shè)計(jì)實(shí)踐項(xiàng)目。學(xué)生在實(shí)踐過程中,首先需要從每一個(gè)項(xiàng)目需求分析入手,然后根據(jù)需求分析設(shè)計(jì)項(xiàng)目總體結(jié)構(gòu)和對應(yīng)功能,最后,使用C#語言編程依次實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的功能。綜合作業(yè)重點(diǎn)考核學(xué)生通過協(xié)作分析和解決復(fù)雜工程背景問題過程中的應(yīng)用情況。綜合作業(yè)采取團(tuán)隊(duì)協(xié)作的方式完成,團(tuán)隊(duì)成員圍繞企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目或項(xiàng)目子系統(tǒng),以小組討論結(jié)果制定項(xiàng)目解決方案,各成員按照解決方案中分工各自完成對應(yīng)任務(wù)功能,并由小組指定臨時(shí)負(fù)責(zé)人對整個(gè)項(xiàng)目功能進(jìn)行整合,所有成員共同參與調(diào)試,針對調(diào)試過程中存在的不足加以改進(jìn)。
2? 評價(jià)方式
課程評價(jià)是以學(xué)校專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量中的課程評價(jià)為指導(dǎo),以問題為導(dǎo)向,以保障學(xué)生學(xué)習(xí)和發(fā)展為目標(biāo),以學(xué)生學(xué)習(xí)成果為依據(jù),建立“評價(jià)—反饋—改進(jìn)”持續(xù)改進(jìn)的課程評價(jià)體系,切實(shí)提升課堂教學(xué)效果,保障課程建設(shè)品質(zhì),解決人才培養(yǎng)的核心問題,達(dá)成課程培養(yǎng)目標(biāo),提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。課程結(jié)束后,課程組按照OBE理念對課程目標(biāo)達(dá)成度和全體學(xué)生的達(dá)成度進(jìn)行分析與討論,評價(jià)結(jié)果和改進(jìn)措施用于后期的持續(xù)改進(jìn)。如在分析學(xué)生個(gè)人畢業(yè)要求指標(biāo)達(dá)成情況時(shí),會發(fā)現(xiàn)個(gè)別學(xué)生在著重反映學(xué)生基礎(chǔ)知識掌握情況的指標(biāo)點(diǎn)達(dá)成度低于預(yù)期,可能是該學(xué)生在課堂講授時(shí)不注意聽講,課后線上不認(rèn)真學(xué)習(xí)在線資料,導(dǎo)致測試分?jǐn)?shù)較低。針對此類情況,可采取友情提醒、單獨(dú)輔導(dǎo)的方式,盡快彌補(bǔ)基礎(chǔ)知識掌握不牢的不足,并在今后教學(xué)過程中有針對性地對出現(xiàn)此類問題的學(xué)生提前進(jìn)行提醒和課后輔導(dǎo),以此通過有力的措施改進(jìn)教學(xué)方法,提高課程目標(biāo)的達(dá)成度,幫助學(xué)生達(dá)到畢業(yè)要求。通過該課程評價(jià)體系的運(yùn)用,提高了學(xué)生綜合運(yùn)用知識和分析、解決復(fù)雜工程問題的能力,具體實(shí)施過程如圖3所示。
四? 結(jié)論
本文針對應(yīng)用型高校自動化專業(yè)的C#編程與SQL數(shù)據(jù)庫應(yīng)用課程教學(xué)中存在的問題,從課程內(nèi)容、教學(xué)模式、考核方式等方面進(jìn)行課程改革。以學(xué)生能力培養(yǎng)為導(dǎo)向,對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化整合,并結(jié)合具體的項(xiàng)目實(shí)例,提煉核心專題,構(gòu)建完整知識體系。采用線上線下混合式、課堂企業(yè)交叉式教學(xué)模式,設(shè)計(jì)全方位多層次的考評方法,對教學(xué)過程進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。實(shí)踐證明,該教學(xué)模式能夠有效增強(qiáng)學(xué)生對自動化專業(yè)相關(guān)背景知識的了解,使學(xué)生具有工程實(shí)習(xí)和社會實(shí)踐的經(jīng)歷,培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、分析解決問題的能力、解決自動化專業(yè)相關(guān)復(fù)雜工程問題的編程能力。
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