新工科背景下计算机控制技术课程教学方法设计

    孙晓娟

    摘 ?要 针对自动化专业课程，提出在新工科背景下，按照“互联网+教育”的模式要求，将互联网技术与传统教育教学方法完美结合，设计出自动化专业计算机控制技术课程新的教学方法，以培养新工科背景下满足工程认证专业要求的合格人才。

    关键词 新工科;互联网+教育;教学方法;自动化专业;计算机控制技术;微课;雨课堂

    中图分类号：G642.3文献标识码：B

    文章编号：1671-489X（2019）18-0060-03

    Study on Teaching Methods of Computer Control System Course

    based on New Engineering//SUN Xiaojuan

    Abstract Aiming at the course of automation major， the paper puts forward effective measures of computer control system. Using of the method with Internet + Education propose to meet the professional requirements of engineering certification.

    Key words new engineering; Internet + education; teaching methods;

    automation major; computer control technology; micro lectures; rain

    classroom

    1 新工科背景下工科人才培养要求

    在新工科背景下，工科专业人才培养面临新的挑战，要达到新工科要求，需要改变传统的教育教学方法，建立以学生为主体的教学模式，培养适应工业企业发展需要的应用型工科人才。隨着“互联网+”技术的发展，“互联网+教育”弥补了传统教学模式的不足，使得工科专业的教育教学活动具备优良的环境和技术手段。

    自动化专业作为传统工科专业，人才培养方案势必要按照新工科要求制定人才培养目标，课程教学设计也要按照新工科培养目标实施。新工科背景下，宝鸡文理学院制定的自动化专业培养目标如表1所示。

    2 自动化专业计算机控制技术课程传统教学方法分析

    计算机控制技术课程理论教学方法 ?计算机控制技术课程是自动化专业的专业核心课程，是一门综合性、应用性很强的课程。宝鸡文理学院作为地方本科院校，以课堂教学为基本教学形式，教师上课主要以讲授、板书、讨论等教学方法进行课堂教学，课程的成绩评定主要由学生的期末考试卷面成绩、平时作业成绩、实验成绩按照一定的比例计算，完成对教学质量的评估。传统课堂教学模式忽视了学生的学习动机、能力和兴趣等方面的因素，没有真正意义上实现以学生为主体的课堂结构，不利于学生自主学习能力的提升。针对工科学生毕业需求，课堂教学很难让学生有一个系统工程的概念。

    实践教学方法 ?实践教学环节，计算机控制技术课程以验证性实验和部分设计性实验为主，教师主要进行实验理论讲解、操作演示，学生则按照教师的指导进行重复性操作，无法充分调动创造力和创新性，导致实践经历不够深，实践教学效果不佳[1]。

    新工科背景下传统教学方法的改革 ?工科专业课要实现工程能力教学，教学方法的改革是必须的。打破传统课堂教学的界限，要为学生创造进行工程设计研究的场所，包括课内和课外场所，为学生提供真实的实验室和研究室进行工程能力教育，而不是仅仅停留在课本知识的传授。

    3 “互联网+”背景下教学方法优化设计

    利用互联网资源翻转课堂教学

    1）在线课堂。宝鸡文理学院作为地方普通本科院校（本市仅此一所地方高校），不论是学生的基础，还是教师能力，都无法和其他重点院校相比。但互联网技术的发展，为地方普通本科院校提供了优秀的教学资源。“互联网+教育”的新型教学模式，使得互联网这种信息技术手段成为学生学习的得力助手，也成为教师相互学习的友好平台。所以，在线课堂不论从教师还是学生角度，都是非常有利的。同时，优质的教学资源最大化利用，也是节约型社会的必然要求。

    中国大学慕课提供了大量的优秀学习资源，可以实现课堂内外无缝对接。就计算机控制技术课程来讲，有国防科技大学韦庆教授和青岛大学于海生教授的在线课程。结合本校学生教材，选择青岛大学于海生教授的课程，该课程是国家级精品课程，自动化国家级特色专业的重要专业课程，课程组获得国家级教学成果二等奖。

