融合知識(shí)網(wǎng)絡(luò)與認(rèn)知結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)教學(xué)初探

閻高偉 鄭 晟 李國(guó)勇 賈敏智

太原理工大學(xué) 山西太原 030600

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融合知識(shí)網(wǎng)絡(luò)與認(rèn)知結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)教學(xué)初探

閻高偉 鄭 晟 李國(guó)勇 賈敏智

太原理工大學(xué) 山西太原 030600

摘 要：針對(duì)學(xué)生知識(shí)碎片化現(xiàn)象，建立了自動(dòng)化專業(yè)的知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程教學(xué)中探索了知識(shí)關(guān)聯(lián)教學(xué)策略的應(yīng)用與實(shí)踐，幫助學(xué)生建立和優(yōu)化自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高學(xué)生解決復(fù)雜問(wèn)題的綜合能力與素質(zhì)。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)控制；知識(shí)網(wǎng)絡(luò)；認(rèn)知結(jié)構(gòu)；知識(shí)關(guān)聯(lián)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新興技術(shù)層出不窮，物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)4.0、智能制造等，對(duì)自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)提出了更高的要求。面對(duì)各種各樣的新興理論和技術(shù)，在總學(xué)時(shí)固定的情況下，如何在有限的時(shí)間內(nèi)提高學(xué)生的能力是一個(gè)值得深思的問(wèn)題。一方面需要在各門課程中夯實(shí)知識(shí)基礎(chǔ)；另一方面要在課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)要素的融合貫通能力，使學(xué)生的知識(shí)形成網(wǎng)絡(luò)，從而提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合利用能力。為達(dá)到這一目標(biāo)，需選擇一些關(guān)鍵性的節(jié)點(diǎn)課程，發(fā)揮課程自身的特點(diǎn)，強(qiáng)化橋梁作用。

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是很多高校自動(dòng)化專業(yè)都開設(shè)的一門專業(yè)課程，該課程融合了模擬電子、數(shù)字電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)及接口技術(shù)、自動(dòng)控制理論、電力電子技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)通信等多門課程的知識(shí)，具有涉及知識(shí)廣、綜合性強(qiáng)及理論和實(shí)踐并重的特點(diǎn)，如果能充分發(fā)揮該課程的作用，將有助于為學(xué)生架起知識(shí)的橋梁。但在實(shí)際中學(xué)生普遍反映該課程難學(xué)，難以達(dá)到設(shè)置該課程的初衷和目的。正確處理本課程與其他課程的關(guān)系以及它們之間的內(nèi)在聯(lián)系，形成完整而系統(tǒng)的知識(shí)體系，是本課程的主要作用之一［1］。為此，我們從知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的角度對(duì)自動(dòng)化專業(yè)的課程進(jìn)行分析，從有利于形成網(wǎng)絡(luò)化認(rèn)知結(jié)構(gòu)的角度對(duì)課程教學(xué)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，以期獲得較好的教學(xué)效果，為新時(shí)代特點(diǎn)下的教學(xué)提供有益的思考。

1　計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程特點(diǎn)和教學(xué)中的問(wèn)題

1.1計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程的特點(diǎn)

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程具有如下特點(diǎn)：課程外延廣泛，從現(xiàn)有的教材和教學(xué)內(nèi)容來(lái)看，涉及的知識(shí)點(diǎn)多而雜，大都包含了通道硬件組成、人機(jī)接口、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)處理、控制理論、控制算法、軟件編程等內(nèi)容。上述內(nèi)容相互交織，過(guò)渡銜接連貫性較弱。從事過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā)工作的人很清楚是利用上述知識(shí)組成一個(gè)系統(tǒng)，但對(duì)于沒(méi)有實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生來(lái)說(shuō)卻表現(xiàn)為相互矛盾的第二個(gè)特點(diǎn)，即本身要形成系統(tǒng)的課程，卻因內(nèi)容跳躍性強(qiáng)，造成學(xué)習(xí)的系統(tǒng)性較差的特點(diǎn)。此外，該課程還有硬件、軟件、理論和算法多能力要素相結(jié)合的強(qiáng)實(shí)踐性特點(diǎn)。有研究指出，該課程的掌握需要學(xué)生有良好的基礎(chǔ)、嚴(yán)密的思維、較強(qiáng)的實(shí)踐能力和系統(tǒng)解決問(wèn)題的能力，反過(guò)來(lái)思考一下，該課程的設(shè)置正是為了提高學(xué)生的上述能力［2］。

