“計算機控制技術”教學方法探索

摘要：“計算機控制技術”是電氣自動化的專業必修課，是一門理論和實踐緊密結合、綜合性很強的課程，涉及的專業知識面很廣，在專業課程體系中起到了融會貫通和綜合應用的作用。針對該課程的特點，結合實際教學過程中的現狀和存在的問題，提出有效開展“計算機控制技術”教學的方法和途徑，并取得了良好的教學效果。

關鍵詞：計算機控制技術；自動化；微型計算機

作者簡介：康勝武（1973-），男，湖北武漢人，武漢工業學院電氣信息工程系，講師；毛哲（1957-），男，湖北武漢人，武漢工業學院電氣信息工程系，教授。（湖北武漢430023）

中圖分類號：G642#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻標識碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號：1007-0079（2012）16-0033-02

一、計算機控制系統應用現狀

隨著現代化工業生產過程復雜性與集成度的提高，計算機控制系統得到了迅速的發展。計算機控制系統是自動控制系統發展的高級階段，是自動控制系統中非常重要的一個分支。計算機控制系統利用計算機的軟件和硬件代替自動控制系統中的控制器，它以自動控制理論和計算機技術為基礎，綜合了計算機、自動控制和生產過程多方面的知識。由于計算機控制系統的應用，許多傳統的控制結構和方法被替代，工廠的信息利用率大大提高，控制質量更趨穩定。當前，計算機控制系統已成為許多大型自動化生產線不可缺少的重要組成部分，生產過程自動化的程度以及計算機在自動化中的應用程度已成為衡量工業企業現代化水平的一個重要標志。這就要求從事自動控制的工程技術和研發人員不僅要掌握生產工藝流程和自動控制理論的基礎知識，而且還必須掌握計算機控制系統有關硬件、軟件、控制規律、數據通信、現場總線網絡技術和數據庫等方面的專業知識和技術，從而達到設計和應用計算機控制系統的目的。[1，2]

二、課程特點及教學現狀

“計算機控制技術”是電氣自動化專業的重要專業骨干課程，是計算機技術、自動控制技術、自動檢測與傳感技術相結合的綜合應用技術，它是面向實際工程控制領域，融合了計算機技術和控制理論后發展起來的理論性和實踐性都很強的一門學科。該課程要求學生對前期所學的PLC、電機拖動、傳感器技術、自控仿真、微型計算機原理、程序設計和自動控制等理論知識要有一個全面的掌握，有承上啟下的作用。正確處理本課程與其他課程的關系以及它們之間的內在聯系，形成完整而系統的知識體系，是本課程的主要作用；它要求學生從工程技術角度出發，注意理論和實踐相結合，設計和仿真相結合，掌握計算機控制系統的基本分析和設計方法。由于本課程有一定的工程應用要求，與實際工業的生產過程緊密結合，所以實踐性較強。在講授過程中，教師應當綜合有關課程的基本內容，將學生學到的知識通過本課程有機結合在一起，使學生在學完本課程后了解并掌握如何正確地選擇和組織計算機控制系統的軟件、硬件、外圍設備和接口通道以及控制管理生產過程的基本原理和方法，將控制對象，硬件（微處理器、存儲器、接口通道和自動化儀表等）和軟件（系統軟件和應用軟件）組織成一個有機的整體，形成完整的計算機控制系統，達到預定的控制目的。因此，如何提高教學效果，在規定學時內既要讓學生掌握相關的理論知識，又要培養學生的動手實踐能力成為教學的重要任務。目前教學過程中的現狀和存在的問題主要體現在以下幾個方面：

1.“計算機控制技術”是一門與多課程相關、實踐性很強的課程

該課程既要求學生有較好的控制理論基礎，又要求學生有硬件電路設計和軟件程序設計仿真的能力，能將所學的知識融會貫通。學生普遍反映學時較少，大部分時間用在了理論和方法的學習上，這就制約了學生應用理論知識解決實際工程問題的能力，難以在規定的課時內達到該課程的教學要求。

2.該課程對學生能力的培養

由于學生在先期的課程學習中忽視了動手能力的培養，又缺乏相應的工程實踐機會，在遇到實際問題時，往往從書本中找答案，不能靈活應用知識來解決問題，這也說明平時實踐動手能力培養的重要性。

3.缺乏資金，實驗設備落后

實驗箱硬件電路接線方式固定，缺乏靈活性，實驗項目偏少，軟硬件環境限制了實驗內容多以驗證性實驗為主（如A/D、D/A轉換實驗，采樣與保持實驗，平滑與數字濾波實驗，積分分離PID控制實驗和最小拍控制系統等），綜合設計性實驗偏少（主要為直流電機閉環調速實驗，溫度閉環控制實驗和步進電機調速實驗），試驗箱配套的軟件相對簡單且容易出錯，沒有相應的自控仿真工具，軟硬件基本脫節，限制了對學生自主動手設計能力的訓練，理論教學與實驗教學不能有機結合。

4.教學效果方面

在講授硬件接口技術時，由于與微型計算機技術課程內容有部分重復所以學生注意力不是太集中；但在講授控制規律過程中由于理論性較強比較枯燥學生又很難理解。比如數字控制器設計方法中有大量的公式推導，過程比較煩瑣，學生不易掌握，從而缺乏學習興趣，課堂教學效果不理想。

