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自動化類專業(yè)人才的系統(tǒng)思維能力培養(yǎng)探析

2024-11-02 00:00:00劉麗
大學(xué)教育 2024年19期

[摘 要]自動化類專業(yè)人才的系統(tǒng)思維能力培養(yǎng)非常重要,如何通過課程教學(xué)把系統(tǒng)思維貫徹到人才培養(yǎng)的具體行動中值得思考。文章將本科核心基礎(chǔ)課數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)、微機原理及接口技術(shù)的思維進行融通,重構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容體系,分別增加了數(shù)字系統(tǒng)和計算機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)教學(xué)內(nèi)容;并以典型而復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)——計算機硬件系統(tǒng)為例開展數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué),培養(yǎng)了學(xué)生的系統(tǒng)觀和系統(tǒng)思維,提高了學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。

[關(guān)鍵詞]系統(tǒng)思維;數(shù)字系統(tǒng);復(fù)雜工程問題

[中圖分類號]G640 [文獻標(biāo)識碼]A [文章編號]2095-3437(2024)19-0135-06

2017年,教育部開始推進新工科建設(shè)的研究與實踐,聚焦“復(fù)雜工程問題”,培養(yǎng)學(xué)生解決“復(fù)雜工程問題”的能力,積極主動培養(yǎng)適應(yīng)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革所需的新型工科人才,以應(yīng)對新工科建設(shè)背景下各產(chǎn)業(yè)的新需求和新挑戰(zhàn)[1]?!吨袊圃?025》為我國自動化行業(yè)發(fā)展以及人才需求的變化指明了方向,迫切需求具有系統(tǒng)思維、跨學(xué)科融合創(chuàng)新能力與工程職業(yè)素養(yǎng)的人才[2]。

在新工科和智能制造的背景下,自動化專業(yè)人才需要具備系統(tǒng)思維和解決“復(fù)雜工程問題”能力,能夠?qū)Ω鞣N應(yīng)用系統(tǒng)進行檢測、控制與優(yōu)化,小到溫度檢測系統(tǒng),大到電力系統(tǒng)、飛機、火箭等的系統(tǒng)控制。系統(tǒng)思維水平與設(shè)計思維水平有顯著的相關(guān)性,系統(tǒng)思維水平越高,設(shè)計思維水平越高。若學(xué)生對于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征認(rèn)識不足,將導(dǎo)致其在設(shè)計過程中缺乏對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和變化的思考[3]。自動化專業(yè)的學(xué)生必須具有系統(tǒng)觀,以及系統(tǒng)思維的能力。在本科教學(xué)中,如何更早地培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)思維,對自動化專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)來說至關(guān)重要。

本文將筆者主講的數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(以下簡稱“數(shù)電”)、微機原理及接口技術(shù)(以下簡稱“微原”)課程進行思維融通,從基本門電路→數(shù)字電路→數(shù)字系統(tǒng)→計算機系統(tǒng)→計算機應(yīng)用系統(tǒng),逐步培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)思維和解決復(fù)雜工程問題的能力。以大二下的“數(shù)電”課程教學(xué)為例,介紹了系統(tǒng)思維的培養(yǎng)過程,實現(xiàn)了從數(shù)字電路設(shè)計到數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的飛躍。

一、自動化專業(yè)的系統(tǒng)思維

自動化專業(yè)屬工學(xué)門類,涵蓋范圍較廣,包括控制科學(xué)與工程、電氣工程、計算機技術(shù)等。自動化專業(yè)的人才培養(yǎng)特點之一是強調(diào)系統(tǒng)思維能力的培養(yǎng),讓學(xué)生學(xué)會從系統(tǒng)思維的角度思考學(xué)科相關(guān)內(nèi)容并解決實際問題[4]。

錢學(xué)森院士作為中國系統(tǒng)工程學(xué)科專業(yè)的開創(chuàng)者、控制理論方面的專家,在《論系統(tǒng)工程》中提出,“系統(tǒng)”是由相互作用和相互依賴的若干組成部分結(jié)合成的具有特定功能的有機整體。這些組成部分稱為分系統(tǒng)。我們把極其復(fù)雜的研制對象稱為“系統(tǒng)”,而且這個“系統(tǒng)”本身又是它所從屬的一個更大系統(tǒng)的組成部分。書中表述了系統(tǒng)、分系統(tǒng)、大系統(tǒng)及其之間的關(guān)系[5]。

