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探讨如何进行系统工程课程教学创新与改革
2020-06-13
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上传者：管理员
摘要：文章首先分析了系统工程课程教学存在的问题，然后从教学内容设计、教学方法与手段、教学资源建设、考核体系四个方面阐述了系统工程课程教学改革的措施，最后对教学改革效果进行了测评。
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纵观我国高等教育的发展历史，从人才培养、科学研究、社会服务到文化传承，大学职能在不断演进和丰富的同时，其存在的问题也在不断地显现出来[1]。如今传统教学已无法调动学生的学习积极性，逃学、厌课及无效课堂等现象司空见惯，高校教学质量整体堪忧[2]。
一、系统工程课程教学存在的问题
在“大众创业，万众创新”的时代背景下，高校专业课程教学改革的深入发展需要与创新创业教育改革相结合[3]。目前，虽然我国高校创新创业教育改革持续推进，创新创业教育体系及其平台日益完善，但高校教学仍然存在一些不足，主要有以下几点问题。
第一，教学过于模式化、静态化，不能满足学生个性化学习需求，“课堂效率低—学生掌握差—课后拼命补”恶性循环[4]。
第二，存在讲学矛盾，虽然学生外部参与程度较高，但缺乏深层次的认知参与，或者说学生能够理解教学知识，但是知识的迁移能力差[5]。
第三，高校教育过于重视教育环节的理论学习，而实践环节不足，导致理论与实际脱轨，学生所学知识得不到有效的应用。因此，高校教育应在理论的支撑下，将教育教学与实践环节有效地结合起来[6]。
基于此，项目教学团队以系统工程课程教学改革为对象，通过对该课程传统教学进行改革，按照“以学生为主体、以教师为主导”的现代教育理念，以“思想、理论、方法和能力”四个有机结合（“思想”是指系统思想和观点；“理论”是指系统工程的基础理论；“方法”是指建模、仿真、分析、优化方法；“能力”是指应用系统思想、理论和方法解决实际问题的能力）的思路为指导，以系统工程问题为导向，将理论与实践相结合形成有机的整体，建立适用于系统工程教学的实践教学法，引导学生自主学习，提高学生自学能力，培养学生进行科学研究、解决系统工程问题的思维方式和能力。
二、系统工程课程教学改革的措施
（一）教学内容设计
系统工程课程内容重点包括方法论和方法两个层次，要求学生能够掌握系统工程方法论的精髓，真正学会运用系统工程方法论，并在系统工程方法论指导下综合运用相应的系统工程方法解决复杂系统问题。通过逐步递进的教学内容体系，可以大大提高学生对系统工程的理解与运用能力。本课程的教学内容体系具体如表1所示，包括系统工程基础原理、系统工程案例分析、系统工程综合课程设计三部分。
表1系统工程课程教学内容
（二）教学方法与手段
1.教学方法。
第一，“项目研究式”教学法。为了促进学生掌握系统工程理论方法、提高创新能力，系统工程课程设计阶段提出了“项目研究式”教学法，针对具体项目，教师运用“项目组”模式组织学生进行研究式学习，强调主动思维和创造性思维。在该课程教学中，针对“×××系统总体设计”等项目，教师可引导学生采用系统建模、系统分析与优化等方法开展项目研究。
第二，“案例式”教学法。通过案例教学培养学生的分析能力，以实际案例引导学生的创新思维，提高了创新型系统工程人才培养质量。系统工程课程教师要结合具体案例进行教学，利用大量案例深化学生对系统工程理论方法的理解，提高学生分析、解决实际问题的能力，鼓励学生提出新的解决方案并加以实现，从而培养其创新意识和能力。通过实际案例（多来自学院承担的科研项目及每年省上工业工程竞赛题目）的引入，使学生不知不觉地沉浸在对知识点的思考中；教师采用基础理论的分析，可以引导学生沿着科学的思路寻求问题的解决方式，激发学生的学习成就感；教师适当地组织讨论与互动可以从不同角度了解问题的症结所在，从而能够有的放矢地帮助学生理解重点、难点。
第三，“课堂与竞赛相结合”教学法。在学生系统建模能力及应用计算机工具解决系统工程问题能力的训练方面，教师可采用“课堂与竞赛相结合”的模式。教师要在课程教学中突出系统建模思想、方法和技巧的学习，强调针对问题建立系统模型进行试验、分析和解决；鼓励学生参加各种数学建模竞赛，通过竞赛实践，不断锻炼和提高学生的系统建模能力。同时，要把计算机应用能力作为解决系统工程问题的基本技能，将其训练贯穿于课程教学始终。如在实践教学环节中，教师可要求学生应用计算机工具进行试验、分析和结果展示，同时鼓励学生参加陕西省工业工程改善创意竞赛、大学生创新创业项目、“互联网+”项目等各种学科竞赛和科技创新活动，使其应用计算机工具解决系统工程问题的能力得到进一步提升。
