孟书云+樊红梅+高世平+李宏胜

摘 要：随着理工科高校教学改革的深入开展，作为专业课实践教学环节之一的课程设计教学，面临着新的挑战和进一步改革细化。为了提升专业课课程设计教学质量，解决现有教学过程中出现的学生综合应用理论知识能力不足、考核方法粗放、课程设计学时较短等问题，探索合适的专业课课程设计教学中教与学的方法，着力提高学生创新能力和综合应用能力，更好地适应快速发展的经济社会。

关键词：卓越工程师  课程设计  教学改革

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（c）-0113-02

数控原理课程设计是《数控原理与系统》课程后续的实践教学环节，要求学生运用数控系统核心功能模块基本原理以及高级编程语言、计算机图形学等先修课程，使用开发工具，实现上位机软件设计，完成运动控制平台二次开发。这是自动化（数控技术方向）专业学生全面深入理解数控系统工作原理的综合训练，要求学生在有限的时间内完成较大的工作量（包括将所选课题作为一个整体工程系统进行设计规划、理解分析算法原理、设计流程图、仿真界面设计、算法的设计与实现、程序的调试与运行、结果验证、软件文档的编制等），对学生的团队合作等诸多能力提出了挑战。

1 课程设计教学环节现状和存在问题

（1）课程设计的对象较为复杂与学时较短之间的矛盾。实现机床自动化加工的数控系统是个庞大而复杂的系统。如前所述，将系统的功能分解之后，选取其中任何一个功能模块作为课程设计的题目，对于学生来讲，仍是有一定难度且设计内容繁杂的。教学过程中发现，学生在刚刚弄懂系统工作原理和熟悉了开发环境时，已经到了课程设计的结束时间了。在当前高校工科专业新一轮教学改革的背景下，专业课课程的教学时数作了大幅压缩，甚至在培养方案中取消了课程设计这一重要的实践教学环节，背离了近年“高等工科教育要回归工程实践”的社会需求。

（2）相关课程设置衔接不紧密。作为基础课的计算机类（如高级编程语言等）课程，教学计划通常会安排在大学一年级开设。而专业课课程设计通常在第三甚至第四学年。教学过程中发现，由于相关课程开设的间隔时间较长，处于课程设计阶段的学生在实际应用这些基础课程时，已经倍感生疏。在学时压缩的大背景下，这类基础课多偏重基本语法的介绍，实际工程训练多处于简单函数的设计这一级别，然而有关工程项目建立以及调试方面的训练极少。以上种种因素，使得相对较为简单的设计题目，学生还是不能很好地将所学的数控系统基本原理运用到实际工程项目的开发中。

（3）考核方法粗放，考核内容不明确。现有的考核方式较为粗放，考核内容基本属于定性的评价。前期数控原理课程设计从考勤、设计调试、结果验收、设计报告四个方面按不同权重给予考核。对于指导教师来讲，可以根据学生的表现、从四个方面酌情评定等级。但对于学生来讲，存在这样的情况：即使东西没有做出来，由于出勤率高、报告规范、认真履行了程序调试等，也可以通过课程设计考核。不过，从培养学生真正具备开发实际工程项目的能力出发，这个教学目的却并没有达到。即学生经过课程设计这个实践教学环节，还是无法独立开发一个简单的完整的工业系统。为此，需要针对每一个课程设计题目，给出针对学生的具体明确的考核内容，避免考核内容模糊化，从而保证学生真正参与实践了工程项目的开发过程。

（4）学生自主学习意愿弱，理论基础不扎实，受多种因素影响严重。学生对数控系统核心功能模块的工作原理理解不够透彻。教学中发现，课程设计开始后的前一两天，大部分学生在复习相关知识，严重影响了设计进度。至于开发工具的使用，也是较为陌生。当课程设计教学进程安排在第四学年时，不免会受到“单位应聘、考公务员、考研究生”等多重因素的干扰，一部分学生会无心在学业上，严重影响了课程设计教学环节的实际教学效果。

2 提高数控原理课程设计教学质量的方法

教学计划要求数控原理课程设计在一周内完成。在对课程设计题目具体实施之前，学生并没有数控系统上位机程序设计和开发的体验。所以，如何使学生在这么短的时间内能熟悉高级编程语言的语法，初步应用软件开发工具进行数控系统中部分功能的设计与验证，对每一位指导教师而言都是严峻的挑战。

