計算機控制技術課程改革研究

游文霞 施保華

摘要：計算機控制技術是自動化專業的一門主干課程。總結分析計算機控制技術課程的現狀和不足，確定改革目標，并針對存在的問題提出教學內容、課堂教學方式、實驗教學和作業形式四個方面的改革措施。

關鍵詞：計算機控制技術；人才培養；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）13-0251-02

一、引言

計算機控制技術是自動化專業的主干必修課。它是一門自動控制和計算機應用等交叉融合的重要技術基礎課程，具有豐富的工程背景和很強的理論性[1]。該課程教學目標是要求學生在完成該課程學習后，應熟練掌握計算機控制系統的相關理論基礎、控制策略、數據通信等諸多方面的知識；培養學生獲得對實際生產過程進行分析的能力和設計簡單計算機控制系統的能力；能夠完成工程實踐中計算機控制系統的設計、安裝、編程和調試。

隨著計算機技術、自動控制技術、傳感器與檢測技術、通信與網絡技術等的高速發展，計算機控制系統在工業生產過程中越來越普及[2，3]，同時，計算機控制技術亦在日新月異地發展。因此有必要以發展的眼光對現有計算機控制技術課程的教學內容與教學方式等開展研究，以期通過課程改革提高學生理論聯系實際的能力，為培養具有創新能力的自動化專業人才打好基礎。

二、課程教學現狀

計算機控制技術主要講授計算機控制系統的基本知識和應用技術等內容，是一門綜合性較強的課程，具有基礎理論和工程實踐相統一的特點，要求學生事先選修自動控制原理、微機原理和接口技術等課程[4]。該課程一般設置40個學時，其中理論和實驗教學分別為32學時和8學時。

學生選修此課程后，應掌握較為扎實的計算機控制理論基礎，以及具備初步解決計算機控制系統工程實際問題的能力。通過對本校已修過此課程學生的調查了解，發現主要存在如下幾個方面的問題：

（一）教材內容問題

現用教材過于偏重基礎理論知識，雖然對于計算機控制系統的基本概念進行了詳細闡述，介紹了相應的數學模型和控制算法，但是對于具體的工程模型分析較少，也缺少必要的具體計算機系統分析與簡單系統的設計案例。此外現有教材一般僅從抗干擾技術方面對控制系統的可靠性技術進行分析，實際還可以包括冗余結構技術、軟件設計的可靠性技術、考慮安裝工藝措施等。同時教材鮮有涉及計算機現代控制技術，如普遍應用的系統能控性、能觀測性及數字控制器狀態空間設計法等。

計算機控制技術需要講授數字控制器、PID控制原理和數據通信等很多必備知識。但是在32個學時內，課程的很多內容只能簡要概述，加重了學生的負擔，容易使學生產生畏懼抵觸情緒。

計算機領域的軟硬件更新迅速，如短短幾年時間組態軟件MCGS從開始的通用版已經發展到網絡版、通用版、嵌入版三種版本。同時隨著數據采集卡硬件升級換代，軟件相應也在升級。計算機控制技術課程內容難以跟進工業需要，培養的人才不能適應社會需求，這是眾多高校遇到的共性問題。

（二）課堂教學問題

課堂教學過于死板，主要以多媒體課件演示為主，少有現場的動態實驗演示，課堂交流偏少，效果不佳。這種在教室學習理論、實驗室動手操作的模式和學生的認知順序有偏差。

（三）實驗教學問題

由于計算機控制技術與工程實際結合非常密切，學生只有做實驗和動手操作才能更好地掌握理論知識。但是8個學時的實驗教學課時安排較少，實驗教學處于從屬地位，出現“重知識傳授，輕能力培養”的現象。另外，實驗設計比較單一，缺少自由發揮的課題，導致鍛煉能力的機會有限；實驗互動性較差，學生僅需按照實驗老師給出的既定步驟，操作復現即可，偏離了實驗教學幫助學生理解理論知識和培養學生主動鉆研和學習興趣的本質。

（四）課后練習問題

為了讓學生更好地溫故課堂所學知識，加深對計算機控制技術課程的理解，授課教師通常在課后給學生留有練習作業。然而這些作業一般為問答或簡單計算，學生只需在練習簿上寫下文字描述或者簡單計算即可。此種作業形式雖然在一定程度上可以讓學生了解計算機控制技術的相關知識，但是對于分析和設計工業實際控制過程幫助甚小，不能到達教學目標。

三、課程改革目標、內容和效果

（一）改革目標

首先，計算機控制技術課程改革應緊跟科學技術的步伐、把握技術發展趨勢；其次，課程教學內容應兼顧生產實際和理論基礎；最后課程改革應體現出計算機控制技術較強的工程實際應用背景，培養學生的工程思維意識和創新能力。

（二）改革內容

1.改革教學內容。由于計算機控制技術這門課程主要講述如何以計算機為載體控制工業生產，因此計算機軟硬件技術的發展，必然引起工業控制方式的改變。例如早期的MCGS5.1通用版現在已經很少見到，取而代之的MCGS6.2通用版或MCGS嵌入版，操作簡單，使用方便靈活。如果在課堂上教授的內容與實際現場脫節，將降低課程的時效性和實用性，學生也會產生學而無用的心理和消極對待的態度。

