智能控制实用设计课程的开设

张锡民

摘 要 在基本教学理论指导下，开设智能控制实用设计课程，充实教学内容，改善教学软硬件条件，完善教学手段，努力通过多种媒介和教学方法提高学生的学习兴趣，锻炼学生的动手能力，培养学生自主学习和创新的思维习惯，增强课程教学效果。

关键词 智能控制实用设计课程；实践教学；实践类公选课

中图分类号：G642.3 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2016）06-0143-02

1 课程开设背景

国内已开设实践类公选课的学校和课程并不是很多，设置教学内容的综合性、设计性、创新性需要进一步改进。智能控制设计是新开设的一门公共选修实践课。当前在课堂教学中，由于实验设备的局限，验证性实验仍然占有较大比重。学生除了完成验证性的实验实例之外，自己独立设计的内容不是很多。而在公共选修实践课中，教师通过讲授、实验演示、验证实验等方式让学生对实验对象产生兴趣，激发学习动力。学生在经过具体实用事例的学习，具有一定的知识储备后，根据具体的实用要求，完成创新性的设计。在做独立实验解决具体问题的过程中，教师在学生探索困难时进行辅导，学生可以发现各种问题和困难，培养创新的意识和能力。

2 课程开设目的

本课程建设最终以培养学生高素质的工程应用能力为目标，通过教师带教、学生动手探索并不断交流的教学过程，争取达到良好的教学效应。

完成突出综合性、设计性、创新性的教学内容的丰富和整合，优化实践教学资源的配置 完善既和理论课相联系，又给学生自由探索实践空间的课程内容。设置讲授、验证性实验、程序设计等多种综合教学方式，启发和引导学生。

形成以设计任务为导向的学习模式 由于平时的教学内容是分散的知识和理论，学生很少有机会能够把各项知识综合起来。学生通过一个实用的设计任务，去学习和掌握各项软硬件知识，激发学习兴趣。同时引导学生根据不同的设计任务完成不同的学习，以生产生活中的实际任务要求启发学生对创新性设计做出思考。

形成以团队完成创新性的设计任务 鼓励学生以团队为单位，认真讨论，寻找创新的设计内容和方法。同时教师积极引导，合理设置任务难度。既鼓励学生不断探索，同时帮助他们，培养解决问题的能力和战胜学习困难的素质。

3 课程建设

实践教学队伍建设 实训中心的电工电子教研组中对青年教师采取以老带新的方式，让经验丰富的教师指导帮助年轻教师在实践中学习和研究教学理论；同时定期组织集体的说课和研讨活动，互相交流教学体会，促进教学质量；部门邀请国外专家，多次举办讲座，拓宽青年教师的眼界，提高青年教师的学识和能力；鼓励教师在完成现有教学的情况下，积极深造；激励教师积极开展科研活动，参加学术研讨活动。在机器人造型与设计实验室采用现场PPT教学，把分析对象直观地表现在学生面前。鼓励教师将PPT讲解和实物演示结合起来，让学生通过各种媒介深入浅出地学到知识，提高教学质量。

课程建设内容 在实训现场采用交互式教学。在关键知识点的讲授之后，发挥学生学习的主动性，以学生实验探索为主，采用现场启发式案例教学。1992年，美国学者舒尔曼（Shulman）曾指出，案例教学是“教育学的方法与教学案例的联合应用”[2]。在实践现场以加工机器人的运动实例，结合一个PLC的综合性、具体形象的应用案例，讲解PLC的原理和应用。

以建构主义的观点来看，学生的学习是情境性的主动建构的过程，是自身主体实践体验和不断反思的过程，是不断和周围环境信息交流的过程[2]。强化工程实例认知学习的情境包括：1）以丰富的实践教学环节加强培养学生的动手能力，通过PLC综合实验台了解PLC工作的原理和接口，进行简单的程序设计；通过加工机器人的运动实例，了解PLC在工业控制中的应用；通过实际的PLC接线，了解PLC在工作现场中的应用；2）通过三维滑台、PLC实际控制系统的搭建原理的学习，使学生了解简单控制系统的组成与接口技术，熟悉PLC的工作原理与接口技术。通过教师和学生、学生和学生在实例认知学习这个情境中的不断交流，设计实践和设计的教学内容，从而增加学生的体验和反思[2]。

