“计算机控制系统”课程教学方法的思索

王改华++潘建

摘 要：围绕工科专业人才培养目标，结合“计算机控制系统”课程，对该课程在大四学生中开设的教学方法进行探讨，分析了课程存在的问题，给出了几个具体改革方案，以提高学生学习兴趣，增强学生实践能力。

关键词：工科专业 教学方法 计算机控制系统

中图分类号：G642.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）09（c）-0121-02

“计算机控制系统”在内容上主要包含了部分硬件原理设计，控制器设计等。重点内容是数字控制器的一系列设计方法：间接数字控制器设计、直接数字控制器设计以及状态空间数字控制器设计，最后针对完整系统，怎样从全局考虑设计计算机控制系统。这是一门要求理论结合实践的针对性较强的课程，涉及的知识面很广，对于从总体硬件角度考虑，需要具备基本的电路理论，电子技术、微处理器原理等基础类课程知识；从数字控制器方面来看，需要掌握基本的数学理论知识、自控原理、现代控制理论基础知识等。

因此，该课程通常会安排在大四阶段开设，这样，学生具备了一定的前提理论基础，学习时不会存在大的知识障碍。但相应的存在的一个问题是，该类重要的课程安排在大四阶段，由于此时学生会经常出现心浮气躁导致学习不专心，部分学生备战考研导致出勤率低，很多学生不能静下心来学习。因此，该课程的开设一直成为我系讨论的重点，对该课程进行教学改革也是势在必行。下面，针对“计算机控制系统”课程的教学方法以及能力培养方面，我们得出了一些工作总结，以使在不断探讨和思索的过程中，能够使教学取得一定的改进。

1 课程体系方案确定

1.1 课程内容

计算机控制系统主要包含了硬件系统原理设计和控制器设计，重点侧重于控制器的设计。课程内容如图1所示。要求学生从原理上要明白这些控制器之间的区别、优缺点，不同的应用场合。

1.2 课程体系方案

该课程体系方案主要包括课程书本原理介绍、软件仿真、实践课程设计等方面，在上一小节内容中，对计算机控制系统基本内容进行了概括；软件仿真方面，使用自动化仿真软件对控制器算法进行仿真，让学生对基本算法有一个初步的认识；结合实践环节，增加课程设计内容，并覆盖理论课的授课内容。在安排上围绕课程主要内容进行，使理论课和实验课成为有机的整体。例如：基于大林算法的电阻炉温控制系统设计，首先，对书本的讲解让学生对理论知识有一个概念性认识；其次，实验仿真过程，对算法进一步验证并深刻理解；最后进行课程设计：如设计电阻加热炉计算机控制系统。其设计要求为：电阻加热炉温度范围0～300 ℃，控制精度在±1 ℃（参考，不作要求）。温度探头选用PT100热电阻。计算机输出信号经DA转换输出0～10 mA电流信号，通过双向可控硅控制器控制加热电阻两端的电压。假设可控硅控制器输入电流输出电压呈线性关系，Ks=22 V/mA。其对象温控数学模型为：，其中：时间常数T=800 s，放大系数K=100 ℃/mA，滞后时间τ=20 s，控制算法选用大林算法。按照以上，要求学生分步骤完成设计：（1）总体方案设计（2）控制系统模型分析和数字控制器设计（3）硬件设计和实现（4）软件设计（5）编写课程设计说明书，绘制完整的系统电路图。

