《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》教法改革與課程建設(shè)——從實(shí)踐角度

唐志國(guó)+高巍+李壽濤+王德軍

摘要：《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》作為自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)一門(mén)難度較大的專(zhuān)業(yè)主干課程，其教學(xué)改革一直受到專(zhuān)家學(xué)者們的廣泛重視。本文針對(duì)該課程知識(shí)面寬、綜合性強(qiáng)且與工程實(shí)踐關(guān)系緊密的特點(diǎn)，提出了一種以工程實(shí)踐為前提的教學(xué)模式。通過(guò)哲學(xué)和教育心理學(xué)相關(guān)理論，對(duì)該教學(xué)方法的可行性進(jìn)行了分析論證，并對(duì)基于此方法的課程建設(shè)方案展開(kāi)了討論。以自選實(shí)際項(xiàng)目為前提，采用實(shí)驗(yàn)拓展法逆序教學(xué)，可以有效地激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，引導(dǎo)學(xué)生能在知識(shí)結(jié)構(gòu)上精通局部的同時(shí)把握全局，從而提高學(xué)生的主觀能動(dòng)性，獲得良好的教學(xué)效果。本教學(xué)模式可向本科高年級(jí)相關(guān)專(zhuān)業(yè)綜合性較強(qiáng)的其他課程推廣。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；教法改革；理論教學(xué)；逆序教學(xué)法；實(shí)踐

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）23-0097-02

一、引言

《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》是自動(dòng)化類(lèi)專(zhuān)業(yè)一門(mén)理論和實(shí)踐聯(lián)系極為密切的課程，是在學(xué)生學(xué)習(xí)完《單片機(jī)原理與接口設(shè)計(jì)》、《模擬電子電路》、《數(shù)字電子電路》和《自動(dòng)控制原理》等課程的基礎(chǔ)上開(kāi)設(shè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)課。本課程的特點(diǎn)是涉及到的知識(shí)面較廣、數(shù)學(xué)理論深、與前續(xù)課程有交叉、工程應(yīng)用背景強(qiáng)。因此，要想學(xué)好本門(mén)課程既要求學(xué)生要具有一定的理論知識(shí)，又要求他們具有一定的實(shí)踐能力。

目前，高校大多數(shù)課程是利用多媒體輔助板書(shū)教學(xué)，利用這種“滿(mǎn)堂灌”的教學(xué)方法講授大量的理論知識(shí)，學(xué)生在課堂上機(jī)械地記憶原理的內(nèi)容和解題方法，也會(huì)顯得比較乏味，久而久之會(huì)使學(xué)生們失去學(xué)習(xí)興趣，甚至厭學(xué)，因而嚴(yán)重地影響了教學(xué)效果。除此之外，傳統(tǒng)的教學(xué)方法直接學(xué)習(xí)理論知識(shí)，學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解不深刻，且極易出現(xiàn)兩個(gè)“脫節(jié)”和一個(gè)“重疊”。即：學(xué)生只為應(yīng)付期末考試而學(xué)習(xí)，使理論與工程實(shí)踐嚴(yán)重脫節(jié)；學(xué)生無(wú)法建立起來(lái)自動(dòng)控制系統(tǒng)的整體模式，本門(mén)課程與后續(xù)綜合實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)的脫節(jié)；本門(mén)課程與前續(xù)課程理論內(nèi)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(shí)踐相結(jié)合，以實(shí)踐為前提，以項(xiàng)目為依托，提出一種科學(xué)合理的教學(xué)方法十分必要。

二、以實(shí)踐為前提的教學(xué)方法

以實(shí)踐為前提的教學(xué)方法與以往提到的案例法有些類(lèi)似，它是以具體工程背景為核心，兼與討論法結(jié)合的逆序教學(xué)方法，符合哲學(xué)上人類(lèi)的認(rèn)識(shí)規(guī)律，也與教育心理學(xué)的理論相吻合。

