淺析計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程實(shí)踐教學(xué)探索教育論文
論文關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 實(shí)踐教學(xué) 課程建設(shè) 教學(xué)研究
論文摘要：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程是電氣信息類工科專業(yè)的主干專業(yè)課之一，對(duì)其課程教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行探索是十分必要。針對(duì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程的特點(diǎn)，從實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)及其他實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)的內(nèi)容進(jìn)行了探討，采用靈活多樣方式進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)改革，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決問題的能力，為深化教學(xué)改革進(jìn)行了有益的嘗試，獲得良好的教學(xué)效果。
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的諸多領(lǐng)域中，人們廣泛地使用計(jì)算機(jī)作為控制器來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制理論后發(fā)展起來的理論性和實(shí)踐性很強(qiáng)的一門交叉學(xué)科，它是高等學(xué)校中自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化等專業(yè)的一門重要的專業(yè)主干課程。學(xué)習(xí)本課程應(yīng)從工程技術(shù)角度出發(fā)，要注重理論與應(yīng)用結(jié)合、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)結(jié)合，注重系統(tǒng)性和實(shí)用性，要求學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)掌握如何利用計(jì)算機(jī)控制生產(chǎn)過程的基本原理，并基本掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法及計(jì)算機(jī)在工業(yè)過程控制應(yīng)用中的各種技術(shù)。本課程的特點(diǎn)是理論和實(shí)踐是密切聯(lián)系的，由于本課程的這種特點(diǎn)，使得學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)階段很難領(lǐng)悟計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的精髓，并將其應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)過程。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是一門實(shí)踐性極強(qiáng)的應(yīng)用性學(xué)科，本課程實(shí)踐教學(xué)是幫助學(xué)生學(xué)好這門課程的一項(xiàng)重要手段。
1、目前課程教學(xué)中普遍存在的問題
學(xué)生在完成計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程學(xué)習(xí)之后，一般應(yīng)掌握本課程介紹的基本原理，完成簡單計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、編程和調(diào)試工作。但是，大部分學(xué)生在學(xué)完該課程后，仍無法完成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作，主要存在以下幾個(gè)方面問題：
(1)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是一門多學(xué)科、多課程相關(guān)、實(shí)踐性強(qiáng)的課程。目前的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)教材，在內(nèi)容設(shè)置上或是偏重于理論分析或是以單片機(jī)和其他接口芯片為基礎(chǔ)，討論系統(tǒng)的構(gòu)成和相應(yīng)的應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)開發(fā)的一般步驟，按這類教材組織教學(xué)，學(xué)生難以在規(guī)定的課時(shí)內(nèi)全面掌握該課程的主要內(nèi)容，從而制約了學(xué)生應(yīng)用課程知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。
(2)學(xué)生缺乏面向工程實(shí)踐的機(jī)會(huì)，學(xué)生能學(xué)好課程的書本內(nèi)容，通過課程理論考核沒有問題。但是一旦遇到實(shí)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(dǎo)致難以綜合運(yùn)用解決實(shí)際問題。
(3)理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等實(shí)踐環(huán)節(jié)不能有機(jī)結(jié)合。有的高校實(shí)驗(yàn)條件差，實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要以驗(yàn)證性、演示性實(shí)驗(yàn)為主，缺乏綜合性操作訓(xùn)練項(xiàng)目，實(shí)踐學(xué)時(shí)少等極大限制學(xué)生實(shí)踐能力的提高。課堂理論教學(xué)過程枯燥，學(xué)習(xí)效果差。
2、實(shí)踐教學(xué)的探索
目前社會(huì)對(duì)高等學(xué)校工科專業(yè)畢業(yè)生的知識(shí)能力和素質(zhì)結(jié)構(gòu)，尤其是實(shí)踐動(dòng)手能力、工程意識(shí)與創(chuàng)新思維的培養(yǎng)方面提出了新的要求，原有的實(shí)踐教學(xué)模式已不能培養(yǎng)符合現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展與市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)需求的生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用型人才，很多高校傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)都是附屬于理論課而設(shè)置的實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)和課程設(shè)計(jì)。近年來高校擴(kuò)招后高等教育向大眾化發(fā)展，學(xué)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(huì)所需要的實(shí)踐能力強(qiáng)、真正具有工程意識(shí)和一定創(chuàng)造性的應(yīng)用型人才。