通过以上的课程体系，分步骤进行，更加有利于激发学生的自主学习和主观能动性；传统教学结合仿真实验、课程设计，启发学生进行思考和讨论，增强学生对理论知识的认识。

2 教学改革方案

2.1 精心挑选授课教师，注重授课各环节衔接

首先，选配的老师应该具备一定的教学经验，对自动化方面的课程体系有一定程度的深入了解及具备坚实的理论基础。其次，该教师应具备较好的实践经验，或者选派部分老师深入企业，对企业流程、需求进行了解，参与部分企业项目合作。在授课时能够将理论与实际系统联系起来。例如在数字控制器设计理论算法讲解中，可以给定一个实际的系统，给出一系列参数标准，系统模型，将复杂的问题简单化，深奥难解的问题系统化，抽象的框图形象化。最后，对内容的讲解中，能够理顺教学主线，突出教学重点，对学生所学前提基础知识适当穿插灌输，注重前后课程之间的衔接，并在课程讲解中，注意各章节、各种方法之间的区别、联系。在授课过程中，通过形象生动的实际系统画面激发学生的学习兴趣，改变以前的教师满堂灌、学生没有发言权的教学模式，实现师生融合，共同学习该课程。

2.2 充分利用设备资源，强化理论与实践融合

学生通常到大四阶段，对理论课程存在一种排斥心理，加入更多的实践课程对学生将要面临的工作岗位起到一定的积极帮助作用，可能更会提高学生的学习兴趣。因此，“计算机控制系统”课程应该进行理论仿真与实践结合。例如温度或者水位控制系统，这些系统在我院都有相应的设备，在讲解设计数字控制器的过程中，将设计的控制器算法加入到系统中，使学生理解控制系统的组成以及所描述的相关概念，针对我校开放的实验室，让学生尝试去实验，对理论的控制器设计算法展开分析。培养学生的思维和系统分析能力，积极引导学生主动思考问题，学会举一反三，并对实验结果给予打分评估。在数字控制器的设计中，注重方法的设计，对不同数字控制器的区别、联系展开分析对比，引导学生思考问题，在不同的系统中，应该加入什么样的数字控制器。让学生认识到理论仿真与实际的区别，通过计算机仿真弥补实践教学的不足，实现工程设计，加强与提高学生的实践能力，让学生认识到理论是怎样帮助实践过程。例如：选择PID控制器调节参数，理论设计有不同的方法，可以先进行仿真，评估得到一系列参数，再加入到一个实际系统中，进行调节参数等。

2.3 科学开设教学课堂，不断提高教学实效性

针对我院多年“计算机控制系统”的教学经验，该课程大多数时间都是几个班上合班课，其效果并不是很好。针对大四学生的特点：认为已经即将毕业，老师也不会过多的关注课程的学习，大四的学生学习态度会松散，并且部分同学认为在最后关键时刻，应抓紧时间玩，而没有把精力放在学习上，只有部分考研学生，也只是在努力复习考研。针对以上存在的情况，我们认为，小班课程开设会让学生感受到仍然被关注，不放弃最后一段时间的理论结合实践的学习过程。在教学开展过程中，教师要与学校教务部门加强交流沟通，齐心协力，形成齐抓共管的良好教学与学习氛围。一是授课教师要抓好课前准备、课中教学、课后问效等关键环节。在课前教师要充分备课，教案要内容充实、紧贴前沿理论，课件要文底清晰、画面精致，能够起到吸引学生眼球的作用。在课中授课教师要语言精练、语速平稳、表达幽默、方法得当，起到吸引学生注意力的效果。课后教师要及时跟踪问效学生学习与实践动手情况，收集好相关学生学习动态。

最后，“计算机控制系统”也是一门实践性很强的课程，如果能够结合课程设计学习该课程，不仅有助于学生深入了解该课程体系，同时，也能够增强学生的实践能力，使学生感受到学有所用。

3 结语

从“计算机控制系统”课程的探讨和思索中，教师应该充分发挥主动性作用，以使该课程不要形同虚设，使学生在该课程学习中，真正掌握计算机控制系统的控制原理、分析设计方法和应用技术，达到培养学生具有设计和组成计算机控制系统的能力。

参考文献

[1] 李元春.计算机控制系统[M].2版.高等教育出版社，2009.

[2] 周焕银，刘金生，钱敏，等.微型计算机控制技术[J].课程教学方法的研究与探索.东华理工大学学报（社会科学版），2009（3）：270-273.