三、教學方法探討

針對“計算機控制技術”課程教學的現狀及存在的以上問題進行深入分析，結合目前實際現狀，應該采取以下措施來解決這些問題以提高計算機控制技術課程的教學質量。

1.合理進行課程體系設置

“計算機控制技術”課程涉及的課程較多，“自控原理”是理論基礎，“微型計算機原理”、“電路設計”和“PLC”等是硬件基礎，“C語言程序設計”、“數據庫理論”、“自動仿真”是軟件基礎，而“計算機控制技術”則提出相應的控制方法，各課程之間有一定的關聯但內容又是相對獨立的，它們構成了自動化控制類學科的基本教學體系。在傳統教學模式中強調各課程的相對獨立性和完整性，忽略了它們之間的關聯性，導致學生在綜合應用時往往無從下手。教研組應對整個學科的課程體系有一個合理的設置，在時間安排上盡量保證各課程之間的無縫銜接，教師在授課時也要注意本課程在整個體系中的承上啟下作用，在部分章節內容和實驗計劃中應注意與其他課程的關聯性。

2.改革考核方式

本課程工程實踐性較強，不能按其他基礎理論課程的考試方式來考核學生，那樣的方式只能使學生死記硬背書本理論知識，為考試而學習；應加大實驗考核的比重，強調實驗環節的重要性。教師要對學生的實驗報告嚴格審核把關并記入總評成績，實驗報告要求內容完整、實驗方案合理、步驟清晰、實驗數據真實可靠、結果分析邏輯嚴謹。同時，教師應鼓勵學生提出自己的新思路和新方案，并在考評時給與額外加分。筆試應重點考查學生的綜合分析能力，避免學生對基礎理論知識的死記硬背。

3.合理選擇實驗項目

現有的一些專業課程實驗內容多以驗證性實驗為主。計算機控制實驗是培養理論聯系實際、動手能力的重要手段，在教學中應減少驗證性實驗內容，增加綜合性和設計性的實驗內容。如，溫度閉環控制系統，直流電機閉環調試控制系統就要求學生根據系統的功能和性能指標完成系統的總體設計，在實驗平臺上搭建硬件系統。在計算機上安裝Keil、Matlab和Protues等軟件，要求學生在Matlab環境中建立控制系統的理論仿真模型，加深對控制理論的理解。在Proteus平臺和Keil軟件的支持下，要求學生完成系統電路設計，程序編寫、調試和仿真的整個過程，鍛煉學生的軟硬件動手實踐的能力。

4.增設創新型實驗

為了培養學生的動手能力和創新能力，可以組織一些動手能力強的同學成立興趣小組，指導老師提出一些以工程應用為背景的實際項目，如步進電機調速系統、爐溫控制系統等設計，給出具體的功能和性能指標，要求學生完成從理論設計、硬件選型、制板、電路焊接，系統調試運行和撰寫實驗報告的全部工作，鼓勵學生在設計制作過程中有創新性，實驗室提供相應的設備支持，學生在完成過程中遇到困難，老師可提供適當的指導。可以要求學生以組為單位，通過分組評比，調動學生實驗的積極性和主動性，提高學習效果。

5.充分利用多媒體教學手段

將工業制造過程中的自動化生產和監控視頻作為教學錄像搬入課堂，使學生能在較短的時間內了解計算機監控系統的現場知識，以彌補感性認識的不足，擴大知識面。在講授控制規律時應用Matlab軟件，將枯燥的理論知識通過仿真模型以圖形化的方式給學生演示，讓學生對控制過程和結果有一個清楚的理解。同時，多媒體進行教學可以提高教學效率和教學質量，使學生更加直觀地學到知識，提高學生的學習興趣。

6.課堂授課方式靈活化

基本的理論和方法由老師講授，布置一些工程案例供學生討論，采用分組方式，要求學生課下準備材料，在課堂上每組學生可以上臺講述自己的設計思路和方案，其他同學可以進行分析評比并提出疑問。因為同一問題可以有多種解決途徑，通過討論可以開拓大家的思路，集思廣益，有利于學生更好地掌握工程案例的解決方法。如果學生認真投入，老師善于引導，這種課堂討論方式就會收到很好的教學效果，它既活躍了學生的思想，激發了學生學習的積極性和創造性，又提高了其分析問題和解決問題的能力。

7.提高教師業務能力

教學改革中，教師必須不斷探索這門理論性和實踐性都很強、內容更新快的專業課的教學規律。及時總結教學中的經驗體會，及時跟蹤本專業在國內外的技術動態和學術發展趨勢，不斷學習該門學科的最新成果，在講課中將有關計算機控制技術的發展動態介紹給學生，并在講課內容方面不斷引進新理論和新技術，使學生對本專業領域的現狀有一個大致的了解并清楚國內與國外先進技術的差距；不斷改善教學方式，積極采用多種手段來提高課堂教學效果。

四、結束語

通過對“計算機控制技術”課程教學的研究，在教學方法、教學內容和教學手段等方面做了一些探索嘗試，在教學實踐過程中取得了較好的教學效果，提高了教學質量和學生的學習效果，培養了學生獨立動手和分析解決問題的能力。隨著計算機技術的發展和教學手段的進步，該課程的任務還會不斷地被修改和完善。

參考文獻：

[1]李正軍.計算機控制系統[M].北京:機械工業出版社，2005.

[2]賴壽宏.微型計算機控制技術[M].北京:機械工業出版社，2008.

（責任編輯：宋秀麗）