“計算機控制系統”課程教學方法的思索

王改華++潘建

摘 要：圍繞工科專業人才培養目標，結合“計算機控制系統”課程，對該課程在大四學生中開設的教學方法進行探討，分析了課程存在的問題，給出了幾個具體改革方案，以提高學生學習興趣，增強學生實踐能力。

關鍵詞：工科專業 教學方法 計算機控制系統

中圖分類號：G642.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（c）-0121-02

“計算機控制系統”在內容上主要包含了部分硬件原理設計，控制器設計等。重點內容是數字控制器的一系列設計方法：間接數字控制器設計、直接數字控制器設計以及狀態空間數字控制器設計，最后針對完整系統，怎樣從全局考慮設計計算機控制系統。這是一門要求理論結合實踐的針對性較強的課程，涉及的知識面很廣，對于從總體硬件角度考慮，需要具備基本的電路理論，電子技術、微處理器原理等基礎類課程知識；從數字控制器方面來看，需要掌握基本的數學理論知識、自控原理、現代控制理論基礎知識等。

因此，該課程通常會安排在大四階段開設，這樣，學生具備了一定的前提理論基礎，學習時不會存在大的知識障礙。但相應的存在的一個問題是，該類重要的課程安排在大四階段，由于此時學生會經常出現心浮氣躁導致學習不專心，部分學生備戰考研導致出勤率低，很多學生不能靜下心來學習。因此，該課程的開設一直成為我系討論的重點，對該課程進行教學改革也是勢在必行。下面，針對“計算機控制系統”課程的教學方法以及能力培養方面，我們得出了一些工作總結，以使在不斷探討和思索的過程中，能夠使教學取得一定的改進。

1 課程體系方案確定

1.1 課程內容

計算機控制系統主要包含了硬件系統原理設計和控制器設計，重點側重于控制器的設計。課程內容如圖1所示。要求學生從原理上要明白這些控制器之間的區別、優缺點，不同的應用場合。

1.2 課程體系方案

該課程體系方案主要包括課程書本原理介紹、軟件仿真、實踐課程設計等方面，在上一小節內容中，對計算機控制系統基本內容進行了概括；軟件仿真方面，使用自動化仿真軟件對控制器算法進行仿真，讓學生對基本算法有一個初步的認識；結合實踐環節，增加課程設計內容，并覆蓋理論課的授課內容。在安排上圍繞課程主要內容進行，使理論課和實驗課成為有機的整體。例如：基于大林算法的電阻爐溫控制系統設計，首先，對書本的講解讓學生對理論知識有一個概念性認識；其次，實驗仿真過程，對算法進一步驗證并深刻理解；最后進行課程設計：如設計電阻加熱爐計算機控制系統。其設計要求為：電阻加熱爐溫度范圍0～300 ℃，控制精度在±1 ℃（參考，不作要求）。溫度探頭選用PT100熱電阻。計算機輸出信號經DA轉換輸出0～10 mA電流信號，通過雙向可控硅控制器控制加熱電阻兩端的電壓。假設可控硅控制器輸入電流輸出電壓呈線性關系，Ks=22 V/mA。其對象溫控數學模型為：，其中：時間常數T=800 s，放大系數K=100 ℃/mA，滯后時間τ=20 s，控制算法選用大林算法。按照以上，要求學生分步驟完成設計：（1）總體方案設計（2）控制系統模型分析和數字控制器設計（3）硬件設計和實現（4）軟件設計（5）編寫課程設計說明書，繪制完整的系統電路圖。