錢學(xué)森在談到系統(tǒng)思維和系統(tǒng)思想方法時,認(rèn)為人類在知道系統(tǒng)思想、系統(tǒng)工程之前,就已在進行辯證的系統(tǒng)思維了,把系統(tǒng)思維看成是人類社會自然形成的思維[5]。系統(tǒng)思維指以系統(tǒng)的規(guī)則去看待事物的思維方式,這些規(guī)則包括關(guān)注系統(tǒng)邊界、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和相互關(guān)系,采用多視角,考慮系統(tǒng)隨時間的變化,運用整體和全局思維思考問題等[3]。

北京航空航天大學(xué)自動化專業(yè)主要面向航空航天領(lǐng)域,以飛機、導(dǎo)彈、載人飛船等復(fù)雜系統(tǒng)為研究對象。飛機作為一個大系統(tǒng),包含飛機系統(tǒng)、發(fā)動機系統(tǒng)、飛機操縱系統(tǒng)、航空電子系統(tǒng)等多個系統(tǒng),每個系統(tǒng)又包含多個分系統(tǒng),各分系統(tǒng)之間相互作用、相互依賴,必須作為一個整體進行系統(tǒng)研究。飛機設(shè)計是一個多學(xué)科協(xié)同設(shè)計優(yōu)化的過程,因此,自動化專業(yè)的學(xué)生必須具有系統(tǒng)思維的能力,從系統(tǒng)及其分系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的角度看問題,強調(diào)全局優(yōu)化的觀念。

二、基于系統(tǒng)思維的課程內(nèi)容體系設(shè)計

(一)多課思維融通,優(yōu)化課程內(nèi)容體系

“數(shù)電”“微原”課程是電子、信息、通信、自動化等相關(guān)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程[6]。這兩門課程是引領(lǐng)自動化、電子電氣工程相關(guān)工科專業(yè)學(xué)生進入現(xiàn)代自動化系統(tǒng)和復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)領(lǐng)域的基石。目前國內(nèi)很多高校自動化專業(yè)這些課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式?jīng)]有跟上電子技術(shù)發(fā)展的步伐,其主要表現(xiàn)在以下幾方面。

1.“數(shù)電”課程的基本內(nèi)容有邏輯代數(shù)基礎(chǔ)、門電路、組合邏輯電路、觸發(fā)器、時序邏輯電路、半導(dǎo)體存儲器、可編程器件、脈沖電路、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換[7]。課程沒有數(shù)字系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計的內(nèi)容,導(dǎo)致培養(yǎng)出來的學(xué)生缺乏復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的思維和能力。

2.“微原”的基本內(nèi)容有計算機基礎(chǔ)、處理器技術(shù)、指令系統(tǒng)與程序設(shè)計、接口技術(shù)與中斷技術(shù)、常用接口芯片及其應(yīng)用。課程缺乏計算機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容,導(dǎo)致學(xué)生缺乏計算機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計實踐和系統(tǒng)思維能力。

3.各門課程各自為政,教學(xué)環(huán)節(jié)存在孤立性與單一性,能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)分散在各門課程中,各環(huán)節(jié)的設(shè)計與銜接缺乏清晰的組織與規(guī)劃,能力訓(xùn)練缺少循序漸進的過程[3]。如部分學(xué)生在學(xué)習(xí)“微原”課程時,分不清寄存器與存儲器。學(xué)生系統(tǒng)思維能力沒有得到充分鍛煉,在畢業(yè)設(shè)計和研究生階段不能真正地運用所學(xué)知識解決實際問題。

針對上述問題,筆者利用系統(tǒng)思維的教學(xué)理念,將主講的自動化專業(yè)本科生核心課“數(shù)電”“微原”融會貫通,重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計,構(gòu)建了從基本門電路→數(shù)字電路→數(shù)字系統(tǒng)→計算機系統(tǒng)→計算機應(yīng)用系統(tǒng)的課程內(nèi)容體系,具體如圖1所示。

