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摘要：针对“微型计算机控制技术”课程教学中出现的实际动手能力不强、知识面不广等问题。提出基于CDIO工程教育模式的课程教学改革，通过让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程，增加学生的工程基础知识，培养学生的个人动手能力、团队合作能力、工程系统能力和创新能力。
关键词：计算机控制技术；教学改革；CDIO
作者简介：方志明（1978-），男，江苏镇江人，江苏大学电气信息工程学院，讲师；高国琴（1965-），女，江苏镇江人，江苏大学电气信息工程学院，教授。（江苏 镇江 212013）
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）01-0066-01
随着微电子技术和计算机控制技术的发展，微型计算机已成为实现工业控制的重要工具。微型计算机控制技术是一门实用技术，它主要研究如何将计算机技术和自动控制理论应用于工业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统。“微型计算机控制技术”是我国高等学校各类自动化、电子与电气工程、计算机应用、机电一体化等专业的主干专业课程，同时也是用人单位十分关注、重点考核上述各专业学生的课程之一。
一、课程特点与课程教学中存在的问题
计算机控制技术是自动控制技术和计算机技术相结合的产物，它融合了计算机技术、控制理论、计算机通信技术等多种技术，以计算机在系统控制中的应用为中心，以计算机控制系统为主线，设计控制系统硬件、软件、系统分析和应用等方面的问题，是一门理论性和实践性都很强的综合型学科。
学生完成“计算机控制技术”课程学习后，一般应该掌握该课程介绍的基本理论知识与计算机控制系统设计方法，完成简单计算机控制系统的设计、安装、编程和调试工作。但从课程设计的完成效果来看，绝大部分学生仍无法完成简单计算机控制系统的设计、安装、编程和调试工作。究其原因，笔者认为有以下几个问题。
第一，“微型计算机控制技术”是一门多学科多课程交叉、涉及知识面广、实践性很强的课程。单纯只是从理论上学习，一方面容易流于空泛，另一方面学生缺乏实际动手处理实际工程问题的能力。由于缺乏处理实际问题的能力，在面对实际工程项目时，很多学生无从下手、手足无措。学生虽能学好课本内容，考出好成绩，但却缺乏解决实际问题的综合能力，学生往往只能够向课程中学习过的内容靠拢，受到书本的束缚，这种从书本出发而不是从实际问题本身出发的现象，不仅反映了学生综合能力的欠缺，也反映了学生面对实际问题缺乏自信的问题。
第二，“微型计算机控制技术”涉及的内容很多，绝大部分教材都不可能全面地介绍，只能以某一类计算机为背景机，以某种编程语言为例，介绍硬件接口和过程通道的设计与控制程序的设计。但是微型计算机硬件的种类太多，有各种总线的工控机，如PC总线、STD总线等，各种单片机，各种DSP等，不同的计算机系统，所用的编程方法、编程语言和工具又不尽相同，例如即使同为汇编语言，相互间语法和工具也无法通用。因此要在课堂上全面介绍很困难。
第三，是教学方法与教学手段仍存在不足。目前本课程的教学活动仍是以教师为中心，通过教师在课堂上的讲解，辅以PPT电子教案和少量的实验来达到传播知识的目的。学生在教与学的过程中仍是一种被动的认知信息的接受者。这种通过课堂教学来传授理论知识，少量实验来帮助学生认识、提高应用能力的方法，已远不能满足提高当前对学生解决实际问题的综合能力的要求。
因此，一些教育工作者已经提出以实际工程项目为教学基础，让学生介入到实际工程项目中，通过动手解决实际问题，培养学生以理论为学习框架和学习脉络，清晰完整地把握基本知识，灵活运用理论知识解决实际问题的综合能力。
二、基于CDIO的课程教学改革
现有的以实际工程项目为教学基础的教学方法，虽然可以提高学生解决实际问题的个人能力，但对于团队合作和工程系统能力的培养还有不足之处。因此，可以建立一个基于CDIO工程教育模式，以学生为主体，以教师为辅助的相对独立的课程实践教学体系。
CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面，大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。
