淺析計算機控制技術課程實踐教學探索
論文關鍵詞：計算機控制技術 實踐教學 課程建設 教學研究
論文摘要：計算機控制技術課程是電氣信息類工科專業(yè)的主干專業(yè)課之一，對其課程教學實踐進行探索是十分必要。針對計算機控制技術課程的特點，從實驗教學、課程設計及其他實訓環(huán)節(jié)的內容進行了探討，采用靈活多樣方式進行實踐教學改革，培養(yǎng)學生獨立分析和解決問題的能力，為深化教學改革進行了有益的嘗試，獲得良好的教學效果。
隨著科學技術的不斷發(fā)展，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的諸多領域中，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)。計算機控制技術是融合了計算機技術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科，它是高等學校中自動化、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。學習本課程應從工程技術角度出發(fā)，要注重理論與應用結合、設計與實現(xiàn)結合，注重系統(tǒng)性和實用性，要求學生通過本課程的學習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)的分析設計與實現(xiàn)方法及計算機在工業(yè)過程控制應用中的各種技術。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，使得學生在課堂學習階段很難領悟計算機控制技術的精髓，并將其應用于工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)過程。計算機控制技術是一門實踐性極強的應用性學科，本課程實踐教學是幫助學生學好這門課程的一項重要手段。
1目前課程教學中普遍存在的問題
學生在完成計算機控制技術課程學習之后，一般應掌握本課程介紹的基本原理，完成簡單計算機控制系統(tǒng)的設計、安裝、編程和調試工作。但是，大部分學生在學完該課程后，仍無法完成計算機控制系統(tǒng)的設計、安裝、調試工作，主要存在以下幾個方面問題：
(1)計算機控制技術是一門多學科、多課程相關、實踐性強的課程。目前的計算機控制技術教材，在內容設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，討論系統(tǒng)的構成和相應的應用軟件設計開發(fā)的一般步驟，按這類教材組織教學，學生難以在規(guī)定的課時內全面掌握該課程的主要內容，從而制約了學生應用課程知識解決實際問題的能力。
(2)學生缺乏面向工程實踐的機會，學生能學好課程的書本內容，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)，導致難以綜合運用解決實際問題。
(3)理論教學、實驗教學等實踐環(huán)節(jié)不能有機結合。有的高校實驗條件差，實驗教學主要以驗證性、演示性實驗為主，缺乏綜合性操作訓練項目，實踐學時少等極大限制學生實踐能力的提高。課堂理論教學過程枯燥，學習效果差。
2實踐教學的探索
目前社會對高等學校工科專業(yè)畢業(yè)生的知識能力和素質結構，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)技術應用型人才，很多高校傳統(tǒng)的實踐教學都是附屬于理論課而設置的實驗、實習和課程設計。近年來高校擴招后高等教育向大眾化發(fā)展，學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)造性的應用型人才。
加強計算機控制技術課程實踐教學的探索很有必要。下面從實驗教學、課程設計和其他的實訓輔助教學環(huán)節(jié)出發(fā)，探討如何提高課程實踐環(huán)節(jié)的教學質量，調動學生學習的積極性，提高學生的實踐能力，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新精神。
2.1 實驗教學的探索
實驗是培養(yǎng)理論聯(lián)系實際、動手能力、嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和科學研究方法的重要手段，因此多數(shù)學校選擇了最基礎的且有較高實用價值的實驗項目。然而一些實驗內容又多是驗證性的，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備的基礎上，設計一些新的實驗方案，花費較少的經(jīng)費，提升實驗教學效果。根據(jù)我們的調研，可以利用Matlab軟件，設計仿真實驗方案，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，這些補充部分學生在實驗前通過個人電腦可以自己做些準備，增強學生的主動性，對于學生深入理解該實驗有很大幫助。