模型計算機內(nèi)容放在大三的“微原”課程中,用于說明計算機的組成與工作原理,但如果只用簡單的框圖說明,多數(shù)學(xué)生不能很好地理解。而其各組成部件在“數(shù)電”課程中都有介紹,只是學(xué)生把它們當(dāng)成了一個個孤立的知識點,不能將其與計算機聯(lián)系起來。因此,在大二下學(xué)期的“數(shù)電”課程中,增加了“模型計算機”章節(jié),以計算機硬件系統(tǒng)這個典型數(shù)字系統(tǒng)為例,綜合運用中小規(guī)模集成電路和大規(guī)模集成電路進行模型計算機的設(shè)計與實現(xiàn),建立學(xué)生的系統(tǒng)觀念與系統(tǒng)思維。

在大三上學(xué)期的“微原”課程中,學(xué)生對于計算機的硬件基礎(chǔ)知識體系已經(jīng)建立,計算機組成原理講解就順暢了許多,并節(jié)省了課時。在“微原”課程中,增加了“計算機應(yīng)用系統(tǒng)”章節(jié),以溫度檢測報警系統(tǒng)為例,綜合運用CPU、常用DI/DO接口和AI/AO接口芯片、溫度傳感器和蜂鳴器等實際外部設(shè)備,進行計算機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn),強化學(xué)生的系統(tǒng)思維;進一步以飛機操縱系統(tǒng)為例,啟發(fā)學(xué)生運用計算機、常用接口、飛機駕駛桿與操縱舵面進行飛機操縱系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計,結(jié)合同期學(xué)習(xí)的自動控制原理課程中的設(shè)計控制算法等,提升學(xué)生系統(tǒng)思維能力,為后期的專業(yè)課程學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)夯實基礎(chǔ)。

(二)“數(shù)電”教學(xué)系統(tǒng)思維設(shè)計

下面以“數(shù)電”課程為例,介紹在實際教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)觀及系統(tǒng)思維。

作為本專業(yè)第一門工程基礎(chǔ)課程,“數(shù)電”與現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展緊密聯(lián)系。電子元器件具有理論性、邏輯性強的特點,且其內(nèi)容較抽象,使部分學(xué)生感覺學(xué)習(xí)起來比較困難,且難以將其與實際應(yīng)用聯(lián)系起來。如何做到學(xué)以致用,培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和系統(tǒng)思維?這一問題需要教師認(rèn)真思考。

現(xiàn)代社會,計算機已是每個大學(xué)生的標(biāo)配,因此計算機對于大學(xué)生來講既熟悉又陌生,每天都在用卻不知其組成及工作原理。計算機的物理基礎(chǔ)為門電路,計算機是一個典型而復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)。因此,本文以模型計算機為橋梁,將“數(shù)電”與“微原”課程進行融通,優(yōu)化和重構(gòu)了課程內(nèi)容體系,并以計算機硬件系統(tǒng)為例介紹數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計,培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)思維的能力。

計算機的硬件系統(tǒng)由控制器、運算器、內(nèi)存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五部分組成,各部分之間通過總線進行信息交換。而控制器和運算器集成在一個芯片里,稱為微處理器,即CPU。

計算機硬件系統(tǒng)是一個非常復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng),各組成部分可以看作計算機系統(tǒng)的分系統(tǒng),每一個分系統(tǒng)又由多個子系統(tǒng)組成。筆者分析了計算機各組成部分的硬件電路與“數(shù)電”課程中關(guān)鍵知識點之間的關(guān)系(見圖2),并設(shè)計了一系列計算機硬件系統(tǒng)的數(shù)字電路案例,構(gòu)建了“數(shù)電”課程思維導(dǎo)圖(見圖3)。

