朱繼紅 魯明麗 談天夫 丁衛(wèi)

摘? 要：為有效培養(yǎng)自動化專業(yè)學(xué)生應(yīng)具備的系統(tǒng)分析、設(shè)計與研發(fā)能力，針對C#編程與SQL數(shù)據(jù)庫應(yīng)用課程存在的教學(xué)模式單一、課程內(nèi)容實踐不夠、學(xué)生能力培養(yǎng)不足等問題，制定以工程意識和工程素質(zhì)為核心的培養(yǎng)目標，以云班課教學(xué)平臺為依托，探索線上線下混合式、課堂企業(yè)交叉式教學(xué)模式?；诔晒麑?dǎo)向的教學(xué)理念的理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)內(nèi)容，通過項目驅(qū)動式方法改革授課方式，采用自主式、團隊式相融合的方法改革實踐教學(xué)，并探討全方位多層次的考評方法，以提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。

關(guān)鍵詞：自動化專業(yè)；教學(xué)改革；OBE理念；C#；混合式教學(xué)；交叉式教學(xué)

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：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#計算機語言具有強大的底層和通信接口功能，采用C#計算機語言設(shè)計的上位機具有較好的人機交互界面，因此受到了自動化行業(yè)尤其是非標自動化設(shè)備定制行業(yè)的青睞。行業(yè)需求決定了自動化專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)要求，不僅需要學(xué)生掌握C#的編程技巧，還需要掌握諸如單片機、PLC等硬件知識。目前，各高等院校的計算機類專業(yè)一般都開設(shè)了以C#計算機語言為基礎(chǔ)的相關(guān)課程，并在教學(xué)實踐過程中進行了較為深入的課程改革，取得了較好的效果[1-3]。然而，對于應(yīng)用型本科院校來講，若C#相關(guān)課程按照計算機類專業(yè)的培養(yǎng)要求培養(yǎng)自動化專業(yè)的學(xué)生，可能使自動化專業(yè)學(xué)生面臨軟件基礎(chǔ)知識不牢，軟件開發(fā)能力不足的尷尬境地。為改善自動化專業(yè)C#編程與SQL數(shù)據(jù)庫應(yīng)用課程的教學(xué)效果，培養(yǎng)能夠解決自動化控制系統(tǒng)、自動化測試系統(tǒng)開發(fā)或集成中復(fù)雜工程問題的應(yīng)用型人才，常熟理工學(xué)院自動化專業(yè)近幾年來在成果導(dǎo)向教育（Outcome-based Education， OBE）理念的指導(dǎo)下[4-6]，對該課程開展教學(xué)改革，取得了較好的效果。本文主要圍繞優(yōu)化理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)內(nèi)容，探索項目驅(qū)動式授課方式，采用自主式、團隊式相融合的實踐教學(xué)方式，探討全方位多層次的考評方法等方面介紹了該課程教學(xué)改革與實踐過程中的工作與經(jīng)驗。

一? 課程教學(xué)現(xiàn)狀

本課程在最初的教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，在有限的課時學(xué)習(xí)時間內(nèi)，要學(xué)生完全掌握面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計這種較為抽象的編程方式，熟練應(yīng)用窗體應(yīng)用程序設(shè)計中面臨的繁多不一的各種控件屬性和方法，掌握結(jié)合自動化設(shè)備等相關(guān)硬件編程實現(xiàn)某種功能等還存在較大難度。總體來看，在教學(xué)過程中存在以下三個方面問題[7]。

（一）? 理論教學(xué)模式單一

課堂教學(xué)作為培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求達成的基本環(huán)節(jié)，往往以教師為中心，卻忽視學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，容易出現(xiàn)重視教師講授而輕視學(xué)生學(xué)習(xí)理解能力的現(xiàn)象。課程理論教學(xué)部分內(nèi)容抽象，以常規(guī)語法和用法的講解，學(xué)生跟隨編程為主。尤其當少數(shù)學(xué)生在理解上存在延遲時，采取的補充措施不充分，隨著教學(xué)內(nèi)容深入，容易造成更多的困惑，以至于后續(xù)章節(jié)內(nèi)容接續(xù)不上，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高。

