計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程改革的研究與實(shí)踐

高相銘+鄒玉煒

[摘 要]計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是電氣自動(dòng)化專業(yè)的重要專業(yè)課，是一門(mén)理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的綜合性專業(yè)課程。為解決傳統(tǒng)的授課方式過(guò)于偏重理論教學(xué)，難以將理論與應(yīng)用有機(jī)結(jié)合的問(wèn)題，應(yīng)構(gòu)建一種基于系統(tǒng)工程理論，能夠培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)觀念，提高學(xué)生綜合實(shí)踐能力的系統(tǒng)教學(xué)體系。

[關(guān)鍵詞]計(jì)算機(jī)控制技術(shù)；實(shí)踐教學(xué)；課程改革

[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2016）08-0132-03

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)重要的專業(yè)技術(shù)課程之一。本課程的任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)控制的基本概念，掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法，使學(xué)生從理論上掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本原理及應(yīng)用，使學(xué)生具備有效地分析和設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)所需的必要的知識(shí)、洞察力和理解力。它融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制理論、計(jì)算機(jī)通信等多種技術(shù)，以計(jì)算機(jī)在系統(tǒng)控制中的應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)為主線，涉及控制系統(tǒng)硬件、軟件、系統(tǒng)分析和應(yīng)用等方面的問(wèn)題，因此計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是一門(mén)理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的專業(yè)課程。

但是，從近幾年的教學(xué)效果來(lái)看，通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠很好地掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的相關(guān)理論，但是無(wú)法很好地完成面向?qū)嶋H應(yīng)用的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程兼具理論性和實(shí)踐性，在教學(xué)過(guò)程中，必須將課堂理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。因此對(duì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程教學(xué)方法的改革進(jìn)行研究、探索和實(shí)踐是十分必要的。

一、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程分析

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)原理、自動(dòng)控制原理以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等前期課程的再次綜合與進(jìn)一步升華，學(xué)習(xí)難度較大，特別是在基礎(chǔ)薄弱的情況下，學(xué)習(xí)該課程就顯得更為吃力。由于該課程的理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，傳統(tǒng)的授課方式過(guò)于偏重理論教學(xué)，難以將理論與應(yīng)用結(jié)合。傳統(tǒng)方式授課時(shí)仍以數(shù)字控制理論為主體，在理論的應(yīng)用中介紹微機(jī)控制方式及其具體實(shí)現(xiàn)，減少了計(jì)算機(jī)與實(shí)際控制系統(tǒng)結(jié)合的內(nèi)容，這種方式與培養(yǎng)應(yīng)用型專業(yè)人才的目標(biāo)相距甚遠(yuǎn)。最為明顯的后果是學(xué)生走上工作崗位后，所學(xué)的知識(shí)在具體生產(chǎn)應(yīng)用中很難適應(yīng)實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)踐。

計(jì)算機(jī)控制課程具有如下特點(diǎn)：1.應(yīng)用性強(qiáng)。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在十分廣泛的領(lǐng)域內(nèi)獲得越來(lái)越多的應(yīng)用，在新型工業(yè)化中起著不可缺少的重要作用。2.更新性強(qiáng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制理論的不斷發(fā)展，其教學(xué)內(nèi)容也不斷更新。3.綜合性強(qiáng)。涉及電子技術(shù)、自動(dòng)控制理論、過(guò)程控制、微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用等多方面的知識(shí)，綜合了許多的基礎(chǔ)理論和前期課程。4.實(shí)踐性強(qiáng)。本課程是典型的需要理論聯(lián)系實(shí)際，要求學(xué)生理論分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)三位一體，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)、技術(shù)與工程一體化的意識(shí)和能力的課程。

二、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)教學(xué)中存在的問(wèn)題

通過(guò)對(duì)省內(nèi)多所開(kāi)設(shè)有計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程的理工類和綜合類本科院校的教學(xué)過(guò)程和教學(xué)效果進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)以下問(wèn)題：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的教學(xué)過(guò)程仍是以教師為主體的傳統(tǒng)授課方式，老師授課學(xué)生聽(tīng)講；課內(nèi)實(shí)驗(yàn)大多為驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，學(xué)生發(fā)揮自主能動(dòng)性的機(jī)會(huì)很少，造成了學(xué)生的實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)培養(yǎng)不夠，學(xué)習(xí)效果不佳。

分析造成此種結(jié)果的原因，主要有以下幾個(gè)方面：1.教師方面：教師的授課重點(diǎn)更多地放在了理論知識(shí)的傳授上，而對(duì)于知識(shí)的實(shí)際運(yùn)用比如系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的團(tuán)隊(duì)合作等往往被放在了次要的位置；2.教材方面：大多數(shù)教材在設(shè)計(jì)中以控制系統(tǒng)各組成部分的介紹和理論推導(dǎo)為主，實(shí)際的案例很少，針對(duì)案例的分析和講解更少，對(duì)學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力的培養(yǎng)很難起到明顯的作用；3.課程安排方面：理論課和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐學(xué)時(shí)差別較大，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容同實(shí)際工程應(yīng)用相脫離，使得學(xué)生難以在實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)中得到實(shí)際的工程經(jīng)驗(yàn)；4.考核方面：以出勤、作業(yè)成績(jī)和考試成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，沒(méi)有對(duì)學(xué)生的應(yīng)用能力和實(shí)踐能力進(jìn)行考核，導(dǎo)致大部分學(xué)生不重視實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。

