基于能力培养的计算机控制系统课程教学改革探究

项雷军 洪雪梅 郑力新 徐园园

华侨大学 福建厦门 361021

电气控制类专业人才是我国现代新型工业化社会建设的人力资源保障。一方面，随着我国经济发展方式加快转变和产业转型升级，急需大量的电气控制类工程技术人才；另一方面，国内大多数高校培养的电气控制类专业人才实践动手能力较差，缺乏创新思维，满足不了社会需求。要解决当前的矛盾，适应时代发展，必须以培养综合能力较强、专业口径较宽的复合应用型专业人才，作为电气控制类专业人才培养模式改革创新的总体目标，打破传统教学模式的束缚，加强教学研究与实践，深化专业课程教学改革，以提高课程教学质量，提升人才培养质量。

在教学过程中践行学生能力培养，在课程教学改革中注重方法引导，是现代教学改革需要解决的重要课题，也是提高高等教育教学质量的关键。树立生本教育理念，紧紧围绕学生的工程能力、实践能力和创新能力培养，把握知识的应用性和工程实践性两个基本点，开展电气控制类专业课程的教学改革探究与实践，是提高课程教学质量、提升电气控制类专业人才培养质量的必经之路。

1 课程教学现状及存在的问题

计算机控制系统，是电气控制类专业自动控制理论和微机原理与接口技术的后续专业主干课程，具有很强的理论性和实践性[1]。其主要任务是以计算机技术和控制技术在工业对象中的应用为主，通过该课程的教学，使学生在掌握数字控制理论的基础上，针对不同的工业应用对象，设计出合理有效的计算机控制系统[2]。

目前，计算机控制系统课程的教学方式以理论课教学为主，实验课教学为辅。虽然该课程为学生打下了较坚实的计算机控制理论基础，但学生在实际应用时很难将数字控制理论与单片机技术及检测技术等其他课程知识有机结合起来[3]，难以学以致用。

在长期承担该门课程的教学过程中，笔者通过调查研究，发现存在以下主要问题：

(1)课堂上学生滥用手机和电脑、懒于记笔记，抄袭作业的现象较为普遍，学生不敢或不善于表达，显得怯懦，较缺乏专业兴趣和学习动力。

(2)理论课教学主要采用灌输模式，过于侧重知识的传授与接受，表现手法单一，枯燥乏味，严重约束了学生的主观思维活动，在一定程度上导致课堂气氛沉闷、不够活跃，教学效果往往大打折扣。

(3)实验课教学中理论与实践结合不够紧密，实验内容较为陈旧，以“照葫芦画瓢”式验证性或训练性的基础性实验项目为主，缺乏综合设计性和拓展创新性等多层次实验项目，此外，仿真实验工具或软件没有得到充分利用。

(4)课程考核方式不够科学，形式较为单一，期末考试成绩比重过大，且“死记硬背型”考题偏多。

上述问题严重影响了课程教学质量，不利于学生对课程知识的掌握和工程实践能力的培养，我们必须探索研究有效应对措施，围绕理论课教学和实验课教学，在教学内容、教学方法、教学手段及考核方式等方面加以改革创新，以拓宽学生自主学习、主动学习的空间和领域，突出学生在专业课程学习中的主体意识和个性发展。

2 理论课教学改革

2.1 教学内容的合理组织与更新

计算机控制系统课程是从工程应用的角度出发，立足于知识的基础性、系统性和实用性，其教学内容主要贯穿两条主线：一条是计算机控制系统的硬件结构、组成及接口技术，另一条是计算机控制系统的软件算法设计，主要为数字控制器的模拟化设计和离散化设计。

在该门课程的教案组织和教学讲授中，需强调计算机控制“系统”的概念，从系统的概念出发讲述各部分内容，即绪论、计算机控制系统设计的硬件基础、计算机控制系统的数学基础、计算机控制系统特性分析、计算机控制系统的间接设计方法、计算机控制系统的直接设计方法、数字控制器的状态空间设计方法、计算机控制系统的工程设计、新型计算机控制系统和计算机控制系统的可靠性设计等[4]。

为了防止教学内容落后于时代发展，有必要充分利用网络资源，根据计算机控制技术的发展与进步，对计算机控制系统课程教学内容进行相应的不定期更新，对课程教案重新组织，尤其是计算机控制系统工程设计案例的介绍必须与时俱进。

同时，为了激发学生的专业学习兴趣，通过精品课程建设项目，尽可能建好网上教学资源，使学生可从教学网站中获取该门课程的各种学习参考资料，以满足学生多样性需求和个性化学习的要求。在教学内容的讲授中，注意介绍一些计算机控制技术的前沿研究方向及未来发展趋势。如介绍当前以计算机控制技术应用为导向的四个研究热点：复杂系统控制、网络控制、运动控制和过程控制。

2.2 教学方法的融合

将理论课教学由原来单一的“填鸭式”教学模式，转变为项目驱动式、工程案例启发式、探究式、讨论式等多种教学模式交叉融合，体现教学方法的多样性[5]。同时采取以“问题探究式”为主，其他模式为辅的教学模式，既充分发挥教师的主导作用，又体现学生的认知主体作用。

教师还应努力增强课堂教学的互动性，提高课堂教学吸引力，诱发学生的学习积极性，培养学生主动探索、主动发现问题的学习习惯。有效增加课堂内外师生间多元交流及提问机会，互相启发，激发学生创新思维的火花。

