计算机控制技术课程改革的研究与实践
高相铭+邹玉炜
[摘 要]计算机控制技术是电气自动化专业的重要专业课，是一门理论性和实践性都很强的综合性专业课程。为解决传统的授课方式过于偏重理论教学，难以将理论与应用有机结合的问题，应构建一种基于系统工程理论，能够培养学生的系统观念，提高学生综合实践能力的系统教学体系。
[关键词]计算机控制技术；实践教学；课程改革
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）08-0132-03
计算机控制技术是电气工程及其自动化专业重要的专业技术课程之一。本课程的任务是培养学生掌握计算机控制的基本概念，掌握计算机控制系统的基本分析方法和设计方法，使学生从理论上掌握计算机控制系统的基本原理及应用，使学生具备有效地分析和设计计算机控制系统所需的必要的知识、洞察力和理解力。它融合了计算机技术、控制理论、计算机通信等多种技术，以计算机在系统控制中的应用为中心，以计算机控制系统为主线，涉及控制系统硬件、软件、系统分析和应用等方面的问题，因此计算机控制技术是一门理论性和实践性都很强的专业课程。
但是，从近几年的教学效果来看，通过本课程的学习，学生能够很好地掌握计算机控制系统的相关理论，但是无法很好地完成面向实际应用的计算机控制系统的设计。计算机控制技术课程兼具理论性和实践性，在教学过程中，必须将课堂理论教学与实践教学有机结合，培养学生分析和解决实际问题的能力。因此对计算机控制技术课程教学方法的改革进行研究、探索和实践是十分必要的。
一、计算机控制技术课程分析
计算机控制技术是模拟电路、数字电路、单片机原理、自动控制原理以及计算机技术等前期课程的再次综合与进一步升华，学习难度较大，特别是在基础薄弱的情况下，学习该课程就显得更为吃力。由于该课程的理论性和实践性都很强，传统的授课方式过于偏重理论教学，难以将理论与应用结合。传统方式授课时仍以数字控制理论为主体，在理论的应用中介绍微机控制方式及其具体实现，减少了计算机与实际控制系统结合的内容，这种方式与培养应用型专业人才的目标相距甚远。最为明显的后果是学生走上工作岗位后，所学的知识在具体生产应用中很难适应实际的生产实践。
计算机控制课程具有如下特点：1.应用性强。计算机控制技术在十分广泛的领域内获得越来越多的应用，在新型工业化中起着不可缺少的重要作用。2.更新性强。随着计算机技术和自动控制理论的不断发展，其教学内容也不断更新。3.综合性强。涉及电子技术、自动控制理论、过程控制、微型计算机原理与应用等多方面的知识，综合了许多的基础理论和前期课程。4.实践性强。本课程是典型的需要理论联系实际，要求学生理论分析、系统设计和实验实现三位一体，培养学生科学、技术与工程一体化的意识和能力的课程。
二、计算机控制技术教学中存在的问题
通过对省内多所开设有计算机控制技术课程的理工类和综合类本科院校的教学过程和教学效果进行调研，发现以下问题：计算机控制技术的教学过程仍是以教师为主体的传统授课方式，老师授课学生听讲；课内实验大多为验证型实验，学生发挥自主能动性的机会很少，造成了学生的实践能力和综合素质培养不够，学习效果不佳。
分析造成此种结果的原因，主要有以下几个方面：1.教师方面：教师的授课重点更多地放在了理论知识的传授上，而对于知识的实际运用比如系统设计中的团队合作等往往被放在了次要的位置；2.教材方面：大多数教材在设计中以控制系统各组成部分的介绍和理论推导为主，实际的案例很少，针对案例的分析和讲解更少，对学生实际应用能力的培养很难起到明显的作用；3.课程安排方面：理论课和实验实践学时差别较大，实验内容同实际工程应用相脱离，使得学生难以在实验实践环节中得到实际的工程经验；4.考核方面：以出勤、作业成绩和考试成绩评价学生的学习效果，没有对学生的应用能力和实践能力进行考核，导致大部分学生不重视实验实践教学环节。
三、计算机控制技术教学方法改革的研究与探索
