以應用型人才培養(yǎng)的計算機控制技術課程教學改革

張向鋒 文傳博

摘要：“計算機控制技術”是自動化專業(yè)開設的重要專業(yè)課。針對應用型本科院校中計算機控制技術課程教學中出現(xiàn)的問題，靈活多樣地采用教學改革。根據(jù)該課程的特點以及課程教學中存在的某些問題，從理論教學、實踐教學及考核方式等方面探索了教學改革的一些措施，為深化教學改革進行了有益的嘗試，獲得了良好的教學效果。

關鍵詞：計算機控制技術；技術應用型本科教育；教學改革；實踐教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）38-0093-02

一、引言

計算機控制技術是結合自動控制技術、計算機技術、自動檢測和傳感技術、微電子等技術逐步發(fā)展起來的。隨著該技術的發(fā)展和普及，控制系統(tǒng)趨向于利用計算機進行控制。計算機控制技術課程是自動化專業(yè)普遍開設的一門重要的專業(yè)課。自動化專業(yè)的學生或從事該專業(yè)的工程技術人員需要掌握分析設計與實現(xiàn)計算機控制系統(tǒng)的方法，并能完成控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)、系統(tǒng)安裝與調試等[1]。上海電機學院定位為技術應用型本科教育，為了滿足本校自動化專業(yè)培養(yǎng)人才的要求，在分析了該課程的實踐性強的特點以及教學過程中存在的某些問題，從理論教學、實踐教學及考核方式等方面進行了教學改革。

二、課程特點及課程教學中存在的問題

計算機控制技術課程安排在第6學期開設，該課程內容既是這些專業(yè)的學生畢業(yè)設計中要大量運用的，更是學生畢業(yè)后從事自動控制系統(tǒng)、智能儀器儀表和機電一體化產(chǎn)品的設計與運行中要長期應用的。在學完本課程后，學生應能根據(jù)不同的應用對象，運用離散控制理論，設計符合要求的計算機控制系統(tǒng)。由于該課程涉及的知識面和基礎理論較廣，具有較強的實踐性，與專業(yè)課密切相關等特點。在授課中，教師應把有關課程的相關內容融合到該課程中，處理好與先修課程和后續(xù)專業(yè)課程的關系，形成系統(tǒng)的課程知識體系。

現(xiàn)有的“計算機控制技術”教材種類繁多，就涉及的內容而言，有的偏重于理論分析，有的以單片機為基礎，介紹系統(tǒng)的硬件組成和應用軟件開發(fā)[2]。受課時限制，學生很難全面掌握主要內容，制約了其提高自身應用該課程知識，完成系統(tǒng)的設計分析與安裝調試能力。因此，學生在遇到實際問題時，由于缺乏面向工程實際經(jīng)驗，不能從問題本身分析，難以運用綜合知識解決問題。這不符合我校應用型本科人才的培養(yǎng)目標。因此我們對該課程內容進行了一些研究與探討。

三、課程教學改革的思路及對策

1.理論教學改革。（1）正確定位教學目標，優(yōu)化教學內容。在課程內容設置上應以計算機在控制系統(tǒng)過程中涉及到的技術問題為主，突出實踐性。計算機控制系統(tǒng)是一種建立在一整套完整的控制理論基礎上的自動控制系統(tǒng)。在確定課程內容時需要考慮理論知識和深度，處理好計算機控制系統(tǒng)的理論知識與應用技術的關系。教師可以嘗試選擇一兩個完整的應用實例，貫穿在整個教學過程中，讓學生在開始階段就對實際的計算機控制系統(tǒng)有感性認識，例如，一種計算機溫度控制系統(tǒng)，學生學完第一章對這個系統(tǒng)進行定性分析，使學生對溫度控制系統(tǒng)中各組成部分的作用以及系統(tǒng)的工作原理有初步的了解。學完離散控制系統(tǒng)的數(shù)學模型理論內容后，學生能夠建立溫度控制系統(tǒng)的數(shù)學模型；在學完控制算法和控制方法后，學生能夠利用常用的控制算法或改進控制算法，實現(xiàn)對系統(tǒng)的設計和控制，并能借助于Matlab仿真工具進行建模與仿真；學生在學完計算機控制系統(tǒng)的相關內容后學生可以在實驗室實現(xiàn)所設計的溫度控制系統(tǒng)。學生在學習該課程的整個過程中，借助于一些應用實例逐步把理論知識轉化為實際的系統(tǒng)，提高自己的系統(tǒng)設計與調試能力。（2）改進教學方法，建立以學生為中心的學習模式。啟發(fā)式、互動式的教學方法易于激發(fā)學生聽課的熱情和積極性，達到加深理解的效果。在教學過程中應注重設計出啟發(fā)學生思維的問題，尊重學生的主體地位。從工程實際中提出問題或從已有問題中提出新問題容易調動學生的學習積極性，滿足學生解決實際問題的好奇心。教師應事先精心研究和設計在授課過程時何時提問，提什么問題。要能根據(jù)提出的問題啟發(fā)學生進行問題分析與討論，達到解決問題的目的[3]。（3）充分利用現(xiàn)代教育手段。靈活運用傳統(tǒng)的黑板教學方法與多媒體等現(xiàn)代化手段，使教學內容易于理解，形象直觀地呈現(xiàn)給學生。把自動化監(jiān)控系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的視頻材料作為教學錄像，使學生對計算機監(jiān)控系統(tǒng)有初步的了解，并讓學生感受理論知識的實際運用，擴大知識面。還可以采用Matlab等仿真軟件設計一些算法、進行系統(tǒng)建模，增強學生解決實際工程問題的能力。例如，在講授計算機控制規(guī)律如PID數(shù)字控制等理論性較強的內容時引入Matlab/Simulink仿真工具，可以把難以理解的理論知識通過仿真模型以圖形化的方式向同學演示，從而增加教學信息量。學生可以利用Matlab/Simulink工具建立系統(tǒng)的數(shù)學模型，并進行仿真調試與結果分析，總結不同的控制規(guī)律對控制結果的影響。（4）鼓勵學生探究式或研究性學習。探究式學習是學生在對課程有一定興趣、帶著了解問題或解決實際問題的愿望之后的一種自主性的學習方式。教師要充分發(fā)揮引領作用，以保證這種學習持續(xù)有效的進行。例如，在講授PID控制算法及改進的PID控制算法問題后，以作業(yè)的方式指導學生學習有關控制技術和控制方法等方面的論文，進行理論推導及分析，對知識進行總結，并在課堂上討論。通過閱讀文獻資料，學生會更加清楚地認識到計算機控制技術的應用領域，理解一個控制系統(tǒng)該如何建立，進一步提高學生的分析問題和解決問題的能力。