（一）逆序教學(xué)的理論依據(jù)

認(rèn)識(shí)的本質(zhì)是主體在實(shí)踐基礎(chǔ)上對(duì)客體能動(dòng)的、創(chuàng)造性的反映，實(shí)踐才是人類(lèi)認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)和來(lái)源。人們也更善于由表及里、由現(xiàn)象到本質(zhì)地對(duì)信息進(jìn)行加工處理和思考反應(yīng)。與傳統(tǒng)教學(xué)相比，教師從“為什么”到“什么是”再到“怎么辦”的一系列問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)似乎更為貼切。

著名的心理學(xué)家皮亞杰（Jean Piaget）曾提出過(guò)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論。他指出：知識(shí)不是通過(guò)教師傳授得到的，而是學(xué)生在一定的情景下，借助他人的幫助，利用必要的學(xué)習(xí)資料，通過(guò)意義建構(gòu)的方式而獲得。當(dāng)然所謂的“他人”包括教師和同學(xué)。教師“教”的最終目的是讓學(xué)生擺脫依賴(lài)。在實(shí)踐背景下，學(xué)生變?yōu)閷W(xué)習(xí)的主體，教師則進(jìn)行輔助引導(dǎo)，在此過(guò)程中要弱化教師的示范作用，強(qiáng)化學(xué)生的獨(dú)立思考能力，從而讓學(xué)生更積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)，并有效提高學(xué)生的自信心。

（二）實(shí)際項(xiàng)目教學(xué)法

大學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)已成為高等學(xué)校教育教學(xué)改革的主要任務(wù)。教師可以借助學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目的平臺(tái)，也可以在此基礎(chǔ)上以熱門(mén)的應(yīng)用為著眼點(diǎn)，單獨(dú)開(kāi)設(shè)若干選題，讓同學(xué)們3—5人編為一組，在他們合作下完成一個(gè)“項(xiàng)目”的同時(shí)教師進(jìn)行必要的教學(xué)活動(dòng)。

學(xué)生需要明確分工，組織協(xié)調(diào)，收集信息，設(shè)計(jì)方案，并最后統(tǒng)一完成文字報(bào)告和項(xiàng)目成品。在完成項(xiàng)目過(guò)程中，將學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性激發(fā)出來(lái)，同時(shí)也培養(yǎng)和提高了學(xué)生獨(dú)立思考和解決實(shí)際問(wèn)題的綜合能力。

（三）實(shí)驗(yàn)拓展教學(xué)法

“實(shí)驗(yàn)拓展教學(xué)法”實(shí)際上也是從形象思維到邏輯思維的一種教學(xué)方法，但是與“實(shí)際項(xiàng)目教學(xué)法”稍有不同。它不是一個(gè)完整的項(xiàng)目，它可以脫胎于教師申請(qǐng)基金的一部分，也可以來(lái)源于傳統(tǒng)的自動(dòng)化生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)。

教師先從實(shí)踐問(wèn)題出發(fā)，讓學(xué)生觀察和分析具體的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并自主地提出現(xiàn)象中存在的問(wèn)題，然后教師和學(xué)生一起合作，教師通過(guò)利用書(shū)本上的內(nèi)容及自身經(jīng)驗(yàn)，提出定義或定理，進(jìn)而展開(kāi)師生、生生之間的討論研究。最后師生共同找出解決問(wèn)題的一般方法，并歸納總結(jié)，舉一反三，提出針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題的一般方法，將理論再一次回歸到實(shí)踐中去。

三、課程建設(shè)