加強(qiáng)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程實(shí)踐教學(xué)的探索很有必要。下面從實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)和其他的實(shí)訓(xùn)輔助教學(xué)環(huán)節(jié)出發(fā)，探討如何提高課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)質(zhì)量，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)生的實(shí)踐能力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神。
2.1實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索
實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際、動(dòng)手能力、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和科學(xué)研究方法的重要手段，因此多數(shù)學(xué)校選擇了最基礎(chǔ)的且有較高實(shí)用價(jià)值的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。然而一些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容又多是驗(yàn)證性的，專業(yè)所需的實(shí)踐能力、工程意識(shí)與創(chuàng)新精神得不到系統(tǒng)的培養(yǎng)與訓(xùn)練。我們目前的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是已經(jīng)使用多年的西安唐都公司的TD-ACC計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，缺點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有限。我們計(jì)劃在原來實(shí)驗(yàn)設(shè)備的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一些新的實(shí)驗(yàn)方案，花費(fèi)較少的經(jīng)費(fèi)，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。根據(jù)我們的調(diào)研，可以利用Matlab軟件，設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)方案，如數(shù)字PID控制器、最小拍計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，這些理論性很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)用Matlab軟件來作為原實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充，這些補(bǔ)充部分學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前通過個(gè)人電腦可以自己做些準(zhǔn)備，增強(qiáng)學(xué)生的主動(dòng)性，對(duì)于學(xué)生深入理解該實(shí)驗(yàn)有很大幫助。
另一方面，我們利用Proteus軟件，設(shè)計(jì)了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)輸入輸出通道實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生有更多的自主性，解決實(shí)驗(yàn)設(shè)備接線固定呆板的缺陷，使得學(xué)生在選擇ADC和DAC這些典型器件時(shí)有了更多的余地，對(duì)端口譯碼電路的設(shè)計(jì)理解更加透徹。這樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，可以減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增大設(shè)計(jì)性、研究性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生根據(jù)提出的功能要求和性能指標(biāo)，由學(xué)生自己完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)等工作。學(xué)生自主性得到充分的發(fā)揮，由學(xué)生以自由靈活的方式來完成實(shí)驗(yàn)，以激發(fā)其積極性，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)興趣，提高了實(shí)驗(yàn)的效果。
2.2課程設(shè)計(jì)教學(xué)之探索
計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的課程設(shè)計(jì)是本課程教學(xué)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，是完成教學(xué)計(jì)劃達(dá)到預(yù)期教學(xué)目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)，是教學(xué)計(jì)劃中綜合性較強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)，它對(duì)幫助學(xué)生全面深入地掌握課程教學(xué)內(nèi)容、培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力、提高學(xué)生全面素質(zhì)具有很重要的意義。本課程設(shè)計(jì)的目的是通過解決某個(gè)實(shí)際問題，鞏固和加深計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程中所學(xué)的理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，基本掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法，提高計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(chǔ)。
