朱继红 鲁明丽 谈天夫 丁卫

摘  要：为有效培养自动化专业学生应具备的系统分析、设计与研发能力，针对C#编程与SQL数据库应用课程存在的教学模式单一、课程内容实践不够、学生能力培养不足等问题，制定以工程意识和工程素质为核心的培养目标，以云班课教学平台为依托，探索线上线下混合式、课堂企业交叉式教学模式。基于成果导向的教学理念的理论与实践相结合的教学内容，通过项目驱动式方法改革授课方式，采用自主式、团队式相融合的方法改革实践教学，并探讨全方位多层次的考评方法，以提高学生解决复杂工程问题的能力。

关键词：自动化专业；教学改革；OBE理念；C#；混合式教学；交叉式教学

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）S1-0144-04

Abstract： The aim of the study is to effectively cultivate the system analysis， design and R&D capabilities that students majoring in automation should have. In view of the problems existing in the course of C# Programming and SQL Database Application， such as the single teaching mode， the insufficient practice of the course content， and the insufficient training of students' abilities， the training objectives centered on engineering awareness and engineering quality are formulated. Based on the Mosoteach platform， the online and offline mixed teaching mode and the cross-teaching mode of classroom and enterprises are explored. The teaching content based on the combination of the theory and practice of the results-oriented teaching concept is to reform the teaching method through the project-driven method， reform the practical teaching with the combination of the independent and team methods， and explore the comprehensive and multi-level evaluation methods to improve students' ability to solve complex engineering problems.

Keywords： automationmajor; teaching reform; OBE concept; C#; mixed teaching; cross-teaching

近年來，由于C#计算机语言具有强大的底层和通信接口功能，采用C#计算机语言设计的上位机具有较好的人机交互界面，因此受到了自动化行业尤其是非标自动化设备定制行业的青睐。行业需求决定了自动化专业学生的培养要求，不仅需要学生掌握C#的编程技巧，还需要掌握诸如单片机、PLC等硬件知识。目前，各高等院校的计算机类专业一般都开设了以C#计算机语言为基础的相关课程，并在教学实践过程中进行了较为深入的课程改革，取得了较好的效果[1-3]。然而，对于应用型本科院校来讲，若C#相关课程按照计算机类专业的培养要求培养自动化专业的学生，可能使自动化专业学生面临软件基础知识不牢，软件开发能力不足的尴尬境地。为改善自动化专业C#编程与SQL数据库应用课程的教学效果，培养能够解决自动化控制系统、自动化测试系统开发或集成中复杂工程问题的应用型人才，常熟理工学院自动化专业近几年来在成果导向教育（Outcome-based Education， OBE）理念的指导下[4-6]，对该课程开展教学改革，取得了较好的效果。本文主要围绕优化理论与实践相结合的教学内容，探索项目驱动式授课方式，采用自主式、团队式相融合的实践教学方式，探讨全方位多层次的考评方法等方面介绍了该课程教学改革与实践过程中的工作与经验。

一  课程教学现状

本课程在最初的教学过程中发现，在有限的课时学习时间内，要学生完全掌握面向对象程序设计这种较为抽象的编程方式，熟练应用窗体应用程序设计中面临的繁多不一的各种控件属性和方法，掌握结合自动化设备等相关硬件编程实现某种功能等还存在较大难度。总体来看，在教学过程中存在以下三个方面问题[7]。

（一）  理论教学模式单一

课堂教学作为培养目标和毕业要求达成的基本环节，往往以教师为中心，却忽视学生的学习需求，容易出现重视教师讲授而轻视学生学习理解能力的现象。课程理论教学部分内容抽象，以常规语法和用法的讲解，学生跟随编程为主。尤其当少数学生在理解上存在延迟时，采取的补充措施不充分，随着教学内容深入，容易造成更多的困惑，以至于后续章节内容接续不上，导致学生学习兴趣不高。

（二）  实践教学模式单一

实践教学作为培养学生解决问题能力的重要环节，往往以结果为中心，却忽视学生的掌握程度，容易出現重视教师演示而轻视学生学习掌握程度的现象。课程实践教学内容多样，以常规教师演示，学生独立操作为主。少数学生尽管按照要求完成了实践项目内容，仍然会出现“知其然，不知其所以然”的情况，缺乏相应的具体分析指导，导致学生学习成就感不强。

（三）  课程考核方式单一

当前所采用平时作业、实践报告、期中和期末考试等的考评方式，每一种考评方式按照预设的评分标准对学生完成的各项学习任务以分数形式进行评价。尽管每一种考评方式的评价标准精心设计，但由于学生在完成学习任务过程中缺乏有效的全程跟踪，每名学生所得到分数仍然不能保证学生是否真正掌握了理论知识和编程要领。因此，现有考评方式无法获得学生的反馈，学生分析、解决问题及自主学习能力，不能客观地反映学生的学习效果。

