梁永恩， 万世明(广东白云学院 电气与信息工程学院，广州 510450)

基于创新能力培养链的“计算机控制技术”实践教学探索

梁永恩， 万世明
(广东白云学院 电气与信息工程学院，广州 510450)

“计算机控制技术”是高校电气类专业的重要专业课之一，其理论性和实践性很强。针对当前实践环节存在的实验内容陈旧、实践与理论脱节、验证性项目设置过多、学生兴趣不高等问题，提出以创新能力培养链为主线重构“计算机控制技术”实践教学体系，并对实验教学内容、教学手段、考核方法、课程设计、课外活动等方面进行了改革探索，有效提高了学生的实践应用和创新能力。

计算机控制； 实践教学； 创新能力培养

0 引言

“计算机控制技术”是电气类专业的一门重要的专业课[1]，它涉及了计算机、通信、自动控制等多个领域，综合性和实践性很强[2]。该课程是学生学习自动控制原理、单片机原理与应用等课程的基础上的综合应用[3]，强调理论与实践结合。该课程的任务是使学生能掌握计算机控制系统相关的基本理论、主要技术和工程应用。通过学习，使学生能从应用的掌握工业控制计算机及其接口技术、过程通道技术和数字控制器的设计方法，提高分析问题和解决问题的能力，开阔学生的眼界，培养学生的探索和创新精神。当前计算机控制技术教学中存在过分注重课程的理论性和知识的系统性，忽视对学生实践和创新能力[4-6]的培养等问题。为贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》提出的提高人才培养质量，深化教学改革，强化实践教学环节，促进创新人才培养的要求，广东白云学院于2013年启动了以建设应用技术大学为目标的教育教学改革，本文阐述了基于创新能力培养链“计算机控制技术”实践教学改革的探索。

1 计算机控制技术实践教学的现状

我校计算机控制技术课程总学时64学时，其中理论教学48学时，实验教学16学时。目前的教学方式存在以下问题：

(1) 理论与实践脱节。目前采用先理论后实践的教学模式，学生学习没有连贯性，不利于学生及时理解理论知识。

(2) 实验内容设置不够合理。实验内容相对陈旧，实验系统仍然采用8088CPU，与当前主流的计算机控制系统CPU有所偏离。设计性实验不足，当前大部分实验为验证型实验，且实验课时偏少，不利于开发学生的创新思维能力。部分实验教学内容如AD、DA等部分与单片机原理与应用课程重叠。

(3) 考核方式单一，实验成绩占课程总成绩比例低，学生重视程度不足，上课的积极性和主动性相对欠缺，难以起到加深理解理论知识的作用。

上述问题较大程度上制约了培养学生实践能力及创新能力的教学目标的实现。

2 计算机控制技术实践教学改革措施

学生创新能力培养链的4个关键环节是项目实践→课程设计→科技活动→科技竞赛，学生在这培养链中，贯穿思维构思、动手实践、创新成果的创新进程。通过学生的探索，让学生充分动脑、动手、动口，发挥学生学习的主动性，从而培养学生的创新思维和创新能力[7-8]。为提高人才培养质量，充分调动学生学习积极性和主动性，结合创新能力培养链的要求，实现课程教学目标及教学效果，从以下5方面进行了改革。

2.1 以项目为基础，重新规划实践教学内容与课程日历

统筹安排单片机原理与应用、自动控制原理、计算机控制系统的实验项目， DA、AD转换实验放在单片机原理与应用的实验项目中，不再在计算机控制技术中重复设置。

遵循从易到难的学习规律，减少验证性实验的比例，增加设计性实验项目，实验项目设置以计算机系统和控制理论为主线，8051单片机芯片为主控制器。为配合课程改革实施，学校投入建设资金，采购了26台计算机系统实验箱。该实验箱包含模拟实验平台、虚拟仪器及增强型8051控制实验板，可完成输入输出程通道、数字程序设计、数字PID及数字直接设计方法等的实验。

更新实践教学安排，在课程教学中紧跟课程内容设置相应实验项目，使课内实验与理论教学穿插进行，通过实验的分析进一步加深对理论授课内容的理解。

课内实验安排8个项目，一人一组，每个项目2学时，实验项目如表1所示。

表1 实验项目

2.2 更新教学手段

在实验项目中适当引入Proteus及Matlab/Simulink等仿真工具进行设计和分析。例如在进行PID参数整定、大林算法等理论性较强的实验内容时，先通过Simulink 建立控制系统数学模型并进行仿真分析，然后通过实验系统搭建硬件电路进行验证，比较实际电路与理论分析的差异。在进行直流电机、步进电机调速控制时，先通过Proteus软件建立仿真模型，调试通过后下载程序到实验系统中进行验证。通过这样的仿真手段可以方便地对实验模型、参数进行修改，实现“可见即可得”的效果，提高学生的学习兴趣和积极性。