目前多數(shù)學(xué)校在課程設(shè)計(jì)時(shí)采用的方法是在計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)設(shè)備的基礎(chǔ)上，完成一些綜合性較強(qiáng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)題目，比如在TD-ACC計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上可以完成基于8088微處理器的直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)、溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)等設(shè)計(jì)課題。缺點(diǎn)是系統(tǒng)的框架固定，可選范圍有限。
針對(duì)課程設(shè)計(jì)，我們擬以單片機(jī)為控制器完成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，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(shì)，以Matlab軟件作為課程設(shè)計(jì)的理論仿真平臺(tái)，加深學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)控制理論的理解和應(yīng)用。另一方面，在Proteus平臺(tái)和Keil軟件的支持下，學(xué)生可以完成系統(tǒng)從芯片選擇、電路設(shè)計(jì)、程序編寫、調(diào)試、仿真運(yùn)行的整個(gè)過程，可以鍛煉學(xué)生解決問題的能力。因此我們?cè)O(shè)計(jì)了基于Protues的單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、倉庫溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等課程設(shè)計(jì)課題，作為對(duì)原有課題的補(bǔ)充，解決了原有實(shí)物設(shè)計(jì)系統(tǒng)的不足，拓寬了課程設(shè)計(jì)范圍。
2.3重視輔助實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)的探索
高等工科學(xué)校是培養(yǎng)社會(huì)所需要的有一定理論知識(shí)、實(shí)踐動(dòng)手能力強(qiáng)、具有工程意識(shí)和一定創(chuàng)造性的高等技術(shù)應(yīng)用型人才，因此，要完成這一培養(yǎng)目標(biāo)，我們就必須重視實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)。我們學(xué)院不斷加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)與管理改革，創(chuàng)立了創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)基地，以綜合、設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)為主，實(shí)訓(xùn)形式豐富多樣，有綜合性設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、實(shí)物制作與競(jìng)賽，并不斷加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)基地和課程教學(xué)的聯(lián)系，目前實(shí)訓(xùn)基地已經(jīng)有專人管理，走上了規(guī)范化的教學(xué)管理軌道。
為配合本課程，我們學(xué)院組織一些動(dòng)手能力強(qiáng)、有興趣的同學(xué)成立實(shí)訓(xùn)小組，利用課余時(shí)間進(jìn)行培訓(xùn)，指導(dǎo)教師只給出訓(xùn)練項(xiàng)目的基本要求、所要實(shí)現(xiàn)的功能和性能指標(biāo)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)、元件選用、PCB板制作、焊接工藝和電路調(diào)試等環(huán)節(jié)，均由學(xué)生獨(dú)立完成，以加強(qiáng)學(xué)生的工程意識(shí)與實(shí)際應(yīng)用能力，并要求學(xué)生對(duì)一些課題的設(shè)計(jì)制作具有創(chuàng)新性。學(xué)生還通過到產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的企業(yè)實(shí)習(xí)、參與教師所承擔(dān)的工程課題工作等，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力，如完成智能溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、循環(huán)溫度檢測(cè)儀等項(xiàng)目。盡管這種形式靈活的環(huán)節(jié)目前面向的學(xué)生人數(shù)不是很多，但是結(jié)出了甜美的果實(shí)。經(jīng)實(shí)訓(xùn)基地訓(xùn)練的一批學(xué)生獲得了優(yōu)良成績，我院學(xué)生于近幾年連續(xù)在全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)等競(jìng)賽中獲獎(jiǎng)。
3、結(jié)束語
通過對(duì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程教學(xué)過程中存在的問題進(jìn)行探討，我們認(rèn)識(shí)到實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)在本課程教學(xué)中的重要作用，在具體實(shí)施實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)教學(xué)和其他輔助實(shí)訓(xùn)教學(xué)等方面做了一些探討，在教學(xué)實(shí)踐過程中積累了一些經(jīng)驗(yàn)，取得了較好的教學(xué)效果。重視計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程實(shí)踐改革，可以提高課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的實(shí)踐能力，培養(yǎng)其創(chuàng)新精神。同時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果、培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立動(dòng)手能力和分析解決問題的能力，是一個(gè)值得我們不斷研究的課題。我們?cè)趯?shí)際教學(xué)中尚存在一些問題和不足，希望在今后的教學(xué)研究和教學(xué)實(shí)踐中，可以進(jìn)一步探索出更好的方法，提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。
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