通過以上的課程體系，分步驟進行，更加有利于激發學生的自主學習和主觀能動性；傳統教學結合仿真實驗、課程設計，啟發學生進行思考和討論，增強學生對理論知識的認識。

2 教學改革方案

2.1 精心挑選授課教師，注重授課各環節銜接

首先，選配的老師應該具備一定的教學經驗，對自動化方面的課程體系有一定程度的深入了解及具備堅實的理論基礎。其次，該教師應具備較好的實踐經驗，或者選派部分老師深入企業，對企業流程、需求進行了解，參與部分企業項目合作。在授課時能夠將理論與實際系統聯系起來。例如在數字控制器設計理論算法講解中，可以給定一個實際的系統，給出一系列參數標準，系統模型，將復雜的問題簡單化，深奧難解的問題系統化，抽象的框圖形象化。最后，對內容的講解中，能夠理順教學主線，突出教學重點，對學生所學前提基礎知識適當穿插灌輸，注重前后課程之間的銜接，并在課程講解中，注意各章節、各種方法之間的區別、聯系。在授課過程中，通過形象生動的實際系統畫面激發學生的學習興趣，改變以前的教師滿堂灌、學生沒有發言權的教學模式，實現師生融合，共同學習該課程。

2.2 充分利用設備資源，強化理論與實踐融合

學生通常到大四階段，對理論課程存在一種排斥心理，加入更多的實踐課程對學生將要面臨的工作崗位起到一定的積極幫助作用，可能更會提高學生的學習興趣。因此，“計算機控制系統”課程應該進行理論仿真與實踐結合。例如溫度或者水位控制系統，這些系統在我院都有相應的設備，在講解設計數字控制器的過程中，將設計的控制器算法加入到系統中，使學生理解控制系統的組成以及所描述的相關概念，針對我校開放的實驗室，讓學生嘗試去實驗，對理論的控制器設計算法展開分析。培養學生的思維和系統分析能力，積極引導學生主動思考問題，學會舉一反三，并對實驗結果給予打分評估。在數字控制器的設計中，注重方法的設計，對不同數字控制器的區別、聯系展開分析對比，引導學生思考問題，在不同的系統中，應該加入什么樣的數字控制器。讓學生認識到理論仿真與實際的區別，通過計算機仿真彌補實踐教學的不足，實現工程設計，加強與提高學生的實踐能力，讓學生認識到理論是怎樣幫助實踐過程。例如：選擇PID控制器調節參數，理論設計有不同的方法，可以先進行仿真，評估得到一系列參數，再加入到一個實際系統中，進行調節參數等。

2.3 科學開設教學課堂，不斷提高教學實效性

針對我院多年“計算機控制系統”的教學經驗，該課程大多數時間都是幾個班上合班課，其效果并不是很好。針對大四學生的特點：認為已經即將畢業，老師也不會過多的關注課程的學習，大四的學生學習態度會松散，并且部分同學認為在最后關鍵時刻，應抓緊時間玩，而沒有把精力放在學習上，只有部分考研學生，也只是在努力復習考研。針對以上存在的情況，我們認為，小班課程開設會讓學生感受到仍然被關注，不放棄最后一段時間的理論結合實踐的學習過程。在教學開展過程中，教師要與學校教務部門加強交流溝通，齊心協力，形成齊抓共管的良好教學與學習氛圍。一是授課教師要抓好課前準備、課中教學、課后問效等關鍵環節。在課前教師要充分備課，教案要內容充實、緊貼前沿理論，課件要文底清晰、畫面精致，能夠起到吸引學生眼球的作用。在課中授課教師要語言精練、語速平穩、表達幽默、方法得當，起到吸引學生注意力的效果。課后教師要及時跟蹤問效學生學習與實踐動手情況，收集好相關學生學習動態。

最后，“計算機控制系統”也是一門實踐性很強的課程，如果能夠結合課程設計學習該課程，不僅有助于學生深入了解該課程體系，同時，也能夠增強學生的實踐能力，使學生感受到學有所用。

3 結語

從“計算機控制系統”課程的探討和思索中，教師應該充分發揮主動性作用，以使該課程不要形同虛設，使學生在該課程學習中，真正掌握計算機控制系統的控制原理、分析設計方法和應用技術，達到培養學生具有設計和組成計算機控制系統的能力。

參考文獻

[1] 李元春.計算機控制系統[M].2版.高等教育出版社，2009.

[2] 周煥銀，劉金生，錢敏，等.微型計算機控制技術[J].課程教學方法的研究與探索.東華理工大學學報（社會科學版），2009（3）：270-273.

