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[關(guān)鍵詞]計(jì)算機(jī)；控制技術(shù)；考核方案；設(shè)計(jì)

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.20.159

[中圖分類號(hào)]TP273.5 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1673-0194（2016）20-0-01

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程是自動(dòng)化核心專業(yè)課程，其主要內(nèi)容包括計(jì)算機(jī)硬件接口技術(shù)、硬件抗干擾技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、數(shù)字PID（比例-積分-微分）及先進(jìn)控制技術(shù)，DCS（分布式控制系統(tǒng)）以及FCS（集中式控制系統(tǒng)）技術(shù)等核心內(nèi)容，根據(jù)教學(xué)大綱要求，該課程需要掌握計(jì)算機(jī)硬件接口的實(shí)現(xiàn)方法和基本的抗干擾設(shè)計(jì)方法，掌握數(shù)字PID參數(shù)整定及優(yōu)化方法，熟悉DCS和FCS基本結(jié)構(gòu)，熟悉DCS在火電廠的具體應(yīng)用，掌握DCS編程的基本方法。

由于該課程綜合了微機(jī)原理、自動(dòng)控制原理、信號(hào)處理與火電廠檢測(cè)技術(shù)等課程的一些知識(shí)，學(xué)習(xí)內(nèi)容又跟火電廠熱工控制結(jié)合緊密，根據(jù)大綱培養(yǎng)要求以及現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件，以課程學(xué)習(xí)后應(yīng)達(dá)到的專業(yè)能力進(jìn)行綜合評(píng)估為改革方向，改變以單純的閉卷考試或者寫課程總結(jié)方式考核的方式，對(duì)于促進(jìn)教學(xué)相長(zhǎng)，提高學(xué)生工程能力有一定價(jià)值。

為此，特結(jié)合大綱要求以及火電廠熱工專業(yè)的相關(guān)能力的培養(yǎng)要求，擬充分利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件和圖書館的文獻(xiàn)檢索條件，對(duì)學(xué)生的專業(yè)能力進(jìn)行相關(guān)考核具體內(nèi)容如下。

1 文獻(xiàn)檢索和閱讀分析能力考核（15%）

根據(jù)課程教學(xué)內(nèi)容學(xué)生可對(duì)以下5個(gè)方面的內(nèi)容進(jìn)行研究及應(yīng)用前沿進(jìn)行分析與綜述，最后提交綜述報(bào)告，具體如下。

①硬件接口技術(shù)與抗干擾技術(shù)，包括AI、AO、DI、DO以及共模干擾信號(hào)的抑制方法；②數(shù)字PID以及先進(jìn)控制技術(shù)，包括PID參數(shù)整定及優(yōu)化方法，串級(jí)及前饋，模糊控制；③網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，包括DCS以及FCS所用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)方式，網(wǎng)絡(luò)訪問方式等國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀；④DCS及FCS技術(shù)，包括兩種火電廠計(jì)算控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)與方向以及研究進(jìn)展。

2 熱工控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)能力（25%）

給定某一熱工被控對(duì)象及其被控參數(shù)相關(guān)技術(shù)要求，對(duì)DCS或者FCS相關(guān)的硬件設(shè)備進(jìn)行選型，包括采集模件、DPU、通信模塊以及對(duì)執(zhí)行器進(jìn)行選型，主要對(duì)選型合理性進(jìn)行評(píng)價(jià)，包括技術(shù)實(shí)現(xiàn)的可行性，性價(jià)比的合理性、可靠性以及維護(hù)的便捷性等多種因素進(jìn)行綜合分析。若采用IPC+板卡的方式實(shí)現(xiàn)，則須選擇相應(yīng)的工控機(jī)，I/O板卡、端子板、信號(hào)調(diào)理等相關(guān)的硬件，最后提交文字方案。

3 熱工軟件設(shè)計(jì)能力考核（25%）

結(jié)合熱電廠的某一被控對(duì)象參數(shù)控制要求，在DCS編程環(huán)境上利用圖元進(jìn)行操作畫面組態(tài)，達(dá)到基本形象和直觀的要求，并利用動(dòng)態(tài)顯示方式對(duì)被控對(duì)象參數(shù)進(jìn)行模擬儀表功能的實(shí)現(xiàn)；控制功能的實(shí)現(xiàn)主要以利用DCS組態(tài)環(huán)境中的邏輯和控制模塊來實(shí)現(xiàn)對(duì)被控參數(shù)的調(diào)節(jié)，以及PID參數(shù)的整定和優(yōu)化功能，可以結(jié)合MATLAB軟件進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。該內(nèi)容具體考核的實(shí)施在DCS實(shí)驗(yàn)室軟件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。

4 I/O接口實(shí)現(xiàn)及硬件抗干擾設(shè)計(jì)能力考核（25%）

I/O接口以以下三種方式進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（1）給出輸入輸出信號(hào)范圍，自行設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路和抗干擾電路，并利用電路仿真方式觀察調(diào)理電路設(shè)計(jì)的合理性，提交仿真結(jié)果。

（2）給定不同類型的多路標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，自行設(shè)計(jì)多通道采集系統(tǒng)，包含多路開關(guān)，A/D總線接口，查詢或中斷方式下跟ISA總線或者單片機(jī)（ARM）之間的擴(kuò)展電路，提交相關(guān)的原理圖。

（3）利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的亞當(dāng)模塊和信號(hào)發(fā)生器實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集功能，并利用軟件編程實(shí)現(xiàn)抗干擾功能。

5 創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力考核（10%）

雖然結(jié)合現(xiàn)有的DCS在火電廠產(chǎn)生了海量數(shù)據(jù)，但海量數(shù)據(jù)卻具有無法對(duì)火電廠工藝管理進(jìn)行指導(dǎo)的特點(diǎn)，因此，應(yīng)有針對(duì)性地設(shè)計(jì)一套能結(jié)合應(yīng)用的數(shù)據(jù)提取方案。

在對(duì)某專業(yè)班級(jí)學(xué)生進(jìn)行實(shí)際考核過程中，考核方案具有可操作性強(qiáng)，能比較客觀反映學(xué)生對(duì)課程的掌握程度等優(yōu)點(diǎn)。

主要參考文獻(xiàn)

[1]王付生.電廠熱工自動(dòng)控制與保護(hù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005.

[2]邊立秀.熱工控制系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2012.

[3]李正軍.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)[M].第3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

篇2

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)；課程教學(xué)模式；教學(xué)改革

“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”以單片機(jī)原理及應(yīng)用、自動(dòng)控制原理、現(xiàn)場(chǎng)總線等先修課程為基礎(chǔ)，結(jié)合了之前的理論課知識(shí)。就目前的就業(yè)形勢(shì)來看，企業(yè)對(duì)計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域的人才需求較強(qiáng)，因此我校積極創(chuàng)新、探索新的教學(xué)理念與方法，以此進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與學(xué)習(xí)能力。“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”是一門結(jié)合理論和實(shí)踐的綜合性專業(yè)課，所以進(jìn)一步探討該n程的理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)方法非常必要。

一、課程定位與特點(diǎn)分析

“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”課程是自動(dòng)化專業(yè)、電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的限選課程。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，在航空、航天，以及與現(xiàn)代日常生活相關(guān)的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都起到了至關(guān)重要的作用。經(jīng)過對(duì)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)該掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程及應(yīng)用領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的具體組成部分以及各部分的功能，學(xué)會(huì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分析方法，以及相對(duì)簡(jiǎn)單的軟件、硬件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程，了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理。

本課程旨在培養(yǎng)學(xué)生掌握微型計(jì)算機(jī)控制的基本概念，以及微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法。課程要求學(xué)生從理論上掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本原理及應(yīng)用；而教師要為學(xué)生提供有效的分析，培養(yǎng)學(xué)生掌握設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)所需的知識(shí)、洞察力和理解力。學(xué)生在實(shí)踐過程中要學(xué)會(huì)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決控制系統(tǒng)中的實(shí)際問題，通過對(duì)該課程的學(xué)習(xí)，今后能獨(dú)立承擔(dān)和開展計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)方面的研究工作。

