《计算机控制系统》教法改革与课程建设――从实践角度

摘要：《计算机控制系统》作为自动化专业一门难度较大的专业主干课程，其教学改革一直受到专家学者们的广泛重视。本文针对该课程知识面宽、综合性强且与工程实践关系紧密的特点，提出了一种以工程实践为前提的教学模式。通过哲学和教育心理学相关理论，对该教学方法的可行性进行了分析论证，并对基于此方法的课程建设方案展开了讨论。以自选实际项目为前提，采用实验拓展法逆序教学，可以有效地激发学生自主学习的积极性，引导学生能在知识结构上精通局部的同时把握全局，从而提高学生的主观能动性，获得良好的教学效果。本教学模式可向本科高年级相关专业综合性较强的其他课程推广。

关键词：计算机控制系统；教法改革；理论教学；逆序教学法；实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）23-0097-02

一、引言

《计算机控制系统》是自动化类专业一门理论和实践联系极为密切的课程，是在学生学习完《单片机原理与接口设计》、《模拟电子电路》、《数字电子电路》和《自动控制原理》等课程的基础上开设的一门专业课。本课程的特点是涉及到的知识面较广、数学理论深、与前续课程有交叉、工程应用背景强。因此，要想学好本门课程既要求学生要具有一定的理论知识，又要求他们具有一定的实践能力。

目前，高校大多数课程是利用多媒体辅助板书教学，利用这种“满堂灌”的教学方法讲授大量的理论知识，学生在课堂上机械地记忆原理的内容和解题方法，也会显得比较乏味，久而久之会使学生们失去学习兴趣，甚至厌学，因而严重地影响了教学效果。除此之外，传统的教学方法直接学习理论知识，学生对知识点的理解不深刻，且极易出现两个“脱节”和一个“重叠”。即：学生只为应付期末考试而学习，使理论与工程实践严重脱节；学生无法建立起来自动控制系统的整体模式，本门课程与后续综合实验、毕业设计的脱节；本门课程与前续课程理论内容交叉（如Z变换等理论）的重叠讲授。

综上所述，有效地将理论与实践相结合，以实践为前提，以项目为依托，提出一种科学合理的教学方法十分必要。

二、以实践为前提的教学方法

以实践为前提的教学方法与以往提到的案例法有些类似，它是以具体工程背景为核心，兼与讨论法结合的逆序教学方法，符合哲学上人类的认识规律，也与教育心理学的理论相吻合。

（一）逆序教学的理论依据

认识的本质是主体在实践基础上对客体能动的、创造性的反映，实践才是人类认识的基础和来源。人们也更善于由表及里、由现象到本质地对信息进行加工处理和思考反应。与传统教学相比，教师从“为什么”到“什么是”再到“怎么办”的一系列问题引导学生学习似乎更为贴切。

著名的心理学家皮亚杰（Jean Piaget）曾提出过建构主义学习理论。他指出：知识不是通过教师传授得到的，而是学生在一定的情景下，借助他人的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得。当然所谓的“他人”包括教师和同学。教师“教”的最终目的是让学生摆脱依赖。在实践背景下，学生变为学习的主体，教师则进行辅助引导，在此过程中要弱化教师的示范作用，强化学生的独立思考能力，从而让学生更积极主动地学习，并有效提高学生的自信心。

（二）实际项目教学法

大学生的实践创新和创业能力培养已成为高等学校教育教学改革的主要任务。教师可以借助学生创新项目的平台，也可以在此基础上以热门的应用为着眼点，单独开设若干选题，让同学们3―5人编为一组，在他们合作下完成一个“项目”的同时教师进行必要的教学活动。

学生需要明确分工，组织协调，收集信息，设计方案，并最后统一完成文字报告和项目成品。在完成项目过程中，将学生自主学习的积极性激发出来，同时也培养和提高了学生独立思考和解决实际问题的综合能力。

（三）实验拓展教学法

“实验拓展教学法”实际上也是从形象思维到逻辑思维的一种教学方法，但是与“实际项目教学法”稍有不同。它不是一个完整的项目，它可以脱胎于教师申请基金的一部分，也可以来源于传统的自动化生产实验。

教师先从实践问题出发，让学生观察和分析具体的实验现象，并自主地提出现象中存在的问题，然后教师和学生一起合作，教师通过利用书本上的内容及自身经验，提出定义或定理，进而展开师生、生生之间的讨论研究。最后师生共同找出解决问题的一般方法，并归纳总结，举一反三，提出针对此类问题的一般方法，将理论再一次回归到实践中去。

