趙君　史冬琳　馮玉昌　門(mén)洪

【摘要】計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的重要專(zhuān)業(yè)課，具有理論性強(qiáng)和工程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)。通過(guò)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生“在學(xué)習(xí)中研究，在研究中學(xué)習(xí)”。運(yùn)用已有的知識(shí)和能力的前提下，自主地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、研究問(wèn)題和解決問(wèn)題。在研討中積累知識(shí)，培養(yǎng)設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。學(xué)生在實(shí)踐能力和綜合設(shè)計(jì)能力得到了升華。

【關(guān)鍵詞】設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 實(shí)踐能力 創(chuàng)新能力

【中圖分類(lèi)號(hào)】G642.0 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2014）01-0189-02

東北電力大學(xué)是以電力行業(yè)為特色的高校，2011年10月入選教育部卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃高校，自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)是東北電力大學(xué)實(shí)施“卓越計(jì)劃”的重點(diǎn)學(xué)科之一。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)作為自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的重要專(zhuān)業(yè)必修課程。學(xué)生在掌握控制理論、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和控制理論工程應(yīng)用方面的基礎(chǔ)上，以計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為依托，加強(qiáng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法上的改革。以實(shí)際工程為背景，以工程技術(shù)為主線，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和實(shí)踐動(dòng)手能力。培養(yǎng)造就具有創(chuàng)新能力、適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才。提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)的探索精神和科研能力，增強(qiáng)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)水平 [1-2]。

1.優(yōu)化知識(shí)結(jié)構(gòu)，注重學(xué)生能力培養(yǎng)

課題從實(shí)踐能力培養(yǎng)入手，以計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程為依托，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)。通過(guò)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，探究相關(guān)知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系，加深理解掌握，將理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，鍛煉編程和硬件電路設(shè)計(jì)能力。通過(guò)工程實(shí)際課題，鍛煉學(xué)生的分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。在新知識(shí)中，自主地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、研究問(wèn)題和解決問(wèn)題。在研討過(guò)程中積累知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。解決學(xué)生的認(rèn)知能力，提高學(xué)生的思維水平，積極引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考問(wèn)題，將科技發(fā)展的最新動(dòng)態(tài)和計(jì)算機(jī)控制應(yīng)用介紹給學(xué)生，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)熱情。優(yōu)化知識(shí)結(jié)構(gòu)，教學(xué)方法改進(jìn)，學(xué)生增長(zhǎng)了工程實(shí)際方面知識(shí)，開(kāi)闊了眼界。培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用基本理論來(lái)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，在近幾屆教學(xué)評(píng)比過(guò)程中受到了學(xué)生和學(xué)校的好評(píng)，在能力培養(yǎng)上取得了良好效果。《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》課程于2007年4月和2012年4月被評(píng)為吉林省優(yōu)秀課，2013年6月被東北電力大學(xué)精品課。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革的具體措施

2.1 成立了教授帶頭、青年教師為主干的課程組

鼓勵(lì)并帶動(dòng)中青年教師參加各類(lèi)科研課題，將相關(guān)科研項(xiàng)目在學(xué)術(shù)活動(dòng)中交流，提高教師自身的理論水平和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，促進(jìn)教學(xué)和科研工作相結(jié)合，促進(jìn)教學(xué)過(guò)程和實(shí)際相結(jié)合，提高青年教師在學(xué)生設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)中的指導(dǎo)水平。本課程組中青年教師中有3人具有博士學(xué)位，1人已出國(guó)進(jìn)修， 3人次獲省、校教學(xué)成果獎(jiǎng)3項(xiàng)，正式出版教材2部，教師隊(duì)伍穩(wěn)定且素質(zhì)不斷提高。

2.2 多層次實(shí)踐環(huán)節(jié)相輔相成

學(xué)生的實(shí)踐能力如何已經(jīng)成為大學(xué)教育成功與否的重要指標(biāo)之一。學(xué)生不僅要學(xué)習(xí)相關(guān)的學(xué)科知識(shí)，還要能夠?qū)⑵溥\(yùn)用于實(shí)踐。對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法可以從“拿到題目”到“進(jìn)行分析”再到“確定解決方案”最后到“具體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)”的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行全方位的啟發(fā)。使學(xué)生掌握設(shè)計(jì)的基本思想，提高學(xué)生程序設(shè)計(jì)技巧和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。實(shí)踐環(huán)節(jié)是課程學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容，實(shí)踐能力特別是系統(tǒng)性的綜合實(shí)踐能力是自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)本科學(xué)生的必備素質(zhì)之一。因此，實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)置在內(nèi)容上力求做到理論聯(lián)系實(shí)際，重視工程概念及在實(shí)際中的應(yīng)用，注重培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力[3]。

2.2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革

實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用啟發(fā)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，以工程素質(zhì)為基礎(chǔ)，突出能力目標(biāo)，以學(xué)生為主體，以項(xiàng)目為載體，以實(shí)訓(xùn)為手段。我們?cè)鲈O(shè)了軟件仿真的綜合性、設(shè)計(jì)性、研究型的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。包括A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)字PID調(diào)節(jié)器、純滯后補(bǔ)償控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、步進(jìn)電機(jī)控制等。由指導(dǎo)教師講解實(shí)驗(yàn)臺(tái)的操作、通信接口的功能、軟件編程的技巧等，然后由學(xué)生動(dòng)手搭接硬件電路完成系統(tǒng)調(diào)試、算法編寫(xiě)等，這樣既鞏固課堂上學(xué)習(xí)的理論知識(shí)，又提高了實(shí)踐動(dòng)手能力 [4]。

