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关于计算机控制系统相关论文范文文献,与“计算机控制系统”课程建设相关毕业设计论文
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摘 要：“计算机控制系统”是自动化类专业的一门重要专业课,是培养实践型与创新型人才的关键课程之一.通过分析南京邮电大学“计算机控制系统”课程本科教学的现状和存在的问题,提出了一系列教学改革措施,从课程的教学内容、教学方法、教学手段、实践教学和考核方式等方面来解决教学中存在的问题.
关 键 词：计算机控制；教学改革；理论教学；实践教学
作者简介：程艳云（1974-）,女,江苏姜堰人,南京邮电大学自动化学院,副教授.（江苏南京210023）
基金项目：本文系南京邮电大学教学改革项目（项目编号：JG00412JX56）的研究成果.
中图分类号：G642.3文献标识码：A文章编号：1007-0079（2013）32-0103-02
“计算机控制系统”是自动化类专业的一门重要的专业基础课.[1]通过该课程学习,使学生了解使用计算机进行工业控制的一般方法和过程,掌握计算机控制系统的硬件、软件基础知识和基本应用技术,从而使学生具有计算机控制系统理论知识和实际应用能力.由于“计算机控制系统”课程理论性较强,同时具有很强的实际应用背景,需要对该课程的课程建设进行探索.
一、“计算机控制系统”教学现状分析
南京邮电大学在2011年之前开设的“计算机控制系统”一课是32学时.由于教学学时的限制,“计算机控制系统”主要讲授离散控制系统的硬件实现,包括其最小系统实现、A/D、D/A变换、输入输出接口电路等.虽然本课程为学生打下了较坚实的硬件实现基础,但学生在具体应用中很难将计算机控制理论与其硬件实现电路相联系建立整体的系统概念.在2009年的教学大纲修订计划中,根据教育部新颁发的自动化专业课程设置要求,把原来依托在《自动控制原理》一课中的离散控制理论基础部分放在《计算机控制系统》中讲授,学时从32学时调整为48学时.“计算机控制系统”一课在2011～2012学年的第二学期已经依据48学时的授课计划进行了一学期的教学授课.在实践过程中发现,学生普遍反映该课和前续计算机类课程“微机原理及接口技术”、“C语言程序设计”和“单片机原理及应用”等重复较多.“微机原理及接口技术”和“C语言程序设计”负责传授计算机硬、软件基础知识,培养硬、软件初步设计能力.在此基础上开设的“单片机原理与应用”课程,专门传授嵌入式系统方面的知识.“计算机控制系统”课程则是针对自动化等专业领域的特殊需要,专门传授计算机控制系统的分析和设计方法,培养在控制工程领域综合应用计算机技术的能力.这种支撑和衔接关系应该在教学中得到充分体现,然而,每门课程独自为政的教学体系导致这些课程之间的知识支撑作用和相互衔接关系在教学大纲、授课计划和实际教学过程中均未得到充分体现,这就需要教师在课堂教学时进行合理的取舍.
“计算机控制系统”课程作为一门集控制理论与数字化实现为一体的课程,涉及内容广泛.该课程主要涉及两个领域：一个是离散控制理论,包括计算机控制系统的基本概念、采样定理、离散控制系统的建模、分析与设计、数字化控制律的计算机实现.另一个是计算机控制系统的硬件实现,包括硬件组成、输入输出接口电路、硬件抗干扰技术和可靠性技术等.对于这门综合程度高、实践性强的课程,需要有效地开展实验等实践教学环节,使学生在实践中更加深入地理解和消化理论知识,并初步具有独立设计和调试计算机控制系统的能力,为后续的学习和工作奠定基础.以前课内实验的项目和内容设置为分立的验证性和简单的设计性实验,依赖于成套的商品化实验设备,使得实验停留在要求学生按图接线、记录数据等认知性、验证性实验的层面上,在提升学生的动手能力、设计能力和创新能力方面作用有限.