我们通过广泛调研兄弟院校、毕业生用人单位的培养经验和反馈信息，在深入分析现在计算机控制技术课程教学过程中存在的不足之处的基础上，提出以下改革方案：基于系统工程理论，加强计算机控制系统课程设计和创新实践环节，同步提升学生的理论水平和实践动手能力；同时，将“卓越工程师培养计划”的理念引入计算机控制技术的教学中，以提高学生“学以致用”的综合素质和动手能力，为国家培养出适应新环境的高素质的，具有创新思维、创新能力的综合性应用型人才。
（一）基于系统工程理论，培养学生的系统观念
系统观念的建立是工业自动化专业学生所应达到的最终培养目标之一，需要教师在传授知识的过程中潜移默化地教导学生，使其从思想上重视系统理论，自觉地在日常学习中树立系统观念。系统观念的树立应该从多方面入手进行指导，包括指导学生系统地看待问题，教育学生系统地思考问题，指导学生系统地解决问题。计算机控制技术课程教学本身就是一个系统工程，它和多门专业基础课息息相关，比如电路，电子技术，单片机技术等，还和多门专业课相关，比如自动控制原理，电力电子技术等。因此需要从相关的专业基础课开始进行系统的专业知识培养，循序渐进、潜移默化地进行系统观念的培养。在这个系统工程中，教师不仅是计算机控制系统的理论技术知识的传授者，更重要的是还要充当学生系统观念培养的引路人。要将控制系统的思想内核及方法应用到计算机控制技术的教学实践中，用系统方法论对该课程的理论和实践教学进行改革研究，从而达到使该课程的教学系统工程最优化的目的。计算机控制技术是一门高度综合的课程，是元件与系统的结合，硬件与软件的结合，强电与弱电的结合，算法研究与程序实现的结合。因此，我们在教学组织上要通过对这四个结合的论述和理解，使学生树立系统设计的协调意识和全局优化意识，提高学生用科学的方法论指导课程学习的自觉性。
（二）加强课程设计环节，做到“三有、两严、一宽”
专业课程设计是计算机控制技术教学过程中培养学生系统观念的重要环节之一，它要求学生在此过程中必须运用系统论的方法，系统地看待和分析问题，系统地思考和解决问题。为了系统地训练学生综合运用所学知识解决本专业方向的实际问题的能力，我们采用了如下措施。首先为了保证时间的充裕性，将计算机控制技术课程设计时间定为6周。其次要做好前期准备工作，教师需要先把计算机控制技术课程设计的要求知会每一位学生，这些要求分布在任务书和指导书中。学生要认真阅读和领会任务书和指导书的内容，做到心中有数，以便能够在接下来的工作中系统地分析设计任务。分析任务的步骤完成后，学生将会依据自身条件在网络上或者图书馆内查阅相关专业技术资料，系统地了解实际系统的组成、原理和设计过程，系统地思考解决问题的方法。然后教师会根据学生对课题的了解情况合理地分组，一般是5人分为1个小组，小组内选出小组长一名，负责课程设计工作的总体安排和协调。要求每个小组在课程设计的各个阶段均需撰写相应的设计进展报告，以便教师能够根据各组的进展情况有针对性地进行指导。最后是课程设计的总体评价机制，我们会综合考虑学生在课程设计中的表现，如日常出勤、报告撰写、实际作品的运行情况、程序编写的合理性和效率、最后答辩表现等因素，最终综合评定课程设计总成绩。答辩环节是计算机控制技术课程设计中非常重要的一环，它不但能够有效地检验学生设计任务的完成情况，而且能够便于教师发现学生在过程中存在的薄弱环节。通过对每个学生在答辩过程中体现出的问题进行总结，就能够在今后的课程设计中有针对性地进行改进，从而达到提高教学效果和效率的目的。
在课程设计的实际操作中，教师要做到“三有、两严、一宽”。“三有”即有指导性的时间和内容的安排计划；有加强能力培养的具体目标；有切实可行的操作规程，保证把能力培养落到实处。“两严”即严格要求学生自己动手设计方案和调试；严格验收检查。“一宽”即为学生创造宽松的学习氛围。
（三）重视课程实践教学，提高学生学习兴趣
