宽口径培养模式下“计算机控制技术”的教改与实践

摘要：充分挖掘“计算机控制技术”课程的内在联系，着力构建宽口径教学平台。理论教学进行模块化分解，采用从上到下的教学模式。实践环节构建集验证性、设计性实验和特色性综合设计实验为一体的实验体系。通过设计性和特色性综合设计实验的设置，既保持了课程的统一性，又体现了不同专业的对立性，适应宽口径、高素质、复合型人才培养。

关键词：计算机控制技术；宽口径；教学改革

作者简介：孙坚（1978-），女，山西运城人，三峡大学电气与新能源学院，副教授；王强（1974-），男，江西抚州人，三峡大学电气与新能源学院，副教授。（湖北 宜昌 443002）

基金项目：本文系三峡大学教学研究项目（项目编号：J2011057和1143）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）28-0130-02

当前科学技术呈现出多学科、多领域相互交叉发展的现象，加上人才市场体制的建立，按行业培养学生专业技能的格局，已越来越难以适应人才市场化需求。而当前大学生就业已成为社会关注的焦点，直接关系到家庭、社会与高校的和谐及可持续发展。[1]因此，从培养行业专业人才转变为重基础、宽口径、可适应不同行业需求的高素质、复合创新型人才是保证高校毕业生就业的有力基础。建立与实施大类培养，优化课程结构，加强学科课程和教学教改建设，紧跟技术进步，主动适应人才市场需求是高校教学改革不断深入的基本原则和方向。“计算机控制技术”是工科类电气相关专业主干课程之一，了解和掌握典型控制器件性能，学会以其为核心构建物理控制系统和基本应用技术，是该课程培养学生分析问题、解决问题和创新能力的关键所在，使其学会并掌握使用基于典型控制器进行工业控制系统的设计、安装、调试和参数整定等一般方法和过程以促进毕业生就业质量，增强社会适应力。

一、“计算机控制技术”宽口径平台构建

由教育部1998年7月颁布的《普通高等学校本科专业目录》，把504种专业调整到249种，这为高校拓宽专业口径，改善就业，积极探索新型素质教育，培养复合型人才提供了指导依据。要实现高素质复合型人才培养，就有必要淡化小专业意识，树立起大专业思想。打破工科类电气相关专业近似课程的差异壁垒，求同存异，充分挖掘专业课程的内在联系，对专业基础课、专业综合类课程及实践类课程进行整合，甚至重新设计制订，着力构建完善的“一纲、两体、三化”教学平台，实现理论教学与实践教学、课堂教育与课外自学的相互融合及补充。

“一纲”，即一门课程一份教学计划大纲。它对理论课程教学目的、深度及知识体系、教学进度和教学法进行了统一规定。以2011教学大纲为例，热能与动力工程、机械工程及其自动化、电气工程及自动化、自动化、电子信息等专业都开设“计算机控制技术”课程。原教学大纲分专业设置，教材、教学时数略有差异，现学大纲和教学要求。采取就高不就低的原则，教材和教学内容以自动化专业为标准，统一调整为32学时，并整合教师资源成立课程教研组，负责课程的建设与教学实施。

“两体”，即实践环节主体和理论教学主体。专业导师通常在“计算机控制技术”理论课程接近尾声时，根据专业设置情况开设专业导论课，介绍各专业最新前沿发展动态，以帮助学生更好地了解各专业学习内容及研究方向，使其结合自身兴趣爱好和能力，合理选择后期实践性教学内容。

“三化”，即教学过程的全程化、全员化和个性化。全程化，指的是不论在理论教学环节，还是在实践教学环节，每个工作日都安排老师进行答疑。全员化即“计算机控制技术”课程教研组成员人人参与，建立面向全体学生服务意识和健全答疑制度。个性化指导，主要以提高学生专业技能和就业竞争力为目标，对每一专业、每一个实践小组进行“综合设计一对一，指导服务一对一”的培养模式。

二、“计算机控制技术”理论教学模式改革

1.教改原则

在以往的计算机控制教学实践中，大多采用条块分割，按章逐节进行讲解。本次教改过程中，把计算机控制课程视为一个完整的系统（如图1所示），通过引导学生用系统的观念去认识和把握该门课程。[2]即系统建模是理论分析基础；典型控制器件和电路或附件组成系统的硬件结构；依据工控对象特性及数量，选择适宜的控制策略和系统结构层次。在实际教学中，以某一工程实例为背景，教学结合工程实例，遵循从上到下的原则，按照图1每个模块的层次依次展开。但由于在现实设计中，由于工控机的高度模块化和插板结构，在“数据通信技术”模块的教学中，对通信原理无需作为重点，学生学会如何组建“PC+Fieldbus、DCS、PC+PLC、PC+SLC”四种典型控制系统即可；同样，在计算机接口电路方面，如输入/出通道、通信接口等，教学内容以标准主流板级产品为主，把主流产品的工作原理、技术参数及应用方法进行重点介绍。

