劉海洋 侯占峰 宣傳忠 佟鑫 閆建國

摘要：工程技術(shù)類課程作為多數(shù)理工科院校研究生培養(yǎng)的重要基礎(chǔ)課程，其目的在于加強(qiáng)理論與實(shí)踐的融合，全面提升研究生從事科學(xué)研究的能力。在實(shí)踐教學(xué)過程中，該類課程注重將科學(xué)研究的關(guān)鍵環(huán)節(jié)融入工程實(shí)踐當(dāng)中，以技術(shù)應(yīng)用和實(shí)踐操作為重點(diǎn)內(nèi)容，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)各實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的掌握、理解與應(yīng)用，使學(xué)生全方位掌握從事科學(xué)研究的基本方法與過程。本文以“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”為研究目標(biāo)，采用理實(shí)一體化的項(xiàng)目式教學(xué)改革理念，探索面向工程應(yīng)用的全方位綜合一體化教學(xué)模式，將科學(xué)研究基本過程作為核心和主線貫穿于課堂教學(xué)。通過該類課程的教學(xué)改革，將為研究生后續(xù)順利完成課題研究和從事科學(xué)研究工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：工程類課程；研究生培養(yǎng)；理實(shí)一體化；項(xiàng)目式教學(xué)；科學(xué)研究

中圖分類號(hào)：C420 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、概述

工程技術(shù)類課程作為研究生培養(yǎng)的重要基礎(chǔ)課程，在教學(xué)過程中，如何有效引導(dǎo)學(xué)生在提高理論知識(shí)水平的同時(shí)，提升實(shí)踐動(dòng)手能力和從事科學(xué)研究的能力，掌握課題研究的基本方法、過程與規(guī)律等，不僅是該類課程需要解決的關(guān)鍵性問題，同時(shí)也已然成為當(dāng)前高等院校工科類研究生適應(yīng)新形勢(shì)、新技術(shù)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。本文以“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”課程為例，探討理實(shí)一體化的項(xiàng)目式教學(xué)改革理念，探索面向工程應(yīng)用的全方位綜合一體化教學(xué)模式。

二、課程教學(xué)現(xiàn)狀研究

目前，國內(nèi)多數(shù)高等工科院校的自動(dòng)化、電氣工程、信息工程等專業(yè)都開設(shè)有“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”課程，該課程理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，著重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力，不但要求學(xué)生能夠熟悉計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的相關(guān)理論知識(shí)，而且要求能夠?qū)⑺莆盏南到y(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法熟練地應(yīng)用到工業(yè)控制過程的各種實(shí)際場(chǎng)景中。然而，在實(shí)際授課過程中，往往只注重理論的分析與推導(dǎo)，或者在內(nèi)容上以處理器為基礎(chǔ)過分強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、搭建及相應(yīng)軟件程序開發(fā)，無法將該課程所涉及的理論知識(shí)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的實(shí)踐創(chuàng)新能力，造成理論與實(shí)踐嚴(yán)重脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生在課程結(jié)束時(shí)仍無法完整掌握系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析、搭建與調(diào)試、實(shí)驗(yàn)安排與實(shí)施、結(jié)果的測(cè)試與分析等相關(guān)內(nèi)容。

歐美發(fā)達(dá)國家的高校對(duì)計(jì)算機(jī)控制類課程的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)與國內(nèi)高校有著明顯的差異。我國將“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”定位為專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，側(cè)重書本知識(shí)和理論教育；教學(xué)活動(dòng)的基本模式是教師講、學(xué)生聽；教學(xué)過程中學(xué)生的參與和師生間、學(xué)生間的互動(dòng)很少。國外高校將該課程定位為工程實(shí)踐類課程，強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生工程實(shí)踐能力、表達(dá)交流溝通能力和團(tuán)隊(duì)合作精神等綜合素質(zhì)的培養(yǎng)；學(xué)生通過綜合型、研究型實(shí)驗(yàn)過程中的實(shí)驗(yàn)構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和操作等環(huán)節(jié)，掌握課程知識(shí)、培養(yǎng)獨(dú)立思考和動(dòng)手能力。當(dāng)然，造成這一區(qū)別的原因是多樣的。首先，開設(shè)該類課程需要提供良好的開放實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，目前我國多數(shù)高校的相關(guān)實(shí)驗(yàn)室不能完全滿足實(shí)踐教學(xué)需求；其次，相較理論教學(xué)型課程，實(shí)踐類課程需要更多的學(xué)時(shí)數(shù)，必須讓學(xué)生有充足的時(shí)間思考、研究與實(shí)施，但國內(nèi)該課程的學(xué)時(shí)數(shù)明顯不足；最后，需要在科研和教學(xué)方面具有豐富經(jīng)驗(yàn)的教授從事教學(xué)活動(dòng)，將科學(xué)研究的全過程融入教學(xué)過程中。