（二）? 實踐教學(xué)模式單一

實踐教學(xué)作為培養(yǎng)學(xué)生解決問題能力的重要環(huán)節(jié)，往往以結(jié)果為中心，卻忽視學(xué)生的掌握程度，容易出現(xiàn)重視教師演示而輕視學(xué)生學(xué)習(xí)掌握程度的現(xiàn)象。課程實踐教學(xué)內(nèi)容多樣，以常規(guī)教師演示，學(xué)生獨立操作為主。少數(shù)學(xué)生盡管按照要求完成了實踐項目內(nèi)容，仍然會出現(xiàn)“知其然，不知其所以然”的情況，缺乏相應(yīng)的具體分析指導(dǎo)，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)成就感不強。

（三）? 課程考核方式單一

當前所采用平時作業(yè)、實踐報告、期中和期末考試等的考評方式，每一種考評方式按照預(yù)設(shè)的評分標準對學(xué)生完成的各項學(xué)習(xí)任務(wù)以分數(shù)形式進行評價。盡管每一種考評方式的評價標準精心設(shè)計，但由于學(xué)生在完成學(xué)習(xí)任務(wù)過程中缺乏有效的全程跟蹤，每名學(xué)生所得到分數(shù)仍然不能保證學(xué)生是否真正掌握了理論知識和編程要領(lǐng)。因此，現(xiàn)有考評方式無法獲得學(xué)生的反饋，學(xué)生分析、解決問題及自主學(xué)習(xí)能力，不能客觀地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

二? 課程目標

應(yīng)用型本科院校的自動化專業(yè)需要培養(yǎng)具有扎實自動化基礎(chǔ)知識和基本技能，具有社會責(zé)任感、職業(yè)道德、人文素養(yǎng)和創(chuàng)新精神，能在現(xiàn)代智能制造業(yè)解決自動化控制系統(tǒng)、自動化測試系統(tǒng)工程問題的應(yīng)用型工程師。常熟理工學(xué)院自動化專業(yè)開設(shè)C#編程與SQL數(shù)據(jù)庫應(yīng)用課程的主要目的是通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生具備C#語言程序設(shè)計的基礎(chǔ)知識和邏輯思維，能夠使用C#語言進行自動化控制或自動化測試系統(tǒng)的上位機軟件開發(fā)；能夠針對特定的功能需求進行分析，設(shè)計滿足需求的C#語言軟件系統(tǒng)，并根據(jù)調(diào)試結(jié)果驗證系統(tǒng)設(shè)計的有效性；能夠針對特定的項目需求，利用C#語言編程實現(xiàn)項目要求的全部功能，設(shè)計過程和設(shè)計成果以報告形式呈現(xiàn)；能夠根據(jù)實際工程的需求，從工程項目管理與工程倫理的角度，利用C#語言設(shè)計具備信息管理和數(shù)據(jù)顯示、處理及存儲等功能的綜合性系統(tǒng)。課程對應(yīng)的課程目標具體為如下。

（一）? 課程目標1

理解系統(tǒng)的概念及其在控制領(lǐng)域的體現(xiàn)，能對自動化控制系統(tǒng)、自動化測試系統(tǒng)開發(fā)或集成中的復(fù)雜工程問題的解決方案進行分析。

