“計算機控制技術(shù)”課程實驗教學(xué)模式改革探討

摘要：針對“計算機控制技術(shù)”課程實踐教學(xué)中出現(xiàn)的問題，構(gòu)建了靈活多樣地開放式實踐教學(xué)模式。開放式實踐教學(xué)模式將基礎(chǔ)實驗、項目型實驗、工程實訓(xùn)、科研訓(xùn)練融為一體，給學(xué)生以最大的學(xué)習(xí)空間，引導(dǎo)學(xué)生獨立思考，培養(yǎng)學(xué)生獨立分析和解決問題的能力，獲得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：計算機控制技術(shù)；教學(xué)改革；實踐教學(xué)

黑龍江工程學(xué)院以培養(yǎng)應(yīng)用型本科人才為目標(biāo)，以突出“應(yīng)用”為主旨和特征，構(gòu)建了“計算機控制技術(shù)”相對獨立的實踐教學(xué)體系。“計算機控制技術(shù)”是一門理論性和實踐性均較強的課程，在專業(yè)課程體系中起到了承上啟下的重要作用。黑龍江工程學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院的四個專業(yè)均開設(shè)了“計算機控制技術(shù)”這門課程，因此，針對黑龍江工程學(xué)院應(yīng)用型本科的定位目標(biāo)，研究教師該如何組織實踐教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)開放式的實踐教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和工程應(yīng)用能力，使學(xué)生真正掌握好本課程知識是一項非常有意義的課題。[1，2]

一、“計算機控制技術(shù)”實驗教學(xué)體系中存在的問題

在“計算機控制技術(shù)”實踐課程中，存在的具體問題主要有：一是實踐學(xué)時普遍較少、學(xué)時安排不盡合理。二是實踐形式單一，以驗證性實驗項目居多，綜合性不強，對培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力作用較小。而對應(yīng)用型本科的教學(xué)要求是以注重學(xué)生實踐能力，培養(yǎng)應(yīng)用型人才，提高學(xué)生的工程技術(shù)應(yīng)用能力為重點，更強調(diào)學(xué)生的動手能力和解決工程實踐問題的能力。因此，迫切需要對“計算機控制技術(shù)”實驗教學(xué)體系進行改革。

目前各高校的“計算機控制技術(shù)”實踐教學(xué)主要以課內(nèi)實驗、課程設(shè)計等方式進行。課內(nèi)實驗的項目和內(nèi)容設(shè)置基本為驗證性或簡單的設(shè)計性實驗，大部分實驗停留在學(xué)生按圖接線、記錄數(shù)據(jù)等驗證性實驗的層面上，實踐環(huán)節(jié)所用的設(shè)備與設(shè)施陳舊落后，更新緩慢，難以滿足現(xiàn)代化實踐教學(xué)手段的推廣應(yīng)用和開放式實踐教學(xué)模式的改革與實施。對提升學(xué)生的動手能力、設(shè)計能力和創(chuàng)新能力等方面也起不到應(yīng)有的作用。課程設(shè)計所選擇的課題基本上能夠綜合本課程的一些主要知識點，通過完成課題可以提高學(xué)生在理論計算、系統(tǒng)設(shè)計和仿真調(diào)試等方面的基本設(shè)計能力。但由于課時安排較少、實踐條件等原因多數(shù)未做出實物，因而對系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試能力的培養(yǎng)會有所欠缺。[3，4]因此在充分利用學(xué)校現(xiàn)有實驗室硬件資源和軟件設(shè)施的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了開放式實驗教學(xué)模式。[5]

二、開放式實驗教學(xué)模式

開放式實驗教學(xué)模式是指在教學(xué)計劃內(nèi)，學(xué)生可以自己選擇實驗時間、自主選擇實驗器材和器件、自己選取實驗內(nèi)容、自行安排實驗過程。這種開放式實驗教學(xué)模式具有以下意義：一是以學(xué)生為本，要求學(xué)生自己理解實驗內(nèi)容，給學(xué)生以最大的學(xué)習(xí)空間，有助于學(xué)生個性化發(fā)展；二是培養(yǎng)學(xué)生獨立分析和解決問題的能力，有利于應(yīng)用型本科院校高素質(zhì)人才培養(yǎng)；三是能夠最大限度地利用現(xiàn)有實驗室資源；四是提高了學(xué)生之間的團結(jié)和協(xié)作能力，以及師生之間的互動能力。