三、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)教學(xué)方法改革的研究與探索

我們通過(guò)廣泛調(diào)研兄弟院校、畢業(yè)生用人單位的培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)和反饋信息，在深入分析現(xiàn)在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程教學(xué)過(guò)程中存在的不足之處的基礎(chǔ)上，提出以下改革方案：基于系統(tǒng)工程理論，加強(qiáng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)和創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)節(jié)，同步提升學(xué)生的理論水平和實(shí)踐動(dòng)手能力；同時(shí)，將“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”的理念引入計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的教學(xué)中，以提高學(xué)生“學(xué)以致用”的綜合素質(zhì)和動(dòng)手能力，為國(guó)家培養(yǎng)出適應(yīng)新環(huán)境的高素質(zhì)的，具有創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力的綜合性應(yīng)用型人才。

（一）基于系統(tǒng)工程理論，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)觀念

系統(tǒng)觀念的建立是工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生所應(yīng)達(dá)到的最終培養(yǎng)目標(biāo)之一，需要教師在傳授知識(shí)的過(guò)程中潛移默化地教導(dǎo)學(xué)生，使其從思想上重視系統(tǒng)理論，自覺(jué)地在日常學(xué)習(xí)中樹(shù)立系統(tǒng)觀念。系統(tǒng)觀念的樹(shù)立應(yīng)該從多方面入手進(jìn)行指導(dǎo)，包括指導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)地看待問(wèn)題，教育學(xué)生系統(tǒng)地思考問(wèn)題，指導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)地解決問(wèn)題。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程教學(xué)本身就是一個(gè)系統(tǒng)工程，它和多門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課息息相關(guān)，比如電路，電子技術(shù)，單片機(jī)技術(shù)等，還和多門(mén)專業(yè)課相關(guān)，比如自動(dòng)控制原理，電力電子技術(shù)等。因此需要從相關(guān)的專業(yè)基礎(chǔ)課開(kāi)始進(jìn)行系統(tǒng)的專業(yè)知識(shí)培養(yǎng)，循序漸進(jìn)、潛移默化地進(jìn)行系統(tǒng)觀念的培養(yǎng)。在這個(gè)系統(tǒng)工程中，教師不僅是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理論技術(shù)知識(shí)的傳授者，更重要的是還要充當(dāng)學(xué)生系統(tǒng)觀念培養(yǎng)的引路人。要將控制系統(tǒng)的思想內(nèi)核及方法應(yīng)用到計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的教學(xué)實(shí)踐中，用系統(tǒng)方法論對(duì)該課程的理論和實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行改革研究，從而達(dá)到使該課程的教學(xué)系統(tǒng)工程最優(yōu)化的目的。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是一門(mén)高度綜合的課程，是元件與系統(tǒng)的結(jié)合，硬件與軟件的結(jié)合，強(qiáng)電與弱電的結(jié)合，算法研究與程序?qū)崿F(xiàn)的結(jié)合。因此，我們?cè)诮虒W(xué)組織上要通過(guò)對(duì)這四個(gè)結(jié)合的論述和理解，使學(xué)生樹(shù)立系統(tǒng)設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)意識(shí)和全局優(yōu)化意識(shí)，提高學(xué)生用科學(xué)的方法論指導(dǎo)課程學(xué)習(xí)的自覺(jué)性。

（二）加強(qiáng)課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，做到“三有、兩嚴(yán)、一寬”

