“計算機控制技術”課程改革的探索與實踐

袁海英，羅文廣，高 遠，葉洪濤

（廣西科技大學電氣與信息工程學院，廣西柳州545006）

0 引言

“計算機控制技術”是自動化及相關專業(yè)的核心專業(yè)課程之一［1］。本課程涉及計算機控制系統(tǒng)的硬件設計、軟件設計、控制算法和仿真技術等內(nèi)容，要學好這門課程，學生不但需要基本的理論基礎，而且更需要很強的實踐能力。課程的教學效果的優(yōu)劣對學生綜合應用能力和解決實踐問題能力會產(chǎn)生直接影響。因此，提高“計算機控制技術”的教學質(zhì)量顯得十分重要。

1 改革的必要性

“計算機控制技術”課程涉及到的理論基礎較多、知識面較廣，既綜合了“電路理論”、“模擬電子技術”、“自動控制原理”、“單片機原理及應用”等先修課程的知識，又需要建立系統(tǒng)和工程意識。針對“計算機控制技術”課程的以上特點，傳統(tǒng)的課程教學模式并不能圓滿地完成課程目標。就以我校為例，按照原有的培養(yǎng)方案，雖然安排有8個學時的實驗課，但是學生的綜合應用能力訓練時間還是十分有限。眾所周知，教學模式直接影響教學效果與質(zhì)量的。因此，結(jié)合課程的目標和特點，“計算機控制技術”教學模式的改革勢在必行。

筆者所屬學校的自動化專業(yè)是校內(nèi)“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”和“聯(lián)合培養(yǎng)高端應用型本科”試點專業(yè)，試點班的規(guī)模一般為30人左右，這為教學改革提供了便利條件。在此小班教學過程中，我們進行教學改革的思路是：將學生作為教學的主體，以自主學習和合作學習為主線，以任務驅(qū)動教學法為導向，善用啟發(fā)式和討論式教學方法，合理分配理論教學內(nèi)容和實踐教學內(nèi)容，增強學生對課程知識的理解與應用，提高學生的自主與合作學習能力，實現(xiàn)課程既有目標。同時，課程組成員已經(jīng)積累了豐富的教學和科研經(jīng)驗，可以為教學改革的順利實施提供師資保障。

2 教學模式改革探索與實踐

傳統(tǒng)的“計算機控制技術”教學模式中，課堂上教師滔滔不絕地講述，與此形成對比的是學生無暇思考甚至不知所云。同時，學生覺得理論部分枯燥而抽象，掌握基礎不扎實。實驗類型又多為驗證型實驗，理論聯(lián)系實踐的能力得不到充分訓練和提高。要改變這樣的現(xiàn)狀，就必須有以學生為本的理念。因此，教學模式改革的核心是①提高學生自主與合作學習的能力②采用任務驅(qū)動的教學方法③課程學習質(zhì)量評價改革。以我?！白吭焦こ處熃逃囵B(yǎng)計劃”自動化專業(yè)試點班（以下簡稱“卓自班”）為對象，我們對“計算機控制技術”課程的教學模式進行了一些改革嘗試。

2．1 培養(yǎng)學生自主與合作學習能力

自主學習實際上是無認知監(jiān)控的學習，是學生根據(jù)自己的學習能力、任務的要求，積極主動地調(diào)整學習策略和努力程度的過程［2］。

我校的“計算機控制技術”課程開設在第七學期，此時學生已經(jīng)完成了公共課和專業(yè)基礎課的學習，具備了一定的基礎知識儲備，再加上學生正處在心理發(fā)展階段，完全符合學生自主學習的基礎條件。按照已有的課堂教學經(jīng)驗，教師布置的預習、復習、作業(yè)、實驗等內(nèi)容，有的學生之所以不能按時完成或者完成效果不好，表明學生自主學習缺失內(nèi)在動機，主觀能動性不高?，F(xiàn)代學習心理學認為，與自主學習有關的內(nèi)在動機成分主要包括自我效能感、價值意識、目標定向、學習興趣等，學生在這些動機成分上表現(xiàn)出來的特點將直接影響其內(nèi)在學習動機水平［3］。因此，我們努力尋找一種可以間接影響學生內(nèi)在學習動機的方法，使學生充分發(fā)揮主觀能動性。