因此，在教學過程中需要增加計算機技術發展的內容。同時教學內容還應包括在現有計算機技術下如何實現對工業生產的控制，或者如何對已有控制系統進行升級更新。

另一方面，可結合當前的工業實際，重新規劃講授內容，并分出重要等級，有助于調動學生的積極性。根據多年的教學實踐經驗，將計算機控制技術課程內容重新分為三個等級：一級為課程重點，應包括計算機控制系統數學基礎、計算機常規控制技術、計算機現代控制技術；二級為課程要點，包含計算機控制系統概述、計算機I/O接口技術，計算機抗干擾技術；三級為課程一般知識點，如集散控制系統、現場總線等。

2.改革課堂教學方式。計算機控制技術課程具有實際的應用對象，在課堂上如果只是簡單地解釋講授理論，脫離應用背景，很容易出現單調乏味的課堂氣氛，學生興趣不高。

首先，應摸清認知規律，在講授具體的硬件設備時，可以向學生提供實物或者實物照片，使其先形成一定的感性認識，再結合理論知識，能夠獲得較好的效果。其次，講授知識時應以問題作為導向。引導學生思考，將其帶入實際場景，運用工程思維主動探索、接受所需的理論知識。最后，豐富授課形式，利用LabVIEW等仿真模擬平臺，現場給同學演示如何利用計算機中實現控制方法和控制步驟；充分利用網絡資源，將工業生產中運用計算機控制技術的例子提供給同學，既可以增加其感性認識，又可以擴寬其視野。

3.改革實驗教學。計算機控制技術課程實驗教學與理論教學是分開的，沒有有效的實驗教學會導致理論教學效果不甚理想。解決這一問題的核心是進行實驗教學的改革，重視和提升實驗教學在整個課程中的地位，實驗教學與理論教學相輔相成、互為促進。在實驗教學目標上除了要求掌握必須的基本技能外，還應充分發揮學生的創造性和主觀能動性。可將學生分成5～7人的實驗小組，獨立分析實際生產系統的流程，設計控制系統。實驗室盡可能提供軟硬件平臺，老師應幫助同學實現控制系統功能，甚至將模擬控制系統運用到實際中。事后學生小組內應及時總結此次實驗過程，包括用到的理論知識哪些是課本上已有的、哪些是自己查閱資料所得，整個過程中遇到的問題以及解決方法，總結得到設計中的成績和不足之處。

通過這種固定實驗和自由設計的實驗教學內容改革，既能夠保證學生掌握操作基本功，又能夠在自行發揮的過程中靈活運用理論基礎知識，切實縮短課堂與社會需求的差距。同時分組協作的模式能夠培養學生的團隊精神，可以作為以后工作的模擬歷練。每份實驗總結都將記錄設計過程，各具特色，避免了撰寫實驗報告簡單摘抄、千篇一律的現象；任課老師也可以從總結報告中得知哪些是實際設計用到較多的知識、哪些是學生設計時遇到的難點等，形成一個反饋鏈，在隨后的教學改革中做到有的放矢。

4.改革作業形式。課后作業是計算機控制系統的重要部分，可以加深學生對所學知識的理解。但是不能只是計算解答課后的練習題目，謄抄教材的理論知識。如果學生已經掌握了在實際設計中如何運用理論基礎知識，課后作業就需指引學生主動思考，培養其觀察、分析和解決問題的能力，比如在校園內有哪些地方用到了計算機控制技術，是如何實現的，有沒有可以改進的余地。

（三）改革效果

通過對計算機控制技術課程出現的問題進行了課堂教學和實驗教學等方面的改革，任課老師一致反映改革后學生對這門課程的積極性和主動性提高，學生也表示該課程內容豐富新穎、與實際結合緊密，較好地鍛煉了他們的分析問題和動手操作的能力，培養了工程思維。

四、結束語

我國工業自動化發展迅速，對掌握計算機控制技術的人才需求量大。高校培養學生時不能僅僅局限于對計算機控制技術理論知識的掌握，更應當重視分析問題、解決問題和動手操作的能力培養。通過對課程內容、課堂教學、實驗教學和課后作業等的改革，可以幫助學生靈活運用理論基礎、讓學生更好地適應工業需求。

為了不斷提高計算機控制技術課程的教學質量，未來還需要探索信息技術在該課程改革中的應用。

參考文獻：

[1]閆明明，楊平，熊靜琪.基于“計算機控制技術”的機器人行走控制實驗設計[J].實驗技術與管理，2014，31（3）.

[2]于文新，楚書來.計算機控制技術在自動化生產線上的應用[J].煤炭技術，2013，32（8）.

[3]梁莉，葛斌.基于AI調節器的過程計算機控制系統[J].微計算機信息，2006，22（6-2）.

[4]林勇堅.對計算機控制技術人才培養的新探索[J].教育與職業，2008，（26）.