《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討

盧自寶+董國(guó)青

摘要：《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》是一門理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程，也是計(jì)算機(jī)、信息和控制類專業(yè)的必修課，在專業(yè)課程體系中處于至關(guān)重要的位置。本文以《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》的課程實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，總結(jié)了實(shí)驗(yàn)過程中所遇到的困難以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所面臨的問題，介紹了在實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中已經(jīng)取得一定效果的具體措施。

關(guān)鍵詞：微機(jī)原理；課程；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）06-0281-02

一、引言

《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》是計(jì)算機(jī)、信息和控制類專業(yè)的一門專業(yè)必修課。該課程將自動(dòng)控制原理、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)進(jìn)行了結(jié)合，具體而言，就是通過計(jì)算機(jī)替代傳統(tǒng)的控制器構(gòu)成閉環(huán)反饋系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的控制算法。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)正由集中的模擬控制體系加速向開放的數(shù)字控制體系發(fā)展。越來(lái)越多的控制系統(tǒng)正采用計(jì)算機(jī)來(lái)取代傳統(tǒng)的控制器。與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有成本低、效率高、安裝和維修簡(jiǎn)便以及靈活性和可操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源共享，從而提高系統(tǒng)資源的利用率。這類日益廣泛的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)已在各類工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、航空航天、交通系統(tǒng)、無(wú)線通信、機(jī)器人、智能建筑、國(guó)防等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。由于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)本身所具有的特性，要求相關(guān)專業(yè)人員在了解并掌握工業(yè)計(jì)算機(jī)的軟件、硬件以及外圍設(shè)備的基本原理和方法的基礎(chǔ)上，將被控對(duì)象、傳感器、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)相聯(lián)接構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體，完成預(yù)定的任務(wù)。

本門課程是在開設(shè)了《匯編語(yǔ)言》、《微機(jī)原理與接口技術(shù)》、《自動(dòng)控制原理》及《電路電子技術(shù)》等先修課程后，再為學(xué)生開設(shè)?！队?jì)算機(jī)控制技術(shù)》是一門理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程，學(xué)生只有通過本課程的理論學(xué)習(xí)，在掌握了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，動(dòng)手構(gòu)造有關(guān)電路并上機(jī)調(diào)試設(shè)計(jì)的程序，才能充分領(lǐng)會(huì)、理解并掌握教材中的內(nèi)容。

二、《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

在傳統(tǒng)的教學(xué)活動(dòng)中都是以教師為中心，教師的主要任務(wù)就是在課堂上以生動(dòng)的語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行知識(shí)的傳播，學(xué)生則在教學(xué)過程中處于一種被動(dòng)的認(rèn)知和接受的位置?！队?jì)算計(jì)控制技術(shù)》課程通常采用理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法進(jìn)行教學(xué)，課堂講解傳授理論知識(shí)，實(shí)踐教學(xué)幫助學(xué)生認(rèn)知、提高應(yīng)用能力。但以往的教學(xué)普遍以課堂教學(xué)研究為重點(diǎn)，而對(duì)學(xué)生進(jìn)行有效的試驗(yàn)實(shí)踐研究不夠重視。尤其傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)通常是以驗(yàn)證為主的實(shí)驗(yàn)方法，一般只要求學(xué)生根據(jù)試驗(yàn)原理總結(jié)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，而這些試驗(yàn)現(xiàn)象都是一種必然的結(jié)果，這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法往往可以使學(xué)生取得一些深層次的認(rèn)識(shí)或體驗(yàn)，但是對(duì)學(xué)生分析與綜合設(shè)計(jì)能力、整體創(chuàng)新能力的培養(yǎng)仍然不夠。達(dá)不到提高學(xué)生獨(dú)立創(chuàng)新和應(yīng)用能力的教學(xué)目標(biāo)[1]。因此，對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改革迫在眉睫。