[3] 李晓春，曲晓海，杨洋，等.工程训练教学改革探索与实践[J].实验室研究与探索， 2014，1（33）：229-231.endprint

摘 要：围绕工科专业人才培养目标，结合“计算机控制系统”课程，对该课程在大四学生中开设的教学方法进行探讨，分析了课程存在的问题，给出了几个具体改革方案，以提高学生学习兴趣，增强学生实践能力。

关键词：工科专业 教学方法 计算机控制系统

中图分类号：G642.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）09（c）-0121-02

“计算机控制系统”在内容上主要包含了部分硬件原理设计，控制器设计等。重点内容是数字控制器的一系列设计方法：间接数字控制器设计、直接数字控制器设计以及状态空间数字控制器设计，最后针对完整系统，怎样从全局考虑设计计算机控制系统。这是一门要求理论结合实践的针对性较强的课程，涉及的知识面很广，对于从总体硬件角度考虑，需要具备基本的电路理论，电子技术、微处理器原理等基础类课程知识；从数字控制器方面来看，需要掌握基本的数学理论知识、自控原理、现代控制理论基础知识等。

因此，该课程通常会安排在大四阶段开设，这样，学生具备了一定的前提理论基础，学习时不会存在大的知识障碍。但相应的存在的一个问题是，该类重要的课程安排在大四阶段，由于此时学生会经常出现心浮气躁导致学习不专心，部分学生备战考研导致出勤率低，很多学生不能静下心来学习。因此，该课程的开设一直成为我系讨论的重点，对该课程进行教学改革也是势在必行。下面，针对“计算机控制系统”课程的教学方法以及能力培养方面，我们得出了一些工作总结，以使在不断探讨和思索的过程中，能够使教学取得一定的改进。

1 课程体系方案确定

1.1 课程内容

计算机控制系统主要包含了硬件系统原理设计和控制器设计，重点侧重于控制器的设计。课程内容如图1所示。要求学生从原理上要明白这些控制器之间的区别、优缺点，不同的应用场合。

1.2 课程体系方案

该课程体系方案主要包括课程书本原理介绍、软件仿真、实践课程设计等方面，在上一小节内容中，对计算机控制系统基本内容进行了概括；软件仿真方面，使用自动化仿真软件对控制器算法进行仿真，让学生对基本算法有一个初步的认识；结合实践环节，增加课程设计内容，并覆盖理论课的授课内容。在安排上围绕课程主要内容进行，使理论课和实验课成为有机的整体。例如：基于大林算法的电阻炉温控制系统设计，首先，对书本的讲解让学生对理论知识有一个概念性认识；其次，实验仿真过程，对算法进一步验证并深刻理解；最后进行课程设计：如设计电阻加热炉计算机控制系统。其设计要求为：电阻加热炉温度范围0～300 ℃，控制精度在±1 ℃（参考，不作要求）。温度探头选用PT100热电阻。计算机输出信号经DA转换输出0～10 mA电流信号，通过双向可控硅控制器控制加热电阻两端的电压。假设可控硅控制器输入电流输出电压呈线性关系，Ks=22 V/mA。其对象温控数学模型为：，其中：时间常数T=800 s，放大系数K=100 ℃/mA，滞后时间τ=20 s，控制算法选用大林算法。按照以上，要求学生分步骤完成设计：（1）总体方案设计（2）控制系统模型分析和数字控制器设计（3）硬件设计和实现（4）软件设计（5）编写课程设计说明书，绘制完整的系统电路图。