二、課程的教學(xué)改革

“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”課程以培養(yǎng)應(yīng)用開發(fā)能力為目標(biāo)，不斷更新課程體系，從而確保教學(xué)內(nèi)容的實(shí)用性和先進(jìn)性，其主要特色與創(chuàng)新如下：

1.摒棄了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)。新課程采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)，每一章節(jié)都設(shè)置一個(gè)驅(qū)動(dòng)項(xiàng)目，教師組織學(xué)生自行分組、分工，制訂設(shè)計(jì)方案。學(xué)生每一節(jié)課都帶著問題、圍繞項(xiàng)目學(xué)習(xí)所需知識(shí)，不斷提高實(shí)踐能力。

2.課程教學(xué)與課外科技活動(dòng)緊密結(jié)合、相互促進(jìn)?；谟?jì)算機(jī)控制技術(shù)課程的特點(diǎn)及其在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的重要作用，新課程將課程教學(xué)與大學(xué)生科技創(chuàng)新競(jìng)賽、全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、飛思卡爾智能車競(jìng)賽等多項(xiàng)賽事結(jié)合，大力開展第二課堂，延伸教學(xué)范圍，組織科技創(chuàng)新小組，提高利用單片機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化系統(tǒng)及電子系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計(jì)能力，以此激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，鍛煉其動(dòng)手實(shí)踐能力。

3.改革教學(xué)手段，增強(qiáng)教學(xué)效果。傳統(tǒng)的教學(xué)方法是教師進(jìn)行書面知識(shí)的傳授，在黑板上寫板書，學(xué)生只是進(jìn)行信息的接收。這種教學(xué)方法并不能取得較好的教學(xué)效果。因此，要想切實(shí)提高教學(xué)質(zhì)量，就需要改革教學(xué)手段。教學(xué)手段是否有效將直接影響學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握。在學(xué)校的大力支持下，我校教師在教學(xué)過程中采用了多種現(xiàn)代教學(xué)手段。例如，在教學(xué)過程中使用多媒體課件進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的教學(xué)和展示，利用三維動(dòng)畫制作技術(shù)和模擬仿真技術(shù)展示教學(xué)內(nèi)容。通過一段時(shí)間的檢驗(yàn)，筆者發(fā)現(xiàn)改進(jìn)的教學(xué)手段不但顯著提高了教學(xué)質(zhì)量，還可以直觀展示課本上難以理解的教學(xué)內(nèi)容。我校設(shè)有專門的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，共有32臺(tái)THSSC-4型實(shí)驗(yàn)臺(tái)。根據(jù)教材章節(jié)，課程設(shè)置了8個(gè)實(shí)驗(yàn)課題，穿插在理論教學(xué)過程中，學(xué)生能夠在實(shí)踐中鞏固所學(xué)的理論知識(shí)。學(xué)生通過這種方式提升了動(dòng)手能力，為今后的就業(yè)打下了基礎(chǔ)。

三、課程考核方式的改革

傳統(tǒng)的考核方法采用期末考試的方式，學(xué)生僅僅是考試的工具，并沒有有效掌握平時(shí)上課的重點(diǎn)與方法。而科學(xué)的考核方法不僅需要激發(fā)學(xué)生平時(shí)上課學(xué)習(xí)的熱情，還要真實(shí)反映學(xué)生的綜合能力?？己朔椒ǔ俗罱K的期末考試，還應(yīng)該包括平時(shí)成績(jī)（習(xí)題作業(yè)、課堂小測(cè)驗(yàn)、課堂提問、課堂討論、課外作業(yè)、實(shí)驗(yàn)）。筆者經(jīng)過實(shí)踐，總結(jié)出比較合理的權(quán)重分配，即平時(shí)成績(jī)占30%，期末考試占70%。通過這一改革，教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的上課積極性都有了顯著提高。

四、總結(jié)

“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”課程涉及的科目種類繁多，具有專業(yè)性強(qiáng)、內(nèi)容更新快等特點(diǎn)。在學(xué)校組織的教學(xué)方法研究與改革過程中，教師對(duì)本課程的特點(diǎn)進(jìn)行了一系列的創(chuàng)新與研究，最終取得了很好的效果。教師充分利用上課時(shí)間進(jìn)行知識(shí)的傳授與講解。課程改革一方面提高了學(xué)生的積極性，另一方面增強(qiáng)了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，使教學(xué)效果得到了提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]張德江.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

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【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)控制技術(shù)；教學(xué)改革；系統(tǒng)建模；數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、電子通訊、機(jī)械設(shè)備等各個(gè)領(lǐng)域。因此，許多高等院校都開設(shè)了《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》這門課程，它是以自動(dòng)控制原理為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為核心，綜合測(cè)控技術(shù)、可編程控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的綜合性學(xué)科，致力于培養(yǎng)企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的精密化、生產(chǎn)設(shè)備的信息化、生產(chǎn)過程的自動(dòng)化的專業(yè)人才。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)本身的特點(diǎn)決定了可以利用軟件來實(shí)現(xiàn)控制算法，通過強(qiáng)大的的運(yùn)算功能和邏輯判斷功能來實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制等連續(xù)控制系統(tǒng)難以勝任的復(fù)雜規(guī)律[1]。鑒于《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程的重要性，對(duì)課程教學(xué)的研究、探索和實(shí)踐是十分必要的。

近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算的迅猛發(fā)展，由“人、機(jī)、物”三元世界在網(wǎng)絡(luò)空間（Cyberspace）中交互、融合所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)多元化將當(dāng)今的信息社會(huì)推向了“大數(shù)據(jù)”時(shí)代[5]，大數(shù)據(jù)的涌現(xiàn)正逐步改變?nèi)藗兊纳詈凸ぷ鞣绞?、企業(yè)的運(yùn)營(yíng)模式，IBM公司提出了“智慧地球”的理念，德國(guó)提出了步向“工業(yè)4.0”的目標(biāo)，今年總理在政府工作報(bào)告上也提出了“互聯(lián)網(wǎng)+”的概念。同時(shí)，大數(shù)據(jù)也吸引了不少學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，2008年，英國(guó)《自然》雜志推出大數(shù)據(jù)專列，專門探討“P8時(shí)代的科學(xué)”以及科研形態(tài)的變化，指出：“數(shù)據(jù)為準(zhǔn)繩的理念指導(dǎo)，以及強(qiáng)大的計(jì)算能力支撐，正在驅(qū)動(dòng)一次科學(xué)科學(xué)方法的革命”。美國(guó)《科學(xué)》雜志也在2011年推出?？癉ealing with Data”，圍繞“數(shù)據(jù)洪流”展開討論，將大數(shù)據(jù)深度分析作為未來研究的重要突破點(diǎn)[2]。所以順應(yīng)時(shí)代的潮流，將“大數(shù)據(jù)”的思想融入到《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》的教育改革，既是一項(xiàng)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)也是一個(gè)寶貴的機(jī)遇。

1 課程教學(xué)中的普遍問題

《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程所涉及內(nèi)容豐富，大體可以分為控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩大方向。具體的內(nèi)容主要包括如下幾個(gè)方面：①以控制理論為主體，闡明離散系統(tǒng)和連續(xù)系統(tǒng)在建模、推理、結(jié)論上的區(qū)別；②將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)進(jìn)行融合；③傳統(tǒng)控制論優(yōu)化算法及其仿真模擬；④智能算法、模糊識(shí)別的應(yīng)用；⑤微型計(jì)算機(jī)的嵌入式開發(fā)，如ARM、PLC、等；⑥計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件開發(fā)等[3]。