（一）教師實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維的提高

為學(xué)生開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)，首先教師應(yīng)該具有較高的動(dòng)手實(shí)踐能力，不能對(duì)書(shū)本上的知識(shí)“紙上談兵”。給學(xué)生設(shè)置項(xiàng)目選題，也要求教師應(yīng)具備創(chuàng)新思維。隨著高校在校本科生數(shù)量不斷增多，使得師資相對(duì)缺乏的問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，青年教師長(zhǎng)期負(fù)擔(dān)著繁重的教學(xué)任務(wù)和無(wú)形的科研壓力。但是若能很好地將這一壓力轉(zhuǎn)換為動(dòng)力，甚至可以形成“教學(xué)促進(jìn)科研，科研用于教學(xué)”的良性發(fā)展模式，對(duì)青年教師來(lái)說(shuō)將是教學(xué)和科研雙贏的局面。

（二）仿真與開(kāi)放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建

自動(dòng)化類(lèi)科研項(xiàng)目的申報(bào)和研究絕大多數(shù)都離不開(kāi)計(jì)算機(jī)控制，從中截取適合學(xué)生拓展的內(nèi)容開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)不是難事，如電子節(jié)氣門(mén)的硬件在環(huán)仿真平臺(tái)、直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、太陽(yáng)能溫室大棚集散控制系統(tǒng)等都是我校曾經(jīng)申報(bào)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、863網(wǎng)點(diǎn)項(xiàng)目和大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目等留下來(lái)的實(shí)驗(yàn)裝置，如果再配合Matlab和Adams等搭建起開(kāi)放性的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，便可以供有興趣的同學(xué)選做實(shí)驗(yàn)，為實(shí)驗(yàn)拓展教學(xué)法提供便利。

（三）課程關(guān)聯(lián)性的融會(huì)貫通

在逆序教學(xué)中，同學(xué)們?cè)谕瓿蓪?shí)驗(yàn)或項(xiàng)目的過(guò)程中會(huì)不可避免地涉及儀表、電機(jī)、傳感器，甚至是工業(yè)機(jī)器人和非線性理論的問(wèn)題。教師應(yīng)該在此時(shí)起到指導(dǎo)和引導(dǎo)的作用，從在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用的角度，將課程相關(guān)聯(lián)的內(nèi)容融會(huì)貫通。在引言中已經(jīng)提到了本門(mén)課程與前續(xù)課程理論內(nèi)容交叉的重疊講授，建議在本門(mén)課程中可適當(dāng)減少學(xué)時(shí)數(shù)，只需向?qū)W生交代清楚課程之間的內(nèi)在聯(lián)系和演變過(guò)程即可。

（四）課后評(píng)價(jià)機(jī)制的完善

針對(duì)本門(mén)課程，過(guò)去在對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)成果評(píng)價(jià)時(shí)，往往注重理論知識(shí)，以開(kāi)卷或是閉卷筆試的方式，缺乏對(duì)學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力的考核。嘗試以實(shí)踐為前提的教學(xué)方法，就不能再采用單一的評(píng)價(jià)方式。可以將課程的打分分成四部分：課堂的出勤、課后習(xí)題的演練作業(yè)、期末的試卷成績(jī)、項(xiàng)目或?qū)嶒?yàn)的完成情況及總結(jié)報(bào)告。只有這樣，才能從理論和實(shí)踐兩個(gè)角度對(duì)學(xué)生進(jìn)行檢驗(yàn)，告別傳統(tǒng)的“期末成績(jī)一刀切”的片面考核方式。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，有效將理論與實(shí)踐相結(jié)合，以實(shí)踐為前提，以項(xiàng)目為依托，提出一種科學(xué)合理的逆序教學(xué)方法。該方法是符合哲學(xué)思想和高等教育心理學(xué)的方法，它不僅可以調(diào)動(dòng)起學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，還可以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決問(wèn)題和創(chuàng)新的能力，同時(shí)也對(duì)青年教師教學(xué)和科研能力的提高起到了促進(jìn)作用。將教師的教學(xué)與科研、學(xué)生的學(xué)習(xí)與應(yīng)用有機(jī)結(jié)合，并達(dá)到共贏。此外，該教學(xué)方法對(duì)機(jī)電類(lèi)、電氣類(lèi)相關(guān)課程如《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》、《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)》及《過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表》等也有借鑒意義。

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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