针对目前教学过程中出现的问题，以市场需求为导向，遵循“以学生为主体，教师为主导”的教育理念，以培养和锻炼学生独立开发简单的工业系统为目标，实现系统开发过程的规范化指导和实践，重视和加强实践教学环节的教学。课程设计教学方法的改革注重学生的个体差异，为学生独立解决工程设计和问题分析创造条件，同时兼顾小组成员间合作共享精神的培养，为学生后续的毕业设计教学环节顺利开展、踏上工作岗位后能够独立开展工作奠定基础。

根据数控原理课程设计的特点，结合多名一线教师多年的教学经验，尝试着从以下几个方面进行教学改革。

2.1 课程设计任务和时间的合理安排

数控原理课程设计是基于项目导向式的实践教学环节。课程设计的题目以工程项目的形式、按顺序依次分到每个小组（每小组2～3人），小组之间的题目是完全不同的。要顺利完成指定题目的课程设计任务，每个小组的两名组员必须展开讨论和分工协作。分组和任务安排可在理论课教学之前完成，促使学生带着任务和目标参与理论课教学活动。

课程设计指导书是学生参与实践教学的第一资料，根据实际教学情况通过多次增删和补充完成。对设计过程中会涉及到的先修课程基础知识、项目开发和调试所需的基本技能、规范和实例，通过精心选择，编入课程设计指导书。除此之外，发布任务时，为每个组绘制出设计结果最终的蓝图，使学生知晓设计要求、内容，有的放矢地研究系统的基本原理。由于指导书中内容较有针对性，使指导教师从疲于应付学生的基础知识问题中解脱出来，学生也节约了有限的课程设计时间。

2.2 先修课程的进度安排和内容调整endprint

为了顺利完成课程设计的任务，学生需要先修课程的支撑，尤其是关于高级语言集成开发环境内容介绍和工程项目调试运行两部分内容，但是这些基础知识在前期课程学习中介绍很少。在面向对象编程的高级语言集成开发环境中，存在大量对学生来讲较为陌生的概念，如：类、对象、多态、继承、友元、私有函数和变量，用于进行函数的声明、定义、调用以及变量的声明、赋值等。学生需熟悉集成开发环境，且能利用参考书籍熟悉工程界面设计中常用控件的使用。即如何设置控件属性、触发控件响应，并建立简单的工程项目、作项目测试。

从教学效果来看，集成开发环境下控件的简单应用可以被学生短期内掌握，可是却占用了一部分课程设计时间。为此，有必要在制订培养计划时，统筹考虑相关课程之间教学内容的衔接，尽量缩短这些课程间的时间跨度。

2.3 指导教师分阶段且因人而异地指导

为了设计任务在规定时间内完成，指导教师将任务分解，采用分段教学法，因人而异、逐阶段培养学生分析问题和独立开发系统的能力。

第一阶段教学，重点指出课程设计要用到的基本概念和操作方法。由于时间所限，新内容在课堂上全部讲授一遍不现实，须由学生课后主动自学。通过划定参考资料和文献的范围，由小组成员自行查找书籍等相关资料，自学相关内容。参考资料并不具体到某一本书或者某一篇文章，由学生自行查阅和筛选，还需要课后上机操作练习。从资料检索情况来看，部分小组的成员在图书馆借阅的书籍，并不符合课程设计任务的需要。为此，指导教师必须即时发现和纠正，让学生重新检索和借阅。

第二阶段以引导学生完成工程项目规划和界面设计。在项目开发之初，知晓功能模块工作原理之后，应绘制流程图。有了流程图，再开始算法的具体编程实现。指导教师应引导学生进行规范化的项目开发，避免出现没有流程图就开始设计算法的现象。部分学生将教材中通用的流程图用来开发，并不能满足课题的开发要求。实际上，学生必须根据选定课题，给出具体的流程图，厘清所有已知信息及、待求结果和图形化显示内容，进而对项目中变量进行初始化，确定整个工程的输入变量，中间变量和输出值，再来完善工程项目的人机交互界面。教学中采用因人而异的方式，鼓励学生某一方面突出的表现。例如界面的设计反映出学生设计水平间的差异性，对此饶有兴趣且表现突出的学生可以因势利导，采用加分等手段加以激励。