目前，多數(shù)院校對(duì)于《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》這么課程，主要采用“以課堂為主，實(shí)驗(yàn)為輔”的教學(xué)模式，加上該課程是一門專業(yè)性和綜合性較強(qiáng)的學(xué)科，涵蓋的內(nèi)容較多，所以學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中普遍感到吃力[4]。此外，課程教材和參考書種類眾多，但內(nèi)容并不統(tǒng)一，基本分為偏重理論教學(xué)和實(shí)際工程應(yīng)用兩大類。然而，真正能運(yùn)用到當(dāng)今主流的大數(shù)據(jù)、云計(jì)算相關(guān)技術(shù)的并不多。所以，基于上述問題，對(duì)目前《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》教學(xué)中存在的不足總結(jié)如下：

（1）數(shù)據(jù)的概念不強(qiáng)

目前，許多院校對(duì)于《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》這門課程的重心停留在理論授課上，即使開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程還是以演示性為主，如A/D轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)。學(xué)生沒有系統(tǒng)的將所學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐，更談不上對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的信息進(jìn)行有效的存儲(chǔ)，并結(jié)合所學(xué)習(xí)的理論知識(shí)對(duì)其進(jìn)行分析和驗(yàn)證。此外，對(duì)于當(dāng)今主流的數(shù)據(jù)挖掘算法，提供相應(yīng)的實(shí)踐機(jī)會(huì)較少。

（2）傳統(tǒng)建模思維的束縛

傳統(tǒng)控制理論過于依賴模型的建立，為了保證所建立模型的精確性，模型的階次有時(shí)會(huì)變得很高，基于高階系統(tǒng)模型的控制器設(shè)計(jì)、穩(wěn)定性分析等問題就會(huì)變得很復(fù)雜。事實(shí)上，數(shù)據(jù)只是為了輔助算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)模型進(jìn)行較好的評(píng)估和預(yù)測(cè)等功能。

（3）數(shù)據(jù)挖掘算法的普及不深

利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，發(fā)現(xiàn)蘊(yùn)含的知識(shí)，研究運(yùn)行的規(guī)律和發(fā)展的趨勢(shì)是挖掘網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)的深層價(jià)值和實(shí)現(xiàn)社會(huì)行為可計(jì)算的主要途徑[5]。然而，許多院校在《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》這門課程中，并沒有在數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)這個(gè)方向上進(jìn)行改革和突破。

值得注意的是，很多院校對(duì)《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》教學(xué)的思維方式還停留在工業(yè)時(shí)代，即以控制系統(tǒng)相關(guān)學(xué)科作為理論基礎(chǔ)，再通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)來強(qiáng)化學(xué)生在計(jì)算機(jī)軟硬件方面的學(xué)習(xí)。但是隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，“物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)”的提出，迅速取代了人們對(duì)于傳統(tǒng)行業(yè)的認(rèn)知。所以，有必要借助“大數(shù)據(jù)”的思維方式來思考《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》的課程改革。

2 基于“大數(shù)據(jù)思維”的《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程教學(xué)改革

在傳統(tǒng)建模仿真研究中，數(shù)據(jù)不是模型的本體，它只是為模型的仿真運(yùn)行提供基礎(chǔ)條件。然而，隨著大數(shù)據(jù)的迅速發(fā)展，由“人、機(jī)、物”三元世界的互相交融將數(shù)據(jù)的來源也變得多元化，通過儀器采集、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、仿真模擬生成等方式來獲取數(shù)據(jù)，所以數(shù)據(jù)對(duì)建模的作用也愈發(fā)重要，并開始逐漸成為主導(dǎo)地位。只要數(shù)據(jù)足夠大，只靠數(shù)據(jù)就可以完成科學(xué)發(fā)現(xiàn)，因此不再需要數(shù)學(xué)模型。這就是所謂的“數(shù)據(jù)優(yōu)先”模式[2]，一種由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的新模式、新思維。正如《連線》主編Chris Anderson所斷言：“數(shù)據(jù)的洪流是傳統(tǒng)科學(xué)方法變得過時(shí)，相互關(guān)系已經(jīng)足夠，沒有了具有一致性的模型、統(tǒng)一的理論和任何機(jī)械式的說明，科學(xué)也可以進(jìn)步”。換句話說，傳統(tǒng)建模方法對(duì)于科學(xué)而言并不是必須的，大數(shù)據(jù)建模方法將會(huì)是一種新的科研范式。

2.1 將“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建模方法”作為思考問題的出發(fā)點(diǎn)

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的概念最早來自計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域，在設(shè)計(jì)過程中以數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)為導(dǎo)向，利用受控系統(tǒng)大量的在線、離線數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)、診斷、決策、調(diào)度及監(jiān)控等功能[6]，探索背后的科學(xué)規(guī)律。近年來，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，特別是機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域，迅速豐富了經(jīng)驗(yàn)建模方法。通過獲得系統(tǒng)的各過程變量（輸入、輸出和中間變量）描述表達(dá)式，這種方法稱為“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”建模方法。

基于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型復(fù)雜、測(cè)控信號(hào)精度差且不完整、易受隨機(jī)擾動(dòng)的影響、狀態(tài)維數(shù)高等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的建模方法，為了保證模型的精確性，模型的階次會(huì)變得很高，這樣研究系統(tǒng)的控制方法和動(dòng)態(tài)特性會(huì)變得復(fù)雜，而利用“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”建模方法，將已知的輸入、輸出數(shù)據(jù)在線或離線學(xué)習(xí)計(jì)算與當(dāng)前狀態(tài)相匹配的控制量，再將模式識(shí)別、人工智能方法作為補(bǔ)充，從而滿足系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能要求。目前，利用“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”的思想建立研究對(duì)象的預(yù)測(cè)和控制模型是主流的趨勢(shì)，而已經(jīng)形成系統(tǒng)的建模方法主要有：線性/非線性自回歸模型、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)模型、基因算法模型、模糊人工智能模型、貝葉斯分析網(wǎng)絡(luò)模型以及支持向量機(jī)模型等。

2.2 基于“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建?！钡慕虒W(xué)方法

一般來說，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建模流程可分為：數(shù)據(jù)初始化、變量的統(tǒng)計(jì)分析、算法模擬和模型的在線校正等過程。

（1）數(shù)據(jù)初始化

通常，數(shù)據(jù)的初始化大致可以分為數(shù)據(jù)的采集、選擇、預(yù)處理。具體的步驟如下：①通過采集的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有一定的認(rèn)識(shí)，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)辨識(shí)可能產(chǎn)生的問題及建模的復(fù)雜程度有所估計(jì)，從而決定適宜的訓(xùn)練模型。②對(duì)數(shù)據(jù)模型評(píng)估之后，即可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇，一般選取70%的比例作為算法數(shù)據(jù)，其余的30%數(shù)據(jù)作為測(cè)試數(shù)據(jù)；③選擇好訓(xùn)練數(shù)據(jù)以及測(cè)試數(shù)據(jù)之后，為了能夠獲得較好地訓(xùn)練效果，必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，使其滿足所選辨識(shí)方法的要求。例如歸一化處理，填補(bǔ)缺失值，異常值檢驗(yàn)等。

（2）變量的統(tǒng)計(jì)分析

通常，在完成第一步的基礎(chǔ)上，需要結(jié)合統(tǒng)計(jì)理論方法對(duì)輸入、輸出變量進(jìn)行相關(guān)性分析、主元分析等，以研究二者間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而對(duì)模型進(jìn)行預(yù)估判斷。此外，為了更好地定性分析，需要適當(dāng)?shù)卦黾优c主導(dǎo)變量有關(guān)的輔助變量，通過機(jī)理、經(jīng)驗(yàn)構(gòu)造輔助變量與主導(dǎo)變量的數(shù)學(xué)關(guān)系，從而更好地對(duì)主導(dǎo)變量進(jìn)行估計(jì)。