三、课程建设

（一）教师实践能力和创新思维的提高

为学生开设实验，首先教师应该具有较高的动手实践能力，不能对书本上的知识“纸上谈兵”。给学生设置项目选题，也要求教师应具备创新思维。随着高校在校本科生数量不断增多，使得师资相对缺乏的问题越来越严重，青年教师长期负担着繁重的教学任务和无形的科研压力。但是若能很好地将这一压力转换为动力，甚至可以形成“教学促进科研，科研用于教学”的良性发展模式，对青年教师来说将是教学和科研双赢的局面。

（二）仿真与开放实验平台的搭建

自动化类科研项目的申报和研究绝大多数都离不开计算机控制，从中截取适合学生拓展的内容开设实验不是难事，如电子节气门的硬件在环仿真平台、直流电机调速系统、太阳能温室大棚集散控制系统等都是我校曾经申报国家自然科学基金项目、863网点项目和大学生创新项目等留下来的实验装置，如果再配合Matlab和Adams等搭建起开放性的实验平台，便可以供有兴趣的同学选做实验，为实验拓展教学法提供便利。

（三）课程关联性的融贯通

在逆序教学中，同学们在完成实验或项目的过程中会不可避免地涉及仪表、电机、传感器，甚至是工业机器人和非线性理论的问题。教师应该在此时起到指导和引导的作用，从在计算机控制系统中应用的角度，将课程相关联的内容融会贯通。在引言中已经提到了本门课程与前续课程理论内容交叉的重叠讲授，建议在本门课程中可适当减少学时数，只需向学生交代清楚课程之间的内在联系和演变过程即可。

（四）课后评价机制的完善

针对本门课程，过去在对学生学习成果评价时，往往注重理论知识，以开卷或是闭卷笔试的方式，缺乏对学生实际应用能力的考核。尝试以实践为前提的教学方法，就不能再采用单一的评价方式。可以将课程的打分分成四部分：课堂的出勤、课后习题的演练作业、期末的试卷成绩、项目或实验的完成情况及总结报告。只有这样，才能从理论和实践两个角度对学生进行z验，告别传统的“期末成绩一刀切”的片面考核方式。

四、结语

综上所述，有效将理论与实践相结合，以实践为前提，以项目为依托，提出一种科学合理的逆序教学方法。该方法是符合哲学思想和高等教育心理学的方法，它不仅可以调动起学生自主学习的积极性，还可以培养学生发现、分析、解决问题和创新的能力，同时也对青年教师教学和科研能力的提高起到了促进作用。将教师的教学与科研、学生的学习与应用有机结合，并达到共赢。此外，该教学方法对机电类、电气类相关课程如《电力拖动自动控制系统》、《机电一体化设计》及《过程控制与自动化仪表》等也有借鉴意义。

参考文献：

[1]李元春，王德军，等.计算机控制系统[M].北京：高等教育出版社，2012.

[2]高金源，夏洁，等.计算机控制系统[M].北京：高等教育出版社，2010.

[3]胡寿松.自动控制原理[M].北京：科学出版社，2001.

[4]丛玉良，王宏志.数字信号处理原理及其MATLAB实现[M].北京：电子工业出版社，2005.

[5]B.J.沃兹沃思.皮亚杰的认知发展理论[M].武汉：华中师范大学出版社，1987.

[6]教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会.自动化专业教育教学改革国际研讨会会议论文集[D].湖南大学，2006.

The Teaching Reform and Course Construction of "Computer Control System" in Practical Perspective

TANG Zhi-guo，GAO wei，LI Shou-tao，WANG De-jun

（Department of Communication Engineerings，JiLin University，Changchun，Jilin 130022，China）

Abstract：The "Computer Control System" is a very important and difficult key course of automation specialty.Thus many experts and scholars pay more attention to teaching reform about the course increasingly.According to the characteristics of the wide range of knowledge，strong comprehensiveness and closely related to engineering practice，a new teaching model on the premise of practice is proposed.The feasibility of teaching method is analyzed，based on the theory of philosophy and educational psychology.And then the detailed course construction scheme is discussed.Because the reverse teaching method makes full use of the projects and experiments，the independent learning awareness for students is stimulated.Teachers can obtain excellent teaching effects by improving students' subjective activity.The teaching model can be extended to stronger comprehensive what are other pertinent courses in the senior undergraduate.

Key words："Computer Control System"；teaching reform；theoretical teaching；reverse teaching method；practice