1.2計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程教學(xué)的問(wèn)題

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程在教學(xué)過(guò)程中存在較多問(wèn)題，已經(jīng)有很多文獻(xiàn)進(jìn)行了總結(jié)和分析，其中有：課程涉及的內(nèi)容很多，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)類型多，在課堂上全面介紹很困難［3］。課時(shí)短學(xué)時(shí)較少，較多時(shí)間用在了理論和方法的學(xué)習(xí)上，制約了學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力［1］。多學(xué)科多課程交叉、實(shí)踐性很強(qiáng)的課程需要學(xué)生有較強(qiáng)的綜合能力，但學(xué)生缺乏解決實(shí)際問(wèn)題的綜合能力的問(wèn)題［3］。注重理論知識(shí)教學(xué)，不注重學(xué)生實(shí)踐方面的培養(yǎng)造成理論與實(shí)際生產(chǎn)脫節(jié)的問(wèn)題［4］。沒(méi)有對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行完整的、系統(tǒng)性地梳理［4］。先學(xué)課程學(xué)習(xí)中忽視動(dòng)手能力的培養(yǎng)，及缺乏相應(yīng)的工程實(shí)踐機(jī)會(huì)，從書本中找答案，不能靈活應(yīng)用知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題［1］。實(shí)驗(yàn)設(shè)備落后，實(shí)驗(yàn)時(shí)間少，軟硬件基本脫節(jié)，限制了學(xué)生自主動(dòng)手設(shè)計(jì)能力的訓(xùn)練，理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)不能有機(jī)結(jié)合［1］。

上述問(wèn)題普遍存在，但筆者認(rèn)為教學(xué)過(guò)程中沒(méi)有很好的建立知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，所形成的知識(shí)點(diǎn)孤立是一個(gè)重要的問(wèn)題。舉例來(lái)說(shuō)，學(xué)生都學(xué)過(guò)總線、地址，但在過(guò)程通道中，卻難以將IO編程時(shí)指令的操作地址與硬件的地址有機(jī)聯(lián)系起來(lái)。學(xué)生雖然知道PID算法的幾種表示形式，但卻不知道如何數(shù)字化并編程實(shí)現(xiàn)。從知識(shí)點(diǎn)的角度而言，這些要素在以前的課程中都介紹過(guò)，而學(xué)生卻難以解決上述問(wèn)題。造成這些問(wèn)題的主要原因是忽略了知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系。

2　基于知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化專業(yè)知識(shí)體系分析

學(xué)生綜合應(yīng)用的能力很大程度上依賴于知識(shí)的聯(lián)系，有經(jīng)驗(yàn)的人可無(wú)意識(shí)地勾勒出一個(gè)復(fù)雜的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，把概念、原理、部件、理論、算法和程序等要素有機(jī)聯(lián)系起來(lái)，但學(xué)生尚缺乏這種關(guān)聯(lián)能力。為了給學(xué)生提供一個(gè)清晰的知識(shí)脈絡(luò)和關(guān)于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，本文首先從知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的角度對(duì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程及自動(dòng)化專業(yè)知識(shí)體系進(jìn)行分析。

知識(shí)網(wǎng)絡(luò)最早是由現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)家E.加涅提出［5］，目前已經(jīng)常出現(xiàn)于各類研究和應(yīng)用中。本文考慮知識(shí)與知識(shí)之間的網(wǎng)絡(luò)［6］，基于高等教育中自動(dòng)化專業(yè)本科知識(shí)體系，將知識(shí)體系中的課程內(nèi)容進(jìn)行分解，選取了合適的知識(shí)內(nèi)容定義為節(jié)點(diǎn)，以先學(xué)關(guān)系為基礎(chǔ)構(gòu)建了符合專業(yè)知識(shí)內(nèi)在規(guī)律的有向知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)包含自動(dòng)化本科專業(yè)常見的37門課程、287個(gè)知識(shí)單元、1 422個(gè)知識(shí)點(diǎn)，現(xiàn)階段提煉出4 988條知識(shí)關(guān)聯(lián)。所建立的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

