探索物理学史的教学方法 [“计算机控制技术”教学方法探索]
时间：2019-05-14 03:20:15 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：“计算机控制技术”是电气自动化的专业必修课，是一门理论和实践紧密结合、综合性很强的课程，涉及的专业知识面很广，在专业课程体系中起到了融会贯通和综合应用的作用。针对该课程的特点，结合实际教学过程中的现状和存在的问题，提出有效开展“计算机控制技术”教学的方法和途径，并取得了良好的教学效果。
关键词：计算机控制技术；自动化；微型计算机
作者简介：康胜武（1973-），男，湖北武汉人，武汉工业学院电气信息工程系，讲师；毛哲（1957-），男，湖北武汉人，武汉工业学院电气信息工程系，教授。（湖北武汉430023）
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）16-0033-02
一、计算机控制系统应用现状
随着现代化工业生产过程复杂性与集成度的提高，计算机控制系统得到了迅速的发展。计算机控制系统是自动控制系统发展的高级阶段，是自动控制系统中非常重要的一个分支。计算机控制系统利用计算机的软件和硬件代替自动控制系统中的控制器，它以自动控制理论和计算机技术为基础，综合了计算机、自动控制和生产过程多方面的知识。由于计算机控制系统的应用，许多传统的控制结构和方法被替代，工厂的信息利用率大大提高，控制质量更趋稳定。当前，计算机控制系统已成为许多大型自动化生产线不可缺少的重要组成部分，生产过程自动化的程度以及计算机在自动化中的应用程度已成为衡量工业企业现代化水平的一个重要标志。这就要求从事自动控制的工程技术和研发人员不仅要掌握生产工艺流程和自动控制理论的基础知识，而且还必须掌握计算机控制系统有关硬件、软件、控制规律、数据通信、现场总线网络技术和数据库等方面的专业知识和技术，从而达到设计和应用计算机控制系统的目的。[1，2]
二、课程特点及教学现状
“计算机控制技术”是电气自动化专业的重要专业骨干课程，是计算机技术、自动控制技术、自动检测与传感技术相结合的综合应用技术，它是面向实际工程控制领域，融合了计算机技术和控制理论后发展起来的理论性和实践性都很强的一门学科。该课程要求学生对前期所学的PLC、电机拖动、传感器技术、自控仿真、微型计算机原理、程序设计和自动控制等理论知识要有一个全面的掌握，有承上启下的作用。正确处理本课程与其他课程的关系以及它们之间的内在联系，形成完整而系统的知识体系，是本课程的主要作用；它要求学生从工程技术角度出发，注意理论和实践相结合，设计和仿真相结合，掌握计算机控制系统的基本分析和设计方法。由于本课程有一定的工程应用要求，与实际工业的生产过程紧密结合，所以实践性较强。在讲授过程中，教师应当综合有关课程的基本内容，将学生学到的知识通过本课程有机结合在一起，使学生在学完本课程后了解并掌握如何正确地选择和组织计算机控制系统的软件、硬件、外围设备和接口通道以及控制管理生产过程的基本原理和方法，将控制对象，硬件（微处理器、存储器、接口通道和自动化仪表等）和软件（系统软件和应用软件）组织成一个有机的整体，形成完整的计算机控制系统，达到预定的控制目的。因此，如何提高教学效果，在规定学时内既要让学生掌握相关的理论知识，又要培养学生的动手实践能力成为教学的重要任务。目前教学过程中的现状和存在的问题主要体现在以下几个方面：
1.“计算机控制技术”是一门与多课程相关、实践性很强的课程
该课程既要求学生有较好的控制理论基础，又要求学生有硬件电路设计和软件程序设计仿真的能力，能将所学的知识融会贯通。学生普遍反映学时较少，大部分时间用在了理论和方法的学习上，这就制约了学生应用理论知识解决实际工程问题的能力，难以在规定的课时内达到该课程的教学要求。
2.该课程对学生能力的培养
由于学生在先期的课程学习中忽视了动手能力的培养，又缺乏相应的工程实践机会，在遇到实际问题时，往往从书本中找答案，不能灵活应用知识来解决问题，这也说明平时实践动手能力培养的重要性。
3.缺乏资金，实验设备落后
实验箱硬件电路接线方式固定，缺乏灵活性，实验项目偏少，软硬件环境限制了实验内容多以验证性实验为主（如A/D、D/A转换实验，采样与保持实验，平滑与数字滤波实验，积分分离PID控制实验和最小拍控制系统等），综合设计性实验偏少（主要为直流电机闭环调速实验，温度闭环控制实验和步进电机调速实验），试验箱配套的软件相对简单且容易出错，没有相应的自控仿真工具，软硬件基本脱节，限制了对学生自主动手设计能力的训练，理论教学与实验教学不能有机结合。
4.教学效果方面
在讲授硬件接口技术时，由于与微型计算机技术课程内容有部分重复所以学生注意力不是太集中；但在讲授控制规律过程中由于理论性较强比较枯燥学生又很难理解。比如数字控制器设计方法中有大量的公式推导，过程比较烦琐，学生不易掌握，从而缺乏学习兴趣，课堂教学效果不理想。