三、《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革

1.重新編寫與實(shí)驗(yàn)設(shè)備配套的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。試驗(yàn)教學(xué)的改革從編寫新的試驗(yàn)指導(dǎo)書開始，新的試驗(yàn)指導(dǎo)書既與選用教材又與試驗(yàn)設(shè)備相配套。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的改革主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：第一，增加學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)試驗(yàn)步驟的部分。具體而言，在試驗(yàn)指導(dǎo)書中只需提出實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)、功能要求和性能指標(biāo)，然后由學(xué)生獨(dú)立完成所需要的試驗(yàn)步驟。只提實(shí)驗(yàn)要求，能夠改變學(xué)生只按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的步驟而不加思考的狀況[2]。第二，由學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表格。試驗(yàn)的結(jié)論都是由試驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)出來(lái)的，所以要求學(xué)生能夠完成試驗(yàn)表格的設(shè)計(jì)，且系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)過程等所有工作也都由學(xué)生自己完成。第三，增加一些加寬、加深的試驗(yàn)內(nèi)容。由于學(xué)生的試驗(yàn)?zāi)芰Σ惶幱谕粚哟危孕枰獮槟切┗A(chǔ)好、動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生提供更多的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。

2.減少驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增加綜合性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。教師要從教授實(shí)驗(yàn)方法、檢查實(shí)驗(yàn)結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑?dǎo)學(xué)生完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，共同分析、解決實(shí)驗(yàn)中的相關(guān)難題。這樣就給學(xué)生造成了一種學(xué)習(xí)壓力，促使其提高學(xué)習(xí)熱情和主動(dòng)性，使學(xué)生從被動(dòng)的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向自覺的研討。在試驗(yàn)內(nèi)容的安排上，要減少驗(yàn)證性的試驗(yàn)內(nèi)容并相應(yīng)增加綜合性的試驗(yàn)。除個(gè)別規(guī)定的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)外，不給定實(shí)驗(yàn)電路圖，不指定詳細(xì)的接線步驟，完全由學(xué)生在掌握現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)資源的前提下設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)電路。在程序設(shè)計(jì)上也要強(qiáng)調(diào)學(xué)生在實(shí)踐活動(dòng)中的主觀能動(dòng)作用，除專門規(guī)定的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)外，不指定詳細(xì)的編程步驟，不給定詳細(xì)的流程圖和實(shí)驗(yàn)程序，對(duì)學(xué)生完全開放，由學(xué)生自主地編寫相應(yīng)的程序。同時(shí)學(xué)生也可以自由發(fā)揮，去做自己想做的不受教學(xué)內(nèi)容局限的實(shí)驗(yàn)[3]。根據(jù)一直以來(lái)的教學(xué)總結(jié)，發(fā)現(xiàn)計(jì)劃實(shí)驗(yàn)教學(xué)課上的時(shí)間還不足以滿足同學(xué)門的實(shí)踐需求。這就要求實(shí)驗(yàn)室除進(jìn)行計(jì)劃實(shí)驗(yàn)教學(xué)之外，還應(yīng)滿足學(xué)生自由進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的要求。為此，采取了開放式的實(shí)驗(yàn)室管理辦法，將空閑實(shí)驗(yàn)室向?qū)W生開放。學(xué)生可以根據(jù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本原理和現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室資源，自己擬定試驗(yàn)?zāi)康囊约邦A(yù)期試驗(yàn)結(jié)果，并設(shè)計(jì)構(gòu)造相關(guān)的試驗(yàn)內(nèi)容以及試驗(yàn)步驟。并且鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)自己的興趣愛好自由地去做想做的實(shí)驗(yàn)，這樣學(xué)生的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求都會(huì)有所不同，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.組織學(xué)生參加課外興趣小組。以上討論的都是課程中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，除了規(guī)定的課程實(shí)驗(yàn)之外，教師還要組織對(duì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)感興趣的同學(xué)成立計(jì)算機(jī)控制技術(shù)興趣小組。這種興趣小組可以讓同學(xué)們自由發(fā)揮，比如，對(duì)新技術(shù)理論感興趣的同學(xué)，可以在教師的指導(dǎo)下圍繞最新技術(shù)收集資料，探索科學(xué)研究的前沿，成立討論小組，并開設(shè)專題報(bào)告，從而增加自己的閱歷；對(duì)設(shè)計(jì)感興趣的同學(xué)，可以提供基本的原材料，讓學(xué)生開發(fā)和研制一些實(shí)用的科技小產(chǎn)品。這種做法的最大好處就是帶動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生能夠感到學(xué)習(xí)也是一種樂趣，同時(shí)還能讓同學(xué)在無(wú)意識(shí)之中鞏固了理論知識(shí)，并將理論應(yīng)用到實(shí)踐，提高了學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力。興趣小組成立后，在興趣小組中選取一部分優(yōu)秀作品，根據(jù)作品的創(chuàng)新性和實(shí)用性，指導(dǎo)學(xué)生申報(bào)校級(jí)甚至更高級(jí)別的學(xué)生科研課題。對(duì)于有課題的教師，可以讓部分優(yōu)秀同學(xué)加入到教師的科研課題中，讓同學(xué)盡早地接觸科研活動(dòng)的整個(gè)過程，啟發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。然后再?gòu)膶W(xué)生的科研課題中選拔優(yōu)秀的項(xiàng)目參加設(shè)計(jì)大賽，比如電子設(shè)計(jì)大賽、飛思卡爾智能車大賽、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽等，這些競(jìng)賽活動(dòng)使學(xué)生受益非淺，從學(xué)生被動(dòng)地要求做實(shí)驗(yàn)，到學(xué)生主動(dòng)地要求進(jìn)實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，加深了對(duì)課本知識(shí)的理解與融會(huì)貫通，學(xué)到了許多書本上所學(xué)不到的東西，培養(yǎng)了創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。endprint