以CDIO标准为基础，进行如下“微型计算机控制技术”课程的实践教学体系改革的探讨。
第一，要确定技术知识和能力的教学实践在多大程度上以产品、过程或系统的生产周期作为工程教育的框架或环境。以卫星跟踪天线伺服系统设计为例，计划工作时间为20周，先进行课堂教育，主要教授一些基础理论知识和所需要注意的问题，提出设计任务，主要给出所需要的性能指标和预算，将学生分成几个团队。然后进行系统总体方案设计，确定微型计算机的任务，需要设计哪些输入输出通道等。接下来进行硬件、软件功能分配与协调，选择微型计算机，输入输出通道与接口的硬件设计与元器件的选择，控制系统软件的设计和最后系统的调试。完成整个计算机控制系统的设计工作。
第二，整个教学过程必须以学生为主体，教师只能辅助参与。鼓励学生积极讨论，积极进行思维创新，勇于提出新想法新观念。同时鼓励和促进学生之间的团队协作能力发展与学生个人能力的进步。让学生充分发挥自主学习的能力，在教师的辅助下，将学生已学过的计算机技术与自动控制技术的相关知识有机、和谐的结合在一起。将学习的主动权交给学生，从查阅资料开始，进行总体方案设计，控制系统硬件的选择与设计，控制软件的编写以及最后的系统调试。在这种创造性的工作过程中，给他们提供一个自由想象与大胆创新的空间，激发学生的创新欲望。把动脑和动手有机地结合起来，培养他们的创新意识和创新能力。在这一过程中，教师必须充分发挥辅助与引导的作用。
第三，教师在教学过程中应采用互动式、启发式的教学方法，以启发、引导学生的学习，激发学生学习的热情与积极性，促进学生自主学习的能力。必须尊重学生在教学过程中的主体地位，引导学生的思维。本科的教学就是重在应用，贵在创新，在教学改革中，结合人才培养目标，延伸扩展实践动手的内容。提高学生对知识的应用和创新，坚持素质教育、工程教育和创新教育相结合，与课程建设进行整合形成良性互动。同时教师也要提升基本个人能力和人际交往能力，增加教师一体化学习的经验，掌握运用主动和经验学习方法以及学生考核等方面的能力。
第四，考核成绩是评价学生学习能力和教师教学效果的一个重要标杆。以前的卷面考试仅能考查学生对书本知识的理解与掌握，缺乏应用性与综合性，不仅不能反映学生实际的能力，也不利于学生综合素质与创新能力的培养。因此需要完善学生成绩评定措施，将学生的基本个人能力和人际交往能力，产品、过程和系统构建能力以及学科知识都要融入专业考核之中。除了要进行基本理论知识的考核，确保课程基本要求的教学质量。还要考查学生灵活运用基本概念、基础理论的能力，分析和解决问题的综合能力，以及创新思维的能力。然后根据实际计算机控制系统设计任务的完成情况，以及对各项性能指标的符合情况进行考核，通过这一考核来考查学生对于实际问题的动手能力与解决实际问题的综合素质。最后对学生的平时情况进行考核，主要包括对学生自主学习能力的评价，鼓励学生参与教学、参与讨论、积极地进行创新思维，能够提出自己的独到见解。除了考查学生的个人能力，还要考查学生平时的团队协作能力，能否积极地参与团队合作，与团队成员及其他人员的人际交往能力，团队成员之间的相互合作、相互帮助。通过以上各项的综合考查，对学生的学习成绩进行综合评价。通过这种考核方式，一方面可以对学生的综合素质给予客观的评价，激励学生的学习，另一方面也可以加强学风建设，对学生起到约束与鞭策的作用。
三、结束语
通过以上基于CDIO的教学改革，可以实现理论与实际应用的结合，减轻学生的学业负担，提高学习效率。有利于培养学生的责任意识，降低学生之间的相互依赖性，提高学生学习的主动性，增强学生的责任心，让学生能较早地了解到工作岗位的压力和责任，为学生以后能更好地适应工作环境打下良好基础；有利于学生独立工作能力的形成；有利于学生协调能力的形成；有利于学生综合职业能力的形成；有利于学生创新能力的提高。从工程实践出发，自主学习自主钻研，增强学生面对实际问题的自信心。为学生提供更宽松的学习环境，更大的自由柔性空间，以便让学生走得更远更深。
参考文献：
[1]高国琴,赵德安,刘国海,等.强化工程应用能力培养的自动化专业计算机课程群建设[J].长春工业大学学报(高教研究版),2011,(3).
[2]陆峰,陈桂,林健.自动化特色专业控制类专业课程改革探讨——以“计算机控制技术”课程改革为例[J].中国电力教育,2011,(13):58-59.
[3]罗胜,薛光明,周宏明.建设开放的《计算机控制技术》实践教学体系[J].现代教育技术,2008,18(7):113-115.
