计算机控制与检测课程群建设与教学实践

赵　洋

(东莞理工学院 电子工程学院, 广东 东莞　523808)



计算机控制与检测课程群建设与教学实践

赵洋

(东莞理工学院 电子工程学院, 广东 东莞523808)

以提高学生融会贯通理论知识和实践应用为目的,在深度调研自动化及相关专业核心课程之间内在联系的基础上,建设计算机控制与检测课程群。在理论教学内容、实训环节和评价体系方面进行了改革与实践。其中结合实际工程应用背景编写多项工程案例,开展多层次的实际应用能力的培养,极大地提高了学生分析和解决实际问题的能力。教学实践表明,该课程群体系的建设在学生综合能力的培养和提升方面具有重要作用。

课程群建设； 计算机控制与检测； 工程案例

随着国家经济改革进程的不断演进,当前已进入到产业结构升级调整的关键阶段。在工业4.0、工业互联网和大数据处理等多种新技术大力发展的背景下,很多企业开始进行相关设备的升级换代和知识储备,以契合降低劳动力成本、提升生产效率、改善生产流程与工艺和提高产品质量与精度的先进现代化生产目标。在此背景下,越来越多的用人单位对大学生的综合素质提出了更高的要求[1-4],特别对于工科专业的毕业生,不但要具备扎实的理论基础知识,还需要具有较好的创新能力和实践能力。因此在整个专业培养过程中要更加注重创新能力和实践能力的提升,以提高学生综合能力为导向进行相应专业课程教学模式的改革和实践,以期培养出真正受用人单位欢迎并经得起实践检验的人才。

1　计算机控制与检测课程群建设背景

目前,自动化专业课程的教学内容多以单门课程为主,对相关课程之间的衔接关系重视度较低[5-6]。以“计算机控制系统”和“PLC原理及应用”2门课程的实际教学为例,此2门课程是我校自动化等专业开设的专业主干课程,以先修课程如“Matlab原理与应用”“传感器与检测技术”和“自动控制原理”等课程为基础,并且是后续专业课程如“运动控制系统”和“高级过程控制”等课程的重要基础和先导。在专业课程体系中是联系大类平台课程和专业实践类课程的重要纽带。

但是,在教学过程中发现很多学生普遍存在专业基础知识掌握不牢、基本概念不理解、基本理论不能灵活应用等问题,即学生在学习专业基础课程时对本专业的培养目标和相关课程的应用方向以及与其他课程之间横向和纵向的联系没有较好的理解和体会[7],因此在课程体系建设上,有必要整合相关独立课程之间的关系,从教学内容、教学方法、教学质量评价等多个方面进行深入的分析和研究,建立内容更加优化的课程群教学模式。

2　计算机控制与检测课程群建设内容

2.1课程群建设指导思想及意义

计算机控制与检测课程群主要涵盖“Matlab原理与应用”“传感器与检测技术”“自动控制原理”“计算机控制系统”和“PLC原理及应用”等5门课程。此5门课程均是自动化及相关专业的核心课程,其中前3门课程为专业基础课程,后2门为专业主干课程,以被控系统为研究对象,延伸展开可从控制系统的构成环节、控制系统控制器的分析设计、控制系统控制器的实现方法、控制系统的工程化应用和控制系统运行仿真与效果评价等5个方面完整地研究一个控制系统。这5个方面分别与本课程群内的5门课程一一对应,即“传感器与检测技术”主要解决控制系统构成中反馈的问题、“自动控制原理”主要解决控制器的分析与综合问题、“计算机控制系统”主要解决控制器工程实现问题、“PLC原理及应用”从控制系统在工业应用的角度给出具体的解决方案、“Matlab原理与应用”可以实现控制系统的仿真和控制效果的分析与评价。本课程群内知识结构体系与每门课程教学内容的侧重点如图1所示。

图1　计算机控制与检测课程群知识结构体系示意图

由图1可以看出,此5门课程在理论上存在相互支撑的关系,各门课程的基础内容联系紧密,具有天然的群类关系[8-10]。因此以提高学生实际应用能力为教学目标,整合课程间教学内容设置、加强实训环节等方法进行课程群建设的教学改革与实践具有重要研究意义。

2.2课程群建设方法与内容

(1) 计算机控制与检测课程群以培养学生解决工程实际对象、设计调试控制系统和分析与优化控制任务的工程实践能力和创新能力为目标。基于该培养目标的知识、能力和素质要求,设定计算机控制与检测课程群内各课程的具体课程标准。针对课程群内每一门课程优化设计教学内容,使得整个课程群内不同课程的教学内容之间的安排与配合更加合理,并根据优化后的教学内容制定相应的课程标准和课程教学大纲,帮助学生在单门课程的学习过程中逐渐建立本专业核心内容的全局观。

