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(20XX——20XX学年
第X学期)
(本文档共
【
3
】页/【
528
】字)
单位
姓名
20XX年X月
微机室使用制度
1.
进入计算机教室要保持良好秩序,按指定位置就座,操作使用时要遵守纪律,不准喧哗、打闹。
2.
上机操作前须认真听取教师讲解有关操作内容项目及要求。
3.
操作过程要严格按照教师要求进行,不准随意拉动键盘、扭动显示器方向和用手触摸显示屏。未经教师许可,严禁对硬盘(软盘)自设密码和初始化,严禁对系统文件更改名称、内容和地址等。
4.
要爱护室内一切设施和用品,禁止擅自拆装硬件,凡有人为损坏,查明责任、照价赔偿。
5.
保持教室清洁,禁止在教室内吸烟、饮水、吐痰,乱丢纸屑,不准带水、零食、玩具等进入室内。
6.
上机操作要特别注意安全,发现异常现象生不安全因素时,要立即停止操作并及时向教师报告,不得自行处理,以免发生事故。
7.
遵守《全国青少年网络文明公约》,文明上网。自觉维护网络秩序,规范上网行为,不打游戏,不进聊天室,不浏览不良信息,不虚假信息,不随意约会网友,不沉湎虚拟时空。
8.
关键词:微机原理;课程;实验教学
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)06-0281-02
一、引言
《计算机控制技术》是计算机、信息和控制类专业的一门专业必修课。该课程将自动控制原理、计算机技术和通信技术进行了结合,具体而言,就是通过计算机替代传统的控制器构成闭环反馈系统并实现较为复杂的控制算法。随着计算机技术、传感技术和通讯技术的发展,传统的控制系统正由集中的模拟控制体系加速向开放的数字控制体系发展。越来越多的控制系统正采用计算机来取代传统的控制器。与传统的控制系统相比,计算机控制系统具有成本低、效率高、安装和维修简便以及灵活性和可操作性强等优点,同时可实现计算资源共享,从而提高系统资源的利用率。这类日益广泛的计算机控制技术已在各类工农业生产、航空航天、交通系统、无线通信、机器人、智能建筑、国防等领域获得了广泛的应用。由于计算机控制系统本身所具有的特性,要求相关专业人员在了解并掌握工业计算机的软件、硬件以及设备的基本原理和方法的基础上,将被控对象、传感器、控制器、执行机构相联接构成一个有机的整体,完成预定的任务。
本门课程是在开设了《汇编语言》、《微机原理与接口技术》、《自动控制原理》及《电路电子技术》等先修课程后,再为学生开设。《计算机控制技术》是一门理论与实践相结合的课程,学生只有通过本课程的理论学习,在掌握了计算机控制系统的分析和设计的基础上,动手构造有关电路并上机调试设计的程序,才能充分领会、理解并掌握教材中的内容。
二、《计算机控制技术》实验教学存在的问题
在传统的教学活动中都是以教师为中心,教师的主要任务就是在课堂上以生动的语言来进行知识的传播,学生则在教学过程中处于一种被动的认知和接受的位置。《计算计控制技术》课程通常采用理论教学和实验相结合的方法进行教学,课堂讲解传授理论知识,实践教学帮助学生认知、提高应用能力。但以往的教学普遍以课堂教学研究为重点,而对学生进行有效的试验实践研究不够重视。尤其传统的实践教学通常是以验证为主的实验方法,一般只要求学生根据试验原理总结实验现象,而这些试验现象都是一种必然的结果,这种实验教学方法往往可以使学生取得一些深层次的认识或体验,但是对学生分析与综合设计能力、整体创新能力的培养仍然不够。达不到提高学生独立创新和应用能力的教学目标[1]。因此,对传统实验教学方法的改革迫在眉睫。
