建设开放的《计算机控制技术》实践教学体系:实践教学体系
时间：2019-01-14 03:27:36 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘要】针对机械工程及自动化专业在《计算机控制技术》课程教学中出现的问题，灵活多样地采用了实验教学改革、兴趣小组、参与科研课题以及参加竞赛等多层次的实践教学改革。多层次多方式的实践教学融开放式实验、研究性实践和科研训练为一体，自成一个独立的实践小体系，诱导学生深入理解计算机控制技术，建立学生主动学习的学习模式，培养学生独立分析和解决问题的能力，获得良好的教学效果。
【关键词】实践教学；课程建设；计算机控制技术；机械工程及自动化专业
【中图分类号】G420 【文献标识码】B【论文编号】1009―8097 (2008) 07―0113―03
一引言
按照机电工程学院提出的机械工程及自动化专业教学改革的目标，以突出‘应用’为主旨和特征，构建《计算机控制技术》课程的教学内容体系以及相对独立的实践教学体系。在机电技术中，计算机控制技术起着十分重要的作用，现代的控制技术都离不开计算机，如图1。一个单独而且完备的计算机控制控制系统，必须包括信号检测、信号处理(计算机程序)、信号输出、功率输出以及控制对象这5大部分。信号检测涉及传感器技术和微电子技术；信号处理涉及工业计算机控制技术；信号输出和功率输出涉及计算机接口技术、继电－接触器控制技术、电力电子变流技术；控制对象多为交、直流电动机。若是一个多任务系统，还涉及到计算机网络通讯技术。由于本课程实践性较强，涉及的相关概念较多，与前续课程的内容联系紧密，因此，教师该如何组织教学的各个环节，实现开放式的实践教学模式，让学生边学边练，培养学生独立思考，独立解决问题的能力，使学生确实掌握好本课程知识，是一项非常有意义的课题[2]。
从这门课程的教学实践看仍有以下不足：
第一是学生缺乏面向工程实际的机会。学生能够学好每门课程的主要内容，但是难以综合运用解决现实问题。遇到现实问题，学生往往能够向在某门课程中学习过的内容靠拢，从某门课程某个知识点出发来解决问题。这种从书本出发而不是从问题本身出发的思路，明显受到书本的束缚，不但反映了学生综合运用知识依然有欠缺，也反映了学生面对现实问题的不自信。
第二《计算机控制技术》是一门多学科多课程交叉、实践性强的课程，如果只是从理论上学习，容易流于空泛。
第三是教学手段的不足。长期以来，教学活动都以教师为中心，实行教师在课堂上以描述性的讲解来传播知识，学生在教与学的过程中是一种被动的认知信息的接受者。《计算
控制技术》课程一般采用课堂教学和实验这两种传统方式进行教学，课堂教学传授基础知识，实验帮助学生认知、提高应用能力，也有将常见常用的机电系统拆装，有助于学生理解原理，提高授课的效率。如果能将理论学习、实践应用、产品制作有机地结合为一体，以理论教学为基础，以实践训练为重点，以掌握知识和技能、制作产品为教学目标，就能较好地体现“学用一致，知能并举”的3P教育思想。3P教学法是指原理（Principle）、实践（Practice）和产品（Product）的三者合一，是教、学、做合一的具体应用[1]。
二 实践教学改革方案
在《计算控制技术》教学中， 3P教学法非常值得提倡，强调以实践和产品为主，加大了教学过程的输入输出量，大大提高了课程内容的操练频率。在运用“3P”教学法教学时教师首先给学生引入和展现要学习的原理内容，然后组织学生进行实践训练。
1 为学生提供面向工程实际的机会。以理论为框架和学习脉络，以培养学生应用知识有能力为目标，让学生清晰和完整地把握基本知识，“教、学、做”合一，充分发挥教与学的积极性，努力走“实践、理论、再实践”之路。以应用为培养目标，不同于知识型的培养目标，也不同于研发型目标，还不同于技能型目标，强调在做中教，在做中学。始终把培养学生综合应用、工程实践和创新能力放在重要位置，采取理论学习与实验、实践相结合，课内与课外相结合，规范与激励相结合的全方位措施完成教学目标。