根據(jù)系統(tǒng)思維的整體觀,在“數(shù)電”課程的第一堂課,采用提問與總結(jié)的形式介紹“計算機組成”。首先啟發(fā)學(xué)生分析計算機的各組成部分,然后根據(jù)計算機的馮·諾依曼結(jié)構(gòu),將各設(shè)備歸納到計算機的五大組成部分中,讓學(xué)生建立起對計算機系統(tǒng)的整體認(rèn)識。接著以計算機硬件系統(tǒng)為例,在數(shù)電課程學(xué)習(xí)過程中,通過一系列計算機硬件系統(tǒng)的數(shù)字電路設(shè)計案例,講解門電路、組合邏輯電路設(shè)計、觸發(fā)器與時序邏輯電路設(shè)計、大規(guī)模集成電路等知識。最后以模型計算機為例,有機串聯(lián)起數(shù)電課程的知識點,詳細(xì)闡述如何運用系統(tǒng)思維進行復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn),建立起數(shù)字系統(tǒng)的觀念。讓學(xué)生先見到“樹”(整體),然后看樹上包含哪些“枝”(知識點),最后跳出來再看包含“枝”的“樹”,培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)思維和設(shè)計復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)的能力。

三、基于系統(tǒng)思維的“數(shù)電”教學(xué)實踐

在講授“數(shù)電”課程時,采用系統(tǒng)思維法,將各章節(jié)相應(yīng)知識點與計算機系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)案例相對應(yīng),使學(xué)生清楚課程之間的緊密關(guān)系,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,使其更加積極地探索知識的海洋。

(一)邏輯代數(shù)基礎(chǔ)與計算機中數(shù)據(jù)存儲與處理

第一章“邏輯代數(shù)基礎(chǔ)”中“編碼”部分包括無符號數(shù)編碼,有符號數(shù)的原碼、反碼、補碼編碼,以及BCD碼和ASCII碼等。以往教學(xué)中,教師僅側(cè)重講解所有的數(shù)據(jù)與符號在數(shù)字電路中以0、1形式表示,但對為什么有這么多編碼方式、它們又有何意義,教師并沒有進行闡述。引入計算機系統(tǒng)后,將學(xué)生聽過的8位機、16位機等關(guān)聯(lián)起來,并以8位機為例,進一步引申到計算機、嵌入式系統(tǒng)等數(shù)字系統(tǒng)中各種數(shù)據(jù)、符號以8位二進制數(shù)的形式存儲和處理方法,有符號數(shù)據(jù)以補碼形式表示等概念。

(二) 三態(tài)門與計算機總線機制

在門電路中,三態(tài)門是應(yīng)用于計算機系統(tǒng)最常見、最經(jīng)典的部分。三態(tài)門是一種邏輯門,具有三種輸出狀態(tài),即高電平、低電平和高阻態(tài),通過使能信號控制它的輸出狀態(tài)。一般來講,高電平表示邏輯1,低電平表示邏輯0,而高阻態(tài)表示門的輸出不連接到任何電源,類似于一個斷路。對應(yīng)到計算機系統(tǒng)中,三態(tài)門能允許多個設(shè)備連接到一條信號線上,即形成了總線。

計算機總線是一組電子線路,用于連接計算機內(nèi)部各個組件,如CPU、內(nèi)存設(shè)備、輸入/輸出設(shè)備等。而三態(tài)門在計算機總線機制中可以實現(xiàn)多路復(fù)用并避免沖突,以確保準(zhǔn)確、高效的數(shù)據(jù)運作。這有利于計算機內(nèi)部各個組件之間的協(xié)調(diào),并實現(xiàn)正常操作。

教學(xué)中,講述三態(tài)門原理后,教師要向?qū)W生解釋與之相關(guān)的計算機總線知識,幫助學(xué)生構(gòu)建系統(tǒng)思維。通過三態(tài)門,可以讓多個設(shè)備(分系統(tǒng))掛在系統(tǒng)總線上,通過總線實現(xiàn)各設(shè)備的信息交換。進行信息交換的設(shè)備之間傳送0或1;不進行信息交換的設(shè)備處于高阻態(tài),相當(dāng)于斷路,對系統(tǒng)總線無影響。總線按功能分為地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線,按數(shù)據(jù)傳送方向分為單向總線和雙向總線。綜上,學(xué)生能更全面立體地認(rèn)識到“數(shù)電”與計算機的緊密聯(lián)系。