三、《计算机控制技术》实验教学的改革
1.重新编写与实验设备配套的实验指导书。试验教学的改革从编写新的试验指导书开始,新的试验指导书既与选用教材又与试验设备相配套。实验指导书的改革主要体现在三个方面:第一,增加学生独立设计试验步骤的部分。具体而言,在试验指导书中只需提出实验的目标、功能要求和性能指标,然后由学生独立完成所需要的试验步骤。只提实验要求,能够改变学生只按照实验指导书的步骤而不加思考的状况[2]。第二,由学生独立设计试验数据表格。试验的结论都是由试验数据总结出来的,所以要求学生能够完成试验表格的设计,且系统的设计与实验过程等所有工作也都由学生自己完成。第三,增加一些加宽、加深的试验内容。由于学生的试验能力不处于同一层次,所以需要为那些基础好、动手能力强的学生提供更多的学习机会。
2.减少验证性的实验内容,增加综合性的实验内容。教师要从教授实验方法、检查实验结果转变为引导学生完成相关实验项目,共同分析、解决实验中的相关难题。这样就给学生造成了一种学习压力,促使其提高学习热情和主动性,使学生从被动的学习转向自觉的研讨。在试验内容的安排上,要减少验证性的试验内容并相应增加综合性的试验。除个别规定的验证性实验外,不给定实验电路图,不指定详细的接线步骤,完全由学生在掌握现有实验资源的前提下设计相应的实验电路。在程序设计上也要强调学生在实践活动中的主观能动作用,除专门规定的验证性实验外,不指定详细的编程步骤,不给定详细的流程图和实验程序,对学生完全开放,由学生自主地编写相应的程序。同时学生也可以自由发挥,去做自己想做的不受教学内容局限的实验[3]。根据一直以来的教学总结,发现计划实验教学课上的时间还不足以满足同学门的实践需求。这就要求实验室除进行计划实验教学之外,还应满足学生自由进行实验的要求。为此,采取了开放式的实验室管理办法,将空闲实验室向学生开放。学生可以根据计算机控制系统的基本原理和现有的实验室资源,自己拟定试验目的以及预期试验结果,并设计构造相关的试验内容以及试验步骤。并且鼓励学生根据自己的兴趣爱好自由地去做想做的实验,这样学生的实验内容和要求都会有所不同,进而促进学生的学习兴趣。
3.组织学生参加课外兴趣小组。以上讨论的都是课程中的实验教学,除了规定的课程实验之外,教师还要组织对计算机控制技术感兴趣的同学成立计算机控制技术兴趣小组。这种兴趣小组可以让同学们自由发挥,比如,对新技术理论感兴趣的同学,可以在教师的指导下围绕最新技术收集资料,探索科学研究的前沿,成立讨论小组,并开设专题报告,从而增加自己的阅历;对设计感兴趣的同学,可以提供基本的原材料,让学生开发和研制一些实用的科技小产品。这种做法的最大好处就是带动了学生的学习积极性,让学生能够感到学习也是一种乐趣,同时还能让同学在无意识之中巩固了理论知识,并将理论应用到实践,提高了学生的实际应用能力。兴趣小组成立后,在兴趣小组中选取一部分优秀作品,根据作品的创新性和实用性,指导学生申报校级甚至更高级别的学生科研课题。对于有课题的教师,可以让部分优秀同学加入到教师的科研课题中,让同学尽早地接触科研活动的整个过程,启发学生独立思考,充分发挥学生的创造性,提高学生的综合素质。然后再从学生的科研课题中选拔优秀的项目参加设计大赛,比如电子设计大赛、飞思卡尔智能车大赛、机械创新设计大赛等,这些竞赛活动使学生受益非浅,从学生被动地要求做实验,到学生主动地要求进实验室做实验,加深了对课本知识的理解与融会贯通,学到了许多书本上所学不到的东西,培养了创新设计能力。
