《計算機控制系統》教法改革與課程建設——從實踐角度

唐志國+高巍+李壽濤+王德軍

摘要：《計算機控制系統》作為自動化專業一門難度較大的專業主干課程，其教學改革一直受到專家學者們的廣泛重視。本文針對該課程知識面寬、綜合性強且與工程實踐關系緊密的特點，提出了一種以工程實踐為前提的教學模式。通過哲學和教育心理學相關理論，對該教學方法的可行性進行了分析論證，并對基于此方法的課程建設方案展開了討論。以自選實際項目為前提，采用實驗拓展法逆序教學，可以有效地激發學生自主學習的積極性，引導學生能在知識結構上精通局部的同時把握全局，從而提高學生的主觀能動性，獲得良好的教學效果。本教學模式可向本科高年級相關專業綜合性較強的其他課程推廣。

關鍵詞：計算機控制系統；教法改革；理論教學；逆序教學法；實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）23-0097-02

一、引言

《計算機控制系統》是自動化類專業一門理論和實踐聯系極為密切的課程，是在學生學習完《單片機原理與接口設計》、《模擬電子電路》、《數字電子電路》和《自動控制原理》等課程的基礎上開設的一門專業課。本課程的特點是涉及到的知識面較廣、數學理論深、與前續課程有交叉、工程應用背景強。因此，要想學好本門課程既要求學生要具有一定的理論知識，又要求他們具有一定的實踐能力。

目前，高校大多數課程是利用多媒體輔助板書教學，利用這種“滿堂灌”的教學方法講授大量的理論知識，學生在課堂上機械地記憶原理的內容和解題方法，也會顯得比較乏味，久而久之會使學生們失去學習興趣，甚至厭學，因而嚴重地影響了教學效果。除此之外，傳統的教學方法直接學習理論知識，學生對知識點的理解不深刻，且極易出現兩個“脫節”和一個“重疊”。即：學生只為應付期末考試而學習，使理論與工程實踐嚴重脫節；學生無法建立起來自動控制系統的整體模式，本門課程與后續綜合實驗、畢業設計的脫節；本門課程與前續課程理論內容交叉（如Z變換等理論）的重疊講授。

綜上所述，有效地將理論與實踐相結合，以實踐為前提，以項目為依托，提出一種科學合理的教學方法十分必要。

二、以實踐為前提的教學方法

以實踐為前提的教學方法與以往提到的案例法有些類似，它是以具體工程背景為核心，兼與討論法結合的逆序教學方法，符合哲學上人類的認識規律，也與教育心理學的理論相吻合。

（一）逆序教學的理論依據

認識的本質是主體在實踐基礎上對客體能動的、創造性的反映，實踐才是人類認識的基礎和來源。人們也更善于由表及里、由現象到本質地對信息進行加工處理和思考反應。與傳統教學相比，教師從“為什么”到“什么是”再到“怎么辦”的一系列問題引導學生學習似乎更為貼切。

著名的心理學家皮亞杰（Jean Piaget）曾提出過建構主義學習理論。他指出：知識不是通過教師傳授得到的，而是學生在一定的情景下，借助他人的幫助，利用必要的學習資料，通過意義建構的方式而獲得。當然所謂的“他人”包括教師和同學。教師“教”的最終目的是讓學生擺脫依賴。在實踐背景下，學生變為學習的主體，教師則進行輔助引導，在此過程中要弱化教師的示范作用，強化學生的獨立思考能力，從而讓學生更積極主動地學習，并有效提高學生的自信心。

（二）實際項目教學法

大學生的實踐創新和創業能力培養已成為高等學校教育教學改革的主要任務。教師可以借助學生創新項目的平臺，也可以在此基礎上以熱門的應用為著眼點，單獨開設若干選題，讓同學們3—5人編為一組，在他們合作下完成一個“項目”的同時教師進行必要的教學活動。

學生需要明確分工，組織協調，收集信息，設計方案，并最后統一完成文字報告和項目成品。在完成項目過程中，將學生自主學習的積極性激發出來，同時也培養和提高了學生獨立思考和解決實際問題的綜合能力。

（三）實驗拓展教學法

“實驗拓展教學法”實際上也是從形象思維到邏輯思維的一種教學方法，但是與“實際項目教學法”稍有不同。它不是一個完整的項目，它可以脫胎于教師申請基金的一部分，也可以來源于傳統的自動化生產實驗。

