趙　洋

(東莞理工學院 電子工程學院, 廣東 東莞　523808)

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計算機控制與檢測課程群建設與教學實踐

趙洋

(東莞理工學院 電子工程學院, 廣東 東莞523808)

以提高學生融會貫通理論知識和實踐應用為目的,在深度調(diào)研自動化及相關專業(yè)核心課程之間內(nèi)在聯(lián)系的基礎上,建設計算機控制與檢測課程群。在理論教學內(nèi)容、實訓環(huán)節(jié)和評價體系方面進行了改革與實踐。其中結合實際工程應用背景編寫多項工程案例,開展多層次的實際應用能力的培養(yǎng),極大地提高了學生分析和解決實際問題的能力。教學實踐表明,該課程群體系的建設在學生綜合能力的培養(yǎng)和提升方面具有重要作用。

課程群建設； 計算機控制與檢測； 工程案例

隨著國家經(jīng)濟改革進程的不斷演進,當前已進入到產(chǎn)業(yè)結構升級調(diào)整的關鍵階段。在工業(yè)4.0、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)處理等多種新技術大力發(fā)展的背景下,很多企業(yè)開始進行相關設備的升級換代和知識儲備,以契合降低勞動力成本、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)量與精度的先進現(xiàn)代化生產(chǎn)目標。在此背景下,越來越多的用人單位對大學生的綜合素質(zhì)提出了更高的要求[1-4],特別對于工科專業(yè)的畢業(yè)生,不但要具備扎實的理論基礎知識,還需要具有較好的創(chuàng)新能力和實踐能力。因此在整個專業(yè)培養(yǎng)過程中要更加注重創(chuàng)新能力和實踐能力的提升,以提高學生綜合能力為導向進行相應專業(yè)課程教學模式的改革和實踐,以期培養(yǎng)出真正受用人單位歡迎并經(jīng)得起實踐檢驗的人才。

1　計算機控制與檢測課程群建設背景

目前,自動化專業(yè)課程的教學內(nèi)容多以單門課程為主,對相關課程之間的銜接關系重視度較低[5-6]。以“計算機控制系統(tǒng)”和“PLC原理及應用”2門課程的實際教學為例,此2門課程是我校自動化等專業(yè)開設的專業(yè)主干課程,以先修課程如“Matlab原理與應用”“傳感器與檢測技術”和“自動控制原理”等課程為基礎,并且是后續(xù)專業(yè)課程如“運動控制系統(tǒng)”和“高級過程控制”等課程的重要基礎和先導。在專業(yè)課程體系中是聯(lián)系大類平臺課程和專業(yè)實踐類課程的重要紐帶。

但是,在教學過程中發(fā)現(xiàn)很多學生普遍存在專業(yè)基礎知識掌握不牢、基本概念不理解、基本理論不能靈活應用等問題,即學生在學習專業(yè)基礎課程時對本專業(yè)的培養(yǎng)目標和相關課程的應用方向以及與其他課程之間橫向和縱向的聯(lián)系沒有較好的理解和體會[7],因此在課程體系建設上,有必要整合相關獨立課程之間的關系,從教學內(nèi)容、教學方法、教學質(zhì)量評價等多個方面進行深入的分析和研究,建立內(nèi)容更加優(yōu)化的課程群教學模式。