四、《计算机控制技术》实验教学改革的效果
1.激发了学习积极性,提高了自学能力。实验指导书中的设计内容都是根据学生的实际情况和当前计算机应用领域的最新案例自行设计的。这些案例在学生身边都能经常地接触到,也是学生非常感兴趣而又特别好奇的计算机控制系统,这可使学生感到所学内容跟得上时展的需求并具有相当的实用价值,学习积极性能够得到进一步的提高。由于部分实验是考查学生的自学能力,无法在课本中找到现成的答案,只能通过所学到的理论知识并查阅相关资料才能解决,从而促进了学生学习和自主思考的能力。
2.培养了学生的创新能力。在传统的实验教学中,学生不用思考也不需思考,只是按照已知的实验步骤完成实验,只是一个被动的接受者,很难谈得上训练创新能力和创新意识。而将学习的主动权交给学生,让学生成为实验的主体,改变学生从书本出发而不是从问题本身出发的思路,摆脱书本的束缚。让学生从查阅资料开始,进行总体方案设计、编写控制算法程序、调试系统、选择参数、直到得到最佳实验结果。在这种创造性的工作中,给他们提供了一个自由想象和大胆创新的空间,激发了他们的创新欲望。实验把动脑和动手有机地结合起来,培养了他们的创新意识和创新能力。
3.提高了学生的工程实践能力。实践是创新之源,工程实践是创新的基础,提高学生的工程实践能力才是工科教学的重点之重点3]。由于编写了新的实验指导书,学生在实验中必须考虑各部件之间的电路连接、相互控制、整体配合等细节,需要通过不断的摸索,总结出一套行之有效的办法。在这样的实验活动中,学生通过对相关资料的归纳、整理,对实验过程做有效的梳理,认真总结实践中出现问题的原因和解决问题的方法,充分地认识设计的优缺点,为探索更加优化的设计、实现方案,为今后的工作实践打下良好的基础,从而使学生不论是从知识的积累上还是能力的提高上都会产生一个极大的飞跃[4]。
五、结论
通过实验指导书的改编,提倡学生自己编程做计算机控制技术实验,这激发了学生的兴趣,增强了学生自主思考、综合运用知识的能力,提高了学生分析问题解决问题的能力,训练了学生的创新能力和创新意识,取得了良好的实验教学效果。随着学科建设以及实验室建设的发展,一些先进的实验设备已经到位,如过程控制实验系统、倒立摆实验系统、随动系统等,我们将逐步把这些设备与计算机控制技术实验结合起来,开发更加先进、更具有实际意义的新实验,为感兴趣的学生提供纵深发展的机会。
参考文献:
[1]马常旺,林卫星,谢建军.计算机控制技术实验课的改革与实践[J].实验技术与管理,2004,(2):125-128.
[2]孙坚,王强.宽口径培养模式下《计算机控制技术》的教改与实践[J].中国电力教育,2013,(28):130-131.
1 侧重学生主体,引导学生养成自主学习的习惯
计算机应用软件都有其特有和强大的功能,不同的组合有不同的结果,有时甚至是不经意的一个操作产生了一些特别的让人惊喜的效果,老师上课时不可能全部告诉学生此软件有哪些功能,实现一些什么效果。所以我们在上课时应该让学生有更多的操作时间,让学生在真正的实践中掌握方法,学会举一反三、触类旁通,并鼓励学生去做一些新的尝试。学生在实践中将理论与自己的判断、体验、创造结合起来,才能成为他自己真正掌握的东西。