三、課程改革的內(nèi)容及目標(biāo)

本文以“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”為研究對(duì)象，提出理實(shí)一體化的項(xiàng)目式教學(xué)改革新理念，即理論課程結(jié)合研究生課題研究實(shí)際需求合理安排教學(xué)內(nèi)容，實(shí)踐課程采用以典型工程研究項(xiàng)目為依托的基于研究過程的教學(xué)方法，理論指導(dǎo)實(shí)踐、實(shí)踐結(jié)合應(yīng)用、面向工程應(yīng)用的全方位一體化綜合教學(xué)模式，旨在實(shí)現(xiàn)以下教學(xué)改革目標(biāo)：

（1）將理論課與實(shí)踐課的教學(xué)內(nèi)容相融合，加強(qiáng)理論與實(shí)踐相結(jié)合的緊密程度；結(jié)合研究生課題主要研究內(nèi)容，總結(jié)共性部分，提煉具有典型代表性的綜合性工程應(yīng)用案例，以項(xiàng)目式的授課方式推進(jìn)理論與實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的實(shí)施；積極啟發(fā)并引導(dǎo)學(xué)生對(duì)新技術(shù)、新知識(shí)的探究與應(yīng)用能力的培養(yǎng)，鍛煉學(xué)生對(duì)科學(xué)問題的思考、分析與解決能力。

（2）轉(zhuǎn)變授課內(nèi)容的重點(diǎn)，以學(xué)生課題研究為導(dǎo)向，由注重理論分析轉(zhuǎn)向新技術(shù)的應(yīng)用與工程項(xiàng)目的具體實(shí)施；將科學(xué)研究的主要環(huán)節(jié)作為重點(diǎn)內(nèi)容融入具體工程實(shí)踐項(xiàng)目當(dāng)中，以技術(shù)應(yīng)用和實(shí)踐操作為重點(diǎn)內(nèi)容開展教學(xué)工作，通過加強(qiáng)實(shí)踐應(yīng)用環(huán)節(jié)的訓(xùn)練強(qiáng)度，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)各實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的理解、掌握與應(yīng)用。

（3）完善課程評(píng)價(jià)體系，構(gòu)建能夠涵蓋共性和差異性的綜合性評(píng)價(jià)模式，降低理論知識(shí)掌握程度的考核比重，采用過程考核與創(chuàng)新考核并重的綜合評(píng)價(jià)機(jī)制，以激發(fā)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的積極性和主動(dòng)性，注重學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐過程中的動(dòng)手能力、自主學(xué)習(xí)能力及分析和獨(dú)立解決工程問題能力等方面的綜合表現(xiàn)，積極引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新性與獨(dú)創(chuàng)性地解決實(shí)際工程問題。

四、課程改革的基本過程與方法

（一）課程改革的技術(shù)路線

課程改革與實(shí)施的具體研究路線如圖1所示。

（二）課程改革的主要內(nèi)容

（1）以學(xué)生課題研究需求為導(dǎo)向，以培養(yǎng)科研水平與能力為目標(biāo)，構(gòu)建以工程實(shí)踐為主、理論教學(xué)為輔的創(chuàng)新型項(xiàng)目式課堂教學(xué)模式；將課程的理論知識(shí)重新進(jìn)行整合，將科研項(xiàng)目的研究成果與教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，面向基于工程實(shí)踐的與案例教學(xué)相結(jié)合的目標(biāo)和知識(shí)體系進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。

（2）將理論與實(shí)踐的授課內(nèi)容與學(xué)生的課題研究緊密有效銜接，將傳感器技術(shù)和虛擬仿真技術(shù)融入課程的學(xué)習(xí)中，加大傳感器應(yīng)用方面的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，提高虛擬仿真技術(shù)在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用比例，讓學(xué)生邊學(xué)習(xí)理論知識(shí)邊實(shí)踐，全面提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力以及從事科學(xué)研究的基本能力與素養(yǎng)。