课程实践教学是对传统实验教学的补充和升级，传统的实验教学是在现成的实验设备上完成既定的测试和设计，其内容和步骤都已限定，学生自由发挥的余地较小。针对课程实践教学的目标，我们拟以单片机为控制器，融合Matlab、Protel及Protues等软件完成计算机控制系统的课程实践。利用Matlab软件设计仿真方案，完成数字控制器的仿真设计和参数选择；利用Proteus和Keil软件设计计算机控制系统的硬件仿真系统，使学生在选择微处理器、A / D转换器、D / A转换器以及其他典型元器件时有了更多的自主性；软件仿真和硬件仿真全部通过后即可进入系统的实质性实现阶段，学生通过Protel软件绘制电路原理图和PCB图，自己制版，焊接，下载程序直至软硬件调试成功。实践教学的改进，大大提高了学生的学习兴趣。
四、结论
本文针对目前计算机控制技术教学过程中普遍存在的问题，以适应电气工程专业应用型人才培养为目标，结合本地区经济的发展特点与我校该专业的实际条件，通过广泛调研兄弟院校、毕业生用人单位的培养经验和反馈信息，对计算机控制技术专业课程体系进行了改革与实践，构建了适应新环境条件下的新的教学理念和教学方法。主要创新点包括：提出了基于系统工程理论，培养学生的系统观念；进行课程设计改革，做到“三有、两严、一宽”。
计算机控制技术课程改革方案实施后，学生的理论水平和实践动手能力有明显提高，使我校的毕业生就业竞争力大大加强，从而为更好地培养电气工程复合型技术人才打造了科学的平台，也为其他高校尤其是应用型二本地方院校人才培养提供了理论依据和参考价值。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 李云霞，康波，邹见效.计算机控制系统教学改革思路和实践[J].实验科学与技术，2012（2）：70-72.
[2] 温淑慧.计算机控制技术实验教学改革初探[J].教学研究，2010（6）：59-61.
[3] 黎萍，刘保军.计算机控制技术教学改革初探[J].中国电力教育，2011（27）：170-171.
[4] 孙坚，王强.宽口径培养模式下《计算机控制技术》的教改与实践[J].中国电力教育，2013（28）：130-131.
[5] 罗胜，薛光明，周宏明.建设开放的《计算机控制技术》实践教学体系[J].现代教育技术，2008（7）：113-118.
[责任编辑：钟 岚]
[摘 要]计算机控制技术是电气自动化专业的重要专业课，是一门理论性和实践性都很强的综合性专业课程。为解决传统的授课方式过于偏重理论教学，难以将理论与应用有机结合的问题，应构建一种基于系统工程理论，能够培养学生的系统观念，提高学生综合实践能力的系统教学体系。
[关键词]计算机控制技术；实践教学；课程改革
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）08-0132-03
计算机控制技术是电气工程及其自动化专业重要的专业技术课程之一。本课程的任务是培养学生掌握计算机控制的基本概念，掌握计算机控制系统的基本分析方法和设计方法，使学生从理论上掌握计算机控制系统的基本原理及应用，使学生具备有效地分析和设计计算机控制系统所需的必要的知识、洞察力和理解力。它融合了计算机技术、控制理论、计算机通信等多种技术，以计算机在系统控制中的应用为中心，以计算机控制系统为主线，涉及控制系统硬件、软件、系统分析和应用等方面的问题，因此计算机控制技术是一门理论性和实践性都很强的专业课程。
但是，从近几年的教学效果来看，通过本课程的学习，学生能够很好地掌握计算机控制系统的相关理论，但是无法很好地完成面向实际应用的计算机控制系统的设计。计算机控制技术课程兼具理论性和实践性，在教学过程中，必须将课堂理论教学与实践教学有机结合，培养学生分析和解决实际问题的能力。因此对计算机控制技术课程教学方法的改革进行研究、探索和实践是十分必要的。
一、计算机控制技术课程分析
计算机控制技术是模拟电路、数字电路、单片机原理、自动控制原理以及计算机技术等前期课程的再次综合与进一步升华，学习难度较大，特别是在基础薄弱的情况下，学习该课程就显得更为吃力。由于该课程的理论性和实践性都很强，传统的授课方式过于偏重理论教学，难以将理论与应用结合。传统方式授课时仍以数字控制理论为主体，在理论的应用中介绍微机控制方式及其具体实现，减少了计算机与实际控制系统结合的内容，这种方式与培养应用型专业人才的目标相距甚远。最为明显的后果是学生走上工作岗位后，所学的知识在具体生产应用中很难适应实际的生产实践。