比如在讲WORD应用时,我发现很多老师为了不让学生的思维受到示范效果的影响而能有自己的独创性,没有给学生统一的演示和一一说明每个菜单中每个功能的作用,而要求学生自己选择一个自己感兴趣的菜单进行集中学习,然后大家比较一下,看看谁在实践能找到与众不同的技巧。在课堂上老师只分散介绍一些特殊效果的制作技术要点,然后要求学生完成任务,对于一些属性的设置基本上要求学生自己完成。并且要求学生将所有的效果按自已的审美观点合理排版,到最后课程结束时将成果整合,并融合。形成一个可以让自己有成功感的成果。这样学生有了很大的学习主动性和积极性,每个学生最后都学到了有自己独特性的技巧。
2 开展小组合作学习,培养学生合作与探究的能力
计算机是一门操作性很强的课程,而学生的操作水平往往又参次不齐。学生在学习过程中,很多同学碰到一些问题只要有人稍微指点、提示一下就可以了;但还有一部分操作水平比较低的学生,碰到问题如果没有人能够及时讲解,就根本无法进行具体的操作,那么一节课也许什么也没做到就下课了,几次下来,学生就会有极大的挫折感,对学习也就渐渐失去兴趣了。对于信息技术这样操作性强的课程来说,老师不可能及时解答所有学生的问题,很多学生会因得不到你的帮助而影响学习。开展小组学习、小组竞赛,鼓励小组同学互助学习,正好可以解决这一问题,使得教学效果明显提高。
合作学习的价值在于:培养合作的动机;提高学习的兴趣;形成和增强个人的责任感;形成和提高合作沟通、交流的能力;将个体之间的竞争转化为小组之间的竞争;解决一个教师面对众多学生难以胜任的困境。
3 改进教学评价方式,让学生在评价中提高
3.1 让学生参与评价。课堂评价是课程改革的一项重要内容,传统的考核方式已经不再适应现在的新课程了。在考核方式中,可改变过去由老师独自评定的方法,让学生参与评价,这种方法一般可用在阶段性的作业评价中:首先是小组内评。比如在学网页设计时,每个学生个人作品做好后,全部链接到班级主页上。先按6人一组,小组内大家互相观看,参考老师给出的评价标准,通过讨论推荐两到三份小组优胜作品出来。接着是扩大范围,全班共评小组推荐的优胜作品。让全班同学一起来观摩这些小组推荐的作品,再从中推选出大约25%的优秀作品。然后是作品展示。请全班评出的优秀作品作者上台展示并讲解他们的作品制作的一些特色之处、碰到了一些什么困难又是如何解决的、以及有哪些亮点、哪些不足之处;其他同学也可提出自己的意见;老师同步进行点评,指出值得大家学习之处以及可以改进的地方,特别要鼓励学生制作有自己独特创意的作品。在这个过程中,激发了学生的兴趣,学生既可通过互相观看作品对网页设计获得一些感性认识,也在同学的展示讲解中加深了对网站设计的认识。
3.2 要关注学生个体差异,评价要做到以人为本,让每个学生都能体验成功的喜悦。由于家庭经济收入不同以及各中小学信息技术课开设情况不同,莫旗中小学学生计算机操作水平以及计算机素养差别很大。有些学生家里有电脑自己还爱好,不仅懂一般的操作,而且还有一些钻研,对信息技术教材的知识大都有所了解;而有的学生家中没有电脑,他们接触信息技术的知识是在学校的课堂上,甚至有的根本学生就没有接触过电脑。如何对待他们之间的差异是保护与调动学生学习积极性的重要方面。这就要求教师不但在教学中要顾及两头的学生,更要在评价时适当考虑到这个问题。在教学中,对于那些基础好的学生,老师可以发动这些学生当小老师,让他们帮助其他学习能力较低的同学学习;或者让他们在学习书本的同时对书本相关的知识进行探索。在平时的作业评价中,也不能用统一的标准去衡量所有学生。对于大部分学生,可以用比较高的要求统一去评价;可是对于少部分起步晚的学生,就应该以鼓励为主,多加关注,及时指点。比如刚开始学时只要他达到了最基本的目标,就应该给予鼓励,告诉他做得很好,甚至可以给他和那些做得很好的学生一样的成绩A或B,让他们能够和大家一样享受成功的快乐,增进学习的兴趣。
