計(jì)算機(jī)控制與檢測(cè)課程群建設(shè)與教學(xué)實(shí)踐

趙　洋

(東莞理工學(xué)院 電子工程學(xué)院, 廣東 東莞　523808)

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計(jì)算機(jī)控制與檢測(cè)課程群建設(shè)與教學(xué)實(shí)踐

趙洋

(東莞理工學(xué)院 電子工程學(xué)院, 廣東 東莞523808)

以提高學(xué)生融會(huì)貫通理論知識(shí)和實(shí)踐應(yīng)用為目的,在深度調(diào)研自動(dòng)化及相關(guān)專業(yè)核心課程之間內(nèi)在聯(lián)系的基礎(chǔ)上,建設(shè)計(jì)算機(jī)控制與檢測(cè)課程群。在理論教學(xué)內(nèi)容、實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)和評(píng)價(jià)體系方面進(jìn)行了改革與實(shí)踐。其中結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用背景編寫多項(xiàng)工程案例,開(kāi)展多層次的實(shí)際應(yīng)用能力的培養(yǎng),極大地提高了學(xué)生分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。教學(xué)實(shí)踐表明,該課程群體系的建設(shè)在學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)和提升方面具有重要作用。

課程群建設(shè)； 計(jì)算機(jī)控制與檢測(cè)； 工程案例

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)改革進(jìn)程的不斷演進(jìn),當(dāng)前已進(jìn)入到產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)調(diào)整的關(guān)鍵階段。在工業(yè)4.0、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)處理等多種新技術(shù)大力發(fā)展的背景下,很多企業(yè)開(kāi)始進(jìn)行相關(guān)設(shè)備的升級(jí)換代和知識(shí)儲(chǔ)備,以契合降低勞動(dòng)力成本、提升生產(chǎn)效率、改善生產(chǎn)流程與工藝和提高產(chǎn)品質(zhì)量與精度的先進(jìn)現(xiàn)代化生產(chǎn)目標(biāo)。在此背景下,越來(lái)越多的用人單位對(duì)大學(xué)生的綜合素質(zhì)提出了更高的要求[1-4],特別對(duì)于工科專業(yè)的畢業(yè)生,不但要具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)知識(shí),還需要具有較好的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。因此在整個(gè)專業(yè)培養(yǎng)過(guò)程中要更加注重創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的提升,以提高學(xué)生綜合能力為導(dǎo)向進(jìn)行相應(yīng)專業(yè)課程教學(xué)模式的改革和實(shí)踐,以期培養(yǎng)出真正受用人單位歡迎并經(jīng)得起實(shí)踐檢驗(yàn)的人才。

1　計(jì)算機(jī)控制與檢測(cè)課程群建設(shè)背景

目前,自動(dòng)化專業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容多以單門課程為主,對(duì)相關(guān)課程之間的銜接關(guān)系重視度較低[5-6]。以“計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)”和“PLC原理及應(yīng)用”2門課程的實(shí)際教學(xué)為例,此2門課程是我校自動(dòng)化等專業(yè)開(kāi)設(shè)的專業(yè)主干課程,以先修課程如“Matlab原理與應(yīng)用”“傳感器與檢測(cè)技術(shù)”和“自動(dòng)控制原理”等課程為基礎(chǔ),并且是后續(xù)專業(yè)課程如“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”和“高級(jí)過(guò)程控制”等課程的重要基礎(chǔ)和先導(dǎo)。在專業(yè)課程體系中是聯(lián)系大類平臺(tái)課程和專業(yè)實(shí)踐類課程的重要紐帶。

但是,在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生普遍存在專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)掌握不牢、基本概念不理解、基本理論不能靈活應(yīng)用等問(wèn)題,即學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)課程時(shí)對(duì)本專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和相關(guān)課程的應(yīng)用方向以及與其他課程之間橫向和縱向的聯(lián)系沒(méi)有較好的理解和體會(huì)[7],因此在課程體系建設(shè)上,有必要整合相關(guān)獨(dú)立課程之間的關(guān)系,從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)等多個(gè)方面進(jìn)行深入的分析和研究,建立內(nèi)容更加優(yōu)化的課程群教學(xué)模式。

