基于CCD的計算機控制開放式實驗教學模式的研究

李方

【摘 要】計算機控制課程是測控技術與儀器專業(yè)的主要課程。本文結(jié)合近年來實驗教學改革實踐，明確實驗教學的功能在于培養(yǎng)學生善于實踐和勇于創(chuàng)新的精神。從教學方法、實驗手段兩方面闡述了基于CCD的計算機控制實驗改革方案，實踐證明鍛煉了學生進行軟硬件綜合開發(fā)的能力。

【關鍵詞】開放式實驗教學管理模式;CCD實驗平臺;實驗改革

【Abstract】Computer Control course is an important course in the major of measurement-control technology &instrument. Combining with the innovation of experimental teaching，it indicated that the open of experimental teaching not only can improve the experimental skills and abilities of students， but also has a great significance at the cultivation of their innovative awareness and researching abilities. The practice and achievements of teaching reform in the course based on CCD were introduced， and also the teaching method and experiments measures in detail. It has proved that the new method not only let students understand the computer control principle and application， but also practice their capability to perform multiple projects.

【Key words】Open management mode of experimental teaching; CCD experimental platform; Teaching reform

0 引言

計算機控制系統(tǒng)是以計算機為核心的實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動控制的系統(tǒng)[1]。計算機控制技術是測控技術與儀器專業(yè)的專業(yè)課程之一。課程融計算機、自動控制、電子、通信技術于一體，又融理論、技術、方法、工程實現(xiàn)與一體的理論性和實踐性很強的一門交叉學科。學習本課程要求理論聯(lián)系實踐，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。

CCD（Charge-Coupled Device）是電荷耦合器件的簡稱，是20世紀70年代初發(fā)展起來的半導體光電集成器件。CCD在圖像傳感和非接觸測量領域發(fā)展最為迅速，廣泛用于測控儀器和光電信息工程中。

運用計算機控制理論實踐在CCD實驗中，并結(jié)合CCD的實驗特點，培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)造力，使學生在設計軟硬件的過程中真正掌握好課程知識是一項非常有意義的課題。

1 基于CCD的計算機控制實驗教學綜述

現(xiàn)有的計算機控制課程實驗多為過程通道和爐溫控制等驗證性實驗，對于測控技術與儀器專業(yè)的學生開設的其它專業(yè)課程輔助實踐性不強。CCD是現(xiàn)代測量與控制的重要手段之一，運用計算機來實現(xiàn)對CCD的控制可以提高測控專業(yè)學生對于兩種重要技術手段的理解與應用能力。

1.1 CCD實驗系統(tǒng)組成

以CCD移動目標的自動跟蹤和瞄準實驗為例。

實驗硬件裝置包括：CCD測試裝置2臺、伺服跟蹤系統(tǒng)1臺、示波器1臺、柱面鏡2只、虛擬儀器1臺、激光筆1支。

實驗的軟件系統(tǒng)包括虛擬儀器設計平臺。

1.2 實驗內(nèi)容

首先按實驗的目的進行伺服驅(qū)動裝置的硬件設計，然后按圖1的結(jié)構(gòu)將系統(tǒng)裝置進行連接，最后，根據(jù)計算機控制中所學的開環(huán)程序控制算法在虛擬儀器平臺上設計程序并進行調(diào)試。

虛擬儀器程序的參考結(jié)果如圖2所示。

基于CCD的計算機控制技術試驗教學應安排在課程講授的后期，以開放實驗室的形式完成。首先由指導教師布置實驗教學任務以及實驗裝置的特點，講實驗中的注意事項，學生在設計方案得到指導教師的認可后，進入實驗室進行實驗。

2 開放式教學模式探索

2.1 開放式實驗教學模式的內(nèi)涵

開放式的實驗教學模式的內(nèi)涵特征就是實驗教學的開放性，即：實驗教學的目標是開放的、實驗教學的主體是開放的、實驗教學的方式是開放的、實驗教學的內(nèi)容是開放的、實驗教學的資源是開放的。這種開放性的特征，是基于實驗教學過程和能力培養(yǎng)過程的復雜性、培養(yǎng)模式以及教學方式的多樣性、人才的個性化和發(fā)展目標的多元化等因素[2]。

2.2 “計算機控制技術”開放式實驗教學模式

開放式實驗教學模式是指在教學計劃內(nèi)，學生可以自己選擇實驗時間、自主選擇實驗器材和器件、自己選取實驗內(nèi)容、自己安排實驗過程[3]。

開放式實驗教學模式要求學生自己理解實驗內(nèi)容，并要具有分析解決問題和溝通的能力，同時加強學生理論結(jié)合實踐的學習能力。

在開放式的實驗教學模式下，實驗教學在在驗證性實驗的基礎上，增設了自主式設計性實驗。以CCD實驗為例，實驗中的伺服驅(qū)動部分學生要針對問題自己設計電路，并制作出電路板，同時，對實驗中的軟件程序部分進行設計修改。在整個實驗的調(diào)試過程中培養(yǎng)了學生自主進行科學實驗的能力。實驗并沒有多少創(chuàng)新性，但必須由學生自己構(gòu)思并完成，一方面提高了學生的實踐和動手能力，另一方面使實驗室現(xiàn)有資源得到有效利用。

3 結(jié)束語

通過對基于CCD的計算機控制開放式實驗教學模式的探討及實踐，我們認識到培養(yǎng)應用型人才需要最大程度的調(diào)動學生學習的積極性和提高實踐動手能力。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。

【參考文獻】

[1]于海生.計算機控制技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.

[2]宋國利.開放式實驗教學模式的研究與實踐[J].實驗室研究與探索，2010，29（2）：91-93.

[3]初紅霞.“計算機控制技術”課程實驗教學模式改革探討[J].中國電力教育，2013（11）：87-88.

[責任編輯：湯靜]