摘 要:计算机技术应用基础是中等职业学校计算机专业乃至所有其他专业的必修课。但由于中职学生基础参差不齐,该课程内容又多,且应用技巧要求高,同时内容又需时时更新,因此从计算机技术应用基础的教学现状和存在问题着手,结合当前计算机技术飞速发展下的岗位需求,寻找一套普适性的教学策略,至关重要。本文以有机整合教学经验为起点,探讨了借助视频化微课、对接实际职业环境训练、网络化平台实战等普适性举措,有效实践计算机技术应用基础课程的教学,从而使教学跟上技术发展潮流,使学生的技能满足岗位对接要求。
关键词 :中职教育 计算机基础 普适性 教学策略
随着信息技术的飞速发展,中职计算机技术应用基础也从专业课向公共基础课转变,无论学生是否从事计算机专业,都将必修这门课程。这门基础应用技术是新职业人的必备素养,其地位举足轻重。
然而,在中职计算机技术应用基础普及教育中,存在学生基础参差不齐、教学方式受到制约、考评体系不健全等问题,直接影响到教学效果,甚至影响到学生对这门应用技术的掌握。结合现有学情和教情,深入分析探索,总结一套普适性教学策略,解决传统教学下存在的弊端,对提高中职学生整体就业能力意义重大,迫在眉睫。
一、中职计算机技术应用基础教学中存在的问题及分析
1.学生基础、理解能力参差不齐
计算机应用技术课不同于一般的文化课。中职学生在高中阶段不一定学习过计算机知识,有的学生有基础,有的学生甚至对计算机是全然陌生的。基础相对较好的学生,对教学内容有一定程度的熟悉,感觉内容偏于简单,学习积极性和氛围并不理想,出现浅尝辄止,知识点掌握不透彻、不牢固,形成似懂非懂的局面。基础较为薄弱的学生,觉得要学习的内容太多,过于繁琐难懂,课后主动复习少,导致知识点掌握不理想,久而久之,跟不上学习进度,进而失去学习的信心和动力,半途而废的现象时有出现。
2.理论与实践脱节,实践与岗位脱节
在实际教学过程中,实践实操部分通常局限于教师简单讲解和示范,然后学生自己动手练习的模式,且实习操作中学生往往草草了事,不求甚解。如学生在学习Internet部分时,普遍反应知识很简单,易于操作,但当教师问及具体的基本知识点时,有部分同学就难以回答。在涉及具体的、变化的项目时,学生常常出现不会做的现象,甚至觉得似乎没有学过。这些情况表明实际操作忽略了理论,理论没有反作用于实践,学生没有形成自我练习带动下的、自己理解的理论知识,理论也不能进一步指导实践,理论联系实际的互动没有形成,变通的实践能力自然也不理想。
3.计算机操作员考证通过率不具备普遍化要求
在中职学校中,往往要求学生参加计算机基础应用水平考级测试,获得相应证书。在考证中,时常发现非计算机专业学生考证通过率很难达到100%,优秀率也比较低。在没有通过测试的学生中,理论不通过者占多数,上机操作不通过者占少数。没通过的学生,往往是理论知识与实践操作基础都比较差。所以说,应用性学科理论知识和实践操作有着密切的联系。
二、普及性教学策略的实践与探索
针对计算机应用基础在中职教育中存在的普遍问题,实践表明,以下的几种策略具有典型的代表性,对解决问题具有良好的正对性、普适性。
1.局部采用视频化微课策略,弥补课堂教学的局限性