（3）算法模擬

在經(jīng)過統(tǒng)計(jì)方法的分析之后，利用模糊識(shí)別、人工智能算法對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，例如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)等工具實(shí)現(xiàn)線性或非線性的預(yù)測(cè)逼近能力。然后再利用測(cè)試數(shù)據(jù)在預(yù)測(cè)模型上進(jìn)行測(cè)試，得到的輸出結(jié)果和目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)預(yù)先制定的統(tǒng)一規(guī)則進(jìn)行評(píng)判。通過不斷訓(xùn)練學(xué)習(xí)的辦法獲取輸入、輸出之間的函數(shù)逼近關(guān)系式，得到合適的模型。

（4）模型的在線校正

在線校正是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建模應(yīng)用中不可缺少的一部分，盡管已有不少離線校正的方法，但在線校正的方法十分有限。因此，開發(fā)更多實(shí)用方法，以適應(yīng)復(fù)雜工業(yè)過程控制的需要。判斷預(yù)測(cè)模型的某個(gè)關(guān)鍵參數(shù)是否最優(yōu)，其本質(zhì)上就是如何對(duì)參數(shù)值進(jìn)行調(diào)優(yōu)，使預(yù)測(cè)模型的錯(cuò)報(bào)率最小化[7]。目前，解決參數(shù)尋優(yōu)問題的研究成果主要有兩種：①定期進(jìn)行非訓(xùn)練樣本與固定參數(shù)值得的錯(cuò)誤率敏感性分析，依據(jù)敏感性分析曲線優(yōu)化關(guān)鍵參數(shù)值，如交叉性驗(yàn)證技術(shù)、留一交叉驗(yàn)證法等；②根據(jù)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)或統(tǒng)計(jì)分析確定機(jī)器學(xué)習(xí)方法錯(cuò)誤率的上界，并不斷優(yōu)化錯(cuò)誤率的上界，使邊界差距盡可能小，從而實(shí)現(xiàn)參數(shù)校正目的[8]。

3 結(jié)語

本文圍繞“數(shù)據(jù)洪流”展開討論，嘗試對(duì)《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》進(jìn)行教學(xué)改革，提倡培養(yǎng)“大數(shù)據(jù)”的思維對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模。通過調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合各種交互式教學(xué)方法，提出了一種基于“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建?！钡慕虒W(xué)方法，致力于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)術(shù)理論的融合貫通能力，技術(shù)創(chuàng)新思維和動(dòng)手實(shí)踐能力。

【參考文獻(xiàn)】

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[3]邢航，張鐵民.“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”教學(xué)改革探索與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索， 2007，26（12）：370-371.

[4]周欣欣，宋人杰，牛斗.《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程教學(xué)改革初探[J].東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，28（3）：29-31.

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[6]候忠生，許建新.數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制理論及方法的回顧與展望[J].自動(dòng)化學(xué)報(bào)， 2009，35（6）：650-667.

篇4

自動(dòng)控制原理是工科院校自動(dòng)化及其相關(guān)專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要研究自動(dòng)控制系統(tǒng)的一般規(guī)律，涉及控制系統(tǒng)建模、分析和綜合的基本理論和方法。它具有概念抽象、公式多，理論分析和數(shù)學(xué)計(jì)算多且繁雜等特點(diǎn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)常感到很困難，沒有足夠的興趣。針對(duì)這一特點(diǎn)，利用Matlab仿真技術(shù)優(yōu)化自動(dòng)控制原理教學(xué)過程，進(jìn)行理論方法的實(shí)時(shí)演示教學(xué)，可幫助學(xué)生理解抽象的概念和方法，改善課堂教學(xué)效果。

1 利用Matlab優(yōu)化自動(dòng)控制原理教學(xué)過程的思路

Matlab軟件具備強(qiáng)大的計(jì)算能力，繪圖簡(jiǎn)便，算法語言簡(jiǎn)單，有多種工具箱供用戶選擇，為控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)提供了極大便利。利用Matlab優(yōu)化自動(dòng)控制原理教學(xué)，在形式上包括教師課堂內(nèi)教學(xué)演示，結(jié)合學(xué)生課外仿真練習(xí)、實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等；在內(nèi)容上，從建立控制系統(tǒng)的模型入手，涵蓋經(jīng)典控制理論的三大分析方法，系統(tǒng)校正，以及非線性系統(tǒng)的分析等。借助Matlab仿真將抽象的理論內(nèi)容形象化，使學(xué)生易于理解，以達(dá)到較好的教學(xué)效果。

2 教學(xué)應(yīng)用舉例

2.1 利用Simulink進(jìn)行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模

利用Matlab中的Simulink組件，用戶可以通過模塊組合方法快速地創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真模型。如圖1所示，為水箱液位控制系統(tǒng)，要求通過控制進(jìn)水流量來調(diào)節(jié)液位高度。該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為： =

其中，時(shí)間常數(shù) =，放大系數(shù) = 。為水箱截面積，為流出閥阻力系數(shù)。

在Simulink中建立該系統(tǒng)的仿真模型，如圖2所示。

將給定值參數(shù)設(shè)置為單位階躍信號(hào)。按需求設(shè)置、，啟動(dòng)仿真過程，通過scope觀察仿真結(jié)果曲線。

如圖3所示為=1，分別取0.5、2時(shí)的值曲線，可以看出，系統(tǒng)的響應(yīng)速度隨時(shí)間常數(shù)增大而變慢。此外，還可改變值來觀察系統(tǒng)響應(yīng)情況。通過畫面演示，學(xué)生易于理解參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的影響。

2.2 控制系統(tǒng)的根軌跡分析

根軌跡法是一種圖解法，直接由開環(huán)零極點(diǎn)的位置信息確定閉環(huán)極點(diǎn)隨某一參數(shù)變化的軌跡，由根軌跡圖可直觀地看到參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響。授課時(shí)若能借助Matlab繪制根軌跡圖，能夠高效地完成教學(xué)內(nèi)容。

單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為（） = ，繪制系統(tǒng)的根軌跡圖。

編制matlab程序如下：

運(yùn)行程序，結(jié)果如圖4所示。

從圖4中可以看出，原系統(tǒng)穩(wěn)定，增加開環(huán)極點(diǎn) = -1后，隨著K值增大，系統(tǒng)會(huì)變得不穩(wěn)定；若增加 = 0，則系統(tǒng)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，提醒學(xué)生在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，利用增加系統(tǒng)型別來改善穩(wěn)態(tài)精度，要綜合考慮是否改變了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；若增加開環(huán)零點(diǎn) = -1，則根軌跡全部落在負(fù)實(shí)軸上，說明系統(tǒng)為過阻尼狀態(tài)，其階躍響應(yīng)無超調(diào)。

2.3 控制系統(tǒng)的頻域分析

頻率法也是一種圖解法，頻率特性圖根據(jù)采用的坐標(biāo)系分為奈氏圖、伯德圖等。通常，利用奈氏圖分析閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性較方便；而分析典型環(huán)節(jié)的參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響，則伯德圖最為直觀。利用Matlab，可以快速地繪制系統(tǒng)的頻率特性圖。

單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為（） = ，繪制系統(tǒng)的伯德圖和奈氏圖。

編制matlab程序如下

從圖5看出，奈氏曲線不包圍（-1，0）點(diǎn)，閉環(huán)系統(tǒng)是穩(wěn)定的。利用bode命令也可以繪制伯德圖，區(qū)別在于margin命令在繪圖的同時(shí)還可以計(jì)算出相位裕度和增益欲度。

3 結(jié)論

利用Matlab進(jìn)行自動(dòng)控制原理課程的交互式演示教學(xué)，在教學(xué)實(shí)踐中取得了較好的教學(xué)效果。第一，通過計(jì)算機(jī)仿真，使學(xué)生獲得直觀的感受，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。第二，在軟件中修改各種參數(shù)和仿真驗(yàn)證，利于對(duì)比式教學(xué)，使理論講解更加清晰。第三，學(xué)生對(duì)Matlab軟件學(xué)以致用，為后續(xù)課程打下良好的基礎(chǔ)。總之，引入基于Matlab的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，為自動(dòng)控制原理教學(xué)帶來了極大的便利性和靈活性，很好地輔助了教學(xué)過程。

