計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程教學(xué)改革的實(shí)踐與探索

1、 “計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”課程教學(xué)改革的實(shí)踐與探索 摘要從“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”課程的培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā)，分析了課程的特點(diǎn)與難點(diǎn)，介紹了課堂與實(shí)踐教學(xué)的具體改革方法。關(guān)鍵詞計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 教學(xué)改革 教學(xué)研究一、引言“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”是自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)主干課。屬于自動(dòng)化專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生具有7個(gè)方面的專業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)能力其中之“以單片機(jī)為核心的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用能力，學(xué)生掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、編程、調(diào)試的能力”教學(xué)體系1-2。近年來，隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，它的應(yīng)用在人們的工作和日常生活中越來越普遍，現(xiàn)在可以毫不夸張地說，沒有微型計(jì)算機(jī)的儀器不能稱為先進(jìn)的儀器，沒有微型計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)不能成為現(xiàn)代

2、控制系統(tǒng)。這就要求自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，掌握合理地選擇和組織工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的軟件、硬件、外圍設(shè)備和接口通道以及控制管理生產(chǎn)過程的基本原理和方法，將計(jì)算機(jī)、傳感器、通道和接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制對(duì)象、系統(tǒng)軟件和各種應(yīng)用軟件組織成一個(gè)有機(jī)的整體，形成完整的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，達(dá)到預(yù)定的控制目的3。二、課程教學(xué)改革的背景分析我校自動(dòng)化專業(yè)以培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新素質(zhì)為目標(biāo)，基于“大工程”理念構(gòu)建自動(dòng)化專業(yè)“學(xué)以致用、能力為本、就業(yè)為上”的人才培養(yǎng)模式。通過學(xué)校與企業(yè)的密切合作，以大工程為背景，以工程技術(shù)為主線，提高學(xué)生的工程意識(shí)、工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實(shí)、知識(shí)面寬、實(shí)踐能力強(qiáng)、

3、綜合素質(zhì)高、具備較強(qiáng)的專業(yè)適應(yīng)能力、具有跟隨技術(shù)進(jìn)步，不斷自我完善和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展?jié)摿Φ母呒?jí)工程實(shí)施型人才。培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力就成為這門課程重點(diǎn)，要求學(xué)生在完成計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程學(xué)習(xí)之后，應(yīng)掌握本課程介紹的基本原理，能完成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、編程和調(diào)試工作。但是，大部分學(xué)生在學(xué)完該課程后，仍無(wú)法完成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作，主要存在以下幾個(gè)方面問題：(1) 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是自動(dòng)控制理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合的綜合應(yīng)用技術(shù)，是一門多學(xué)科、多課程相關(guān)、實(shí)踐性強(qiáng)的課程。它實(shí)際上包含著兩部分內(nèi)容：一是計(jì)算機(jī)控制理論基礎(chǔ)，即數(shù)字控制基礎(chǔ)理論；二是實(shí)現(xiàn)技術(shù)，主要包括通道接口技術(shù)

4、與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)。課程涉及面很廣，知識(shí)集成度高5，在專業(yè)的課程體系中具有承上啟下的作用。學(xué)生在學(xué)習(xí)該門課程之中，常常覺得計(jì)算機(jī)控制技術(shù)“內(nèi)容很亂很多無(wú)法融會(huì)貫通”。因此，傳統(tǒng)的教學(xué)模式和教學(xué)方法很難對(duì)本課程取得較好的教學(xué)效果。（2）理論教學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié)不能有機(jī)結(jié)合。課程的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)以驗(yàn)證性、演示性實(shí)驗(yàn)為主，缺乏綜合性應(yīng)用實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新能力上存在不足， 該課程的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)很難實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)，難以加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的工程訓(xùn)練。（3）學(xué)生缺少面向工程實(shí)踐的機(jī)會(huì)。雖然能學(xué)好課程的書本內(nèi)容，通過課程理論考核，但是一旦遇到實(shí)際問題，他們往往不能從問題本身出發(fā)，而從書本出發(fā)，導(dǎo)致難以綜合運(yùn)用解決

5、實(shí)際問題。(4) 課程采用統(tǒng)一式教學(xué)方式，不能滿足對(duì)不同層次學(xué)生對(duì)知識(shí)的獲取要求，沒有體現(xiàn)科技創(chuàng)新教育與實(shí)踐教學(xué)在培養(yǎng)創(chuàng)新人才中的重要作用。三、改革的基本措施（一）課堂教學(xué)方法的改革1.激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性“興趣是最好的老師”，激發(fā)學(xué)生的興趣是學(xué)習(xí)的關(guān)鍵所在。打破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，初次講授，教師便以一個(gè)簡(jiǎn)單的學(xué)生理解較容易的例子，（例如以學(xué)生接觸過的過程實(shí)驗(yàn)裝置的液位控制系統(tǒng)為例）詳細(xì)講解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成、設(shè)計(jì)原理與方法、調(diào)試、軟件編程等方面內(nèi)容并提供多種可選方法，擴(kuò)展學(xué)生的視野，讓學(xué)生了解計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的實(shí)用性，清楚學(xué)習(xí)方向，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，把以往教師的“