（二）? 課程目標2

通過文獻研究，能夠分析自動化控制系統(tǒng)、自動化測試系統(tǒng)的技術(shù)方案的優(yōu)劣、合理性和可行性，并獲得有效結(jié)論。

（三）? 課程目標3

能夠通過工藝流程和功能分析設(shè)計滿足特定需求的程序軟件，并以程序或報告呈現(xiàn)設(shè)計成果。

（四）? 課程目標4

了解與工程相關(guān)背景知識，具有工程實習(xí)和社會實踐的經(jīng)歷。

三? 教學(xué)模式改革

針對C#編程與SQL數(shù)據(jù)庫應(yīng)用課程教學(xué)中存在的問題，基于OBE理念，根據(jù)本課程目標達成要求對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式及考核方式進行改革。

（一）? 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

為體現(xiàn)自動化專業(yè)特色及行業(yè)需要，本課程設(shè)計了基礎(chǔ)、實踐、應(yīng)用三個模塊的教學(xué)內(nèi)容，如圖1所示。課程的教學(xué)內(nèi)容形成了基礎(chǔ)理論由淺入深，程序設(shè)計由理論到實踐，功能實現(xiàn)由軟件到硬件相結(jié)合的梯次、混合的教學(xué)內(nèi)容。其中，基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容以C#語言理論基礎(chǔ)為主，主要設(shè)計了以控制臺應(yīng)用程序設(shè)計為實踐平臺的C#語法基礎(chǔ)和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計內(nèi)容。實踐教學(xué)內(nèi)容以C#語言軟件編程為主，主要圍繞Windows窗體應(yīng)用程序設(shè)計，重點對控件、菜單、對話框與文件操作、線程與異步編程及SQL數(shù)據(jù)庫應(yīng)用等內(nèi)容展開學(xué)習(xí)?；A(chǔ)和實踐教學(xué)內(nèi)容主要完成對C#相關(guān)基礎(chǔ)和技術(shù)的學(xué)習(xí)，對C#語言的相關(guān)知識有一個全面了解。應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容則以解決工程實際問題為主，依托企業(yè)提供的項目需求，利用C#語言提供的串口通信、網(wǎng)絡(luò)通信、Modbus通信等類及其強大的數(shù)學(xué)工具類，實現(xiàn)與單片機、PLC等硬件設(shè)備的通信，實現(xiàn)上位機與下位機之間的數(shù)據(jù)通信，完成數(shù)據(jù)顯示、處理及設(shè)備控制等方面的內(nèi)容。

同時，思政教學(xué)內(nèi)容貫穿課程教學(xué)全過程。在基礎(chǔ)教學(xué)階段，主要通過結(jié)合教學(xué)內(nèi)容講解和程序輸出結(jié)果顯示等方式，對自動化技術(shù)發(fā)展歷史和有關(guān)理論及技術(shù)建立過程進行講解，了解前輩如錢學(xué)森、錢偉長等在自動化發(fā)展過程中如何思考、如何克服所遇到的障礙，幫助學(xué)生建立科學(xué)的思維方法，以及工作中勇于面對挑戰(zhàn)的精神。在實踐教學(xué)階段，以基礎(chǔ)性、科學(xué)性、系統(tǒng)性及趣味性為要求，通過實踐中程序運行結(jié)果的可視化展現(xiàn)控制科學(xué)與工程及其二級學(xué)科的內(nèi)在聯(lián)系，進一步拓寬學(xué)生的專業(yè)視野，激發(fā)對自動化專業(yè)喜愛的熱情。在應(yīng)用教學(xué)階段，主要通過視覺、聽覺、感覺三個維度，從控制理論學(xué)科對我國創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展作用的角度出發(fā)，以杰出貢獻者研究工作為載體，把社會主義核心價值觀教育融入課程教學(xué)內(nèi)容，突出價值引領(lǐng)、知識傳授、能力培養(yǎng)，幫助學(xué)生正確認識歷史規(guī)律、準確把握基本國情、掌握科學(xué)的世界觀和方法論，促進樹立正確的世界觀和價值觀。

（二）? 教學(xué)模式改革

1? 線上線下混合式教學(xué)

