基于能力培養的計算機控制系統課程教學改革探究

項雷軍 洪雪梅 鄭力新 徐園園

華僑大學 福建廈門 361021

電氣控制類專業人才是我國現代新型工業化社會建設的人力資源保障。一方面，隨著我國經濟發展方式加快轉變和產業轉型升級，急需大量的電氣控制類工程技術人才；另一方面，國內大多數高校培養的電氣控制類專業人才實踐動手能力較差，缺乏創新思維，滿足不了社會需求。要解決當前的矛盾，適應時代發展，必須以培養綜合能力較強、專業口徑較寬的復合應用型專業人才，作為電氣控制類專業人才培養模式改革創新的總體目標，打破傳統教學模式的束縛，加強教學研究與實踐，深化專業課程教學改革，以提高課程教學質量，提升人才培養質量。

在教學過程中踐行學生能力培養，在課程教學改革中注重方法引導，是現代教學改革需要解決的重要課題，也是提高高等教育教學質量的關鍵。樹立生本教育理念，緊緊圍繞學生的工程能力、實踐能力和創新能力培養，把握知識的應用性和工程實踐性兩個基本點，開展電氣控制類專業課程的教學改革探究與實踐，是提高課程教學質量、提升電氣控制類專業人才培養質量的必經之路。

1 課程教學現狀及存在的問題

計算機控制系統，是電氣控制類專業自動控制理論和微機原理與接口技術的后續專業主干課程，具有很強的理論性和實踐性[1]。其主要任務是以計算機技術和控制技術在工業對象中的應用為主，通過該課程的教學，使學生在掌握數字控制理論的基礎上，針對不同的工業應用對象，設計出合理有效的計算機控制系統[2]。

目前，計算機控制系統課程的教學方式以理論課教學為主，實驗課教學為輔。雖然該課程為學生打下了較堅實的計算機控制理論基礎，但學生在實際應用時很難將數字控制理論與單片機技術及檢測技術等其他課程知識有機結合起來[3]，難以學以致用。

在長期承擔該門課程的教學過程中，筆者通過調查研究，發現存在以下主要問題：

(1)課堂上學生濫用手機和電腦、懶于記筆記，抄襲作業的現象較為普遍，學生不敢或不善于表達，顯得怯懦，較缺乏專業興趣和學習動力。

(2)理論課教學主要采用灌輸模式，過于側重知識的傳授與接受，表現手法單一，枯燥乏味，嚴重約束了學生的主觀思維活動，在一定程度上導致課堂氣氛沉悶、不夠活躍，教學效果往往大打折扣。

(3)實驗課教學中理論與實踐結合不夠緊密，實驗內容較為陳舊，以“照葫蘆畫瓢”式驗證性或訓練性的基礎性實驗項目為主，缺乏綜合設計性和拓展創新性等多層次實驗項目，此外，仿真實驗工具或軟件沒有得到充分利用。

(4)課程考核方式不夠科學，形式較為單一，期末考試成績比重過大，且“死記硬背型”考題偏多。

上述問題嚴重影響了課程教學質量，不利于學生對課程知識的掌握和工程實踐能力的培養，我們必須探索研究有效應對措施，圍繞理論課教學和實驗課教學，在教學內容、教學方法、教學手段及考核方式等方面加以改革創新，以拓寬學生自主學習、主動學習的空間和領域，突出學生在專業課程學習中的主體意識和個性發展。

2 理論課教學改革

2.1 教學內容的合理組織與更新

計算機控制系統課程是從工程應用的角度出發，立足于知識的基礎性、系統性和實用性，其教學內容主要貫穿兩條主線：一條是計算機控制系統的硬件結構、組成及接口技術，另一條是計算機控制系統的軟件算法設計，主要為數字控制器的模擬化設計和離散化設計。

在該門課程的教案組織和教學講授中，需強調計算機控制“系統”的概念，從系統的概念出發講述各部分內容，即緒論、計算機控制系統設計的硬件基礎、計算機控制系統的數學基礎、計算機控制系統特性分析、計算機控制系統的間接設計方法、計算機控制系統的直接設計方法、數字控制器的狀態空間設計方法、計算機控制系統的工程設計、新型計算機控制系統和計算機控制系統的可靠性設計等[4]。

為了防止教學內容落后于時代發展，有必要充分利用網絡資源，根據計算機控制技術的發展與進步，對計算機控制系統課程教學內容進行相應的不定期更新，對課程教案重新組織，尤其是計算機控制系統工程設計案例的介紹必須與時俱進。

同時，為了激發學生的專業學習興趣，通過精品課程建設項目，盡可能建好網上教學資源，使學生可從教學網站中獲取該門課程的各種學習參考資料，以滿足學生多樣性需求和個性化學習的要求。在教學內容的講授中，注意介紹一些計算機控制技術的前沿研究方向及未來發展趨勢。如介紹當前以計算機控制技術應用為導向的四個研究熱點：復雜系統控制、網絡控制、運動控制和過程控制。

2.2 教學方法的融合

將理論課教學由原來單一的“填鴨式”教學模式，轉變為項目驅動式、工程案例啟發式、探究式、討論式等多種教學模式交叉融合，體現教學方法的多樣性[5]。同時采取以“問題探究式”為主，其他模式為輔的教學模式，既充分發揮教師的主導作用，又體現學生的認知主體作用。

教師還應努力增強課堂教學的互動性，提高課堂教學吸引力，誘發學生的學習積極性，培養學生主動探索、主動發現問題的學習習慣。有效增加課堂內外師生間多元交流及提問機會，互相啟發，激發學生創新思維的火花。

