以应用型人才培养的计算机控制技术课程教学改革

摘要：“计算机控制技术”是自动化专业开设的重要专业课。针对应用型本科院校中计算机控制技术课程教学中出现的问题，灵活多样地采用教学改革。根据该课程的特点以及课程教学中存在的某些问题，从理论教学、实践教学及考核方式等方面探索了教学改革的一些措施，为深化教学改革进行了有益的尝试，获得了良好的教学效果。

关键词：计算机控制技术；技术应用型本科教育；教学改革；实践教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）38-0093-02

一、引言

计算机控制技术是结合自动控制技术、计算机技术、自动检测和传感技术、微电子等技术逐步发展起来的。随着该技术的发展和普及，控制系统趋向于利用计算机进行控制。计算机控制技术课程是自动化专业普遍开设的一门重要的专业课。自动化专业的学生或从事该专业的工程技术人员需要掌握分析设计与实现计算机控制系统的方法，并能完成控制系统的软件开发、系统安装与调试等[1]。上海电机学院定位为技术应用型本科教育，为了满足本校自动化专业培养人才的要求，在分析了该课程的实践性强的特点以及教学过程中存在的某些问题，从理论教学、实践教学及考核方式等方面进行了教学改革。

二、课程特点及课程教学中存在的问题

计算机控制技术课程安排在第6学期开设，该课程内容既是这些专业的学生毕业设计中要大量运用的，更是学生毕业后从事自动控制系统、智能仪器仪表和机电一体化产品的设计与运行中要长期应用的。在学完本课程后，学生应能根据不同的应用对象，运用离散控制理论，设计符合要求的计算机控制系统。由于该课程涉及的知识面和基础理论较广，具有较强的实践性，与专业课密切相关等特点。在授课中，教师应把有关课程的相关内容融合到该课程中，处理好与先修课程和后续专业课程的关系，形成系统的课程知识体系。

现有的“计算机控制技术”教材种类繁多，就涉及的内容而言，有的偏重于理论分析，有的以单片机为基础，介绍系统的硬件组成和应用软件开发[2]。受课时限制，学生很难全面掌握主要内容，制约了其提高自身应用该课程知识，完成系统的设计分析与安装调试能力。因此，学生在遇到实际问题时，由于缺乏面向工程实际经验，不能从问题本身分析，难以运用综合知识解决问题。这不符合我校应用型本科人才的培养目标。因此我们对该课程内容进行了一些研究与探讨。

三、课程教学改革的思路及对策

1.理论教学改革。（1）正确定位教学目标，优化教学内容。在课程内容设置上应以计算机在控制系统过程中涉及到的技术问题为主，突出实践性。计算机控制系统是一种建立在一整套完整的控制理论基础上的自动控制系统。在确定课程内容时需要考虑理论知识和深度，处理好计算机控制系统的理论知识与应用技术的关系。教师可以尝试选择一两个完整的应用实例，贯穿在整个教学过程中，让学生在开始阶段就对实际的计算机控制系统有感性认识，例如，一种计算机温度控制系统，学生学完第一章对这个系统进行定性分析，使学生对温度控制系统中各组成部分的作用以及系统的工作原理有初步的了解。学完离散控制系统的数学模型理论内容后，学生能够建立温度控制系统的数学模型；在学完控制算法和控制方法后，学生能够利用常用的控制算法或改进控制算法，实现对系统的设计和控制，并能借助于Matlab仿真工具进行建模与仿真；学生在学完计算机控制系统的相关内容后学生可以在实验室实现所设计的温度控制系统。学生在学习该课程的整个过程中，借助于一些应用实例逐步把理论知识转化为实际的系统，提高自己的系统设计与调试能力。（2）改进教学方法，建立以学生为中心的学习模式。启发式、互动式的教学方法易于激发学生听课的热情和积极性，达到加深理解的效果。在教学过程中应注重设计出启发学生思维的问题，尊重学生的主体地位。从工程实际中提出问题或从已有问题中提出新问题容易调动学生的学习积极性，满足学生解决实际问题的好奇心。教师应事先精心研究和设计在授课过程时何时提问，提什么问题。要能根据提出的问题启发学生进行问题分析与讨论，达到解决问题的目的[3]。（3）充分利用现代教育手段。灵活运用传统的黑板教学方法与多媒体等现代化手段，使教学内容易于理解，形象直观地呈现给学生。把自动化监控系统在工业生产现场的视频材料作为教学录像，使学生对计算机监控系统有初步的了解，并让学生感受理论知识的实际运用，扩大知识面。还可以采用Matlab等仿真软件设计一些算法、进行系统建模，增强学生解决实际工程问题的能力。例如，在讲授计算机控制规律如PID数字控制等理论性较强的内容时引入Matlab/Simulink仿真工具，可以把难以理解的理论知识通过仿真模型以图形化的方式向同学演示，从而增加教学信息量。学生可以利用Matlab/Simulink工具建立系统的数学模型，并进行仿真调试与结果分析，总结不同的控制规律对控制结果的影响。（4）鼓励学生探究式或研究性学习。探究式学习是学生在对课程有一定兴趣、带着了解问题或解决实际问题的愿望之后的一种自主性的学习方式。教师要充分发挥引领作用，以保证这种学习持续有效的进行。例如，在讲授PID控制算法及改进的PID控制算法问题后，以作业的方式指导学生学习有关控制技术和控制方法等方面的论文，进行理论推导及分析，对知识进行总结，并在课堂上讨论。通过阅读文献资料，学生会更加清楚地认识到计算机控制技术的应用领域，理解一个控制系统该如何建立，进一步提高学生的分析问题和解决问题的能力。