專業(yè)課程設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)教學(xué)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)觀念的重要環(huán)節(jié)之一，它要求學(xué)生在此過(guò)程中必須運(yùn)用系統(tǒng)論的方法，系統(tǒng)地看待和分析問(wèn)題，系統(tǒng)地思考和解決問(wèn)題。為了系統(tǒng)地訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決本專業(yè)方向的實(shí)際問(wèn)題的能力，我們采用了如下措施。首先為了保證時(shí)間的充裕性，將計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)時(shí)間定為6周。其次要做好前期準(zhǔn)備工作，教師需要先把計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)的要求知會(huì)每一位學(xué)生，這些要求分布在任務(wù)書(shū)和指導(dǎo)書(shū)中。學(xué)生要認(rèn)真閱讀和領(lǐng)會(huì)任務(wù)書(shū)和指導(dǎo)書(shū)的內(nèi)容，做到心中有數(shù)，以便能夠在接下來(lái)的工作中系統(tǒng)地分析設(shè)計(jì)任務(wù)。分析任務(wù)的步驟完成后，學(xué)生將會(huì)依據(jù)自身?xiàng)l件在網(wǎng)絡(luò)上或者圖書(shū)館內(nèi)查閱相關(guān)專業(yè)技術(shù)資料，系統(tǒng)地了解實(shí)際系統(tǒng)的組成、原理和設(shè)計(jì)過(guò)程，系統(tǒng)地思考解決問(wèn)題的方法。然后教師會(huì)根據(jù)學(xué)生對(duì)課題的了解情況合理地分組，一般是5人分為1個(gè)小組，小組內(nèi)選出小組長(zhǎng)一名，負(fù)責(zé)課程設(shè)計(jì)工作的總體安排和協(xié)調(diào)。要求每個(gè)小組在課程設(shè)計(jì)的各個(gè)階段均需撰寫(xiě)相應(yīng)的設(shè)計(jì)進(jìn)展報(bào)告，以便教師能夠根據(jù)各組的進(jìn)展情況有針對(duì)性地進(jìn)行指導(dǎo)。最后是課程設(shè)計(jì)的總體評(píng)價(jià)機(jī)制，我們會(huì)綜合考慮學(xué)生在課程設(shè)計(jì)中的表現(xiàn)，如日常出勤、報(bào)告撰寫(xiě)、實(shí)際作品的運(yùn)行情況、程序編寫(xiě)的合理性和效率、最后答辯表現(xiàn)等因素，最終綜合評(píng)定課程設(shè)計(jì)總成績(jī)。答辯環(huán)節(jié)是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)中非常重要的一環(huán)，它不但能夠有效地檢驗(yàn)學(xué)生設(shè)計(jì)任務(wù)的完成情況，而且能夠便于教師發(fā)現(xiàn)學(xué)生在過(guò)程中存在的薄弱環(huán)節(jié)。通過(guò)對(duì)每個(gè)學(xué)生在答辯過(guò)程中體現(xiàn)出的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)，就能夠在今后的課程設(shè)計(jì)中有針對(duì)性地進(jìn)行改進(jìn)，從而達(dá)到提高教學(xué)效果和效率的目的。

在課程設(shè)計(jì)的實(shí)際操作中，教師要做到“三有、兩嚴(yán)、一寬”?！叭小奔从兄笇?dǎo)性的時(shí)間和內(nèi)容的安排計(jì)劃；有加強(qiáng)能力培養(yǎng)的具體目標(biāo)；有切實(shí)可行的操作規(guī)程，保證把能力培養(yǎng)落到實(shí)處?！皟蓢?yán)”即嚴(yán)格要求學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)方案和調(diào)試；嚴(yán)格驗(yàn)收檢查?！耙粚挕奔礊閷W(xué)生創(chuàng)造寬松的學(xué)習(xí)氛圍。

（三）重視課程實(shí)踐教學(xué)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

課程實(shí)踐教學(xué)是對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的補(bǔ)充和升級(jí)，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是在現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)設(shè)備上完成既定的測(cè)試和設(shè)計(jì)，其內(nèi)容和步驟都已限定，學(xué)生自由發(fā)揮的余地較小。針對(duì)課程實(shí)踐教學(xué)的目標(biāo)，我們擬以單片機(jī)為控制器，融合Matlab、Protel及Protues等軟件完成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的課程實(shí)踐。利用Matlab軟件設(shè)計(jì)仿真方案，完成數(shù)字控制器的仿真設(shè)計(jì)和參數(shù)選擇；利用Proteus和Keil軟件設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件仿真系統(tǒng)，使學(xué)生在選擇微處理器、A / D轉(zhuǎn)換器、D / A轉(zhuǎn)換器以及其他典型元器件時(shí)有了更多的自主性；軟件仿真和硬件仿真全部通過(guò)后即可進(jìn)入系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)性實(shí)現(xiàn)階段，學(xué)生通過(guò)Protel軟件繪制電路原理圖和PCB圖，自己制版，焊接，下載程序直至軟硬件調(diào)試成功。實(shí)踐教學(xué)的改進(jìn)，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

四、結(jié)論

本文針對(duì)目前計(jì)算機(jī)控制技術(shù)教學(xué)過(guò)程中普遍存在的問(wèn)題，以適應(yīng)電氣工程專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)為目標(biāo)，結(jié)合本地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展特點(diǎn)與我校該專業(yè)的實(shí)際條件，通過(guò)廣泛調(diào)研兄弟院校、畢業(yè)生用人單位的培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)和反饋信息，對(duì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)專業(yè)課程體系進(jìn)行了改革與實(shí)踐，構(gòu)建了適應(yīng)新環(huán)境條件下的新的教學(xué)理念和教學(xué)方法。主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)包括：提出了基于系統(tǒng)工程理論，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)觀念；進(jìn)行課程設(shè)計(jì)改革，做到“三有、兩嚴(yán)、一寬”。

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程改革方案實(shí)施后，學(xué)生的理論水平和實(shí)踐動(dòng)手能力有明顯提高，使我校的畢業(yè)生就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力大大加強(qiáng)，從而為更好地培養(yǎng)電氣工程復(fù)合型技術(shù)人才打造了科學(xué)的平臺(tái)，也為其他高校尤其是應(yīng)用型二本地方院校人才培養(yǎng)提供了理論依據(jù)和參考價(jià)值。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

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[責(zé)任編輯：鐘 嵐]