數(shù)字化背景下計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程教學(xué)改革研究

摘要：數(shù)字化技術(shù)的飛速發(fā)展及其在教育領(lǐng)域的廣泛滲透，不僅改變了傳統(tǒng)的教學(xué)觀念，也極大地豐富了先前較為有限的教學(xué)內(nèi)容，繼而為計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和教學(xué)質(zhì)量的提升開(kāi)辟了全新空間。文章以數(shù)字化為背景，從整合數(shù)字資源、重視個(gè)性教學(xué)、巧用數(shù)字技術(shù)、線上線下混合四大維度，探索計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程教學(xué)改革策略，致力于推動(dòng)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程的現(xiàn)代化變革，引領(lǐng)其教學(xué)效果邁上新臺(tái)階。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；計(jì)算機(jī)控制技術(shù)；課程教學(xué)；改革

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-9436（2024）21-0-03

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)作為自動(dòng)化類專業(yè)的核心課程，承擔(dān)著培養(yǎng)綜合應(yīng)用型數(shù)字化控制人才的重要使命。然而，當(dāng)前其課程教學(xué)普遍存在“三重三輕”現(xiàn)象，即重理論輕實(shí)踐、重傳統(tǒng)輕前沿、重知識(shí)傳授輕能力培育，直接導(dǎo)致學(xué)生“學(xué)用脫節(jié)”“知行分離”，難以適應(yīng)時(shí)代需求。在教育部《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》提出的“推動(dòng)課堂革命，重構(gòu)教育生態(tài)”的觀照下，大量的數(shù)字化技術(shù)、資源涌入計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課堂，為課程教學(xué)改革帶來(lái)了史無(wú)前例的機(jī)遇。一方面，以希沃白板、多媒體等數(shù)字化技術(shù)為支持，可視化闡釋抽象復(fù)雜的專業(yè)知識(shí)，幫助學(xué)生更好地理解與應(yīng)用；另一方面，整合大量的數(shù)字化資源充實(shí)課程內(nèi)容，拓展學(xué)生的眼界，豐富其知識(shí)儲(chǔ)備等，對(duì)學(xué)生的高質(zhì)量學(xué)習(xí)具有顯著裨益。數(shù)字化時(shí)代不僅帶來(lái)了嶄新的教學(xué)思路，更為計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課堂注入了新的生機(jī)與活力，極大地豐富了教學(xué)內(nèi)容與手段。

1 數(shù)字化背景下計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程教學(xué)現(xiàn)存問(wèn)題

1.1 教學(xué)內(nèi)容陳舊

在數(shù)字化技術(shù)日新月異的當(dāng)下，各行各業(yè)迅速迭代，但計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程教學(xué)內(nèi)容卻未跟上時(shí)代步伐。從現(xiàn)行教材來(lái)看，其大量篇幅仍聚焦傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，基于單片機(jī)、PLC的簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)雖為基礎(chǔ)，但在數(shù)字化浪潮中其應(yīng)用場(chǎng)景受限，與行業(yè)發(fā)展前沿趨勢(shì)脫軌［1］。而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新興的數(shù)字化控制技術(shù)正在重塑工業(yè)生產(chǎn)模式，人工智能的應(yīng)用更讓控制系統(tǒng)具備了自主學(xué)習(xí)能力，但這類前沿技術(shù)在教材中的呈現(xiàn)極為有限。滯后的教學(xué)內(nèi)容使學(xué)生接觸到的知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用嚴(yán)重脫節(jié)，亟須進(jìn)行更新。

1.2 教學(xué)方法單一

教學(xué)方法決定了整體教學(xué)效果，而目前傳統(tǒng)的“講授式”教學(xué)模式依然在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程中大行其道。教師在講臺(tái)上滔滔不絕地介紹理論知識(shí)，學(xué)生被動(dòng)接受，課堂氛圍不佳，互動(dòng)嚴(yán)重不足。這一方面導(dǎo)致學(xué)生缺乏主動(dòng)思考與探索的機(jī)會(huì)，另一方面也使得學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性受挫，對(duì)課程產(chǎn)生倦怠感。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是一門(mén)注重實(shí)踐應(yīng)用的學(xué)科，抽象的理論知識(shí)唯有結(jié)合實(shí)際案例與操作，才能被學(xué)生真正理解、應(yīng)用。但傳統(tǒng)的講授式教學(xué)停留于理論表層，學(xué)生缺乏親身體驗(yàn)，實(shí)踐操作更是有限，知識(shí)理解與運(yùn)用效果均大打折扣。