    学生课前通过在线课程学习，理解和掌握基本知识点，将问题带入课堂;教师有重点、有目标地解决学生的问题，并共同探讨，让学生获得更多更广的知识。慕课给教学带来的益处是有目共睹的，但仍不能代替教师与学生之间面对面的互动与讨论，缺乏情感交流互动，无法因材施教。为了解决这一问题，混合式教学模式SPOC既发挥了教师引导、启发、监控的教学主导作用，又可以充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性[2]。

    总之，在线课堂的合理利用，促进了教与学的共同进步。“教”体现在课堂教学中，而“学”则体现在学生自主在线学习中，这二者结合起来就实现了“教”与“学”的统一。

    2）微课视频。微课教学是一种针对性很强的教学方法，针对工科学生，使用微课能够满足他们的按需学习要求。工科专业涉及各个不同交叉学科的知识，运用微课视频，既可查缺补漏，又能强化巩固知识。

    计算机控制技术课程知识点多，每章知识相对独立，而且在算法章节要求有良好的数学基础。对于地方普通本科学生来说，基础参差不齐，偏科现象严重，主要表现为英语或数学基础知识薄弱。学生在学习中对需要很强数学理论的章节，学起来很吃力。微课短小精悍，在几分钟内就可以让学生掌握一个知识点。如在第四章“常规与复杂控制技术”中，离散系统的连续化设计需要用到积分变换等知识，笔者参考本校教师赵天旭老师教材，针对数学基础差的学生，录制拉普拉斯变换、Z变换相关知识点讲解微课视频，提供给需要的学生。这样既可以帮助数学基础差的学生掌握本章节知识，又有效提高了学生的学习兴趣，让他们不会因为某一知识点的欠缺，导致整章内容学不懂，实现了与学生需求相匹配的教学模式。

    对于实用性强的具体的知识点，微课视频或者动画能够让学生一目了然地了解其结构、工作原理、控制方法。如教学第三章中步进电机的工作原理和控制方法，步进电机是自动控制系统中重要的执行机构，学生在学习过程必须留下深刻的印象。因此，在步进电机的讲解中可以将实物电机带入课堂，让工科学生及时获得实际工程知识;对其工作原理的讲解，利用3DMAX做出步进电机工作原理动画演示，以简单的动画说明每一相的通电情况，以及对应的转子转动角度，让学生清晰明了地掌握步进电机如何将电脉冲转换成角位移。这样通过形象生动的视频演示加实物观察，突破教学难点，极大地激发了学生的学习兴趣，提升了教学质量。

    对于在多门专业课中重复出现的知识点，微课视频可以资源共享。比如第二章中A/D和D/A转换，在单片机原理和微机原理课程中都出现此部分知识点，那么对于这部分知识点，可以和带同类课程的教师协调，选择优秀的、最易被学生接受的教师的微课带入课堂，在提高教学效率的同时，激发学生的学习兴趣。

    3）雨课堂。早在2014年，中国青年网对全国200余所高校的14 500位大学生进行了调查，调查结果显示：智能手机普及率达到98%。也就是说，当前大学生几乎每人都有一部随身携带的可以高速联网、可以打电话的“便携电脑”。这就意味着智能手机将成为新型信息素养教育的终端[3]。雨课程就是在这样的大环境下应运而生，让智能手机不仅是通信娱乐等工具，也是重要的学习工具。

    雨课堂通过连接教师与学生的智能终端，为课前预习、课堂学习、课后复习等提供了全新的体验。宝鸡文理学院的每个多媒体教室都安装有雨课堂教学工具，在15级某班的计算机控制技术教学中，采用雨课堂授课，课堂上，学生积极与教师互动，课后参与讨论等环节，极大地提高了学习兴趣。考核方式也有所改进，雨课堂提供的数据统计分析功能，能夠清楚地看到每个学生参与课堂情况、平时知识点掌握情况。比起原来的试卷成绩+实验成绩的简单考核方式，雨课堂的使用使得学生的成绩更客观，能够真实反映学生的学习情况，改变了以往在普通地方院校中，有的学生一学期不好好上课，仅靠考前一周点灯熬油应付考试的状态。