2　計(jì)算機(jī)控制與檢測(cè)課程群建設(shè)內(nèi)容

2.1課程群建設(shè)指導(dǎo)思想及意義

計(jì)算機(jī)控制與檢測(cè)課程群主要涵蓋“Matlab原理與應(yīng)用”“傳感器與檢測(cè)技術(shù)”“自動(dòng)控制原理”“計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)”和“PLC原理及應(yīng)用”等5門課程。此5門課程均是自動(dòng)化及相關(guān)專業(yè)的核心課程,其中前3門課程為專業(yè)基礎(chǔ)課程,后2門為專業(yè)主干課程,以被控系統(tǒng)為研究對(duì)象,延伸展開(kāi)可從控制系統(tǒng)的構(gòu)成環(huán)節(jié)、控制系統(tǒng)控制器的分析設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)控制器的實(shí)現(xiàn)方法、控制系統(tǒng)的工程化應(yīng)用和控制系統(tǒng)運(yùn)行仿真與效果評(píng)價(jià)等5個(gè)方面完整地研究一個(gè)控制系統(tǒng)。這5個(gè)方面分別與本課程群內(nèi)的5門課程一一對(duì)應(yīng),即“傳感器與檢測(cè)技術(shù)”主要解決控制系統(tǒng)構(gòu)成中反饋的問(wèn)題、“自動(dòng)控制原理”主要解決控制器的分析與綜合問(wèn)題、“計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)”主要解決控制器工程實(shí)現(xiàn)問(wèn)題、“PLC原理及應(yīng)用”從控制系統(tǒng)在工業(yè)應(yīng)用的角度給出具體的解決方案、“Matlab原理與應(yīng)用”可以實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的仿真和控制效果的分析與評(píng)價(jià)。本課程群內(nèi)知識(shí)結(jié)構(gòu)體系與每門課程教學(xué)內(nèi)容的側(cè)重點(diǎn)如圖1所示。

圖1　計(jì)算機(jī)控制與檢測(cè)課程群知識(shí)結(jié)構(gòu)體系示意圖

由圖1可以看出,此5門課程在理論上存在相互支撐的關(guān)系,各門課程的基礎(chǔ)內(nèi)容聯(lián)系緊密,具有天然的群類關(guān)系[8-10]。因此以提高學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力為教學(xué)目標(biāo),整合課程間教學(xué)內(nèi)容設(shè)置、加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)等方法進(jìn)行課程群建設(shè)的教學(xué)改革與實(shí)踐具有重要研究意義。

2.2課程群建設(shè)方法與內(nèi)容

(1) 計(jì)算機(jī)控制與檢測(cè)課程群以培養(yǎng)學(xué)生解決工程實(shí)際對(duì)象、設(shè)計(jì)調(diào)試控制系統(tǒng)和分析與優(yōu)化控制任務(wù)的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力為目標(biāo)?；谠撆囵B(yǎng)目標(biāo)的知識(shí)、能力和素質(zhì)要求,設(shè)定計(jì)算機(jī)控制與檢測(cè)課程群內(nèi)各課程的具體課程標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)課程群內(nèi)每一門課程優(yōu)化設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容,使得整個(gè)課程群內(nèi)不同課程的教學(xué)內(nèi)容之間的安排與配合更加合理,并根據(jù)優(yōu)化后的教學(xué)內(nèi)容制定相應(yīng)的課程標(biāo)準(zhǔn)和課程教學(xué)大綱,幫助學(xué)生在單門課程的學(xué)習(xí)過(guò)程中逐漸建立本專業(yè)核心內(nèi)容的全局觀。