另一方面，我們利用Proteus軟件，設計了計算機控制系統(tǒng)輸入輸出通道實驗，使學生有更多的自主性，解決實驗設備接線固定呆板的缺陷，使得學生在選擇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計理解更加透徹。這樣設計實驗，可以減少驗證性實驗內容，增大設計性、研究性的實驗內容，學生根據(jù)提出的功能要求和性能指標，由學生自己完成系統(tǒng)的設計和實驗等工作。學生自主性得到充分的發(fā)揮，由學生以自由靈活的方式來完成實驗，以激發(fā)其積極性，增強了學習興趣，提高了實驗的效果。
2.2 課程設計教學之探索
計算機控制技術的課程設計是本課程教學中的一項重要內容，是完成教學計劃達到預期教學目標的重要環(huán)節(jié)，是教學計劃中綜合性較強的教學環(huán)節(jié)，它對幫助學生全面深入地掌握課程教學內容、培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力、提高學生全面素質具有很重要的意義。本課程設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課程中所學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)的一般設計方法，提高計算機控制系統(tǒng)的設計和分析能力，為以后從事生產(chǎn)和科研工作打下一定的基礎。
目前多數(shù)學校在課程設計時采用的方法是在計算機控制實驗設備的基礎上，完成一些綜合性較強的系統(tǒng)設計題目，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)調速控制系統(tǒng)設計和實現(xiàn)、溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)設計和實現(xiàn)等設計課題。缺點是系統(tǒng)的框架固定，可選范圍有限。
針對課程設計，我們擬以單片機為控制器完成計算機控制系統(tǒng)的設計，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軟件作為課程設計的理論仿真平臺，加深學生對計算機控制理論的理解和應用。另一方面，在Proteus平臺和Keil軟件的支持下，學生可以完成系統(tǒng)從芯片選擇、電路設計、程序編寫、調試、仿真運行的整個過程，可以鍛煉學生解決問題的能力。因此我們設計了基于Protues的單片機步進電機控制系統(tǒng)設計、倉庫溫濕度控制系統(tǒng)設計、加熱爐溫度控制系統(tǒng)設計等課程設計課題，作為對原有課題的補充，解決了原有實物設計系統(tǒng)的不足，拓寬了課程設計范圍。
2.3 重視輔助實訓環(huán)節(jié)的探索
高等工科學校是培養(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)造性的高等技術應用型人才，因此，要完成這一培養(yǎng)目標，我們就必須重視實訓環(huán)節(jié)。我們學院不斷加強實踐教學與管理改革，創(chuàng)立了創(chuàng)新實訓基地，以綜合、設計創(chuàng)新實訓為主，實訓形式豐富多樣，有綜合性設計、計算機仿真、創(chuàng)新設計、實物制作與競賽，并不斷加強實訓基地和課程教學的聯(lián)系，目前實訓基地已經(jīng)有專人管理，走上了規(guī)范化的教學管理軌道。
為配合本課程，我們學院組織一些動手能力強、有興趣的同學成立實訓小組，利用課余時間進行培訓，指導教師只給出訓練項目的基本要求、所要實現(xiàn)的功能和性能指標，系統(tǒng)設計、元件選用、PCB板制作、焊接工藝和電路調試等環(huán)節(jié)，均由學生獨立完成，以加強學生的工程意識與實際應用能力，并要求學生對一些課題的設計制作具有創(chuàng)新性。學生還通過到產(chǎn)學研結合的企業(yè)實習、參與教師所承擔的工程課題工作等，進一步培養(yǎng)學生的工程應用能力，如完成智能溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)設計、循環(huán)溫度檢測儀等項目。盡管這種形式靈活的環(huán)節(jié)目前面向的學生人數(shù)不是很多，但是結出了甜美的果實。經(jīng)實訓基地訓練的一批學生獲得了優(yōu)良成績，我院學生于近幾年連續(xù)在全國大學生電子設計等競賽中獲獎。
3結束語
通過對計算機控制技術課程教學過程中存在的問題進行探討，我們認識到實踐教學環(huán)節(jié)在本課程教學中的重要作用，在具體實施實驗教學、課程設計教學和其他輔助實訓教學等方面做了一些探討，在教學實踐過程中積累了一些經(jīng)驗，取得了較好的教學效果。重視計算機控制技術課程實踐改革，可以提高課程實踐環(huán)節(jié)的教學質量，激發(fā)學生的學習興趣，提高學生的實踐能力，培養(yǎng)其創(chuàng)新精神。同時，我們發(fā)現(xiàn)提高教學質量和學生的學習效果、培養(yǎng)學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。我們在實際教學中尚存在一些問題和不足，希望在今后的教學研究和教學實踐中，可以進一步探索出更好的方法，提高學生理論聯(lián)系實際的能力。
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