计算机控制技术实验教学方法的改革与探索

李　敏，陈丽霞，董小平

(1.河北大学 电子信息工程学院，河北 保定 071002；2.河北大学 光伏技术虚拟仿真实验教学中心，河北 保定 071002；3.河北大学 质量技术监督学院，河北 保定 071002)

在互联网技术飞速发展的今天，网络学习平台以优质的教学资源和开放的教学环境改变了传统的教学方法和学习方式，为学生提供了一个新的个性化的开放的学习环境.在这种大背景下，计算机控制作为高等学校电气信息类、机电类等专业的必修理论课，其实践环节计算机控制实验如何借助互联网的力量打破传统教学方式的壁垒，适应新的时代背景，实现多元化开放式的教学模式成为需要不断思考的问题.本文以综合设计型实验——带声音提示秒表的仿真设计为例，介绍了河北大学电子信息工程学院在计算机控制实验教学方面的改革与探索，以期能结合自身特点引入新型的教学方法提高学生学习能力，进一步推进“互联网+”背景下数字信息技术与专业实验教学的深度融合.

1　计算机控制实验教学目前存的主要问题

1.1　学生缺乏工程项目“系统级”设计目标的观念

在开设本实验课程前，学生已完成电路原理、模拟电路技术、数字电路技术、单片机原理、C语言程序设计、EDA技术、传感器原理及应用等基础和专业课程，应具备硬件电路设计如电子设计中元器件的识别和使用、原理图的绘制、电路故障分析能力、本专业中应用仪器仪表等能力.但事实上绝大部分学生将各门课程之间的相互联系割裂，不能将所学知识融合到一起完成项目的系统设计，学生感觉学完了没有什么大的收获，似懂非懂，老师也觉得非常吃力.这与工科学院的培养目标和卓越工程对应用型人才的要求相违背.

1.2　学生缺乏建立“自主实践”的观念

工程项目的完成不能纸上谈兵.绝大部分的学生都能通过理论和实验的考试，甚至取得高分，但是绝大部分的学生却不具备独立完成一个功能简单的设计作品的能力.很多学生习惯被动听从安排却不主动思考，习惯依赖老师的理论灌输和实践指导.应用型的人才不能仅从理论上考核，不能仅仅满足于学生毕业设计最后完成的一个实践作品.对于一个以培养应用型人才为导向的专业，学生在大学的四年仅仅完成一个毕业设计作品是远远不够的.

2　实验教学方法改革与探索

随着国家对新工科概念的提出，我院工程认证的进一步推进，有必要结合影响实验教学的各要素，理清实验项目内涵，把实验项目建设成既相对独立、又有机衔接的实验教学单元，逐步建立完善的实验项目评价标准，引领实验项目的建设方向[1].这里关于实验项目的评价体系，立足于实验项目本身，从实验项目的设置、新的教学方法和学习方式引入、对学生完成项目的评价等方面体现.

2.1　以工程项目系统设计为主线，模块化设置实验项目

实验课程的教学内容由实验项目组成，实验项目是实验教学内容的主体，是实验教学的出发点.因此，实验项目是训练学生实验技能的重要载体，对培养学生的实验能力、合作能力及创新思维等起到了重要作用.对于任何一门实验课程而言，实验项目都有着举足轻重的地位[1].

未来对电子专业学生的要求是重基础和宽专业，重基础，即要具备扎实的理论知识；宽专业，即要具备能系统运用理论知识解决实际工程问题.充分利用实验实践设计的环节，以学生所掌握的知识点为基础，以小的项目实现为导向，充分培养学生“系统级”的设计能力，即“搭积木的能力”，这个过程是对基础知识考核和分析能力提高的过程.

以综合设计型实验项目“带声音提示的秒表”设计为例，其系统功能模块如图1所示.根据系统功能模块设置四个独立的实验项目，微型机的最小系统是所有控制系统的核心部分，为掌握这部分的功能设置了二极管的发光控制实验，仿真电路如图2(a)所示；为了掌握按键控制和数字显示设置了按键控制数码管实验和百位计数器实验，仿真电路如图2(b)和(c)所示；为了掌握蜂鸣器的应用设置了按键控制蜂鸣器实验，仿真电路如图2(d)所示.将这四个实验项目独立完成后进行整合，以搭积木的方式完成带声音提示的秒表系统仿真设计，仿真电路如图3所示.根据仿真结果，进行电路板的焊接和软硬件联合调试，直至完成带声音提示的秒表的实物设计.