三、開放式“計算機控制技術(shù)”實驗教學(xué)模式具體改革內(nèi)容

這種開放式實驗教學(xué)模式的具體改革內(nèi)容可以從“計算機控制技術(shù)”教學(xué)課程設(shè)置改革、實驗教學(xué)內(nèi)容的改革、增設(shè)實訓(xùn)環(huán)節(jié)和實踐教學(xué)考核方法四個方面考慮。

1.“計算機控制技術(shù)”教學(xué)課程設(shè)置改革

根據(jù)電氣與信息工程學(xué)院自動化專業(yè)的教學(xué)培養(yǎng)方案、培養(yǎng)大綱，結(jié)合黑龍江工程學(xué)院應(yīng)用型本科院校的師資、特色，對“計算機控制技術(shù)”教學(xué)課程設(shè)置進行了改革，即將“計算機控制技術(shù)”課程軟件（基本算法）和硬件部分分階段分別進行講授，比如：基本算法部分涉及到采樣與保持、拉氏變換、Z變換、數(shù)字PID、數(shù)字濾波等計算機控制技術(shù)核心基本算法，在這些基本算法中對學(xué)生在其他課程中已經(jīng)學(xué)過的知識可以略講，擴展一些模糊控制、系統(tǒng)辨識、專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等經(jīng)典的控制算法。而對于硬件部分的講授，隨著計算機控制技術(shù)的不斷發(fā)展，需要把最新的知識融入到課程體系中。通過對課程體系進行改革，使實驗教學(xué)內(nèi)容設(shè)置和課時設(shè)置得到了合理分配，真正能夠增加學(xué)生動手的學(xué)時數(shù)。

2.“計算機控制技術(shù)”實驗教學(xué)內(nèi)容的改革

在開放的實踐教學(xué)模式下，實驗教學(xué)內(nèi)容在驗證性實驗基礎(chǔ)上，增設(shè)了自主式設(shè)計性實驗和基于項目的實驗兩個模塊。

（1）自主式設(shè)計性實驗。自主式設(shè)計性實驗的目的是培養(yǎng)學(xué)生自主進行科學(xué)實驗的能力，要求學(xué)生在指定的范圍內(nèi)綜合利用所學(xué)的專業(yè)知識和技能完成實驗方案的設(shè)計，最終總結(jié)一個科學(xué)實驗的全過程。這個實驗并不要求實驗內(nèi)容有多復(fù)雜、多有創(chuàng)新性，它可以是對應(yīng)理論課中的某一個特定章節(jié)的內(nèi)容或幾個章節(jié)內(nèi)容的綜合，但核心是這個實驗必須是學(xué)生自己構(gòu)思出來并完成的。通過自主式設(shè)計性實驗的訓(xùn)練，一方面能夠培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的社會職業(yè)素養(yǎng)和就業(yè)競爭力。另一方面也可以通過一定的實驗主題設(shè)計，使實驗室現(xiàn)有的資源得到有效利用。

（2）基于項目的實驗。在教師的帶領(lǐng)下，組織學(xué)生申報國家級、省級、校級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目，組織學(xué)生申報校級大學(xué)生科技創(chuàng)新基金等科研項目，并引導(dǎo)學(xué)生積極參與到教師的科研項目中。可以將一些與專業(yè)相關(guān)的應(yīng)用性較強的科研項目的一部分設(shè)置成實驗形式。教師要啟發(fā)學(xué)生獨立思考，充分發(fā)揮學(xué)生的想象力，提高學(xué)生的工程實踐素質(zhì)，為項目保質(zhì)保量的完成奠定良好的基礎(chǔ)。基于項目的實驗有很好的教學(xué)意義：一方面符合黑龍江工程學(xué)院應(yīng)用型本科院校“堅持素質(zhì)教育、工程教育、創(chuàng)新教育緊密結(jié)合，加強理論基礎(chǔ)，強化工程概念，激發(fā)創(chuàng)新精神”的教學(xué)宗旨和辦學(xué)理念；另一方面又有助于黑龍江工程學(xué)院“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的實施。