最后一阶段是算法的具体实现和代码调试。教学实践发现，算法实现往往需要函数间互相调用以及不同类间变量值的传递，学生出现的问题很多。同时，每个小组进度并不相同，遇到的有共性问题，也有个别问题。共性问题，指导教师在课堂上会统一讲解。但有些同学因为暂时没有遇到类似的问题，并不注意听讲，随着项目往前推进，又遇到同样问题，只得求助教师。如此一来，为处于不同进度的学生多次讲解同一个问题，是不可避免的。另外，每个小组设计的思路和实现方法都不同，遇到的问题也千差万别，需针对每组情况单独辅导。可见课程设计要取得良好效果，需要教师付出极大的耐心和热情。调试程序，成为困扰学生又一大难点。在新的开发平台上，学生对调试一筹莫展。按照教学安排，数控原理课程设计之前，学生已完成了嵌入式微处理器程序设计、单片机程序设计、PLC程序设计、MATLAB程序设计等多门课程的实践环节，这些都离不开程序调试。由此看出，学生的学习迁移能力较弱，只能“教什么会什么”，无法做到触类旁通。通过教会学生基本的调试方法，由学生根据设计思路，一步步找到问题所在。实际上，多数院校的课程设计教学由两名教师（包括理论课教师和实验室教师）共同承担，在“精英教育”转换为“大众化教育”的背景下，班级人数增多，能否及时解决学生在设计时出现的各种问题，避免挫伤学生探索问题的积极性，成为提高课程设计教学质量的关键因素之一。

2.4 考核内容细化、设计目标明确

从课程设计教学环节的目的来看，最终是要使学生熟练掌握有行业背景的简单工程项目的独立开发。尽管课程设计最终成绩的评定，由出勤、报告、设计调试、结果验收四项组成，但后两项理应成为指导和考核的重点。为此，考核采取“设计过程考核”和“设计结果定量考核”相结合的方法进行。

课程设计每日进度提前发布给学生。针对每日进度，对学生进行严格考核，重点在于发现学生设计过程中的难点，并给予及时指导，督促其有计划地向前推进。一旦学生能够突破项目开发初期遭遇的“瓶颈”，后续环节的进展，往往会积极主动地努力做到最好。同时，跟踪各小组开发进度，也避免了“少部分同学不独立开发，而是把别人的东西直接拿来验收”的现象。

课程设计结束时，指导教师对项目运行结果逐一进行定量化考核，这个结果直接与课程设计的最终成绩挂钩。如：某一课题有四种子情况出现，四种情况结果都正确，就可以取得全部分值。明确每个项目运行调试结果的分值，可以将学生关注的中心转移到项目开发上来，锻炼其综合应用开发的能力。

除了抓好现场教学，指导教师对课程设计结束之后的实践总结作出规范化要求：要求学生将项目开发过程中每天遇到的问题和解决的办法，作一记录，整理在最终提交的报告中。

3 课程设计教学改革实践

通过2009级和2010级283名同学参与课程设计教改，获得了如下学情。

（1）大部分同学反映：通过此次课程设计，培养了自身查阅技术手册和技术资料的能力，锻炼了项目开发、程序设计及调试的能力，提升了编程技术文档写作的能力，建立了良好的思维方式，在小组分工合作中找到了团结协作的乐趣，真正体验到了理论知识与实践之间的天壤之别以及将理论转化为实践的艰辛。

（2）为期仅一周的课程设计，95%的学生对待学习的态度发生了极大的转变：从课设开始时的思想上不重视、主动积极性不够，到课设结束时变得严肃认真、一丝不苟，尤其是意识到自身“什么都不会、能力与水平很有限”、认识到差距后，能够主动投入学习中来。

（3）课程设计时间安排恰当，能摒除多因素干扰。希望能有更严格的纪律和进度考核，营造良好学习氛围。多数同学反映课程设计的时间太短暂，需要学的新东西太多。

4 结语

为期一周的课程设计教学活动是理论走向实践的重要一环。教学中出现的学时安排、相关课程之间内容的衔接、指导教师主导作用和学生主体意识之间的配合、课程考核等问题，分别提出了相应的改进办法：针对开课学时和进度，要在培养计划顶层设计时全盘兼顾;不同院系开设的课程如若相关，就需要跨越院系障碍，对教学内容进行整合和衔接;学生“愿意学习”的主观意愿对教学效果影响很大，这样一来指导教师要重点发挥“导”的作用，使学生“乐”学，能在学中获得成就感，荣誉感;成绩评定时，适当降低考勤和报告占分比，加大设计调试和结果验收的比重，突出课程设计的主要目的，彰显实践教学环节的基本内涵，更好地培养学生“理论转化为实践”的工程应用能力。通过在教学实践中实施这些，取得了一定的教学效果，这些方法对于后续的课程设计教学具有参考意义。

参考文献

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[2] 许海霞.高校课程设计的教学研究[J]. 科技创新导报，2013（15）：141-142.

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