《计算机控制系统》教学改革的探讨

[摘要]随着现代工业的发展，培养高级应用型技术人才已日益重要。为了培养具有创新精神、实践能力和国际竞争力的高层次应用技术人才，促进学生未来的可持续发展，作为对计算机控制系统（Computer Control Systems）课程的教学改革，调整优化教学内容，引进实施全英文授课。同时，通过课内实验，学生项目，校企合作等多种渠道结合，大大提高了学生的实践能力以及综合应用能力。

[关键词]高层次应用技术人才;可持续发展;计算机控制系统;全英文授课;校企合作

Abstract： Along with the development of modern industry， it has become increasingly important to cultivate high-grade engineers. In order to cultivate innovative and practiced， high-grade engineering talents with international competitiveness， to improve the future sustainability for the development of our students， as a teaching reform for the course “Computer Control Systems”， we reorganized the course contents and implemented teaching-in-English. Meanwhile， the practical abilities and integrative abilities of students were highly enhanced by implementing in-course labs， student projects， and University-Enterprises Cooperation activities.

Keywords： high-grade engineers，sustainability for the development of students，Computer Control Systems，teaching-in-English， University-Enterprises Cooperation

近年来，能源、动力等各行业在向着大型化、自动化、高效化、节能化、环保化的方向加快发展，相关的控制工程要求也越来越复杂。这些行业高层次自动化专业技术人才对计算机控制先进应用技术的掌握需求也更为迫切。为此，作为电气工程及其自动化类专业四年级上学期专业主干课程，我校（上海应用技术学院）开设了计算机控制系统（Computer Control Systems），它也是自动化专业的核心课程。

《计算机控制系统》综合了计算机控制系统的控制理论和先进的应用技术，因此是一门理论与实践密切联系的课程。关于该课程的教学展开及教学改革，许多高校都进行了有益的探索[1-5]。目前，国际上几乎所有研究型院校在本科高年级或者研究生学习阶段都开设有本课程。传统上，在这些高校中，本课程往往更多地偏重于理论内容。

近几年来，为了突出培养具有创新精神、实践能力和国际竞争力的新型高层次应用技术人才，我们在上海市教委开展的“上海高校示范性全英语教学课程建设项目”、本校开展的“校企合作课程建设项目”等的支持下，对本课程的教学进行了一系列改进研究[6]，下面展开谈谈我们在教学改革中的体会。

1、优化教学内容，注重学生可持续发展力

（1）理论与实践平衡发展

作为应用技术大学，与前面提到的传统教学内容更偏重甚至只注重高深的理论有所不同，过去我校的《计算机控制系统》理论部分比较浅显，更为偏向技术应用。这是我校该课程的一个特色。相应的，对于一些重要的基础理论知识（例如采样定理），往往只讲结论。然而，在几年的教改探索与实践中我们发现，这样的点到即止，容易造成学生知其然而不知其所以然的现象。而另一方面，一些偏技术应用的内容，可能会在授课时讲过部分或全部，在课内实验或课程配套的学生项目中又会重复讲到。因此，为促进学生的可持续发展，我们对课程的理论与实践内容作了进一步的调整与平衡，适当增加了对基础理论的讲解，增加一些相关背景知识（例如，在讲采样定理时，加讲频率混叠等相关知识），让学生在了解了理论的来龙去脉后，再讲应用，一则容易理解，同时也更加深了他们的印象，学习效果明显。