3.增設(shè)實訓(xùn)環(huán)節(jié)

在理論課程和實驗課程結(jié)束后，可立即開設(shè)相關(guān)工程實訓(xùn)內(nèi)容。工程實訓(xùn)教學(xué)的設(shè)立，一方面能夠培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、強化其工程意識；另一方面通過工程實訓(xùn)可以進一步加強青年教師指導(dǎo)實踐的能力。在實訓(xùn)中，首先可以帶領(lǐng)學(xué)生到與本專業(yè)相關(guān)的企業(yè)、校外實習(xí)基地或研究機構(gòu)，實地參觀比較先進的計算機控制設(shè)備，開闊學(xué)生的視野，了解行業(yè)最新動態(tài)。然后再進行實物制作，在實物制作中，要求學(xué)生將所學(xué)的專業(yè)知識和工程實際相結(jié)合，題目可以自選或教師指定，但需要自行完成整個計算機控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計、安裝和調(diào)試。通過這種工程實踐性的工作，既培養(yǎng)了學(xué)生“學(xué)以致用”的能力，又給學(xué)生們提供了一個自由的創(chuàng)新空間，激發(fā)了學(xué)生的求知欲望。

4.實踐教學(xué)考核方法

實踐教學(xué)考核是確保實踐教學(xué)質(zhì)量的重要手段，應(yīng)制定實踐教學(xué)考核辦法及成績評定方法，確保實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)質(zhì)量。針對開放的實驗教學(xué)模式，在實踐考核方式上使用分段式、多方位實踐考核方案。

分段式是指總的實踐考核成績來自于該門課程在各個實踐環(huán)節(jié)中進行的各階段成績。分段式考核方式給出課程的總成績：總成績=實驗操作成績（25%）+ 實訓(xùn)成績（25%）+實驗（或?qū)嵙?xí)）報告成績（25%）+自主設(shè)計型實驗（或基于項目型實驗）（25%）。

多方位是指每個階段的成績來自實踐過程中的多個方面。多方位的考核評價標(biāo)準(zhǔn)：一是實驗報告內(nèi)容正確，論述全面，書寫清楚，敘述簡潔，層次分明；二是實驗結(jié)果的圖形、曲線、數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)資料正確完整，符合規(guī)范；三是實驗電路原理圖是否正確，實驗電路連接是否正確，實驗分析及計算結(jié)果是否正確；四是設(shè)計性實驗是否有完整的設(shè)計說明、計算過程和實驗過程的論述；五是是否有完整的程序框圖、程序說明及程序清單，對出現(xiàn)的問題、現(xiàn)象及故障分析是否清楚完整并能正確解決；六是實驗綜合設(shè)計與創(chuàng)新能力；七是團結(jié)協(xié)作能力。

四、結(jié)論

就應(yīng)用型本科教學(xué)而言，教學(xué)單位應(yīng)根據(jù)自身條件統(tǒng)籌安排實踐內(nèi)容，合理安排實踐方式；在注重實驗教學(xué)的自主式、開放式和科學(xué)研究模式的同時，更要注重以學(xué)生為本，給學(xué)生以最大的學(xué)習(xí)空間，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生親身參與和動手，通過實踐使學(xué)生對書本上的理論知識有更深層的理解，促進教和學(xué)的效果，最終形成具有特色的實踐教學(xué)體系。

參考文獻：

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[4]李祥飛，張昌凡.“計算機控制系統(tǒng)”課程教學(xué)方法探討[J].中國電力教育，2010，（12）.

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（責(zé)任編輯：孫晴）