2.实践教学改革与创新能力的培养。该课程安排了8个课时的实验，在实验过程中注重仿真实验和实物操作相结合，培养学生的理论研究能力和思维能力。在实验教学过程中，发挥学生的主体作用，培养学生的自主学习能力。

实验教学内容的确定。实验内容主要分为验证性实验、设计性实验和综合性实验[4]。验证性实验主要有“A/D转换”、“数字PID控制算法的研究”等。通过此类实验让学生验证实验结果、理解相关的基本理论知识，从而培养学生的实验操作能力。设计性实验主要有“直流电机转速计算机控制”等，通过此类实验学生结合实验要求和条件，自行设计实验方案并加以实现。综合性实验主要有“水箱液位控制系统”等，通过此类实验，学生可运用掌握的综合知识、技能和方法进行的一种复合型实验[5]。

实验类型的改革。增大了设计性和综合性的实验[6]。学生设计并实现简单的控制系统，通过系统搭建和整体调试以提高运用综合知识的能力和动手能力。

增加实践教学环节。本课程增开了1.5周的课程设计，安排在课程教学结束后进行。可由4～5名学生组成一个团队，要求学生结合工程实际，设计完成一个完整的计算机控制系统。通过对计算机控制系统的设计、分析和调试，提高学生的实际应用能力和动手能力，为以后开展毕业设计以及从事实际工程设计、维护等工作打下良好基础。

3.多种考核方式考查学生的综合能力。为激发学生对该课程的学习兴趣，我们对原有的卷面考试和测验的考核方法及考核内容进行了完善，以利于创新精神培养和技术应用能力的提高。评价学生的总评成绩由三部分组成：平时成绩、实验成绩和闭卷考试成绩，比例为2∶2∶6。把课外作业、研究报告作为平时考核内容，增加实验成绩，以调动学生做实验的兴趣和学习主动性。

四、结束语

“计算机控制技术”是自动化专业的一门专业课。根据该课程的特点以及课程教学中存在的某些问题，从理论教学、实践教学和考核方式等方面进行了探讨。理论教学方法的使用效果良好，实践教学环节的改革也在不断地尝试。在教学过程中，结合多种教学方式，激发学生的学习兴趣，提高学生的动手能力和创新精神，增强学生综合运用知识的能力。

参考文献：

[1]陆锋，陈桂，林健.自动化特色专业控制类专业课程改革探讨[J].中国电力教育，2011，（13）.58-59，67.

[2]张向锋，刘军，丁斗章.《计算机控制技术》课程建设探讨[A]//第6届全国高等学校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会论文集[C].2009年8月15-17日.

[3]陈桂，陆锋，宋丽蓉.计算机控制技术课程教学改革研究与实践[J].中国现代教育装备，2009，（3）：52-54.

[4]赵亦欣，唐雁，黄伟.自动化专业实验教学与工程应用整合的研究[J].西南师范大学学报：自然科学版，2009，34（1）：173-176.

[5]张向锋.计算机控制技术课程实验教学实践与探讨[J].实验室研究与探索，2014，33（7）：185-188.

[6]刘为国.《计算机控制技术》课程教学方法改革的研究[J].科技信息，2009，（9）：485.