如教師在講授計算機控制系統工程設計的原則和一般步驟時，由于實際設計過程所涉及的內容相當廣泛，需要綜合運用各種專業知識，學生學起來比較困難。這時，可以電阻爐溫度控制系統的設計為工程案例，教師盡量用易于理解的方式和語言講述設計問題，采用“問題探究式”教學模式，列舉出其中一個個小問題，在課堂上讓全體學生積極參與探索研究，并分小組討論，最后讓每個小組派一個代表上講臺闡述問題的解決思路和具體設計方案，使學生有充分表達個人想法的機會。

2.3 教學手段的多樣化

為方便學生理解、消化課程中的基本知識和基本概念，提升教學效果，教師應盡量使教學手段多樣化，如靈活、恰當地利用板書、多媒體課件、錄像、動畫等教育技術和手段，使教學形式活潑生動，使教學內容更為形象直觀，更具表現力。

3 實驗課教學改革

3.1 實驗設備及軟件工具的更新

實驗設備及軟件工具的更新是提高課程實驗教學質量的前提條件。只有有效改善實驗條件，才能改變實驗項目落后、實驗內容較為陳舊的現狀。大力推進實驗教學改革，結合實際，與時俱進，引進新的較為高端的計算機控制系統實驗設備和相關應用軟件，如LabVIEW，MATLAB和KingView等，以縮小實驗室與工業實踐的差距。此外，充分利用各種仿真軟件及實驗工具，發揮工業控制軟件優勢，對在真實設備上難以實現的實驗進行仿真還原，提高實驗效果。同時積極完善專業課程實驗教學體系和實驗室管理機制。

3.2 開發多層次實驗項目

為了改變傳統“重理論輕實驗”的教學現狀，我們積極探索學生的學習認知規律，大力進行實驗教學內容改革，不斷將計算機控制技術的理論和實踐緊密結合。

為強化計算機控制系統課程實驗教學，使學生將課堂上的理論知識有效轉化為自身的感性認知，需開發新穎、有效的實驗教學輔助平臺增強教學效果。為配合課堂教學，注重學生對計算機控制技術知識的實踐運用，應盡可能減少“照葫蘆畫瓢”式驗證性實驗的數量，開發有關計算機控制系統的綜合設計性實驗，拓展創新性實驗等多層次實驗項目，以鞏固學生理論知識，培養學生的實踐操作能力，提高學生發現問題、分析問題和解決問題的工程創新能力，激發學生的主觀能動性和創造性思維。

4 考核方式改革

課程考核是一種激勵學習的手段。課程考核應注重理論與實踐結合、過程性評價與終結性評價結合，對學生進行多方面、多角度、多形式、多層次的綜合評價，建立能夠客觀反映學生知識掌握程度與實踐能力水平的科學有效的考核方式。

在對學生的專業課程考核上，應構建平時成績與卷面考試以及實驗與拓展論文等相結合的多方位考核體系，不以一次考試結果確定最終成績，而是把考核得分點分解到平時以及實驗學習過程中，不僅有卷面成績，還要考核學生論文的寫作能力。專業課程總評成績可由平時成績(含大作業及課程拓展小論文)、期中成績、期末成績和實驗成績等部分構成。適當加大實驗成績比重，減小期末考試成績比重，增加期中考核環節。在考試題中應盡可能減少“死記硬背型”考題，增加主觀性試題。

5 課程改革效果

本文所述的計算機控制系統課程教學改革舉措，已在我校電氣工程及其自動化和自動化兩個專業的實際教學中實施了3年。根據后續調查問卷及學生反饋情況分析，改革后的課程教學由于強化了課程內容與實際控制技術應用的聯系，采用了靈活有效的教學方法與手段，調動了學生的學習熱情，激發了學生專業學習興趣和自主性，學生對課程知識的理解掌握程度和學以致用能力得到了大幅度提高。大部分學生認為，該課程的學習在一定程度上幫助他們更好地完成后續專業課程設計和畢業設計等實踐課程的學習，對自身工程實踐能力和創新能力的培養有很大幫助。

6 結束語

筆者以現代教育教學理念為指導，分析了電氣控制類專業計算機控制系統課程的教學現狀及存在的問題，以學生的工程能力、實踐能力和創新能力培養為目標，圍繞計算機控制系統課程的理論教學與實驗教學的改革創新，分別從教學內容、方法、手段及考核方式等方面進行了系統性探究，并付諸教學實踐。在我校3年的教學實踐中，師生反映該課程教學改革效果良好，計算機控制系統課程教學質量與水平得到有效提高，學生計算機控制系統的項目設計能力得到提升。目前，在課程教學改革措施的具體落實方面還存在一些細節性問題，尚需在后續教學實踐中不斷改進與完善，以便進一步提高教學質量，促進學生知識、素質與能力的全面提高與發展。

[1]邢航,張鐵民.“計算機控制技術”教學改革探索與實踐[J].實驗室研究與探索,2007,12(6):370-372.

[2]謝劍英,賈青.微型計算機控制技術[M].北京:國防工業出版社,2001.

[3]顧德英,馬淑華,孫文義.提高“計算機控制技術”課程教學質量的方法研究[J].電氣電子教學學報,2009,31(6):106-107.

[4]于海生.計算機控制技術[M].北京:機械工業出版社,2007.

[5]李云霞,康波,鄒見效.《計算機控制系統》教學改革思路和實踐[J].實驗科學與技術,2012,10(2):70-72.