计算机应用基础课程知识点繁多,学生基础又参差不齐,可以使用视频化微课,针对重点、难点、考点弥补传统课堂教学的不足。教师演示、讲解往往只能顾及教学“面”,而不能针对教学“点”。微课可以让基础较为薄弱的学生在教师指定的共享平台不断地自我学习和复习;基础较好的学生可以在微课共享平台进一步巩固、提高和深入理解。这样可以有效地弥补基础差距,使知识点系统、有序,使自我学习真正便利化、复习巩固高效化。
2.让课堂教学环境对接实际职业环境
对于一门应用技术而言,技术的学习不仅要能够对接到岗位,而且要跟上技术发展整体的潮流。在教学过程中,不仅要复习重点内容,而且还要有对应的实战型练习项目,特别是对于重点内容,要结合视频化微课进行自我练习和巩固。比如,学习Word 排版编辑功能后,安排给学生“个人简历及封面制作”的实验任务,让学生按照要求设计完成一份图文并茂、穿插表格和图形的Word文档。在学习完Excel后,安排给学生“销售业绩统计分析排名”的实验任务,让学生制作有图表、函数和公式的统计表。在学习完成Powerpoint 后,安排给学生“公司产品介绍设计制作”的实验题目,让学生结合自己的工作岗位制作一份演示稿,并挑选好的作品让学生介绍、展示。
此外,在机房硬件条件允许的情况下,及时更新机房软件,包括操作系统、办公软件和机房教学管理软件等。软件的及时更新可以让学生把学到的知识与实际使用接轨,和实际职业环境对接。如及时安装双操作系统Windows XP和Windows 7、Office 2003和Office 2010等课本上讲授的软件,或者适当进行前沿软件的介绍,使学生了解新知识,拓展视野。
3.利用网络化平台提高实战技能
计算机应用技术网络化已经不再鲜见,网络本来是个巨大的信息资源库,学生要充分利用网络辅助学习。首先,学习网络相关知识,如IE浏览器的使用、Outlook电子邮件的使用、网上资源的下载等。其次,利用网络搜索要学习的知识,如计算机网络硬件组成、网络协议、病毒等较为专业的内容,能利用网络上的知识进行简单的网络设置和基本的病毒、黑客防护。网页设计方面的内容对中职学生来说难度相对偏高,课程中详细讲解HTML语言也是缺乏实际意义的。通过实践发现,学生重点从所学知识中了解网页设计的基本流程和发放,然后通过网络下载现成的电子商务网站源代码,教学生通过Frontpage软件实现网页的简单修改。再次,学会申请免费的网络空间,并用FTP将修改好的网站上传至此空间,让学生能将自己的“公司或产品”推向世界。学生在课堂上的表现普遍积极主动,这和单纯学习HTML语言和Frontpage网页制作软件形成了鲜明反差。最后,注册当下流行的购物网站,从注册用户到选择要购买的产品,再到在线支付,使学生对网上购物有了较深的了解,学会解决购物中出现的相关问题,从而在课后实践课堂中讲解的内容。
三、小结
随着计算机技术的高速发展,知识结构更新加快,为跟上时展步伐、体现职业教育的时代性,上好计算机应用基础这门课就必须改变传统的教学方法。根据实际情况灵活采用各种教学方法,创新教学,调动学生学习的积极性,突出学生的主体地位,突出计算机基础应用能力的培养,提高教学效果和教学质量,真正培养出有能力、高素质的应用型技术人才。当然,伴随着计算机应用技术的不断更新,今后在教学过程中也将面临更多的新问题,因此,教师要针对计算机应用基础教学不断研究和探索新的教学方法和策略。
参考文献:
[1]彭芦.中职教育计算机技术应用基础教学中部分问题的探讨[J].中国科教创新导刊.2008(22).
[2]叶秀梅.中职学校计算机基础教学改革[J].哈尔滨职业技术学院学报,2011(3).
[3]朱雯艳.浅谈中职计算机课堂教学改革[J].素质教育,2012(99).