湖北汽車工業(yè)學(xué)院教研項(xiàng)目：自動(dòng)控制原理與計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的教學(xué)整合JX201411，自動(dòng)控制原理校級(jí)精品課程建設(shè)

參考文獻(xiàn)

篇5

關(guān)鍵詞 計(jì)算機(jī)控制；綜合實(shí)踐；MATLAB

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-489X（2015）22-0012-03

1 引言

一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)涉及信號(hào)檢測(cè)、信號(hào)處理、控制策略的實(shí)現(xiàn)以及信號(hào)輸出等多個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)控制類課程則包括傳感器技術(shù)、自動(dòng)化儀表、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、微型計(jì)算機(jī)原理、PLC技術(shù)及應(yīng)用、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)等，詳細(xì)講述了傳感檢測(cè)系統(tǒng)、變送傳送系統(tǒng)、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、數(shù)字控制算法、驅(qū)動(dòng)執(zhí)行以及控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等知識(shí)，基本涵蓋了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成的硬件工具（PLC、單片機(jī)等）、軟件工具（梯形圖、匯編語言、C語言等）、檢測(cè)傳感知識(shí)（傳感原理、儀器儀表等）、方法策略類（各種控制算法、邏輯控制策略等）等各個(gè)方面。計(jì)算機(jī)控制類課程是自動(dòng)化專業(yè)本科學(xué)習(xí)的核心內(nèi)容，旨在面向工程實(shí)際需求，培養(yǎng)學(xué)生在控制理論的工程應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)等方面的能力。通過這類課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生在面對(duì)控制任務(wù)時(shí)，能夠從儀表選型、控制方案的確定、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及實(shí)現(xiàn)等多方面綜合考慮，從而構(gòu)建計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

顯然，隨著計(jì)算機(jī)的大量普及以及數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制類課程在自動(dòng)化專業(yè)的教學(xué)和學(xué)習(xí)中將會(huì)越來越重要。但是在教學(xué)和指導(dǎo)研究生新生過程中通常發(fā)現(xiàn)，自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生往往會(huì)產(chǎn)生這樣的疑惑：“學(xué)了這些計(jì)算機(jī)和控制類的知識(shí)，我到底能做什么？”并且，學(xué)生無法抓住計(jì)算機(jī)控制類課程的學(xué)習(xí)重點(diǎn)，學(xué)習(xí)的過程中通常會(huì)偏向于計(jì)算機(jī)控制中計(jì)算機(jī)的學(xué)習(xí)，包括編程語言、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等工具類知識(shí)的學(xué)習(xí)，偏離了“控制”的主題。

計(jì)算機(jī)控制類課程的教學(xué)是一個(gè)系統(tǒng)工程，課程改革應(yīng)該從系統(tǒng)的高度，而不是局限于某門課，去協(xié)調(diào)處理課程體系，并進(jìn)行整體優(yōu)化，方能去繁就簡(jiǎn)，把握課程的核心與實(shí)質(zhì)[1]。目前，清華大學(xué)進(jìn)行了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革[2]，北京航天航空大學(xué)提出計(jì)算機(jī)控制技術(shù)本碩一體化教學(xué)方法等[3]，國(guó)外自動(dòng)化專業(yè)出現(xiàn)經(jīng)典教材《現(xiàn)代控制工程》，其綜合了自動(dòng)控制原理、現(xiàn)代控制理論以及后現(xiàn)代控制理論等多門課程，這些都表明從課程體系高度去優(yōu)化和重新設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)成為趨勢(shì)。正如清華大學(xué)本科教學(xué)改革目標(biāo)所言：學(xué)科發(fā)展和課程設(shè)置要進(jìn)一步向?qū)W科的交叉與綜合背景下通識(shí)教育的方向轉(zhuǎn)變；教學(xué)方式要進(jìn)一步向知識(shí)傳授與探索相結(jié)合，師生互動(dòng)、教學(xué)相長(zhǎng)，并以調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、激發(fā)學(xué)生求知欲和創(chuàng)造性為主要目標(biāo)的教學(xué)方式轉(zhuǎn)變。計(jì)算機(jī)控制類課程的教學(xué)也必然向建設(shè)一個(gè)有利于學(xué)生整體掌握課程體系，從而能夠?qū)崿F(xiàn)自主性學(xué)習(xí)、盡早參與研究工作、學(xué)習(xí)和研究并進(jìn)的教學(xué)框架方向發(fā)展。

2 教學(xué)中存在的問題

細(xì)究本科學(xué)生在學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)控制類課程中遇到的困惑和迷茫，認(rèn)為計(jì)算機(jī)控制類課程的教學(xué)存在如下問題。

計(jì)算機(jī)控制類課程體系思想的缺乏 根據(jù)國(guó)內(nèi)眾多著名高校和本校自動(dòng)化專業(yè)的課程大綱，各門計(jì)算機(jī)控制類課程往往自成一體，大多以學(xué)生能夠熟練掌握本門課程的知識(shí)點(diǎn)為培養(yǎng)目標(biāo)，模糊了計(jì)算機(jī)控制類課程體系的整體脈絡(luò)，難免會(huì)有所局限，容易使學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)識(shí)不清的問題。簡(jiǎn)單地講，計(jì)算機(jī)控制類課程就是教會(huì)學(xué)生實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，但是由于涉及的知識(shí)點(diǎn)和課程較多，時(shí)間跨度較長(zhǎng)，因此如果沒有明確的課程體系思想，很容易使學(xué)生淹沒在某個(gè)旁枝末節(jié)的支流中。目前，國(guó)內(nèi)有一部分教師認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，并努力從教材內(nèi)容上進(jìn)行改革。比如清華大學(xué)王錦標(biāo)教授等編寫了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)教材等，從工程實(shí)際出發(fā)，介紹計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。

教材和教學(xué)內(nèi)容的銜接問題 計(jì)算機(jī)控制類課程之間存在緊密的聯(lián)系，往往無法對(duì)課程進(jìn)行硬性的劃分。比如計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)兩門課就很難劃分，但是教材的編寫者相互之間不可能進(jìn)行協(xié)調(diào)，各自編寫的出發(fā)點(diǎn)也不同，使得教材內(nèi)容往往存在相當(dāng)部分的重疊。另一方面，教學(xué)課程體系思想的缺乏也導(dǎo)致各門課程的授課內(nèi)容可能存在重復(fù)過多，或者缺乏銜接，致使學(xué)生無法融會(huì)貫通。國(guó)內(nèi)僅計(jì)算機(jī)控制技術(shù)這門課，就出現(xiàn)很多內(nèi)容差別很大的教材，至于各課程教材之間內(nèi)容的重疊現(xiàn)象更是普遍存在，給教師的授課和學(xué)生的學(xué)習(xí)都帶來困難。

實(shí)踐教學(xué)缺乏整體環(huán)節(jié) 計(jì)算機(jī)控制類課程的實(shí)踐教學(xué)通常側(cè)重于原理的驗(yàn)證或者工具的掌握，條件好的學(xué)校采用實(shí)物進(jìn)行，而條件差的則只能通過MATLAB仿真，欠缺系統(tǒng)性的實(shí)踐環(huán)節(jié)[4]，從理論到理論的應(yīng)用聯(lián)系不夠。比如目前很多學(xué)生沒有弄清楚自動(dòng)化專業(yè)最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課――自動(dòng)控制原理，與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)之間的聯(lián)系。隨著國(guó)內(nèi)各種工具類競(jìng)賽項(xiàng)目的興起，工具類課程逐漸在自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的應(yīng)用環(huán)節(jié)中占據(jù)重要地位，從而出現(xiàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)與自動(dòng)化專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的脫節(jié)現(xiàn)象。并且，已有的課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)也往往只是針對(duì)某門課，缺乏整體實(shí)踐環(huán)節(jié)，使學(xué)生無法從全局去了解和掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，因此產(chǎn)生諸如前面的疑惑也就不足為怪了。

