淺析計算機控制技術(shù)課程實踐教學(xué)探索
論文關(guān)鍵詞：計算機控制技術(shù) 實踐教學(xué) 課程建設(shè) 教學(xué)研究
論文摘要：計算機控制技術(shù)課程是電氣信息類工科專業(yè)的主干專業(yè)課之一，對其課程教學(xué)實踐進行探索是十分必要。針對計算機控制技術(shù)課程的特點，從實驗教學(xué)、課程設(shè)計及其他實訓(xùn)環(huán)節(jié)的內(nèi)容進行了探討，采用靈活多樣方式進行實踐教學(xué)改革，培養(yǎng)學(xué)生獨立分析和解決問題的能力，為深化教學(xué)改革進行了有益的嘗試，獲得良好的教學(xué)效果。
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的諸多領(lǐng)域中，人們廣泛地使用計算機作為控制器來實現(xiàn)自動控制系統(tǒng)。計算機控制技術(shù)是融合了計算機技術(shù)和自動控制理論后發(fā)展起來的理論性和實踐性很強的一門交叉學(xué)科，它是高等學(xué)校中自動化、電氣工程及其自動化等專業(yè)的一門重要的專業(yè)主干課程。學(xué)習(xí)本課程應(yīng)從工程技術(shù)角度出發(fā)，要注重理論與應(yīng)用結(jié)合、設(shè)計與實現(xiàn)結(jié)合，注重系統(tǒng)性和實用性，要求學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)掌握如何利用計算機控制生產(chǎn)過程的基本原理，并基本掌握計算機控制系統(tǒng)的分析設(shè)計與實現(xiàn)方法及計算機在工業(yè)過程控制應(yīng)用中的各種技術(shù)。本課程的特點是理論和實踐是密切聯(lián)系的，由于本課程的這種特點，使得學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)階段很難領(lǐng)悟計算機控制技術(shù)的精髓，并將其應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)過程。計算機控制技術(shù)是一門實踐性極強的應(yīng)用性學(xué)科，本課程實踐教學(xué)是幫助學(xué)生學(xué)好這門課程的一項重要手段。
1目前課程教學(xué)中普遍存在的問題
學(xué)生在完成計算機控制技術(shù)課程學(xué)習(xí)之后，一般應(yīng)掌握本課程介紹的基本原理，完成簡單計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計、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，仍無法完成計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作，主要存在以下幾個方面問題：
(1)計算機控制技術(shù)是一門多學(xué)科、多課程相關(guān)、實踐性強的課程。目前的計算機控制技術(shù)教材，在內(nèi)容設(shè)置上或是偏重于理論分析或是以單片機和其他接口芯片為基礎(chǔ)，討論系統(tǒng)的構(gòu)成和相應(yīng)的應(yīng)用軟件設(shè)計開發(fā)的一般步驟，按這類教材組織教學(xué)，學(xué)生難以在規(guī)定的課時內(nèi)全面掌握該課程的主要內(nèi)容，從而制約了學(xué)生應(yīng)用課程知識解決實際問題的能力。
(2)學(xué)生缺乏面向工程實踐的機會，學(xué)生能學(xué)好課程的書本內(nèi)容，通過課程理論考核沒有問題。但是一旦遇到實際問題，他們往往不能從問題本身出發(fā)，而從書本出發(fā)，導(dǎo)致難以綜合運用解決實際問題。
(3)理論教學(xué)、實驗教學(xué)等實踐環(huán)節(jié)不能有機結(jié)合。有的高校實驗條件差，實驗教學(xué)主要以驗證性、演示性實驗為主，缺乏綜合性操作訓(xùn)練項目，實踐學(xué)時少等極大限制學(xué)生實踐能力的提高。課堂理論教學(xué)過程枯燥，學(xué)習(xí)效果差。
2實踐教學(xué)的探索
目前社會對高等學(xué)校工科專業(yè)畢業(yè)生的知識能力和素質(zhì)結(jié)構(gòu)，尤其是實踐動手能力、工程意識與創(chuàng)新思維的培養(yǎng)方面提出了新的要求，原有的實踐教學(xué)模式已不能培養(yǎng)符合現(xiàn)代經(jīng)濟發(fā)展與市場經(jīng)濟需求的生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用型人才，很多高校傳統(tǒng)的實踐教學(xué)都是附屬于理論課而設(shè)置的實驗、實習(xí)和課程設(shè)計。近年來高校擴招后高等教育向大眾化發(fā)展，學(xué)生面臨著較大的就業(yè)壓力，直接反映在畢業(yè)生就業(yè)方面，要擺脫所面臨的困境，就必須培養(yǎng)社會所需要的實踐能力強、真正具有工程意識和一定創(chuàng)造性的應(yīng)用型人才。