圖1　自動(dòng)化專業(yè)知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)

可以看出，自動(dòng)化專業(yè)的知識(shí)點(diǎn)之間存在著廣泛的聯(lián)系，相應(yīng)的知識(shí)單元和課程也交互聯(lián)系，共同形成了自動(dòng)化本科專業(yè)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。如果從系統(tǒng)論的角度分析，學(xué)生在大學(xué)階段所形成的控制學(xué)科的認(rèn)知結(jié)構(gòu)看成一個(gè)知識(shí)系統(tǒng)，各門課程的認(rèn)知結(jié)構(gòu)就是知識(shí)系統(tǒng)的子系統(tǒng)，各門課程之間互相聯(lián)系、交織影響，形成該專業(yè)的整體認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

可以采用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的方法對(duì)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，獲得知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的特性。這里我們重點(diǎn)關(guān)注知識(shí)點(diǎn)的入度值和出度值。每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的入度表示的是當(dāng)前知識(shí)點(diǎn)需要學(xué)習(xí)的先行知識(shí)點(diǎn)的數(shù)目，入度值大則表示該知識(shí)點(diǎn)受到多個(gè)先學(xué)知識(shí)點(diǎn)的影響，是對(duì)先學(xué)知識(shí)點(diǎn)的綜合。出度值大則表示后續(xù)的許多知識(shí)點(diǎn)會(huì)用到該知識(shí)點(diǎn)的知識(shí)，如果該知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)不好會(huì)對(duì)后續(xù)的知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)產(chǎn)生較大影響。通過(guò)對(duì)所建立的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程的標(biāo)準(zhǔn)化后的入度為8.160 6，在37門課程中的入度值排序?yàn)?，僅次于運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，充分體現(xiàn)了該課程的綜合性和橋梁性的特點(diǎn)。由此可以看出該課程對(duì)學(xué)生形成關(guān)于自動(dòng)化專業(yè)的整體認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)的重要性。

3　基于認(rèn)知結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程教學(xué)策略

3.1計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的認(rèn)知結(jié)構(gòu)分析

狹義地看，認(rèn)知結(jié)構(gòu)是學(xué)習(xí)者在某一特殊知識(shí)領(lǐng)域內(nèi)的知識(shí)的內(nèi)容和組織［7］。通過(guò)新舊知識(shí)反復(fù)同化，最后形成一個(gè)綜合貫通的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)［8］，教學(xué)過(guò)程中有目的地引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建良好的學(xué)科認(rèn)知結(jié)構(gòu)，有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握、記憶和應(yīng)用，構(gòu)建良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的核心［9］。

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的認(rèn)知結(jié)構(gòu)首先包括課程知識(shí)內(nèi)容在頭腦中的反映，即有關(guān)的基本概念、設(shè)備元件和理論算法在學(xué)生頭腦中的映射。其次是建立在上述內(nèi)容基礎(chǔ)上的知識(shí)組織結(jié)構(gòu)，把相關(guān)知識(shí)點(diǎn)組合成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的內(nèi)在邏輯聯(lián)系，它是一個(gè)立體的結(jié)構(gòu)，而不是接口、元件、理論和算法的簡(jiǎn)單堆砌，應(yīng)當(dāng)是依據(jù)各知識(shí)點(diǎn)之間的層次關(guān)系、內(nèi)在聯(lián)系和邏輯順序形成的結(jié)構(gòu)層次分明、脈絡(luò)清晰和聯(lián)系緊密的知識(shí)體系。上述聯(lián)系中還包含著各知識(shí)點(diǎn)為什么聯(lián)系、如何聯(lián)系、聯(lián)系的內(nèi)涵等深層次內(nèi)容，從而可以升華為關(guān)于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成和相關(guān)技術(shù)應(yīng)用的一般規(guī)律及其基本思想方法在學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的合理映射，形成學(xué)生利用計(jì)算機(jī)及控制理論解決工程問(wèn)題的能力。