三、教学方法探讨
针对“计算机控制技术”课程教学的现状及存在的以上问题进行深入分析，结合目前实际现状，应该采取以下措施来解决这些问题以提高计算机控制技术课程的教学质量。
1.合理进行课程体系设置
“计算机控制技术”课程涉及的课程较多，“自控原理”是理论基础，“微型计算机原理”、“电路设计”和“PLC”等是硬件基础，“C语言程序设计”、“数据库理论”、“自动仿真”是软件基础，而“计算机控制技术”则提出相应的控制方法，各课程之间有一定的关联但内容又是相对独立的，它们构成了自动化控制类学科的基本教学体系。在传统教学模式中强调各课程的相对独立性和完整性，忽略了它们之间的关联性，导致学生在综合应用时往往无从下手。教研组应对整个学科的课程体系有一个合理的设置，在时间安排上尽量保证各课程之间的无缝衔接，教师在授课时也要注意本课程在整个体系中的承上启下作用，在部分章节内容和实验计划中应注意与其他课程的关联性。
2.改革考核方式
本课程工程实践性较强，不能按其他基础理论课程的考试方式来考核学生，那样的方式只能使学生死记硬背书本理论知识，为考试而学习；应加大实验考核的比重，强调实验环节的重要性。教师要对学生的实验报告严格审核把关并记入总评成绩，实验报告要求内容完整、实验方案合理、步骤清晰、实验数据真实可靠、结果分析逻辑严谨。同时，教师应鼓励学生提出自己的新思路和新方案，并在考评时给与额外加分。笔试应重点考查学生的综合分析能力，避免学生对基础理论知识的死记硬背。
3.合理选择实验项目
现有的一些专业课程实验内容多以验证性实验为主。计算机控制实验是培养理论联系实际、动手能力的重要手段，在教学中应减少验证性实验内容，增加综合性和设计性的实验内容。如，温度闭环控制系统，直流电机闭环调试控制系统就要求学生根据系统的功能和性能指标完成系统的总体设计，在实验平台上搭建硬件系统。在计算机上安装Keil、Matlab和Protues等软件，要求学生在Matlab环境中建立控制系统的理论仿真模型，加深对控制理论的理解。在Proteus平台和Keil软件的支持下，要求学生完成系统电路设计，程序编写、调试和仿真的整个过程，锻炼学生的软硬件动手实践的能力。
4.增设创新型实验
为了培养学生的动手能力和创新能力，可以组织一些动手能力强的同学成立兴趣小组，指导老师提出一些以工程应用为背景的实际项目，如步进电机调速系统、炉温控制系统等设计，给出具体的功能和性能指标，要求学生完成从理论设计、硬件选型、制板、电路焊接，系统调试运行和撰写实验报告的全部工作，鼓励学生在设计制作过程中有创新性，实验室提供相应的设备支持，学生在完成过程中遇到困难，老师可提供适当的指导。可以要求学生以组为单位，通过分组评比，调动学生实验的积极性和主动性，提高学习效果。
5.充分利用多媒体教学手段
将工业制造过程中的自动化生产和监控视频作为教学录像搬入课堂，使学生能在较短的时间内了解计算机监控系统的现场知识，以弥补感性认识的不足，扩大知识面。在讲授控制规律时应用Matlab软件，将枯燥的理论知识通过仿真模型以图形化的方式给学生演示，让学生对控制过程和结果有一个清楚的理解。同时，多媒体进行教学可以提高教学效率和教学质量，使学生更加直观地学到知识，提高学生的学习兴趣。
6.课堂授课方式灵活化
基本的理论和方法由老师讲授，布置一些工程案例供学生讨论，采用分组方式，要求学生课下准备材料，在课堂上每组学生可以上台讲述自己的设计思路和方案，其他同学可以进行分析评比并提出疑问。因为同一问题可以有多种解决途径，通过讨论可以开拓大家的思路，集思广益，有利于学生更好地掌握工程案例的解决方法。如果学生认真投入，老师善于引导，这种课堂讨论方式就会收到很好的教学效果，它既活跃了学生的思想，激发了学生学习的积极性和创造性，又提高了其分析问题和解决问题的能力。
7.提高教师业务能力
教学改革中，教师必须不断探索这门理论性和实践性都很强、内容更新快的专业课的教学规律。及时总结教学中的经验体会，及时跟踪本专业在国内外的技术动态和学术发展趋势，不断学习该门学科的最新成果，在讲课中将有关计算机控制技术的发展动态介绍给学生，并在讲课内容方面不断引进新理论和新技术，使学生对本专业领域的现状有一个大致的了解并清楚国内与国外先进技术的差距；不断改善教学方式，积极采用多种手段来提高课堂教学效果。
四、结束语
通过对“计算机控制技术”课程教学的研究，在教学方法、教学内容和教学手段等方面做了一些探索尝试，在教学实践过程中取得了较好的教学效果，提高了教学质量和学生的学习效果，培养了学生独立动手和分析解决问题的能力。随着计算机技术的发展和教学手段的进步，该课程的任务还会不断地被修改和完善。
参考文献：
[1]李正军.计算机控制系统[M].北京:机械工业出版社,2005.
[2]赖寿宏.微型计算机控制技术[M].北京:机械工业出版社,2008.
（责任编辑：宋秀丽）