3 教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化和改進(jìn)

通過計(jì)算機(jī)控制類課程體系的整體優(yōu)化，解決學(xué)生對(duì)專業(yè)核心課程脈絡(luò)不清晰的問題，以及教師單兵作戰(zhàn)的問題。通過整合課程內(nèi)容，并將計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)融合為一門課，解決計(jì)算機(jī)控制類多門課程內(nèi)容交叉、重復(fù)，部分內(nèi)容不適應(yīng)培養(yǎng)目標(biāo)要求等問題。將理論和應(yīng)用相結(jié)合，通過基本性實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐活動(dòng)，解決普遍存在的重理論、輕實(shí)踐的問題。

基于項(xiàng)目引導(dǎo)或任務(wù)引導(dǎo)原則[5]，以行業(yè)特色或地方經(jīng)濟(jì)實(shí)際需要為背景，以自動(dòng)化應(yīng)用技術(shù)為主線，以通識(shí)教育與專業(yè)技術(shù)教育結(jié)合，主要圍繞計(jì)算機(jī)控制類課程體系的整體優(yōu)化，以“系統(tǒng)理念”為主線的課程內(nèi)容的整合，基本性實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐活動(dòng)的改革等展開工作，做到三個(gè)“突出”。

整體優(yōu)化計(jì)算機(jī)控制類課程體系，突出“主線” 課程的安排按照計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的自然順序進(jìn)行，改變以往按照課程重要程度的安排方式。舊的課程體系下，計(jì)算機(jī)控制類各課程獨(dú)立設(shè)置，設(shè)置時(shí)間和設(shè)置內(nèi)容的邏輯依據(jù)性較弱。通常，本科生一、二年級(jí)為通識(shí)教育，安排基礎(chǔ)類的課程，比如數(shù)學(xué)類、語言類以及電子技術(shù)類等，為后面的專業(yè)學(xué)習(xí)打基礎(chǔ)；而大三以后為專業(yè)教育，考慮到學(xué)生保研選拔、學(xué)生實(shí)習(xí)等多方面的因素，專業(yè)課無形中會(huì)按照課程的重要程度安排：大三開設(shè)專業(yè)基礎(chǔ)類的課程，比如自動(dòng)控制原理、電機(jī)與拖動(dòng)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、PLC、傳感器技術(shù)等；還剩下一些專業(yè)性很強(qiáng)的課程則放到本科大四上半學(xué)期，比如現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)、現(xiàn)代控制理論、智能控制等。如此，計(jì)算機(jī)控制類的課程順序上存在一定的顛倒，比如平行開設(shè)計(jì)算機(jī)控制類的課程無法實(shí)現(xiàn)知識(shí)上的漸進(jìn)，給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來困難。而且計(jì)算機(jī)控制類課程缺乏一門統(tǒng)領(lǐng)性的課程，使學(xué)生在進(jìn)入計(jì)算機(jī)控制類課程學(xué)習(xí)前，能夠?qū)τ?jì)算機(jī)控制類課程有個(gè)整體的認(rèn)識(shí)，幫助學(xué)生理清該類課程的脈絡(luò)，從而避免直接進(jìn)入盲人摸象式的細(xì)節(jié)教育。

為了避免上述問題，在課程的安排上遵循工程上計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程，按從系統(tǒng)框架到細(xì)節(jié)的順序，突出計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主線，輔以實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的工具和手段。具體地，為保證學(xué)生能夠?qū)τ?jì)算機(jī)控制以至自動(dòng)化專業(yè)有所了解，在大一階段開設(shè)新生研討和專業(yè)前沿課，就自動(dòng)化專業(yè)課程主要是計(jì)算機(jī)控制類課程的整體應(yīng)用進(jìn)行普及教育，在加強(qiáng)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)控制的整體認(rèn)識(shí)的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的興趣。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)作為計(jì)算機(jī)控制類課程的核心課程，在自動(dòng)控制原理課程結(jié)束后即安排，突出兩者之間的聯(lián)系；然后圍繞這門課，先從信號(hào)的檢測(cè)和儀表選型等方面安排課程。而工具類的課程之間沒有主次之分，統(tǒng)一安排在一學(xué)期，最后安排現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，從結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)上將前面的課程貫穿起來。因此，計(jì)算機(jī)控制類課程的脈絡(luò)是：專業(yè)前沿和新生研討課計(jì)算機(jī)控制技術(shù)傳感器技術(shù)、自動(dòng)化儀表單片機(jī)技術(shù)、PLC及其應(yīng)用、微機(jī)原理等現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。

通過整體優(yōu)化計(jì)算機(jī)控制類課程體系，一是讓學(xué)生對(duì)專業(yè)類課程有清晰的脈絡(luò)，提高學(xué)習(xí)效率，認(rèn)清各門課程；二是讓教師之間形成團(tuán)隊(duì)，進(jìn)行研究型大學(xué)計(jì)算機(jī)控制類課程體系的研究工作，提出適應(yīng)21世紀(jì)要求的培養(yǎng)模式。

整合課程內(nèi)容，突出“系統(tǒng)” 計(jì)算機(jī)控制涉及的課程較多，廣義的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括檢測(cè)、算法以及系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)等計(jì)算機(jī)控制類課程的全部?jī)?nèi)容。因此，各門課之間很難獨(dú)立分割，幾乎所有的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的教材都會(huì)有部分內(nèi)容講解信號(hào)的檢測(cè)以及控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，而現(xiàn)在這些內(nèi)容又單獨(dú)成課；反過來，很多現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)以及自動(dòng)化儀表的教材也往往含有部分計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的內(nèi)容。另一方面，教師在講解某門課時(shí)，為了使學(xué)生融會(huì)貫通，課程之間適當(dāng)?shù)你暯右彩直匾侨绾伟盐浙暯拥亩仁顷P(guān)鍵。因此，如何整合課程內(nèi)容是計(jì)算機(jī)控制類教改的重點(diǎn)。

針對(duì)計(jì)算機(jī)控制類課程間教學(xué)內(nèi)容的安排問題，為了讓學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)控制類課程的核心知識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以工程上計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)為引領(lǐng)，將相關(guān)專業(yè)課程有機(jī)結(jié)合在一起，既注意各自的特點(diǎn)，又強(qiáng)調(diào)內(nèi)部的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)課程內(nèi)容的系統(tǒng)化。在系統(tǒng)框架下，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)側(cè)重于與自動(dòng)控制原理的銜接，并引入現(xiàn)代控制理論部分的內(nèi)容，傳授學(xué)生關(guān)于通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)控制理論的算法，讓學(xué)生了解控制系統(tǒng)的理論和策略基礎(chǔ)；傳感器和自動(dòng)化儀表實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)與自動(dòng)化儀表，在系統(tǒng)思想的引領(lǐng)下，這兩門課與其他課程的重疊較少，在舉例應(yīng)用中，將各種儀表與信息檢測(cè)置于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的大框架下即可，并且關(guān)于儀表之間的通信與連接部分的內(nèi)容略掉；PLC、單片機(jī)等工具類的課程，核心授課內(nèi)容設(shè)置為講授控制系統(tǒng)中變量的采集與處理，以及各種控制算法的實(shí)現(xiàn)等；現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)則從宏觀上構(gòu)建學(xué)生的系統(tǒng)觀，并最終實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制類課程的綜合，側(cè)重于各種工業(yè)常用通信協(xié)議的講授。在現(xiàn)代教育教學(xué)思想的指導(dǎo)下，遵循系統(tǒng)科學(xué)的整體性原理，將計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)類課程涉及的主要內(nèi)容融為一個(gè)整體。