[4]鞠阳.计算机控制技术课程教学方法改革探索[J].南京工程学院学报(社会科学版),2007,(1):45-47.
（责任编辑：孙晴）
关键词：计算机控制技术；教学改革；CDIO
作者简介：方志明（1978-），男，江苏镇江人，江苏大学电气信息工程学院，讲师；高国琴（1965-），女，江苏镇江人，江苏大学电气信息工程学院，教授。（江苏 镇江 212013）
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）01-0066-01
随着微电子技术和计算机控制技术的发展，微型计算机已成为实现工业控制的重要工具。微型计算机控制技术是一门实用技术，它主要研究如何将计算机技术和自动控制理论应用于工业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统。“微型计算机控制技术”是我国高等学校各类自动化、电子与电气工程、计算机应用、机电一体化等专业的主干专业课程，同时也是用人单位十分关注、重点考核上述各专业学生的课程之一。
一、课程特点与课程教学中存在的问题
计算机控制技术是自动控制技术和计算机技术相结合的产物，它融合了计算机技术、控制理论、计算机通信技术等多种技术，以计算机在系统控制中的应用为中心，以计算机控制系统为主线，设计控制系统硬件、软件、系统分析和应用等方面的问题，是一门理论性和实践性都很强的综合型学科。
学生完成“计算机控制技术”课程学习后，一般应该掌握该课程介绍的基本理论知识与计算机控制系统设计方法，完成简单计算机控制系统的设计、安装、编程和调试工作。但从课程设计的完成效果来看，绝大部分学生仍无法完成简单计算机控制系统的设计、安装、编程和调试工作。究其原因，笔者认为有以下几个问题。
第一，“微型计算机控制技术”是一门多学科多课程交叉、涉及知识面广、实践性很强的课程。单纯只是从理论上学习，一方面容易流于空泛，另一方面学生缺乏实际动手处理实际工程问题的能力。由于缺乏处理实际问题的能力，在面对实际工程项目时，很多学生无从下手、手足无措。学生虽能学好课本内容，考出好成绩，但却缺乏解决实际问题的综合能力，学生往往只能够向课程中学习过的内容靠拢，受到书本的束缚，这种从书本出发而不是从实际问题本身出发的现象，不仅反映了学生综合能力的欠缺，也反映了学生面对实际问题缺乏自信的问题。
第二，“微型计算机控制技术”涉及的内容很多，绝大部分教材都不可能全面地介绍，只能以某一类计算机为背景机，以某种编程语言为例，介绍硬件接口和过程通道的设计与控制程序的设计。但是微型计算机硬件的种类太多，有各种总线的工控机，如PC总线、STD总线等，各种单片机，各种DSP等，不同的计算机系统，所用的编程方法、编程语言和工具又不尽相同，例如即使同为汇编语言，相互间语法和工具也无法通用。因此要在课堂上全面介绍很困难。
第三，是教学方法与教学手段仍存在不足。目前本课程的教学活动仍是以教师为中心，通过教师在课堂上的讲解，辅以PPT电子教案和少量的实验来达到传播知识的目的。学生在教与学的过程中仍是一种被动的认知信息的接受者。这种通过课堂教学来传授理论知识，少量实验来帮助学生认识、提高应用能力的方法，已远不能满足提高当前对学生解决实际问题的综合能力的要求。
因此，一些教育工作者已经提出以实际工程项目为教学基础，让学生介入到实际工程项目中，通过动手解决实际问题，培养学生以理论为学习框架和学习脉络，清晰完整地把握基本知识，灵活运用理论知识解决实际问题的综合能力。
二、基于CDIO的课程教学改革
现有的以实际工程项目为教学基础的教学方法，虽然可以提高学生解决实际问题的个人能力，但对于团队合作和工程系统能力的培养还有不足之处。因此，可以建立一个基于CDIO工程教育模式，以学生为主体，以教师为辅助的相对独立的课程实践教学体系。
CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面，大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。
以CDIO标准为基础，进行如下“微型计算机控制技术”课程的实践教学体系改革的探讨。
