“计算机控制技术”课程的立体化教学模式研究
摘要：“计算机控制技术”是电子信息学科的一门专业基础课程，它涉及到多门课程的知识，理论和应用性都十分强，因此它给本科理论和实验教学上带来了很大困难。重庆邮电大学自动化学院在分析了传统的教学方式的基础上，提出了结合课程群设计、真实工业环境的实验系统和科学研究的立体化教学模式，提高了学生的学习效果，提升了学生分析问题和解决问题的能力。
关键词：计算机控制技术；课程群；教学模式
作者简介：谢昊飞（1978-），男，重庆人，重庆邮电大学自动化学院，副教授；蔡龙腾（1990-），男，湖北孝昌人，重庆邮电大学自动化学院硕士研究生。（重庆 400065）
基金项目：本文系重庆市高等教育教学改革研究项目“工程训练中心建设的研究与实践”（项目编号：1201019）、重庆邮电大学研究生教育创新计划重点项目“自动化类研究生创新教育基地建设”的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）09-0097-02
一、课程教学模式研究现状
随着计算机技术、自动控制技术、嵌入式技术以及网络通信技术的快速发展，计算机控制系统在机械制造、过程控制、航天航空、交通运输、流程自动化等领域得到广泛的应用。因此“计算机控制技术”是一门工程性很强的本科专业课程。但是由于本课程融合了单片机知识、自动化控制理论、现代控制技术、计算机技术和数字通信原理，涉及面十分广，给传统的理论课程体系、实验系统和教学方法带来了很大挑战。为此，90年代中期以来，各高等院校纷纷开始对传统的教学模式提出改进措施以增加教学的效果，提高教学质量。
改革内容大致体现在三个大的方面：课程理论体系结构、实验体系结构和教学方法。课程理论体系结构的改革主要体现在选择主流的微型计算机为工具，以完成的应用案例为主导线展开课程内容，与传统的连续控制系统的对比教学提高效果。[1，2]基于计算机控制中若干基本概念，介绍了由连续控制器到离散控制器的设计方法。[4]实验体系结构是众多教师着重考虑的环节，以增加学生对理论的理解力和实际的动手能力，减少了验证性的实验，增大了设计性、综合性和研究性的实验内容。[5]教学方法涉及面十分广泛，包括应用现代的信息技术教学手段、典型案例教学。
上述改革措施的实施很大程度解决了一部分教学过程中的问题，但是仍然有一些难题还需要解决。首先，“计算机控制技术”课程理论内容和实验内容与“自动控制原理”、“单片机原理”、“微机原理”、“现代控制理论”以及“信号处理”等相关的课程未有统一考虑。其次，实验教学中，仍然是原理性验证，遇上实际的工业现场系统时，学生同样存在束手无策的现象。最后，学生缺少主动查阅资料独立解决问题的能力。本文针对上述问题开展立体化教学模式的研究，让上述的因素相互关联，形成一个有机的整体，从而提高教学效果。
二、“计算机控制技术”课程群建设
考虑到自动控制原理、计算机控制技术的发展趋势以及对学生在自动化专业知识、创新能力、综合素质的要求，将“微机原理”、“单片机原理及应用”、“计算机控制技术”、“嵌入式系统”和“网络控制技术”五门课程构建一个计算机控制技术类课程群，整体考虑课程衔接、理论教学内容、实验教学内容、教学方法、理论与实践的合理配置以及课程群内容的优化，从而让学生从大二年级到大四完成一个有机系统的学习过程。
在建设课程群主要讨论各个课程理论内容、实验内容、课时的分配以及课程间的衔接。将“微机原理”课程放于大二的第二学期，它是整个后续课程的基础。它主要给理解基于IBM 8086系列计算机的经典结构以及外部接口的设计。同时将一部分关于A/D、D/A内容删除，划分到“计算机控制技术”课程中。单片机原理及应用则主要展示基于MCS-51单片机的原理和接口设计部分。接口包括键盘、数码管、LCD灯、功率接口、通信接口设计。计算机控制技术则着重于数字控制器的设计过程、状态空间的设计、过程通道设计以及整个系统的设计过程。嵌入式系统和网络控制技术最近发展的热点技术，前者着重于嵌入式操作系统的学习和接口驱动的设计，而后者是计算机控制系统的网络化、智能化，因此侧重于大的现场总线控制系统的介绍。
为了保持实验课程的一致性，实验内容是具有严格的衔接性的，除“微机原理”外，其他课程的实验系统开发平台均是基于统一的芯片。因此当整个课程群实验完成时，学生将学会从简单接口设计到一个单回路控制系统的设计，然后到一个多回路的网络控制系统的设计过程。
此外，设立专门课程群的管理机制，规范各个课程理论和实验系统、课程设计和综合设计内容，对课程中出现的问题及时处理，建立网络管理系统。
三、真实工业环境的实验系统建设
针对传统的实验系统缺乏真实工业环境的特点，构建实际的工厂控制环境，让学生体会实际的现代工业生产过程，从而理解计算机控制技术课程的各个知识环节是必要的。
因此在保留传统实验系统的基础上，以一个完整的计算机控制系统为目标组织实训，让每位同学担任工程师、管理人员、材料采购人员、生产人员或其他角色，并在其间发挥作用，要能和团体内的其他成员协调配合，使学生能敏锐地发现应该由他解决的问题，并知道自己应该如何去做。为此，构建如图1所示的真实工业环境，形成计算机控制产品设计、样机试制、定型设计到电磁兼容性测试与可靠性试验的一套系统的产品实验、开发与测试环境，培养学生以可靠性为核心的产品化、工程化意识与能力，提高学生的产品设计能力、工程测试能力和综合运用所学知识的能力。
第一，电子产品生产线包括电子产品设计、生产和测试全套流程的设备配置。能实际生产计算机控制产品与智能仪器仪表、智能电器的电子部分。测试包括电磁兼容测试、高低温测试等可靠性产品测试内容。系统配合机械产品生产线生产的智能仪器仪表、智能电器可在流程工业控制系统或供配电系统进行试用。