[3] 李曉春，曲曉海，楊洋，等.工程訓練教學改革探索與實踐[J].實驗室研究與探索， 2014，1（33）：229-231.endprint

摘 要：圍繞工科專業人才培養目標，結合“計算機控制系統”課程，對該課程在大四學生中開設的教學方法進行探討，分析了課程存在的問題，給出了幾個具體改革方案，以提高學生學習興趣，增強學生實踐能力。

關鍵詞：工科專業 教學方法 計算機控制系統

中圖分類號：G642.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（c）-0121-02

“計算機控制系統”在內容上主要包含了部分硬件原理設計，控制器設計等。重點內容是數字控制器的一系列設計方法：間接數字控制器設計、直接數字控制器設計以及狀態空間數字控制器設計，最后針對完整系統，怎樣從全局考慮設計計算機控制系統。這是一門要求理論結合實踐的針對性較強的課程，涉及的知識面很廣，對于從總體硬件角度考慮，需要具備基本的電路理論，電子技術、微處理器原理等基礎類課程知識；從數字控制器方面來看，需要掌握基本的數學理論知識、自控原理、現代控制理論基礎知識等。

因此，該課程通常會安排在大四階段開設，這樣，學生具備了一定的前提理論基礎，學習時不會存在大的知識障礙。但相應的存在的一個問題是，該類重要的課程安排在大四階段，由于此時學生會經常出現心浮氣躁導致學習不專心，部分學生備戰考研導致出勤率低，很多學生不能靜下心來學習。因此，該課程的開設一直成為我系討論的重點，對該課程進行教學改革也是勢在必行。下面，針對“計算機控制系統”課程的教學方法以及能力培養方面，我們得出了一些工作總結，以使在不斷探討和思索的過程中，能夠使教學取得一定的改進。

1 課程體系方案確定

1.1 課程內容

計算機控制系統主要包含了硬件系統原理設計和控制器設計，重點側重于控制器的設計。課程內容如圖1所示。要求學生從原理上要明白這些控制器之間的區別、優缺點，不同的應用場合。

1.2 課程體系方案

該課程體系方案主要包括課程書本原理介紹、軟件仿真、實踐課程設計等方面，在上一小節內容中，對計算機控制系統基本內容進行了概括；軟件仿真方面，使用自動化仿真軟件對控制器算法進行仿真，讓學生對基本算法有一個初步的認識；結合實踐環節，增加課程設計內容，并覆蓋理論課的授課內容。在安排上圍繞課程主要內容進行，使理論課和實驗課成為有機的整體。例如：基于大林算法的電阻爐溫控制系統設計，首先，對書本的講解讓學生對理論知識有一個概念性認識；其次，實驗仿真過程，對算法進一步驗證并深刻理解；最后進行課程設計：如設計電阻加熱爐計算機控制系統。其設計要求為：電阻加熱爐溫度范圍0～300 ℃，控制精度在±1 ℃（參考，不作要求）。溫度探頭選用PT100熱電阻。計算機輸出信號經DA轉換輸出0～10 mA電流信號，通過雙向可控硅控制器控制加熱電阻兩端的電壓。假設可控硅控制器輸入電流輸出電壓呈線性關系，Ks=22 V/mA。其對象溫控數學模型為：，其中：時間常數T=800 s，放大系數K=100 ℃/mA，滯后時間τ=20 s，控制算法選用大林算法。按照以上，要求學生分步驟完成設計：（1）總體方案設計（2）控制系統模型分析和數字控制器設計（3）硬件設計和實現（4）軟件設計（5）編寫課程設計說明書，繪制完整的系統電路圖。