第一，要确定技术知识和能力的教学实践在多大程度上以产品、过程或系统的生产周期作为工程教育的框架或环境。以卫星跟踪天线伺服系统设计为例，计划工作时间为20周，先进行课堂教育，主要教授一些基础理论知识和所需要注意的问题，提出设计任务，主要给出所需要的性能指标和预算，将学生分成几个团队。然后进行系统总体方案设计，确定微型计算机的任务，需要设计哪些输入输出通道等。接下来进行硬件、软件功能分配与协调，选择微型计算机，输入输出通道与接口的硬件设计与元器件的选择，控制系统软件的设计和最后系统的调试。完成整个计算机控制系统的设计工作。
第二，整个教学过程必须以学生为主体，教师只能辅助参与。鼓励学生积极讨论，积极进行思维创新，勇于提出新想法新观念。同时鼓励和促进学生之间的团队协作能力发展与学生个人能力的进步。让学生充分发挥自主学习的能力，在教师的辅助下，将学生已学过的计算机技术与自动控制技术的相关知识有机、和谐的结合在一起。将学习的主动权交给学生，从查阅资料开始，进行总体方案设计，控制系统硬件的选择与设计，控制软件的编写以及最后的系统调试。在这种创造性的工作过程中，给他们提供一个自由想象与大胆创新的空间，激发学生的创新欲望。把动脑和动手有机地结合起来，培养他们的创新意识和创新能力。在这一过程中，教师必须充分发挥辅助与引导的作用。
第三，教师在教学过程中应采用互动式、启发式的教学方法，以启发、引导学生的学习，激发学生学习的热情与积极性，促进学生自主学习的能力。必须尊重学生在教学过程中的主体地位，引导学生的思维。本科的教学就是重在应用，贵在创新，在教学改革中，结合人才培养目标，延伸扩展实践动手的内容。提高学生对知识的应用和创新，坚持素质教育、工程教育和创新教育相结合，与课程建设进行整合形成良性互动。同时教师也要提升基本个人能力和人际交往能力，增加教师一体化学习的经验，掌握运用主动和经验学习方法以及学生考核等方面的能力。
第四，考核成绩是评价学生学习能力和教师教学效果的一个重要标杆。以前的卷面考试仅能考查学生对书本知识的理解与掌握，缺乏应用性与综合性，不仅不能反映学生实际的能力，也不利于学生综合素质与创新能力的培养。因此需要完善学生成绩评定措施，将学生的基本个人能力和人际交往能力，产品、过程和系统构建能力以及学科知识都要融入专业考核之中。除了要进行基本理论知识的考核，确保课程基本要求的教学质量。还要考查学生灵活运用基本概念、基础理论的能力，分析和解决问题的综合能力，以及创新思维的能力。然后根据实际计算机控制系统设计任务的完成情况，以及对各项性能指标的符合情况进行考核，通过这一考核来考查学生对于实际问题的动手能力与解决实际问题的综合素质。最后对学生的平时情况进行考核，主要包括对学生自主学习能力的评价，鼓励学生参与教学、参与讨论、积极地进行创新思维，能够提出自己的独到见解。除了考查学生的个人能力，还要考查学生平时的团队协作能力，能否积极地参与团队合作，与团队成员及其他人员的人际交往能力，团队成员之间的相互合作、相互帮助。通过以上各项的综合考查，对学生的学习成绩进行综合评价。通过这种考核方式，一方面可以对学生的综合素质给予客观的评价，激励学生的学习，另一方面也可以加强学风建设，对学生起到约束与鞭策的作用。
三、结束语
通过以上基于CDIO的教学改革，可以实现理论与实际应用的结合，减轻学生的学业负担，提高学习效率。有利于培养学生的责任意识，降低学生之间的相互依赖性，提高学生学习的主动性，增强学生的责任心，让学生能较早地了解到工作岗位的压力和责任，为学生以后能更好地适应工作环境打下良好基础；有利于学生独立工作能力的形成；有利于学生协调能力的形成；有利于学生综合职业能力的形成；有利于学生创新能力的提高。从工程实践出发，自主学习自主钻研，增强学生面对实际问题的自信心。为学生提供更宽松的学习环境，更大的自由柔性空间，以便让学生走得更远更深。
参考文献：
[1]高国琴,赵德安,刘国海,等.强化工程应用能力培养的自动化专业计算机课程群建设[J].长春工业大学学报(高教研究版),2011,(3).
[2]陆峰,陈桂,林健.自动化特色专业控制类专业课程改革探讨——以“计算机控制技术”课程改革为例[J].中国电力教育,2011,(13):58-59.
[3]罗胜,薛光明,周宏明.建设开放的《计算机控制技术》实践教学体系[J].现代教育技术,2008,18(7):113-115.
[4]鞠阳.计算机控制技术课程教学方法改革探索[J].南京工程学院学报(社会科学版),2007,(1):45-47.
（责任编辑：孙晴）