計算機控制技術實驗教學方法的改革與探索

李　敏，陳麗霞，董小平

(1.河北大學 電子信息工程學院，河北 保定 071002；2.河北大學 光伏技術虛擬仿真實驗教學中心，河北 保定 071002；3.河北大學 質量技術監督學院，河北 保定 071002)

在互聯網技術飛速發展的今天，網絡學習平臺以優質的教學資源和開放的教學環境改變了傳統的教學方法和學習方式，為學生提供了一個新的個性化的開放的學習環境.在這種大背景下，計算機控制作為高等學校電氣信息類、機電類等專業的必修理論課，其實踐環節計算機控制實驗如何借助互聯網的力量打破傳統教學方式的壁壘，適應新的時代背景，實現多元化開放式的教學模式成為需要不斷思考的問題.本文以綜合設計型實驗——帶聲音提示秒表的仿真設計為例，介紹了河北大學電子信息工程學院在計算機控制實驗教學方面的改革與探索，以期能結合自身特點引入新型的教學方法提高學生學習能力，進一步推進“互聯網+”背景下數字信息技術與專業實驗教學的深度融合.

1　計算機控制實驗教學目前存的主要問題

1.1　學生缺乏工程項目“系統級”設計目標的觀念

在開設本實驗課程前，學生已完成電路原理、模擬電路技術、數字電路技術、單片機原理、C語言程序設計、EDA技術、傳感器原理及應用等基礎和專業課程，應具備硬件電路設計如電子設計中元器件的識別和使用、原理圖的繪制、電路故障分析能力、本專業中應用儀器儀表等能力.但事實上絕大部分學生將各門課程之間的相互聯系割裂，不能將所學知識融合到一起完成項目的系統設計，學生感覺學完了沒有什么大的收獲，似懂非懂，老師也覺得非常吃力.這與工科學院的培養目標和卓越工程對應用型人才的要求相違背.

1.2　學生缺乏建立“自主實踐”的觀念

工程項目的完成不能紙上談兵.絕大部分的學生都能通過理論和實驗的考試，甚至取得高分，但是絕大部分的學生卻不具備獨立完成一個功能簡單的設計作品的能力.很多學生習慣被動聽從安排卻不主動思考，習慣依賴老師的理論灌輸和實踐指導.應用型的人才不能僅從理論上考核，不能僅僅滿足于學生畢業設計最后完成的一個實踐作品.對于一個以培養應用型人才為導向的專業，學生在大學的四年僅僅完成一個畢業設計作品是遠遠不夠的.

2　實驗教學方法改革與探索

隨著國家對新工科概念的提出，我院工程認證的進一步推進，有必要結合影響實驗教學的各要素，理清實驗項目內涵，把實驗項目建設成既相對獨立、又有機銜接的實驗教學單元，逐步建立完善的實驗項目評價標準，引領實驗項目的建設方向[1].這里關于實驗項目的評價體系，立足于實驗項目本身，從實驗項目的設置、新的教學方法和學習方式引入、對學生完成項目的評價等方面體現.

2.1　以工程項目系統設計為主線，模塊化設置實驗項目

實驗課程的教學內容由實驗項目組成，實驗項目是實驗教學內容的主體，是實驗教學的出發點.因此，實驗項目是訓練學生實驗技能的重要載體，對培養學生的實驗能力、合作能力及創新思維等起到了重要作用.對于任何一門實驗課程而言，實驗項目都有著舉足輕重的地位[1].

未來對電子專業學生的要求是重基礎和寬專業，重基礎，即要具備扎實的理論知識；寬專業，即要具備能系統運用理論知識解決實際工程問題.充分利用實驗實踐設計的環節，以學生所掌握的知識點為基礎，以小的項目實現為導向，充分培養學生“系統級”的設計能力，即“搭積木的能力”，這個過程是對基礎知識考核和分析能力提高的過程.

以綜合設計型實驗項目“帶聲音提示的秒表”設計為例，其系統功能模塊如圖1所示.根據系統功能模塊設置四個獨立的實驗項目，微型機的最小系統是所有控制系統的核心部分，為掌握這部分的功能設置了二極管的發光控制實驗，仿真電路如圖2(a)所示；為了掌握按鍵控制和數字顯示設置了按鍵控制數碼管實驗和百位計數器實驗，仿真電路如圖2(b)和(c)所示；為了掌握蜂鳴器的應用設置了按鍵控制蜂鳴器實驗，仿真電路如圖2(d)所示.將這四個實驗項目獨立完成后進行整合，以搭積木的方式完成帶聲音提示的秒表系統仿真設計，仿真電路如圖3所示.根據仿真結果，進行電路板的焊接和軟硬件聯合調試，直至完成帶聲音提示的秒表的實物設計.