通過以上的課程體系，分步驟進行，更加有利于激發學生的自主學習和主觀能動性；傳統教學結合仿真實驗、課程設計，啟發學生進行思考和討論，增強學生對理論知識的認識。

2 教學改革方案

2.1 精心挑選授課教師，注重授課各環節銜接

首先，選配的老師應該具備一定的教學經驗，對自動化方面的課程體系有一定程度的深入了解及具備堅實的理論基礎。其次，該教師應具備較好的實踐經驗，或者選派部分老師深入企業，對企業流程、需求進行了解，參與部分企業項目合作。在授課時能夠將理論與實際系統聯系起來。例如在數字控制器設計理論算法講解中，可以給定一個實際的系統，給出一系列參數標準，系統模型，將復雜的問題簡單化，深奧難解的問題系統化，抽象的框圖形象化。最后，對內容的講解中，能夠理順教學主線，突出教學重點，對學生所學前提基礎知識適當穿插灌輸，注重前后課程之間的銜接，并在課程講解中，注意各章節、各種方法之間的區別、聯系。在授課過程中，通過形象生動的實際系統畫面激發學生的學習興趣，改變以前的教師滿堂灌、學生沒有發言權的教學模式，實現師生融合，共同學習該課程。

2.2 充分利用設備資源，強化理論與實踐融合

學生通常到大四階段，對理論課程存在一種排斥心理，加入更多的實踐課程對學生將要面臨的工作崗位起到一定的積極幫助作用，可能更會提高學生的學習興趣。因此，“計算機控制系統”課程應該進行理論仿真與實踐結合。例如溫度或者水位控制系統，這些系統在我院都有相應的設備，在講解設計數字控制器的過程中，將設計的控制器算法加入到系統中，使學生理解控制系統的組成以及所描述的相關概念，針對我校開放的實驗室，讓學生嘗試去實驗，對理論的控制器設計算法展開分析。培養學生的思維和系統分析能力，積極引導學生主動思考問題，學會舉一反三，并對實驗結果給予打分評估。在數字控制器的設計中，注重方法的設計，對不同數字控制器的區別、聯系展開分析對比，引導學生思考問題，在不同的系統中，應該加入什么樣的數字控制器。讓學生認識到理論仿真與實際的區別，通過計算機仿真彌補實踐教學的不足，實現工程設計，加強與提高學生的實踐能力，讓學生認識到理論是怎樣幫助實踐過程。例如：選擇PID控制器調節參數，理論設計有不同的方法，可以先進行仿真，評估得到一系列參數，再加入到一個實際系統中，進行調節參數等。

2.3 科學開設教學課堂，不斷提高教學實效性

針對我院多年“計算機控制系統”的教學經驗，該課程大多數時間都是幾個班上合班課，其效果并不是很好。針對大四學生的特點：認為已經即將畢業，老師也不會過多的關注課程的學習，大四的學生學習態度會松散，并且部分同學認為在最后關鍵時刻，應抓緊時間玩，而沒有把精力放在學習上，只有部分考研學生，也只是在努力復習考研。針對以上存在的情況，我們認為，小班課程開設會讓學生感受到仍然被關注，不放棄最后一段時間的理論結合實踐的學習過程。在教學開展過程中，教師要與學校教務部門加強交流溝通，齊心協力，形成齊抓共管的良好教學與學習氛圍。一是授課教師要抓好課前準備、課中教學、課后問效等關鍵環節。在課前教師要充分備課，教案要內容充實、緊貼前沿理論，課件要文底清晰、畫面精致，能夠起到吸引學生眼球的作用。在課中授課教師要語言精練、語速平穩、表達幽默、方法得當，起到吸引學生注意力的效果。課后教師要及時跟蹤問效學生學習與實踐動手情況，收集好相關學生學習動態。

最后，“計算機控制系統”也是一門實踐性很強的課程，如果能夠結合課程設計學習該課程，不僅有助于學生深入了解該課程體系，同時，也能夠增強學生的實踐能力，使學生感受到學有所用。

3 結語

從“計算機控制系統”課程的探討和思索中，教師應該充分發揮主動性作用，以使該課程不要形同虛設，使學生在該課程學習中，真正掌握計算機控制系統的控制原理、分析設計方法和應用技術，達到培養學生具有設計和組成計算機控制系統的能力。

參考文獻

[1] 李元春.計算機控制系統[M].2版.高等教育出版社，2009.

[2] 周煥銀，劉金生，錢敏，等.微型計算機控制技術[J].課程教學方法的研究與探索.東華理工大學學報（社會科學版），2009（3）：270-273.