计算机控制课程具有如下特点：1.应用性强。计算机控制技术在十分广泛的领域内获得越来越多的应用，在新型工业化中起着不可缺少的重要作用。2.更新性强。随着计算机技术和自动控制理论的不断发展，其教学内容也不断更新。3.综合性强。涉及电子技术、自动控制理论、过程控制、微型计算机原理与应用等多方面的知识，综合了许多的基础理论和前期课程。4.实践性强。本课程是典型的需要理论联系实际，要求学生理论分析、系统设计和实验实现三位一体，培养学生科学、技术与工程一体化的意识和能力的课程。
二、计算机控制技术教学中存在的问题
通过对省内多所开设有计算机控制技术课程的理工类和综合类本科院校的教学过程和教学效果进行调研，发现以下问题：计算机控制技术的教学过程仍是以教师为主体的传统授课方式，老师授课学生听讲；课内实验大多为验证型实验，学生发挥自主能动性的机会很少，造成了学生的实践能力和综合素质培养不够，学习效果不佳。
分析造成此种结果的原因，主要有以下几个方面：1.教师方面：教师的授课重点更多地放在了理论知识的传授上，而对于知识的实际运用比如系统设计中的团队合作等往往被放在了次要的位置；2.教材方面：大多数教材在设计中以控制系统各组成部分的介绍和理论推导为主，实际的案例很少，针对案例的分析和讲解更少，对学生实际应用能力的培养很难起到明显的作用；3.课程安排方面：理论课和实验实践学时差别较大，实验内容同实际工程应用相脱离，使得学生难以在实验实践环节中得到实际的工程经验；4.考核方面：以出勤、作业成绩和考试成绩评价学生的学习效果，没有对学生的应用能力和实践能力进行考核，导致大部分学生不重视实验实践教学环节。
三、计算机控制技术教学方法改革的研究与探索
我们通过广泛调研兄弟院校、毕业生用人单位的培养经验和反馈信息，在深入分析现在计算机控制技术课程教学过程中存在的不足之处的基础上，提出以下改革方案：基于系统工程理论，加强计算机控制系统课程设计和创新实践环节，同步提升学生的理论水平和实践动手能力；同时，将“卓越工程师培养计划”的理念引入计算机控制技术的教学中，以提高学生“学以致用”的综合素质和动手能力，为国家培养出适应新环境的高素质的，具有创新思维、创新能力的综合性应用型人才。
（一）基于系统工程理论，培养学生的系统观念
系统观念的建立是工业自动化专业学生所应达到的最终培养目标之一，需要教师在传授知识的过程中潜移默化地教导学生，使其从思想上重视系统理论，自觉地在日常学习中树立系统观念。系统观念的树立应该从多方面入手进行指导，包括指导学生系统地看待问题，教育学生系统地思考问题，指导学生系统地解决问题。计算机控制技术课程教学本身就是一个系统工程，它和多门专业基础课息息相关，比如电路，电子技术，单片机技术等，还和多门专业课相关，比如自动控制原理，电力电子技术等。因此需要从相关的专业基础课开始进行系统的专业知识培养，循序渐进、潜移默化地进行系统观念的培养。在这个系统工程中，教师不仅是计算机控制系统的理论技术知识的传授者，更重要的是还要充当学生系统观念培养的引路人。要将控制系统的思想内核及方法应用到计算机控制技术的教学实践中，用系统方法论对该课程的理论和实践教学进行改革研究，从而达到使该课程的教学系统工程最优化的目的。计算机控制技术是一门高度综合的课程，是元件与系统的结合，硬件与软件的结合，强电与弱电的结合，算法研究与程序实现的结合。因此，我们在教学组织上要通过对这四个结合的论述和理解，使学生树立系统设计的协调意识和全局优化意识，提高学生用科学的方法论指导课程学习的自觉性。
（二）加强课程设计环节，做到“三有、两严、一宽”