2　計算機控制與檢測課程群建設內(nèi)容

2.1課程群建設指導思想及意義

計算機控制與檢測課程群主要涵蓋“Matlab原理與應用”“傳感器與檢測技術”“自動控制原理”“計算機控制系統(tǒng)”和“PLC原理及應用”等5門課程。此5門課程均是自動化及相關專業(yè)的核心課程,其中前3門課程為專業(yè)基礎課程,后2門為專業(yè)主干課程,以被控系統(tǒng)為研究對象,延伸展開可從控制系統(tǒng)的構成環(huán)節(jié)、控制系統(tǒng)控制器的分析設計、控制系統(tǒng)控制器的實現(xiàn)方法、控制系統(tǒng)的工程化應用和控制系統(tǒng)運行仿真與效果評價等5個方面完整地研究一個控制系統(tǒng)。這5個方面分別與本課程群內(nèi)的5門課程一一對應,即“傳感器與檢測技術”主要解決控制系統(tǒng)構成中反饋的問題、“自動控制原理”主要解決控制器的分析與綜合問題、“計算機控制系統(tǒng)”主要解決控制器工程實現(xiàn)問題、“PLC原理及應用”從控制系統(tǒng)在工業(yè)應用的角度給出具體的解決方案、“Matlab原理與應用”可以實現(xiàn)控制系統(tǒng)的仿真和控制效果的分析與評價。本課程群內(nèi)知識結構體系與每門課程教學內(nèi)容的側重點如圖1所示。

圖1　計算機控制與檢測課程群知識結構體系示意圖

由圖1可以看出,此5門課程在理論上存在相互支撐的關系,各門課程的基礎內(nèi)容聯(lián)系緊密,具有天然的群類關系[8-10]。因此以提高學生實際應用能力為教學目標,整合課程間教學內(nèi)容設置、加強實訓環(huán)節(jié)等方法進行課程群建設的教學改革與實踐具有重要研究意義。

2.2課程群建設方法與內(nèi)容

(1) 計算機控制與檢測課程群以培養(yǎng)學生解決工程實際對象、設計調(diào)試控制系統(tǒng)和分析與優(yōu)化控制任務的工程實踐能力和創(chuàng)新能力為目標?；谠撆囵B(yǎng)目標的知識、能力和素質(zhì)要求,設定計算機控制與檢測課程群內(nèi)各課程的具體課程標準。針對課程群內(nèi)每一門課程優(yōu)化設計教學內(nèi)容,使得整個課程群內(nèi)不同課程的教學內(nèi)容之間的安排與配合更加合理,并根據(jù)優(yōu)化后的教學內(nèi)容制定相應的課程標準和課程教學大綱,幫助學生在單門課程的學習過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內(nèi)容、合理整合不同課程之間教學內(nèi)容的設置與安排、合理分配理論教學和實踐環(huán)節(jié)的學時比例、設計更加合理的實驗內(nèi)容,以及編寫并完善課程教學大綱、實驗指導書和課程項目任務書[11],使學生能較快掌握相關實驗設備的操作方法,并通過具體的實驗內(nèi)容加深對授課內(nèi)容的理解；設計新穎的且與地方產(chǎn)業(yè)特色密切結合的課程項目,使學生通過課程項目的訓練能在創(chuàng)新能力和實踐應用能力方面有較大提升；開發(fā)覆蓋課程群內(nèi)所有相關課程重要知識點并與實際應用緊密結合的工程案例,學生在學習完課程群內(nèi)所有課程之后,通過該工程案例的訓練,進一步提升專業(yè)知識的實踐應用水平[12]。

(3) 建立完善的課程教學評價體系,主要從理論學習和實踐應用兩方面進行評價,并突出實踐環(huán)節(jié)所占的比重。課程群內(nèi)專業(yè)基礎課程和專業(yè)主干課程的理論學習評價方法主要通過課程大作業(yè)、期中和期末的2次階段考試測驗進行,內(nèi)容側重于基本理論和概念的掌握。實踐應用方面的評價分為實驗環(huán)節(jié)和創(chuàng)新型課程項目(三級項目)環(huán)節(jié)兩個方面。實驗環(huán)節(jié)側重于考查學生對本門課程基本概念、基本方法以及實驗結果分析的掌握,主要通過實驗報告來評價；創(chuàng)新型課程項目環(huán)節(jié)主要考核學生解決實際問題的能力,針對具體的被控對象,僅提出控制目標,要求學生自主設計具體的控制方案，然后構建軟硬件系統(tǒng),并對實際系統(tǒng)運行效果進行合理的分析與評價,主要通過課程設計報告、所設計系統(tǒng)的運行效果來進行評價。對課程群教學的整體效果評價主要采用綜合應用案例(二級項目)來進行,以此來擴大學生的視野、提升學生的學習興趣與熱情,使學生能夠更好地了解所學知識與生產(chǎn)實際相結合的方向與方法,并在提升學生的學習層次的同時努力培養(yǎng)工程師所具有的相關專業(yè)素質(zhì)。學生在完成綜合案例任務時需要調(diào)動課程群內(nèi)所有課程的重要知識點,因此可以很好地檢驗學生對專業(yè)基礎課和專業(yè)課程的整體把握和系統(tǒng)觀點。

