建設開放的《計算機控制技術》實踐教學體系

【摘要】針對機械工程及自動化專業在《計算機控制技術》課程教學中出現的問題，靈活多樣地采用了實驗教學改革、興趣小組、參與科研課題以及參加競賽等多層次的實踐教學改革。多層次多方式的實踐教學融開放式實驗、研究性實踐和科研訓練為一體，自成一個獨立的實踐小體系，誘導學生深入理解計算機控制技術，建立學生主動學習的學習模式，培養學生獨立分析和解決問題的能力，獲得良好的教學效果。

【關鍵詞】實踐教學；課程建設；計算機控制技術；機械工程及自動化專業

【中圖分類號】G420 【文獻標識碼】B【論文編號】1009—8097 (2008) 07—0113—03

一引言

按照機電工程學院提出的機械工程及自動化專業教學改革的目標，以突出‘應用’為主旨和特征，構建《計算機控制技術》課程的教學內容體系以及相對獨立的實踐教學體系。在機電技術中，計算機控制技術起著十分重要的作用，現代的控制技術都離不開計算機，如圖1。一個單獨而且完備的計算機控制控制系統，必須包括信號檢測、信號處理(計算機程序)、信號輸出、功率輸出以及控制對象這5大部分。信號檢測涉及傳感器技術和微電子技術；信號處理涉及工業計算機控制技術；信號輸出和功率輸出涉及計算機接口技術、繼電－接觸器控制技術、電力電子變流技術；控制對象多為交、直流電動機。若是一個多任務系統，還涉及到計算機網絡通訊技術。由于本課程實踐性較強，涉及的相關概念較多，與前續課程的內容聯系緊密，因此，教師該如何組織教學的各個環節，實現開放式的實踐教學模式，讓學生邊學邊練，培養學生獨立思考，獨立解決問題的能力，使學生確實掌握好本課程知識，是一項非常有意義的課題[2]。

從這門課程的教學實踐看仍有以下不足：

第一是學生缺乏面向工程實際的機會。學生能夠學好每門課程的主要內容，但是難以綜合運用解決現實問題。遇到現實問題，學生往往能夠向在某門課程中學習過的內容靠攏，從某門課程某個知識點出發來解決問題。這種從書本出發而不是從問題本身出發的思路，明顯受到書本的束縛，不但反映了學生綜合運用知識依然有欠缺，也反映了學生面對現實問題的不自信。

第二《計算機控制技術》是一門多學科多課程交叉、實踐性強的課程，如果只是從理論上學習，容易流于空泛。

第三是教學手段的不足。長期以來，教學活動都以教師為中心，實行教師在課堂上以描述性的講解來傳播知識，學生在教與學的過程中是一種被動的認知信息的接受者。《計算

控制技術》課程一般采用課堂教學和實驗這兩種傳統方式進行教學，課堂教學傳授基礎知識，實驗幫助學生認知、提高應用能力，也有將常見常用的機電系統拆裝，有助于學生理解原理，提高授課的效率。如果能將理論學習、實踐應用、產品制作有機地結合為一體，以理論教學為基礎，以實踐訓練為重點，以掌握知識和技能、制作產品為教學目標，就能較好地體現“學用一致，知能并舉”的3P教育思想。3P教學法是指原理（Principle）、實踐（Practice）和產品（Product）的三者合一，是教、學、做合一的具體應用[1]。

二 實踐教學改革方案

在《計算控制技術》教學中， 3P教學法非常值得提倡，強調以實踐和產品為主，加大了教學過程的輸入輸出量，大大提高了課程內容的操練頻率。在運用“3P”教學法教學時教師首先給學生引入和展現要學習的原理內容，然后組織學生進行實踐訓練。

1 為學生提供面向工程實際的機會。以理論為框架和學習脈絡，以培養學生應用知識有能力為目標，讓學生清晰和完整地把握基本知識，“教、學、做”合一，充分發揮教與學的積極性，努力走“實踐、理論、再實踐”之路。以應用為培養目標，不同于知識型的培養目標，也不同于研發型目標，還不同于技能型目標，強調在做中教，在做中學。始終把培養學生綜合應用、工程實踐和創新能力放在重要位置，采取理論學習與實驗、實踐相結合，課內與課外相結合，規范與激勵相結合的全方位措施完成教學目標。

