李　敏，陳麗霞，董小平

(1.河北大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，河北 保定 071002；2.河北大學(xué) 光伏技術(shù)虛擬仿真實驗教學(xué)中心，河北 保定 071002；3.河北大學(xué) 質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督學(xué)院，河北 保定 071002)

在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺以優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源和開放的教學(xué)環(huán)境改變了傳統(tǒng)的教學(xué)方法和學(xué)習(xí)方式，為學(xué)生提供了一個新的個性化的開放的學(xué)習(xí)環(huán)境.在這種大背景下，計算機控制作為高等學(xué)校電氣信息類、機電類等專業(yè)的必修理論課，其實踐環(huán)節(jié)計算機控制實驗如何借助互聯(lián)網(wǎng)的力量打破傳統(tǒng)教學(xué)方式的壁壘，適應(yīng)新的時代背景，實現(xiàn)多元化開放式的教學(xué)模式成為需要不斷思考的問題.本文以綜合設(shè)計型實驗——帶聲音提示秒表的仿真設(shè)計為例，介紹了河北大學(xué)電子信息工程學(xué)院在計算機控制實驗教學(xué)方面的改革與探索，以期能結(jié)合自身特點引入新型的教學(xué)方法提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力，進一步推進“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下數(shù)字信息技術(shù)與專業(yè)實驗教學(xué)的深度融合.

1　計算機控制實驗教學(xué)目前存的主要問題

1.1　學(xué)生缺乏工程項目“系統(tǒng)級”設(shè)計目標(biāo)的觀念

在開設(shè)本實驗課程前，學(xué)生已完成電路原理、模擬電路技術(shù)、數(shù)字電路技術(shù)、單片機原理、C語言程序設(shè)計、EDA技術(shù)、傳感器原理及應(yīng)用等基礎(chǔ)和專業(yè)課程，應(yīng)具備硬件電路設(shè)計如電子設(shè)計中元器件的識別和使用、原理圖的繪制、電路故障分析能力、本專業(yè)中應(yīng)用儀器儀表等能力.但事實上絕大部分學(xué)生將各門課程之間的相互聯(lián)系割裂，不能將所學(xué)知識融合到一起完成項目的系統(tǒng)設(shè)計，學(xué)生感覺學(xué)完了沒有什么大的收獲，似懂非懂，老師也覺得非常吃力.這與工科學(xué)院的培養(yǎng)目標(biāo)和卓越工程對應(yīng)用型人才的要求相違背.

1.2　學(xué)生缺乏建立“自主實踐”的觀念

工程項目的完成不能紙上談兵.絕大部分的學(xué)生都能通過理論和實驗的考試，甚至取得高分，但是絕大部分的學(xué)生卻不具備獨立完成一個功能簡單的設(shè)計作品的能力.很多學(xué)生習(xí)慣被動聽從安排卻不主動思考，習(xí)慣依賴?yán)蠋煹睦碚摴噍敽蛯嵺`指導(dǎo).應(yīng)用型的人才不能僅從理論上考核，不能僅僅滿足于學(xué)生畢業(yè)設(shè)計最后完成的一個實踐作品.對于一個以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為導(dǎo)向的專業(yè)，學(xué)生在大學(xué)的四年僅僅完成一個畢業(yè)設(shè)計作品是遠遠不夠的.

2　實驗教學(xué)方法改革與探索

隨著國家對新工科概念的提出，我院工程認證的進一步推進，有必要結(jié)合影響實驗教學(xué)的各要素，理清實驗項目內(nèi)涵，把實驗項目建設(shè)成既相對獨立、又有機銜接的實驗教學(xué)單元，逐步建立完善的實驗項目評價標(biāo)準(zhǔn)，引領(lǐng)實驗項目的建設(shè)方向[1].這里關(guān)于實驗項目的評價體系，立足于實驗項目本身，從實驗項目的設(shè)置、新的教學(xué)方法和學(xué)習(xí)方式引入、對學(xué)生完成項目的評價等方面體現(xiàn).

