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摘要：从高水平应用型人才的培养目标出发，对“计算机控制系统”课程的教学改革进行了探索。以提高学生实践能力为导向，从理论和实践教学的教学内容、教学方法和教学评价体系等方面进行了多层次、系统化的改革与实践。教学实践结果表明，学生的学习热情和工程素养有较大提高，教学效果良好。
关键词：计算机控制系统；教学改革；课程设计
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）30-0059-02
随着我国经济的快速发展和科技水平的显著提升，社会各个层面的竞争日益激烈，越来越多的用人单位对大学生的综合素质提出了更高要求。不但要具有扎实的理论基础，还要具备较好创新能力和实践动手能力。东莞理工学院（以下简称“我校”）地处广东省东莞市是加工制造业十分发达的地区。随着地方经济的升级转型，各个企业对于综合能力更强的应用型人才的需求也在增加。因此，我校紧密地与当地现状相结合，提出建设高水平应用型地方大学，为地方经济发展培养适合人才发展的战略，在培养过程中更加注重创新能力和实践能力的提升。
“计算机控制系统”课程是自动化、电气工程及其自动化等相关专业开设的专业主干课程，具有很强的实践性和应用性[1]。该课程以微机原理与接口技术、传感器与检测技术、自动控制原理等课程为先导，同时又为后续专业课程如运动控制系统、高级过程控制等课程提供重要的理论和技术基础。在本专业课程体系中是联系专业基础课程和专业实践课程的纽带，具有承上启下的作用。因此，如何有效根据应用型人才的培养目标和要求，并基于本课程自身的特点来完善和优化教学工作，最终达到提高学生的工程意识和工程素质的教学效果，这其中有很多方面值得探索和改进。
一、课程定位与教学目标
我校属地方工科院校，以培养高水平应用型人才作为主要目标。应用型大学的教学定位，就是以适应社会需要尤其是生产、建设、管理、服务等第一线需要为目标，以培养学生的技术应用能力为宗旨[2]，因此特别强调要提高学生的动手能力和解决生产一线问题的能力。
目前，计算机控制系统这门课程的内容主要包括计算机控制系统基础理论、计算机控制系统设计和实际系统工程实现技术等三方面的内容[3]。通过这门课程的学习和训练，要求学生能根据给定的控制任务，正确选择控制系统的硬件、软件、外围设备、接口通道并设计合适的控制规律，从而将计算机、传感器、过程通道和输入输出接口、执行机构、软件程序组成一个统一的整体，构成一套满足控制要求的计算机控制系统[4]。
可以看出，这门课程涵盖的知识内容非常丰富，对学生基础理论的掌握和实践能力均有较高的要求，这也与高水平应用型大学的培养目标相一致。因此本课程的教学模式改革要以提高学生综合实践能力为导向，通过合理安排理论和实践的教学内容，采用合理有效的教学方法来进行。
二、教学内容改革
教学内容的合理优选和精心安排是提高教学质量的重要基础，因此如何确定理论教学内容的深度和广度，调整好理论基础与实践应用的关系，是确定课程内容时首要解决的重要问题[5]。
1.教学内容总体框架
在保证教学目标和应用型大学的培养目标相一致的前提下，基于学生的专业背景、先修基础、专业基础课程的掌握程度以及本课程自身的特点，笔者在教学内容构成，学时分配以及教学资源获取与使用等方面进行了一些探索和尝试。
本课程教学内容的总体框架由两部分构成，分别为教学部分和课程设计部分。其中，教学部分为3学分（48学时），课程设计部分为2学分（1个学期的非集中时间完成）。教学部分又分为理论教学（32学时）与实验教学（16学时）两个环节。本课程教学内容安排在大三下学期，学生在经过课程学习后，在大四上学期一个学期内独立完成课程设计的内容。实验教学和课程设计又同属实践环节。
2.理论教学内容
从现有计算机控制系统教材的调研结果来看，教学内容和教材编排主要分为离散系统基础理论、计算机控制系统实现关键技术、计算机控制系统应用设计等三大块，其中计算机系统应用设计又可大致分为面向自动控制和面向过程控制两类。不同教材中三大部分的比重和所覆盖的知识内容各有不同。总体上看，该课程所涉及的理论内容较为繁杂且与其他专业基础课和专业课在内容上有重叠和交叉。因此必须结合具体的教学目标对教学内容有所取舍。