為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性、自覺性，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)能力、自學(xué)能力、創(chuàng)新能力和團隊合作能力，在教學(xué)過程中，將課程分為課前、課中、課后，采取線上與線下相結(jié)合的方式組織教學(xué)，如圖2所示。課前，教師對教學(xué)資源進行整合，以視頻、PPT、文檔、測試題和網(wǎng)絡(luò)鏈接等方式將知識點上傳至云班課資源庫中。同時學(xué)生需要學(xué)習(xí)參考教材相關(guān)內(nèi)容，并完成線上預(yù)習(xí)測試。課中，采用課堂翻轉(zhuǎn)的方式，教師利用講解、項目演示和討論等方式進行答疑解惑，同時學(xué)生還需匯報學(xué)習(xí)成果。課后，學(xué)生需要利用C#編譯軟件對給出的項目進行分析、設(shè)計與調(diào)試，然后撰寫成果報告。對課程重點和難點問題，采用“理論+演示+項目實踐”的方式學(xué)習(xí)；對綜合運用的內(nèi)容，則采取團隊合作的方式完成。

圖2? 線上線下混合教學(xué)模式

2? 課堂企業(yè)交叉式教學(xué)

為提高學(xué)生的實踐創(chuàng)新和動手能力，切身體會C#需求現(xiàn)狀，了解自動化技術(shù)發(fā)展的前沿，教學(xué)團隊與自動化行業(yè)的相關(guān)企業(yè)緊密合作，依托企業(yè)的實際項目，學(xué)生以團隊形式使用C#實現(xiàn)項目的部分或全部功能。學(xué)生在實踐過程中，采用PDCA模式，即區(qū)分策劃、實施、檢查和處理4個階段開展項目。策劃階段，注重鍛煉學(xué)生的問題分析能力和協(xié)調(diào)能力。在企業(yè)導(dǎo)師的指導(dǎo)下，認真研究項目需求，建立項目團隊和確定成員分工，根據(jù)掌握的課堂知識點和收集的相關(guān)資料提出具體解決方案，經(jīng)導(dǎo)師認可后，進入下一階段任務(wù)。實施階段，注重培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作意識和時間觀念。團隊成員依照分工，按照解決方案各自編程實現(xiàn)項目的各個功能，最終實現(xiàn)整體系統(tǒng)軟件。檢查階段，主要鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的能力。利用串口、網(wǎng)絡(luò)、Modbus調(diào)試助手等軟件，對系統(tǒng)中的單個模塊功能和系統(tǒng)整體功能進行仿真與測試，查找程序中存在的不足，直至滿足項目需求。處理階段，主要鍛煉學(xué)生解決問題的能力。將編譯好的程序與設(shè)備進行聯(lián)調(diào)聯(lián)試，在測試過程中再次查找程序中存在的不足或算法上的缺陷，進一步完善問題的解決方案。同時，對測試中發(fā)現(xiàn)的其他問題，可供結(jié)構(gòu)設(shè)計、嵌入式或PLC控制設(shè)計人員參考。

