基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)鏈的“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”實(shí)踐教學(xué)探索

梁永恩， 萬(wàn)世明(廣東白云學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院，廣州 510450)

基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)鏈的“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”實(shí)踐教學(xué)探索

梁永恩， 萬(wàn)世明
(廣東白云學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院，廣州 510450)

“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”是高校電氣類(lèi)專(zhuān)業(yè)的重要專(zhuān)業(yè)課之一，其理論性和實(shí)踐性很強(qiáng)。針對(duì)當(dāng)前實(shí)踐環(huán)節(jié)存在的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊、實(shí)踐與理論脫節(jié)、驗(yàn)證性項(xiàng)目設(shè)置過(guò)多、學(xué)生興趣不高等問(wèn)題，提出以創(chuàng)新能力培養(yǎng)鏈為主線(xiàn)重構(gòu)“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”實(shí)踐教學(xué)體系，并對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、考核方法、課程設(shè)計(jì)、課外活動(dòng)等方面進(jìn)行了改革探索，有效提高了學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用和創(chuàng)新能力。

計(jì)算機(jī)控制； 實(shí)踐教學(xué)； 創(chuàng)新能力培養(yǎng)

0 引言

“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”是電氣類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)課[1]，它涉及了計(jì)算機(jī)、通信、自動(dòng)控制等多個(gè)領(lǐng)域，綜合性和實(shí)踐性很強(qiáng)[2]。該課程是學(xué)生學(xué)習(xí)自動(dòng)控制原理、單片機(jī)原理與應(yīng)用等課程的基礎(chǔ)上的綜合應(yīng)用[3]，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐結(jié)合。該課程的任務(wù)是使學(xué)生能掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相關(guān)的基本理論、主要技術(shù)和工程應(yīng)用。通過(guò)學(xué)習(xí)，使學(xué)生能從應(yīng)用的掌握工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及其接口技術(shù)、過(guò)程通道技術(shù)和數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)方法，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，開(kāi)闊學(xué)生的眼界，培養(yǎng)學(xué)生的探索和創(chuàng)新精神。當(dāng)前計(jì)算機(jī)控制技術(shù)教學(xué)中存在過(guò)分注重課程的理論性和知識(shí)的系統(tǒng)性，忽視對(duì)學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力[4-6]的培養(yǎng)等問(wèn)題。為貫徹落實(shí)《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》提出的提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，深化教學(xué)改革，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，促進(jìn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的要求，廣東白云學(xué)院于2013年啟動(dòng)了以建設(shè)應(yīng)用技術(shù)大學(xué)為目標(biāo)的教育教學(xué)改革，本文闡述了基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)鏈“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”實(shí)踐教學(xué)改革的探索。

1 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)狀

我校計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程總學(xué)時(shí)64學(xué)時(shí)，其中理論教學(xué)48學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)16學(xué)時(shí)。目前的教學(xué)方式存在以下問(wèn)題：

(1) 理論與實(shí)踐脫節(jié)。目前采用先理論后實(shí)踐的教學(xué)模式，學(xué)生學(xué)習(xí)沒(méi)有連貫性，不利于學(xué)生及時(shí)理解理論知識(shí)。

(2) 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置不夠合理。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)陳舊，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)仍然采用8088CPU，與當(dāng)前主流的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)CPU有所偏離。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)不足，當(dāng)前大部分實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，且實(shí)驗(yàn)課時(shí)偏少，不利于開(kāi)發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。部分實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容如AD、DA等部分與單片機(jī)原理與應(yīng)用課程重疊。

(3) 考核方式單一，實(shí)驗(yàn)成績(jī)占課程總成績(jī)比例低，學(xué)生重視程度不足，上課的積極性和主動(dòng)性相對(duì)欠缺，難以起到加深理解理論知識(shí)的作用。

上述問(wèn)題較大程度上制約了培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力及創(chuàng)新能力的教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

2 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)踐教學(xué)改革措施

學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)鏈的4個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)是項(xiàng)目實(shí)踐→課程設(shè)計(jì)→科技活動(dòng)→科技競(jìng)賽，學(xué)生在這培養(yǎng)鏈中，貫穿思維構(gòu)思、動(dòng)手實(shí)踐、創(chuàng)新成果的創(chuàng)新進(jìn)程。通過(guò)學(xué)生的探索，讓學(xué)生充分動(dòng)腦、動(dòng)手、動(dòng)口，發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力[7-8]。為提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，結(jié)合創(chuàng)新能力培養(yǎng)鏈的要求，實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)效果，從以下5方面進(jìn)行了改革。