加強計算機控制技術(shù)課程實踐教學(xué)的探索很有必要。下面從實驗教學(xué)、課程設(shè)計和其他的實訓(xùn)輔助教學(xué)環(huán)節(jié)出發(fā)，探討如何提高課程實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)質(zhì)量，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)生的實踐能力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神。
2.1 實驗教學(xué)的探索
實驗是培養(yǎng)理論聯(lián)系實際、動手能力、嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度和科學(xué)研究方法的重要手段，因此多數(shù)學(xué)校選擇了最基礎(chǔ)的且有較高實用價值的實驗項目。然而一些實驗內(nèi)容又多是驗證性的，專業(yè)所需的實踐能力、工程意識與創(chuàng)新精神得不到系統(tǒng)的培養(yǎng)與訓(xùn)練。我們目前的實驗系統(tǒng)是已經(jīng)使用多年的西安唐都公司的TD-ACC計算機控制實驗系統(tǒng)，缺點是實驗項目有限。我們計劃在原來實驗設(shè)備的基礎(chǔ)上，設(shè)計一些新的實驗方案，花費較少的經(jīng)費，提升實驗教學(xué)效果。根據(jù)我們的調(diào)研，可以利用Matlab軟件，設(shè)計仿真實驗方案，如數(shù)字PID控制器、最小拍計算機控制系統(tǒng)設(shè)計實驗，這些理論性很強的實驗用Matlab軟件來作為原實驗的補充，這些補充部分學(xué)生在實驗前通過個人電腦可以自己做些準備，增強學(xué)生的主動性，對于學(xué)生深入理解該實驗有很大幫助。
另一方面，我們利用Proteus軟件，設(shè)計了計算機控制系統(tǒng)輸入輸出通道實驗，使學(xué)生有更多的自主性，解決實驗設(shè)備接線固定呆板的缺陷，使得學(xué)生在選擇ADC和DAC這些典型器件時有了更多的余地，對端口譯碼電路的設(shè)計理解更加透徹。這樣設(shè)計實驗，可以減少驗證性實驗內(nèi)容，增大設(shè)計性、研究性的實驗內(nèi)容，學(xué)生根據(jù)提出的功能要求和性能指標，由學(xué)生自己完成系統(tǒng)的設(shè)計和實驗等工作。學(xué)生自主性得到充分的發(fā)揮，由學(xué)生以自由靈活的方式來完成實驗，以激發(fā)其積極性，增強了學(xué)習(xí)興趣，提高了實驗的效果。
2.2 課程設(shè)計教學(xué)之探索
計算機控制技術(shù)的課程設(shè)計是本課程教學(xué)中的一項重要內(nèi)容，是完成教學(xué)計劃達到預(yù)期教學(xué)目標的重要環(huán)節(jié)，是教學(xué)計劃中綜合性較強的教學(xué)環(huán)節(jié)，它對幫助學(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。本課程設(shè)計的目的是通過解決某個實際問題，鞏固和加深計算機控制技術(shù)課程中所學(xué)的理論知識解決實際問題的能力，基本掌握計算機控制系統(tǒng)的一般設(shè)計方法，提高計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計和分析能力，為以后從事生產(chǎn)和科研工作打下一定的基礎(chǔ)。
目前多數(shù)學(xué)校在課程設(shè)計時采用的方法是在計算機控制實驗設(shè)備的基礎(chǔ)上，完成一些綜合性較強的系統(tǒng)設(shè)計題目，比如在TD-ACC計算機控制實驗系統(tǒng)上可以完成基于8088微處理器的直流電機閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)、溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)等設(shè)計課題。缺點是系統(tǒng)的框架固定，可選范圍有限。