(2) 优化课程群内每门课程的理论教学内容、合理整合不同课程之间教学内容的设置与安排、合理分配理论教学和实践环节的学时比例、设计更加合理的实验内容,以及编写并完善课程教学大纲、实验指导书和课程项目任务书[11],使学生能较快掌握相关实验设备的操作方法,并通过具体的实验内容加深对授课内容的理解；设计新颖的且与地方产业特色密切结合的课程项目,使学生通过课程项目的训练能在创新能力和实践应用能力方面有较大提升；开发覆盖课程群内所有相关课程重要知识点并与实际应用紧密结合的工程案例,学生在学习完课程群内所有课程之后,通过该工程案例的训练,进一步提升专业知识的实践应用水平[12]。

(3) 建立完善的课程教学评价体系,主要从理论学习和实践应用两方面进行评价,并突出实践环节所占的比重。课程群内专业基础课程和专业主干课程的理论学习评价方法主要通过课程大作业、期中和期末的2次阶段考试测验进行,内容侧重于基本理论和概念的掌握。实践应用方面的评价分为实验环节和创新型课程项目(三级项目)环节两个方面。实验环节侧重于考查学生对本门课程基本概念、基本方法以及实验结果分析的掌握,主要通过实验报告来评价；创新型课程项目环节主要考核学生解决实际问题的能力,针对具体的被控对象,仅提出控制目标,要求学生自主设计具体的控制方案，然后构建软硬件系统,并对实际系统运行效果进行合理的分析与评价,主要通过课程设计报告、所设计系统的运行效果来进行评价。对课程群教学的整体效果评价主要采用综合应用案例(二级项目)来进行,以此来扩大学生的视野、提升学生的学习兴趣与热情,使学生能够更好地了解所学知识与生产实际相结合的方向与方法,并在提升学生的学习层次的同时努力培养工程师所具有的相关专业素质。学生在完成综合案例任务时需要调动课程群内所有课程的重要知识点,因此可以很好地检验学生对专业基础课和专业课程的整体把握和系统观点。

计算机控制与检测课程群建设内容和体系如图2所示。

图2　课程群建设内容和体系

3　实施效果

本课程群教学模式已针对我校2011—2013级的学生开展多次实践,并根据每届学生的实践结果不断反馈优化、逐步完善。其中,以二级项目和三级项目为主的学生实践能力培养和考核方式受到了学生的广泛欢迎,普遍认为通过这样的以实际工程项目为背景的训练,对学生掌握基础知识和联系理论与实际的能力有极大的帮助。本课程群三级项目和二级项目的具体内容和所覆盖的知识面如表1和表2所示。

表1　三级训练项目内容及知识点

表2　二级训练项目内容及知识点

根据表1和表2的内容可以看出,二级和三级项目中的每个题目均很好地覆盖了课程群内多门课程的相关知识,极大地提高了学生将不同课程的知识连贯起来综合应用的能力。

此外,还鼓励学生在本课程群学习过程中积极参与各种竞赛,从而更好地锻炼自己的理论分析和实际动手解决工程问题的能力。其中,我校2012和2013级2届的学生分别参加西门子杯全国工业自动化挑战赛,取得了非常好的成绩。具体参赛内容和涉及的知识结构如表3所示。

表3　学生竞赛内容及知识结构

4　结论

计算机控制与检测课程群建设是在深入调研学生学习中遇到的问题,并梳理自动化专业核心课程之间的关系后优选出相关课程和知识体系后开始实施的。在面向连续3届学生的实践过程中不断总结和吸收学生的反馈意见,得出以下结论:

(1) 本课程群内所涉及的课程属自动化及相关专业核心课程,经优化整合教学内容后,学生对于基础知识的牢固掌握和课程内容的衔接方面有明显提高。

(2) 结合实际工程背景并综合课程群知识体系所编写的二级项目和三级项目案例受到学生的普遍欢迎。学生在经过多次的实践训练后,分析解决实际问题的能力显著提升,并且对本专业所学内容和未来工作中的应用方向有了更清晰的认识和把握,极大地提升了学习兴趣和自主学习的热情。

(3) 教学过程中积极鼓励学生参加各种竞赛,为更好地检验学生的学习效果提供了帮助。学生在参与竞赛的过程中更加深化和巩固了对相关知识的掌握,并很好地培养了团队合作精神,为以后在工作岗位上更好地发展打下坚实的基础。

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

广东省高等教育教学改革项目(粤教高函〔2015〕173号)；东莞理工学院教育教学改革与研究项目(莞工教(2014)1号)

赵洋(1981—),男,山西太原,博士,副教授,研究方向为工业自动控制、控制理论与优化算法.E-mail：simonzhaoyang@163.com

G642.0

A

1002-4956(2016)10-0209-04