(2) 優(yōu)化課程群內(nèi)每門課程的理論教學(xué)內(nèi)容、合理整合不同課程之間教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置與安排、合理分配理論教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)的學(xué)時(shí)比例、設(shè)計(jì)更加合理的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,以及編寫并完善課程教學(xué)大綱、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和課程項(xiàng)目任務(wù)書[11],使學(xué)生能較快掌握相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的操作方法,并通過(guò)具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容加深對(duì)授課內(nèi)容的理解；設(shè)計(jì)新穎的且與地方產(chǎn)業(yè)特色密切結(jié)合的課程項(xiàng)目,使學(xué)生通過(guò)課程項(xiàng)目的訓(xùn)練能在創(chuàng)新能力和實(shí)踐應(yīng)用能力方面有較大提升；開(kāi)發(fā)覆蓋課程群內(nèi)所有相關(guān)課程重要知識(shí)點(diǎn)并與實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合的工程案例,學(xué)生在學(xué)習(xí)完課程群內(nèi)所有課程之后,通過(guò)該工程案例的訓(xùn)練,進(jìn)一步提升專業(yè)知識(shí)的實(shí)踐應(yīng)用水平[12]。

(3) 建立完善的課程教學(xué)評(píng)價(jià)體系,主要從理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐應(yīng)用兩方面進(jìn)行評(píng)價(jià),并突出實(shí)踐環(huán)節(jié)所占的比重。課程群內(nèi)專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)主干課程的理論學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)方法主要通過(guò)課程大作業(yè)、期中和期末的2次階段考試測(cè)驗(yàn)進(jìn)行,內(nèi)容側(cè)重于基本理論和概念的掌握。實(shí)踐應(yīng)用方面的評(píng)價(jià)分為實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)和創(chuàng)新型課程項(xiàng)目(三級(jí)項(xiàng)目)環(huán)節(jié)兩個(gè)方面。實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)側(cè)重于考查學(xué)生對(duì)本門課程基本概念、基本方法以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的掌握,主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)報(bào)告來(lái)評(píng)價(jià)；創(chuàng)新型課程項(xiàng)目環(huán)節(jié)主要考核學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力,針對(duì)具體的被控對(duì)象,僅提出控制目標(biāo),要求學(xué)生自主設(shè)計(jì)具體的控制方案，然后構(gòu)建軟硬件系統(tǒng),并對(duì)實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行效果進(jìn)行合理的分析與評(píng)價(jià),主要通過(guò)課程設(shè)計(jì)報(bào)告、所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的運(yùn)行效果來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)課程群教學(xué)的整體效果評(píng)價(jià)主要采用綜合應(yīng)用案例(二級(jí)項(xiàng)目)來(lái)進(jìn)行,以此來(lái)擴(kuò)大學(xué)生的視野、提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與熱情,使學(xué)生能夠更好地了解所學(xué)知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合的方向與方法,并在提升學(xué)生的學(xué)習(xí)層次的同時(shí)努力培養(yǎng)工程師所具有的相關(guān)專業(yè)素質(zhì)。學(xué)生在完成綜合案例任務(wù)時(shí)需要調(diào)動(dòng)課程群內(nèi)所有課程的重要知識(shí)點(diǎn),因此可以很好地檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課程的整體把握和系統(tǒng)觀點(diǎn)。

計(jì)算機(jī)控制與檢測(cè)課程群建設(shè)內(nèi)容和體系如圖2所示。

圖2　課程群建設(shè)內(nèi)容和體系

3　實(shí)施效果

本課程群教學(xué)模式已針對(duì)我校2011—2013級(jí)的學(xué)生開(kāi)展多次實(shí)踐,并根據(jù)每屆學(xué)生的實(shí)踐結(jié)果不斷反饋優(yōu)化、逐步完善。其中,以二級(jí)項(xiàng)目和三級(jí)項(xiàng)目為主的學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)和考核方式受到了學(xué)生的廣泛歡迎,普遍認(rèn)為通過(guò)這樣的以實(shí)際工程項(xiàng)目為背景的訓(xùn)練,對(duì)學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識(shí)和聯(lián)系理論與實(shí)際的能力有極大的幫助。本課程群三級(jí)項(xiàng)目和二級(jí)項(xiàng)目的具體內(nèi)容和所覆蓋的知識(shí)面如表1和表2所示。