[3] 李曉春，曲曉海，楊洋，等.工程訓練教學改革探索與實踐[J].實驗室研究與探索， 2014，1（33）：229-231.endprint

摘 要：圍繞工科專業人才培養目標，結合“計算機控制系統”課程，對該課程在大四學生中開設的教學方法進行探討，分析了課程存在的問題，給出了幾個具體改革方案，以提高學生學習興趣，增強學生實踐能力。

關鍵詞：工科專業 教學方法 計算機控制系統

中圖分類號：G642.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（c）-0121-02

“計算機控制系統”在內容上主要包含了部分硬件原理設計，控制器設計等。重點內容是數字控制器的一系列設計方法：間接數字控制器設計、直接數字控制器設計以及狀態空間數字控制器設計，最后針對完整系統，怎樣從全局考慮設計計算機控制系統。這是一門要求理論結合實踐的針對性較強的課程，涉及的知識面很廣，對于從總體硬件角度考慮，需要具備基本的電路理論，電子技術、微處理器原理等基礎類課程知識；從數字控制器方面來看，需要掌握基本的數學理論知識、自控原理、現代控制理論基礎知識等。

因此，該課程通常會安排在大四階段開設，這樣，學生具備了一定的前提理論基礎，學習時不會存在大的知識障礙。但相應的存在的一個問題是，該類重要的課程安排在大四階段，由于此時學生會經常出現心浮氣躁導致學習不專心，部分學生備戰考研導致出勤率低，很多學生不能靜下心來學習。因此，該課程的開設一直成為我系討論的重點，對該課程進行教學改革也是勢在必行。下面，針對“計算機控制系統”課程的教學方法以及能力培養方面，我們得出了一些工作總結，以使在不斷探討和思索的過程中，能夠使教學取得一定的改進。

1 課程體系方案確定

1.1 課程內容

計算機控制系統主要包含了硬件系統原理設計和控制器設計，重點側重于控制器的設計。課程內容如圖1所示。要求學生從原理上要明白這些控制器之間的區別、優缺點，不同的應用場合。

1.2 課程體系方案

該課程體系方案主要包括課程書本原理介紹、軟件仿真、實踐課程設計等方面，在上一小節內容中，對計算機控制系統基本內容進行了概括；軟件仿真方面，使用自動化仿真軟件對控制器算法進行仿真，讓學生對基本算法有一個初步的認識；結合實踐環節，增加課程設計內容，并覆蓋理論課的授課內容。在安排上圍繞課程主要內容進行，使理論課和實驗課成為有機的整體。例如：基于大林算法的電阻爐溫控制系統設計，首先，對書本的講解讓學生對理論知識有一個概念性認識；其次，實驗仿真過程，對算法進一步驗證并深刻理解；最后進行課程設計：如設計電阻加熱爐計算機控制系統。其設計要求為：電阻加熱爐溫度范圍0～300 ℃，控制精度在±1 ℃（參考，不作要求）。溫度探頭選用PT100熱電阻。計算機輸出信號經DA轉換輸出0～10 mA電流信號，通過雙向可控硅控制器控制加熱電阻兩端的電壓。假設可控硅控制器輸入電流輸出電壓呈線性關系，Ks=22 V/mA。其對象溫控數學模型為：，其中：時間常數T=800 s，放大系數K=100 ℃/mA，滯后時間τ=20 s，控制算法選用大林算法。按照以上，要求學生分步驟完成設計：（1）總體方案設計（2）控制系統模型分析和數字控制器設計（3）硬件設計和實現（4）軟件設計（5）編寫課程設計說明書，繪制完整的系統電路圖。

通過以上的課程體系，分步驟進行，更加有利于激發學生的自主學習和主觀能動性；傳統教學結合仿真實驗、課程設計，啟發學生進行思考和討論，增強學生對理論知識的認識。

2 教學改革方案

2.1 精心挑選授課教師，注重授課各環節銜接

首先，選配的老師應該具備一定的教學經驗，對自動化方面的課程體系有一定程度的深入了解及具備堅實的理論基礎。其次，該教師應具備較好的實踐經驗，或者選派部分老師深入企業，對企業流程、需求進行了解，參與部分企業項目合作。在授課時能夠將理論與實際系統聯系起來。例如在數字控制器設計理論算法講解中，可以給定一個實際的系統，給出一系列參數標準，系統模型，將復雜的問題簡單化，深奧難解的問題系統化，抽象的框圖形象化。最后，對內容的講解中，能夠理順教學主線，突出教學重點，對學生所學前提基礎知識適當穿插灌輸，注重前后課程之間的銜接，并在課程講解中，注意各章節、各種方法之間的區別、聯系。在授課過程中，通過形象生動的實際系統畫面激發學生的學習興趣，改變以前的教師滿堂灌、學生沒有發言權的教學模式，實現師生融合，共同學習該課程。