二  课程目标

应用型本科院校的自动化专业需要培养具有扎实自动化基础知识和基本技能，具有社会责任感、职业道德、人文素养和创新精神，能在现代智能制造业解决自动化控制系统、自动化测试系统工程问题的应用型工程师。常熟理工学院自动化专业开设C#编程与SQL数据库应用课程的主要目的是通过该课程的学习，使学生具备C#语言程序设计的基础知识和逻辑思维，能够使用C#语言进行自动化控制或自动化测试系统的上位机软件开发；能够针对特定的功能需求进行分析，设计满足需求的C#语言软件系统，并根据调试结果验证系统设计的有效性；能够针对特定的项目需求，利用C#语言编程实现项目要求的全部功能，设计过程和设计成果以报告形式呈现；能够根据实际工程的需求，从工程项目管理与工程伦理的角度，利用C#语言设计具备信息管理和数据显示、处理及存储等功能的综合性系统。课程对应的课程目标具体为如下。

（一）  课程目标1

理解系统的概念及其在控制领域的体现，能对自动化控制系统、自动化测试系统开发或集成中的复杂工程问题的解决方案进行分析。

（二）  课程目标2

通过文献研究，能够分析自动化控制系统、自动化测试系统的技术方案的优劣、合理性和可行性，并获得有效结论。

（三）  课程目标3

能够通过工艺流程和功能分析设计满足特定需求的程序软件，并以程序或报告呈现设计成果。

（四）  课程目标4

了解与工程相关背景知识，具有工程实习和社会实践的经历。

三  教学模式改革

针对C#编程与SQL数据库应用课程教学中存在的问题，基于OBE理念，根据本课程目标达成要求对教学内容、教学模式及考核方式进行改革。

（一）  教学内容设计

为体现自动化专业特色及行业需要，本课程设计了基础、实践、应用三个模块的教学内容，如图1所示。课程的教学内容形成了基础理论由浅入深，程序设计由理论到实践，功能实现由软件到硬件相结合的梯次、混合的教学内容。其中，基础教学内容以C#语言理论基础为主，主要设计了以控制台应用程序设计为实践平台的C#语法基础和面向对象程序设计内容。实践教学内容以C#语言软件编程为主，主要围绕Windows窗体应用程序设计，重点对控件、菜单、对话框与文件操作、线程与异步编程及SQL数据库应用等内容展开学习。基础和实践教学内容主要完成对C#相关基础和技术的学习，对C#语言的相关知识有一个全面了解。应用教学内容则以解决工程实际问题为主，依托企业提供的项目需求，利用C#语言提供的串口通信、网络通信、Modbus通信等类及其强大的数学工具类，实现与单片机、PLC等硬件设备的通信，实现上位机与下位机之间的数据通信，完成数据显示、处理及设备控制等方面的内容。

同时，思政教学内容贯穿课程教学全过程。在基础教学阶段，主要通过结合教学内容讲解和程序输出结果显示等方式，对自动化技术发展历史和有关理论及技术建立过程进行讲解，了解前辈如钱学森、钱伟长等在自动化发展过程中如何思考、如何克服所遇到的障碍，帮助学生建立科学的思维方法，以及工作中勇于面对挑战的精神。在实践教学阶段，以基础性、科学性、系统性及趣味性为要求，通过实践中程序运行结果的可视化展现控制科学与工程及其二级学科的内在联系，进一步拓宽学生的专业视野，激发对自动化专业喜爱的热情。在应用教学阶段，主要通过视觉、听觉、感觉三个维度，从控制理论学科对我国创新驱动发展作用的角度出发，以杰出贡献者研究工作为载体，把社会主义核心价值观教育融入课程教学内容，突出价值引领、知识传授、能力培养，帮助学生正确认识历史规律、准确把握基本国情、掌握科学的世界观和方法论，促进树立正确的世界观和价值观。

（二）  教学模式改革

1  线上线下混合式教学

为提高学生的学习主动性、自觉性，培养学生的专业能力、自学能力、创新能力和团队合作能力，在教学过程中，将课程分为课前、课中、课后，采取线上与线下相结合的方式组织教学，如图2所示。课前，教师对教学资源进行整合，以视频、PPT、文档、测试题和网络链接等方式将知识点上传至云班课资源库中。同时学生需要学习参考教材相关内容，并完成线上预习测试。课中，采用课堂翻转的方式，教师利用讲解、项目演示和讨论等方式进行答疑解惑，同时学生还需汇报学习成果。课后，学生需要利用C#编译软件对给出的项目进行分析、设计与调试，然后撰写成果报告。对课程重点和难点问题，采用“理论+演示+项目实践”的方式学习；对综合运用的内容，则采取团队合作的方式完成。