（3）結(jié)合學(xué)生課題研究需求，總結(jié)、提煉研究課題的共性部分，有針對(duì)性地對(duì)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，將原有的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改為設(shè)計(jì)型、綜合型和研究型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；設(shè)計(jì)滿足大部分學(xué)生課題研究需求，充分體現(xiàn)工程項(xiàng)目研究全過程的綜合性典型應(yīng)用案例，增設(shè)動(dòng)態(tài)測(cè)試實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，從項(xiàng)目提出、需求分析、方案論證與實(shí)施、測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)搭建、控制策略研究與分析、數(shù)據(jù)分析與處理、實(shí)驗(yàn)過程實(shí)施與指導(dǎo)以及結(jié)果分析等多方面綜合提升學(xué)生從事科學(xué)研究的整體能力與素質(zhì)。

（4）結(jié)合課程需求與實(shí)踐教學(xué)改革目標(biāo)，研制綜合性實(shí)踐教學(xué)設(shè)備；探索具有創(chuàng)新性的理實(shí)一體化綜合考評(píng)體系，將原有單一依托實(shí)驗(yàn)報(bào)告的考核方式轉(zhuǎn)變?yōu)轫?xiàng)目實(shí)施過程、完成度、創(chuàng)新性、操作與匯報(bào)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告與現(xiàn)場(chǎng)答辯的綜合考評(píng)模式；將面向應(yīng)試學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦蚬こ虒?shí)踐與應(yīng)用的學(xué)習(xí)，全面提升學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作創(chuàng)新能力、語言溝通表達(dá)能力以及學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

（三）課程改革的主要研究方法

1.課程研究與實(shí)踐的思路

采用項(xiàng)目式案例教學(xué)與基于研究過程相結(jié)合的系統(tǒng)化教學(xué)法，針對(duì)控制系統(tǒng)中的電路設(shè)計(jì)、信號(hào)采集與數(shù)據(jù)處理、分析等問題，主要采用圖2所示的教學(xué)思路和方法。

授課時(shí)采用“工程項(xiàng)目提出－項(xiàng)目需求分析－方案論證與實(shí)施－項(xiàng)目測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)搭建－計(jì)算機(jī)控制策略研究與分析－實(shí)驗(yàn)過程實(shí)施與指導(dǎo)－項(xiàng)目驗(yàn)收與結(jié)果分析”的教學(xué)過程。

首先，教師設(shè)計(jì)、提出以解決實(shí)際工程問題為目標(biāo)的典型應(yīng)用案例，并給出系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)的具體參數(shù)要求與功能目標(biāo)；其次，開展課堂討論，分析實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目各項(xiàng)需求的可執(zhí)行方案與項(xiàng)目實(shí)施過程中存在的技術(shù)難點(diǎn)，引出工程問題與系統(tǒng)構(gòu)建的相關(guān)性，繼而探討工程問題的解決方法，制訂具體的實(shí)施方案；再次，對(duì)實(shí)施方案進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選擇合適的傳感器、執(zhí)行器與核心控制器等，組建測(cè)試系統(tǒng)，教師幫助學(xué)生判斷組建測(cè)試系統(tǒng)的正確與否；然后，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中設(shè)計(jì)的相關(guān)理論知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)與分析，并對(duì)數(shù)據(jù)采集的處理與分析方法和計(jì)算機(jī)軟件等進(jìn)行討論學(xué)習(xí)；最后，通過搭建完整的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，對(duì)試驗(yàn)測(cè)試標(biāo)定、數(shù)據(jù)處理分析、性能參數(shù)確定等過程進(jìn)行全面準(zhǔn)確地研究分析，強(qiáng)化項(xiàng)目實(shí)施過程中涉及的相關(guān)理論知識(shí)。

2.課程研究與實(shí)踐的具體過程

課程研究與實(shí)踐實(shí)施過程主要包括以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：

（1）任務(wù)安排：合理安排學(xué)生分組和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的分配；提供多個(gè)典型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，學(xué)生根據(jù)課題研究需求和設(shè)計(jì)能力選擇合適的項(xiàng)目。

（2）理論教學(xué)：根據(jù)學(xué)生選擇情況，教師需要在課堂上對(duì)各設(shè)計(jì)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)目的、技術(shù)參數(shù)、設(shè)計(jì)要求、實(shí)驗(yàn)過程和數(shù)據(jù)處理等方面的要求和實(shí)施過程進(jìn)行相關(guān)理論知識(shí)的講解與分析。學(xué)生則需針對(duì)所選的設(shè)計(jì)項(xiàng)目查閱相關(guān)資料，初步制訂設(shè)計(jì)方案，分割設(shè)計(jì)任務(wù)。