合作學習是20世紀70年代興起的一種富有創(chuàng)意和實效的教學理論與策略，有利于改善課堂內(nèi)的學生心理氣氛和提高學生的學業(yè)成績，促進學生形成良好非認知品質(zhì)［4］。這意味著通過合作學習可以彌補自主學習的內(nèi)在動機成分中消極的方面。因此，“計算機控制技術”課程教學采用以學生為主體，主動與合作學習為主線的教學模式是我們所尋求的。按照這一模式，我們將卓自班的30名學生進行自由組合組成多個學習小組，每組3-4人，共安排3-4名課題組教師進行指導。教學活動以小組為單位展開，力求自主學習與合作學習相互促進。

2．2 任務驅(qū)動教學的運用

任務驅(qū)動式教學法是以教師傳授知識為主的傳統(tǒng)教學理念轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W生認知學習為主體、教師為主導的多維互動式的教學理念［5］。通過合理的分組，學生學習的主觀能動性得以發(fā)揮，課堂教學活動隨之變得豐富起來。采用任務驅(qū)動式的教學方法，整個學習過程和教學環(huán)節(jié)借助分組得以高效運行。

1）備課和預習環(huán)節(jié)

教師方面，備課時要按照教學大綱，結(jié)合學生的實際情況和特點設計課堂教學任務。學生方面，各學習小組輪流對相關知識點進行預習，使用PPT或者Flash軟件進行課堂演示，并與教師和其它小組一起討論，形成先學后講的良性循環(huán)。這樣既能鍛煉學生查閱資料的能力，又能鍛煉其自主學習與合作分工的能力。演講和討論環(huán)節(jié)也可以使學生的組織語言能力和溝通表達能力得以訓練。學生通過對一些內(nèi)容的預習，增加學習興趣，同時能夠找出學習過程中的難點，并在教師授課課堂中尋求解決難點問題的方法。由此形成一種長效的學習策略，保障學生自主學習過程。

2）理論課教學環(huán)節(jié)

理論課上，采用教師主講和學生討論相結(jié)合的教學形式。教師在授課過程中，將要講授的內(nèi)容通過提出問題的方式引出，啟發(fā)、調(diào)動學生的學習興趣和積極性，提高學習效果。某些知識點不直接給出，而是通過布置思考任務或者課堂練習任務，在課堂或者課下形成討論，引導學生積極參與學習，并通過合作努力來尋求解決問題的最佳方法。例如數(shù)字PID控制器的設計部分，與“自動控制原理”學過的PID控制器不同的是增加了“數(shù)字”二字，所為何意？又是如何實現(xiàn)的？從這樣的設問開始，邊講邊啟發(fā)。講到PID控制器離散化方法時，可引導學生利用所學微積分的物理意義得到位置式PID控制算法。接著，啟發(fā)學生如何實現(xiàn)這一控制器，通過小組組內(nèi)討論得到實現(xiàn)算法的程序流程圖，小組之間可以交流討論各自方案的優(yōu)缺點。最后，教師把各小組的結(jié)論進行講評。在整個過程中，教師不但是組織者也是參與者，不但是問題的提出者，也是解決問題的顧問或咨詢者。這樣不但可以活躍課堂氣氛，形成探索學習的良好環(huán)境，還能引導學生最大程度地參與解決問題的過程，增強學生自主學習的能動性和合作學習的參與度，鞏固所學內(nèi)容。

3）實踐教學環(huán)節(jié)