1.3 實(shí)踐教學(xué)薄弱

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的實(shí)踐特性決定了實(shí)踐教學(xué)的重要地位，然而就實(shí)際情況來(lái)看，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)不足的問(wèn)題仍難以根除。從實(shí)踐設(shè)備方面來(lái)看，多數(shù)院校的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備老化嚴(yán)重，更新?lián)Q代速度遠(yuǎn)跟不上數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，尤其是早期的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、PLC等設(shè)備，性能早已過(guò)時(shí)，難以滿足復(fù)雜的數(shù)字化控制實(shí)驗(yàn)的需求。另外，老舊設(shè)備的故障率高、穩(wěn)定性差，不僅影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，也容易使學(xué)生對(duì)實(shí)際控制系統(tǒng)產(chǎn)生錯(cuò)誤認(rèn)知。從實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容來(lái)看，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)占比過(guò)高也是一大問(wèn)題，這類實(shí)驗(yàn)多按照既定步驟進(jìn)行驗(yàn)證，學(xué)生只需按部就班地操作，久而久之，其自主思考與創(chuàng)新能力均會(huì)遭到不同程度的打壓［2］。

1.4 考核評(píng)價(jià)體系待完善

考核評(píng)價(jià)體系是教學(xué)質(zhì)量的基本保障，發(fā)揮著調(diào)節(jié)、反饋的重要作用，而當(dāng)前計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程的考核評(píng)價(jià)體系存在不小的缺陷：期末考試成績(jī)權(quán)重過(guò)大，平時(shí)成績(jī)占比較小。另外，期末考試以理論知識(shí)為主，題型固定，難以全面考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握水平，更難以反映其隱性能力的發(fā)展情況。而平時(shí)成績(jī)則以考勤、作業(yè)為主，考勤僅能反映學(xué)生的出勤情況而無(wú)法體現(xiàn)學(xué)習(xí)態(tài)度，作業(yè)也多為書(shū)面形式，難以檢驗(yàn)學(xué)生的實(shí)踐操作能力。隨著數(shù)字化時(shí)代的到來(lái)，實(shí)踐動(dòng)手與創(chuàng)新能力已成為社會(huì)檢驗(yàn)人才的重要指標(biāo)，傳統(tǒng)的考核體系在此背景下日漸顯現(xiàn)出其弊端。

2 數(shù)字化技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程教學(xué)改革的意義

2.1 重塑教學(xué)內(nèi)容，推動(dòng)理論與實(shí)踐深度融合

數(shù)字化時(shí)代的到來(lái)推動(dòng)了數(shù)字教學(xué)資源的上傳與共享，繼而為計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程教學(xué)內(nèi)容的革新帶來(lái)了前所未有的契機(jī)。一方面，在數(shù)字浪潮的推動(dòng)下，國(guó)內(nèi)外知名高校紛紛將相關(guān)課程上傳至網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，教師可以根據(jù)教學(xué)大綱及學(xué)生的實(shí)際情況，有針對(duì)性地篩選并引入在線課程資源，將其作為課堂教學(xué)的原料或補(bǔ)充，為計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課堂源源不斷地注入活力。另一方面，數(shù)字化資源豐富了教材形式，除傳統(tǒng)的紙質(zhì)教材外，電子教材、互動(dòng)式教材等新型教材形式也逐漸進(jìn)入一線教師視野，并憑借更新速度快、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)進(jìn)入課堂，有效拓寬了學(xué)生的學(xué)習(xí)視野［3］。

2.2 優(yōu)化教學(xué)模式，構(gòu)建個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑

個(gè)性化學(xué)習(xí)是現(xiàn)代教育理念的重要組成部分，特別是在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課堂上，數(shù)字化時(shí)代的到來(lái)為個(gè)性化學(xué)習(xí)的實(shí)施提供了強(qiáng)有力的支持。教師可以依托數(shù)字化工具及平臺(tái)，全面跟蹤學(xué)生的課程學(xué)習(xí)軌跡，了解其興趣需求及基礎(chǔ)水平，并根據(jù)每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣、興趣和能力水平，推薦適配學(xué)生需求的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的練習(xí)題、學(xué)習(xí)視頻、虛擬實(shí)驗(yàn)工具等，以個(gè)性化推送及定制化內(nèi)容的形式，帶領(lǐng)學(xué)生在屬于自身的“最近發(fā)展區(qū)”實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)。這既能實(shí)現(xiàn)教育資源的優(yōu)化配置，也能激發(fā)每一名學(xué)生的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)學(xué)習(xí)天賦，為學(xué)生今后踏上計(jì)算機(jī)控制崗位，乃至步入終身化發(fā)展道路奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.3 創(chuàng)新教學(xué)模式，優(yōu)化學(xué)生學(xué)習(xí)體驗(yàn)