對(duì)于學(xué)生而言，這一認(rèn)知結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)是多層次立體的網(wǎng)狀知識(shí)體系。表現(xiàn)為從元件、模塊、單一控制器和分布式控制系統(tǒng)逐級(jí)遞升的認(rèn)知層次，而每一層、不同層都有相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)連接關(guān)系。通過(guò)知識(shí)點(diǎn)的連接形成知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)作為固著點(diǎn)，接納新的知識(shí)，能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系，順暢地過(guò)渡到其他節(jié)點(diǎn)，并由節(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系派生出不同問(wèn)題的解決方案，進(jìn)一步豐富網(wǎng)絡(luò)連接，加強(qiáng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)不是該專業(yè)的第一門課程，學(xué)生在前期已經(jīng)形成了關(guān)于本專業(yè)的一些認(rèn)知結(jié)構(gòu)。由于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的綜合及橋梁特點(diǎn)，需要在前期形成的認(rèn)知結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行認(rèn)知結(jié)構(gòu)的提升和系統(tǒng)化，從而加強(qiáng)與其他課程知識(shí)的聯(lián)系，通過(guò)同化和順應(yīng)與其相互作用， 使認(rèn)知結(jié)構(gòu)得以擴(kuò)大、重組和優(yōu)化，逐漸形成健全和完善的學(xué)科認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

3.2基于知識(shí)關(guān)聯(lián)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程教學(xué)

學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程就是專業(yè)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的編織的過(guò)程，也是關(guān)于課程和學(xué)科知識(shí)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的擴(kuò)充、深化和豐富的過(guò)程，為了幫助學(xué)生建立自己的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)形成良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，我們遵循的原則是在基本認(rèn)知結(jié)構(gòu)框架的基礎(chǔ)上通過(guò)知識(shí)關(guān)聯(lián)來(lái)加強(qiáng)概念同化。

3.2.1建立計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的認(rèn)知結(jié)構(gòu)框架

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是一門高度綜合的課程，是元件與設(shè)備、設(shè)備與系統(tǒng)、硬件與軟件、強(qiáng)電與弱電、理論與算法及算法研究與程序?qū)崿F(xiàn)的結(jié)合。需要用到以前多門課程的知識(shí)。如果從知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的角度來(lái)看，有了相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)并建立的連接關(guān)系，應(yīng)該是體現(xiàn)了認(rèn)知結(jié)構(gòu)及其框架性。但是在知識(shí)網(wǎng)絡(luò)中眾多知識(shí)點(diǎn)之間相互連接，錯(cuò)綜復(fù)雜，學(xué)生難以理清頭緒，利用知識(shí)網(wǎng)絡(luò)指導(dǎo)課程的教學(xué)需要根據(jù)該課程的特點(diǎn)，將知識(shí)網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的框架有機(jī)結(jié)合，形成系統(tǒng)部件結(jié)構(gòu)分明，模塊作用明確，內(nèi)涵關(guān)系清晰的課程認(rèn)知結(jié)構(gòu)框架。

具體而言，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程具有層次結(jié)構(gòu)，在硬件上由元件、模塊、控制器到多機(jī)控制系統(tǒng)，其中每一部分又需要相應(yīng)的軟件操作知識(shí)相對(duì)應(yīng)。在每一層次為學(xué)生建立結(jié)構(gòu)框架，尋找知識(shí)的固著點(diǎn)，將知識(shí)點(diǎn)嵌入其中。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的某一個(gè)板卡或模塊依據(jù)其功能需要采用什么樣的元件，如何依據(jù)電氣、邏輯特性進(jìn)行組織完成某一功能，其元件之間的連接和組織就可以視為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，而對(duì)應(yīng)到知識(shí)網(wǎng)絡(luò)中則可映射為一些知識(shí)點(diǎn)之間的連接關(guān)系。上升到單一計(jì)算機(jī)形成的控制器，則表現(xiàn)為不同板卡模塊、接口、CPU通過(guò)內(nèi)部總線如何聯(lián)系形成一個(gè)協(xié)調(diào)一致的整體，相應(yīng)的連接也在知識(shí)網(wǎng)絡(luò)中有對(duì)應(yīng)的映射。再上升到由若干臺(tái)計(jì)算機(jī)形成的控制系統(tǒng)，則表現(xiàn)為不同的控制器如何依據(jù)各自的特性通過(guò)外部信號(hào)連接或通信網(wǎng)絡(luò)形成協(xié)調(diào)一致的分布式控制系統(tǒng)。這個(gè)層次還可以繼續(xù)向上或向下進(jìn)行延伸。但是都表現(xiàn)為系統(tǒng)、硬件、軟件、理論與算法等不同知識(shí)點(diǎn)之間的連接關(guān)系。