图2  线上线下混合教学模式

2  课堂企业交叉式教学

为提高学生的实践创新和动手能力，切身体会C#需求现状，了解自动化技术发展的前沿，教学团队与自动化行业的相关企业紧密合作，依托企业的实际项目，学生以团队形式使用C#实现项目的部分或全部功能。学生在实践过程中，采用PDCA模式，即区分策划、实施、检查和处理4个阶段开展项目。策划阶段，注重锻炼学生的问题分析能力和协调能力。在企业导师的指导下，认真研究项目需求，建立项目团队和确定成员分工，根据掌握的课堂知识点和收集的相关资料提出具体解决方案，经导师认可后，进入下一阶段任务。实施阶段，注重培养学生团队协作意识和时间观念。团队成员依照分工，按照解决方案各自编程实现项目的各个功能，最终实现整体系统软件。检查阶段，主要锻炼学生发现问题的能力。利用串口、网络、Modbus调试助手等软件，对系统中的单个模块功能和系统整体功能进行仿真与测试，查找程序中存在的不足，直至满足项目需求。处理阶段，主要锻炼学生解决问题的能力。将编译好的程序与设备进行联调联试，在测试过程中再次查找程序中存在的不足或算法上的缺陷，进一步完善问题的解决方案。同时，对测试中发现的其他问题，可供结构设计、嵌入式或PLC控制设计人员参考。

（三）  评价体系

1  考核方式

根據自动化专业工程教育专业认证要求形成的OBE课程评价体系要有助于课程的持续改进和学生课程目标的达成，提高人才的培养质量这一要求。根据课程目标，课程考核在建立特色的课程体系和教学方法的基础上，采用具有特色的理论与实践相结合的过程考核方案，包括对平时作业、实践项目、综合作业三方面的考核，由表1可知，考核方案需通过学院合理性评价审核之后才能实施。其中，平时作业重点考核学生个人对大纲规定的基础知识的掌握情况，主要依托云班课的资源板块，与课堂同步学习下载共享的视频、课件和其他相关学习内容，利用测试板块对所掌握的知识点进行测试，学生完成测试后，平时作业成绩由系统直接给出。实践项目重点考核学生对所掌握知识的独立运用情况。根据教学章节内容，以项目形式有针对性设计实践项目。学生在实践过程中，首先需要从每一个项目需求分析入手，然后根据需求分析设计项目总体结构和对应功能，最后，使用C#语言编程依次实现所设计的功能。综合作业重点考核学生通过协作分析和解决复杂工程背景问题过程中的应用情况。综合作业采取团队协作的方式完成，团队成员围绕企业实际项目或项目子系统，以小组讨论结果制定项目解决方案，各成员按照解决方案中分工各自完成对应任务功能，并由小组指定临时负责人对整个项目功能进行整合，所有成员共同参与调试，针对调试过程中存在的不足加以改进。

2  评价方式

课程评价是以学校专业人才培养质量中的课程评价为指导，以问题为导向，以保障学生学习和发展为目标，以学生学习成果为依据，建立“评价—反馈—改进”持续改进的课程评价体系，切实提升课堂教学效果，保障课程建设品质，解决人才培养的核心问题，达成课程培养目标，提高人才培养质量。课程结束后，课程组按照OBE理念对课程目标达成度和全体学生的达成度进行分析与讨论，评价结果和改进措施用于后期的持续改进。如在分析学生个人毕业要求指标达成情况时，会发现个别学生在着重反映学生基础知识掌握情况的指标点达成度低于预期，可能是该学生在课堂讲授时不注意听讲，课后线上不认真学习在线资料，导致测试分数较低。针对此类情况，可采取友情提醒、单独辅导的方式，尽快弥补基础知识掌握不牢的不足，并在今后教学过程中有针对性地对出现此类问题的学生提前进行提醒和课后辅导，以此通过有力的措施改进教学方法，提高课程目标的达成度，帮助学生达到毕业要求。通过该课程评价体系的运用，提高了学生综合运用知识和分析、解决复杂工程问题的能力，具体实施过程如图3所示。

四  结论

本文针对应用型高校自动化专业的C#编程与SQL数据库应用课程教学中存在的问题，从课程内容、教学模式、考核方式等方面进行课程改革。以学生能力培养为导向，对教学内容进行优化整合，并结合具体的项目实例，提炼核心专题，构建完整知识体系。采用线上线下混合式、课堂企业交叉式教学模式，设计全方位多层次的考评方法，对教学过程进行持续改进。实践证明，该教学模式能够有效增强学生对自动化专业相关背景知识的了解，使学生具有工程实习和社会实践的经历，培养学生的自主学习能力、分析解决问题的能力、解决自动化专业相关复杂工程问题的编程能力。

参考文献：

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[5] 李蓉.在OBE教学理念指导下“酶工程”混合式教学改革探索[J].教育教学论坛，2023（3）：77-80.

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[7] 鲁明丽，徐本连，施健，等.基于OBE理念的智能控制课程线上线下混合式教学模式探索[J].中国现代教育装备，2022（19）：55-57，64.