2.1 以項(xiàng)目為基礎(chǔ)，重新規(guī)劃實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容與課程日歷

統(tǒng)籌安排單片機(jī)原理與應(yīng)用、自動(dòng)控制原理、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目， DA、AD轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)放在單片機(jī)原理與應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，不再在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)中重復(fù)設(shè)置。

遵循從易到難的學(xué)習(xí)規(guī)律，減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的比例，增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和控制理論為主線(xiàn)，8051單片機(jī)芯片為主控制器。為配合課程改革實(shí)施，學(xué)校投入建設(shè)資金，采購(gòu)了26臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱。該實(shí)驗(yàn)箱包含模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、虛擬儀器及增強(qiáng)型8051控制實(shí)驗(yàn)板，可完成輸入輸出程通道、數(shù)字程序設(shè)計(jì)、數(shù)字PID及數(shù)字直接設(shè)計(jì)方法等的實(shí)驗(yàn)。

更新實(shí)踐教學(xué)安排，在課程教學(xué)中緊跟課程內(nèi)容設(shè)置相應(yīng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使課內(nèi)實(shí)驗(yàn)與理論教學(xué)穿插進(jìn)行，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的分析進(jìn)一步加深對(duì)理論授課內(nèi)容的理解。

課內(nèi)實(shí)驗(yàn)安排8個(gè)項(xiàng)目，一人一組，每個(gè)項(xiàng)目2學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

2.2 更新教學(xué)手段

在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中適當(dāng)引入Proteus及Matlab/Simulink等仿真工具進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析。例如在進(jìn)行PID參數(shù)整定、大林算法等理論性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí)，先通過(guò)Simulink 建立控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行仿真分析，然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建硬件電路進(jìn)行驗(yàn)證，比較實(shí)際電路與理論分析的差異。在進(jìn)行直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)調(diào)速控制時(shí)，先通過(guò)Proteus軟件建立仿真模型，調(diào)試通過(guò)后下載程序到實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中進(jìn)行驗(yàn)證。通過(guò)這樣的仿真手段可以方便地對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、參?shù)進(jìn)行修改，實(shí)現(xiàn)“可見(jiàn)即可得”的效果，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。

通過(guò)布置實(shí)驗(yàn)思考題的方式引導(dǎo)學(xué)有余力的學(xué)生深入學(xué)習(xí)。例如在信號(hào)的采樣與保持實(shí)驗(yàn)中設(shè)置數(shù)字濾波的思考題，在PID參數(shù)整定實(shí)驗(yàn)中設(shè)置頻域分析和極點(diǎn)配置的整定方法。

2.3 增加20學(xué)時(shí)的課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)單獨(dú)設(shè)課，單獨(dú)考核。課程設(shè)計(jì)的目的是使學(xué)生在學(xué)習(xí)單片機(jī)原理與應(yīng)用、自動(dòng)控制原理和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)和掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本知識(shí)和方法，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)理論、基本技能和專(zhuān)業(yè)知識(shí)分析問(wèn)題和解決工程設(shè)計(jì)問(wèn)題的能力。在課程設(shè)計(jì)中完成一個(gè)小型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要求以51單片機(jī)或其他主流芯片為核心控制器，包含數(shù)據(jù)采樣、軟件濾波、數(shù)字控制器實(shí)現(xiàn)、控制信號(hào)輸出、人機(jī)交互等環(huán)節(jié)，合理分配使用控制芯片的片上資源，完成系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)。課程設(shè)計(jì)一般2人一組，學(xué)生可從指導(dǎo)教師指定的題目中任選一個(gè)作為計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目，也可以根據(jù)個(gè)人興趣及實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件，自己確定題目經(jīng)教師審核后作為課程設(shè)計(jì)題目。參考題目有：直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)；空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

2.4 改革實(shí)驗(yàn)考核方式

重視實(shí)驗(yàn)過(guò)程的考核，加大實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的在課程總成績(jī)的占比。將課內(nèi)實(shí)驗(yàn)成績(jī)占課程總成績(jī)的比例由20%增加至30%，而且規(guī)定實(shí)驗(yàn)成績(jī)不及格，該課程總成績(jī)不能及格。課內(nèi)實(shí)驗(yàn)成績(jī)劃分為5部分：課前準(zhǔn)備情況，實(shí)驗(yàn)參與情況，現(xiàn)場(chǎng)提問(wèn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果和項(xiàng)目報(bào)告。課程設(shè)計(jì)的考核內(nèi)容包括項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、設(shè)計(jì)方案、制作、測(cè)試、PPT演示答辯、設(shè)計(jì)報(bào)告等。