上述過(guò)程中，為學(xué)生理清楚每個(gè)知識(shí)點(diǎn)在知識(shí)整體中的位置，更具體一點(diǎn)是知識(shí)點(diǎn)在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中發(fā)生作用的位置，讓學(xué)生明白所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)與前后知識(shí)點(diǎn)是相互聯(lián)系和制約的。從而由控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，來(lái)看待組成課程的不同知識(shí)單元，建立起整體的系統(tǒng)觀念，消除學(xué)生對(duì)于該課程跳躍性和不系統(tǒng)的認(rèn)知偏差。

3.2.2通過(guò)知識(shí)關(guān)聯(lián)強(qiáng)化學(xué)生的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)

知識(shí)關(guān)聯(lián)是知識(shí)與知識(shí)之間通過(guò)某一中介為紐帶，所建立起來(lái)的具備參考價(jià)值的關(guān)聯(lián)關(guān)系。文獻(xiàn)［10］指出一切知識(shí)都是由節(jié)點(diǎn)以及由節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)來(lái)表征的，學(xué)習(xí)的過(guò)程就是節(jié)點(diǎn)之間聯(lián)結(jié)的建立、強(qiáng)化或弱化過(guò)程，聯(lián)結(jié)的節(jié)點(diǎn)多思維就寬廣。這也就是本文研究知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的目的，遵循這一思想，我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中注重加強(qiáng)知識(shí)的關(guān)聯(lián)，一方面強(qiáng)化本課程的教學(xué)，另一方面形成本課程的橋梁作用，將有關(guān)各門課程的知識(shí)有機(jī)地聯(lián)系在一起。

在教學(xué)過(guò)程中我們結(jié)合知識(shí)網(wǎng)絡(luò)分析的結(jié)果，對(duì)于入度高的知識(shí)點(diǎn)予以重點(diǎn)關(guān)注，選擇一個(gè)主要的先學(xué)知識(shí)點(diǎn)為固著知識(shí)點(diǎn)，以固著知識(shí)點(diǎn)為基礎(chǔ)將其他知識(shí)點(diǎn)逐步引入，向?qū)W生講清楚各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間的顯性與隱性聯(lián)系，從而培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。對(duì)于出度高的知識(shí)點(diǎn)的講授過(guò)程中注意加以引申，為學(xué)生講清楚將在什么地方使用，從而便于專業(yè)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)和認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成。

知識(shí)關(guān)聯(lián)教學(xué)通過(guò)兩方面進(jìn)行，首先是進(jìn)行課程內(nèi)的知識(shí)關(guān)聯(lián)。在建立認(rèn)知結(jié)構(gòu)框架的基礎(chǔ)上將知識(shí)點(diǎn)嵌入到固著點(diǎn)之間就是知識(shí)關(guān)聯(lián)的一種實(shí)現(xiàn)。我們更注重為學(xué)生建立隱性知識(shí)關(guān)聯(lián)，尋找聯(lián)系的關(guān)鍵點(diǎn)。例如在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中學(xué)生通過(guò)自動(dòng)控制原理學(xué)習(xí)過(guò)PID控制算法，也知道差分方程能夠編程實(shí)現(xiàn)，但是學(xué)生往往忽略如何將傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)換成差分方程，從而造成只會(huì)利用傳遞函數(shù)分析系統(tǒng)卻無(wú)法編程實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題。教學(xué)的重點(diǎn)是為學(xué)生點(diǎn)清楚兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)鍵聯(lián)系—連續(xù)系統(tǒng)離散化的方法。

