跨專業(yè)學習計算機控制技術(shù)課程的教學改革探索

【摘""要】本文以數(shù)學專業(yè)學生學習計算機控制技術(shù)課程為例，對學科性質(zhì)和學生特點進行分析，從選取教學內(nèi)容、采用教學方法和設(shè)置課程考核這三個方面，探討了基于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的交叉學科的教學改革與實踐。

【關(guān)鍵詞】計算機控制""交叉學科""背景驅(qū)動""教學改革

【中圖分類號】G642""""""""【文獻標識碼】A"""""""""【文章編號】1674-4810（2015）15-0059-02

隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的逐步完善和工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，用計算機控制系統(tǒng)對整個工業(yè)過程進行控制成為控制系統(tǒng)的必然要求。計算機控制技術(shù)是以培養(yǎng)學生的理論基礎(chǔ)和實踐能力并行的有效課程，也是目前高校很多專業(yè)都要開設(shè)的一門本科課程，比如信息與電氣專業(yè)，機械工程專業(yè)，自動化專業(yè)，計算機專業(yè)等。該課程以信號系統(tǒng)知識為基礎(chǔ)，主要涉及軟件和硬件分析、系統(tǒng)設(shè)計和應用等方面的內(nèi)容。課程要求學生在學完之后，能夠掌握用計算機控制一個生產(chǎn)過程的基本方法，學會計算機控制系統(tǒng)的分析設(shè)計方法，能夠完成簡單的計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計。如果學好該課程，學生就能很好地開拓知識面，體驗到將所學理論知識和實際問題的結(jié)合。目前該課程的教學在國內(nèi)外還處于探索和完善過程中。

2008年，中國礦業(yè)大學數(shù)學與應用數(shù)學專業(yè)將計算機控制技術(shù)及應用設(shè)為本專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，將該課程作為與現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)和自動控制原理并行的課程為數(shù)學與應用數(shù)學專業(yè)高年級本科生開設(shè)，對于培養(yǎng)學生用數(shù)學方法解決實際問題的能力以及創(chuàng)新能力具有重要的意義。然而數(shù)學專業(yè)本科生的特點是邏輯推理能力相對較強，學習過程中更注重理論推導，實際動手能力相對較弱，對于公式中符號代表的實際意義關(guān)心不夠。

作為容納了計算機技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和控制系統(tǒng)綜合知識于一體，對實踐動手能力要求比較高的計算機控制技術(shù)課程，對于數(shù)學與應用數(shù)學專業(yè)本科生而言，學科跨度比較大，從掌握基本知識到動手實踐需要一個相對較長的過程。因此，如何讓數(shù)學與應用數(shù)學專業(yè)的學生在有限的時間內(nèi)學好該課程，需要我們認真探索教學改革。下面從選取教學內(nèi)容，采用教學方法和設(shè)置課程考核三個方面，結(jié)合數(shù)學與應用數(shù)學培養(yǎng)方案的要求，探討基于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的計算機控制技術(shù)的教學改革與實踐。

一"選取教學內(nèi)容

1.注重數(shù)學專業(yè)特點，合理選取教學內(nèi)容

計算機控制技術(shù)對于數(shù)學與應用數(shù)學專業(yè)來說屬于交叉學科。在信息與電氣、自動化等專業(yè)一般需要64學時完成，而數(shù)學與應用數(shù)學專業(yè)學時數(shù)減為其二分之一，使學生掌握計算機控制系統(tǒng)的組成，特點及其應用，掌握計算機控制系統(tǒng)的描述，分析與設(shè)計方法，更注重了對控制原理的教學。這就要求在選取教學內(nèi)容時要有所選材，突出重點，既要讓學生入題時不感到突兀，又能達到培養(yǎng)目標的要求。對于計算機控制系統(tǒng)的組成及特點，要讓學生以了解為主，對信號的類型以介紹為主，對于課堂內(nèi)容一部分介紹概念性知識，一部分介紹公式表示的意義以及能解決哪方面的問題，把公式的推導和證明留作課后作業(yè)。

2.整合實驗內(nèi)容，集中解決實際問題

理論和實踐類課程培養(yǎng)學生的實際動手能力是必不可少的。在實驗課時有限的情況下達到實驗目的，就需要對實驗內(nèi)容進行整合。設(shè)計兩個實驗內(nèi)容，讓學生在集中的實驗課上完成，比如數(shù)字PID控制實驗和最少拍控制系統(tǒng)實驗，學生通過實驗能夠完成自我設(shè)計一個簡單的計算機控制系統(tǒng)，在實驗過程中充分發(fā)揮數(shù)學與應用數(shù)學專業(yè)學生的MATLAB編程和對被控對象建立數(shù)學模型的優(yōu)勢，這樣既增加了學生對本課程的認知興趣，又提高了學生的動手能力，同時對學生學習本專業(yè)數(shù)學也起到潛移默化的影響。

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*"中國礦業(yè)大學教改項目“背景驅(qū)動教學方法的研究與實踐——以‘計算機控制技術(shù)及應用’課程教學為例”（編號：2013Y35）、“基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的數(shù)學專業(yè)最優(yōu)控制課程教學改革研究”（編號：2001246）、“公共基礎(chǔ)課《線性代數(shù)》課程建設(shè)的探索與實踐”（編號：2013B05）