針對課程設(shè)計，我們擬以單片機為控制器完成計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計，融合Matlab和Protues等軟件。利用Matlab在建立控制系統(tǒng)模型的優(yōu)勢，以Matlab軟件作為課程設(shè)計的理論仿真平臺，加深學(xué)生對計算機控制理論的理解和應(yīng)用。另一方面，在Proteus平臺和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、程序編寫、調(diào)試、仿真運行的整個過程，可以鍛煉學(xué)生解決問題的能力。因此我們設(shè)計了基于Protues的單片機步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計、倉庫溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計、加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計等課程設(shè)計課題，作為對原有課題的補充，解決了原有實物設(shè)計系統(tǒng)的不足，拓寬了課程設(shè)計范圍。
2.3 重視輔助實訓(xùn)環(huán)節(jié)的探索
高等工科學(xué)校是培養(yǎng)社會所需要的有一定理論知識、實踐動手能力強、具有工程意識和一定創(chuàng)造性的高等技術(shù)應(yīng)用型人才，因此，要完成這一培養(yǎng)目標，我們就必須重視實訓(xùn)環(huán)節(jié)。我們學(xué)院不斷加強實踐教學(xué)與管理改革，創(chuàng)立了創(chuàng)新實訓(xùn)基地，以綜合、設(shè)計創(chuàng)新實訓(xùn)為主，實訓(xùn)形式豐富多樣，有綜合性設(shè)計、計算機仿真、創(chuàng)新設(shè)計、實物制作與競賽，并不斷加強實訓(xùn)基地和課程教學(xué)的聯(lián)系，目前實訓(xùn)基地已經(jīng)有專人管理，走上了規(guī)范化的教學(xué)管理軌道。
為配合本課程，我們學(xué)院組織一些動手能力強、有興趣的同學(xué)成立實訓(xùn)小組，利用課余時間進行培訓(xùn)，指導(dǎo)教師只給出訓(xùn)練項目的基本要求、所要實現(xiàn)的功能和性能指標，系統(tǒng)設(shè)計、元件選用、PCB板制作、焊接工藝和電路調(diào)試等環(huán)節(jié)，均由學(xué)生獨立完成，以加強學(xué)生的工程意識與實際應(yīng)用能力，并要求學(xué)生對一些課題的設(shè)計制作具有創(chuàng)新性。學(xué)生還通過到產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的企業(yè)實習(xí)、參與教師所承擔(dān)的工程課題工作等，進一步培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力，如完成智能溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計、循環(huán)溫度檢測儀等項目。盡管這種形式靈活的環(huán)節(jié)目前面向的學(xué)生人數(shù)不是很多，但是結(jié)出了甜美的果實。經(jīng)實訓(xùn)基地訓(xùn)練的一批學(xué)生獲得了優(yōu)良成績，我院學(xué)生于近幾年連續(xù)在全國大學(xué)生電子設(shè)計等競賽中獲獎。
3結(jié)束語
通過對計算機控制技術(shù)課程教學(xué)過程中存在的問題進行探討，我們認識到實踐教學(xué)環(huán)節(jié)在本課程教學(xué)中的重要作用，在具體實施實驗教學(xué)、課程設(shè)計教學(xué)和其他輔助實訓(xùn)教學(xué)等方面做了一些探討，在教學(xué)實踐過程中積累了一些經(jīng)驗，取得了較好的教學(xué)效果。重視計算機控制技術(shù)課程實踐改革，可以提高課程實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的實踐能力，培養(yǎng)其創(chuàng)新精神。同時，我們發(fā)現(xiàn)提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果、培養(yǎng)學(xué)生獨立動手能力和分析解決問題的能力，是一個值得我們不斷研究的課題。我們在實際教學(xué)中尚存在一些問題和不足，希望在今后的教學(xué)研究和教學(xué)實踐中，可以進一步探索出更好的方法，提高學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力。
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