“计算机控制技术”课程改革的探索与实践

袁海英，罗文广，高 远，叶洪涛

（广西科技大学电气与信息工程学院，广西柳州545006）

0 引言

“计算机控制技术”是自动化及相关专业的核心专业课程之一［1］。本课程涉及计算机控制系统的硬件设计、软件设计、控制算法和仿真技术等内容，要学好这门课程，学生不但需要基本的理论基础，而且更需要很强的实践能力。课程的教学效果的优劣对学生综合应用能力和解决实践问题能力会产生直接影响。因此，提高“计算机控制技术”的教学质量显得十分重要。

1 改革的必要性

“计算机控制技术”课程涉及到的理论基础较多、知识面较广，既综合了“电路理论”、“模拟电子技术”、“自动控制原理”、“单片机原理及应用”等先修课程的知识，又需要建立系统和工程意识。针对“计算机控制技术”课程的以上特点，传统的课程教学模式并不能圆满地完成课程目标。就以我校为例，按照原有的培养方案，虽然安排有8个学时的实验课，但是学生的综合应用能力训练时间还是十分有限。众所周知，教学模式直接影响教学效果与质量的。因此，结合课程的目标和特点，“计算机控制技术”教学模式的改革势在必行。

笔者所属学校的自动化专业是校内“卓越工程师教育培养计划”和“联合培养高端应用型本科”试点专业，试点班的规模一般为30人左右，这为教学改革提供了便利条件。在此小班教学过程中，我们进行教学改革的思路是：将学生作为教学的主体，以自主学习和合作学习为主线，以任务驱动教学法为导向，善用启发式和讨论式教学方法，合理分配理论教学内容和实践教学内容，增强学生对课程知识的理解与应用，提高学生的自主与合作学习能力，实现课程既有目标。同时，课程组成员已经积累了丰富的教学和科研经验，可以为教学改革的顺利实施提供师资保障。

2 教学模式改革探索与实践

传统的“计算机控制技术”教学模式中，课堂上教师滔滔不绝地讲述，与此形成对比的是学生无暇思考甚至不知所云。同时，学生觉得理论部分枯燥而抽象，掌握基础不扎实。实验类型又多为验证型实验，理论联系实践的能力得不到充分训练和提高。要改变这样的现状，就必须有以学生为本的理念。因此，教学模式改革的核心是①提高学生自主与合作学习的能力②采用任务驱动的教学方法③课程学习质量评价改革。以我校“卓越工程师教育培养计划”自动化专业试点班（以下简称“卓自班”）为对象，我们对“计算机控制技术”课程的教学模式进行了一些改革尝试。

2．1 培养学生自主与合作学习能力

自主学习实际上是无认知监控的学习，是学生根据自己的学习能力、任务的要求，积极主动地调整学习策略和努力程度的过程［2］。

我校的“计算机控制技术”课程开设在第七学期，此时学生已经完成了公共课和专业基础课的学习，具备了一定的基础知识储备，再加上学生正处在心理发展阶段，完全符合学生自主学习的基础条件。按照已有的课堂教学经验，教师布置的预习、复习、作业、实验等内容，有的学生之所以不能按时完成或者完成效果不好，表明学生自主学习缺失内在动机，主观能动性不高。现代学习心理学认为，与自主学习有关的内在动机成分主要包括自我效能感、价值意识、目标定向、学习兴趣等，学生在这些动机成分上表现出来的特点将直接影响其内在学习动机水平［3］。因此，我们努力寻找一种可以间接影响学生内在学习动机的方法，使学生充分发挥主观能动性。

合作学习是20世纪70年代兴起的一种富有创意和实效的教学理论与策略，有利于改善课堂内的学生心理气氛和提高学生的学业成绩，促进学生形成良好非认知品质［4］。这意味着通过合作学习可以弥补自主学习的内在动机成分中消极的方面。因此，“计算机控制技术”课程教学采用以学生为主体，主动与合作学习为主线的教学模式是我们所寻求的。按照这一模式，我们将卓自班的30名学生进行自由组合组成多个学习小组，每组3-4人，共安排3-4名课题组教师进行指导。教学活动以小组为单位展开，力求自主学习与合作学习相互促进。

2．2 任务驱动教学的运用

任务驱动式教学法是以教师传授知识为主的传统教学理念转变为以学生认知学习为主体、教师为主导的多维互动式的教学理念［5］。通过合理的分组，学生学习的主观能动性得以发挥，课堂教学活动随之变得丰富起来。采用任务驱动式的教学方法，整个学习过程和教学环节借助分组得以高效运行。

1）备课和预习环节

教师方面，备课时要按照教学大纲，结合学生的实际情况和特点设计课堂教学任务。学生方面，各学习小组轮流对相关知识点进行预习，使用PPT或者Flash软件进行课堂演示，并与教师和其它小组一起讨论，形成先学后讲的良性循环。这样既能锻炼学生查阅资料的能力，又能锻炼其自主学习与合作分工的能力。演讲和讨论环节也可以使学生的组织语言能力和沟通表达能力得以训练。学生通过对一些内容的预习，增加学习兴趣，同时能够找出学习过程中的难点，并在教师授课课堂中寻求解决难点问题的方法。由此形成一种长效的学习策略，保障学生自主学习过程。