基于此，我们根据课程定位和教学目标，坚持基本理论和工程应用并重的原则对教学内容进行了筛选。主要表现在：保留离散控制系统的相关部分，舍去与信号与系统、自动控制原理和微机原理与接口技术等课程相重叠的部分；完全删去嵌入式系统设计和可编程控制器原理与应用课程（此两门课程在时间安排上为本课程的先修课程）的相关内容；在计算机控制系统应用与设计部分中紧密结合工程背景和地方产业特色，将面向自动控制和面向过程控制的内容进行合理规划和整合，突出各自的重点和彼此之间的联系。
3.实践教学内容
应用型大学教学的核心环节是实践教学，因此研究并设置与工程实际密切联系的实验教学内容和课程设计题目是本课程教学改革的重点。为使学生能更好的将理论与实际相结合，并开拓学生的创新思维能力，我们根据调整优化后的理论教学内容对实践教学进行了一些探索和尝试。
根据图1可看出实践环节包括实验教学和课程设计两部分，其中实验教学又包括仿真实验和综合实验两部分。实践环节的总体构成呈现一种层次化和阶梯式的结构，学生从仿真实验过度到自行完成课程设计，可以循序渐进地对相关理论和技术进行理解和深化。仿真实验基于Matlab/Simulink仿真平台进行，目的是让学生验证离散控制系统的基础理论，使学生对控制系统的构成、工作原理和控制效果有一个感性的认识；综合实验所选的内容都是工程中的实际课题，具有明确的应用背景，有利于学生了解计算机控制系统的实际作用，提高学生的学习兴趣[6]。综合实验的设置目的是让学生可以自己动手去设计和调试系统，在实验过程中掌握控制系统的基本设计方法和调试手段，并能针对实际调试过程中遇到的问题进行思考，分析并提出有效的解决方案。在理论教学和实验教学的基础上，学生已基本具备分析、设计和调试系统的能力。接下来学生将根据个人兴趣，从课程设计题库里选择一个题目来完成。 课程设计的重点是要培养学生的创新实践能力，为学生未来继续深造或从事相关工作提供更好的平台和帮助。因此，在课程设计的题目设置方面，我们更多考虑如何充分调动学生的能动性，使每个学生在完成课程设计的过程中针对具体控制任务，从方案选择、软硬件设计到系统调试的全过程都能提出自己的见解和解决方法，培养学生的独立思考和工作能力。如果多个学生选择了同一题目，则鼓励学生采用不同的方案来实现，拓展学生的思维。
目前，我校与西门子公司共同建设了西门子先进自动化联合示范实验平台，该实验平台包括PLC控制实验室、变频控制实验室、过程控制实验室、伺服控制实验室和柔性制造系统实验室等，较全面地覆盖了本课程所涉及的理论与应用内容。基于该平台设计了具有丰富工程应用背景、难易适中、应用性广的课程设计题目，如表1所示。
学生在完成课程设计后要求提交控制系统设计方案（包括系统构成、系统结构图、设备接线图、I/O分配等）、设计程序、调试结果及系统使用说明等材料，并组织学生和本专业教学团队的老师进行答辩。
目前，本课程相关的所有实验室均实行开放式管理，为学生提供更好的学习环境。在课程设计结束后，还会推荐一些特别优秀的学生参加如“挑战杯”、“西门子杯工业自动化挑战赛”等竞赛活动，并鼓励学生积极参与老师的研究课题进行科技创新和在随后进行的毕业设计过程中继续深入学习，从而形成一种递进式的教学培养模式。
三、教学方法改革
合理的教学内容安排和实践环节的设置需要辅以积极有效的教学方法。在本课程的实践教学过程中主要从以下几点进行改进。
1）在理论教学方法方面，积极采取能充分激发学生求知欲望和参与热情的教学方式，改变学生被动学习的现状。在授课过程中注意学生的反馈信息，并及时设问引起学生进行思考；鼓励学生课后利用网络，学术资源数据库进行学习素材的检索和搜集，并制作成PPT在课堂上进行讲解，老师和学生共同进行讨论和分析。
2）引入案例型教学方法，通过在课题上引入从多种渠道收集到的计算机控制系统工业应用的现场图片和真实案例来扩大学生的视野，使学生能够更清晰地了解所学知识与生产实际相结合的方向与方法，并努力培养工程师所具有的相关专业素质。