（3）小組研討：各小組提交初步設(shè)計(jì)方案及實(shí)驗(yàn)進(jìn)度安排，同時(shí)和指導(dǎo)教師探討設(shè)計(jì)過程中存在的問題；指導(dǎo)教師對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行審查指導(dǎo)，形成合理可行的最終設(shè)計(jì)方案，并幫助引導(dǎo)學(xué)生解決存在的問題。

（4）項(xiàng)目實(shí)踐：對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)中的測(cè)試系統(tǒng)搭建、實(shí)驗(yàn)測(cè)試等環(huán)節(jié)進(jìn)行理論指導(dǎo)和實(shí)踐指導(dǎo)。首先，學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)方案和相關(guān)理論授課內(nèi)容實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)搭建，然后，在教師的指導(dǎo)下完成傳感器的標(biāo)定、數(shù)據(jù)采集與分析、計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試、性能參數(shù)確定等過程，逐步完成整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)任務(wù)。

（5）實(shí)踐過程綜合評(píng)價(jià)：根據(jù)學(xué)生在試驗(yàn)設(shè)計(jì)過程中的具體表現(xiàn)（如電路設(shè)計(jì)、系統(tǒng)搭建與調(diào)試、實(shí)驗(yàn)實(shí)施、實(shí)驗(yàn)完整性、獨(dú)立解決問題的能力、實(shí)踐動(dòng)手能力等）、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況、項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求的完成情況及實(shí)施過程的創(chuàng)新性等對(duì)小組的平時(shí)成績進(jìn)行全面綜合評(píng)價(jià)。

（6）答辯匯報(bào)：該環(huán)節(jié)要求所有成員均能基本掌握試驗(yàn)的全部內(nèi)容；學(xué)生需要對(duì)設(shè)計(jì)的方案、過程、結(jié)論等進(jìn)行全面講解與分析，教師則根據(jù)學(xué)生在項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中承擔(dān)的主要任務(wù)，對(duì)每個(gè)成員提出若干問題進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)作答；根據(jù)學(xué)生的匯報(bào)與回答情況對(duì)小組的團(tuán)隊(duì)協(xié)作和語言表達(dá)與溝通能力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

（7）報(bào)告批改：對(duì)學(xué)生提交的項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告進(jìn)行批改。依據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的規(guī)范性與完整性、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與可信度、數(shù)據(jù)處理與分析的合理性及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的準(zhǔn)確性等對(duì)學(xué)生的研究資料的整理、分析與表述等能力與課程達(dá)成度進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，同時(shí)對(duì)課程的改革效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)與分析。

結(jié)語

本文以“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”課程為研究目標(biāo)，探索理實(shí)一體化項(xiàng)目式教學(xué)法的改革與實(shí)施方法，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重組，通過提煉典型的綜合性工程案例，將從事科學(xué)研究的基本方法和完整工程項(xiàng)目的實(shí)施過程融入研究生教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，強(qiáng)化理論知識(shí)與工程實(shí)踐相結(jié)合能力的鍛煉。該課程改革具有以下特點(diǎn)：

（1）轉(zhuǎn)變研究生教學(xué)思想，以提升研究生基礎(chǔ)科研能力和獨(dú)立實(shí)施課題研究過程為目標(biāo)，注重技術(shù)應(yīng)用與工程實(shí)踐相結(jié)合的教育教學(xué)改革思路。

（2）將科研項(xiàng)目的研究成果與教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，開展理實(shí)一體化與基于項(xiàng)目研究過程的系統(tǒng)化教學(xué)法相結(jié)合的課程實(shí)施方案的探索與實(shí)踐，以保證課堂教學(xué)容量、提高教學(xué)質(zhì)量。

（3）將新理念、新知識(shí)和新技術(shù)引入實(shí)踐教學(xué)體系，以典型工程應(yīng)用案例為引導(dǎo)，提升學(xué)生在技術(shù)應(yīng)用、方案制訂與實(shí)施、測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與搭建、數(shù)據(jù)分析與處理等方面的整體能力。

（4）探索創(chuàng)新性綜合評(píng)價(jià)體系，對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)不單單局限于理論知識(shí)的掌握程度和應(yīng)用熟練程度，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力、分析問題和獨(dú)立解決工程問題的能力等綜合表現(xiàn)的評(píng)價(jià)力度，體現(xiàn)創(chuàng)新性與獨(dú)創(chuàng)性的重要性。

作者簡介：劉海洋（1985－），男，河南南陽人，博士，副教授，研究方向：環(huán)境控制工程與裝備智能化研究。

通訊作者：宣傳忠。