2.理论教学案例

讲授完“系统数学建模基础”后，将以“电炉温控系统”为工程实例。教师首先讲解工作原理图和系统的工作过程及重要相关概念，对整体系统进行说明后，再将系统按功能模块给予分割，如：硬件结构包括典型控制器（计算机）、接口电路、检测电路、调理电路和执行机构等，软件部分可使用汇编语言或高级语言进行编程；带学生到实验室演示已设计好的系统，同时明确指出每个功能模块所对应的教学知识点，将理论知识与实物对应起来，化抽象为具体，把课本上枯燥的文字叙述转变为直观的物理系统。这样，就很容易调动学生主动学习的欲望和动手实践的激情。不过，值得注意的是，在课程讲授初时，不宜过多使用专业术语，尽可能采用通俗易懂的教学语言。

学生建立起计算机控制技术的“系统”概念后，教师在“教”的过程中有意识地“以面谈点，逐个突破”，即：从“电炉温控系统”再次回归到图1对应的“理论模块”。在讲解每一功能模块时，都结合“系统”展开，明确概念，强调重点和说清难点。在学生掌握了基于PID控制算法后，根据教学内容改变被控对象和数量，引申出其它知识点进行讲解。如此这般，通过“系统-理论教学模块-系统”螺旋式循环过程，不仅有助于学生对“计算机控制技术”这门课程核心思想的深刻理解，还有利于学生切身感受从性能指标出发到方案构想、系统设计的全过程，无形中加强了分析问题、解决问题能力的锻炼。

三、“计算机控制技术”实验体系

1.实验体系构建思想

在大专业教改原则下的“计算机控制技术”实践教学中，构建一个对立统一的实践体系是保证课程连续性和区别性，以满足不同专业特点的内在需求。教学团队在实际操作中，把握“一个基本点，两条途径，三种层次”的从下到上教学思想。[2]即一个基本点是指以培养学生应用创新能力为中心；学生从物理实验和仿真实验两条途径获取互补学习的方法；三种层次是指实验教学体系包含有验证性实验、设计性实验和特色性综合设计实验三个层次的递进。

2.实验教学案例

第一层次验证性实验主要针对学生所学的“计算机控制技术”相关知识进行，这部分实验内容又分为限选项目和自选项目。限选项目主要有“数字量输入输出通道”、“模拟量输入输出通道”、几类“经典控制算法”等，主要定位为通识教育。学生可通过物理性和仿真性实验，达到帮助理解课堂所学知识，对课程重点加深认识和把握。而对于复杂控制系统，如“PC+Fieldbus、DCS、PC+PLC、PC+SLC”四种典型控制系统的组建、复杂控制算法归为自选项目，这部分内容主要由学生自主在开放实验室仿真平台上完成。

第二层次设计性实验主要有“交流电动机速度控制”、“水塔水位控制”、“彩灯控制系统”等。学生可根据自身爱好和能力，进行自主选题和难易取舍，初步要求学生能查阅相关专业文献，培养学生运用学过的知识和方法，发挥自己的思考和想象，自行编制控制算法程序来实现性能指标。如某学生选择精确型“交流电动机速度控制”，在进行辅导时，指出交流电动机是一非线性、多变量、强耦合的控制对象，其数学模型较难精确建立，为克服常规模糊控制器隶属函数不变的缺陷，可考虑设计一种具有自学习功能的控制器，[3]更为详细内容可通过查找相关文献途径获取。

特色性综合设计实验为第三层次，一般在完成第一层次和相关理论课程教学后，以兴趣爱好或专题形式进行。经过学生报名和教师筛选，让一部分有能力、有潜力的本科同学进入实验室学习和研究。在这一过程中，教给他们科学的工作方法，使他们学会利用图书馆、网络等资源查阅资料，提出解决方案并进行论证。[4]每个特色性综合设计实验题目均以工程实际需求为背景，如：综合设计性题目“程控型高稳定输出交流电压源研制”，教师组织兴趣组学生对方案的总体设想和技术路线进行引导；在系统装置控制策略的把握上，提醒同学使用输出电压瞬时值反馈可提高输出的稳态精度满足性能指标要求，但这可能带来系统的不稳定，用并联微分校正——引入滤波电容器电流反馈可达到改善系统稳定性的目的。[5]这种启发式、互动式的教学方式，有利于培养学生科学的工作方法和缜密的研究习惯，达到高素质创新人才培养的目的。

四、结束语

本文从宽口径“计算机控制技术”人才培养需求出发，对理论和实践教学进行改革。从系统层面上有效认识和把握各模块间的内在联系，实现了认识层面从孤立到统一的转变，有助于学生的融会贯通。实践教学体系的构建和实验内容的设置，既保持了课程的统一性，又体现了不同专业的对立性。而通过特色性综合设计实验，将对立与统一进行了很好的融合。

参考文献：

[1]陈建.基于四个“创新—提升”视阈下的高校毕业生就业工作研究[J].就业指导，2012，（24）：47-51.

[2]王强，孙坚.“电力电子技术”教学的改革与实践[J].中国电力教育，2011，（6）：177-178.

[3]王强，林刚勇，冯林，等.直接转矩控制系统中自学习控制器的研究[J].东华理工学院学报，2007，30（1）：92-95.

[4]梁岚珍，娄毅.《计算机控制技术》课程实验教学改革与实践[A].第四届全国高校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会论文集[C].2007：499-501.

[5]王强，张建文，林刚勇，等.电能表检验台用标准电源新型逆变器[J].电工技术学报，2007，22（4）：107-112.