计算机控制技术课程改革研究

游文霞 施保华

摘要：计算机控制技术是自动化专业的一门主干课程。总结分析计算机控制技术课程的现状和不足，确定改革目标，并针对存在的问题提出教学内容、课堂教学方式、实验教学和作业形式四个方面的改革措施。

关键词：计算机控制技术；人才培养；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）13-0251-02

一、引言

计算机控制技术是自动化专业的主干必修课。它是一门自动控制和计算机应用等交叉融合的重要技术基础课程，具有丰富的工程背景和很强的理论性[1]。该课程教学目标是要求学生在完成该课程学习后，应熟练掌握计算机控制系统的相关理论基础、控制策略、数据通信等诸多方面的知识；培养学生获得对实际生产过程进行分析的能力和设计简单计算机控制系统的能力；能够完成工程实践中计算机控制系统的设计、安装、编程和调试。

随着计算机技术、自动控制技术、传感器与检测技术、通信与网络技术等的高速发展，计算机控制系统在工业生产过程中越来越普及[2，3]，同时，计算机控制技术亦在日新月异地发展。因此有必要以发展的眼光对现有计算机控制技术课程的教学内容与教学方式等开展研究，以期通过课程改革提高学生理论联系实际的能力，为培养具有创新能力的自动化专业人才打好基础。

二、课程教学现状

计算机控制技术主要讲授计算机控制系统的基本知识和应用技术等内容，是一门综合性较强的课程，具有基础理论和工程实践相统一的特点，要求学生事先选修自动控制原理、微机原理和接口技术等课程[4]。该课程一般设置40个学时，其中理论和实验教学分别为32学时和8学时。

学生选修此课程后，应掌握较为扎实的计算机控制理论基础，以及具备初步解决计算机控制系统工程实际问题的能力。通过对本校已修过此课程学生的调查了解，发现主要存在如下几个方面的问题：

（一）教材内容问题

现用教材过于偏重基础理论知识，虽然对于计算机控制系统的基本概念进行了详细阐述，介绍了相应的数学模型和控制算法，但是对于具体的工程模型分析较少，也缺少必要的具体计算机系统分析与简单系统的设计案例。此外现有教材一般仅从抗干扰技术方面对控制系统的可靠性技术进行分析，实际还可以包括冗余结构技术、软件设计的可靠性技术、考虑安装工艺措施等。同时教材鲜有涉及计算机现代控制技术，如普遍应用的系统能控性、能观测性及数字控制器状态空间设计法等。

计算机控制技术需要讲授数字控制器、PID控制原理和数据通信等很多必备知识。但是在32个学时内，课程的很多内容只能简要概述，加重了学生的负担，容易使学生产生畏惧抵触情绪。

计算机领域的软硬件更新迅速，如短短几年时间组态软件MCGS从开始的通用版已经发展到网络版、通用版、嵌入版三种版本。同时随着数据采集卡硬件升级换代，软件相应也在升级。计算机控制技术课程内容难以跟进工业需要，培养的人才不能适应社会需求，这是众多高校遇到的共性问题。

（二）课堂教学问题

课堂教学过于死板，主要以多媒体课件演示为主，少有现场的动态实验演示，课堂交流偏少，效果不佳。这种在教室学习理论、实验室动手操作的模式和学生的认知顺序有偏差。

（三）实验教学问题

由于计算机控制技术与工程实际结合非常密切，学生只有做实验和动手操作才能更好地掌握理论知识。但是8个学时的实验教学课时安排较少，实验教学处于从属地位，出现“重知识传授，轻能力培养”的现象。另外，实验设计比较单一，缺少自由发挥的课题，导致锻炼能力的机会有限；实验互动性较差，学生仅需按照实验老师给出的既定步骤，操作复现即可，偏离了实验教学帮助学生理解理论知识和培养学生主动钻研和学习兴趣的本质。

（四）课后练习问题

为了让学生更好地温故课堂所学知识，加深对计算机控制技术课程的理解，授课教师通常在课后给学生留有练习作业。然而这些作业一般为问答或简单计算，学生只需在练习簿上写下文字描述或者简单计算即可。此种作业形式虽然在一定程度上可以让学生了解计算机控制技术的相关知识，但是对于分析和设计工业实际控制过程帮助甚小，不能到达教学目标。

三、课程改革目标、内容和效果

（一）改革目标

首先，计算机控制技术课程改革应紧跟科学技术的步伐、把握技术发展趋势；其次，课程教学内容应兼顾生产实际和理论基础；最后课程改革应体现出计算机控制技术较强的工程实际应用背景，培养学生的工程思维意识和创新能力。

（二）改革内容

1.改革教学内容。由于计算机控制技术这门课程主要讲述如何以计算机为载体控制工业生产，因此计算机软硬件技术的发展，必然引起工业控制方式的改变。例如早期的MCGS5.1通用版现在已经很少见到，取而代之的MCGS6.2通用版或MCGS嵌入版，操作简单，使用方便灵活。如果在课堂上教授的内容与实际现场脱节，将降低课程的时效性和实用性，学生也会产生学而无用的心理和消极对待的态度。

