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摘要:实践教学是工科专业教学的关键,学生的动手能力、工程实践能力和创新能力都要在实践中获得锻炼,也在实践中得以体现。本文在介绍和分析测控技术与仪器专业实践教学现状和存在问题的基础上,针对应用型本科的培养定位,提出从统筹实验内容、大小相结合、灵活安排实验时间和方式等多方面结合改革测控专业实践教学体系,并介绍了在“计算机控制技术”课程中的具体实施措施。
关键词:测控技术与仪器;实践教学;计算机控制技术;教学改革
作者简介:孟飞(1979-),男,江苏姜堰人,常州工学院光电工程学院,讲师,工学硕士,主要研究方向:计算机测量与控制、超声电机等方面的教学与研究;周祥才(1958-),男,江苏江阴人,常州工学院光电工程学院副院长,副教授,工学硕士,主要研究方向:自动检测技术、虚拟仪器技术等方面的教学研究。(江苏 常州 213002)
基金项目:本文系常州工学院2008年重点课程建设项目(项目编号:J080134)的研究成果。
测控技术与仪器专业(以下简称“测控专业”)涉及传感器技术、自动控制技术、计算机科学、电子技术、精密机械等多学科的知识,要求学生掌握数据采集、信号传输、信号处理以及系统控制等测控过程各环节的相关理论及技术。[1]学生从基本的元器件识别和选择到系统的需求分析、设计论证以及调试运行等方面都需要去动手实践才能真正领会和掌握相关的知识。理论课程的学习是基础,实践是保证。
“计算机控制技术”课程是测控、自动化等专业普遍开设的一门专业课,是学生修完“自动控制原理”、“传感器技术”、“单片机原理”等课程后的一门综合课程,其跟工程实际的联系更为紧密。但目前各高校尤其是应用型本科院校更多地还是延续老的教学大纲和实践教学模式,与其面向应用、面向生产一线的培养定位产生了脱节,因此有必要进行课程尤其是实践教学的改革。
一、测控专业实践教学存在的主要问题
目前各高校测控专业在实践教学中多以课内实验、课程设计等几种形式进行。
课内实验的项目和内容设置普遍为分立的验证性和简单的设计性实验,通常附属于相关的理论课程,难免会各自为战,不能统筹考虑不同课程实验间的相互关联,系统性不强,也容易造成内容设置上的重叠或缺失。[2]此外,各学校的大多数实验依赖于成套的商品化实验设备,这些设备能够降低教师的实验前期准备工作量,但也存在实验容易停留在要求学生按图接线、记录数据等认知性、验证性实验的层面上,在提升学生的动手能力、设计能力和创新能力方面作用有限。
课程设计通常选择综合本课程主要知识点的课题来完成理论计算、原理性设计和仿真调试,对提高学生基本设计能力起到了一定的作用,但由于课时安排、实验难度等原因多数未做出实物进行调试,对于设计和调试系统能力的培养会有所欠缺。
就“计算机控制技术”课程而言,存在的具体问题主要有:一是教学内容与其他课程重复较多、学时安排不尽合理。目前各高校在该课程的内容设置上主要包括计算机控制系统的分类、现场总线技术、人机接口技术、输入输出接口技术、计算机控制规律(算法)、数字滤波和标度变换等,[3]其中的人机接口和输入输出接口技术在“微机原理”、“单片机原理”等课程中已经讲授过,但在“计算机控制技术”课程中仍重复讲授,并且安排的课时数较多。二是验证性实验项目过多,综合性不强,对培养学生的动手能力作用不大。
二、实践教学改革的探索
所谓的面向应用或者应用型本科的教学定位,简单来说就是以适应社会需要尤其是生产、建设、管理、服务等第一线需要为目标,以培养学生的技术应用能力为重点,因此更强调学生的动手能力和解决生产一线问题的能力。针对目前测控专业在实践方面存在的上述问题以及常州工学院本科教学面向应用的培养定位,建立如图1所示的实践教学体系。以统筹安排全专业实验内容为主导,分设两个支线,一是教学平台,二是将学生业余科技活动纳入到实践教学体系,在丰富学生业余活动的同时做针对性的组织和指导,有利于学生的创新能力培养,也有助于营造优秀的学习氛围。
实践教学体系的构建主要从以下五个方面考虑。
1.凝聚特色,统筹理论和实践教学的内容设置