2 建立《计算机控制技术》课程合理的教学系统。《计算机控制技术》与某些教学内容较稳定的课程不同，计算机控制技术的发展日新月异，需要把新知识融入到课程中。但是这门课程也有其自身的理论基础和实践技巧，并不是一个过渡性的、裁接拼凑的课程。数字信号分析与处理是计算机测控的核心，涉及到拉氏变换和Ｚ变换、数字PID、数字滤波、采样与复现等内容，扩展后可涉及随机过程、模糊控制、神经网络等内容。因此，这门课程看似芜杂，其实自成体系，教学内容丰富而且弹性极大，要有主有次，主线清晰，层次分明，将理论部分的掌握内容、了解内容合理分布，在有限课时内完成；将扩展阅读内容、实践制作内容适当地分配在实验、兴趣小组、科研课题以及竞赛中，构成一个开放的实践教学小体系，有浅有深，给学生宽松的环境、自由的柔性空间，保证一般学生能达到课程的基本要求，有能力的学生能有所深入。理论教学占用课程教学时间，实践教学占用课外时间，各自独立又相得益彰，互有补益，构成一个合理的课程教学系统。
3 提高学生的学习积极性。《计算机控制技术》一般开设在大学三年级下学期或者四年级上学期，学生已经学习过大量课程，对被动学习容易产生厌倦情绪。如果采用设计型实验、展开兴趣小组、参加科研课题以及参加竞赛等手段，可以激发学生的兴趣，提升教育水平、教学信息量、启迪学生创新思维，形成以学生为主体的自主学习模式，因材施教，以培养学生的自学能力为目的，让受教育者习而化之，形成一个既有正确导向、符合实际，而又无拘无束的环境。这个阶段的学生已经有前期的课程知识，也有基础进行这种自主性学习。
三 具体改革内容
建立一个以学生为主体，以教师为辅助的相对独立的《计算机控制技术》课程实践教学体系，学生自主在课程范围内选题，独立查找资料，分析设计方案，并完成制作，形成一个既有正确导向、符合实际，而又无拘无束的环境。具体的实践教学改革包括实验教学改革、兴趣小组、完成课题以及参加竞赛等四个方面：
1 实验教学改革。为了达到实验的目的，提高实验的质量，要求实验前写预习报告、单人单机完成、实验后写实验报告（占实验成绩的50%）；减少了验证性实验，增设了设计性，创新性和综合性实验，教师仅仅安排实验目标，要求学生根据学过的基础知识，对采用的方案加以论证，确定实验方案与步骤，对实验结果进行分析计算，确认实验结果的正确性；带领学生到金工车间，对在以前课程中使用过的设备进行实地分析讲解；带领学生到工厂企业，观察了解比较先进新颖的计算机控制设备；开设开放性实验项目。
2 组织课外兴趣小组。在注重课堂教学的同时，课外组织学生成立计算机控制技术兴趣小组。有些学生对新技术新产品感兴趣，可以围绕相关内容收集资料，分析原理，相互讨论，相互启发，并开设专题报告；对制作实物感兴趣的学生，可以运用DP-51或更高级的资源，如CAN控制器SJA1000，CAN收发器TJA1050T，USB器件PDIUSBD12，GPRS器件等，在实验室指导学生开发、研制一些感兴趣或实用的小产品。这样做一方面有助于巩固理论知识，缩短从理论到实际应用的过程；另一方面可使学生产生一种创业成就感；有利于培养他们学习兴趣；增强其创新意识；提高实际应用能力[2]。
3 组织申报学生课题。兴趣小组完成任务以后，可以结合地方企业，在教师的带领下，申报校级、省级学生科研课题。开展学生第二课堂活动，引导学生积极参与科技小发明活动和教师的科研课题中，而教师仅起抛砖引玉的作用，指明设计思路，启发学生独立思考，充分发挥学生的创造性，提高学生的综合素质。我院去年成功申报校级学生科研课题29项，院级立项项目5项，总资助金额1.65万元，参与学生100余人。学生科研活动的蓬勃开展，为培养学生的实践动手能力和创新意识搭建了广阔的平台，也为建设优良学风奠定了良好的基础。
