《計算機控制技術》課程實驗教學探討

盧自寶+董國青

摘要：《計算機控制技術》是一門理論與實踐相結合的課程，也是計算機、信息和控制類專業的必修課，在專業課程體系中處于至關重要的位置。本文以《計算機控制技術》的課程實驗為基礎，總結了實驗過程中所遇到的困難以及實驗教學中所面臨的問題，介紹了在實驗教學改革中已經取得一定效果的具體措施。

關鍵詞：微機原理；課程；實驗教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）06-0281-02

一、引言

《計算機控制技術》是計算機、信息和控制類專業的一門專業必修課。該課程將自動控制原理、計算機技術和通信技術進行了結合，具體而言，就是通過計算機替代傳統的控制器構成閉環反饋系統并實現較為復雜的控制算法。隨著計算機技術、傳感技術和通訊技術的發展，傳統的控制系統正由集中的模擬控制體系加速向開放的數字控制體系發展。越來越多的控制系統正采用計算機來取代傳統的控制器。與傳統的控制系統相比，計算機控制系統具有成本低、效率高、安裝和維修簡便以及靈活性和可操作性強等優點，同時可實現計算資源共享，從而提高系統資源的利用率。這類日益廣泛的計算機控制技術已在各類工農業生產、航空航天、交通系統、無線通信、機器人、智能建筑、國防等領域獲得了廣泛的應用。由于計算機控制系統本身所具有的特性，要求相關專業人員在了解并掌握工業計算機的軟件、硬件以及外圍設備的基本原理和方法的基礎上，將被控對象、傳感器、控制器、執行機構相聯接構成一個有機的整體，完成預定的任務。

本門課程是在開設了《匯編語言》、《微機原理與接口技術》、《自動控制原理》及《電路電子技術》等先修課程后，再為學生開設。《計算機控制技術》是一門理論與實踐相結合的課程，學生只有通過本課程的理論學習，在掌握了計算機控制系統的分析和設計的基礎上，動手構造有關電路并上機調試設計的程序，才能充分領會、理解并掌握教材中的內容。

二、《計算機控制技術》實驗教學存在的問題

在傳統的教學活動中都是以教師為中心，教師的主要任務就是在課堂上以生動的語言來進行知識的傳播，學生則在教學過程中處于一種被動的認知和接受的位置。《計算計控制技術》課程通常采用理論教學和實驗相結合的方法進行教學，課堂講解傳授理論知識，實踐教學幫助學生認知、提高應用能力。但以往的教學普遍以課堂教學研究為重點，而對學生進行有效的試驗實踐研究不夠重視。尤其傳統的實踐教學通常是以驗證為主的實驗方法，一般只要求學生根據試驗原理總結實驗現象，而這些試驗現象都是一種必然的結果，這種實驗教學方法往往可以使學生取得一些深層次的認識或體驗，但是對學生分析與綜合設計能力、整體創新能力的培養仍然不夠。達不到提高學生獨立創新和應用能力的教學目標[1]。因此，對傳統實驗教學方法的改革迫在眉睫。

三、《計算機控制技術》實驗教學的改革

1.重新編寫與實驗設備配套的實驗指導書。試驗教學的改革從編寫新的試驗指導書開始，新的試驗指導書既與選用教材又與試驗設備相配套。實驗指導書的改革主要體現在三個方面：第一，增加學生獨立設計試驗步驟的部分。具體而言，在試驗指導書中只需提出實驗的目標、功能要求和性能指標，然后由學生獨立完成所需要的試驗步驟。只提實驗要求，能夠改變學生只按照實驗指導書的步驟而不加思考的狀況[2]。第二，由學生獨立設計試驗數據表格。試驗的結論都是由試驗數據總結出來的，所以要求學生能夠完成試驗表格的設計，且系統的設計與實驗過程等所有工作也都由學生自己完成。第三，增加一些加寬、加深的試驗內容。由于學生的試驗能力不處于同一層次，所以需要為那些基礎好、動手能力強的學生提供更多的學習機會。

2.減少驗證性的實驗內容，增加綜合性的實驗內容。教師要從教授實驗方法、檢查實驗結果轉變為引導學生完成相關實驗項目，共同分析、解決實驗中的相關難題。這樣就給學生造成了一種學習壓力，促使其提高學習熱情和主動性，使學生從被動的學習轉向自覺的研討。在試驗內容的安排上，要減少驗證性的試驗內容并相應增加綜合性的試驗。除個別規定的驗證性實驗外，不給定實驗電路圖，不指定詳細的接線步驟，完全由學生在掌握現有實驗資源的前提下設計相應的實驗電路。在程序設計上也要強調學生在實踐活動中的主觀能動作用，除專門規定的驗證性實驗外，不指定詳細的編程步驟，不給定詳細的流程圖和實驗程序，對學生完全開放，由學生自主地編寫相應的程序。同時學生也可以自由發揮，去做自己想做的不受教學內容局限的實驗[3]。根據一直以來的教學總結，發現計劃實驗教學課上的時間還不足以滿足同學門的實踐需求。這就要求實驗室除進行計劃實驗教學之外，還應滿足學生自由進行實驗的要求。為此，采取了開放式的實驗室管理辦法，將空閑實驗室向學生開放。學生可以根據計算機控制系統的基本原理和現有的實驗室資源，自己擬定試驗目的以及預期試驗結果，并設計構造相關的試驗內容以及試驗步驟。并且鼓勵學生根據自己的興趣愛好自由地去做想做的實驗，這樣學生的實驗內容和要求都會有所不同，進而促進學生的學習興趣。