实践教学不是简单课程实践的拼凑,而是一项系统工程,这需要教学单位根据测控专业的教学大纲、培养目标,结合本单位的师资、特色和所在区域的产业特点,统筹各课程的理论和实践教学内容设置,避免不同课程在具体实验内容上出现简单的重叠或者基本实验知识点发生遗漏。
对“计算机控制技术”课程而言,要从全专业课程内容设置的视角来优化该课程的教学内容,如前文提到的人机接口和输入输出接口技术已在多门课程涉及,此时应考虑在“计算机控制技术”课程中做简化,将理论教学学时减少,也不必再单独设置实验项目。
2.“大”、“小”实践内容在实践方式和安排上区别对待,重在夯实基础,提高工程认知水平
所谓的“大”是相对较为综合的、对实验设备要求较高的实验项目,如“计算机控制技术”课程中涉及集散控制系统的部分,这部分实验项目往往不可能学生人手一机进行实验,甚至不少院校都不具备相应的实验条件,要到企业现场参观、了解其各部件组成和具体工作方式。此类实验项目就应考虑安排在生产实习等环节,关注的重点应是让学生获得直观认识,提高工程认知程度。
所谓的“小”是指侧重于基本知识点的实验项目,此类实验项目通常占据测控专业各课程和实践内容的大多数,通常以实验课和课程设计的形式来进行,其成本和复杂程度并不是太高,应尽量让学生动手进行电路、程序的设计和调试。在“计算机控制技术”课程中,应充分利用现有的单片机、PLC等实验设备以及开放实验室的实践条件,让学生设计基本的原理图,制作以及调试一些小的控制系统如温度控制系统、速度控制系统等,培养学生的动手能力和发现问题、解决问题的能力,避免过度依赖成套实验设备而在实践中只是扮演“接线工”、“记录员”的角色。
3.灵活安排实验时间和实验方式,不拘泥于“实验课”
测控专业的实验主要是电路和程序的设计调试,其条件要求相对较为简单,并且现在学生的计算机拥有率也较高,同时实验室的开放也已基本做到日常化,因此可以提前布置实验任务、进行实验指导,将设计、制作和仿真调试工作前倾,由学生课后自主完成,最后集中现场调试和考核。相比把大部分工作量放在两节课时的实验课上学生会有更充足的时间完成实验,但在实验任务布置上需要注意适当的差异化,以便学生有相对独立的实验任务和教师的考核。
4.实验、实践趣味化、实用化,調动学生的学习兴趣,让学生参与实验的全过程
要让学生真正参与到实验过程中去,一是要编好指导书,将实验的过程、各环节的重点和要点、实验步骤等事项说明清楚,重点讲解实验的方法,而非实验各环节的结果,让学生知道从何下手、有事可做;二是实验趣味化、实用化,实验内容尽量与日常生活相联系,部分实验可以设计成类似小制作的形式。有的小制作可以作为日常生活用品,每当学生看到自己的小制作也会有一定的成就感,更能激发学生的学习热情。
5.通过专业社团、学科竞赛等提高学生的动手能力和创新能力
近年来一些专业的学术社团在各高校开始逐步发展,这些社团往往集中了对某个专业领域较为感兴趣的学生,教学单位可充分利用这些社团去引导并带动更多学生投入到相关专业或课程的学习中。
教师的授课、学生的学习都需要设定目标和相应的方式去指引和验证,各类学科和行业主导厂商举办的竞赛就是一个很好的目标和验证手段,如全国大学生电子设计竞赛、“挑战杯”全国大学生科技作品竞赛、“天华杯”全国电子专业人才设计与技能大赛等,有意识地引导和培养学生进行相关的训练并参与此类竞赛,可以很好地锻炼学生的团队合作能力、动手能力和创新能力,对活跃和培育良好的学习氛围也大有帮助。[4]
三、结语
就应用型本科教学而言,教学单位应根据自身特色和条件统筹考虑整个测控专业的实践内容,合理安排实践方式,避免出现具体知识点的欠缺和重叠;更要注重采用各种方式和途径去调动学生的学习积极性,避免“填鸭式”的教学方法,让学生多参与、多动手,体会到实践所带来的成就感、自豪感,促进教和学的效果。
参考文献:
[1]张文娜,熊飞丽,叶湘滨,等.测控技术与仪器专业课程体系整体优化研究[J].高等教育研究学报,2008,(6):33-35.
[2]李锐,王浩,彭向华,等.测控专业递进式工程训练方法与实践探索[J].重庆邮电大学学报(自然科学版),2008,(6):118-120.
[3]李正军.计算机控制系统[M].北京:机械工业出版社,2006.