2 建立《計算機控制技術》課程合理的教學系統。《計算機控制技術》與某些教學內容較穩定的課程不同，計算機控制技術的發展日新月異，需要把新知識融入到課程中。但是這門課程也有其自身的理論基礎和實踐技巧，并不是一個過渡性的、裁接拼湊的課程。數字信號分析與處理是計算機測控的核心，涉及到拉氏變換和Ｚ變換、數字PID、數字濾波、采樣與復現等內容，擴展后可涉及隨機過程、模糊控制、神經網絡等內容。因此，這門課程看似蕪雜，其實自成體系，教學內容豐富而且彈性極大，要有主有次，主線清晰，層次分明，將理論部分的掌握內容、了解內容合理分布，在有限課時內完成；將擴展閱讀內容、實踐制作內容適當地分配在實驗、興趣小組、科研課題以及競賽中，構成一個開放的實踐教學小體系，有淺有深，給學生寬松的環境、自由的柔性空間，保證一般學生能達到課程的基本要求，有能力的學生能有所深入。理論教學占用課程教學時間，實踐教學占用課外時間，各自獨立又相得益彰，互有補益，構成一個合理的課程教學系統。

3 提高學生的學習積極性。《計算機控制技術》一般開設在大學三年級下學期或者四年級上學期，學生已經學習過大量課程，對被動學習容易產生厭倦情緒。如果采用設計型實驗、展開興趣小組、參加科研課題以及參加競賽等手段，可以激發學生的興趣，提升教育水平、教學信息量、啟迪學生創新思維，形成以學生為主體的自主學習模式，因材施教，以培養學生的自學能力為目的，讓受教育者習而化之，形成一個既有正確導向、符合實際，而又無拘無束的環境。這個階段的學生已經有前期的課程知識，也有基礎進行這種自主性學習。

三 具體改革內容

建立一個以學生為主體，以教師為輔助的相對獨立的《計算機控制技術》課程實踐教學體系，學生自主在課程范圍內選題，獨立查找資料，分析設計方案，并完成制作，形成一個既有正確導向、符合實際，而又無拘無束的環境。具體的實踐教學改革包括實驗教學改革、興趣小組、完成課題以及參加競賽等四個方面：

1 實驗教學改革。為了達到實驗的目的，提高實驗的質量，要求實驗前寫預習報告、單人單機完成、實驗后寫實驗報告（占實驗成績的50%）；減少了驗證性實驗，增設了設計性，創新性和綜合性實驗，教師僅僅安排實驗目標，要求學生根據學過的基礎知識，對采用的方案加以論證，確定實驗方案與步驟，對實驗結果進行分析計算，確認實驗結果的正確性；帶領學生到金工車間，對在以前課程中使用過的設備進行實地分析講解；帶領學生到工廠企業，觀察了解比較先進新穎的計算機控制設備；開設開放性實驗項目。

2 組織課外興趣小組。在注重課堂教學的同時，課外組織學生成立計算機控制技術興趣小組。有些學生對新技術新產品感興趣，可以圍繞相關內容收集資料，分析原理，相互討論，相互啟發，并開設專題報告；對制作實物感興趣的學生，可以運用DP-51或更高級的資源，如CAN控制器SJA1000，CAN收發器TJA1050T，USB器件PDIUSBD12，GPRS器件等，在實驗室指導學生開發、研制一些感興趣或實用的小產品。這樣做一方面有助于鞏固理論知識，縮短從理論到實際應用的過程；另一方面可使學生產生一種創業成就感；有利于培養他們學習興趣；增強其創新意識；提高實際應用能力[2]。

3 組織申報學生課題。興趣小組完成任務以后，可以結合地方企業，在教師的帶領下，申報校級、省級學生科研課題。開展學生第二課堂活動，引導學生積極參與科技小發明活動和教師的科研課題中，而教師僅起拋磚引玉的作用，指明設計思路，啟發學生獨立思考，充分發揮學生的創造性，提高學生的綜合素質。我院去年成功申報校級學生科研課題29項，院級立項項目5項，總資助金額1.65萬元，參與學生100余人。學生科研活動的蓬勃開展，為培養學生的實踐動手能力和創新意識搭建了廣闊的平臺，也為建設優良學風奠定了良好的基礎。

4 組織課題競賽。從學生課題中選拔優秀的項目參加課題競賽。我院已經參加過電子設計大賽，機械創新設計大賽都學生競賽，并取得過不錯的成績。競賽活動使學生受益非淺，從學生被動的要求做實驗，到學生主動的要求進實驗室做實驗，加深了對課本知識的理解與融匯貫通，學到了許多書本上所學不到的東西，培養了創新設計能力。

