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關(guān)于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)教學(xué)的研究與實(shí)踐
論文摘要：本文從計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程的教學(xué)實(shí)踐出發(fā)，從課堂教學(xué)內(nèi)容的組織和實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)管理兩個(gè)教學(xué)內(nèi)容入手，提出以把教學(xué)、實(shí)驗(yàn)過程與日后工作和深入研究時(shí)采用的設(shè)計(jì)過程接軌為主要思路，輔以對學(xué)生科學(xué)的管理、因材施教，從而保證最多的學(xué)生從課程中受益。
論文關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；教學(xué)研究；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
一、引言
對工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制是科技發(fā)展的必然，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)
教學(xué)環(huán)節(jié)中，教給學(xué)生學(xué)習(xí)的方法比傳授知識更重要。教學(xué)中主要注意以下問題：
（一）在討論式教學(xué)中學(xué)會問問題。學(xué)習(xí)中最重要的就是學(xué)會思考，帶著問題來思考，是最重要的學(xué)習(xí)原則。在課堂上要盡量多提一些問題，注意將問題的來龍去脈說清楚，有些自我解答，有些找學(xué)生解答，有些則留給學(xué)生課后思考，下次上課時(shí)，利用較短的時(shí)間進(jìn)行總結(jié)和討論。
�。ǘ┡囵B(yǎng)興趣，找到樂趣�！芭d趣是最好的老師”。有了興趣和樂趣，就能夠忙而不累，樂而忘憂，就容易產(chǎn)生靈感，事半功倍。
�。ㄈ┣谟趧邮郑朴谵D(zhuǎn)化。要多給學(xué)生動手，以便能把知識轉(zhuǎn)化為動手能力。這一點(diǎn)會由于不同學(xué)生差別很大，因此不同層次的學(xué)生要用實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間不同。
�。ㄋ模⿲W(xué)會綜合。要解決實(shí)際問題，靠哪一項(xiàng)單科知識都是不夠的，靠的是綜合后的知識。本課程的特點(diǎn)之一就是綜合，包括多門已學(xué)課程的知識綜合，理論與實(shí)踐的綜合，硬件與軟件的綜合等等。所以要在課程學(xué)習(xí)中注重綜合。
教學(xué)可以和縱向科研聯(lián)合，將科研成果轉(zhuǎn)化成專業(yè)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)設(shè)備，形成鮮明的專業(yè)教學(xué)特色，可以大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
教學(xué)也可以和橫向項(xiàng)目相聯(lián)合，建設(shè)校企產(chǎn)學(xué)研合作實(shí)踐基地，促成教學(xué)與生產(chǎn)的結(jié)合，校企雙方優(yōu)勢互補(bǔ)、資源互用，是促進(jìn)科技發(fā)展，培養(yǎng)專門人才的重要途徑。
三、實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和管理
傳統(tǒng)的以課堂講授為主、實(shí)驗(yàn)為輔的教學(xué)模式存在嚴(yán)重的缺陷[2]。因?yàn)樗_設(shè)的實(shí)驗(yàn)多數(shù)是驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，所有的實(shí)驗(yàn)對象都已經(jīng)封裝好，學(xué)生只需要插線聯(lián)接，很快就可以獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生盡管完成了實(shí)驗(yàn)，但無法真正將各門課程所學(xué)的內(nèi)容融會貫通；更重要的是與實(shí)際工作中的設(shè)計(jì)過程差別甚遠(yuǎn)。
為此，我們采用了實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)并行的教學(xué)模式。學(xué)生的實(shí)驗(yàn)針對課堂上所設(shè)立的控制系統(tǒng)進(jìn)行，如電阻爐溫度控制系統(tǒng)。首先，利用兩個(gè)學(xué)時(shí)在課堂上講解整個(gè)系統(tǒng)的功能、組成和工作過程；在學(xué)生對整個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有了初步認(rèn)識以后，在實(shí)驗(yàn)室演示已設(shè)計(jì)好的控制系統(tǒng)，向?qū)W生細(xì)致說明理論內(nèi)容與實(shí)物的對應(yīng)關(guān)系，如計(jì)算機(jī)、加熱元件、接口電路、出發(fā)電路、檢測元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等，再結(jié)合實(shí)物和學(xué)生討論設(shè)計(jì)方案及他們所提出的問題。然后，學(xué)生將自己的設(shè)計(jì)方案帶到實(shí)驗(yàn)室去驗(yàn)證。最后是同學(xué)們對自己所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和優(yōu)化。
