微机控制技术课程在线教学方法探索

2020-07-04苏海涛徐翠锋胡鸿志许金郭庆胡聪

时代人物 2020年3期

苏海涛徐翠锋胡鸿志许金郭庆胡聪

基金项目：桂林电子科技大学研究生教育创新计划资助项目（2019YXW08），桂林电子科技大学教育教学改革项目（JGA201801）

受新冠疫情影响，我国高校在疫情期间多数采取了在线教学方式完成相关课程的教学，极大的促进了在线教学在教育领域的应用和发展。微机控制技术将模拟电子技术、数字电子技术、计算机技术等相关知识与自动控制原理紧密结合，广泛应用于交通控制、工业制造等领域中[1，2]。随着我国经济结构的调整，微机控制技术将更加深入的渗透至各行各业。开展微机控制技术在线教学方法的探索，进一步培养学生的学习习惯，提高学生的工程素养，可适应“中国制造2025”对专业人才需求的新形势[3，4]。

我校是以电子信息为特色的中西部高校，针对测控技术与仪器专业开设了“微机控制技术”课程。本课程包括34学生的理论讲授和6学时的实验授课。理论部分主要计算机控制系统的概念、过程通道原理与设计方法、数字程序控制技术以及数字控制器的设计方法;实验主要要求学生将理论用于实践进行验证和设计。

1 微机控制技术课程特点

我国产业升级和换代对自动控制类人才培养提出了新要求，同时受新冠疫情对授课方式的影响，微机控制技术课程的教学出现了新的不同特点。

首先，课程教学更需要紧密结合微机控制技术应用和发展。微机控制技术应用和发展为课程的教学和学习提供了大量的素材和实例，只有充分的吸收和利用这些素材，课程才能够具有更强粘性以吸引学生。尤其是当前受新冠疫情影响，在线授课若仍然按照线下方式进行设计和实施，学生的自主能动性更加容易降低，导致授课和学习效果不佳。

其次，课程教学需以学生中心。学生是学习的主体，以学生为中心则要求教学方式要以结合学生学习兴趣为主进行。学生对新事物的认知可看作是从感性到理性的过程。所以微机控制技术的课程教学需遵循这种认知过程，以此推动学生学习保证教学效果。

最后，课程考核要从多方面综合考察学生学习情况进行。每个学生的学习能力和优势不同，使得学生对新事物的认知侧重点不同。要以学生为中心保证教学质量，就需要对学习过程和结果从多方面进行綜合评价。

2 结合扬声器自动测试系统的在线教学方法探索

针对微机控制技术课程的特点，本文将扬声器自动测试系统的科研项目成果引入到课程教学中，以科教联合方式从教案设计、授课安排、课后考核探索该课程的在线教学方法，提升学生的工程素养。

2.1 扬声器自动测试系统简介

我国是扬声器的生产与出口大国，在扬声器出厂前对其进行标准化测量可提高产品质量，增加产品附加值[5]。扬声器自动测试系统应用微机控制技术，无需人工干预可完成流水线上扬声器的全自动测试和分类[6，7]。

首先计算机利用工业相机对生产线上扬声器进行拍照并识别出扬声器焊点，然后控制机械装置将扬声器拾取到检测工位并将焊点对准测试探针，接着计算机控制探针伸出接触到焊点，同时控制待测扬声器发声并采集传声器信号进行扬声器性能参数分析，最后根据分析结果利用机械装置拾取并完成分类。该计算机控制系统的原理框图如图1所示，实物图如图2所示。

图1 测试系统原理框图

图2 测试系统实物图

该扬声器自动测试系统是微机控制技术的典型应用。机械装置中使用四个步进电机完成各个动作，对机械装置的控制采用闭环结构，工业相机的控制涉及数字量输入通道的设计，声信号的发射和接收涉及模拟量输入通道和模拟量输出通道的设计。可为计算机控制技术课程的教学提供难度适中、紧贴实际的工程案例。

2.2 在线教学的教案设计探索

传统教学中对微机控制系统的原理和设计介绍均较为抽象。在线教学为更能形象生动的耦合学生兴趣，采用“提出具体问题——分析问题——解决问题”的方式对授课内容进行细化。其中的“具体问题”便是扬声器自动测试系统设计中面临的问题。

在进行计算机控制系统概述介绍时便给出扬声器自动测试系统案例，通过文字介绍、照片、结构框图、视频等方式加深学生对计算机控制系统的理解和认识。在对过程通道的讲解中，将扬声器自动测试系统的声、图像、机电的输入输出进行具体设计和分析，让学生能够清晰的掌握理论知识和实际应用。在介绍数字程序控制技术、数字控制器设计时，结合扬声器自动测试系统中机械装置的步进电机控制讲解逐点比较法插补和步进电机控制技术。

现以声信号的模拟量输入通道进行详细说明。传统授课时先给出如图3所示结构框图，然后对框图中每个模块给出典型原理电路进行分析和介绍。

图3 传统授课模拟通道结构框图

图4 扬声器自动测试系统的声信号模拟量输入通道

在线教学的教案设计中，按照扬声器自动测试系统的声信号模拟量输入通道（如图4所示）进行展开。先用视频、图片的形式展现声信号采集的过程，然后给出麦克风的性能参数，对声信号的输入通道来说即要完成麦克风输出信号的调理和采集。麦克风输出信号通常约为几十毫伏，要完成微弱信号的调理和采集，需要设计放大电路、滤波电路、A/D转换电路，由于声信号和电流信号要同时输入计算机，所以需要使用多路模拟开关、采样保持器或者同步采样A/D。如此面对具体工程问题来进行分解和细化，让学生能够从传统的学习者转换为工程问题的分析和解决者。

2.3授课安排与考核探索

与传统线下授课方式相比，在线授课无法通过课堂上学生表现来直观的了解学生当前掌握程度，并以此来调整授课安排。为解决该问题，在线授课将授课安排与课堂测验考核、课堂大作业等密切联系。首先，在线授课完成一个知识点后，随即进行随堂测验，并及时进行在线提问和点评;其次完成一节内容授课后，安排随堂测验或课堂大作业，及时动态的了解学生掌握程度，并进行授课安排调整。

课堂测验考核、课堂大作业的内容来源仍然结合工程实例进行安排。如模拟量输入通道的内容授课完成后，布置了结合真无线耳机工程案例的随堂测验。真无线耳机是近年来电子消费市场非常火爆的产品，测验内容是根据真无线耳机功能画出该耳机的模拟量输入通道框图，并逐模块进行分析。测验和作业内容与授课中的工程案例密切相关，均是关于声信号的调理和输入，且与授课内容密切相关。这就要求教师在备课过程中充分准备案例，并思考如何将案例与内容有机结合。

课程最終考试仍然是结合授课和测验中的案例进行合理安排。本课程最终的期末考试中安排了填空题、简答题、综合与计算题。三种题型中均是材料为主的题目，即根据给出的工程案例材料进行分析和解答。由于案例和题目是相互结合，且与教师科研项目相关，最终均需要学生结根据平时所学进行作答，考核效果与开/闭卷的方式无关，保证了最终考核与授课的紧密联系。

3 结语

新冠疫情影响给我国在线教育带来了极大的机遇和挑战。针对我国产业升级新形势下微机控制技术课程特点，结合教师科研项目展开课程在线教学探索。以学生为中心从教案设计、授课安排、课程考核方面，采用“提出具体工程问题——分析问题——解决问题”方式耦合学生学习兴趣，锻炼学生解决实际工程问题的思维方法和学习能力，为今后相关专业本课程在线教学提供实际参考。