4 组织课题竞赛。从学生课题中选拔优秀的项目参加课题竞赛。我院已经参加过电子设计大赛，机械创新设计大赛都学生竞赛，并取得过不错的成绩。竞赛活动使学生受益非浅，从学生被动的要求做实验，到学生主动的要求进实验室做实验，加深了对课本知识的理解与融汇贯通，学到了许多书本上所学不到的东西，培养了创新设计能力。
四 已取得的改革成果
以能力为主线构建《计算机控制技术》课程实践教学体系，培养学生工程实践和创新能力，启迪学生的创新性思维，开发创新潜能、培养创新能力，掌握创新设计方法，培训学生工程实践和动手能力。把培养学生综合应用、工程实践和创新能力放在重要位置，采取理论学习与实验、实践相结合，课内与课外相结合，培养应用型的机电专业人才。
1 通过对多部教材教学内容进行合理取舍，整理出具有特色的教学大纲、实验教学大纲、多媒体课件、实践指导手册、课外扩展阅读材料。为编写有特色的《计算机控制技术》教材筹备了丰富的材料。
2 为《计算机控制技术》申报了设计性的实验，另已申报开放实验项目2项，计受益学生20人次，摆脱了以往实验中学生只能机械得按照固定的电路和步骤进行单纯的实验验证，充分地调动学生的实验过程的自主设计能力和相关知识的实际运用能力，仅给学生指定实验目的、要求和实验条件，由学生自行拟定实验方案、实验方法和步骤、选择仪器设备并完成实验，同时完成实验报告。该实验项目有效地培养了学生的主动运用知识来解决实际问题的能力，锻炼了学生的实际动手能力，有利于培养学生严谨的科学素养。
3 组织学生申报浙江省新苗人才计划项目“高压电源设备的远程控制”，积极参与教师的科研课题。多次带领学生到浙江宏秀电气有限公司和浙江正泰电器股份有限公司、展览会参观，深入调研高压双电源设备的生产、使用，分析其工作原理，解剖设备的内部机制，了解设备的常发故障。
4 组织学生参加多届省级和国家级大学生电子设计大赛，共计学生15人次；组织学生已参加浙江省第四届大学生机械设计创新大赛，共计学生8人次；目前正在筹备参加浙江省第五届大学生机械设计创新大赛。已组织学生进行学生课题4项，共计受益学生11人次；目前正在筹备学生课题3项，预计学生8人次。
五 总结
在课程改革中，从工程实际应用出发，注重工程基础知识和实践能力的培养，并充分利用近年来实践性教学环节的建设成果，改造、加强实验教学、兴趣小组、学生课题和学生竞赛等环节，重实践、强调动手能力、加强实验和工程训练环节、将理论教学与实践教学有机整合，有利于学生解决实际问题的综合能力与创新能力的培养。
1 过去的原理、实践和产品是以课程体系为系统的三位一体，各门课程各有特色，难以在每门课程中都有原理、实践和产品三个环节。由于《计算机控制技术》课程的综合性和实用性，可以形成独具特色的实践教学体系，在小范围内构成理论、实践和产品三合一的系统。
2 实践是创新之源，工程实践是创新的基础，没有工程实践的能力就谈不上创新能力。在工科教育中，课堂学习是基础，学生的自主思考是关键，学生参与实践才是根本。要让学生有思考的空间与时间，规划课程的实践教学体系时就与课堂教学分开，从实验教学、兴趣小组、学生课题以及学生竞赛等四个层次建立课程的实践教学体系，将学生自主选题、教师引导、与生产生活实际相结合，给学生以更宽松的环境、更大的自由柔性空间，让学有余力的学生走得更远更深，重视个性培养。
3 创新之根在实践，从工程实际应用着眼，着重培养学生创新设计能力。改变学生从书本出发而不是从问题本身出发的思路，摆脱书本的束缚，从工程实际出发，自主学习自主钻研，增强了学生面对实际问题的自信力，从课程建设开始大力营造一个有利于实施创新教育良好环境。
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参考文献
[1] 许为民,张国昌.应用型创新人才培养四题[J].中国高教研究,2007,(6):31-32.
[2] 崔永利,李妍.高校计算机硬件实验教学改革与探索[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