6、滿堂灌”填鴨式教學(xué)變成學(xué)生自主式學(xué)習(xí)。2.引入案例教學(xué)法，突出學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力案例教學(xué)法指教師從實(shí)際事物中選取蘊(yùn)含著本質(zhì)因素的教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生通過這種案例的學(xué)習(xí)與研究，從個(gè)別到一般，理解和掌握帶普遍性、規(guī)律性的系統(tǒng)科學(xué)知識(shí)，提高智力和能力的一種教學(xué)方法6-7。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程的案例教學(xué)應(yīng)從具體的應(yīng)用實(shí)例入手，例如以鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)為例，讓學(xué)生考慮其中鍋爐汽包液位控制的相關(guān)一系列問題，包括液位如何檢測(cè)、采集、送入計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)對(duì)收到的數(shù)據(jù)如何處理、對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出什么樣的控制信號(hào)；控制信號(hào)又如何能送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)上等問題。由問題驅(qū)動(dòng)展開對(duì)理論知識(shí)的探討學(xué)習(xí)，使學(xué)生從被動(dòng)變?yōu)?/p>

7、主動(dòng)，真正成為學(xué)習(xí)的主人。實(shí)踐出真知，課堂教學(xué)也是如此，通過現(xiàn)有的案例實(shí)踐，使學(xué)生加深對(duì)“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”課程理論知識(shí)的理解，還可以有效訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。3.應(yīng)用各種先進(jìn)教學(xué)技術(shù)手段隨著現(xiàn)代教育科學(xué)的發(fā)展，將多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)技術(shù)用于課堂教學(xué)，對(duì)學(xué)生感官發(fā)出較強(qiáng)的信號(hào)，有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的吸收，從而促進(jìn)了教學(xué)技術(shù)的信息化，優(yōu)化了教學(xué)過程9-10。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程教學(xué)中圖例較多，應(yīng)靈活采用多媒體教學(xué)手段，同時(shí)利用仿真軟件可自行開發(fā)一些教學(xué)演示實(shí)例。例如，針對(duì)本課程中模擬量輸入/輸出通道的接口技術(shù)、常用控制程序的設(shè)計(jì)部分的內(nèi)容，利用PROTEUS平臺(tái)和KEIL軟件，完成系統(tǒng)從芯片選擇、電路

8、設(shè)計(jì)、程序編寫、調(diào)試、仿真運(yùn)行的整個(gè)過程的講授與演示，提高教學(xué)效果；針對(duì)數(shù)字PID及其算法、直接數(shù)字控制及其算法部分的內(nèi)容，利用MATLAB軟件設(shè)計(jì)開發(fā)一些算法仿真實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生觀察和了解選取不同的參數(shù)、采用不同的控制算法、在不同的信號(hào)驅(qū)動(dòng)下對(duì)系統(tǒng)性能的影響，提高學(xué)生的綜合分析能力,加深對(duì)基本原理和各種控制作用特點(diǎn)的理解，同時(shí)也提高了學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力。其次，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日新月異，可以根據(jù)不同學(xué)生的需要采取網(wǎng)絡(luò)教學(xué)方式，把授課教師關(guān)于這門課程的課件和資料掛在網(wǎng)上供學(xué)生學(xué)習(xí)與參考，通過網(wǎng)絡(luò)與學(xué)生進(jìn)行討論，同時(shí)，可以分享其他院校的教學(xué)內(nèi)容與成果，最終實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享。（二）實(shí)踐教學(xué)方法的改革實(shí)踐

9、教學(xué)采用實(shí)踐能力逐級(jí)進(jìn)階、多元化培養(yǎng)模式。我們利用實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有硬件資源，根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的難易程度把實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)按照“基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)（接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)）設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)（標(biāo)準(zhǔn)PID控制實(shí)驗(yàn)）綜合開放性實(shí)驗(yàn)（溫度閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)）”逐級(jí)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，為課程實(shí)訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、科技創(chuàng)新等實(shí)踐環(huán)節(jié)奠定基礎(chǔ)，然后充分分別向不同層次的學(xué)生進(jìn)行開放，以滿足不同個(gè)性、不同水平學(xué)生的需求，讓他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中體驗(yàn)到研究的樂趣，自覺地開展研究性學(xué)習(xí)。圖1：實(shí)踐能力進(jìn)階、多元化培養(yǎng)模式計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)訓(xùn)是本課程教學(xué)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，是培養(yǎng)學(xué)生“以單片機(jī)為核心的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用能力”的重要環(huán)節(jié)，是教學(xué)計(jì)劃中綜合