关键词:计算机控制技术;课程群;教学模式
作者简介:谢昊飞(1978-),男,重庆人,重庆邮电大学自动化学院,副教授;蔡龙腾(1990-),男,湖北孝昌人,重庆邮电大学自动化学院硕士研究生。(重庆 400065)
基金项目:本文系重庆市高等教育教学改革研究项目“工程训练中心建设的研究与实践”(项目编号:1201019)、重庆邮电大学研究生教育创新计划重点项目“自动化类研究生创新教育基地建设”的研究成果。
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2014)09-0097-02
一、课程教学模式研究现状
随着计算机技术、自动控制技术、嵌入式技术以及网络通信技术的快速发展,计算机控制系统在机械制造、过程控制、航天航空、交通运输、流程自动化等领域得到广泛的应用。因此“计算机控制技术”是一门工程性很强的本科专业课程。但是由于本课程融合了单片机知识、自动化控制理论、现代控制技术、计算机技术和数字通信原理,涉及面十分广,给传统的理论课程体系、实验系统和教学方法带来了很大挑战。为此,90年代中期以来,各高等院校纷纷开始对传统的教学模式提出改进措施以增加教学的效果,提高教学质量。
改革内容大致体现在三个大的方面:课程理论体系结构、实验体系结构和教学方法。课程理论体系结构的改革主要体现在选择主流的微型计算机为工具,以完成的应用案例为主导线展开课程内容,与传统的连续控制系统的对比教学提高效果。[1,2]基于计算机控制中若干基本概念,介绍了由连续控制器到离散控制器的设计方法。[4]实验体系结构是众多教师着重考虑的环节,以增加学生对理论的理解力和实际的动手能力,减少了验证性的实验,增大了设计性、综合性和研究性的实验内容。[5]教学方法涉及面十分广泛,包括应用现代的信息技术教学手段、典型案例教学。
上述改革措施的实施很大程度解决了一部分教学过程中的问题,但是仍然有一些难题还需要解决。首先,“计算机控制技术”课程理论内容和实验内容与“自动控制原理”、“单片机原理”、“微机原理”、“现代控制理论”以及“信号处理”等相关的课程未有统一考虑。其次,实验教学中,仍然是原理性验证,遇上实际的工业现场系统时,学生同样存在束手无策的现象。最后,学生缺少主动查阅资料独立解决问题的能力。本文针对上述问题开展立体化教学模式的研究,让上述的因素相互关联,形成一个有机的整体,从而提高教学效果。
二、“计算机控制技术”课程群建设
考虑到自动控制原理、计算机控制技术的发展趋势以及对学生在自动化专业知识、创新能力、综合素质的要求,将“微机原理”、“单片机原理及应用”、“计算机控制技术”、“嵌入式系统”和“网络控制技术”五门课程构建一个计算机控制技术类课程群,整体考虑课程衔接、理论教学内容、实验教学内容、教学方法、理论与实践的合理配置以及课程群内容的优化,从而让学生从大二年级到大四完成一个有机系统的学习过程。
在建设课程群主要讨论各个课程理论内容、实验内容、课时的分配以及课程间的衔接。将“微机原理”课程放于大二的第二学期,它是整个后续课程的基础。它主要给理解基于IBM 8086系列计算机的经典结构以及外部接口的设计。同时将一部分关于A/D、D/A内容删除,划分到“计算机控制技术”课程中。单片机原理及应用则主要展示基于MCS-51单片机的原理和接口设计部分。接口包括键盘、数码管、LCD灯、功率接口、通信接口设计。计算机控制技术则着重于数字控制器的设计过程、状态空间的设计、过程通道设计以及整个系统的设计过程。嵌入式系统和网络控制技术最近发展的热点技术,前者着重于嵌入式操作系统的学习和接口驱动的设计,而后者是计算机控制系统的网络化、智能化,因此侧重于大的现场总线控制系统的介绍。
为了保持实验课程的一致性,实验内容是具有严格的衔接性的,除“微机原理”外,其他课程的实验系统开发平台均是基于统一的芯片。因此当整个课程群实验完成时,学生将学会从简单接口设计到一个单回路控制系统的设计,然后到一个多回路的网络控制系统的设计过程。
此外,设立专门课程群的管理机制,规范各个课程理论和实验系统、课程设计和综合设计内容,对课程中出现的问题及时处理,建立网络管理系统。
三、真实工业环境的实验系统建设
针对传统的实验系统缺乏真实工业环境的特点,构建实际的工厂控制环境,让学生体会实际的现代工业生产过程,从而理解计算机控制技术课程的各个知识环节是必要的。
