計算機控制與檢測課程群建設與教學實踐

趙　洋

(東莞理工學院 電子工程學院, 廣東 東莞　523808)

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計算機控制與檢測課程群建設與教學實踐

趙洋

(東莞理工學院 電子工程學院, 廣東 東莞523808)

以提高學生融會貫通理論知識和實踐應用為目的,在深度調研自動化及相關專業核心課程之間內在聯系的基礎上,建設計算機控制與檢測課程群。在理論教學內容、實訓環節和評價體系方面進行了改革與實踐。其中結合實際工程應用背景編寫多項工程案例,開展多層次的實際應用能力的培養,極大地提高了學生分析和解決實際問題的能力。教學實踐表明,該課程群體系的建設在學生綜合能力的培養和提升方面具有重要作用。

課程群建設； 計算機控制與檢測； 工程案例

隨著國家經濟改革進程的不斷演進,當前已進入到產業結構升級調整的關鍵階段。在工業4.0、工業互聯網和大數據處理等多種新技術大力發展的背景下,很多企業開始進行相關設備的升級換代和知識儲備,以契合降低勞動力成本、提升生產效率、改善生產流程與工藝和提高產品質量與精度的先進現代化生產目標。在此背景下,越來越多的用人單位對大學生的綜合素質提出了更高的要求[1-4],特別對于工科專業的畢業生,不但要具備扎實的理論基礎知識,還需要具有較好的創新能力和實踐能力。因此在整個專業培養過程中要更加注重創新能力和實踐能力的提升,以提高學生綜合能力為導向進行相應專業課程教學模式的改革和實踐,以期培養出真正受用人單位歡迎并經得起實踐檢驗的人才。

1　計算機控制與檢測課程群建設背景

目前,自動化專業課程的教學內容多以單門課程為主,對相關課程之間的銜接關系重視度較低[5-6]。以“計算機控制系統”和“PLC原理及應用”2門課程的實際教學為例,此2門課程是我校自動化等專業開設的專業主干課程,以先修課程如“Matlab原理與應用”“傳感器與檢測技術”和“自動控制原理”等課程為基礎,并且是后續專業課程如“運動控制系統”和“高級過程控制”等課程的重要基礎和先導。在專業課程體系中是聯系大類平臺課程和專業實踐類課程的重要紐帶。

但是,在教學過程中發現很多學生普遍存在專業基礎知識掌握不牢、基本概念不理解、基本理論不能靈活應用等問題,即學生在學習專業基礎課程時對本專業的培養目標和相關課程的應用方向以及與其他課程之間橫向和縱向的聯系沒有較好的理解和體會[7],因此在課程體系建設上,有必要整合相關獨立課程之間的關系,從教學內容、教學方法、教學質量評價等多個方面進行深入的分析和研究,建立內容更加優化的課程群教學模式。

2　計算機控制與檢測課程群建設內容

2.1課程群建設指導思想及意義

計算機控制與檢測課程群主要涵蓋“Matlab原理與應用”“傳感器與檢測技術”“自動控制原理”“計算機控制系統”和“PLC原理及應用”等5門課程。此5門課程均是自動化及相關專業的核心課程,其中前3門課程為專業基礎課程,后2門為專業主干課程,以被控系統為研究對象,延伸展開可從控制系統的構成環節、控制系統控制器的分析設計、控制系統控制器的實現方法、控制系統的工程化應用和控制系統運行仿真與效果評價等5個方面完整地研究一個控制系統。這5個方面分別與本課程群內的5門課程一一對應,即“傳感器與檢測技術”主要解決控制系統構成中反饋的問題、“自動控制原理”主要解決控制器的分析與綜合問題、“計算機控制系統”主要解決控制器工程實現問題、“PLC原理及應用”從控制系統在工業應用的角度給出具體的解決方案、“Matlab原理與應用”可以實現控制系統的仿真和控制效果的分析與評價。本課程群內知識結構體系與每門課程教學內容的側重點如圖1所示。

圖1　計算機控制與檢測課程群知識結構體系示意圖

由圖1可以看出,此5門課程在理論上存在相互支撐的關系,各門課程的基礎內容聯系緊密,具有天然的群類關系[8-10]。因此以提高學生實際應用能力為教學目標,整合課程間教學內容設置、加強實訓環節等方法進行課程群建設的教學改革與實踐具有重要研究意義。

2.2課程群建設方法與內容

(1) 計算機控制與檢測課程群以培養學生解決工程實際對象、設計調試控制系統和分析與優化控制任務的工程實踐能力和創新能力為目標。基于該培養目標的知識、能力和素質要求,設定計算機控制與檢測課程群內各課程的具體課程標準。針對課程群內每一門課程優化設計教學內容,使得整個課程群內不同課程的教學內容之間的安排與配合更加合理,并根據優化后的教學內容制定相應的課程標準和課程教學大綱,幫助學生在單門課程的學習過程中逐漸建立本專業核心內容的全局觀。

(2) 優化課程群內每門課程的理論教學內容、合理整合不同課程之間教學內容的設置與安排、合理分配理論教學和實踐環節的學時比例、設計更加合理的實驗內容,以及編寫并完善課程教學大綱、實驗指導書和課程項目任務書[11],使學生能較快掌握相關實驗設備的操作方法,并通過具體的實驗內容加深對授課內容的理解；設計新穎的且與地方產業特色密切結合的課程項目,使學生通過課程項目的訓練能在創新能力和實踐應用能力方面有較大提升；開發覆蓋課程群內所有相關課程重要知識點并與實際應用緊密結合的工程案例,學生在學習完課程群內所有課程之后,通過該工程案例的訓練,進一步提升專業知識的實踐應用水平[12]。