10、性較強(qiáng)的實(shí)踐環(huán)節(jié)，它對(duì)幫助學(xué)生全面深入地掌握課程教學(xué)內(nèi)容、培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力、提高學(xué)生全面素質(zhì)具有很重要的意義。本課程實(shí)訓(xùn)的目的是通過解決某個(gè)實(shí)際問題，鞏固和加深計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程中所學(xué)的理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，基本掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法，提高計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析能力，為以后從事生產(chǎn)和科研工作打下一定的基礎(chǔ)。原來學(xué)校在實(shí)訓(xùn)時(shí)采用的方法是在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的基礎(chǔ)上，完成一些綜合性較強(qiáng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)題目，比如在AEDK計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上可以完成基于8088微處理器的直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)、溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)等設(shè)計(jì)課題。針對(duì)系統(tǒng)的框架固定，可選范圍

11、有限的缺點(diǎn)，我們以單片機(jī)為控制器完成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在Proteus平臺(tái)和Keil軟件的支持下，學(xué)生可以完成系統(tǒng)從芯片選擇、電路設(shè)計(jì)、程序編寫、調(diào)試、仿真運(yùn)行的整個(gè)過程，可以鍛煉學(xué)生解決問題的能力。因此我們?cè)O(shè)計(jì)了基于Protues的單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電阻爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等實(shí)訓(xùn)課題，作為對(duì)原有課題的補(bǔ)充，解決了原有實(shí)物設(shè)計(jì)系統(tǒng)的不足，拓寬了課程設(shè)計(jì)范圍。3.3 考核手段的改革在考核過程中，加強(qiáng)平時(shí)成績(jī)和實(shí)踐能力的考核，對(duì)于課上主動(dòng)回答難題、提出獨(dú)到見解或?qū)嶒?yàn)環(huán)節(jié)中表現(xiàn)優(yōu)異的學(xué)生，其平時(shí)成績(jī)和實(shí)驗(yàn)成績(jī)都給予較大幅度的加分。建議平時(shí)成績(jī)和實(shí)驗(yàn)成績(jī)占到總成績(jī)的60%

12、 左右，這樣能大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。對(duì)于實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)可以給出不同難度的題目，讓學(xué)生根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行選題，難度不同，難度分不同，在基本分基礎(chǔ)上，根據(jù)學(xué)生所做課題的難度和完成情況給予適當(dāng)?shù)募臃郑源藖砉膭?lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度（總成績(jī)=基本分+難度分+完成分）。（四）改革的創(chuàng)新點(diǎn)(1)理論教學(xué)內(nèi)容在有重點(diǎn)、分層次地強(qiáng)調(diào)學(xué)科理論系統(tǒng)性的同時(shí)，利用案例教學(xué)法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生從被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)，進(jìn)一步培養(yǎng)和提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。(2)構(gòu)建實(shí)踐能力進(jìn)階、多元化培養(yǎng)模式，勢(shì)必使實(shí)踐教學(xué)達(dá)到“改革實(shí)踐完善 再改革再實(shí)踐再完善”的螺旋上升式教學(xué)模式。(3)改革考核機(jī)制，提高學(xué)生對(duì)培養(yǎng)工程實(shí)踐能力的重

13、視。四、結(jié)語(yǔ)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程是自動(dòng)化專業(yè)的重要專業(yè)課，具有更新快、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，本文從理論教學(xué)方法和實(shí)踐教學(xué)模式兩方面對(duì)課程的教學(xué)進(jìn)行了探索與改革，實(shí)踐證明，有針對(duì)性的教學(xué)、實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐環(huán)節(jié)的改革既鞏固了學(xué)生的理論知識(shí)，又提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，為學(xué)生將來從事相關(guān)工作打下良好的實(shí)踐基礎(chǔ)。當(dāng)然課程教學(xué)模式的改進(jìn)是永無(wú)止境的，為培養(yǎng)出適應(yīng)社會(huì)需求的工程應(yīng)用型人才，還需要在實(shí)踐中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量。Reference1崔桂梅,賈玉瑛.自動(dòng)化專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的改革和實(shí)踐J.實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2009,28(11):114-1162賈玉瑛,崔桂梅.基于微計(jì)

14、算機(jī)控制系統(tǒng)學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)J.實(shí)驗(yàn)室科學(xué), 2011,14(1):113-1153鞠陽(yáng),計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程教學(xué)方法改革探索J.南京工程學(xué)院學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版), 2007,7(1):45-474任彥,崔桂梅.“電氣控制與PLC技術(shù)”教學(xué)改革的探索J.實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2011,30(1):112-1135邢航,張鐵民.“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”教學(xué)改革探索與實(shí)踐J.實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2007,26(12):370-372.6李明,劉洪山.案例教學(xué)法在“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”課程中的應(yīng)用J.中國(guó)電力教育,2009,(130):65-677林麗純,李啟明.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐和探索J.實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2008,(5):36-38.8KatherineK. Merseth. Case Studies in Educatio