“計算機控制技術”課程本身具有較強的實踐性，培養(yǎng)學生具有理論與實踐相結(jié)合的能力十分必要，這需要實踐環(huán)節(jié)得以訓練。實踐環(huán)節(jié)主要有兩種類型：一種為驗證型實驗，主要是對基本概念和規(guī)律的鞏固與加強，使學生能看到涉及到的技術在實際中的應用，如計算機控制系統(tǒng)的組成、數(shù)字PID、最少拍控制算法等。另一種為綜合設計實驗，結(jié)合某些控制對象完成一個計算機控制系統(tǒng)的設計任務，如電阻爐的溫度控制、直流電機的調(diào)速計算機控制系統(tǒng)等，根據(jù)控制目標和要求，要求小組完成系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)的全過程并撰寫小論文。不論是驗證型實驗還是綜合設計實驗，教師都先設計好任務，各小組做好任務分解與分工。教師的作用是指導學生做什么而不是告訴學生該如何做，激發(fā)學生完成任務的學習動機，注重分析任務與完成任務的學習策略引導，指導學生在任務完成過程中的自我監(jiān)控，使學生的自主與合作學習能力通過實踐訓練不斷得到提高的同時，學生的理論聯(lián)系實踐能力和解決問題的能力也得到很好的鍛煉。

4）作業(yè)環(huán)節(jié)

練習題、思考題、實驗題和課程設計都屬于作業(yè)，教師鼓勵以小組為單位完成，實行無標準答案作業(yè)。對于不同內(nèi)容性質(zhì)的作業(yè)，除了交給教師審閱指導之外，還可以進行小組之間互相評價。這樣做的好處是，小組的分工合作避免了抄襲作業(yè)和濫竽充數(shù)的現(xiàn)象，作業(yè)的結(jié)果可在教學過程中適時形成反饋意見，便于教師及時調(diào)整課程教學模式，解決學生在學習過程中出現(xiàn)的困難或干擾，使學生的自主與合作學習得以順利堅持下去。

2．3 課程學習的質(zhì)量評價

課程學習質(zhì)量的有效評價直接關系到教改的成功與否，直接反映教師的教學效果。評價一定要實事求是，教師對學生全程的教學活動給予的客觀評價非常重要。以往的教學模式中，“計算機控制技術”教學大綱中規(guī)定了課程的考核方法與形式，慣用的是閉卷考試，平時成績與卷面成績比例最高不超過3比7。閉卷考試要求在兩個小時內(nèi)完成，這種方式不但考核內(nèi)容和方式有限，而且也不能反映學生理論聯(lián)系實踐的能力水平，更不能體現(xiàn)學生設計與工程的意識。另外，基于以上改革嘗試中學生對教學活動的參與度和完成度，平時成績的比例也顯得較低或不重要，更不能夠充分調(diào)動學生參與的積極性。因此，教學模式的改革非常需要配套行之有效的評價方法，既能反映學生分析問題解決問題的能力和掌握知識的程度又能反映學生自主與合作學習的能力。

與教改配套的課程學習質(zhì)量評價主要考慮以下幾個方面：①適當增大平時成績所占比例至50%，取消閉卷考試方式，取而代之的是以小組為單位，在規(guī)定時間內(nèi)完成某一個計算機控制系統(tǒng)的設計任務，并進行答辯，以其過程和結(jié)果作為評價。②不論是平時成績，還是期末設計的考核，都不應該只考慮結(jié)果，還應強調(diào)完成的過程以及能力的提高。③教學活動都以小組為單位進行，考核時要了解小組成員的詳細分工情況，不但要注重小組的整體成績也應對組內(nèi)每個成員進行評價。

3 結(jié)語

“計算機控制技術”課程教學模式的改革正在實施中，其中的一些教學方法和考評形式得到了絕大部分學生的肯定，在學生中也逐漸地形成良好的學習氛圍，從而逐步提高學生的綜合應用能力和自主與合作學習的能力。教師也可以在教學過程中，積累了運用啟發(fā)式教學、討論式教學和任務驅(qū)動教學法的寶貴經(jīng)驗。待課程完成時進行質(zhì)量跟蹤調(diào)查，以形成教學改革的閉環(huán)反饋，更好地推動教學改革的實施與改進。