通过以上的课程体系，分步骤进行，更加有利于激发学生的自主学习和主观能动性；传统教学结合仿真实验、课程设计，启发学生进行思考和讨论，增强学生对理论知识的认识。

2 教学改革方案

2.1 精心挑选授课教师，注重授课各环节衔接

首先，选配的老师应该具备一定的教学经验，对自动化方面的课程体系有一定程度的深入了解及具备坚实的理论基础。其次，该教师应具备较好的实践经验，或者选派部分老师深入企业，对企业流程、需求进行了解，参与部分企业项目合作。在授课时能够将理论与实际系统联系起来。例如在数字控制器设计理论算法讲解中，可以给定一个实际的系统，给出一系列参数标准，系统模型，将复杂的问题简单化，深奥难解的问题系统化，抽象的框图形象化。最后，对内容的讲解中，能够理顺教学主线，突出教学重点，对学生所学前提基础知识适当穿插灌输，注重前后课程之间的衔接，并在课程讲解中，注意各章节、各种方法之间的区别、联系。在授课过程中，通过形象生动的实际系统画面激发学生的学习兴趣，改变以前的教师满堂灌、学生没有发言权的教学模式，实现师生融合，共同学习该课程。

2.2 充分利用设备资源，强化理论与实践融合

学生通常到大四阶段，对理论课程存在一种排斥心理，加入更多的实践课程对学生将要面临的工作岗位起到一定的积极帮助作用，可能更会提高学生的学习兴趣。因此，“计算机控制系统”课程应该进行理论仿真与实践结合。例如温度或者水位控制系统，这些系统在我院都有相应的设备，在讲解设计数字控制器的过程中，将设计的控制器算法加入到系统中，使学生理解控制系统的组成以及所描述的相关概念，针对我校开放的实验室，让学生尝试去实验，对理论的控制器设计算法展开分析。培养学生的思维和系统分析能力，积极引导学生主动思考问题，学会举一反三，并对实验结果给予打分评估。在数字控制器的设计中，注重方法的设计，对不同数字控制器的区别、联系展开分析对比，引导学生思考问题，在不同的系统中，应该加入什么样的数字控制器。让学生认识到理论仿真与实际的区别，通过计算机仿真弥补实践教学的不足，实现工程设计，加强与提高学生的实践能力，让学生认识到理论是怎样帮助实践过程。例如：选择PID控制器调节参数，理论设计有不同的方法，可以先进行仿真，评估得到一系列参数，再加入到一个实际系统中，进行调节参数等。

2.3 科学开设教学课堂，不断提高教学实效性

针对我院多年“计算机控制系统”的教学经验，该课程大多数时间都是几个班上合班课，其效果并不是很好。针对大四学生的特点：认为已经即将毕业，老师也不会过多的关注课程的学习，大四的学生学习态度会松散，并且部分同学认为在最后关键时刻，应抓紧时间玩，而没有把精力放在学习上，只有部分考研学生，也只是在努力复习考研。针对以上存在的情况，我们认为，小班课程开设会让学生感受到仍然被关注，不放弃最后一段时间的理论结合实践的学习过程。在教学开展过程中，教师要与学校教务部门加强交流沟通，齐心协力，形成齐抓共管的良好教学与学习氛围。一是授课教师要抓好课前准备、课中教学、课后问效等关键环节。在课前教师要充分备课，教案要内容充实、紧贴前沿理论，课件要文底清晰、画面精致，能够起到吸引学生眼球的作用。在课中授课教师要语言精练、语速平稳、表达幽默、方法得当，起到吸引学生注意力的效果。课后教师要及时跟踪问效学生学习与实践动手情况，收集好相关学生学习动态。

最后，“计算机控制系统”也是一门实践性很强的课程，如果能够结合课程设计学习该课程，不仅有助于学生深入了解该课程体系，同时，也能够增强学生的实践能力，使学生感受到学有所用。

3 结语

从“计算机控制系统”课程的探讨和思索中，教师应该充分发挥主动性作用，以使该课程不要形同虚设，使学生在该课程学习中，真正掌握计算机控制系统的控制原理、分析设计方法和应用技术，达到培养学生具有设计和组成计算机控制系统的能力。

参考文献

[1] 李元春.计算机控制系统[M].2版.高等教育出版社，2009.

[2] 周焕银，刘金生，钱敏，等.微型计算机控制技术[J].课程教学方法的研究与探索.东华理工大学学报（社会科学版），2009（3）：270-273.

