基于工程教育論證的“計算機控制技術”課程實驗的教學改革與實踐

王佳慶 肖忠 王曉剛 劉貴云

摘要：“計算機控制技術”課程是自動化類專業重要的專業課程。基于工程教育論證的思想，對該課程實驗的教學內容、實驗教學效果評價和學生實驗項目成績評定等方面進行了一些改革和實踐，達到了課程教學目標的要求。

關鍵詞：計算機控制技術;實驗項目;教學評價

中圖分類號：G640? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2020）12-0161-02

一、引言

“計算機控制技術”是自動化、機器人工程、電氣工程及其自動化專業的主干專業課程，是一門理論和實踐緊密結合的課程。本課程主要介紹計算機控制系統的基本理論、計算機控制器的設計方法及系統的實現。通過對本課程的學習，學生可以具備對計算機控制系統的分析能力和設計能力。“計算機控制技術”課程的主要教學內容包括：計算機控制系統的總體情況和設計方法、計算機控制系統的輸入/輸出通道的設計結構和設計、開環數字程序控制的原理和設計、數字PID控制、最少拍控制的基本原理和設計方法、工控組態軟件的設計和控制系統應用軟件的設計等。各高校根據各自的實驗條件，開設了不同的實驗項目，但基本上都是驗證性實驗項目和用Matlab做仿真實驗。

二、課程實驗內容的改革

對于課時較少的計算機控制技術課程來說，其實驗課設定并不多，一般開設了輸入/輸出通道的數據采集實驗、步進電機控制實驗、數字PID實驗等。為了進一步加深學生理論知識的學習效果，提高其工程實踐能力以及對科技創新能力，課程增加了一個演示實驗項目和一個創新設計類項目。演示實驗項目的設備來源于部分教師科研項目。我們選擇了倒立擺、機器人、磁懸浮裝置、直線柔性控制系統等裝置作為演示實驗設備。一個班級分成兩組，由課程實驗教師和實驗室指導教師分別演示和講解。選擇“水箱液位控制系統設計實驗”作為創新設計類項目，該實驗項目以水箱作為控制對象，提供了多種計算機控制硬件條件和軟件編程語言，由學生自己設計一個計算機控制系統。學生可以根據自己的學習情況選擇控制器，有PC、西門子PLC、8088和單片機可選，編程語言可根據選擇不同的控制器選擇匯編語言、Matlab、VB、MCGS、STEP7等，避免了控制系統的雷同。表1是我校開設的是實驗項目和課程教學知識點的關系表。

三、課程實驗教學的改革和實踐

在課程實驗教學過程中，我校主要針對學生實驗前后各環節、每一個實驗項目的成績評定、實驗教學效果等進行了改革和實踐。

（一）教學環節的改革

“計算機控制技術”課程被定為我校在線開放課程建設項目。在開課學期，任課教師會提前把實驗相關的資料放到實驗教學網絡資源，包括硬件設備資料、計算機控制的編程語言資料、實驗指導書等，讓學生提前熟悉相關的硬件和軟件。在實驗課前一周，任課教師在理論課環節需要把實驗中的重點、難點問題講清楚，學生要做好預習并撰寫預習報告。針對不同的實驗項目，教師采用不同的指導方式。譬如水箱液位控制系統設計實驗，由學生根據實驗室條件自行設計實驗方案進行實驗，教師在實驗過程中協助學生解決出現的問題。實驗課后，教師應該及時修改實驗報告，并在理論課環節對實驗中出現的問題進行講解。

（二）實驗項目成績評定

為了客觀、公正地反映學生的實驗效果以及對相關知識的掌握程度，需要對每一個實驗項目設置不同的評價標準。譬如“計算機控制系統演示實驗”項目，我們采用考勤（占考核比重20%）和課后大作業（占考核比重80%）的形式來進行成績評定，課后大作業往往是針對演示實驗設備進行仿真控制設計。“水箱液位控制系統設計實驗”項目采用以下幾項進行考核：實驗前準備情況檢查（占考核成績比重為10%），實驗報告（占考核成績比重為40%），實驗調試過程中操作熟練程度（占考核成績比重15%），考核對所設計控制系統進行現場參數設定的能力和控制效果（占考核成績比重20%），考核回答教師提問的情況（占考核成績比重15%）。

（三）教學效果的評價

我校對任課教師課堂教學質量評價有領導課堂教學質量評價、督導或同行課堂教學質量評價和學生課堂教學質量評價，評價指標設置如表3、4、5所示。根據“計算機控制技術”課程實驗的特點，按照30%、40%和30%計算總的評價分值。

四、結語

經過“計算機控制技術”課程實驗的教學實踐，絕大多數學生具備了一定的對計算機控制系統的硬件集成和軟件開發能力，教學管理人員可以更加客觀評價教學效果。

參考文獻：

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