[4]朱昌平,贾正平,黄波,等.构建“五位一体”实践创新立体培养体系的探索[J].实验室研究与探索,2009,(8):8-11.
(责任编辑:麻剑飞)
关键词:测控技术与仪器;实践教学;计算机控制技术;教学改革
作者简介:孟飞(1979-),男,江苏姜堰人,常州工学院光电工程学院,讲师,工学硕士,主要研究方向:计算机测量与控制、超声电机等方面的教学与研究;周祥才(1958-),男,江苏江阴人,常州工学院光电工程学院副院长,副教授,工学硕士,主要研究方向:自动检测技术、虚拟仪器技术等方面的教学研究。(江苏 常州 213002)
基金项目:本文系常州工学院2008年重点课程建设项目(项目编号:J080134)的研究成果。
测控技术与仪器专业(以下简称“测控专业”)涉及传感器技术、自动控制技术、计算机科学、电子技术、精密机械等多学科的知识,要求学生掌握数据采集、信号传输、信号处理以及系统控制等测控过程各环节的相关理论及技术。[1]学生从基本的元器件识别和选择到系统的需求分析、设计论证以及调试运行等方面都需要去动手实践才能真正领会和掌握相关的知识。理论课程的学习是基础,实践是保证。
“计算机控制技术”课程是测控、自动化等专业普遍开设的一门专业课,是学生修完“自动控制原理”、“传感器技术”、“单片机原理”等课程后的一门综合课程,其跟工程实际的联系更为紧密。但目前各高校尤其是应用型本科院校更多地还是延续老的教学大纲和实践教学模式,与其面向应用、面向生产一线的培养定位产生了脱节,因此有必要进行课程尤其是实践教学的改革。
一、测控专业实践教学存在的主要问题
目前各高校测控专业在实践教学中多以课内实验、课程设计等几种形式进行。
课内实验的项目和内容设置普遍为分立的验证性和简单的设计性实验,通常附属于相关的理论课程,难免会各自为战,不能统筹考虑不同课程实验间的相互关联,系统性不强,也容易造成内容设置上的重叠或缺失。[2]此外,各学校的大多数实验依赖于成套的商品化实验设备,这些设备能够降低教师的实验前期准备工作量,但也存在实验容易停留在要求学生按图接线、记录数据等认知性、验证性实验的层面上,在提升学生的动手能力、设计能力和创新能力方面作用有限。
课程设计通常选择综合本课程主要知识点的课题来完成理论计算、原理性设计和仿真调试,对提高学生基本设计能力起到了一定的作用,但由于课时安排、实验难度等原因多数未做出实物进行调试,对于设计和调试系统能力的培养会有所欠缺。
就“计算机控制技术”课程而言,存在的具体问题主要有:一是教学内容与其他课程重复较多、学时安排不尽合理。目前各高校在该课程的内容设置上主要包括计算机控制系统的分类、现场总线技术、人机接口技术、输入输出接口技术、计算机控制规律(算法)、数字滤波和标度变换等,[3]其中的人机接口和输入输出接口技术在“微机原理”、“单片机原理”等课程中已经讲授过,但在“计算机控制技术”课程中仍重复讲授,并且安排的课时数较多。二是验证性实验项目过多,综合性不强,对培养学生的动手能力作用不大。
二、实践教学改革的探索
所谓的面向应用或者应用型本科的教学定位,简单来说就是以适应社会需要尤其是生产、建设、管理、服务等第一线需要为目标,以培养学生的技术应用能力为重点,因此更强调学生的动手能力和解决生产一线问题的能力。针对目前测控专业在实践方面存在的上述问题以及常州工学院本科教学面向应用的培养定位,建立如图1所示的实践教学体系。以统筹安排全专业实验内容为主导,分设两个支线,一是教学平台,二是将学生业余科技活动纳入到实践教学体系,在丰富学生业余活动的同时做针对性的组织和指导,有利于学生的创新能力培养,也有助于营造优秀的学习氛围。
实践教学体系的构建主要从以下五个方面考虑。
1.凝聚特色,统筹理论和实践教学的内容设置
实践教学不是简单课程实践的拼凑,而是一项系统工程,这需要教学单位根据测控专业的教学大纲、培养目标,结合本单位的师资、特色和所在区域的产业特点,统筹各课程的理论和实践教学内容设置,避免不同课程在具体实验内容上出现简单的重叠或者基本实验知识点发生遗漏。
