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[摘 要] 计算机控制技术是电气工程及其自动化专业的主干课程， 内容涉及较广泛的理论与工程应用知识。因此，要学好该门课程，理论与实践相结合是十分必要的。针对目前课程教学中存在的一些问题，结合我校卓越工程师班的教育教学研究，总结了一种基于能力培养的实践式教学方法。
[关 键 词] 计算机控制技术；教学方法；实践式
[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2016）01-0090-02
计算机控制技术是自动化专业最重要的课程之一，也是控制理论与控制工程研究生专业一门非常重要的基础课。该课程涉及高等数学、线性代数、工程数学、自动控制原理、微机接口技术、电子技术、PLC技术和计算机网络技术等领域的综合性技术，具有较强的理论性和实践性。若要学好这门课程，不仅需要有较好的理论基础，还需要有一定的工程背景支撑。因此，学生在学习时如何理论结合实际、培养动手能力，在理论中成长、在实践中提高，是迫切需要解决的一个问题。
2010年，教育部为贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要》和《国家中长期人才发展规划纲要》改革项目，提出了“卓越工程师教育培养计划”，旨在培养创新能力强、适应经济社会发展需要的各类型工程技术人才，即注重培养学生的工程能力和创新能力。这些能力的培养，仅靠理论教学是远远不够的，尤其对于工科学校的工科专业的学生。
针对以上原因，本文基于卓越工程师计划培养思想，以《计算机控制技术》教学中存在的问题为研究内容，从教育方法与能力培养方面对教学思路进行了初步探索。
一、课程教学中的问题
本课程选用的教材为清华大学出版社的《计算机控制系统》，其内容涉及理论与应用，比较详尽。由于本课程涉及数学知识较多、有一定难度，而该门课程教学大纲为28+4学时制，所以讲授时也仅仅只能完成理论部分，应用部分只能简单带过。其次，课程实验也多以计算机仿真为主，很难让学生对计算机控制技术有一个全面深入了解。所以，往往造成这样一种现象：课程学完了，却对自己所学比较“模糊”，这里的模糊指：（1）由于对之前所学的数学课程及其他专业课程的淡忘，使得对目前所学理论有些吃力；（2）实验课时较少，对于该门课程为何应用到实际场合、如何应用、应用效果没有一个比较全面的了解。因此，如何将过去所学知识融会贯通，并将所学知识应用到实践中，进而巩固旧知识、加深对新知识的理解变得尤为重要。
二、实践式教学方法
（一）学好任何一门课程，必须要有扎实的基础
在教学过程中，要先温习旧知识，再引出新知识，从而增加学生对所学知识的理解，引导其课后主动复习基础课程，达到事半功倍的效果。虽然这增加了老师的备课工作，但是十分必要。另外，生动化教学课件，利用多媒体生动形象的特点，使得课程内容易于被学生掌握；增加更多的图形化软件（Matlab、EDA等）辅助教学，易看易懂；对于部分内容要求学生自学并回答所提问题，让学生开动脑筋自己看书思考，提高其自学能力。
（二）理论应用于实践、实践巩固对理论的理解也很重要
以工程设计为背景进行实物教学，具有一定的实用价值与实际意义。据相关资料，国外大学对本门课程的学习，更多倾向于结合实际让学生多动手，使之对课程产生直观、深入的理解。如麻省理工学院并没有单独开设计算机控制这门课程，而是把该课程的内容融入几门与工程实践结合紧密的课程中，例如课程《Autonomous Robot Design Competition》等，使学生学完课程后，能对所学内容深入了解并可应用于实际。
《计算机控制技术》实践的对象，主要分为嵌入式控制系统实践、PLC控制实践和集散网络控制实践，其中后两个实践内容前期投入较大、系统复杂，短时间内不易掌握；而使用嵌入式控制系统实践投入较少，结合已学《微机接口技术》《C语言编程》可以较快掌握。为此，笔者设计了一嵌入式恒温自动控制系统：硬件方面以32位ARM Cortex-M内核的STM32F103ZET6处理器为核心，包括主控芯片最小系统、电源模块、温度传感器模块、采样电路模块、加热驱动模块、风扇驱动模块及LCD触控模块；软件方面，使用C语言编程实现，嵌入了实时操作系统μC/OS-II内核、μC/GUI图形系统及LwIP网络通信协议。由于该系统体积小，也可以带入课堂边讲解边演示，使学生在课程的讲授过程中加深印象与理解，在课堂中进行互动式教学，边看、边学、边用，提高学生的学习兴趣。在讲解理论的同时介绍软件的具体编程实现，以培养学生的基本工程素养，并设置一些简单的编程实践环节，让学生独立编程解决一些简单问题，以培养其创新意识及创新能力。这样，可更好地将所学知识串联起来应用与实践，不仅可学好专业课程，还可为毕业设计、研究生学习打下较好的工程实践基础。