圖1　“帶聲音提示秒表”系統功能模塊圖

圖2　帶聲音提示秒表系統功能模塊電路仿真圖

圖3　帶聲音提示秒表系統電路仿真圖

2.2　以學生主動思考為中心，引入新的教學方法

2016年我院獲批國家級虛擬仿真實驗中心，依托該項目我院建立了河北大學“渥課虛擬仿真與教學管理平臺”，為我們進行教學改革引入新的教學方法提供了新的平臺.教師課前完成SPOC(Small Private online Course，小規模限制性在線課堂)錄制[2]，其內容主要包括實驗項目的理論知識點，重點難點如何實現，將其上傳至“渥課虛擬仿真與教學管理平臺”，供學生預習使用.學生可結合實驗任務先觀看教師上傳到網站上的SPOC，針對實驗項目更加明確對不同知識點難易程度的掌握，根據不同學生對實驗內容掌握情況的不同，讓學生帶著問題進課堂，將主動權交給學生，老師只負責解決學生之間經過研討也不能解決的問題，并采用循序漸進的教學方法.最終，以實驗項目為導向，以虛擬仿真平臺為載體，將所學的理論知識和最新的數字電子技術“虛實”結合，完成系統級的設計[3].事實證明，在教學的主要過程，以學生主動思考為中心的教學思路和教學方法，充分發揮了學生的主觀能動性和培養了學生的工程設計意識.

2.3　以虛擬仿真平臺為載體，結合多種渠道完成系統設計

以傳統實驗課的課堂時間進行實驗項目的問題研討，借助實驗室和創新實訓基地的硬件設備完善項目，進行逐步調試.利用實驗室的開放時間，計算機控制技術實驗室除開課外的工作時間全天開放，學生可預約.借助虛擬仿真平臺，學生能夠不受時間地點的限制參與實驗項目.

2.4　以學生的實際接受能力為依據，實現實驗項目的分階段分層次多方位考評

針對實驗課程的考核，如果僅以期末考試成績一錘定音的方式，事實證明大部分同學平時不重視學習，期末突擊學習.同時，這種考核方法缺乏應用性和綜合性，無法反映出學生的實踐水平，也不符合應用型人才的培養目標.

針對以上普遍存在的實際情況，在實驗實踐考核方式上嘗試使用分階段、分層次、多方位實踐考核方案[4].分階段是指總的實踐考核成績來自于本門課程在各個實驗項目環節中進行的各階段成績.多方位是指每個階段的成績來自實驗過程中的多個方面，主要包括實驗報告書寫是否清楚規范，論述是否全面，層次是否分明，是否有完整的程序框圖、程序說明及程序清單，對出現的問題、現象及故障分析是否清楚完整并能正確解決；實驗數據資料是否正確完整；實驗電路原理圖是否正確，實驗電路連接是否正確，實驗結果是否達到預期效果；實驗綜合設計與創新能力；團結協作能力.分層次是指根據學生對不同實驗項目的接受能力分出不同層次，保證層次低的同學扎實掌握基礎實驗內容，層次高的同學在完成基礎項目后可通過選做項目提高實驗分值.考核內容以綜合實驗項目“帶聲音提示的秒表”中的“按鍵控制數碼管顯示實驗”模塊為例，如表1所示.

表1　實驗項目評分表

3　結論

在計算機控制實驗教學過程中，在虛擬仿真與教學管理平臺引入SPOC教學，便于學生靈活運用時間完成實驗項目知識點預習；利用Proteus仿真軟件，便于學生在不受實驗室開放時間限制的情況下，不需硬件支持也能完成實驗項目的仿真設計；完善細化實驗項目的評價體系，有利于學生有針對性完成實驗內容.實踐證明新的教學方法的引入，既能降低實驗成本，減少實驗操作時間，又利于調動學生學習積極性及主觀能動性，更有利于學生在后續的課程設計中完成實物設計，拓展其知識面，提高其解決問題的能力和動手能力.

參考文獻：

[1]蔡建秋，金清理，李士本，等.構建實驗項目評價機制推動實驗教學改革[J].實驗技術與管理，2013，30(7)：150-152.

[2]江毅，何曉萍.SPOC應用于課堂教學的SWOT分析[J].軟件導刊(教育技術)，2015，(1):78-81.

[3]周曉華.應用可編程片上系統技術優化電子專業實驗課教學[J].職業技術，2012，(6):80.

[4]初紅霞，謝忠玉，王希鳳，等.“計算機控制技術”課程實驗教學模式改革探討[J].中國電力教育，2013，(11)：87-88.