2.1　以工程項目系統(tǒng)設(shè)計為主線，模塊化設(shè)置實驗項目

實驗課程的教學(xué)內(nèi)容由實驗項目組成，實驗項目是實驗教學(xué)內(nèi)容的主體，是實驗教學(xué)的出發(fā)點.因此，實驗項目是訓(xùn)練學(xué)生實驗技能的重要載體，對培養(yǎng)學(xué)生的實驗?zāi)芰Α⒑献髂芰皠?chuàng)新思維等起到了重要作用.對于任何一門實驗課程而言，實驗項目都有著舉足輕重的地位[1].

未來對電子專業(yè)學(xué)生的要求是重基礎(chǔ)和寬專業(yè)，重基礎(chǔ)，即要具備扎實的理論知識；寬專業(yè)，即要具備能系統(tǒng)運用理論知識解決實際工程問題.充分利用實驗實踐設(shè)計的環(huán)節(jié)，以學(xué)生所掌握的知識點為基礎(chǔ)，以小的項目實現(xiàn)為導(dǎo)向，充分培養(yǎng)學(xué)生“系統(tǒng)級”的設(shè)計能力，即“搭積木的能力”，這個過程是對基礎(chǔ)知識考核和分析能力提高的過程.

以綜合設(shè)計型實驗項目“帶聲音提示的秒表”設(shè)計為例，其系統(tǒng)功能模塊如圖1所示.根據(jù)系統(tǒng)功能模塊設(shè)置四個獨立的實驗項目，微型機的最小系統(tǒng)是所有控制系統(tǒng)的核心部分，為掌握這部分的功能設(shè)置了二極管的發(fā)光控制實驗，仿真電路如圖2(a)所示；為了掌握按鍵控制和數(shù)字顯示設(shè)置了按鍵控制數(shù)碼管實驗和百位計數(shù)器實驗，仿真電路如圖2(b)和(c)所示；為了掌握蜂鳴器的應(yīng)用設(shè)置了按鍵控制蜂鳴器實驗，仿真電路如圖2(d)所示.將這四個實驗項目獨立完成后進行整合，以搭積木的方式完成帶聲音提示的秒表系統(tǒng)仿真設(shè)計，仿真電路如圖3所示.根據(jù)仿真結(jié)果，進行電路板的焊接和軟硬件聯(lián)合調(diào)試，直至完成帶聲音提示的秒表的實物設(shè)計.

圖1　“帶聲音提示秒表”系統(tǒng)功能模塊圖

圖2　帶聲音提示秒表系統(tǒng)功能模塊電路仿真圖

圖3　帶聲音提示秒表系統(tǒng)電路仿真圖

2.2　以學(xué)生主動思考為中心，引入新的教學(xué)方法

2016年我院獲批國家級虛擬仿真實驗中心，依托該項目我院建立了河北大學(xué)“渥課虛擬仿真與教學(xué)管理平臺”，為我們進行教學(xué)改革引入新的教學(xué)方法提供了新的平臺.教師課前完成SPOC(Small Private online Course，小規(guī)模限制性在線課堂)錄制[2]，其內(nèi)容主要包括實驗項目的理論知識點，重點難點如何實現(xiàn)，將其上傳至“渥課虛擬仿真與教學(xué)管理平臺”，供學(xué)生預(yù)習(xí)使用.學(xué)生可結(jié)合實驗任務(wù)先觀看教師上傳到網(wǎng)站上的SPOC，針對實驗項目更加明確對不同知識點難易程度的掌握，根據(jù)不同學(xué)生對實驗內(nèi)容掌握情況的不同，讓學(xué)生帶著問題進課堂，將主動權(quán)交給學(xué)生，老師只負責(zé)解決學(xué)生之間經(jīng)過研討也不能解決的問題，并采用循序漸進的教學(xué)方法.最終，以實驗項目為導(dǎo)向，以虛擬仿真平臺為載體，將所學(xué)的理論知識和最新的數(shù)字電子技術(shù)“虛實”結(jié)合，完成系統(tǒng)級的設(shè)計[3].事實證明，在教學(xué)的主要過程，以學(xué)生主動思考為中心的教學(xué)思路和教學(xué)方法，充分發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動性和培養(yǎng)了學(xué)生的工程設(shè)計意識.