第四，“研讨式”教学法。在教学实施过程中教师安排一定课时的讨论课，研讨课流程如下。(1)提出问题：结合教学内容，由教师提出问题。(2)自主选题：学生以问题为中心，将问题与实际相结合，自主规划选题范围，以社会生活为例，确定题目。(3)独立思考：以教材内容为主，深化理解，并参照相关资料，思考问题。(4)解决问题：运用系统工程方法结合计算机仿真分析得出结果，并得出解决方案，制作PPT。(5)课堂讨论：课堂讲解PPT，学生之间相互讨论。(6)教师点评：从学生选题、解决思路、处理结果，以及对学科内容的理解程度和运用能力等几方面对学生进行评价，引导学生建立正确的系统工程思维。在该过程中，教师要全程进行指导，解答学生在分析、建模、计算等各个环节中出现的问题。在教学改革实践过程中，学生研讨案例如表2所示。
表2学生研讨案例
2.教学手段。
第一，综合运用多媒体、网络课程、板书等物质化手段，增强教学效果。教师要依据课程内容编写MATLAB演示程序、Flash动画、仿真程序等使教学内容形象化、直观化。多媒体课件结合演示程序和传统板书等使课堂教学可以达到最佳效果。而网络课程可以为学生提供参考资料，使其通过网上自学平台进行自主学习、作业提交和批改、提问和答疑、课程论坛交流等。
第二，灵活运用非物质化手段，营造良好的课堂气氛。教师可以凭借先进的教学思想、丰富的教学科研经验、体现教师个性的教学方法，以形体、动作、语言、表情等非物质化手段营造良好的课堂气氛。
第三，充分利用实验教学环境，提高学生动手能力。教师应利用本科教学实验室、网络教学环境等搭建实践性教学环境，从而培养学生分析与解决复杂问题的能力。
（三）教学资源建设
1.教材及教学环境方面。
第一，教材选用与建设。课程组选用的是西安交通大学汪应洛编写的《系统工程》教材，是目前国内多数高校都在选用的教材，属于经典教材，目前已更新至第五版。
2015年开始，为了对系统工程教学内容进行进一步完善，课程组在原有教材基础上，加了两本辅助教材（《生产系统工程》《系统工程学》）供学生课后自学，并且不断改进和丰富教学内容，取得了显著的效果。
2016年，我们结合21世纪人才培养的目标和要求，在结合多年教学经验的基础上，吸收一些系统工程理论方法的新成果，新编写了一本《系统工程案例分析》教材。
第二，扩充性资料使用情况。课程组借助西安工程大学（以下简称“我校”）图书馆的丰富资源，在课后引导学生阅读大量与系统工程学科领域相关的文献、教材和其他资料文献，其中包括其他单位编辑出版的同类教材，如B.S.Blanchard等编写的Systems Engineeringand Analysis等教材、《系统工程理论与实践》等国内外重要的学术期刊，以及相关课题研究报告等。教学过程中，教师根据课程内容指定具有代表性的资料，将其作为促进学生主动学习的扩充性资料，对加深学生对课程内容的理解、了解学科发展前沿具有重要的作用。
第三，构建实践性教学环境。我校机电工程学院目前有两个现代化多媒体机房，安装有供学生数学建模和进行仿真计算的各种计算机软件，另外还有先进制造实验室、装配流水线实验室、人因实验室，同时我校工程训练中心也为学生提供了各种实验环境。以上教学和科研实验室面向管理科学与工程、工业工程相关专业本科生开放，可用于系统工程课程教学实践。这些综合实验室提供了本课程教学实验所需的模型和软件工具，可满足210名学生进行实践教学的需要，为教学实验提供了实用的工具和平台，并取得了良好的效果。
第四，网络教学环境。系统工程网络课程依托学校数字化校园进行建设，学校数字化校园硬件环境运行可靠，软件使用方便。网络课程包括课程的基本信息，如教学大纲、电子教案、多媒体课件、部分课程案例、教学参考资料、习题集、部分考试样卷、课程实践课题及相关网络资源、参考论文资料等，此外还提供各种交互性功能，如作业提交与批改、网上答疑等。网络课程的内容和教学资源丰富、信息量充足，可共享、下载，并及时更新。
2.师资建设方面。
第一，营造高水平学术科研环境，提高青年教师学术水平。为了提高青年教师的水平和能力，我校通过搭建高水平舞台，鼓励青年教师申报和承担高水平科研项目，着力提高青年教师的学术水平，以科研促进教学质量的提高。近五年，本课程组青年教师承担了陕西教育厅项目2项、中国纺织工业联合会项目1项、企业横向课题3项。多篇高水平论文发表在国际知名学术期刊或国际会议上。