对“计算机控制技术”课程而言,要从全专业课程内容设置的视角来优化该课程的教学内容,如前文提到的人机接口和输入输出接口技术已在多门课程涉及,此时应考虑在“计算机控制技术”课程中做简化,将理论教学学时减少,也不必再单独设置实验项目。
2.“大”、“小”实践内容在实践方式和安排上区别对待,重在夯实基础,提高工程认知水平
所谓的“大”是相对较为综合的、对实验设备要求较高的实验项目,如“计算机控制技术”课程中涉及集散控制系统的部分,这部分实验项目往往不可能学生人手一机进行实验,甚至不少院校都不具备相应的实验条件,要到企业现场参观、了解其各部件组成和具体工作方式。此类实验项目就应考虑安排在生产实习等环节,关注的重点应是让学生获得直观认识,提高工程认知程度。
所谓的“小”是指侧重于基本知识点的实验项目,此类实验项目通常占据测控专业各课程和实践内容的大多数,通常以实验课和课程设计的形式来进行,其成本和复杂程度并不是太高,应尽量让学生动手进行电路、程序的设计和调试。在“计算机控制技术”课程中,应充分利用现有的单片机、PLC等实验设备以及开放实验室的实践条件,让学生设计基本的原理图,制作以及调试一些小的控制系统如温度控制系统、速度控制系统等,培养学生的动手能力和发现问题、解决问题的能力,避免过度依赖成套实验设备而在实践中只是扮演“接线工”、“记录员”的角色。
3.灵活安排实验时间和实验方式,不拘泥于“实验课”
测控专业的实验主要是电路和程序的设计调试,其条件要求相对较为简单,并且现在学生的计算机拥有率也较高,同时实验室的开放也已基本做到日常化,因此可以提前布置实验任务、进行实验指导,将设计、制作和仿真调试工作前倾,由学生课后自主完成,最后集中现场调试和考核。相比把大部分工作量放在两节课时的实验课上学生会有更充足的时间完成实验,但在实验任务布置上需要注意适当的差异化,以便学生有相对独立的实验任务和教师的考核。
4.实验、实践趣味化、实用化,調动学生的学习兴趣,让学生参与实验的全过程
要让学生真正参与到实验过程中去,一是要编好指导书,将实验的过程、各环节的重点和要点、实验步骤等事项说明清楚,重点讲解实验的方法,而非实验各环节的结果,让学生知道从何下手、有事可做;二是实验趣味化、实用化,实验内容尽量与日常生活相联系,部分实验可以设计成类似小制作的形式。有的小制作可以作为日常生活用品,每当学生看到自己的小制作也会有一定的成就感,更能激发学生的学习热情。
5.通过专业社团、学科竞赛等提高学生的动手能力和创新能力
近年来一些专业的学术社团在各高校开始逐步发展,这些社团往往集中了对某个专业领域较为感兴趣的学生,教学单位可充分利用这些社团去引导并带动更多学生投入到相关专业或课程的学习中。
教师的授课、学生的学习都需要设定目标和相应的方式去指引和验证,各类学科和行业主导厂商举办的竞赛就是一个很好的目标和验证手段,如全国大学生电子设计竞赛、“挑战杯”全国大学生科技作品竞赛、“天华杯”全国电子专业人才设计与技能大赛等,有意识地引导和培养学生进行相关的训练并参与此类竞赛,可以很好地锻炼学生的团队合作能力、动手能力和创新能力,对活跃和培育良好的学习氛围也大有帮助。[4]
三、结语
就应用型本科教学而言,教学单位应根据自身特色和条件统筹考虑整个测控专业的实践内容,合理安排实践方式,避免出现具体知识点的欠缺和重叠;更要注重采用各种方式和途径去调动学生的学习积极性,避免“填鸭式”的教学方法,让学生多参与、多动手,体会到实践所带来的成就感、自豪感,促进教和学的效果。
参考文献:
[1]张文娜,熊飞丽,叶湘滨,等.测控技术与仪器专业课程体系整体优化研究[J].高等教育研究学报,2008,(6):33-35.
[2]李锐,王浩,彭向华,等.测控专业递进式工程训练方法与实践探索[J].重庆邮电大学学报(自然科学版),2008,(6):118-120.
[3]李正军.计算机控制系统[M].北京:机械工业出版社,2006.
[4]朱昌平,贾正平,黄波,等.构建“五位一体”实践创新立体培养体系的探索[J].实验室研究与探索,2009,(8):8-11.
(责任编辑:麻剑飞)