图1　“带声音提示秒表”系统功能模块图

图2　带声音提示秒表系统功能模块电路仿真图

图3　带声音提示秒表系统电路仿真图

2.2　以学生主动思考为中心，引入新的教学方法

2016年我院获批国家级虚拟仿真实验中心，依托该项目我院建立了河北大学“渥课虚拟仿真与教学管理平台”，为我们进行教学改革引入新的教学方法提供了新的平台.教师课前完成SPOC(Small Private online Course，小规模限制性在线课堂)录制[2]，其内容主要包括实验项目的理论知识点，重点难点如何实现，将其上传至“渥课虚拟仿真与教学管理平台”，供学生预习使用.学生可结合实验任务先观看教师上传到网站上的SPOC，针对实验项目更加明确对不同知识点难易程度的掌握，根据不同学生对实验内容掌握情况的不同，让学生带着问题进课堂，将主动权交给学生，老师只负责解决学生之间经过研讨也不能解决的问题，并采用循序渐进的教学方法.最终，以实验项目为导向，以虚拟仿真平台为载体，将所学的理论知识和最新的数字电子技术“虚实”结合，完成系统级的设计[3].事实证明，在教学的主要过程，以学生主动思考为中心的教学思路和教学方法，充分发挥了学生的主观能动性和培养了学生的工程设计意识.

2.3　以虚拟仿真平台为载体，结合多种渠道完成系统设计

以传统实验课的课堂时间进行实验项目的问题研讨，借助实验室和创新实训基地的硬件设备完善项目，进行逐步调试.利用实验室的开放时间，计算机控制技术实验室除开课外的工作时间全天开放，学生可预约.借助虚拟仿真平台，学生能够不受时间地点的限制参与实验项目.

2.4　以学生的实际接受能力为依据，实现实验项目的分阶段分层次多方位考评

针对实验课程的考核，如果仅以期末考试成绩一锤定音的方式，事实证明大部分同学平时不重视学习，期末突击学习.同时，这种考核方法缺乏应用性和综合性，无法反映出学生的实践水平，也不符合应用型人才的培养目标.

针对以上普遍存在的实际情况，在实验实践考核方式上尝试使用分阶段、分层次、多方位实践考核方案[4].分阶段是指总的实践考核成绩来自于本门课程在各个实验项目环节中进行的各阶段成绩.多方位是指每个阶段的成绩来自实验过程中的多个方面，主要包括实验报告书写是否清楚规范，论述是否全面，层次是否分明，是否有完整的程序框图、程序说明及程序清单，对出现的问题、现象及故障分析是否清楚完整并能正确解决；实验数据资料是否正确完整；实验电路原理图是否正确，实验电路连接是否正确，实验结果是否达到预期效果；实验综合设计与创新能力；团结协作能力.分层次是指根据学生对不同实验项目的接受能力分出不同层次，保证层次低的同学扎实掌握基础实验内容，层次高的同学在完成基础项目后可通过选做项目提高实验分值.考核内容以综合实验项目“带声音提示的秒表”中的“按键控制数码管显示实验”模块为例，如表1所示.

表1　实验项目评分表

3　结论

在计算机控制实验教学过程中，在虚拟仿真与教学管理平台引入SPOC教学，便于学生灵活运用时间完成实验项目知识点预习；利用Proteus仿真软件，便于学生在不受实验室开放时间限制的情况下，不需硬件支持也能完成实验项目的仿真设计；完善细化实验项目的评价体系，有利于学生有针对性完成实验内容.实践证明新的教学方法的引入，既能降低实验成本，减少实验操作时间，又利于调动学生学习积极性及主观能动性，更有利于学生在后续的课程设计中完成实物设计，拓展其知识面，提高其解决问题的能力和动手能力.

参考文献：

[1]蔡建秋，金清理，李士本，等.构建实验项目评价机制推动实验教学改革[J].实验技术与管理，2013，30(7)：150-152.

[2]江毅，何晓萍.SPOC应用于课堂教学的SWOT分析[J].软件导刊(教育技术)，2015，(1):78-81.

[3]周晓华.应用可编程片上系统技术优化电子专业实验课教学[J].职业技术，2012，(6):80.

[4]初红霞，谢忠玉，王希凤，等.“计算机控制技术”课程实验教学模式改革探讨[J].中国电力教育，2013，(11)：87-88.