（三）加强实验环节
部分讲授课程安排在实验室针对实物讲解，仿真实验可安排到课后去做，然后上课时抽出一定时间进行讲解。动手实验则设置了AD转换、数字滤波、DA转换、PID温度控制、最小拍控制等简单实验，主要使学生体会到本门课程解决实际工程技术问题的作用，从而提高学生的学习兴趣与求知欲，为后期的课程设计打下一定的基础，并提高学生运用所学知识解决实际问题的能力。
（四）鼓励学生申报国家级大学生创新训练项目
比如，2014年项目《调节阀智能在线诊断系统设计》及全国机器人大赛（如2016年Robomasters），并进行课后指导，以推动学生科技创新实践、工程实践能力。这些项目中，均涉及最基本的模数转换技术、信号处理技术、PID控制技术，甚至包括一些简单的机械设计技术。学生充分发挥了其想象力与动手能力，在设计的过程当中屡败屡战，克服了重重困难，取得了较好的成绩。
对比纯理论教学，学生对见到的实物系统产生了浓厚的兴趣，也增强了学习该门课程的信心，并通过实物了解了相关前沿技术，课后的讨论也提高了对本门课程的认知，达到了良好的教学效果。对于笔者来说，课程的讲授更希望传达的是一些好的学习方法、工程应用思想及一些创新思维，可以对学生将来的学习与生活有所帮助。
参考文献：
[1]高金源，夏洁.计算机控制系统[M].北京：清华大学出版社，2006.
[2]周莹.基于卓越工程师培养的工程认识教学改革探索[J].学园，2013（35）：4-5.
[3]凌思涛，孙永征，侍红军.跨专业学习计算机控制技术课程的教学改革探索[J].学园，2015（15）：59-60.
[4]周焕银，刘金生，钱敏，等.《微型计算机控制技术》课程教学方法的研究与探索[J].东华理工大学学报（社会科学版），2009（3）：270-273.
[关 键 词] 计算机控制技术；教学方法；实践式
[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2016）01-0090-02
计算机控制技术是自动化专业最重要的课程之一，也是控制理论与控制工程研究生专业一门非常重要的基础课。该课程涉及高等数学、线性代数、工程数学、自动控制原理、微机接口技术、电子技术、PLC技术和计算机网络技术等领域的综合性技术，具有较强的理论性和实践性。若要学好这门课程，不仅需要有较好的理论基础，还需要有一定的工程背景支撑。因此，学生在学习时如何理论结合实际、培养动手能力，在理论中成长、在实践中提高，是迫切需要解决的一个问题。
2010年，教育部为贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要》和《国家中长期人才发展规划纲要》改革项目，提出了“卓越工程师教育培养计划”，旨在培养创新能力强、适应经济社会发展需要的各类型工程技术人才，即注重培养学生的工程能力和创新能力。这些能力的培养，仅靠理论教学是远远不够的，尤其对于工科学校的工科专业的学生。
针对以上原因，本文基于卓越工程师计划培养思想，以《计算机控制技术》教学中存在的问题为研究内容，从教育方法与能力培养方面对教学思路进行了初步探索。
一、课程教学中的问题
本课程选用的教材为清华大学出版社的《计算机控制系统》，其内容涉及理论与应用，比较详尽。由于本课程涉及数学知识较多、有一定难度，而该门课程教学大纲为28+4学时制，所以讲授时也仅仅只能完成理论部分，应用部分只能简单带过。其次，课程实验也多以计算机仿真为主，很难让学生对计算机控制技术有一个全面深入了解。所以，往往造成这样一种现象：课程学完了，却对自己所学比较“模糊”，这里的模糊指：（1）由于对之前所学的数学课程及其他专业课程的淡忘，使得对目前所学理论有些吃力；（2）实验课时较少，对于该门课程为何应用到实际场合、如何应用、应用效果没有一个比较全面的了解。因此，如何将过去所学知识融会贯通，并将所学知识应用到实践中，进而巩固旧知识、加深对新知识的理解变得尤为重要。