數(shù)字化背景下，各類先進(jìn)的數(shù)字教學(xué)工具和技術(shù)得以廣泛應(yīng)用，教師借助多媒體、希沃白板之力，可輕松將復(fù)雜抽象的計(jì)算機(jī)控制原理及算法以直觀形象的方式呈現(xiàn)給學(xué)生，化靜為動(dòng)，化抽象為具象，幫助學(xué)生更好地理解與吸收知識(shí)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)為學(xué)生提供了沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生在其構(gòu)建的場(chǎng)景中進(jìn)行控制系統(tǒng)調(diào)試，仿佛置身于真實(shí)的工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)。這打破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室空間和設(shè)備的限制，使學(xué)生可以更加沉浸、自由地探索各種控制方案，反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)而無(wú)需擔(dān)心設(shè)備損壞，繼而降低試錯(cuò)成本。

3 數(shù)字化背景下計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程教學(xué)改革路徑

3.1 整合數(shù)字資源，豐富教學(xué)內(nèi)容

數(shù)字化技術(shù)具有強(qiáng)大的資源整合功能，為計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程教育資源的整合提供了前所未有的強(qiáng)大驅(qū)動(dòng)力。其既能將散落于互聯(lián)網(wǎng)各個(gè)角落、不同教育機(jī)構(gòu)以及各類專業(yè)領(lǐng)域的優(yōu)質(zhì)資源匯聚起來(lái)，又能幫助教師輕松突破地域與時(shí)間的雙重限制，從海量的網(wǎng)絡(luò)資源中精準(zhǔn)篩選出高度契合教學(xué)目標(biāo)的素材，為學(xué)生提供更全面的專業(yè)訓(xùn)練。例如，廣泛收集國(guó)內(nèi)外知名高校計(jì)算機(jī)控制技術(shù)精品課程視頻，從基礎(chǔ)理論到前沿應(yīng)用，為學(xué)生提供更多元的學(xué)習(xí)視角［4］。同時(shí)，整合專業(yè)學(xué)術(shù)網(wǎng)站上的論文、研究報(bào)告等資源，便于學(xué)生及時(shí)了解行業(yè)前沿成果，拓寬學(xué)習(xí)視野。學(xué)生可根據(jù)自身學(xué)習(xí)節(jié)奏，隨時(shí)隨地登錄平臺(tái)獲取所需的學(xué)習(xí)資源，展開(kāi)自主學(xué)習(xí)與個(gè)性化學(xué)習(xí)。例如，登錄GitHub國(guó)內(nèi)鏡像網(wǎng)站，索引計(jì)算機(jī)控制相關(guān)的開(kāi)源項(xiàng)目，學(xué)生只需在頁(yè)面頂部搜索框輸入與計(jì)算機(jī)控制相關(guān)的關(guān)鍵詞，便能輕松查找從GitHub同步過(guò)來(lái)的相關(guān)開(kāi)源項(xiàng)目，并借助“導(dǎo)入倉(cāng)庫(kù)”功能，輸入GitHub中目標(biāo)項(xiàng)目的倉(cāng)庫(kù)地址，順利將項(xiàng)目導(dǎo)入Gitee進(jìn)行查看、學(xué)習(xí)及使用，切實(shí)增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。

3.2 重視個(gè)性教學(xué)，創(chuàng)新教學(xué)方法

在強(qiáng)調(diào)個(gè)性教育的新時(shí)代，個(gè)性化教學(xué)被提上日程，尤其是對(duì)即將畢業(yè)的學(xué)生而言，個(gè)性化教學(xué)更有利于激活其專項(xiàng)才能，使其在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)學(xué)習(xí)中得到最優(yōu)發(fā)展，順利走上崗位。數(shù)字分析工具作為一種精準(zhǔn)分析、跟蹤、評(píng)估學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的數(shù)字化技術(shù)，為個(gè)性化教育提供了可能。在課程教學(xué)中，教師可以利用數(shù)字工具收集學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，包括日常作業(yè)、測(cè)驗(yàn)成績(jī)和參與活動(dòng)的記錄，依托對(duì)這些數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)分析，掌握每名學(xué)生的學(xué)習(xí)特征和偏好。根據(jù)分析結(jié)果，為每名學(xué)生制訂個(gè)性化學(xué)習(xí)計(jì)劃。例如，針對(duì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱且在操作方面表現(xiàn)較差的學(xué)生，教師可以制定相對(duì)基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)目標(biāo)，并為其推薦更多相關(guān)的學(xué)習(xí)材料，幫助其逐步提高自身能力；而針對(duì)實(shí)踐動(dòng)手能力突出的學(xué)生，則可以安排校企合作實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，如工廠自動(dòng)化生產(chǎn)線的PLC程序優(yōu)化任務(wù)，使之在真實(shí)工程環(huán)境中錘煉專業(yè)技能，百尺竿頭更進(jìn)一步［5］。個(gè)性化學(xué)習(xí)期間，應(yīng)巧借現(xiàn)代數(shù)據(jù)平臺(tái)全面跟蹤、了解學(xué)生的進(jìn)步情況，并以此為根據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整學(xué)習(xí)計(jì)劃，引導(dǎo)學(xué)生在螺旋式上升的學(xué)習(xí)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)最大限度的成長(zhǎng)。

