工程教育專業認證背景下的《計算機控制技術》課程教學改革

孫力帆 常家順 付主木

摘?要：隨著國家自動化水平以及信息化水平的不斷提高，對從事自動控制相關領域的工程技術人才的要求也不斷提高。《計算機控制技術》是自動化專業的核心課程之一，在工程教育專業認證背景下，對該課程的教學要求又提出了新的挑戰。本文從理論教學、實驗實踐以及考核方式三方面入手，分析了課程知識面廣、理論性強的特點以及目前課程教學模式學生缺乏興趣、教學質量不高且學生學習效率低的現狀。提出了從理論教學、實驗實踐、考核方式三方面改革方案，采取多手段、全方位的教學方法打破傳統死板的教學模式，充分調動學生課程學習的積極主動性，并結合理論知識與課程實踐提高教學質量，增強學生的綜合素質，旨在將學生培養成為具有工程實踐能力、工程設計能力以及工程創新能力的全能人才。

關鍵詞：計算機控制技術;理論教學;教學質量;工程教育認證

“國際實質等效性”是工程教育專業認證的一個顯著特性，當某專業成功通過工程教育認證，則這個專業培養出來的學生質量在國際上也同樣受到認可。近些年來國內外的實踐表明：積極開展工程教育專業認證十分有助于提升工程教育的質量。在工程教育專業認證的背景下，我校堅決貫徹國家教育方針，認真落實立德樹人根本任務，以社會工作需求為引領，依據辦學定位，以“厚基礎、寬口徑、重實踐、求創新、強素質”的理念培養學生，以“卓越計劃”“新工科”等為載體，培養在知識結構復合、專業能力復合等多方面具有較強就業競爭力和可持續發展能力，能夠適應經濟社會發展對多學科交叉、知識融合、技術集成需求，具有寬廣國際視野的復合型高級專門人才。

《計算機控制技術》作為我校自動化專業的一門核心課程，具有綜合實踐性強、理論知識抽象等特點，能夠促進自動化專業學生綜合能力的提升以及培養學生的工程設計、實踐和創新能力。然而，現有的課程教學往往偏重理論，學生很難在學習過程中獲得實踐能力，不能透過問題表象看本質，無法著手于問題的本質，難以綜合運用課堂上學到的理論知識去解決問題，這不符合工程教育專業認證背景下我校培養應用型本科人才的初衷。工程教育專業認證的開展為《計算機控制技術》課程的改革開辟了道路、搭建了平臺，為提高自動化學生的工程設計、實踐以及創新能力為主旨，我們對《計算機控制技術》的教學模式、實驗安排進行了探索改革。因此，如何符合我國工程教育專業認證的要求，通過采用什么教學模式、實踐安排方式去提高自動化專業學生的實踐創新能力等，是探索《計算機控制技術》課程教學改革進程中需要思考的重點。

一、《計算機控制技術》課程的性質特點與課程現狀

隨著自動控制技術、計算機技術、自動檢測和傳感技術、微電子等技術的發展，計算機控制技術逐步發展起來。計算機控制技術在化工、農業、醫學等領域甚至在航空航天等國防高精尖領域都擁有著舉足輕重的作用。《計算機控制技術》是高等院校為自動化相關專業開設的一門十分重要的課程。課程開設的主旨在于培養學生的自主學習能力、實際動手操作能力以及創新意識，即要求學生對控制系統的過程有一個基礎性的了解，逐步掌握在工業的生產過程中計算機控制系統的分析、設計以及實現的步驟。由此可見，計算機控制技術在未來社會將會與更多新興領域相結合，發揮其重要作用。我校自動化專業所開設的《計算機控制技術》課程安排在第6學期開設，該課程具有理論知識多，內容抽象的特點。該課程的理論知識既要運用到學生的畢業設計當中，也要應用到學生畢業后相關工作的設計與運營當中。在課程結束后，學生應能夠根據不同的應用對象，綜合運用課程的理論知識分析問題，設計符合項目要求的計算機控制系統。老師在講授課程的過程中應把握好課程理論知識抽象的特點，把在本科教學中與課程聯系緊密的專業課內容穿插到計算機控制技術課程教學中，讓學生們之前學習的理論知識與后續專業課程的理論知識形成一個知識框架，教導學生進行系統化的學習。然而，目前市面上大量的計算機控制技術教材大都以理論知識為主，內容過于抽象。按照這些教材對學生進行學習安排，學生的學習興趣和學習效率都比較低，無法完成工程教育背景下的計算機控制技術的學習要求和任務安排。