通過系統(tǒng)級—元件級的循環(huán)過程，同學(xué)們不僅對計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程的核心思想有了深刻的理解，而且親身體驗(yàn)了實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過程，也充分認(rèn)識到實(shí)踐操作的重要性，感受到設(shè)計(jì)成功的喜悅，大大激發(fā)了繼續(xù)學(xué)習(xí)的興趣。除了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，我們按照從淺入深設(shè)計(jì)了四個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)：
�。ㄒ唬⿺�(shù)字控制算法模塊化。根據(jù)課程教學(xué)內(nèi)容，采用C語言對各類數(shù)字控制算法（包括：PID算法及其變形、數(shù)字濾波算法、最少拍算法、達(dá)林算法、狀態(tài)觀測器算法等）按照模塊化設(shè)計(jì)思想進(jìn)行編程開發(fā)，以方便系統(tǒng)使用。
�。ǘ囟乳]環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)。用簡易電加熱溫度控制箱與微機(jī)實(shí)驗(yàn)箱構(gòu)成一個(gè)溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)，由學(xué)生按照自己設(shè)計(jì)的控制方案進(jìn)行系統(tǒng)硬件的連接和配置，同時(shí)從控制算法模塊中選擇需要的算法，通過調(diào)整控制器參數(shù)以及外部擾動條件，觀察系統(tǒng)的運(yùn)行情況。
�。ㄈ┎竭M(jìn)電機(jī)數(shù)字閉環(huán)控制系統(tǒng)。用小型直流步進(jìn)電機(jī)隨動裝置與微機(jī)實(shí)驗(yàn)箱構(gòu)成一個(gè)步進(jìn)電機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)，由學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的控制方案進(jìn)行系統(tǒng)硬件的連接和配置，同時(shí)從控制算法模塊中選擇需要的算法組態(tài)控制系統(tǒng)，通過施加外部擾動，觀察系統(tǒng)的運(yùn)行情況，并做實(shí)時(shí)記錄分析。
（四）帶上位監(jiān)控的數(shù)字閉環(huán)控制系統(tǒng)。在數(shù)字閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，可考慮開發(fā)帶上位監(jiān)控功能的在線閉環(huán)系統(tǒng)。通過該監(jiān)控軟件平臺，可實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)控制算法的組態(tài)、控制器參數(shù)的調(diào)整和定值的修改等，同時(shí)要開發(fā)一些運(yùn)行監(jiān)控畫面，包括系統(tǒng)工藝圖、運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)趨勢曲線、報(bào)警畫面和參數(shù)一覽畫面等。使學(xué)生可根據(jù)自己的設(shè)計(jì)方案，通過該平臺系統(tǒng)靈活的調(diào)整控制算法和對系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控。
該課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更加符合快速發(fā)展的計(jì)算機(jī)工程控制技術(shù)要求，使學(xué)生走上工作崗位后能夠盡快地適應(yīng)實(shí)際工作。
四、總結(jié)
最佳教學(xué)效果的取得，需要依據(jù)生源情況因材施教，課堂教學(xué)之外，教學(xué)的管理也很關(guān)鍵，實(shí)驗(yàn)教學(xué)，作業(yè)情況，答辯和最終考核都需要認(rèn)真執(zhí)行才能達(dá)到效果，避免流于形式。不過帶來的問題是：對教師投入的精力要求較多。
另一方面，實(shí)驗(yàn)室還沒有實(shí)現(xiàn)全開放，學(xué)生自由實(shí)驗(yàn)受到資源和時(shí)間的限制。因此，我們還有必要探究更加合理的教學(xué)過程，改進(jìn)教學(xué)手段，以達(dá)到該門課程教學(xué)效果的最優(yōu)化。
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