2.2.2 課程設(shè)計(jì)的改革

課程設(shè)計(jì)是教學(xué)計(jì)劃中進(jìn)行綜合訓(xùn)練的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)，它將使學(xué)生在綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決本專(zhuān)業(yè)方向的實(shí)際問(wèn)題方面得到系統(tǒng)性的訓(xùn)練。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)開(kāi)設(shè)的內(nèi)容是基于單元機(jī)的過(guò)程輸入輸出通道的設(shè)計(jì)，要求學(xué)生自己根據(jù)提出的功能要求和性能指標(biāo)，合理選擇芯片設(shè)計(jì)過(guò)程輸入輸出通道，并使用Proteus或Protel軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證。為了實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)的多樣性，進(jìn)行控制器的設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正，并通過(guò)MATLAB軟件進(jìn)行編程仿真驗(yàn)證控制策略的有效性。采用MATLAB仿真，從時(shí)域和頻域?qū)Ρ?，校正系統(tǒng)的性能分析，得出結(jié)論[5]。

2.2.3 開(kāi)展豐富多彩的課外科技活動(dòng)

學(xué)院成立了創(chuàng)新實(shí)踐基地，以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體，組織學(xué)生開(kāi)展豐富的課外科技活動(dòng)。在教師的指導(dǎo)下，充分發(fā)揮學(xué)生創(chuàng)造力和想象力，靈活地運(yùn)用了課程中的知識(shí)，如數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)、先進(jìn)控制算法的仿真、單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；先進(jìn)控制算法，如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、遺傳算法等用于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)，參加全國(guó)西門(mén)子杯工業(yè)自動(dòng)化挑戰(zhàn)賽，參加全國(guó)挑戰(zhàn)杯科技作品大賽中均取得了較好成績(jī)。

3.強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)綜合設(shè)計(jì)能力

實(shí)踐教學(xué)是人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。既要培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，還要重視培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新能力。以計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為依托，對(duì)實(shí)驗(yàn)的思路和內(nèi)容到實(shí)施進(jìn)行改革，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不但是一個(gè)理論問(wèn)題，也是一個(gè)工程設(shè)計(jì)實(shí)際問(wèn)題，是一種多學(xué)科的綜合應(yīng)用。理論設(shè)計(jì)包括被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型建立，確定滿(mǎn)足一定性能指標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)，尋求滿(mǎn)足目標(biāo)函數(shù)的控制策略，選擇合乎要求的軟件、硬件等。學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求、原則與步驟，并設(shè)計(jì)出計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)例。以實(shí)際工程為背景，以工程技術(shù)為主線，將事件進(jìn)程引入到不同的分枝和進(jìn)程當(dāng)中，將復(fù)雜概念和工程經(jīng)驗(yàn)融入互動(dòng)，把綜合問(wèn)題拆分成簡(jiǎn)單的多級(jí)交互式簡(jiǎn)單問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)事件的完整表達(dá)。

我們研究開(kāi)發(fā)了以計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)為設(shè)計(jì)要點(diǎn)，將系統(tǒng)在工程背景下運(yùn)行作為實(shí)驗(yàn)?zāi)康模⒕C合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。如“汽溫控制系統(tǒng)”、“汽包水位控制系統(tǒng)”“物位控制系統(tǒng)”、“輸煤控制系統(tǒng)”、“鍋爐燃燒控制”、以及“給水控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”的建設(shè)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)詮釋?zhuān)e一反三，加深學(xué)生對(duì)理論概念的理解，密切了計(jì)算機(jī)控制理論與應(yīng)用的關(guān)系。通過(guò)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生們?cè)诮鉀Q實(shí)際問(wèn)題的能力和實(shí)際動(dòng)手能力得到了鍛煉和提高[6-7]。表1所示為近3年科技活動(dòng)競(jìng)賽統(tǒng)計(jì)結(jié)果，依據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，近三屆獲獎(jiǎng)的比例和獲獎(jiǎng)質(zhì)量上每年都在穩(wěn)步提高。

4.結(jié)束語(yǔ)

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程實(shí)踐性強(qiáng)，實(shí)踐環(huán)節(jié)的改革是永無(wú)止境的。雖然在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程改革中我們積累了一些經(jīng)驗(yàn)，取得了一些成績(jī)，在今后的實(shí)踐中進(jìn)一步探索和完善，引入更多的工程實(shí)例，強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)讓學(xué)生得到更多的鍛煉。在學(xué)?！白吭接?jì)劃”的培養(yǎng)目標(biāo)下，要面向企業(yè)，樹(shù)立理論聯(lián)系實(shí)際的思想， 強(qiáng)化實(shí)踐教育，注重工程實(shí)際應(yīng)用，及時(shí)更新實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，積極創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)方法和手段，為培養(yǎng)合格的高素質(zhì)的卓越工程師奠定基礎(chǔ)。

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