其次是進(jìn)行課程間的知識(shí)關(guān)聯(lián)。我們收集與課程相關(guān)的其他課程中的先學(xué)、后繼以及可以類比的知識(shí)點(diǎn)的電子文檔，充分利用電子教學(xué)手段的便利性，在授課過(guò)程中以小片段的形式向?qū)W生展示。對(duì)于先學(xué)知識(shí)點(diǎn)予以短時(shí)間的回顧，喚醒學(xué)生大腦中的記憶，便于形成牢固的固著點(diǎn)，對(duì)于后續(xù)知識(shí)點(diǎn)簡(jiǎn)要介紹當(dāng)前知識(shí)點(diǎn)在后續(xù)知識(shí)點(diǎn)中的用處，便于知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的延伸。同期開設(shè)的課程中則注意進(jìn)行類比。例如，學(xué)生經(jīng)常搞不清楚可編程控制器課程與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的關(guān)系，我們?cè)诰w論中首先以計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成為基礎(chǔ)向?qū)W生講清楚可編程控制器也是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一種具體實(shí)現(xiàn)，在講解過(guò)程通道的相關(guān)內(nèi)容時(shí)，將可編程控制器輸入與輸出電路同步的展示在課件中，與本課程中輸入輸出通道內(nèi)容進(jìn)行類比。而這些內(nèi)容并不需要多講，只需要簡(jiǎn)短的幾句話就能起到非常好的效果，從而便于學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及相關(guān)課程內(nèi)容的理解，強(qiáng)化認(rèn)知結(jié)構(gòu)的同時(shí)，也增加了知識(shí)點(diǎn)的區(qū)分度。

4　結(jié)束語(yǔ)

知識(shí)碎片化嚴(yán)重影響學(xué)生綜合分析和解決問(wèn)題的能力，良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)能降低知識(shí)碎片化的影響，有利于新知識(shí)的學(xué)習(xí)和嵌入，知識(shí)關(guān)聯(lián)有助于認(rèn)知結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化，將二者結(jié)合起來(lái)有利于培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問(wèn)題和創(chuàng)造性地解決新問(wèn)題的能力，從而有助于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)海量知識(shí)的自學(xué)和應(yīng)用能力。筆者從2012年開始建立自動(dòng)化專業(yè)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，在此過(guò)程中自身對(duì)專業(yè)的教學(xué)體系有了更深層次的認(rèn)識(shí)，并嘗試將其與認(rèn)知結(jié)構(gòu)和知識(shí)關(guān)聯(lián)教學(xué)相結(jié)合，應(yīng)用于本科課程教學(xué)。在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的教學(xué)實(shí)踐中已經(jīng)收到良好的教學(xué)效果。今后還將繼續(xù)深化和完善自動(dòng)化專業(yè)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，探討知識(shí)網(wǎng)絡(luò)與認(rèn)知結(jié)構(gòu)以及知識(shí)關(guān)聯(lián)教學(xué)的深層次結(jié)合，不斷地繼續(xù)總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，努力提高學(xué)生分析問(wèn)題、獲取信息和綜合應(yīng)用知識(shí)的能力。

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收稿日期：2016-04-05

作者簡(jiǎn)介：閻高偉，博士，教授，副院長(zhǎng)。

基金項(xiàng)目：山西省教學(xué)改革研究項(xiàng)目“地方工科院校自動(dòng)化類專業(yè)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系調(diào)查研究”（編號(hào)：J2013021）；“面向應(yīng)用型工程人才培養(yǎng)的控制理論課程群建設(shè)” （編號(hào)：J2015017）

Teaching Exploration of Computer Control Technology Based on the Fusion of Knowledge Network and Cognitive Structure

Yan Gaowei， Zheng Sheng， Li Guoyong， Jia Minzhi
Taiyuan University of Technology， 030600， Taiyuan， China

Abstract：According to the fragmentization of the student's knowledge structure， an automation major's knowledge point network is constructed. In the teaching of Computer Control Technology Course， the strategy based on knowledge connection is explored to build and optimize the student's cognitive structure， and then to enhance the student's comprehensive ability and quality of solving problems.

Key words：computer control； knowledge network； cognitive structure； knowledge connection