3.組織學生參加課外興趣小組。以上討論的都是課程中的實驗教學，除了規定的課程實驗之外，教師還要組織對計算機控制技術感興趣的同學成立計算機控制技術興趣小組。這種興趣小組可以讓同學們自由發揮，比如，對新技術理論感興趣的同學，可以在教師的指導下圍繞最新技術收集資料，探索科學研究的前沿，成立討論小組，并開設專題報告，從而增加自己的閱歷；對設計感興趣的同學，可以提供基本的原材料，讓學生開發和研制一些實用的科技小產品。這種做法的最大好處就是帶動了學生的學習積極性，讓學生能夠感到學習也是一種樂趣，同時還能讓同學在無意識之中鞏固了理論知識，并將理論應用到實踐，提高了學生的實際應用能力。興趣小組成立后，在興趣小組中選取一部分優秀作品，根據作品的創新性和實用性，指導學生申報校級甚至更高級別的學生科研課題。對于有課題的教師，可以讓部分優秀同學加入到教師的科研課題中，讓同學盡早地接觸科研活動的整個過程，啟發學生獨立思考，充分發揮學生的創造性，提高學生的綜合素質。然后再從學生的科研課題中選拔優秀的項目參加設計大賽，比如電子設計大賽、飛思卡爾智能車大賽、機械創新設計大賽等，這些競賽活動使學生受益非淺，從學生被動地要求做實驗，到學生主動地要求進實驗室做實驗，加深了對課本知識的理解與融會貫通，學到了許多書本上所學不到的東西，培養了創新設計能力。endprint

四、《計算機控制技術》實驗教學改革的效果

1.激發了學習積極性，提高了自學能力。實驗指導書中的設計內容都是根據學生的實際情況和當前計算機應用領域的最新案例自行設計的。這些案例在學生身邊都能經常地接觸到，也是學生非常感興趣而又特別好奇的計算機控制系統，這可使學生感到所學內容跟得上時代發展的需求并具有相當的實用價值，學習積極性能夠得到進一步的提高。由于部分實驗是考查學生的自學能力，無法在課本中找到現成的答案，只能通過所學到的理論知識并查閱相關資料才能解決，從而促進了學生學習和自主思考的能力。

2.培養了學生的創新能力。在傳統的實驗教學中，學生不用思考也不需思考，只是按照已知的實驗步驟完成實驗，只是一個被動的接受者，很難談得上訓練創新能力和創新意識。而將學習的主動權交給學生，讓學生成為實驗的主體，改變學生從書本出發而不是從問題本身出發的思路，擺脫書本的束縛。讓學生從查閱資料開始，進行總體方案設計、編寫控制算法程序、調試系統、選擇參數、直到得到最佳實驗結果。在這種創造性的工作中，給他們提供了一個自由想象和大膽創新的空間，激發了他們的創新欲望。實驗把動腦和動手有機地結合起來，培養了他們的創新意識和創新能力。

3.提高了學生的工程實踐能力。實踐是創新之源，工程實踐是創新的基礎，提高學生的工程實踐能力才是工科教學的重點之重點3]。由于編寫了新的實驗指導書，學生在實驗中必須考慮各部件之間的電路連接、相互控制、整體配合等細節，需要通過不斷的摸索，總結出一套行之有效的辦法。在這樣的實驗活動中，學生通過對相關資料的歸納、整理，對實驗過程做有效的梳理，認真總結實踐中出現問題的原因和解決問題的方法，充分地認識設計的優缺點，為探索更加優化的設計、實現方案，為今后的工作實踐打下良好的基礎，從而使學生不論是從知識的積累上還是能力的提高上都會產生一個極大的飛躍[4]。

五、結論

通過實驗指導書的改編，提倡學生自己編程做計算機控制技術實驗，這激發了學生的興趣，增強了學生自主思考、綜合運用知識的能力，提高了學生分析問題解決問題的能力，訓練了學生的創新能力和創新意識，取得了良好的實驗教學效果。隨著學科建設以及實驗室建設的發展，一些先進的實驗設備已經到位，如過程控制實驗系統、倒立擺實驗系統、隨動系統等，我們將逐步把這些設備與計算機控制技術實驗結合起來，開發更加先進、更具有實際意義的新實驗，為感興趣的學生提供縱深發展的機會。

參考文獻：

[1]馬常旺，林衛星，謝建軍.計算機控制技術實驗課的改革與實踐[J].實驗技術與管理，2004，（2）：125-128.

[2]孫堅，王強.寬口徑培養模式下《計算機控制技術》的教改與實踐[J].中國電力教育，2013，（28）：130-131.

[3]羅勝，薛光明，周宏明.建設開放的《計算機控制技術》實踐教學體系[J].現代教育技術，2008，（7）：113-118.

[4]祁紅巖，常國祥，梁燕華，等.《計算機控制技術》課程體系改革的研究與實踐[J].黑龍江教育（理論與實踐），2014，（2）：87-88.endprint