(3) 建立完善的課程教學評價體系,主要從理論學習和實踐應用兩方面進行評價,并突出實踐環節所占的比重。課程群內專業基礎課程和專業主干課程的理論學習評價方法主要通過課程大作業、期中和期末的2次階段考試測驗進行,內容側重于基本理論和概念的掌握。實踐應用方面的評價分為實驗環節和創新型課程項目(三級項目)環節兩個方面。實驗環節側重于考查學生對本門課程基本概念、基本方法以及實驗結果分析的掌握,主要通過實驗報告來評價；創新型課程項目環節主要考核學生解決實際問題的能力,針對具體的被控對象,僅提出控制目標,要求學生自主設計具體的控制方案，然后構建軟硬件系統,并對實際系統運行效果進行合理的分析與評價,主要通過課程設計報告、所設計系統的運行效果來進行評價。對課程群教學的整體效果評價主要采用綜合應用案例(二級項目)來進行,以此來擴大學生的視野、提升學生的學習興趣與熱情,使學生能夠更好地了解所學知識與生產實際相結合的方向與方法,并在提升學生的學習層次的同時努力培養工程師所具有的相關專業素質。學生在完成綜合案例任務時需要調動課程群內所有課程的重要知識點,因此可以很好地檢驗學生對專業基礎課和專業課程的整體把握和系統觀點。

計算機控制與檢測課程群建設內容和體系如圖2所示。

圖2　課程群建設內容和體系

3　實施效果

本課程群教學模式已針對我校2011—2013級的學生開展多次實踐,并根據每屆學生的實踐結果不斷反饋優化、逐步完善。其中,以二級項目和三級項目為主的學生實踐能力培養和考核方式受到了學生的廣泛歡迎,普遍認為通過這樣的以實際工程項目為背景的訓練,對學生掌握基礎知識和聯系理論與實際的能力有極大的幫助。本課程群三級項目和二級項目的具體內容和所覆蓋的知識面如表1和表2所示。

表1　三級訓練項目內容及知識點

表2　二級訓練項目內容及知識點

根據表1和表2的內容可以看出,二級和三級項目中的每個題目均很好地覆蓋了課程群內多門課程的相關知識,極大地提高了學生將不同課程的知識連貫起來綜合應用的能力。

此外,還鼓勵學生在本課程群學習過程中積極參與各種競賽,從而更好地鍛煉自己的理論分析和實際動手解決工程問題的能力。其中,我校2012和2013級2屆的學生分別參加西門子杯全國工業自動化挑戰賽,取得了非常好的成績。具體參賽內容和涉及的知識結構如表3所示。

表3　學生競賽內容及知識結構

4　結論

計算機控制與檢測課程群建設是在深入調研學生學習中遇到的問題,并梳理自動化專業核心課程之間的關系后優選出相關課程和知識體系后開始實施的。在面向連續3屆學生的實踐過程中不斷總結和吸收學生的反饋意見,得出以下結論:

(1) 本課程群內所涉及的課程屬自動化及相關專業核心課程,經優化整合教學內容后,學生對于基礎知識的牢固掌握和課程內容的銜接方面有明顯提高。

(2) 結合實際工程背景并綜合課程群知識體系所編寫的二級項目和三級項目案例受到學生的普遍歡迎。學生在經過多次的實踐訓練后,分析解決實際問題的能力顯著提升,并且對本專業所學內容和未來工作中的應用方向有了更清晰的認識和把握,極大地提升了學習興趣和自主學習的熱情。

(3) 教學過程中積極鼓勵學生參加各種競賽,為更好地檢驗學生的學習效果提供了幫助。學生在參與競賽的過程中更加深化和鞏固了對相關知識的掌握,并很好地培養了團隊合作精神,為以后在工作崗位上更好地發展打下堅實的基礎。

References)

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Construction and teaching practice on curriculum group of Computer Control and Measurement

Zhao Yang

(College of Electronic Engineering, Dongguan University of Technology, Dongguan 523808,China)

For the purpose to help students to bridge the gap between learning theoretical knowledge and practical application, based on the deep investigation of inner relationship among the key courses of automation and related majors, the course group of Computer Control and Measurement is constructed, and reform and practice on theoretical teaching contents, practical training process and teaching evaluation system are carried out. Especially, some cases under the background of real engineering application are made and a multi-level training for the practical ability is conducted, which can greatly improve the students’ competence of analyzing and solving problems. The teaching practice shows that the construction of the curriculum group can play an important role in cultivation and promotion of students’ comprehensive ability.

construction of curriculum group; computer control and measurement; engineering case

10.16791/j.cnki.sjg.2016.10.052

2016-04-22

廣東省高等教育教學改革項目(粵教高函〔2015〕173號)；東莞理工學院教育教學改革與研究項目(莞工教(2014)1號)

趙洋(1981—),男,山西太原,博士,副教授,研究方向為工業自動控制、控制理論與優化算法.E-mail：simonzhaoyang@163.com

G642.0

A

1002-4956(2016)10-0209-04