二、实践式教学方法
（一）学好任何一门课程，必须要有扎实的基础
在教学过程中，要先温习旧知识，再引出新知识，从而增加学生对所学知识的理解，引导其课后主动复习基础课程，达到事半功倍的效果。虽然这增加了老师的备课工作，但是十分必要。另外，生动化教学课件，利用多媒体生动形象的特点，使得课程内容易于被学生掌握；增加更多的图形化软件（Matlab、EDA等）辅助教学，易看易懂；对于部分内容要求学生自学并回答所提问题，让学生开动脑筋自己看书思考，提高其自学能力。
（二）理论应用于实践、实践巩固对理论的理解也很重要
以工程设计为背景进行实物教学，具有一定的实用价值与实际意义。据相关资料，国外大学对本门课程的学习，更多倾向于结合实际让学生多动手，使之对课程产生直观、深入的理解。如麻省理工学院并没有单独开设计算机控制这门课程，而是把该课程的内容融入几门与工程实践结合紧密的课程中，例如课程《Autonomous Robot Design Competition》等，使学生学完课程后，能对所学内容深入了解并可应用于实际。
《计算机控制技术》实践的对象，主要分为嵌入式控制系统实践、PLC控制实践和集散网络控制实践，其中后两个实践内容前期投入较大、系统复杂，短时间内不易掌握；而使用嵌入式控制系统实践投入较少，结合已学《微机接口技术》《C语言编程》可以较快掌握。为此，笔者设计了一嵌入式恒温自动控制系统：硬件方面以32位ARM Cortex-M内核的STM32F103ZET6处理器为核心，包括主控芯片最小系统、电源模块、温度传感器模块、采样电路模块、加热驱动模块、风扇驱动模块及LCD触控模块；软件方面，使用C语言编程实现，嵌入了实时操作系统μC/OS-II内核、μC/GUI图形系统及LwIP网络通信协议。由于该系统体积小，也可以带入课堂边讲解边演示，使学生在课程的讲授过程中加深印象与理解，在课堂中进行互动式教学，边看、边学、边用，提高学生的学习兴趣。在讲解理论的同时介绍软件的具体编程实现，以培养学生的基本工程素养，并设置一些简单的编程实践环节，让学生独立编程解决一些简单问题，以培养其创新意识及创新能力。这样，可更好地将所学知识串联起来应用与实践，不仅可学好专业课程，还可为毕业设计、研究生学习打下较好的工程实践基础。
（三）加强实验环节
部分讲授课程安排在实验室针对实物讲解，仿真实验可安排到课后去做，然后上课时抽出一定时间进行讲解。动手实验则设置了AD转换、数字滤波、DA转换、PID温度控制、最小拍控制等简单实验，主要使学生体会到本门课程解决实际工程技术问题的作用，从而提高学生的学习兴趣与求知欲，为后期的课程设计打下一定的基础，并提高学生运用所学知识解决实际问题的能力。
（四）鼓励学生申报国家级大学生创新训练项目
比如，2014年项目《调节阀智能在线诊断系统设计》及全国机器人大赛（如2016年Robomasters），并进行课后指导，以推动学生科技创新实践、工程实践能力。这些项目中，均涉及最基本的模数转换技术、信号处理技术、PID控制技术，甚至包括一些简单的机械设计技术。学生充分发挥了其想象力与动手能力，在设计的过程当中屡败屡战，克服了重重困难，取得了较好的成绩。
对比纯理论教学，学生对见到的实物系统产生了浓厚的兴趣，也增强了学习该门课程的信心，并通过实物了解了相关前沿技术，课后的讨论也提高了对本门课程的认知，达到了良好的教学效果。对于笔者来说，课程的讲授更希望传达的是一些好的学习方法、工程应用思想及一些创新思维，可以对学生将来的学习与生活有所帮助。
参考文献：
[1]高金源，夏洁.计算机控制系统[M].北京：清华大学出版社，2006.
[2]周莹.基于卓越工程师培养的工程认识教学改革探索[J].学园，2013（35）：4-5.
[3]凌思涛，孙永征，侍红军.跨专业学习计算机控制技术课程的教学改革探索[J].学园，2015（15）：59-60.
[4]周焕银，刘金生，钱敏，等.《微型计算机控制技术》课程教学方法的研究与探索[J].东华理工大学学报（社会科学版），2009（3）：270-273.