3）在学生兴趣培养方面给予特别的重视。依托我校西门子先进自动化实验平台，设置校内自动化竞赛，由3～5名同学组建一个小组，在4天内去完成竞赛题目，给学生足够展示个人能力的空间和机会，增强体验并积累经验，并在学生之间形成一种竞争——合作的气氛，让每一个参赛学生都能获得充实感和成就感。同时，能培养同学的团队合作意识和能力。
四、教学评价体系改革
为凸显实践能力的重要性，在教学评价体系方面也要改变过去单纯依靠期末考试来评定的局限。因此，需要积极探索和推行新的考试评价制度，建立以考核能力为核心的考核机制。我们在教学评价方面主要从理论学习和实践应用两方面进行评价。其中，理论学习部分主要通过平时课堂测验（一个学期随机进行3次，兼有随机签到的作用，以杜绝学生无故旷课的现象）和期末考试来评定，课堂测验占总比重的30%，期末考试占总比重的50%。实践应用方面的评价分为实验环节和课程设计环节两方面。实验环节主要通过实验报告来评价，占总比重的20%，与理论学习部分共同构成该课程的期末总成绩。课程设计环节主要通过课程设计报告、系统实际运行效果和答辩情况进行综合评价，评价合格后才能获得相应学分。
五、结束语
通过对教学内容、教学方法和评价体系等方面的改革进行探索，并经过3届6个授课班级的教学实践，本课程的教学取得了良好的效果。在充分利用实验平台的基础上，做到理论、技术与实际应用相结合，学生学习积极性有很大提高，综合运用知识的能力进步明显。今后将继续探索新的教学思路和教学方法，积极培养学生的工程师能力和综合素质。
参考文献：
[1]杨蜀秦，郭文川.“计算机控制技术”教学改革实践[J].中国电力教育，2011，（26）：88-89，93.
[2]孙晓娟.电气工程及自动化专业计算机控制技术课程教学方法研究[J].中国教育技术装备，2011，（24）：54-56.
[3]高金源，夏洁.计算机控制系统[M].北京：清华大学出版社，
2007.
[4]周西峰.“计算机控制系统”课程教学改革的思考与实践[J].中国电力教育，2012，（29）：73-74.
[5]鞠阳.计算机控制技术课程教学方法改革探索[J].南京工程学院学报（社会科学版），2007，7（1）：45-47.
[6]张德江，于微波，贾文超.教学与教研互动教法与学法共融——“计算机控制系统”国家精品课建设的体会[J].中国大学教学，2007，（10）：29-31.
（责任编辑：刘翠枝）
关键词：计算机控制系统；教学改革；课程设计
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）30-0059-02
随着我国经济的快速发展和科技水平的显著提升，社会各个层面的竞争日益激烈，越来越多的用人单位对大学生的综合素质提出了更高要求。不但要具有扎实的理论基础，还要具备较好创新能力和实践动手能力。东莞理工学院（以下简称“我校”）地处广东省东莞市是加工制造业十分发达的地区。随着地方经济的升级转型，各个企业对于综合能力更强的应用型人才的需求也在增加。因此，我校紧密地与当地现状相结合，提出建设高水平应用型地方大学，为地方经济发展培养适合人才发展的战略，在培养过程中更加注重创新能力和实践能力的提升。
“计算机控制系统”课程是自动化、电气工程及其自动化等相关专业开设的专业主干课程，具有很强的实践性和应用性[1]。该课程以微机原理与接口技术、传感器与检测技术、自动控制原理等课程为先导，同时又为后续专业课程如运动控制系统、高级过程控制等课程提供重要的理论和技术基础。在本专业课程体系中是联系专业基础课程和专业实践课程的纽带，具有承上启下的作用。因此，如何有效根据应用型人才的培养目标和要求，并基于本课程自身的特点来完善和优化教学工作，最终达到提高学生的工程意识和工程素质的教学效果，这其中有很多方面值得探索和改进。
一、课程定位与教学目标
我校属地方工科院校，以培养高水平应用型人才作为主要目标。应用型大学的教学定位，就是以适应社会需要尤其是生产、建设、管理、服务等第一线需要为目标，以培养学生的技术应用能力为宗旨[2]，因此特别强调要提高学生的动手能力和解决生产一线问题的能力。