2.3　以虛擬仿真平臺為載體，結(jié)合多種渠道完成系統(tǒng)設(shè)計

以傳統(tǒng)實驗課的課堂時間進行實驗項目的問題研討，借助實驗室和創(chuàng)新實訓(xùn)基地的硬件設(shè)備完善項目，進行逐步調(diào)試.利用實驗室的開放時間，計算機控制技術(shù)實驗室除開課外的工作時間全天開放，學(xué)生可預(yù)約.借助虛擬仿真平臺，學(xué)生能夠不受時間地點的限制參與實驗項目.

2.4　以學(xué)生的實際接受能力為依據(jù)，實現(xiàn)實驗項目的分階段分層次多方位考評

針對實驗課程的考核，如果僅以期末考試成績一錘定音的方式，事實證明大部分同學(xué)平時不重視學(xué)習(xí)，期末突擊學(xué)習(xí).同時，這種考核方法缺乏應(yīng)用性和綜合性，無法反映出學(xué)生的實踐水平，也不符合應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo).

針對以上普遍存在的實際情況，在實驗實踐考核方式上嘗試使用分階段、分層次、多方位實踐考核方案[4].分階段是指總的實踐考核成績來自于本門課程在各個實驗項目環(huán)節(jié)中進行的各階段成績.多方位是指每個階段的成績來自實驗過程中的多個方面，主要包括實驗報告書寫是否清楚規(guī)范，論述是否全面，層次是否分明，是否有完整的程序框圖、程序說明及程序清單，對出現(xiàn)的問題、現(xiàn)象及故障分析是否清楚完整并能正確解決；實驗數(shù)據(jù)資料是否正確完整；實驗電路原理圖是否正確，實驗電路連接是否正確，實驗結(jié)果是否達到預(yù)期效果；實驗綜合設(shè)計與創(chuàng)新能力；團結(jié)協(xié)作能力.分層次是指根據(jù)學(xué)生對不同實驗項目的接受能力分出不同層次，保證層次低的同學(xué)扎實掌握基礎(chǔ)實驗內(nèi)容，層次高的同學(xué)在完成基礎(chǔ)項目后可通過選做項目提高實驗分值.考核內(nèi)容以綜合實驗項目“帶聲音提示的秒表”中的“按鍵控制數(shù)碼管顯示實驗”模塊為例，如表1所示.

表1　實驗項目評分表

3　結(jié)論

在計算機控制實驗教學(xué)過程中，在虛擬仿真與教學(xué)管理平臺引入SPOC教學(xué)，便于學(xué)生靈活運用時間完成實驗項目知識點預(yù)習(xí)；利用Proteus仿真軟件，便于學(xué)生在不受實驗室開放時間限制的情況下，不需硬件支持也能完成實驗項目的仿真設(shè)計；完善細化實驗項目的評價體系，有利于學(xué)生有針對性完成實驗內(nèi)容.實踐證明新的教學(xué)方法的引入，既能降低實驗成本，減少實驗操作時間，又利于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性及主觀能動性，更有利于學(xué)生在后續(xù)的課程設(shè)計中完成實物設(shè)計，拓展其知識面，提高其解決問題的能力和動手能力.

參考文獻：

[1]蔡建秋，金清理，李士本，等.構(gòu)建實驗項目評價機制推動實驗教學(xué)改革[J].實驗技術(shù)與管理，2013，30(7)：150-152.

[2]江毅，何曉萍.SPOC應(yīng)用于課堂教學(xué)的SWOT分析[J].軟件導(dǎo)刊(教育技術(shù))，2015，(1):78-81.

[3]周曉華.應(yīng)用可編程片上系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)化電子專業(yè)實驗課教學(xué)[J].職業(yè)技術(shù)，2012，(6):80.

[4]初紅霞，謝忠玉，王希鳳，等.“計算機控制技術(shù)”課程實驗教學(xué)模式改革探討[J].中國電力教育，2013，(11)：87-88.