（2）多方位提高学生综合能力

在教学过程中，为了让学生对所学知识有直观生动的理解，除了举一些实例外，配合仿真演示也是很有效的手段。例如：学过PID控制及各种改进方法，史密斯预估控制等控制策略后，在课堂上搭建仿真模型，进行演示、比较不同控制策略的效果，以促进学生对课程内容的更好理解。在仿真软件的选取上，我们选择了开源软件SCILAB，这也是近年来在包括德国、法国等许多欧美国家的高校中更为常用的仿真软件。对于学生将来的实践以及工作而言，在能用计算机进行控制的同时，能用计算机进行仿真无疑也是个实用的辅助能力。虽然对仿真分析软件（如Matlab）的使用学习有另外作为选修课开设，但许多同学或者因为时间关系，或者因为兴趣关系，并不会选修，之前对这方面知识的接触也不多。由于本课程在内容设置上更多侧重于介绍组态软件等工业应用软件，没有专门课时让学生系统学习计算机仿真软件。但是，通过采用在课堂上当场进行模型搭建、仿真演示，同时配合简单的讲解，不断地潜移默化间，学生还是掌握了一定的计算机仿真能力，综合能力得到了提高，同时也为有需要的学生将来的进一步研究深造打下了基础。

（3）增强国际竞争力

计算机控制系统本身涉及大量不断推出的前沿技术，其中许多来自于欧美发达国家。这在未来的工作中，对学生的国际竞争力提出了较高的要求。首先他们要在具有较高的英语应用能力的基础上，熟练掌握计算机控制系统的专用术语词汇。他们不但要能适应国际化的工作环境，还需要有能力不断地直接更新、学习这些日新月异的新技术。

为此，作为本课程改革的一部分，我们把英语教学引进了课堂中，与许多欧美国家的高校一样，采用经典的英文教材，制作全英文课件，包括平时的作业以及考试，也都全部使用英文进行。课程建设的实践表明，全英文教学一定程度提高了学生的英文应用能力，大大扩大了他们对原文专业术语（尤其是中外业界说法不一一对应的专业术语）的掌握，增加了他们对专业新技术的了解，最终提高了他们进行专业层面国际交流和学习、工作的兴趣与能力。一个意料之外的效果是：目前一些学生已经主动开始尝试用英文进行专业小论文的撰写。

2、加强实践性，引进校企合作环节

为了顺应培养高层次应用人才的要求，除了在课堂讲授中增加实例案例外，我们从课堂实验，学生项目和校企合作三方面入手，从而有效增强学生实践应用能力。

《计算机控制系统》是一门综合性较强的课程。学生在学习了必要的理论知识后，对于如何正确实施数据的输入输出，采取合适的控制策略组建控制系统有了基础的认识，但是依然缺少综合直观的印象及动手实践。因此，在本课程的理论课之外，需要进行实验实践的训练，这包括课内的实验环节以及理论课讲授全部结束之后另外配套一到一周半的学生项目环节。这两个动手实践环节都是学生学习的必要部分，除了对已学过的理论课知识进行加深巩固之外，还起到补充知识的功能。

（1）课内实验

课内实验的成功完成是学生能参加课程考试的前提条件。通过课内实验，可以促进学生对基础知识的理解与掌握，加深巩固理论知识，为之后的实际运用筑基。例如：我们在课内实验的环节，设计了简单的模拟量数据输入输出实验，结合VB编程实现人机界面，对指定通道采集到的数据进行A/D转换等处理和显示，同时将相应的数据经过D/A转换后输出。这个过程中，学生建立了一个简单的计算机控制系统结构，对工控机的总线结构，模拟信号、数字信号的理解以及相应的转换处理等有了更直观的印象。另外，对于人机界面的设计，VB的编程也有了一定掌握。因课内实验课时的限制，有关控制及其实现部分的实践训练留待配套的学生项目具体展开。

（2）学生项目

学生项目环节中，学生可以有充分的时间，在进一步了解一般计算机控制系统类型的基础上，利用实验室的设备以及数据采集模块等，来完成一个小型直接数字控制系统的设计、搭建以及调试运行。

与课内实验不同，学生从现场的数据测量，传输，采集，转换，数据处理，运算到数据的输出和执行都一一参与设计及实施。整个过程中涉及到的知识面范围较广，包括测量变送，数据的输入输出通道，外设的驱动及通信，数字滤波及数据处理，控制策略的选择、改进及实现，参数的整定，抗干扰及可靠性技术等等。这些内容在理论课中都已学过，但是学生当时明白、理解了，考试没问题，也不一定代表真正深入吸收和能自由熟练地应用。在学生项目中，通过设计到实现的过程，就是从不懂到懂，从知道到理解，从明白到深刻的过程。