目前，计算机控制系统这门课程的内容主要包括计算机控制系统基础理论、计算机控制系统设计和实际系统工程实现技术等三方面的内容[3]。通过这门课程的学习和训练，要求学生能根据给定的控制任务，正确选择控制系统的硬件、软件、外围设备、接口通道并设计合适的控制规律，从而将计算机、传感器、过程通道和输入输出接口、执行机构、软件程序组成一个统一的整体，构成一套满足控制要求的计算机控制系统[4]。
可以看出，这门课程涵盖的知识内容非常丰富，对学生基础理论的掌握和实践能力均有较高的要求，这也与高水平应用型大学的培养目标相一致。因此本课程的教学模式改革要以提高学生综合实践能力为导向，通过合理安排理论和实践的教学内容，采用合理有效的教学方法来进行。
二、教学内容改革
教学内容的合理优选和精心安排是提高教学质量的重要基础，因此如何确定理论教学内容的深度和广度，调整好理论基础与实践应用的关系，是确定课程内容时首要解决的重要问题[5]。
1.教学内容总体框架
在保证教学目标和应用型大学的培养目标相一致的前提下，基于学生的专业背景、先修基础、专业基础课程的掌握程度以及本课程自身的特点，笔者在教学内容构成，学时分配以及教学资源获取与使用等方面进行了一些探索和尝试。
本课程教学内容的总体框架由两部分构成，分别为教学部分和课程设计部分。其中，教学部分为3学分（48学时），课程设计部分为2学分（1个学期的非集中时间完成）。教学部分又分为理论教学（32学时）与实验教学（16学时）两个环节。本课程教学内容安排在大三下学期，学生在经过课程学习后，在大四上学期一个学期内独立完成课程设计的内容。实验教学和课程设计又同属实践环节。
2.理论教学内容
从现有计算机控制系统教材的调研结果来看，教学内容和教材编排主要分为离散系统基础理论、计算机控制系统实现关键技术、计算机控制系统应用设计等三大块，其中计算机系统应用设计又可大致分为面向自动控制和面向过程控制两类。不同教材中三大部分的比重和所覆盖的知识内容各有不同。总体上看，该课程所涉及的理论内容较为繁杂且与其他专业基础课和专业课在内容上有重叠和交叉。因此必须结合具体的教学目标对教学内容有所取舍。
基于此，我们根据课程定位和教学目标，坚持基本理论和工程应用并重的原则对教学内容进行了筛选。主要表现在：保留离散控制系统的相关部分，舍去与信号与系统、自动控制原理和微机原理与接口技术等课程相重叠的部分；完全删去嵌入式系统设计和可编程控制器原理与应用课程（此两门课程在时间安排上为本课程的先修课程）的相关内容；在计算机控制系统应用与设计部分中紧密结合工程背景和地方产业特色，将面向自动控制和面向过程控制的内容进行合理规划和整合，突出各自的重点和彼此之间的联系。
3.实践教学内容
应用型大学教学的核心环节是实践教学，因此研究并设置与工程实际密切联系的实验教学内容和课程设计题目是本课程教学改革的重点。为使学生能更好的将理论与实际相结合，并开拓学生的创新思维能力，我们根据调整优化后的理论教学内容对实践教学进行了一些探索和尝试。
根据图1可看出实践环节包括实验教学和课程设计两部分，其中实验教学又包括仿真实验和综合实验两部分。实践环节的总体构成呈现一种层次化和阶梯式的结构，学生从仿真实验过度到自行完成课程设计，可以循序渐进地对相关理论和技术进行理解和深化。仿真实验基于Matlab/Simulink仿真平台进行，目的是让学生验证离散控制系统的基础理论，使学生对控制系统的构成、工作原理和控制效果有一个感性的认识；综合实验所选的内容都是工程中的实际课题，具有明确的应用背景，有利于学生了解计算机控制系统的实际作用，提高学生的学习兴趣[6]。综合实验的设置目的是让学生可以自己动手去设计和调试系统，在实验过程中掌握控制系统的基本设计方法和调试手段，并能针对实际调试过程中遇到的问题进行思考，分析并提出有效的解决方案。在理论教学和实验教学的基础上，学生已基本具备分析、设计和调试系统的能力。接下来学生将根据个人兴趣，从课程设计题库里选择一个题目来完成。 课程设计的重点是要培养学生的创新实践能力，为学生未来继续深造或从事相关工作提供更好的平台和帮助。因此，在课程设计的题目设置方面，我们更多考虑如何充分调动学生的能动性，使每个学生在完成课程设计的过程中针对具体控制任务，从方案选择、软硬件设计到系统调试的全过程都能提出自己的见解和解决方法，培养学生的独立思考和工作能力。如果多个学生选择了同一题目，则鼓励学生采用不同的方案来实现，拓展学生的思维。