[3] 李晓春，曲晓海，杨洋，等.工程训练教学改革探索与实践[J].实验室研究与探索， 2014，1（33）：229-231.endprint

摘 要：围绕工科专业人才培养目标，结合“计算机控制系统”课程，对该课程在大四学生中开设的教学方法进行探讨，分析了课程存在的问题，给出了几个具体改革方案，以提高学生学习兴趣，增强学生实践能力。

关键词：工科专业 教学方法 计算机控制系统

中图分类号：G642.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）09（c）-0121-02

“计算机控制系统”在内容上主要包含了部分硬件原理设计，控制器设计等。重点内容是数字控制器的一系列设计方法：间接数字控制器设计、直接数字控制器设计以及状态空间数字控制器设计，最后针对完整系统，怎样从全局考虑设计计算机控制系统。这是一门要求理论结合实践的针对性较强的课程，涉及的知识面很广，对于从总体硬件角度考虑，需要具备基本的电路理论，电子技术、微处理器原理等基础类课程知识；从数字控制器方面来看，需要掌握基本的数学理论知识、自控原理、现代控制理论基础知识等。

因此，该课程通常会安排在大四阶段开设，这样，学生具备了一定的前提理论基础，学习时不会存在大的知识障碍。但相应的存在的一个问题是，该类重要的课程安排在大四阶段，由于此时学生会经常出现心浮气躁导致学习不专心，部分学生备战考研导致出勤率低，很多学生不能静下心来学习。因此，该课程的开设一直成为我系讨论的重点，对该课程进行教学改革也是势在必行。下面，针对“计算机控制系统”课程的教学方法以及能力培养方面，我们得出了一些工作总结，以使在不断探讨和思索的过程中，能够使教学取得一定的改进。

1 课程体系方案确定

1.1 课程内容

计算机控制系统主要包含了硬件系统原理设计和控制器设计，重点侧重于控制器的设计。课程内容如图1所示。要求学生从原理上要明白这些控制器之间的区别、优缺点，不同的应用场合。

1.2 课程体系方案

该课程体系方案主要包括课程书本原理介绍、软件仿真、实践课程设计等方面，在上一小节内容中，对计算机控制系统基本内容进行了概括；软件仿真方面，使用自动化仿真软件对控制器算法进行仿真，让学生对基本算法有一个初步的认识；结合实践环节，增加课程设计内容，并覆盖理论课的授课内容。在安排上围绕课程主要内容进行，使理论课和实验课成为有机的整体。例如：基于大林算法的电阻炉温控制系统设计，首先，对书本的讲解让学生对理论知识有一个概念性认识；其次，实验仿真过程，对算法进一步验证并深刻理解；最后进行课程设计：如设计电阻加热炉计算机控制系统。其设计要求为：电阻加热炉温度范围0～300 ℃，控制精度在±1 ℃（参考，不作要求）。温度探头选用PT100热电阻。计算机输出信号经DA转换输出0～10 mA电流信号，通过双向可控硅控制器控制加热电阻两端的电压。假设可控硅控制器输入电流输出电压呈线性关系，Ks=22 V/mA。其对象温控数学模型为：，其中：时间常数T=800 s，放大系数K=100 ℃/mA，滞后时间τ=20 s，控制算法选用大林算法。按照以上，要求学生分步骤完成设计：（1）总体方案设计（2）控制系统模型分析和数字控制器设计（3）硬件设计和实现（4）软件设计（5）编写课程设计说明书，绘制完整的系统电路图。

通过以上的课程体系，分步骤进行，更加有利于激发学生的自主学习和主观能动性；传统教学结合仿真实验、课程设计，启发学生进行思考和讨论，增强学生对理论知识的认识。

2 教学改革方案

2.1 精心挑选授课教师，注重授课各环节衔接

首先，选配的老师应该具备一定的教学经验，对自动化方面的课程体系有一定程度的深入了解及具备坚实的理论基础。其次，该教师应具备较好的实践经验，或者选派部分老师深入企业，对企业流程、需求进行了解，参与部分企业项目合作。在授课时能够将理论与实际系统联系起来。例如在数字控制器设计理论算法讲解中，可以给定一个实际的系统，给出一系列参数标准，系统模型，将复杂的问题简单化，深奥难解的问题系统化，抽象的框图形象化。最后，对内容的讲解中，能够理顺教学主线，突出教学重点，对学生所学前提基础知识适当穿插灌输，注重前后课程之间的衔接，并在课程讲解中，注意各章节、各种方法之间的区别、联系。在授课过程中，通过形象生动的实际系统画面激发学生的学习兴趣，改变以前的教师满堂灌、学生没有发言权的教学模式，实现师生融合，共同学习该课程。