表1　三級(jí)訓(xùn)練項(xiàng)目?jī)?nèi)容及知識(shí)點(diǎn)

表2　二級(jí)訓(xùn)練項(xiàng)目?jī)?nèi)容及知識(shí)點(diǎn)

根據(jù)表1和表2的內(nèi)容可以看出,二級(jí)和三級(jí)項(xiàng)目中的每個(gè)題目均很好地覆蓋了課程群內(nèi)多門課程的相關(guān)知識(shí),極大地提高了學(xué)生將不同課程的知識(shí)連貫起來(lái)綜合應(yīng)用的能力。

此外,還鼓勵(lì)學(xué)生在本課程群學(xué)習(xí)過(guò)程中積極參與各種競(jìng)賽,從而更好地鍛煉自己的理論分析和實(shí)際動(dòng)手解決工程問(wèn)題的能力。其中,我校2012和2013級(jí)2屆的學(xué)生分別參加西門子杯全國(guó)工業(yè)自動(dòng)化挑戰(zhàn)賽,取得了非常好的成績(jī)。具體參賽內(nèi)容和涉及的知識(shí)結(jié)構(gòu)如表3所示。

表3　學(xué)生競(jìng)賽內(nèi)容及知識(shí)結(jié)構(gòu)

4　結(jié)論

計(jì)算機(jī)控制與檢測(cè)課程群建設(shè)是在深入調(diào)研學(xué)生學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題,并梳理自動(dòng)化專業(yè)核心課程之間的關(guān)系后優(yōu)選出相關(guān)課程和知識(shí)體系后開(kāi)始實(shí)施的。在面向連續(xù)3屆學(xué)生的實(shí)踐過(guò)程中不斷總結(jié)和吸收學(xué)生的反饋意見(jiàn),得出以下結(jié)論:

(1) 本課程群內(nèi)所涉及的課程屬自動(dòng)化及相關(guān)專業(yè)核心課程,經(jīng)優(yōu)化整合教學(xué)內(nèi)容后,學(xué)生對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)的牢固掌握和課程內(nèi)容的銜接方面有明顯提高。

(2) 結(jié)合實(shí)際工程背景并綜合課程群知識(shí)體系所編寫的二級(jí)項(xiàng)目和三級(jí)項(xiàng)目案例受到學(xué)生的普遍歡迎。學(xué)生在經(jīng)過(guò)多次的實(shí)踐訓(xùn)練后,分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力顯著提升,并且對(duì)本專業(yè)所學(xué)內(nèi)容和未來(lái)工作中的應(yīng)用方向有了更清晰的認(rèn)識(shí)和把握,極大地提升了學(xué)習(xí)興趣和自主學(xué)習(xí)的熱情。

(3) 教學(xué)過(guò)程中積極鼓勵(lì)學(xué)生參加各種競(jìng)賽,為更好地檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果提供了幫助。學(xué)生在參與競(jìng)賽的過(guò)程中更加深化和鞏固了對(duì)相關(guān)知識(shí)的掌握,并很好地培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作精神,為以后在工作崗位上更好地發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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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

廣東省高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目(粵教高函〔2015〕173號(hào))；東莞理工學(xué)院教育教學(xué)改革與研究項(xiàng)目(莞工教(2014)1號(hào))

趙洋(1981—),男,山西太原,博士,副教授,研究方向?yàn)楣I(yè)自動(dòng)控制、控制理論與優(yōu)化算法.E-mail：simonzhaoyang@163.com

G642.0

A

1002-4956(2016)10-0209-04