第二，积极鼓励青年教师参加国内外学术交流和企业锻炼。鼓励青年教师到国内外著名高校进修、访问，可以拓宽其学术视野，提高其学术水平。如我校陆续派出有培养前途的中青年教师到国内外一流大学学习访问。
第三，重视教学基本功的培养，将青年教师培养融入课程教学的全过程。在青年教师承担授课任务的前一学期末，我校组织教学评估专家和有经验的教授进行严格的课程试讲考核，评价未达到良好以上的青年教师不能继续承担该课程教学。同时，我校每年举行一届青年教师赛课活动评选优秀青年教师，并通过赛后统一讲评帮助青年教师发现和弥补不足。另外，还定期进行课堂教学培训，组织教学评估专家和主讲教师一起进行教学研讨。通过上述教学活动，使教师能够及时发现和解决课程教学过程出现的问题，提高了青年教师的教学水平，增强其“上好课，教好书”的自信心。近三年，我校4名青年教师的课堂教学质量获得了学校督导组的优秀评价，课程组教师的授课质量也始终保持在良好以上。
（四）考核体系
考核内容为学生是否能够运用系统工程课程的原理和方法，将定性与定量结合，层次清楚地解决存在的问题。考核方法为平时考核+现场答辩，具体方法如表3所示。
表3考核方法
三、教学改革效果测评
实践教学对学生提出了数学建模的要求，鼓励其综合运用本课程相关知识、数学建模及计算机工具完成综合课程设计。通过以上训练，使学生的学习兴趣和实践能力得到了显著提高，并在近几年工业工程大学生学科竞赛中连续获奖，具体获奖情况如表4所示。
表4获奖情况
四、结语
在当今网络盛行的时代，如何在有限的学时内较为全面、又不失针对性地向学生传授丰富的系统与管理知识，使其学有所获，成为本课程之后建设和持续改进的重点。对此，课程组以申报和建设校级精品课程为契机，对系统工程课程教学内容、教学方法及教学手段进行了改革。这样，学生可利用网络平台的便捷性，获取更多教材之外的知识，进一步提高了系统工程课程教学效果。
参考文献：
[1]何山,罗亮.高校教育改革背景下课堂教学的设计思考[J].北方文学,2017(15):151-152.
[2]王务均,王洪才.高校研究性教学改革的逻辑源起与深化路径:基于知识生产模式转型的推进框架[J].教育发展研究,2018,38(1):61-68.
[3]王荷.创新创业教育背景下本科专业课程教学改革新思考[J].教育评论,2018(6):128-131.
[4]晋欣泉,田雪松,杨现民,等.大数据支持下的智慧课堂构建与课例分析[J].现代教育技术,2018,28(6):39-45.
[5]缪静敏,汪琼.合作学习观念与实施策略的分化[J].现代教育技术,2018,28(3):46-52.
[6]刘颖琦,李苏秀,宋泽源.中国高校创新创业教育理论与实践的创新[J].现代教育技术,2018,28(6):108-114.
宋栓军,孟湲易,刘文慧,赵小惠,董雅文.系统工程课程教学改革的措施[J].西部素质教育,2020,6(01):175-176+178.
基金:2017西安工程大学精品资源共享课建设项目;2019西安工程大学教学改革项目(编号:19JGYB07).
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单片机是一种高度集成的电路芯片，被广泛应用到工业控制领域。近年来，将其应用在嵌入式系统软件中，发挥核心作用。文章对其发展情况展开论述，并研究单片机技术的应用范围以及工作原理。目的在于提高单片机的工作性能，促进单片机嵌入系统的整体发展。
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目前PLC控制器主要应用于工业控制系统中，相对于单片机控制器，PLC的可靠性、通用性、扩展能力以及处理能力都要优于单片机控制器。在较复杂的交通灯控制系统中，如果要把整个城市的交通灯系统全部接入交通控制指挥中心，单片机做底层控制系统的控制器没什么问题，不过如果需要把信号采集到远端中控室服务器还是需要PLC。
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国内刊号：11-2019/O1
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创刊时间：1981年
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