教師先從實踐問題出發，讓學生觀察和分析具體的實驗現象，并自主地提出現象中存在的問題，然后教師和學生一起合作，教師通過利用書本上的內容及自身經驗，提出定義或定理，進而展開師生、生生之間的討論研究。最后師生共同找出解決問題的一般方法，并歸納總結，舉一反三，提出針對此類問題的一般方法，將理論再一次回歸到實踐中去。

三、課程建設

（一）教師實踐能力和創新思維的提高

為學生開設實驗，首先教師應該具有較高的動手實踐能力，不能對書本上的知識“紙上談兵”。給學生設置項目選題，也要求教師應具備創新思維。隨著高校在校本科生數量不斷增多，使得師資相對缺乏的問題越來越嚴重，青年教師長期負擔著繁重的教學任務和無形的科研壓力。但是若能很好地將這一壓力轉換為動力，甚至可以形成“教學促進科研，科研用于教學”的良性發展模式，對青年教師來說將是教學和科研雙贏的局面。

（二）仿真與開放實驗平臺的搭建

自動化類科研項目的申報和研究絕大多數都離不開計算機控制，從中截取適合學生拓展的內容開設實驗不是難事，如電子節氣門的硬件在環仿真平臺、直流電機調速系統、太陽能溫室大棚集散控制系統等都是我校曾經申報國家自然科學基金項目、863網點項目和大學生創新項目等留下來的實驗裝置，如果再配合Matlab和Adams等搭建起開放性的實驗平臺，便可以供有興趣的同學選做實驗，為實驗拓展教學法提供便利。

（三）課程關聯性的融會貫通

在逆序教學中，同學們在完成實驗或項目的過程中會不可避免地涉及儀表、電機、傳感器，甚至是工業機器人和非線性理論的問題。教師應該在此時起到指導和引導的作用，從在計算機控制系統中應用的角度，將課程相關聯的內容融會貫通。在引言中已經提到了本門課程與前續課程理論內容交叉的重疊講授，建議在本門課程中可適當減少學時數，只需向學生交代清楚課程之間的內在聯系和演變過程即可。

（四）課后評價機制的完善

針對本門課程，過去在對學生學習成果評價時，往往注重理論知識，以開卷或是閉卷筆試的方式，缺乏對學生實際應用能力的考核。嘗試以實踐為前提的教學方法，就不能再采用單一的評價方式。可以將課程的打分分成四部分：課堂的出勤、課后習題的演練作業、期末的試卷成績、項目或實驗的完成情況及總結報告。只有這樣，才能從理論和實踐兩個角度對學生進行檢驗，告別傳統的“期末成績一刀切”的片面考核方式。

四、結語

綜上所述，有效將理論與實踐相結合，以實踐為前提，以項目為依托，提出一種科學合理的逆序教學方法。該方法是符合哲學思想和高等教育心理學的方法，它不僅可以調動起學生自主學習的積極性，還可以培養學生發現、分析、解決問題和創新的能力，同時也對青年教師教學和科研能力的提高起到了促進作用。將教師的教學與科研、學生的學習與應用有機結合，并達到共贏。此外，該教學方法對機電類、電氣類相關課程如《電力拖動自動控制系統》、《機電一體化設計》及《過程控制與自動化儀表》等也有借鑒意義。

參考文獻：

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The Teaching Reform and Course Construction of "Computer Control System" in Practical Perspective

TANG Zhi-guo，GAO wei，LI Shou-tao，WANG De-jun

（Department of Communication Engineerings，JiLin University，Changchun，Jilin 130022，China）

Abstract：The "Computer Control System" is a very important and difficult key course of automation specialty.Thus many experts and scholars pay more attention to teaching reform about the course increasingly.According to the characteristics of the wide range of knowledge，strong comprehensiveness and closely related to engineering practice，a new teaching model on the premise of practice is proposed.The feasibility of teaching method is analyzed，based on the theory of philosophy and educational psychology.And then the detailed course construction scheme is discussed.Because the reverse teaching method makes full use of the projects and experiments，the independent learning awareness for students is stimulated.Teachers can obtain excellent teaching effects by improving students' subjective activity.The teaching model can be extended to stronger comprehensive what are other pertinent courses in the senior undergraduate.

Key words："Computer Control System"；teaching reform；theoretical teaching；reverse teaching method；practice