2.5 與學(xué)生課外活動(dòng)平臺(tái)和科技競(jìng)賽相結(jié)合，開(kāi)展第二課堂活動(dòng)

配合學(xué)院每年一度的科技文件節(jié)活動(dòng)的開(kāi)展，與學(xué)院團(tuán)委、大學(xué)生科技創(chuàng)新中心、大學(xué)生電子協(xié)會(huì)、大學(xué)生計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)聯(lián)合舉辦Matlab程序仿真競(jìng)賽、組態(tài)軟件設(shè)計(jì)競(jìng)賽、單片機(jī)項(xiàng)目設(shè)計(jì)競(jìng)賽等校內(nèi)科技活動(dòng)，同時(shí)，組織并指導(dǎo)學(xué)生參與廣東省電子設(shè)計(jì)大賽、“臺(tái)達(dá)杯”高校自動(dòng)化設(shè)計(jì)大賽等專(zhuān)業(yè)相關(guān)科技競(jìng)賽，提升學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力和科技創(chuàng)新能力。鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合專(zhuān)業(yè)所長(zhǎng)積極申報(bào)廣東省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，在專(zhuān)業(yè)教師的指導(dǎo)下完成項(xiàng)目的分析、設(shè)計(jì)、制作等過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，鍛煉學(xué)生的自主思考、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。

3 教學(xué)效果

我們?cè)?013-2015年學(xué)院自動(dòng)化和電氣工程及其自動(dòng)化兩個(gè)專(zhuān)業(yè)的“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”實(shí)驗(yàn)課程實(shí)施了上述教學(xué)改革，學(xué)生一致認(rèn)為學(xué)習(xí)收獲良多，通過(guò)該課程實(shí)踐進(jìn)一步鞏固了單片機(jī)原理與應(yīng)用、自動(dòng)控制原理等課程學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且動(dòng)手實(shí)踐能力和科技創(chuàng)新能力有了較大提高。有30余人次獲得廣東省挑戰(zhàn)杯、廣東省電子設(shè)計(jì)大賽等大賽獎(jiǎng)勵(lì)，獲獎(jiǎng)級(jí)別和人數(shù)與以往相比有大幅度提高。5個(gè)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目獲得廣東大學(xué)生科技創(chuàng)新培育專(zhuān)項(xiàng)資金(攀登計(jì)劃專(zhuān)項(xiàng)資金)項(xiàng)目立項(xiàng)。16個(gè)項(xiàng)目獲廣東省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目立項(xiàng)并順利結(jié)題。4名學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文被評(píng)為學(xué)校優(yōu)秀畢業(yè)論文，比例居全院之首。這證明新的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)踐教學(xué)改革效果明顯。

4 總結(jié)

本文基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)鏈提出了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程實(shí)踐改革模式，重構(gòu)了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)踐教學(xué)體系，改革了課程評(píng)價(jià)體系，通過(guò)項(xiàng)目、課程設(shè)計(jì)、科技活動(dòng)、科技競(jìng)賽的環(huán)節(jié)有效增加了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的興趣，學(xué)生的動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)助能力、工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力明顯提高。今后將繼續(xù)探索和完善該實(shí)踐教學(xué)模式，不斷提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

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ExplorationofthePracticeTeachingofComputerControlTechnologyBaseontheTrainingChainofInnovationAbility

Liang Yongen, Wan Shiming
(The Electrical and Information Engineering School, Guangdong Baiyun University, Guangzhou 510450)

Computercontroltechnologyis one of the important courses for the students majoring in electrical engineering. It is theoretical and practical. In view of the problems in current practice teaching such as obsolete experiment content , disconnecting between practice and theory, too much confirmatory project and uninterested in practice for the students, we put forward to reconstruct the practice teaching of computer control technology based on system of innovative ability training chain. The authors introduce some methods from the experiment content, teaching means and examination methods, curriculum design and extracurricular activities. Practice shows that these methods can effectively improve the students’ practical ability and innovation.

computer control； practice teaching； cultivation of innovative ability

G642

A

2016.09.23)

2013年廣東白云學(xué)院質(zhì)量工程項(xiàng)目(BYJY201355)2014年度廣東省高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目(GDJG20141254)

梁永恩(1978-)，男，廣州人，講師，碩士，研究方向：嵌入式系統(tǒng).

萬(wàn)世明(1955-)，男，武漢人，教授，碩士，研究方向：系統(tǒng)工程.

1007-757X(2017)10-0037-02