(三)組合邏輯電路與計算機運行

“組合邏輯電路”是“數(shù)電”課程中內(nèi)容最多,最重要的章節(jié)之一,包括組合電路的分析與設(shè)計,以及常用的集成組合器件——加法器、運算器、譯碼器、編碼器、數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)據(jù)比較器等。這些器件在計算機的運行中起著關(guān)鍵作用。

計算機的最基本功能就是運算功能,由運算器(分系統(tǒng))完成,包括邏輯運算和算術(shù)運算。在講解集成加法器74283時,由一位加法器的設(shè)計到4位集成加法器再到級聯(lián)成8位加法器,實現(xiàn)了8位計算機中數(shù)據(jù)加法的運算。通過實例發(fā)現(xiàn)無符號數(shù)和有符號數(shù)的加法運算可通過同一硬件電路實現(xiàn),進一步理解了計算機中有符號數(shù)以補碼形式存儲處理的意義,并用集成加法器74283實現(xiàn)減法運算。如圖4,當(dāng)M=0時完成8位二進制數(shù)的加法運算功能,當(dāng)M=1時完成8位二進制數(shù)的減法運算功能。此外,用集成運算器74181可實現(xiàn)邏輯運算和算術(shù)運算的功能。

前面提到,通過三態(tài)門可讓多個設(shè)備(分系統(tǒng))掛在總線上,實現(xiàn)各設(shè)備的信息交換,但在某一時刻,只允許一個設(shè)備向總線發(fā)送數(shù)據(jù)0或1,其他設(shè)備只能處于高阻態(tài)或數(shù)據(jù)接收狀態(tài)。而允許哪個設(shè)備向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)呢?本章的最小項譯碼器就可以完成這樣的功能。如3線-8線最小項譯碼器74138的8個輸出端在任意時刻最多只允許一個輸出為低電平,8個輸出端可接8個設(shè)備的使能端,在任意時刻只允許一個設(shè)備的三態(tài)門使能有效,向總線發(fā)送數(shù)據(jù);CPU的地址總線接74138的輸入端,控制設(shè)備的選擇。

總的來說,組合數(shù)字電路在計算機內(nèi)部的各個層面都扮演著重要角色,它們用于執(zhí)行各種邏輯、算術(shù)運算和控制操作,使計算機能夠處理數(shù)據(jù)、執(zhí)行指令和完成各種計算任務(wù)。這些電路的設(shè)計和性能對計算機的效率和功能起著關(guān)鍵作用。

了解計算機運算和設(shè)備選擇與組合數(shù)字電路的關(guān)系,可以幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)這部分知識的興趣,讓他們能夠更好地理解和設(shè)計組合數(shù)字電路。

(四)時序邏輯電路與計算機的時序控制

“時序邏輯電路”是“數(shù)電”課程中最重要、最難的章節(jié),包括時序電路的分析與設(shè)計,以及常用的集成時序器件——寄存器、計數(shù)器。這些器件在計算機的數(shù)據(jù)存儲和控制運行中起著關(guān)鍵作用。

計算機是典型的時序電路。在時鐘作用下完成一條條指令的取指、譯碼、執(zhí)行與結(jié)果回送,從而實現(xiàn)程序的自動運行。

一個指令周期需要若干個時鐘周期完成。通過74160/161/162/163等集成計數(shù)器構(gòu)成n進制狀態(tài)序,并與集成譯碼器74138設(shè)計成節(jié)拍發(fā)生器,控制計算機每條指令的取指、譯碼與執(zhí)行過程,具體如圖5所示。

程序自動運行靠的是程序計數(shù)器的自動修改。簡單的順序執(zhí)行的程序為每取走一條指令,程序計數(shù)器就自動加1,指向下一條指令,而集成計數(shù)器74161、74163等可在觸發(fā)信號(如Y2節(jié)拍)作用下自動加1,從而實現(xiàn)程序計數(shù)器的功能。