因此在保留传统实验系统的基础上,以一个完整的计算机控制系统为目标组织实训,让每位同学担任工程师、管理人员、材料采购人员、生产人员或其他角色,并在其间发挥作用,要能和团体内的其他成员协调配合,使学生能敏锐地发现应该由他解决的问题,并知道自己应该如何去做。为此,构建如图1所示的真实工业环境,形成计算机控制产品设计、样机试制、定型设计到电磁兼容性测试与可靠性试验的一套系统的产品实验、开发与测试环境,培养学生以可靠性为核心的产品化、工程化意识与能力,提高学生的产品设计能力、工程测试能力和综合运用所学知识的能力。
第一,电子产品生产线包括电子产品设计、生产和测试全套流程的设备配置。能实际生产计算机控制产品与智能仪器仪表、智能电器的电子部分。测试包括电磁兼容测试、高低温测试等可靠性产品测试内容。系统配合机械产品生产线生产的智能仪器仪表、智能电器可在流程工业控制系统或供配电系统进行试用。
第二,机械产品生产线包括机械产品的设计、生产和测试全套流程的设备配置。能实际生产计算机控制产品与智能仪器仪表、智能电器的壳体,并配合电子产品生产线生产的计算机控制产品、智能仪器仪表、智能电器可在流程工业控制系统或供配电系统进行试用。
第三,以典型的流程工业生产过程为对象,体现多总线集成的网络化控制系统特点,并可为学生设计开发的基于总线技术的计算机控制产品与智能仪器仪表提供试用条件。其中现场总线技术及无线技术方面形成基于单元设备、通信卡、芯片、协议栈和多总线集成等各不同层次的系统性、设计性、综合性、创新性的实验、开发与测试平台,培养学生分析问题、解决问题的能力和技巧,提升学生的综合性、系统性、创新性思维能力。
第四,构建完善的车间供配电系统,并可为学生设计开发的计算机控制产品、智能仪器仪表或智能电器产品提供试用条件。
四、科学研究与课程教学相结合
科学研究与课程教学主要体现两个方面:
第一,科学研究可以帮助任课教师和上课学生掌握与课程相关的技术发展趋势、相关应用领域的科学研究方法。任课教师可以从科研中更加深刻理解课程中内容,提高其课堂水平,形成理论和实践有机结合。同时,课题组的相关科研工作积极吸纳学生参与,不但他们可以掌握本领域的前言动态,还可学习如何主动分析问题,获取相应的专业知识,解决现实的工程科研问题,从而具有较高的综合素质。
第二,科学研究可以促进课程纵深发展。科学研究较大丰富了办学的资源,可以利用科研的仪器仪表和其他研究工具,加强实验系统设计不足。目前,本课题组已利用相关资源,形成了课程的实验、课程设计、综合设计和毕业设计的设计平台。同时,还可以提升整个课程的地位。通过科研,可以将研究内容整理出有实用价值的信息融入相关课程,甚至可以编撰相关教材和专著。
自2004年来,课程组一直致力于一种“科研促教学”的教学方法,利用承担的国家和企业等相关科研项目,构建了工业以太网的计算机控制系统、智能汽车控制系统等教学平台,并利用了平台进行与课程的课程设计、综合设计,取得十分好的效果,甚至有部分同学提出了许多十分新颖的设计。
五、教学改革的效果分析
1.教学效果
通过立体化的教学,学生对课程的理解得到了进一步的加深,对课程在各个领域的知识应用有了形象的认识,对课程数字控制器、控制通道等重难点内容有了实质的提高。从近5届本科生的考试平均卷面成绩来看,从最初的63.8分提升到最近78.4分,其中85分以上提高到了42.4%。实验效果从反馈效果来看,学生的动手能力有了十分的改善。从最初的验证性实验,已经可以完成了一些综合较强的设计实验。
2.实践效果
由于融合了科研资源和面向真实的工业环境等策略,学生实践能力得到极大的提高。学生已经从最初的被动式接受知识,改为了主动式思考面临的实际问题,并解决现实生活存在的一些问题。近5年,与课程相关的学生科技竞赛获得奖项30余项,学生设计的许多课程设计和综合设计作品都列入实验室展览室。
总之,在结合课程群设计、真实工业环境的实验系统和科学研究的立体化的新的教学模式下,经过多年的努力,开始取得了一定的成绩,学生的课程实践能力取得很大的进展,对课程的理解有了很大提高,“计算机控制技术”课程也成为重庆市精品课程。
参考文献:
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