专业课程设计是计算机控制技术教学过程中培养学生系统观念的重要环节之一，它要求学生在此过程中必须运用系统论的方法，系统地看待和分析问题，系统地思考和解决问题。为了系统地训练学生综合运用所学知识解决本专业方向的实际问题的能力，我们采用了如下措施。首先为了保证时间的充裕性，将计算机控制技术课程设计时间定为6周。其次要做好前期准备工作，教师需要先把计算机控制技术课程设计的要求知会每一位学生，这些要求分布在任务书和指导书中。学生要认真阅读和领会任务书和指导书的内容，做到心中有数，以便能够在接下来的工作中系统地分析设计任务。分析任务的步骤完成后，学生将会依据自身条件在网络上或者图书馆内查阅相关专业技术资料，系统地了解实际系统的组成、原理和设计过程，系统地思考解决问题的方法。然后教师会根据学生对课题的了解情况合理地分组，一般是5人分为1个小组，小组内选出小组长一名，负责课程设计工作的总体安排和协调。要求每个小组在课程设计的各个阶段均需撰写相应的设计进展报告，以便教师能够根据各组的进展情况有针对性地进行指导。最后是课程设计的总体评价机制，我们会综合考虑学生在课程设计中的表现，如日常出勤、报告撰写、实际作品的运行情况、程序编写的合理性和效率、最后答辩表现等因素，最终综合评定课程设计总成绩。答辩环节是计算机控制技术课程设计中非常重要的一环，它不但能够有效地检验学生设计任务的完成情况，而且能够便于教师发现学生在过程中存在的薄弱环节。通过对每个学生在答辩过程中体现出的问题进行总结，就能够在今后的课程设计中有针对性地进行改进，从而达到提高教学效果和效率的目的。
在课程设计的实际操作中，教师要做到“三有、两严、一宽”。“三有”即有指导性的时间和内容的安排计划；有加强能力培养的具体目标；有切实可行的操作规程，保证把能力培养落到实处。“两严”即严格要求学生自己动手设计方案和调试；严格验收检查。“一宽”即为学生创造宽松的学习氛围。
（三）重视课程实践教学，提高学生学习兴趣
课程实践教学是对传统实验教学的补充和升级，传统的实验教学是在现成的实验设备上完成既定的测试和设计，其内容和步骤都已限定，学生自由发挥的余地较小。针对课程实践教学的目标，我们拟以单片机为控制器，融合Matlab、Protel及Protues等软件完成计算机控制系统的课程实践。利用Matlab软件设计仿真方案，完成数字控制器的仿真设计和参数选择；利用Proteus和Keil软件设计计算机控制系统的硬件仿真系统，使学生在选择微处理器、A / D转换器、D / A转换器以及其他典型元器件时有了更多的自主性；软件仿真和硬件仿真全部通过后即可进入系统的实质性实现阶段，学生通过Protel软件绘制电路原理图和PCB图，自己制版，焊接，下载程序直至软硬件调试成功。实践教学的改进，大大提高了学生的学习兴趣。
四、结论
本文针对目前计算机控制技术教学过程中普遍存在的问题，以适应电气工程专业应用型人才培养为目标，结合本地区经济的发展特点与我校该专业的实际条件，通过广泛调研兄弟院校、毕业生用人单位的培养经验和反馈信息，对计算机控制技术专业课程体系进行了改革与实践，构建了适应新环境条件下的新的教学理念和教学方法。主要创新点包括：提出了基于系统工程理论，培养学生的系统观念；进行课程设计改革，做到“三有、两严、一宽”。
计算机控制技术课程改革方案实施后，学生的理论水平和实践动手能力有明显提高，使我校的毕业生就业竞争力大大加强，从而为更好地培养电气工程复合型技术人才打造了科学的平台，也为其他高校尤其是应用型二本地方院校人才培养提供了理论依据和参考价值。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 李云霞，康波，邹见效.计算机控制系统教学改革思路和实践[J].实验科学与技术，2012（2）：70-72.
[2] 温淑慧.计算机控制技术实验教学改革初探[J].教学研究，2010（6）：59-61.
[3] 黎萍，刘保军.计算机控制技术教学改革初探[J].中国电力教育，2011（27）：170-171.
[4] 孙坚，王强.宽口径培养模式下《计算机控制技术》的教改与实践[J].中国电力教育，2013（28）：130-131.
[5] 罗胜，薛光明，周宏明.建设开放的《计算机控制技术》实践教学体系[J].现代教育技术，2008（7）：113-118.
[责任编辑：钟 岚]