通過這些計算機實例,可以幫助學(xué)生理解時序的概念和意義,使其對計算機系統(tǒng)的工作原理逐漸熟悉,系統(tǒng)思維逐漸建立。

(五)大規(guī)模集成電路與存儲器

在“數(shù)電”課程中,教師一般側(cè)重講解只讀存儲器是可編程邏輯器件的基礎(chǔ),導(dǎo)致在“微原”課程中許多學(xué)生分不清存儲器與寄存器。筆者補充了只讀存儲器與隨機存儲器在計算機中存儲指令與數(shù)據(jù)的作用,以及CPU對存儲器的讀寫操作。計算機在時序控制下,根據(jù)程序計數(shù)器的內(nèi)容,從存儲器讀指令、譯碼并執(zhí)行,根據(jù)指令執(zhí)行需要從存儲器取數(shù)據(jù)并把運算結(jié)果送回存儲器。根據(jù)計算機地址總線和數(shù)據(jù)總線與存儲器的連接不同實現(xiàn)存儲器的字?jǐn)U展和位擴展,根據(jù)控制總線實現(xiàn)對存儲器的讀、寫操作。

(六)模型計算機的設(shè)計實現(xiàn)

通過各章節(jié)中的計算機系統(tǒng)應(yīng)用實例,學(xué)生對計算機的組成、工作原理、實現(xiàn)方法有了初步認(rèn)知。在“數(shù)電”課程教材最后一章,以復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)——模型計算機的設(shè)計實現(xiàn)為例[8](見圖6),筆者通過指令集設(shè)計與編碼、指令微操作設(shè)計,以及硬件系統(tǒng)的時鐘信號發(fā)生器、節(jié)拍發(fā)生器、內(nèi)存儲器、數(shù)據(jù)寄存器、指令寄存器、指令譯碼器、運算器、控制電路、輸出顯示電路等的綜合設(shè)計,將“數(shù)電”課程的知識點串聯(lián)起來,啟發(fā)學(xué)生進行數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計,建立系統(tǒng)觀。在模型計算機的設(shè)計過程中,必須進行系統(tǒng)思維,綜合考慮各組成電路(分系統(tǒng))之間的相互關(guān)系與硬件連接,根據(jù)設(shè)計的指令微操作進行時序設(shè)計與各種控制信號設(shè)計。在時鐘作用下,控制處理器自動地從內(nèi)存器中取指、譯碼、執(zhí)行,并自動修改程序計數(shù)器的內(nèi)容,完成一條指令的執(zhí)行后自動地取下一條指令并譯碼執(zhí)行,從而完成程序的自動運行。由于分系統(tǒng)之間的相互依賴,觸發(fā)器的觸發(fā)選擇對系統(tǒng)的功能性能影響非常大,因此需對計算機硬件系統(tǒng)進行全面綜合考慮。

四、結(jié)語

自動化專業(yè)人才需利用系統(tǒng)思維進行自動化系統(tǒng)的檢測、信號處理與控制等工作,越早建立系統(tǒng)思維,越能更好地理解和掌握本學(xué)科的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識。筆者將主講的兩門自動化專業(yè)核心課程“數(shù)電”“微原”進行思維融通,優(yōu)化重構(gòu)了課程內(nèi)容體系,并以典型而復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)——計算機硬件系統(tǒng)、溫度檢測報警系統(tǒng)和飛機操縱系統(tǒng)等為例開展了課程教學(xué),激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)了學(xué)生的系統(tǒng)觀和系統(tǒng)思維,提高了學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。

在大二的“數(shù)電”課程教學(xué)中,筆者以模型計算機為切入點引入系統(tǒng)思維,在優(yōu)化教學(xué)理念的同時不斷完善教材內(nèi)容與教學(xué)形式,創(chuàng)新性地將模型計算機的內(nèi)容編入《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》第3版教材,并錄制視頻上傳到MOOC平臺。通過自動售貨系統(tǒng)、交通燈控制系統(tǒng)、模型計算機等數(shù)字系統(tǒng)綜合項目的設(shè)計、仿真與硬件實現(xiàn),表明學(xué)生全面深刻地理解了理論知識,具有系統(tǒng)思維和解決復(fù)雜邏輯問題的能力和創(chuàng)新意識,使課程教學(xué)更加有效。筆者主講的數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程被評為國家級一流本科課程。

[ 參 考 文 獻 ]

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[責(zé)任編輯:劉鳳華]

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