四 已取得的改革成果

以能力為主線構建《計算機控制技術》課程實踐教學體系，培養學生工程實踐和創新能力，啟迪學生的創新性思維，開發創新潛能、培養創新能力，掌握創新設計方法，培訓學生工程實踐和動手能力。把培養學生綜合應用、工程實踐和創新能力放在重要位置，采取理論學習與實驗、實踐相結合，課內與課外相結合，培養應用型的機電專業人才。

1 通過對多部教材教學內容進行合理取舍，整理出具有特色的教學大綱、實驗教學大綱、多媒體課件、實踐指導手冊、課外擴展閱讀材料。為編寫有特色的《計算機控制技術》教材籌備了豐富的材料。

2 為《計算機控制技術》申報了設計性的實驗，另已申報開放實驗項目2項，計受益學生20人次，擺脫了以往實驗中學生只能機械得按照固定的電路和步驟進行單純的實驗驗證，充分地調動學生的實驗過程的自主設計能力和相關知識的實際運用能力，僅給學生指定實驗目的、要求和實驗條件，由學生自行擬定實驗方案、實驗方法和步驟、選擇儀器設備并完成實驗，同時完成實驗報告。該實驗項目有效地培養了學生的主動運用知識來解決實際問題的能力，鍛煉了學生的實際動手能力，有利于培養學生嚴謹的科學素養。

3 組織學生申報浙江省新苗人才計劃項目“高壓電源設備的遠程控制”，積極參與教師的科研課題。多次帶領學生到浙江宏秀電氣有限公司和浙江正泰電器股份有限公司、展覽會參觀，深入調研高壓雙電源設備的生產、使用，分析其工作原理，解剖設備的內部機制，了解設備的常發故障。

4 組織學生參加多屆省級和國家級大學生電子設計大賽，共計學生15人次；組織學生已參加浙江省第四屆大學生機械設計創新大賽，共計學生8人次；目前正在籌備參加浙江省第五屆大學生機械設計創新大賽。已組織學生進行學生課題4項，共計受益學生11人次；目前正在籌備學生課題3項，預計學生8人次。

五 總結

在課程改革中，從工程實際應用出發，注重工程基礎知識和實踐能力的培養，并充分利用近年來實踐性教學環節的建設成果，改造、加強實驗教學、興趣小組、學生課題和學生競賽等環節，重實踐、強調動手能力、加強實驗和工程訓練環節、將理論教學與實踐教學有機整合，有利于學生解決實際問題的綜合能力與創新能力的培養。

1 過去的原理、實踐和產品是以課程體系為系統的三位一體，各門課程各有特色，難以在每門課程中都有原理、實踐和產品三個環節。由于《計算機控制技術》課程的綜合性和實用性，可以形成獨具特色的實踐教學體系，在小范圍內構成理論、實踐和產品三合一的系統。

2 實踐是創新之源，工程實踐是創新的基礎，沒有工程實踐的能力就談不上創新能力。在工科教育中，課堂學習是基礎，學生的自主思考是關鍵，學生參與實踐才是根本。要讓學生有思考的空間與時間，規劃課程的實踐教學體系時就與課堂教學分開，從實驗教學、興趣小組、學生課題以及學生競賽等四個層次建立課程的實踐教學體系，將學生自主選題、教師引導、與生產生活實際相結合，給學生以更寬松的環境、更大的自由柔性空間，讓學有余力的學生走得更遠更深，重視個性培養。

3 創新之根在實踐，從工程實際應用著眼，著重培養學生創新設計能力。改變學生從書本出發而不是從問題本身出發的思路，擺脫書本的束縛，從工程實際出發，自主學習自主鉆研，增強了學生面對實際問題的自信力，從課程建設開始大力營造一個有利于實施創新教育良好環境。

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參考文獻

[1] 許為民，張國昌.應用型創新人才培養四題[J].中國高教研究，2007，(6):31-32.

[2] 崔永利，李妍.高校計算機硬件實驗教學改革與探索[J].高等教育研究，2007，1(30):16-17.

Exploration of the Open Practice Teaching System of Computer Control

LUO ShengXUE Guang-mingZHOU Hong-ming

(School of Mechanical Electrical Engineering of Wenzhou University， Wenzhou， Zhejiang， 325035， China)

Abstract: Considering the specialties of computer control course， the education reform should focus on how to improve the practical abilities. The multi-level practical teaching system contains open experiment， interest groups， participating in research projects and taking part in competitions. These practical teaching helps students understand the computer-controlled technology and settle the realistic problems.

Keywords: Practice Teaching; Course Building; Computer Control; Mechanical Electrical Engineering