因此，我們以工程教育專業認證為背景，在學生掌握自動化專業相關知識的基礎上，針對計算機控制技術課程實踐性強的特點，以培養高質量的技術應用型人才為教學目的，著重從課程教學方面進行改革，探究了如何增加課程實踐教學環節以及如何提高學生實踐能力的實驗教學安排，使學生能夠掌握相關理論知識程序的編寫能力，引導學生自主設計綜合性實驗，從而激發學生的學習積極性和創新能力，提高學生的自主學習能力和學習效率，不斷提升人才培養質量。在教學環節中能夠結合計算機控制新知識的更新、新技術的發展，注重培養學生的自學能力，使學生能夠自學掌握新知識，適應社會的快速發展。

二、《計算機控制技術》課程教學改革

本文在工程教育專業認證的背景下，以培養高質量的復合型人才為主旨，針對計算機控制技術課程實驗極具實踐性且理論知識十分抽象的特點，從教學模式、課程內容安排、實驗實踐安排以及考核方式等多個角度對《計算機控制技術》課程進行全方面改革，在學生已有的相關專業知識的基礎上構建知識框架、形成完整的專業課程體系。課程改革的主旨是培養學生的綜合學習能力、工程設計、實踐和科技創新能力，以及調動學生學習興趣和提升學習效率。本文提出的從理論教學、實驗實踐、考核方式三方面改革方案，打破傳統死板的教學模式，充分調動學生課程學習的積極主動性，并結合理論知識與課程實踐提高教學質量，增強學生的綜合素質。

（一）理論教學改革

為突出《計算機控制技術》課程實踐性強的特點，在安排課程內容時應增加計算機在控制系統項目中的相關技術問題的比重。在細致考慮理論知識和深度的背景下設置課程內容，處理好計算機控制系統的理論知識與應用技術的關系。結合計算機控制技術的基本理論知識以及軟硬件知識，綜合全面的安排課程的教學內容，在授課的同時穿插著其他相關的基礎知識，以系統形象的角度設計課程教學。

在教學過程中應結合課程內容設計具有啟發性的問題，從計算機控制系統的項目實例中提出問題更容易提高學生們的學習興趣。在項目實例下啟發引導式教學，將一個項目實例拆分為多個問題簇，讓學生帶著問題學習，在理論學習過程中尋求問題的答案，這種啟發引導式學習不會讓學生在學習系統的理論知識過程中產生枯燥以及無意義感，充分的調動學生的學習興趣，更能提高學生的學習效率。

綜合傳統板書教學與現代多媒體教學二者的優勢，將《計算機控制技術》課程中枯燥抽象的理論知識變得形象起來，讓學生更能系統直觀的理解課程的理論知識，從而達到激發學生學習興趣以及提高學生學習效率的效果。通過采用Matlab等仿真軟件設計計算機控制系統的相關算法，向學生們展示控制系統的實例建模來提高學生的編程能力培養學生的工程意識。Matlab作為當前最流行的控制系統仿真軟件之一，能夠借助圖例分析對課程理論知識進行形象的展示，這樣的教學方式能夠給學生留下深刻的印象，對知識的理解也更為透徹。教師要充分發揮引領作用，以保證這種學習持續有效的進行。課后讓同學搜索瀏覽控制技術和控制方法相關的論文，以作業的方式讓同學們對論文進行分析，總結在閱讀過程中的問題，并在課堂上進行討論。

（二）實踐教學改革與創新能力培養

該課程的實驗課時安排了8個小時，重點結合實物操作與仿真實驗，提高學生綜合學習能力并培養學生系統的研究能力。在實驗教學過程中，注重培養學生對計算機控制系統的分析、設計以及調試能力。將實驗的類型分為驗證性實驗、設計性實驗和綜合性實驗三類。驗證實驗主要有“數字濾波器”“帶有純滯后系統的大林算法研究”“數字PID控制算法的研究”等。通過驗證性實驗的開展、讓學生對計算機控制技術相關的基本理論知識理解更加深入并且達到鍛煉學生的實際動手操作能力的目的。此外，加大開展設計性實驗的比重，比如“直流電機轉速計算機控制”等，讓學生在充分理解課堂上學習的理論知識的條件下按照實驗的條件和要求自主設計實驗步驟并進行實際操作。通過增加綜合性的實驗讓學生綜合運用課程理論知識、技能和方法，培養學生的綜合設計能力。通過計算機控制系統的設計和在實驗過程中對技術參數的調試來提高學生綜合運用課程理論知識的能力以及動手操作能力。進行綜合性的實驗能夠培養學生獨立思考能力以及自主學習能力，學生能夠對實驗方案進行獨立的設計、實踐、驗證，形成綜合性實驗能力以及創新能力。這樣的實驗教學安排較為科學，能夠充分激發學生自主學習意識和學習興趣，能夠極大提高學生的實際動手操作的能力，養成嚴謹的實驗習慣，培養出學生的科技創新精神。