2.實踐教學改革與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。該課程安排了8個課時的實驗，在實驗過程中注重仿真實驗和實物操作相結合，培養(yǎng)學生的理論研究能力和思維能力。在實驗教學過程中，發(fā)揮學生的主體作用，培養(yǎng)學生的自主學習能力。

實驗教學內容的確定。實驗內容主要分為驗證性實驗、設計性實驗和綜合性實驗[4]。驗證性實驗主要有“A/D轉換”、“數(shù)字PID控制算法的研究”等。通過此類實驗讓學生驗證實驗結果、理解相關的基本理論知識，從而培養(yǎng)學生的實驗操作能力。設計性實驗主要有“直流電機轉速計算機控制”等，通過此類實驗學生結合實驗要求和條件，自行設計實驗方案并加以實現(xiàn)。綜合性實驗主要有“水箱液位控制系統(tǒng)”等，通過此類實驗，學生可運用掌握的綜合知識、技能和方法進行的一種復合型實驗[5]。

實驗類型的改革。增大了設計性和綜合性的實驗[6]。學生設計并實現(xiàn)簡單的控制系統(tǒng)，通過系統(tǒng)搭建和整體調試以提高運用綜合知識的能力和動手能力。

增加實踐教學環(huán)節(jié)。本課程增開了1.5周的課程設計，安排在課程教學結束后進行。可由4～5名學生組成一個團隊，要求學生結合工程實際，設計完成一個完整的計算機控制系統(tǒng)。通過對計算機控制系統(tǒng)的設計、分析和調試，提高學生的實際應用能力和動手能力，為以后開展畢業(yè)設計以及從事實際工程設計、維護等工作打下良好基礎。

3.多種考核方式考查學生的綜合能力。為激發(fā)學生對該課程的學習興趣，我們對原有的卷面考試和測驗的考核方法及考核內容進行了完善，以利于創(chuàng)新精神培養(yǎng)和技術應用能力的提高。評價學生的總評成績由三部分組成：平時成績、實驗成績和閉卷考試成績，比例為2∶2∶6。把課外作業(yè)、研究報告作為平時考核內容，增加實驗成績，以調動學生做實驗的興趣和學習主動性。

四、結束語

“計算機控制技術”是自動化專業(yè)的一門專業(yè)課。根據(jù)該課程的特點以及課程教學中存在的某些問題，從理論教學、實踐教學和考核方式等方面進行了探討。理論教學方法的使用效果良好，實踐教學環(huán)節(jié)的改革也在不斷地嘗試。在教學過程中，結合多種教學方式，激發(fā)學生的學習興趣，提高學生的動手能力和創(chuàng)新精神，增強學生綜合運用知識的能力。

參考文獻：

[1]陸鋒，陳桂，林健.自動化特色專業(yè)控制類專業(yè)課程改革探討[J].中國電力教育，2011，（13）.58-59，67.

[2]張向鋒，劉軍，丁斗章.《計算機控制技術》課程建設探討[A]//第6屆全國高等學校電氣工程及其自動化專業(yè)教學改革研討會論文集[C].2009年8月15-17日.

[3]陳桂，陸鋒，宋麗蓉.計算機控制技術課程教學改革研究與實踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2009，（3）：52-54.

[4]趙亦欣，唐雁，黃偉.自動化專業(yè)實驗教學與工程應用整合的研究[J].西南師范大學學報：自然科學版，2009，34（1）：173-176.

[5]張向鋒.計算機控制技術課程實驗教學實踐與探討[J].實驗室研究與探索，2014，33（7）：185-188.

[6]劉為國.《計算機控制技術》課程教學方法改革的研究[J].科技信息，2009，（9）：485.