加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，突出“綜合” 實(shí)踐起到鞏固理論知識(shí)的作用，創(chuàng)新源于實(shí)踐。如何將理論知識(shí)和應(yīng)用有機(jī)結(jié)合起來，形成良性互動(dòng)，是實(shí)踐教學(xué)改革的重點(diǎn)。特別的，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一大特點(diǎn)是系統(tǒng)，但是計(jì)算機(jī)控制類課程又單獨(dú)成課，各自都有相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)都是針對(duì)該門課具體的知識(shí)點(diǎn)設(shè)置，很難在實(shí)驗(yàn)中將計(jì)算機(jī)控制類課程的內(nèi)容融為一體。

通過基本性實(shí)驗(yàn)教學(xué)、專題性課程設(shè)計(jì)、工程應(yīng)用性畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，從培養(yǎng)學(xué)生基本、綜合和自主實(shí)踐能力出發(fā)，并按研究型大學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)和新的課程體系要求，構(gòu)建新的實(shí)踐能力培養(yǎng)體系。該體系中，各門課的實(shí)驗(yàn)還是針對(duì)該課的基本知識(shí)點(diǎn)，但是增加了專題性的課程設(shè)計(jì)，并且實(shí)現(xiàn)開放式的課程設(shè)計(jì)方式，使學(xué)生在計(jì)算機(jī)控制的大框架下可以自主選題，然后利用課余時(shí)間自主完成課題任務(wù)，不再單獨(dú)占用上課時(shí)間。與傳統(tǒng)課程設(shè)計(jì)不同，該課程設(shè)計(jì)最大的特點(diǎn)是針對(duì)計(jì)算機(jī)控制類課程的綜合設(shè)計(jì)，突出知識(shí)點(diǎn)的綜合應(yīng)用。而且在學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)置上，加大工程應(yīng)用性的比例，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制類實(shí)際項(xiàng)目的開發(fā)與設(shè)計(jì)。

4 教學(xué)方法改進(jìn)

與教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化與改進(jìn)相適應(yīng)，在教學(xué)方法上主要進(jìn)行如下改進(jìn)。

1）以計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)為主線，從應(yīng)用角度出發(fā)，密切結(jié)合工業(yè)自動(dòng)化實(shí)踐，以主講教授為龍頭，成立系列課程教研組，組織教師進(jìn)行調(diào)研、討論，將計(jì)算機(jī)控制系列課程融為一體，相互銜接、相互連貫，重新制訂合理的教學(xué)計(jì)劃和大綱、實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和大綱、綜合課程設(shè)計(jì)的計(jì)劃和大綱等，并聘請(qǐng)校內(nèi)外專家進(jìn)行評(píng)審。

2）在加強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程之間的知識(shí)聯(lián)系方面有如下舉措。

①組織學(xué)術(shù)造詣深厚的教授給大一新生講授學(xué)科前沿和新生研討課，加強(qiáng)學(xué)生的思辨能力，同時(shí)建立學(xué)生計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)思想。

②在大二充分利用學(xué)院國(guó)家電子類大學(xué)生實(shí)踐基地平臺(tái)，組織學(xué)生進(jìn)行大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目的實(shí)踐；大二的學(xué)生作為大三學(xué)生的助手，建立計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用的感性認(rèn)識(shí)。

③在大三后則利用學(xué)生參觀實(shí)習(xí)的契機(jī)，讓學(xué)生了解實(shí)際工廠計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成，并通過國(guó)際工業(yè)自動(dòng)化展，了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在各行各業(yè)中的應(yīng)用以及最新發(fā)展趨勢(shì)。

3）在加強(qiáng)綜合實(shí)驗(yàn)方面主要采用如下措施。

①依托相應(yīng)課程，優(yōu)化基本性實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，對(duì)原有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整和更新，精選內(nèi)容先進(jìn)、具有代表性的教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

②加大綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比重，根據(jù)實(shí)際情況開設(shè)選擇性實(shí)驗(yàn)，充分發(fā)揮有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)教師的特長(zhǎng)，以項(xiàng)目為引導(dǎo)，給出項(xiàng)目的要求，不限定知識(shí)范圍，讓學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的計(jì)算機(jī)控制知識(shí)，根據(jù)項(xiàng)目成本、項(xiàng)目技術(shù)要求等工程要求，自主選型，并自主完成項(xiàng)目的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，給學(xué)生最大的發(fā)揮空間。

③在代表性課程的考核環(huán)節(jié)，如現(xiàn)場(chǎng)總線控制，增加該課程的課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。在該環(huán)節(jié)，教師不限定題目，學(xué)生可以根據(jù)自身的經(jīng)歷或者生活體驗(yàn)，發(fā)揮自主想象的空間，自主選題，并做出控制系統(tǒng)實(shí)物。另一方面為增加對(duì)控制系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，學(xué)生需要就系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)、功能等方面進(jìn)行說明或演示。在此過程中一切以學(xué)生為主，給學(xué)生配備教師顧問組，由多名教師組成，學(xué)生可以根據(jù)需求自主尋求教師的意見。除此之外，教師僅需要對(duì)學(xué)生的作品進(jìn)行評(píng)價(jià)。

④在畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行分類要求。在側(cè)重于工程設(shè)計(jì)類的畢業(yè)設(shè)計(jì)中給學(xué)生一定的經(jīng)費(fèi)，讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的實(shí)物并演示；而在側(cè)重于論文類的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)與科學(xué)研究相結(jié)合，引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入較前沿的理論研究中去，拓寬學(xué)生專業(yè)知識(shí)面。

5 結(jié)語

由于課程多、跨度大、課程間相關(guān)性強(qiáng)，并且課程間內(nèi)容重疊，計(jì)算機(jī)控制類課程的“教”和“學(xué)”都存在困難。本文以工程上一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)為引領(lǐng)，分別從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的優(yōu)化上給出教學(xué)改革方法。在教學(xué)內(nèi)容上，對(duì)各課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合，做到突出“主線”脈絡(luò)，突出“系統(tǒng)”架構(gòu)，突出“綜合”實(shí)踐；在教學(xué)方法上，對(duì)應(yīng)教學(xué)內(nèi)容的改革，通過改革教學(xué)大綱、教學(xué)計(jì)劃和實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，使計(jì)算機(jī)控制類課程相互銜接，并借助學(xué)院國(guó)家級(jí)創(chuàng)新基地平臺(tái)，以及增加新生研討課、學(xué)科前沿課和課程實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)，再依托現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，結(jié)合綜合設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，加強(qiáng)學(xué)生的綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)。通過上述改革，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中“控制”和“系統(tǒng)”的認(rèn)識(shí)，既增加學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)控制類課程理論知識(shí)的理解，又培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制類知識(shí)的實(shí)踐能力，效果明顯?！?/p>

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篇6

由于本課程的特點(diǎn)是實(shí)踐性強(qiáng)。近年來為了提高學(xué)生素質(zhì)，注重能力培養(yǎng)，在提高課堂教學(xué)質(zhì)量的基礎(chǔ)上，對(duì)原有的課程設(shè)置的內(nèi)容及實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行了多方面的改革，主要思路是：跟上信息時(shí)展的步伐，減少常規(guī)課堂教學(xué)內(nèi)容，加強(qiáng)工業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用及現(xiàn)代控制理論應(yīng)用方面的知識(shí)；口強(qiáng)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)，并初步摸索出一套成功的教學(xué)方式。具體做法是：

一、課堂教學(xué)與體系的改革

縮減原《化工過程控制工程》的課堂教學(xué)學(xué)時(shí)，將原來的80學(xué)時(shí)減至48學(xué)時(shí)，將原課程內(nèi)的“工業(yè)計(jì)算機(jī)控制”方面內(nèi)容抽出，增加48學(xué)時(shí)的《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》必修課程，為適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)增加30學(xué)時(shí)的《先進(jìn)控制技術(shù)》與48學(xué)時(shí)的《控制系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)》課程作為選修課，以培養(yǎng)綜合性的、開拓性的人才。