課外鼓勵同學們多參加競賽如電子設計大賽、機器人創意設計大賽等，在競賽過程中培養學生的團隊意識、團隊協作能力以及創新能力。在參加競賽時需要協作配合，合理分工，這就鍛煉學生對項目整體框架的構建，利用所學知識分析問題解決問題。參與競賽更為重要的是學生創新思維的啟發，想要立新那必然對知識的理解要深刻，開拓思維聯系課堂所學知識，理論應用于實踐，這才是我們工程教育專業認證背景下的課程教學的目的。這樣的實踐教學模式才能真正起到培養學生自主學習能力與創新能力的要求。

（三）課程考核方式改革

科學的考核方式能夠對學生學習該課程的水平進行客觀的評價，并且能夠激發學生的學習積極性。而過去的考核方式多以卷面考試為主，學生考前通過背下知識點也能考出高分，這不符合我們工程教育的初衷，培養不出來擁有工程實踐能力、工程設計能力以及工程創新能力的人才，為激發學生的學習興趣、培養學生的創新意識以及提高教學質量，我們對原有的卷面考試內容以及實驗的考核方法進行了改革完善，采取多種考核形式結合如閉卷筆試成績、實驗成績、課外作業、考勤率等，并且增大平時成績和實踐環節成績的比例來激發學生學習探索的主動性、提高學生綜合學習能力以及學生科技創新意識的培養。學生的最終考核成績由：平時成績、實驗成績和閉卷考試成績三部分組成，比例為2∶2∶6。平時成績的評分內容為課外作業以及學習報告，提高實驗成績的占比，來充分調動學生對做計算機控制系統實驗的興趣和參與到實驗的積極性，提高了學生的自主實際操作能力，為將來畢業設計的深入開展以及畢業后從事與專業相關工作奠定堅實的基礎。

三、結語

在工程教育專業認證背景下，對學生以及《計算機控制技術》課程教學都提出了更高的要求，以將自動化學生培養成為具有工程實踐能力、工程設計能力以及工程創新能力的人才為主旨。本文提出的從理論教學、實驗實踐、考核方式三方面改革方案，采取多手段、全方位的教學方法打破傳統死板的教學模式，充分調動學生課程學習的積極主動性，并結合理論知識與課程實踐提高教學質量，增強學生的綜合素質。通過對計算機控制技術的課程教學模式改革及實驗體系建設，利用Matlab相關軟件設計程序、現代多媒體教學演示等多種形式，使得在校學生更容易掌握計算機控制相關的理論知識，從而進一步增強和培養學生的獨立自主學習能力和學生的自主研究興趣，培養他們的科技創新意識和科技實踐意識。

參考文獻：

[1]方崢.中國工程教育認證國際化之路[J].高等工程教育研究，2013（2）：7276.

[2]李志義，朱泓，劉志軍，等.用成果導向教育理念引導高等工程教育教學改革[J].高等工程教育研究，2014（2）：2935.

[3]鞠陽.計算機控制技術課程教學方法改革探索[J].南京工程學院學報（社會科學版），2007，7（1）：4547.

[4]賈紅云，方超，余莉.《計算機控制系統》課程教學探討[J].才智，2014（25）：131.

[5]楊燕，李振璧，馬瑩.《計算機控制技術》課程教學改革與研究[J].高教學刊，2017（6）：115117.

[6]李敏艷.計算機控制技術課程設計的創新與實踐[J].實驗室科學，2010，13（2）：112114.

基金項目：教育部產學合作協同育人項目（201902006018，201902139016），河南省高校科技創新人才支持計劃項目（21HASTIT030），河南省高等學校青年骨干教師資助項目（2020GGJS073），河南科技大學教學改革研究與實踐項目（2019YB022），河南科技大學研究生教學改革研究基金項目（2019YJC010）