2.2 充分利用設備資源，強化理論與實踐融合

學生通常到大四階段，對理論課程存在一種排斥心理，加入更多的實踐課程對學生將要面臨的工作崗位起到一定的積極幫助作用，可能更會提高學生的學習興趣。因此，“計算機控制系統”課程應該進行理論仿真與實踐結合。例如溫度或者水位控制系統，這些系統在我院都有相應的設備，在講解設計數字控制器的過程中，將設計的控制器算法加入到系統中，使學生理解控制系統的組成以及所描述的相關概念，針對我校開放的實驗室，讓學生嘗試去實驗，對理論的控制器設計算法展開分析。培養學生的思維和系統分析能力，積極引導學生主動思考問題，學會舉一反三，并對實驗結果給予打分評估。在數字控制器的設計中，注重方法的設計，對不同數字控制器的區別、聯系展開分析對比，引導學生思考問題，在不同的系統中，應該加入什么樣的數字控制器。讓學生認識到理論仿真與實際的區別，通過計算機仿真彌補實踐教學的不足，實現工程設計，加強與提高學生的實踐能力，讓學生認識到理論是怎樣幫助實踐過程。例如：選擇PID控制器調節參數，理論設計有不同的方法，可以先進行仿真，評估得到一系列參數，再加入到一個實際系統中，進行調節參數等。

2.3 科學開設教學課堂，不斷提高教學實效性

針對我院多年“計算機控制系統”的教學經驗，該課程大多數時間都是幾個班上合班課，其效果并不是很好。針對大四學生的特點：認為已經即將畢業，老師也不會過多的關注課程的學習，大四的學生學習態度會松散，并且部分同學認為在最后關鍵時刻，應抓緊時間玩，而沒有把精力放在學習上，只有部分考研學生，也只是在努力復習考研。針對以上存在的情況，我們認為，小班課程開設會讓學生感受到仍然被關注，不放棄最后一段時間的理論結合實踐的學習過程。在教學開展過程中，教師要與學校教務部門加強交流溝通，齊心協力，形成齊抓共管的良好教學與學習氛圍。一是授課教師要抓好課前準備、課中教學、課后問效等關鍵環節。在課前教師要充分備課，教案要內容充實、緊貼前沿理論，課件要文底清晰、畫面精致，能夠起到吸引學生眼球的作用。在課中授課教師要語言精練、語速平穩、表達幽默、方法得當，起到吸引學生注意力的效果。課后教師要及時跟蹤問效學生學習與實踐動手情況，收集好相關學生學習動態。

最后，“計算機控制系統”也是一門實踐性很強的課程，如果能夠結合課程設計學習該課程，不僅有助于學生深入了解該課程體系，同時，也能夠增強學生的實踐能力，使學生感受到學有所用。

3 結語

從“計算機控制系統”課程的探討和思索中，教師應該充分發揮主動性作用，以使該課程不要形同虛設，使學生在該課程學習中，真正掌握計算機控制系統的控制原理、分析設計方法和應用技術，達到培養學生具有設計和組成計算機控制系統的能力。

參考文獻

[1] 李元春.計算機控制系統[M].2版.高等教育出版社，2009.

[2] 周煥銀，劉金生，錢敏，等.微型計算機控制技術[J].課程教學方法的研究與探索.東華理工大學學報（社會科學版），2009（3）：270-273.

[3] 李曉春，曲曉海，楊洋，等.工程訓練教學改革探索與實踐[J].實驗室研究與探索， 2014，1（33）：229-231.endprint