四、《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的效果

1.激發(fā)了學(xué)習(xí)積極性，提高了自學(xué)能力。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中的設(shè)計(jì)內(nèi)容都是根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況和當(dāng)前計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的最新案例自行設(shè)計(jì)的。這些案例在學(xué)生身邊都能經(jīng)常地接觸到，也是學(xué)生非常感興趣而又特別好奇的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，這可使學(xué)生感到所學(xué)內(nèi)容跟得上時(shí)代發(fā)展的需求并具有相當(dāng)?shù)膶?shí)用價(jià)值，學(xué)習(xí)積極性能夠得到進(jìn)一步的提高。由于部分實(shí)驗(yàn)是考查學(xué)生的自學(xué)能力，無(wú)法在課本中找到現(xiàn)成的答案，只能通過所學(xué)到的理論知識(shí)并查閱相關(guān)資料才能解決，從而促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)和自主思考的能力。

2.培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生不用思考也不需思考，只是按照已知的實(shí)驗(yàn)步驟完成實(shí)驗(yàn)，只是一個(gè)被動(dòng)的接受者，很難談得上訓(xùn)練創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識(shí)。而將學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，讓學(xué)生成為實(shí)驗(yàn)的主體，改變學(xué)生從書本出發(fā)而不是從問題本身出發(fā)的思路，擺脫書本的束縛。讓學(xué)生從查閱資料開始，進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)、編寫控制算法程序、調(diào)試系統(tǒng)、選擇參數(shù)、直到得到最佳實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在這種創(chuàng)造性的工作中，給他們提供了一個(gè)自由想象和大膽創(chuàng)新的空間，激發(fā)了他們的創(chuàng)新欲望。實(shí)驗(yàn)把動(dòng)腦和動(dòng)手有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，培養(yǎng)了他們的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。

3.提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力。實(shí)踐是創(chuàng)新之源，工程實(shí)踐是創(chuàng)新的基礎(chǔ)，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力才是工科教學(xué)的重點(diǎn)之重點(diǎn)3]。由于編寫了新的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中必須考慮各部件之間的電路連接、相互控制、整體配合等細(xì)節(jié)，需要通過不斷的摸索，總結(jié)出一套行之有效的辦法。在這樣的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，學(xué)生通過對(duì)相關(guān)資料的歸納、整理，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程做有效的梳理，認(rèn)真總結(jié)實(shí)踐中出現(xiàn)問題的原因和解決問題的方法，充分地認(rèn)識(shí)設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)，為探索更加優(yōu)化的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)方案，為今后的工作實(shí)踐打下良好的基礎(chǔ)，從而使學(xué)生不論是從知識(shí)的積累上還是能力的提高上都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)極大的飛躍[4]。

五、結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的改編，提倡學(xué)生自己編程做計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)，這激發(fā)了學(xué)生的興趣，增強(qiáng)了學(xué)生自主思考、綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，提高了學(xué)生分析問題解決問題的能力，訓(xùn)練了學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識(shí)，取得了良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。隨著學(xué)科建設(shè)以及實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的發(fā)展，一些先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備已經(jīng)到位，如過程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、倒立擺實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、隨動(dòng)系統(tǒng)等，我們將逐步把這些設(shè)備與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，開發(fā)更加先進(jìn)、更具有實(shí)際意義的新實(shí)驗(yàn)，為感興趣的學(xué)生提供縱深發(fā)展的機(jī)會(huì)。

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