3.3 巧用數(shù)字技術(shù)，優(yōu)化教學(xué)過(guò)程

數(shù)字化背景下，希沃白板及多媒體技術(shù)進(jìn)軍教育領(lǐng)域，并在構(gòu)建數(shù)字化計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課堂中扮演著至關(guān)重要的角色。希沃白板具備便捷的信息交互功能，擁有豐富的教育資源，課堂中，教師可通過(guò)希沃白板索引大量圖片、視頻，并利用其構(gòu)建情境，實(shí)現(xiàn)專業(yè)知識(shí)可視化，幫助學(xué)生全方位、立體化吃透專業(yè)知識(shí)概念。同樣，希沃白板能提供豐富的云課件支持，老師可以直接登錄希沃白板調(diào)用課件，而課件中的頁(yè)面及資源使用了特定的描述文件，可以實(shí)現(xiàn)差量同步，繼而保障課件和課時(shí)進(jìn)度及學(xué)生需求相契合。例如，在講解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的PID控制算法時(shí)，以溫度控制系統(tǒng)為例制作動(dòng)畫(huà)視頻，可視化展示當(dāng)設(shè)定溫度與實(shí)際溫度存在偏差時(shí)，PID控制器如何根據(jù)比例、積分、微分環(huán)節(jié)計(jì)算控制量，進(jìn)而調(diào)節(jié)加熱裝置功率，使溫度逐漸趨近設(shè)定值。在課堂學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生先觀看動(dòng)畫(huà)理解原理，再結(jié)合圖片認(rèn)識(shí)硬件，教師全程輔助講解，實(shí)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程的全面優(yōu)化，增強(qiáng)學(xué)生知識(shí)理解及吸收效果。

3.4 線上線下混合，改革教學(xué)模式

數(shù)字化時(shí)代，線上線下混合式教學(xué)逐漸得到青睞，為學(xué)生提供了更便捷且靈活的學(xué)習(xí)陣地，使學(xué)生開(kāi)展專業(yè)學(xué)習(xí)不受時(shí)間和空間的限制。線上教學(xué)以大數(shù)據(jù)搭建的廣闊平臺(tái)為媒介，只要有網(wǎng)絡(luò)連接，學(xué)生就能隨時(shí)隨地投身于課程學(xué)習(xí)之中。在公交地鐵上，在課間休息時(shí)，學(xué)生只需輕松通過(guò)手機(jī)或電腦登錄在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，就能自由、個(gè)性、靈活地進(jìn)行學(xué)習(xí)。有了線上教學(xué)的加持，教師還可利用線下課堂設(shè)計(jì)小組項(xiàng)目及情境活動(dòng)，為學(xué)生提供大展身手的舞臺(tái)。以計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程教學(xué)為例，學(xué)生在線上了解了各類硬件設(shè)備的基本功能后，教師便可在線下課堂跳過(guò)基礎(chǔ)知識(shí)講授環(huán)節(jié)，直接展示實(shí)際的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、傳感器等硬件實(shí)物，并現(xiàn)場(chǎng)演示其工作過(guò)程，加深學(xué)生對(duì)硬件的認(rèn)識(shí)，同時(shí)輔以實(shí)際案例，更為深入地講解硬件之間的連接方式、數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程，幫助學(xué)生系統(tǒng)理解硬件的重要作用。線上線下混合式教學(xué)打破了時(shí)間與空間上的重重限制，學(xué)生得以更加高效、靈活地學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，為自身今后的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展做好鋪墊。

4 結(jié)語(yǔ)

數(shù)字化背景下，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程教學(xué)的改革，是適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的必然需求，更是學(xué)生專業(yè)發(fā)展的基本要求。面對(duì)洶涌的數(shù)字化浪潮，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)教師要充分意識(shí)到數(shù)字化技術(shù)對(duì)學(xué)生個(gè)性學(xué)習(xí)、開(kāi)放學(xué)習(xí)、高效學(xué)習(xí)的重要意義，持續(xù)探索數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用邊界，積極改革及優(yōu)化教學(xué)模式，充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，真正引領(lǐng)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程教學(xué)邁上新的臺(tái)階，為學(xué)生的職業(yè)及終生發(fā)展賦能。

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課題項(xiàng)目：本論文為2024年度商丘工學(xué)院高等教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目“數(shù)字化背景下計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程教學(xué)改革研究”成果，項(xiàng)目編號(hào)：2024JGXM24

作者簡(jiǎn)介：何洋洋 （1990—） ，女，講師，研究方向：精密機(jī)械；高秋閣（1995—），女，助教，研究方向：智能制造與數(shù)控技術(shù)。