二"采用教學方法

1.將背景驅(qū)動的教學模式用于課堂教學，提高學生的學習興趣

背景驅(qū)動就是指在課堂教學過程中，教師將所要講授的新知識隱含在一個或幾個具體的背景中，讓學生通過對實際背景進行分析和討論，循序漸進地解決要講解的問題，最后通過背景的解決而實現(xiàn)對所學知識的理解。這對引導學生積極思考，幫助學生完成從學習知識到應用知識的轉(zhuǎn)換起到非常重要的作用。計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計往往來源于實際的工程背景，采用背景驅(qū)動的教學模式進行教學需要教師在課前充分地備課，針對所講內(nèi)容查找相應的實際的問題并設(shè)置幾個課堂問題，將看似復雜的理論通過實際問題闡述得更直觀清晰，便于學數(shù)學的學生接受。另外，在對實際控制系統(tǒng)的數(shù)學模型進行現(xiàn)場模擬和分析時，教師要充分利用MATLAB仿真軟件作為教學工具，在整個教學過程中要和學生產(chǎn)生互動，讓學生成為學習的主體，從而避免了古板的老師教學生學的教學模式。這在現(xiàn)代化的多媒體教室中是完全可以做到的。

2.與實踐創(chuàng)新項目結(jié)合，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力

國家和學校每年都為本科生配備相當數(shù)量的大學生實踐創(chuàng)新項目，鼓勵學生組織團隊積極申報，任課老師做指導，做到教研相結(jié)合。以實踐創(chuàng)新項目為依托，選取計算機控制系統(tǒng)的實際問題，結(jié)合實踐創(chuàng)新項目完成課程的實踐訓練，培養(yǎng)學生的科研創(chuàng)新能力和實際動手能力。高年級本科生也可以本科畢業(yè)設(shè)計為依托，自主完成一個小型計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計，鍛煉解決實際問題的能力。

3.有效利用教學輔導材料

作為一門本科生的專業(yè)課，課程都配有完備的教學輔導書和習題庫。教師在教學的過程中要利用好這些資源，并不斷地補充和完善教輔材料。使學生在學習過程中感覺有所參照，不至于抓空。另外，每年舉行的各類大學生數(shù)學建模競賽是針對大學生開展的重要活動，教師要注意積累歷年來關(guān)于計算機控制技術(shù)的數(shù)學模型問題，在課堂上分享給學生，調(diào)動學生學習的積極性，為參加各類大學生數(shù)學建模競賽積累經(jīng)驗。

4.教學內(nèi)容向數(shù)學問題回歸

計算機控制技術(shù)是一門講授用計算機進行控制一個工業(yè)工程或生產(chǎn)過程的學科，具有較強的實際應用型的特點。要使得這一學科向更前沿的方向發(fā)展，數(shù)學理論的創(chuàng)新是必不可少的，因此在給學生講授這門課程的過程中，除了讓學生體驗到所學數(shù)學知識的應用價值，還要能夠?qū)@門課程有新的思考，即如何通過數(shù)學理論的創(chuàng)新使計算機的控制過程更加有效，這主要體現(xiàn)在數(shù)學理論的創(chuàng)新，教師在教學過程中需要將對課程的講解回歸到數(shù)學問題的分析，有意識地引導學生進行知識創(chuàng)新，鼓勵學生思考和探討。教師在教學過程中要時刻不忘面向的對象是數(shù)學專業(yè)的學生，他們更注重的是邏輯推理，他們感興趣的問題是一個控制問題怎樣才能解決得更有效。因此，教師在教學過程中除了培養(yǎng)學生的實踐動手能力外，還要注重開發(fā)學生的創(chuàng)新思維，善于發(fā)現(xiàn)新問題，提出一個新問題讓全班同學共同討論，課后以作業(yè)的形式給每位學生布置一個問題，讓他們提出新的解決方案，這也可以作為考查學生的一個能力標尺。

三"設(shè)置課程考核

隨著科學技術(shù)的發(fā)展和學科內(nèi)容的更新，對課程考核方式進行改革已經(jīng)受到了國內(nèi)各高校進行課程教學改革的重視。課程考查學生的方式再也不能是古板的一張試卷幾道考題能完成的，尤其是應用型學科，需要從多方面來衡量學生對知識的掌握程度和靈活的運用能力。

基于前述對教學內(nèi)容和教學方法的改革，考核數(shù)學與應用數(shù)學專業(yè)學生的方式也要進行相應的調(diào)整。學生能夠自行設(shè)計一個簡單的計算機控制系統(tǒng)就已經(jīng)達到了學習本門課程的要求，從設(shè)計過程中學生需要完成數(shù)學建模、程序設(shè)計、硬件安裝等一系列任務。所以考查學生要從多方面進行，一個實驗、一個工程設(shè)計都可以作為一個重要指標，如果能有理論上的創(chuàng)新更是值得鼓勵和倡導的，這更體現(xiàn)了數(shù)學與應用數(shù)學專業(yè)學生的特點。合理安排平時作業(yè)，實驗作業(yè)和期末考試的比例關(guān)系，增加能體現(xiàn)學生實踐能力和創(chuàng)新能力的成績比重，方能培養(yǎng)出合格的創(chuàng)新型人才。

四"結(jié)束語

在數(shù)學與應用數(shù)學專業(yè)內(nèi)開設(shè)理論實踐型的計算機控制技術(shù)課程本身就是通過學科交叉培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的一個大膽嘗試，對一門課程進行教學改革又需要一個長期的過程。我們將會在實踐教學中不斷嘗試探索和總結(jié)經(jīng)驗，為做好培養(yǎng)創(chuàng)新型人才目標進行有效的教學改革，將講授數(shù)學理論方法的教學和計算機控制技術(shù)的實踐教學進行有機結(jié)合，取得更好的教學效果。

參考文獻

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〔責任編輯：林勁〕