（三）? 評價體系

1? 考核方式

根據(jù)自動化專業(yè)工程教育專業(yè)認證要求形成的OBE課程評價體系要有助于課程的持續(xù)改進和學(xué)生課程目標的達成，提高人才的培養(yǎng)質(zhì)量這一要求。根據(jù)課程目標，課程考核在建立特色的課程體系和教學(xué)方法的基礎(chǔ)上，采用具有特色的理論與實踐相結(jié)合的過程考核方案，包括對平時作業(yè)、實踐項目、綜合作業(yè)三方面的考核，由表1可知，考核方案需通過學(xué)院合理性評價審核之后才能實施。其中，平時作業(yè)重點考核學(xué)生個人對大綱規(guī)定的基礎(chǔ)知識的掌握情況，主要依托云班課的資源板塊，與課堂同步學(xué)習(xí)下載共享的視頻、課件和其他相關(guān)學(xué)習(xí)內(nèi)容，利用測試板塊對所掌握的知識點進行測試，學(xué)生完成測試后，平時作業(yè)成績由系統(tǒng)直接給出。實踐項目重點考核學(xué)生對所掌握知識的獨立運用情況。根據(jù)教學(xué)章節(jié)內(nèi)容，以項目形式有針對性設(shè)計實踐項目。學(xué)生在實踐過程中，首先需要從每一個項目需求分析入手，然后根據(jù)需求分析設(shè)計項目總體結(jié)構(gòu)和對應(yīng)功能，最后，使用C#語言編程依次實現(xiàn)所設(shè)計的功能。綜合作業(yè)重點考核學(xué)生通過協(xié)作分析和解決復(fù)雜工程背景問題過程中的應(yīng)用情況。綜合作業(yè)采取團隊協(xié)作的方式完成，團隊成員圍繞企業(yè)實際項目或項目子系統(tǒng)，以小組討論結(jié)果制定項目解決方案，各成員按照解決方案中分工各自完成對應(yīng)任務(wù)功能，并由小組指定臨時負責(zé)人對整個項目功能進行整合，所有成員共同參與調(diào)試，針對調(diào)試過程中存在的不足加以改進。

2? 評價方式

課程評價是以學(xué)校專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量中的課程評價為指導(dǎo)，以問題為導(dǎo)向，以保障學(xué)生學(xué)習(xí)和發(fā)展為目標，以學(xué)生學(xué)習(xí)成果為依據(jù)，建立“評價—反饋—改進”持續(xù)改進的課程評價體系，切實提升課堂教學(xué)效果，保障課程建設(shè)品質(zhì)，解決人才培養(yǎng)的核心問題，達成課程培養(yǎng)目標，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。課程結(jié)束后，課程組按照OBE理念對課程目標達成度和全體學(xué)生的達成度進行分析與討論，評價結(jié)果和改進措施用于后期的持續(xù)改進。如在分析學(xué)生個人畢業(yè)要求指標達成情況時，會發(fā)現(xiàn)個別學(xué)生在著重反映學(xué)生基礎(chǔ)知識掌握情況的指標點達成度低于預(yù)期，可能是該學(xué)生在課堂講授時不注意聽講，課后線上不認真學(xué)習(xí)在線資料，導(dǎo)致測試分數(shù)較低。針對此類情況，可采取友情提醒、單獨輔導(dǎo)的方式，盡快彌補基礎(chǔ)知識掌握不牢的不足，并在今后教學(xué)過程中有針對性地對出現(xiàn)此類問題的學(xué)生提前進行提醒和課后輔導(dǎo)，以此通過有力的措施改進教學(xué)方法，提高課程目標的達成度，幫助學(xué)生達到畢業(yè)要求。通過該課程評價體系的運用，提高了學(xué)生綜合運用知識和分析、解決復(fù)雜工程問題的能力，具體實施過程如圖3所示。

四? 結(jié)論

本文針對應(yīng)用型高校自動化專業(yè)的C#編程與SQL數(shù)據(jù)庫應(yīng)用課程教學(xué)中存在的問題，從課程內(nèi)容、教學(xué)模式、考核方式等方面進行課程改革。以學(xué)生能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，對教學(xué)內(nèi)容進行優(yōu)化整合，并結(jié)合具體的項目實例，提煉核心專題，構(gòu)建完整知識體系。采用線上線下混合式、課堂企業(yè)交叉式教學(xué)模式，設(shè)計全方位多層次的考評方法，對教學(xué)過程進行持續(xù)改進。實踐證明，該教學(xué)模式能夠有效增強學(xué)生對自動化專業(yè)相關(guān)背景知識的了解，使學(xué)生具有工程實習(xí)和社會實踐的經(jīng)歷，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、分析解決問題的能力、解決自動化專業(yè)相關(guān)復(fù)雜工程問題的編程能力。

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