此外，为了建立自动控制系统，学生还需要学习及使用相关的组态软件，编制友好的人机界面。考虑到时间以及理解效率的关系，在理论课讲授部分，组态软件的知识我们只是稍做介绍，没有涉及具体的编程及应用。实验时，指导学生边学边做，边试边做，效果在软件学习的同时得以即时展示，学生的学习兴趣及成果感大大上升，学习效率极大提高。

控制系统软、硬件搭建好之后，需要不断调试运行，达到要求的控制性能。在前面高效学习的基础上，学生的学习热情高涨，为了取得更好的控制性能指标，主动查阅参考资料，与教师深入探讨，积极思考控制策略改进方案。调试时不断发现、总结以及验证经验、知识带来的成就感使一些学生在课后依然不愿离开实验室，一遍遍进行尝试、思考以及改进，促进了对计算机控制系统的设计原则和步骤的掌握，最终出色完成了任务。正如他们自己回顾实验过程时所说的，这样的学生项目对于他们对理论课知识的系统巩固、实践能力的提高非常有价值，希望能多些这样的机会。

（3）校企合作

直接数字控制作为一类典型的计算机控制系统得到较广的应用。然而，当前计算机控制系统向网络化、集成化、分布化和节点智能化的方向在迅速发展，相关的技术更是日新月异。由于或者是新技术的研发者，或者是新技术的使用者，这方面，企业往往就是新技术的风向标。与企业合作，不但能为学生增加经验，提高工作能力，还能直接有利于他们对新技术的及时更新掌握。为此，近年来，我校与Rockwell Automation公司签署了全面战略合作协议，并共同建设自动化技术应用研究工程中心。

在理论授课时，对于这类不断更新发展的技术部分，我们引入校企合作。有三分之一的课时，请企业中的专家直接进课堂，为学生讲授最新的控制网络技术。企业专家有丰富的一线工程经验，在授课过程中，除了传授最新的技术外，亦能随时指点学生工程中的注意事项。例如，在讲到集散控制系统时，我们请罗克韦尔自动化的专家为学生分别从A-B PLC的网络构架、硬件体系、软件构成几方面入手，系统介绍了相应最新技术、产品及特点。专家的丰富案例，结合校企共建的集散控制系统实验平台演示，不但促进了学生对原本看起来杂散、枯燥、虚幻内容的理解，同时也提高了学生的实践能力。

3、结束语

本课程教学改革近年来的效果和经验表明，合理调整优化教学内容，引进全英文授课，通过课内实验，学生项目以及校企合作等多方面增强实践环节，对培养具有创新精神、实践能力和国际竞争力的高层次应用技术人才起到了较好的促进作用。

参考文献

[1]温淑慧.计算机控制技术实验教学改革初探[J].教学研究，2010（06）：59-61.

[2]李云霞，康波，邹见效.《计算机控制系统》教学改革思路和实践[J].实验科学与技术，2012（02） ：70-72.

[3]项雷军，洪雪梅，郑力新，徐园园.基于能力培养的计算机控制系统课程教学改革探究[J].中国现代教育装备，2014（17）：65-67.

[4]朱永红，刘蜀阳，王建宏.基于CDIO理念《计算机控制技术》一体化教学改革与实践[J].景德镇学院学报，2015（03）：41-44.

[5]张燕红.“卓越计划”平台下的“计算机控制技术”教学探讨[J].常州工学院学报，2015（Z1）：65-67.

[6]李丹菁，王建华，陈岚，万衡.新型应用技术大学建设的几点教学思考[J].高教学刊，2016（2）.

作者简介

林伟（1967-），男，上海人，学历：硕士，工作单位：上海应用技术学院，讲师，研究方向：电子技术教学科研。