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另外“计算机控制系统”一课开设在大学三年级下学期,此阶段的学生已经学习过大量的基础和专业课程,面临着继续深造还是就业的两难选择,容易产生浮躁的心态,很难静下心来认真学习.因此,教师需要采取多种手段来激发学生的学习兴趣,如采用设计型实验、展开兴趣小组、参加科研课题以及参加竞赛等手段,形成以学生为主体的自主学习模式.
二、理论教学方法改革和探索
1.教学内容的改革
“计算机控制技术”课程所涉及的内容极为丰富,大体上包含了计算机控制系统的硬件组成、控制算法和软件实现等诸多方面.[2]目前,该课程所编制的教材和参考书种类众多,但内容并不统一,基本可以分为偏重理论教学和偏重实际工程应用两大类,有的偏重实际,但理论性不强；有的偏重理论,但应用不多.在实际教学中,根据学生的专业方向和教学的目的对教学内容进行适当的取舍是教师应该考虑的问题.在课堂教学中,首先应保证理论体系的完整性,并且要注重理论联系实际.完全厚此薄彼,仅仅侧重理论教学或只重视实际应用都无助于学生对知识的完整掌握.但这也不意味着在课程内容的选择上眉毛胡子一把抓,把一切的内容都纳入讲授范围.应该根据教学要求从硬件构成和理论基础两部分来进行讲授.
在讲述“计算机控制系统”接口电路时,涉及了一些与“微机原理及接口技术”和“单片机原理及应用”上述先修课程相重复的内容,如输入输出通道A/D、D/A转换器的接口与编程方面的内容.在授课时强调对于控制系统领域,针对于被控对象有其自身的特点设计相对应的外围电路.在讲授计算机控制系统硬件实现时,没有按照书上的章节授课,而是以实际温度控制系统为例来说明计算机控制系统设计时应该考虑的因素,从而把书上关于硬件实现的知识点包括进来.举例讨论温度测量环节的设计,分析如何根据系统性能指标的要求选择相应的温度传感器,温度传感器和计算机之间如何实现信息交换,温度传感器测量的数据如何处理.讨论温度控制功率放大电路,书本介绍的功率驱动电路有哪些,有何特点和相对应的应用场合,如何根据计算机型号和被控对象的要求选择合适的功率驱动电路,设计功率驱动电路需要考虑哪些问题等.通过对实际系统的分析设计,学生增加了兴趣,同时对系统有了整体概念,知道系统设计时需要考虑哪些问题,从哪些方法着手,教学效果很好.在讲授计算机控制理论实现时,目前教材普遍使用（AT89C51）组织教学,市场上主流的单片机除了8位的51、PIC、AVR等,还有16位的MSP430、32位的ARM、AVR32、x86、PowerPC、68K等单片机.实际应用中,还出现了DSP（数字信号处理器）、FPGA/CPLD（现场可编程门阵列/复杂可编程逻辑器件）与单片机（MCU）以及嵌入式处理器相融合的趋势.在课程教学中反映这些新技术和新产品,学生对它们的应用场合、特点和性能等有一定的理解.2.教学方法的改革
在课堂教学中,以前的教学方式主要以借助PPT,授课老师按部就班地讲授教学大纲中规定的内容,整个过程注重于知识的传授,缺少和学生的互动,使得学生失去学习的兴趣,制约了学生自主学习能力和解决实际问题能力的培养.特别是现在网络很发达,很多学生上课的时候会利用手机浏览网页或者玩游戏,如果老师对这样的状况不采取相应的教学手段,随着课程的深入,这部分学生会因为觉得课程越来越难学而最终选择放弃.[3]
在教学中鼓励学生进行探究式学习,变被动学习为主动学习.对一些课程内容可以大胆让学生上台讲授,在课前事先给学生进行分组,对不同组别分配不同的任务.下次课以学生作为主体,每组推举代表上台讲述,组内同学可以补充,其他组的同学可以进行提问、分析和评论,老师在旁边加以点评.从效果上来看,学生的积极性很高,不仅学会了使用网络和图书馆的数字资源查询资料,还通过阅读大量的文献对所学知识有了ć
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