因此，在教学过程中需要增加计算机技术发展的内容。同时教学内容还应包括在现有计算机技术下如何实现对工业生产的控制，或者如何对已有控制系统进行升级更新。

另一方面，可结合当前的工业实际，重新规划讲授内容，并分出重要等级，有助于调动学生的积极性。根据多年的教学实践经验，将计算机控制技术课程内容重新分为三个等级：一级为课程重点，应包括计算机控制系统数学基础、计算机常规控制技术、计算机现代控制技术；二级为课程要点，包含计算机控制系统概述、计算机I/O接口技术，计算机抗干扰技术；三级为课程一般知识点，如集散控制系统、现场总线等。

2.改革课堂教学方式。计算机控制技术课程具有实际的应用对象，在课堂上如果只是简单地解释讲授理论，脱离应用背景，很容易出现单调乏味的课堂气氛，学生兴趣不高。

首先，应摸清认知规律，在讲授具体的硬件设备时，可以向学生提供实物或者实物照片，使其先形成一定的感性认识，再结合理论知识，能够获得较好的效果。其次，讲授知识时应以问题作为导向。引导学生思考，将其带入实际场景，运用工程思维主动探索、接受所需的理论知识。最后，丰富授课形式，利用LabVIEW等仿真模拟平台，现场给同学演示如何利用计算机中实现控制方法和控制步骤；充分利用网络资源，将工业生产中运用计算机控制技术的例子提供给同学，既可以增加其感性认识，又可以扩宽其视野。

3.改革实验教学。计算机控制技术课程实验教学与理论教学是分开的，没有有效的实验教学会导致理论教学效果不甚理想。解决这一问题的核心是进行实验教学的改革，重视和提升实验教学在整个课程中的地位，实验教学与理论教学相辅相成、互为促进。在实验教学目标上除了要求掌握必须的基本技能外，还应充分发挥学生的创造性和主观能动性。可将学生分成5～7人的实验小组，独立分析实际生产系统的流程，设计控制系统。实验室尽可能提供软硬件平台，老师应帮助同学实现控制系统功能，甚至将模拟控制系统运用到实际中。事后学生小组内应及时总结此次实验过程，包括用到的理论知识哪些是课本上已有的、哪些是自己查阅资料所得，整个过程中遇到的问题以及解决方法，总结得到设计中的成绩和不足之处。

通过这种固定实验和自由设计的实验教学内容改革，既能够保证学生掌握操作基本功，又能够在自行发挥的过程中灵活运用理论基础知识，切实缩短课堂与社会需求的差距。同时分组协作的模式能够培养学生的团队精神，可以作为以后工作的模拟历练。每份实验总结都将记录设计过程，各具特色，避免了撰写实验报告简单摘抄、千篇一律的现象；任课老师也可以从总结报告中得知哪些是实际设计用到较多的知识、哪些是学生设计时遇到的难点等，形成一个反馈链，在随后的教学改革中做到有的放矢。

4.改革作业形式。课后作业是计算机控制系统的重要部分，可以加深学生对所学知识的理解。但是不能只是计算解答课后的练习题目，誊抄教材的理论知识。如果学生已经掌握了在实际设计中如何运用理论基础知识，课后作业就需指引学生主动思考，培养其观察、分析和解决问题的能力，比如在校园内有哪些地方用到了计算机控制技术，是如何实现的，有没有可以改进的余地。

（三）改革效果

通过对计算机控制技术课程出现的问题进行了课堂教学和实验教学等方面的改革，任课老师一致反映改革后学生对这门课程的积极性和主动性提高，学生也表示该课程内容丰富新颖、与实际结合紧密，较好地锻炼了他们的分析问题和动手操作的能力，培养了工程思维。

四、结束语

我国工业自动化发展迅速，对掌握计算机控制技术的人才需求量大。高校培养学生时不能仅仅局限于对计算机控制技术理论知识的掌握，更应当重视分析问题、解决问题和动手操作的能力培养。通过对课程内容、课堂教学、实验教学和课后作业等的改革，可以帮助学生灵活运用理论基础、让学生更好地适应工业需求。

为了不断提高计算机控制技术课程的教学质量，未来还需要探索信息技术在该课程改革中的应用。

参考文献：

[1]闫明明，杨平，熊静琪.基于“计算机控制技术”的机器人行走控制实验设计[J].实验技术与管理，2014，31（3）.

[2]于文新，楚书来.计算机控制技术在自动化生产线上的应用[J].煤炭技术，2013，32（8）.

[3]梁莉，葛斌.基于AI调节器的过程计算机控制系统[J].微计算机信息，2006，22（6-2）.

[4]林勇坚.对计算机控制技术人才培养的新探索[J].教育与职业，2008，（26）.