2）理论课教学环节

理论课上，采用教师主讲和学生讨论相结合的教学形式。教师在授课过程中，将要讲授的内容通过提出问题的方式引出，启发、调动学生的学习兴趣和积极性，提高学习效果。某些知识点不直接给出，而是通过布置思考任务或者课堂练习任务，在课堂或者课下形成讨论，引导学生积极参与学习，并通过合作努力来寻求解决问题的最佳方法。例如数字PID控制器的设计部分，与“自动控制原理”学过的PID控制器不同的是增加了“数字”二字，所为何意？又是如何实现的？从这样的设问开始，边讲边启发。讲到PID控制器离散化方法时，可引导学生利用所学微积分的物理意义得到位置式PID控制算法。接着，启发学生如何实现这一控制器，通过小组组内讨论得到实现算法的程序流程图，小组之间可以交流讨论各自方案的优缺点。最后，教师把各小组的结论进行讲评。在整个过程中，教师不但是组织者也是参与者，不但是问题的提出者，也是解决问题的顾问或咨询者。这样不但可以活跃课堂气氛，形成探索学习的良好环境，还能引导学生最大程度地参与解决问题的过程，增强学生自主学习的能动性和合作学习的参与度，巩固所学内容。

3）实践教学环节

“计算机控制技术”课程本身具有较强的实践性，培养学生具有理论与实践相结合的能力十分必要，这需要实践环节得以训练。实践环节主要有两种类型：一种为验证型实验，主要是对基本概念和规律的巩固与加强，使学生能看到涉及到的技术在实际中的应用，如计算机控制系统的组成、数字PID、最少拍控制算法等。另一种为综合设计实验，结合某些控制对象完成一个计算机控制系统的设计任务，如电阻炉的温度控制、直流电机的调速计算机控制系统等，根据控制目标和要求，要求小组完成系统的设计与实现的全过程并撰写小论文。不论是验证型实验还是综合设计实验，教师都先设计好任务，各小组做好任务分解与分工。教师的作用是指导学生做什么而不是告诉学生该如何做，激发学生完成任务的学习动机，注重分析任务与完成任务的学习策略引导，指导学生在任务完成过程中的自我监控，使学生的自主与合作学习能力通过实践训练不断得到提高的同时，学生的理论联系实践能力和解决问题的能力也得到很好的锻炼。

4）作业环节

练习题、思考题、实验题和课程设计都属于作业，教师鼓励以小组为单位完成，实行无标准答案作业。对于不同内容性质的作业，除了交给教师审阅指导之外，还可以进行小组之间互相评价。这样做的好处是，小组的分工合作避免了抄袭作业和滥竽充数的现象，作业的结果可在教学过程中适时形成反馈意见，便于教师及时调整课程教学模式，解决学生在学习过程中出现的困难或干扰，使学生的自主与合作学习得以顺利坚持下去。

2．3 课程学习的质量评价

课程学习质量的有效评价直接关系到教改的成功与否，直接反映教师的教学效果。评价一定要实事求是，教师对学生全程的教学活动给予的客观评价非常重要。以往的教学模式中，“计算机控制技术”教学大纲中规定了课程的考核方法与形式，惯用的是闭卷考试，平时成绩与卷面成绩比例最高不超过3比7。闭卷考试要求在两个小时内完成，这种方式不但考核内容和方式有限，而且也不能反映学生理论联系实践的能力水平，更不能体现学生设计与工程的意识。另外，基于以上改革尝试中学生对教学活动的参与度和完成度，平时成绩的比例也显得较低或不重要，更不能够充分调动学生参与的积极性。因此，教学模式的改革非常需要配套行之有效的评价方法，既能反映学生分析问题解决问题的能力和掌握知识的程度又能反映学生自主与合作学习的能力。

与教改配套的课程学习质量评价主要考虑以下几个方面：①适当增大平时成绩所占比例至50%，取消闭卷考试方式，取而代之的是以小组为单位，在规定时间内完成某一个计算机控制系统的设计任务，并进行答辩，以其过程和结果作为评价。②不论是平时成绩，还是期末设计的考核，都不应该只考虑结果，还应强调完成的过程以及能力的提高。③教学活动都以小组为单位进行，考核时要了解小组成员的详细分工情况，不但要注重小组的整体成绩也应对组内每个成员进行评价。

3 结语

“计算机控制技术”课程教学模式的改革正在实施中，其中的一些教学方法和考评形式得到了绝大部分学生的肯定，在学生中也逐渐地形成良好的学习氛围，从而逐步提高学生的综合应用能力和自主与合作学习的能力。教师也可以在教学过程中，积累了运用启发式教学、讨论式教学和任务驱动教学法的宝贵经验。待课程完成时进行质量跟踪调查，以形成教学改革的闭环反馈，更好地推动教学改革的实施与改进。