促进学生进行探索式的学习，由被动的知识接受者转变为学习过程中的研究者和探索者，提升学生学习的主动性和创造性。首先由教师提出问题和任务，学生进行思考并搜集信息，不断研究和解决问题，最后对问题和任务进行总结，并提升到理论结论[2]。举例来说，在启发式案例教学后，给学生布置一个简单PLC小制作的设计任务，引导学生自主设计任务的内容，教师提供开放、创新的实训环境，并和学生不断交流。在完成任务过程中，督促、引导学生自主学习，增强探索思辨的能力，培养学生应对真实岗位的实践能力。学生以小组为单位，完成一个以工业现场可编程控制的简单控制装置，并对控制装置做出原理的说明。教师的教学重点从每一项具体知识的讲授，转变为合理任务的设计、探索方法的介绍，以及对学生出现困难时的辅导，并对探索的进程进行引导和督促。探索式学习容易实现，模式简单，能够培养适应社会经济转型发展的创新型人才[2]。

以激发学生的积极性和培养学生的学习能力作为课程建设的核心，提供给学生自由创新的环境，提出适当的要求，督促他们在团队中积极合作。通过各个教学环节的设置，培养学生的创新能力，拓宽他们的知识面。

课程建设教学条件 本项实践教学在机器人智能控制及功能设计实验室和可编程控制器实验室中教学。机器人智能控制及功能设计实验室中建立了多媒体教学内容、三维运动控制实验平台。多媒体教学内容可以在现场把理论知识和器件原理直观地表现出来，满足教师的教学需求和学生的学习需要。三轴运动控制实验平台提供了典型的工业造型的控制应用，生动地让学生了解到控制系统的用途。控制平台和伺服系统提供了实例和学习对象，有助于学生以应用为出发点，综合性地学习有关知识。三轴运动控制实验平台如图1所示。

实践和观察得来的直接经验充分满足了学生的兴趣和动机，强化了学生作为学习者的主体地位。把学科知识和学生的主观感受更好地结合起来，把理论和讲解转变为具体的应用和社会价值，从而把学生的学习和社会现实更紧密地联系起来，有利于学生更好地掌握知识，应用知识服务社会。在进行经验教学内容的过程中，需要强化系统知识的学习，提出和观察实践对象相关的系统理论知识，并采用问题和任务等形式督促学生进行总结提升。对教学活动进行妥善安排，确保配合的相关理论知识的学习时间，防止学生沉醉于实践操作之中，缺乏必要的思维和总结过程，由偶发的思维所驱动，不能获得应有的系统知识[2]。

教学的方法和手段 智能控制实用设计是一门实践类的公共选修课，面向不同学科、不同专业的学生开设。通过20个学时的教学，完成实验验证、工业控制实例认知学习和实用简单设计的任务。通过多种媒介的教学资源，培养学生的创新能力、实践能力和综合设计能力。

以建构主义教学论为指导组织公选课的教学活动，“一门课程的核心内容允许被固定”[2]，介绍课程的背景和社会价值，促进学生的学习目的；介绍课程的基本理论和基本应用，帮助学生熟悉和掌握知识体系，避免自学的困难。如果仅仅依靠学生自身的兴趣和努力，总体上常常达不到应有的效果。同时课程“似应留有较大的允许改变和补充的空间”[2]，提供学生和教师更多的机会，把自身的构想和体验投入到教学活动中去，从而达到更好的学习效果。在掌握基本理论和基本应用之后，要求学生根据自己的观察和体会，设计完成一个在生产生活中有实际应用价值的设计。着重从以下几个方面做出改进。

1）充实有关学科背景和应用的教学资源。兴趣是最好的老师。强化背景知识的介绍，培养学生的学习兴趣，把以教师为中心的课堂教学转化为以学生为主体的学习过程。教师设置好学习和实践的范围对象后，提供必要的实践环境和条件，鼓励引导学生发挥主观能动性，增强学生自我获取知识的能力。

2）增强设计实例教学。利用多媒体设备、示教装置和模拟实例实验装置，实现多控制功能的实例教学。突破现有仪器设备的限制，在节省学习时间的同时拓宽知识面。

3）合理评价实践学习效果。综合考虑学生平时的学习情况和最终的学习效果给出学生的评分。最终学习效果以学生的总结报告和答辩情况来衡量，答辩以学生回答问题时表现出的掌握知识的熟练度和深度来考核，尽量减少教师的主观性。

4 结论

实践类公选课是理论基础课的有益补充。在智能控制实用设计课程教学中，应不断促进学生、教师的良性互动，发挥教学管理制度的规范作用，以基本的教学方法为准则，不断完善教学条件，丰富教学内容。采用案例法、探索法等教学策略，加强学生的主体学习地位，培养学生理论和实践的结合能力、综合分析和解决问题的能力、服务社会经济发展的能力，让学生学得更有兴趣，效果更好，不断切实提高课程的价值。

参考文献

[1]熊匡汉.关于大学选修课质量及其影响因素的调查研究[J].高教探索，2006（6）：51-54.

[2]马开剑.大学教学论基础[M].济南：山东大学出版社，2011.

[3]罗福午，于吉太.以现代工程为背景，进行生动有效的工程教育[J].高等工程教育研究，2004（2）：51-54.