目前，我校与西门子公司共同建设了西门子先进自动化联合示范实验平台，该实验平台包括PLC控制实验室、变频控制实验室、过程控制实验室、伺服控制实验室和柔性制造系统实验室等，较全面地覆盖了本课程所涉及的理论与应用内容。基于该平台设计了具有丰富工程应用背景、难易适中、应用性广的课程设计题目，如表1所示。
学生在完成课程设计后要求提交控制系统设计方案（包括系统构成、系统结构图、设备接线图、I/O分配等）、设计程序、调试结果及系统使用说明等材料，并组织学生和本专业教学团队的老师进行答辩。
目前，本课程相关的所有实验室均实行开放式管理，为学生提供更好的学习环境。在课程设计结束后，还会推荐一些特别优秀的学生参加如“挑战杯”、“西门子杯工业自动化挑战赛”等竞赛活动，并鼓励学生积极参与老师的研究课题进行科技创新和在随后进行的毕业设计过程中继续深入学习，从而形成一种递进式的教学培养模式。
三、教学方法改革
合理的教学内容安排和实践环节的设置需要辅以积极有效的教学方法。在本课程的实践教学过程中主要从以下几点进行改进。
1）在理论教学方法方面，积极采取能充分激发学生求知欲望和参与热情的教学方式，改变学生被动学习的现状。在授课过程中注意学生的反馈信息，并及时设问引起学生进行思考；鼓励学生课后利用网络，学术资源数据库进行学习素材的检索和搜集，并制作成PPT在课堂上进行讲解，老师和学生共同进行讨论和分析。
2）引入案例型教学方法，通过在课题上引入从多种渠道收集到的计算机控制系统工业应用的现场图片和真实案例来扩大学生的视野，使学生能够更清晰地了解所学知识与生产实际相结合的方向与方法，并努力培养工程师所具有的相关专业素质。
3）在学生兴趣培养方面给予特别的重视。依托我校西门子先进自动化实验平台，设置校内自动化竞赛，由3～5名同学组建一个小组，在4天内去完成竞赛题目，给学生足够展示个人能力的空间和机会，增强体验并积累经验，并在学生之间形成一种竞争——合作的气氛，让每一个参赛学生都能获得充实感和成就感。同时，能培养同学的团队合作意识和能力。
四、教学评价体系改革
为凸显实践能力的重要性，在教学评价体系方面也要改变过去单纯依靠期末考试来评定的局限。因此，需要积极探索和推行新的考试评价制度，建立以考核能力为核心的考核机制。我们在教学评价方面主要从理论学习和实践应用两方面进行评价。其中，理论学习部分主要通过平时课堂测验（一个学期随机进行3次，兼有随机签到的作用，以杜绝学生无故旷课的现象）和期末考试来评定，课堂测验占总比重的30%，期末考试占总比重的50%。实践应用方面的评价分为实验环节和课程设计环节两方面。实验环节主要通过实验报告来评价，占总比重的20%，与理论学习部分共同构成该课程的期末总成绩。课程设计环节主要通过课程设计报告、系统实际运行效果和答辩情况进行综合评价，评价合格后才能获得相应学分。
五、结束语
通过对教学内容、教学方法和评价体系等方面的改革进行探索，并经过3届6个授课班级的教学实践，本课程的教学取得了良好的效果。在充分利用实验平台的基础上，做到理论、技术与实际应用相结合，学生学习积极性有很大提高，综合运用知识的能力进步明显。今后将继续探索新的教学思路和教学方法，积极培养学生的工程师能力和综合素质。
参考文献：
[1]杨蜀秦，郭文川.“计算机控制技术”教学改革实践[J].中国电力教育，2011，（26）：88-89，93.
[2]孙晓娟.电气工程及自动化专业计算机控制技术课程教学方法研究[J].中国教育技术装备，2011，（24）：54-56.
[3]高金源，夏洁.计算机控制系统[M].北京：清华大学出版社，
2007.
[4]周西峰.“计算机控制系统”课程教学改革的思考与实践[J].中国电力教育，2012，（29）：73-74.
[5]鞠阳.计算机控制技术课程教学方法改革探索[J].南京工程学院学报（社会科学版），2007，7（1）：45-47.
[6]张德江，于微波，贾文超.教学与教研互动教法与学法共融——“计算机控制系统”国家精品课建设的体会[J].中国大学教学，2007，（10）：29-31.
（责任编辑：刘翠枝）