    借助互联网工具提高教学效率 ?随着智能手机的普及，人们获取信息的途径越来越离不开手机，课堂上也随之出现大量的“低头族”，如何让学生由低头玩手机到利用手机来进行学习？除了雨课堂的互动外，还可以充分利用社交软件，比如QQ、微信等。教师针对每一届学生建立新的QQ群或者微信群，课前，把课堂教学知识和内容发到群里，通知学生进行课前预习;课后，把作业和复习资料发到群里，督促学生完成作业。在微信群中，教师利用闲暇时间可以和学生进行交流，以便了解学生学习过程中存在的问题。这种模式不论对于善于表达沟通的学生，还是害羞不愿意和教师交流的学生，都是一个非常好的交流方式。通过这些班级群平台，可以掌握学生的毕业需求，每一届学生毕业后情况统计，学生的就业方向、就业需求与本课程的关联程度，知识点与毕业需求的关联程度，使教师的培养不再教条化，不再是就课程来讲解，而是教学内容与毕业需求紧密结合，培养的学生与社会需求紧密结合，教学模式面向行业需求、服务地方经济。

    互联网环境下的实验教学优化设计 ?在应用型大学教育教学中，工科人才培养目标主要是适应社会发展和企业要求的应用型技术人才，应用型技术人才的培养除了坚实的理论基础，更重要的是实践动手能力的培养。教学教育过程中必须重视理论与实际的结合，鼓励和引导学生在实践中学习理论知识。打破封闭的校内教学体系，走出校门，与企业共建专业，通过可以随时点播的真实生产过程，先进的、最前沿的生产技术和方法，使得实验教学真实化、实时化，贴近工作岗位。

    计算机控制技术课程实验环节除了传统的演示验证性实验，应该增加综合设计性实验。而对于自动化控制系统的设计，包含不同的控制环节，控制对象也各有特点，在传统的实验室设计这样的系统还是很困难的，如果能够和企业合作，把企业的骨干研发人才、先进技术、先进设备、项目资源引入学校的实验教学中，能够实现学校专业培养和行业需求同步。如设计性实验计算机控制系统在啤酒发酵过程中的应用，通过建立立体化实验室，运用互联网技术，可以使控制对象直接切换至啤酒厂设备，参数采集控制可以实时化、精确化，学生不是仅仅从实验台模拟数据，而是从实际工业现场获得数据，通过可视化平台，掌握实际工况。

    在网络环境下，企业专家可以在线对数据进行分析。这样的实验过程更能提高学生的兴趣，也使工科学生的培养切实做到与工业现场统一。同时，与相关合作企业建立稳定合作联系的关系，除了这些企业能够提供本专业强大的共享资源外，也能为本专业的毕业生提供稳定的专业人才输送渠道[4]。

    4 结语

    合理利用互联网这种信息技术手段开展教学工作，能充分调动学生学习的兴趣，引导学生主动学习，提升教学信息的广度和深度。计算机控制技术课程的“互联网+教育”模式，对于工科自动化专业的教育教学工作提供了有效的支撑，提高学生的理论知识水平和实践能力，为培养出类拔萃的创新型工科人才奠定基础。

    参考文献

    [1]周海超，翟辉辉.高校工科专业课程教学方法的思考与实践[J].科技创新导报，2015（24）：191-193.

    [2]王文广，徐生梅，朱娟娟.新建本科院校SPOC教学策略探究[J].黑龙江教育：高教研究与评估版，2017（5）：20-23.

    [3]曹畋，孙辉.新环境下高校信息素养教学模式与平台研究[J].农业图书情报学刊，2016（2）：129-132.

    [4]涂建，詹习生，黄贞辉，等.工科类专业创新性实践教学模式探讨[J].湖北师范大学学报：自然科学版，2017（1）：

    101-105.