如教师在讲授计算机控制系统工程设计的原则和一般步骤时，由于实际设计过程所涉及的内容相当广泛，需要综合运用各种专业知识，学生学起来比较困难。这时，可以电阻炉温度控制系统的设计为工程案例，教师尽量用易于理解的方式和语言讲述设计问题，采用“问题探究式”教学模式，列举出其中一个个小问题，在课堂上让全体学生积极参与探索研究，并分小组讨论，最后让每个小组派一个代表上讲台阐述问题的解决思路和具体设计方案，使学生有充分表达个人想法的机会。

2.3 教学手段的多样化

为方便学生理解、消化课程中的基本知识和基本概念，提升教学效果，教师应尽量使教学手段多样化，如灵活、恰当地利用板书、多媒体课件、录像、动画等教育技术和手段，使教学形式活泼生动，使教学内容更为形象直观，更具表现力。

3 实验课教学改革

3.1 实验设备及软件工具的更新

实验设备及软件工具的更新是提高课程实验教学质量的前提条件。只有有效改善实验条件，才能改变实验项目落后、实验内容较为陈旧的现状。大力推进实验教学改革，结合实际，与时俱进，引进新的较为高端的计算机控制系统实验设备和相关应用软件，如LabVIEW，MATLAB和KingView等，以缩小实验室与工业实践的差距。此外，充分利用各种仿真软件及实验工具，发挥工业控制软件优势，对在真实设备上难以实现的实验进行仿真还原，提高实验效果。同时积极完善专业课程实验教学体系和实验室管理机制。

3.2 开发多层次实验项目

为了改变传统“重理论轻实验”的教学现状，我们积极探索学生的学习认知规律，大力进行实验教学内容改革，不断将计算机控制技术的理论和实践紧密结合。

为强化计算机控制系统课程实验教学，使学生将课堂上的理论知识有效转化为自身的感性认知，需开发新颖、有效的实验教学辅助平台增强教学效果。为配合课堂教学，注重学生对计算机控制技术知识的实践运用，应尽可能减少“照葫芦画瓢”式验证性实验的数量，开发有关计算机控制系统的综合设计性实验，拓展创新性实验等多层次实验项目，以巩固学生理论知识，培养学生的实践操作能力，提高学生发现问题、分析问题和解决问题的工程创新能力，激发学生的主观能动性和创造性思维。

4 考核方式改革

课程考核是一种激励学习的手段。课程考核应注重理论与实践结合、过程性评价与终结性评价结合，对学生进行多方面、多角度、多形式、多层次的综合评价，建立能够客观反映学生知识掌握程度与实践能力水平的科学有效的考核方式。

在对学生的专业课程考核上，应构建平时成绩与卷面考试以及实验与拓展论文等相结合的多方位考核体系，不以一次考试结果确定最终成绩，而是把考核得分点分解到平时以及实验学习过程中，不仅有卷面成绩，还要考核学生论文的写作能力。专业课程总评成绩可由平时成绩(含大作业及课程拓展小论文)、期中成绩、期末成绩和实验成绩等部分构成。适当加大实验成绩比重，减小期末考试成绩比重，增加期中考核环节。在考试题中应尽可能减少“死记硬背型”考题，增加主观性试题。

5 课程改革效果

本文所述的计算机控制系统课程教学改革举措，已在我校电气工程及其自动化和自动化两个专业的实际教学中实施了3年。根据后续调查问卷及学生反馈情况分析，改革后的课程教学由于强化了课程内容与实际控制技术应用的联系，采用了灵活有效的教学方法与手段，调动了学生的学习热情，激发了学生专业学习兴趣和自主性，学生对课程知识的理解掌握程度和学以致用能力得到了大幅度提高。大部分学生认为，该课程的学习在一定程度上帮助他们更好地完成后续专业课程设计和毕业设计等实践课程的学习，对自身工程实践能力和创新能力的培养有很大帮助。

6 结束语

笔者以现代教育教学理念为指导，分析了电气控制类专业计算机控制系统课程的教学现状及存在的问题，以学生的工程能力、实践能力和创新能力培养为目标，围绕计算机控制系统课程的理论教学与实验教学的改革创新，分别从教学内容、方法、手段及考核方式等方面进行了系统性探究，并付诸教学实践。在我校3年的教学实践中，师生反映该课程教学改革效果良好，计算机控制系统课程教学质量与水平得到有效提高，学生计算机控制系统的项目设计能力得到提升。目前，在课程教学改革措施的具体落实方面还存在一些细节性问题，尚需在后续教学实践中不断改进与完善，以便进一步提高教学质量，促进学生知识、素质与能力的全面提高与发展。

[1]邢航,张铁民.“计算机控制技术”教学改革探索与实践[J].实验室研究与探索,2007,12(6):370-372.

[2]谢剑英,贾青.微型计算机控制技术[M].北京:国防工业出版社,2001.

[3]顾德英,马淑华,孙文义.提高“计算机控制技术”课程教学质量的方法研究[J].电气电子教学学报,2009,31(6):106-107.

[4]于海生.计算机控制技术[M].北京:机械工业出版社,2007.

[5]李云霞,康波,邹见效.《计算机控制系统》教学改革思路和实践[J].实验科学与技术,2012,10(2):70-72.