通过布置实验思考题的方式引导学有余力的学生深入学习。例如在信号的采样与保持实验中设置数字滤波的思考题，在PID参数整定实验中设置频域分析和极点配置的整定方法。

2.3 增加20学时的课程设计环节

计算机控制技术课程设计单独设课，单独考核。课程设计的目的是使学生在学习单片机原理与应用、自动控制原理和计算机控制技术的基础上，学习和掌握计算机控制系统的基本知识和方法，培养学生综合运用所学的专业基础理论、基本技能和专业知识分析问题和解决工程设计问题的能力。在课程设计中完成一个小型控制系统的设计，要求以51单片机或其他主流芯片为核心控制器，包含数据采样、软件滤波、数字控制器实现、控制信号输出、人机交互等环节，合理分配使用控制芯片的片上资源，完成系统软硬件的设计。课程设计一般2人一组，学生可从指导教师指定的题目中任选一个作为计算机控制技术课程设计题目，也可以根据个人兴趣及实验室现有条件，自己确定题目经教师审核后作为课程设计题目。参考题目有：直流电机闭环调速控制系统设计与实现；水温控制系统的设计和实现；空调控制系统设计与实现。

2.4 改革实验考核方式

重视实验过程的考核，加大实验环节的在课程总成绩的占比。将课内实验成绩占课程总成绩的比例由20%增加至30%，而且规定实验成绩不及格，该课程总成绩不能及格。课内实验成绩划分为5部分：课前准备情况，实验参与情况，现场提问，实验结果和项目报告。课程设计的考核内容包括项目团队协作能力、设计方案、制作、测试、PPT演示答辩、设计报告等。

2.5 与学生课外活动平台和科技竞赛相结合，开展第二课堂活动

配合学院每年一度的科技文件节活动的开展，与学院团委、大学生科技创新中心、大学生电子协会、大学生计算机协会联合举办Matlab程序仿真竞赛、组态软件设计竞赛、单片机项目设计竞赛等校内科技活动，同时，组织并指导学生参与广东省电子设计大赛、“台达杯”高校自动化设计大赛等专业相关科技竞赛，提升学生的实践应用能力和科技创新能力。鼓励学生结合专业所长积极申报广东省大学生创新创业训练计划项目，在专业教师的指导下完成项目的分析、设计、制作等过程，培养学生的创新意识，锻炼学生的自主思考、团队协作和独立解决问题的能力。

3 教学效果

我们在2013-2015年学院自动化和电气工程及其自动化两个专业的“计算机控制技术”实验课程实施了上述教学改革，学生一致认为学习收获良多，通过该课程实践进一步巩固了单片机原理与应用、自动控制原理等课程学过的知识，而且动手实践能力和科技创新能力有了较大提高。有30余人次获得广东省挑战杯、广东省电子设计大赛等大赛奖励，获奖级别和人数与以往相比有大幅度提高。5个大学生创新项目获得广东大学生科技创新培育专项资金(攀登计划专项资金)项目立项。16个项目获广东省大学生创新创业训练计划项目立项并顺利结题。4名学生的毕业设计论文被评为学校优秀毕业论文，比例居全院之首。这证明新的计算机控制技术实践教学改革效果明显。

4 总结

本文基于创新能力培养链提出了计算机控制技术课程实践改革模式，重构了计算机控制技术实践教学体系，改革了课程评价体系，通过项目、课程设计、科技活动、科技竞赛的环节有效增加了学生对实验课程的兴趣，学生的动手能力、团队协助能力、工程应用能力和创新能力明显提高。今后将继续探索和完善该实践教学模式，不断提高教学质量和教学效果。

[1] 邢航，张铁民． “计算机控制技术”教学改革探索与实践[J]．实验室研究与探索，2007，26(12): 370-372．

[2] 黎萍，刘保军．计算机控制技术教学改革初探[J]．中国电力教育，2011(27): 170-171．

[3] 李云霞，康波，邹见效． 《计算机控制系统》教学改革思路和实践[J]．实验科学与技术，2012，10(2): 70-72．

[4] 王天宝，程卫东．基于CDIO的创新型工程人才培养模式研究与实践[J]．高等工程教育研究，2010(1): 25-31．

[5] 顾佩华，沈民奋，李升平，等．从CDIO到EIP-CDIO——汕头大学工程教育与人才培养模式探索[J]．高等工程教育研究，2008(1): 12-20．

[6] 严薇，袁云松．大学生实践创新能力培养的探索与实践[J]．中国大学教学，2012(9): 78-80．

[7] 朱昌平，贾正平，黄波，等．构建“五位一体”实践创新立体培养体系的探索[J]．实验室研究与探索，2009，28(8): 8-11．

[8] 严亮，刘海涛，杨中正．工程院校实践教学改革的思考[J]．中国电力教育，2011(17): 120-121．

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年广东白云学院质量工程项目(BYJY201355)2014年度广东省高等教育教学改革项目(GDJG20141254)

梁永恩(1978-)，男，广州人，讲师，硕士，研究方向：嵌入式系统.

万世明(1955-)，男，武汉人，教授，硕士，研究方向：系统工程.

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