計算機控制與檢測課程群建設內(nèi)容和體系如圖2所示。

圖2　課程群建設內(nèi)容和體系

3　實施效果

本課程群教學模式已針對我校2011—2013級的學生開展多次實踐,并根據(jù)每屆學生的實踐結果不斷反饋優(yōu)化、逐步完善。其中,以二級項目和三級項目為主的學生實踐能力培養(yǎng)和考核方式受到了學生的廣泛歡迎,普遍認為通過這樣的以實際工程項目為背景的訓練,對學生掌握基礎知識和聯(lián)系理論與實際的能力有極大的幫助。本課程群三級項目和二級項目的具體內(nèi)容和所覆蓋的知識面如表1和表2所示。

表1　三級訓練項目內(nèi)容及知識點

表2　二級訓練項目內(nèi)容及知識點

根據(jù)表1和表2的內(nèi)容可以看出,二級和三級項目中的每個題目均很好地覆蓋了課程群內(nèi)多門課程的相關知識,極大地提高了學生將不同課程的知識連貫起來綜合應用的能力。

此外,還鼓勵學生在本課程群學習過程中積極參與各種競賽,從而更好地鍛煉自己的理論分析和實際動手解決工程問題的能力。其中,我校2012和2013級2屆的學生分別參加西門子杯全國工業(yè)自動化挑戰(zhàn)賽,取得了非常好的成績。具體參賽內(nèi)容和涉及的知識結構如表3所示。

表3　學生競賽內(nèi)容及知識結構

4　結論

計算機控制與檢測課程群建設是在深入調(diào)研學生學習中遇到的問題,并梳理自動化專業(yè)核心課程之間的關系后優(yōu)選出相關課程和知識體系后開始實施的。在面向連續(xù)3屆學生的實踐過程中不斷總結和吸收學生的反饋意見,得出以下結論:

(1) 本課程群內(nèi)所涉及的課程屬自動化及相關專業(yè)核心課程,經(jīng)優(yōu)化整合教學內(nèi)容后,學生對于基礎知識的牢固掌握和課程內(nèi)容的銜接方面有明顯提高。

(2) 結合實際工程背景并綜合課程群知識體系所編寫的二級項目和三級項目案例受到學生的普遍歡迎。學生在經(jīng)過多次的實踐訓練后,分析解決實際問題的能力顯著提升,并且對本專業(yè)所學內(nèi)容和未來工作中的應用方向有了更清晰的認識和把握,極大地提升了學習興趣和自主學習的熱情。

(3) 教學過程中積極鼓勵學生參加各種競賽,為更好地檢驗學生的學習效果提供了幫助。學生在參與競賽的過程中更加深化和鞏固了對相關知識的掌握,并很好地培養(yǎng)了團隊合作精神,為以后在工作崗位上更好地發(fā)展打下堅實的基礎。

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

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

趙洋(1981—),男,山西太原,博士,副教授,研究方向為工業(yè)自動控制、控制理論與優(yōu)化算法.E-mail：simonzhaoyang@163.com

G642.0

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1002-4956(2016)10-0209-04