2.2 充分利用设备资源，强化理论与实践融合

学生通常到大四阶段，对理论课程存在一种排斥心理，加入更多的实践课程对学生将要面临的工作岗位起到一定的积极帮助作用，可能更会提高学生的学习兴趣。因此，“计算机控制系统”课程应该进行理论仿真与实践结合。例如温度或者水位控制系统，这些系统在我院都有相应的设备，在讲解设计数字控制器的过程中，将设计的控制器算法加入到系统中，使学生理解控制系统的组成以及所描述的相关概念，针对我校开放的实验室，让学生尝试去实验，对理论的控制器设计算法展开分析。培养学生的思维和系统分析能力，积极引导学生主动思考问题，学会举一反三，并对实验结果给予打分评估。在数字控制器的设计中，注重方法的设计，对不同数字控制器的区别、联系展开分析对比，引导学生思考问题，在不同的系统中，应该加入什么样的数字控制器。让学生认识到理论仿真与实际的区别，通过计算机仿真弥补实践教学的不足，实现工程设计，加强与提高学生的实践能力，让学生认识到理论是怎样帮助实践过程。例如：选择PID控制器调节参数，理论设计有不同的方法，可以先进行仿真，评估得到一系列参数，再加入到一个实际系统中，进行调节参数等。

2.3 科学开设教学课堂，不断提高教学实效性

针对我院多年“计算机控制系统”的教学经验，该课程大多数时间都是几个班上合班课，其效果并不是很好。针对大四学生的特点：认为已经即将毕业，老师也不会过多的关注课程的学习，大四的学生学习态度会松散，并且部分同学认为在最后关键时刻，应抓紧时间玩，而没有把精力放在学习上，只有部分考研学生，也只是在努力复习考研。针对以上存在的情况，我们认为，小班课程开设会让学生感受到仍然被关注，不放弃最后一段时间的理论结合实践的学习过程。在教学开展过程中，教师要与学校教务部门加强交流沟通，齐心协力，形成齐抓共管的良好教学与学习氛围。一是授课教师要抓好课前准备、课中教学、课后问效等关键环节。在课前教师要充分备课，教案要内容充实、紧贴前沿理论，课件要文底清晰、画面精致，能够起到吸引学生眼球的作用。在课中授课教师要语言精练、语速平稳、表达幽默、方法得当，起到吸引学生注意力的效果。课后教师要及时跟踪问效学生学习与实践动手情况，收集好相关学生学习动态。

最后，“计算机控制系统”也是一门实践性很强的课程，如果能够结合课程设计学习该课程，不仅有助于学生深入了解该课程体系，同时，也能够增强学生的实践能力，使学生感受到学有所用。

3 结语

从“计算机控制系统”课程的探讨和思索中，教师应该充分发挥主动性作用，以使该课程不要形同虚设，使学生在该课程学习中，真正掌握计算机控制系统的控制原理、分析设计方法和应用技术，达到培养学生具有设计和组成计算机控制系统的能力。

参考文献

[1] 李元春.计算机控制系统[M].2版.高等教育出版社，2009.

[2] 周焕银，刘金生，钱敏，等.微型计算机控制技术[J].课程教学方法的研究与探索.东华理工大学学报（社会科学版），2009（3）：270-273.

[3] 李晓春，曲晓海，杨洋，等.工程训练教学改革探索与实践[J].实验室研究与探索， 2014，1（33）：229-231.endprint