二、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與改造

“化工過程控制工程"是一門工程技術(shù)科學(xué)，一名優(yōu)秀的控制工程師必須既具有堅(jiān)實(shí)、廣泛的基礎(chǔ)理論知識(shí)，又具有工程技術(shù)實(shí)踐水平。為此該學(xué)科應(yīng)該在給學(xué)生提供一個(gè)連續(xù)良好的理論學(xué)習(xí)環(huán)境的同時(shí)，也必須給學(xué)生提供一個(gè)相對(duì)完整的工程實(shí)踐環(huán)境。教師不但要將相關(guān)的理論和技術(shù)知識(shí)傳授給學(xué)生，更要使學(xué)生在校期間通過工程和實(shí)踐環(huán)節(jié)的鍛煉，學(xué)會(huì)解決和處理本專業(yè)技術(shù)工程問題的方法。因此對(duì)于實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與改造這方面工作，我們一直作為《化工過程控制工程》課程改革的重點(diǎn)，并堅(jiān)持“工程化”第一位的原則。實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)、儀表的選型、控制柜的設(shè)計(jì)、包括控制系統(tǒng)的安裝都與工業(yè)實(shí)際保持一致，并根據(jù)教學(xué)、科研需要，總結(jié)了已有實(shí)驗(yàn)室裝置和市場(chǎng)上有關(guān)產(chǎn)品的特點(diǎn)，自行設(shè)計(jì)制造了五套多功能實(shí)驗(yàn)裝置。該裝置使用了目前工廠中常用的比較先進(jìn)又極具有代表性的儀表設(shè)備，可以完成控制工程、系統(tǒng)辨識(shí)、自適應(yīng)控制、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、模糊控制、預(yù)測(cè)控制等多方面的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)裝置控制柜設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮控制工程工業(yè)應(yīng)用的特點(diǎn)，整個(gè)系統(tǒng)選用了三種控制器。計(jì)算機(jī)、PLC和數(shù)字調(diào)節(jié)器可以分別對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，系統(tǒng)可以組成簡(jiǎn)單的儀表控制方案、PLC控制方案和DDC控制方案，也可以組成復(fù)雜的SPC控制方案和DCS控制方案；選用的控制器和檢測(cè)儀表具有多樣性、可靠性等特點(diǎn)，并可以方便的組成各種控制方案。

另外，去年學(xué)校又投資了100萬元，訂購(gòu)了10套先進(jìn)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，現(xiàn)也已投入教學(xué)應(yīng)用中。

三、教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)的改革

目前過程控制專業(yè)不僅成為通用的自動(dòng)化專業(yè)，而且是與高新技術(shù)發(fā)展密切相關(guān)的，當(dāng)前隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，集散控制系統(tǒng)（DCS）現(xiàn)已經(jīng)發(fā)展成為工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)控制裝置的主流，為工業(yè)自動(dòng)化開辟了廣闊的發(fā)展空間。DCS是由計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、測(cè)量控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和人機(jī)接口技術(shù)相互發(fā)展和滲透而產(chǎn)生的。它既不同于分散型的常規(guī)儀表檢測(cè)技術(shù)也不同于集中式的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，而是吸收兩者的優(yōu)點(diǎn)，在其基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種先進(jìn)的系統(tǒng)工程技術(shù)。由于它的投資較大，系統(tǒng)復(fù)雜，因此各高校在此方面的研究，往往落后于生產(chǎn)實(shí)際，但學(xué)生迫切需要掌握此方面的知識(shí)，為此我們増加了一周“控制工程綜合實(shí)驗(yàn)”，利用現(xiàn)有的設(shè)備來模擬工業(yè)實(shí)際應(yīng)用技術(shù)。

由于我們?cè)趯?shí)驗(yàn)裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)，采用了帶有通訊功能的單回路數(shù)字調(diào)節(jié)器和可編程控制器（PLC），利用其通訊功能和個(gè)人PC機(jī)組成小型集散控制系統(tǒng)。開設(shè)出DCS集散控制系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)，用裝有“MCGS監(jiān)控系統(tǒng)”組態(tài)軟件的個(gè)人PC機(jī)作為操作、管理級(jí)與可編程控制器（PLC）組成的過程控制級(jí)，來模擬一套DCS系統(tǒng)控制實(shí)驗(yàn)室的“雙溶液位水槽”物理實(shí)驗(yàn)設(shè)備作為具體示例，以使學(xué)生熟悉DCS系統(tǒng)的組成、操作、使用與開發(fā)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中，指導(dǎo)教師提出建議并給學(xué)生制定實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮痛篌w思路，讓學(xué)生自己拿出控制方案，用組態(tài)軟件完成DCS操作站在工業(yè)控制中的主要功能（如總貌顯示、回路顯示、趨勢(shì)顯示、流程顯示、報(bào)警顯示和操作指導(dǎo)等）同時(shí)在實(shí)驗(yàn)室設(shè)備上進(jìn)行實(shí)際操作通過。這樣在整個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)里，使學(xué)生得到了實(shí)現(xiàn)一個(gè)控制工程項(xiàng)目的全過程訓(xùn)練。學(xué)生通過對(duì)控制系統(tǒng)的監(jiān)控組態(tài)軟件的使用與現(xiàn)場(chǎng)控制信息的連接，制作本實(shí)驗(yàn)裝置的畫面及控制系統(tǒng)的組態(tài)工作，構(gòu)成所需的軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控操作，較好的掌握了DCS集散系統(tǒng)在工業(yè)上的應(yīng)用方法。同時(shí)對(duì)新技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展有了的深刻的理解為學(xué)生今后的工作奠定了基礎(chǔ)。

工科院校自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生最終的走向應(yīng)該是工礦，企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)，《化工過程控制工程》課教學(xué)的目的就是將在此之前學(xué)習(xí)的自動(dòng)化和與其相關(guān)的理論課程和技術(shù)課程同實(shí)際被控過程有機(jī)地結(jié)合起來，用已學(xué)過的理論完成對(duì)生產(chǎn)過程系統(tǒng)的有效的控制。從這個(gè)意義上講應(yīng)該重視與切實(shí)搞好學(xué)生的課程實(shí)踐環(huán)節(jié)，在這個(gè)思路的基礎(chǔ)上，對(duì)于《化工過程控制工程》的實(shí)踐環(huán)節(jié)課程：自控工程設(shè)計(jì)（兩周）與生產(chǎn)實(shí)習(xí)（三周）兩部分，我們除了與對(duì)口企業(yè)聯(lián)系，讓學(xué)生到生產(chǎn)一線進(jìn)行實(shí)踐外，還利用學(xué)校建立供熱中心的機(jī)會(huì)將此供熱中心建成學(xué)生實(shí)習(xí)基地，為此學(xué)校額外投入100多萬元，由教師自行設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試完成了兩套工業(yè)燃煤鍋爐的儀表及計(jì)算機(jī)控制。這樣為學(xué)生的實(shí)踐環(huán)節(jié)提供了非常方便的實(shí)習(xí)場(chǎng)所。

四、努力改善教學(xué)條件和方法

（一）加強(qiáng)教材建設(shè)

多年以來《化工過程控制工程》課教科書主要選用浙江大學(xué)、華東理工大學(xué)主編的教材，近年來我們已著手編寫“化工過程控制工程”的立體化教材其中包括：教科書、實(shí)驗(yàn)講義、多媒體課件、試題庫等。自編的“化工過程控制工程”課的配套教材有：《過程控制系統(tǒng)》、《自控工程設(shè)計(jì)》、《控制系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)》、《過程控制工程學(xué)習(xí)指導(dǎo)》、《線性多變量控制》、《控制工程綜合實(shí)驗(yàn)教程》、《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》。這些自編教材都配有相應(yīng)的電子教案，現(xiàn)都在學(xué)校校園網(wǎng)上，以便學(xué)生下載學(xué)習(xí)。

（二）加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與交流

過去學(xué)生在學(xué)校里主要是依賴于教科書和教師的講解以及少量的實(shí)驗(yàn)來獲取工程課知識(shí)，其中往往存在內(nèi)容簡(jiǎn)單、直觀性差等問題，從而影響學(xué)生對(duì)工程課的深入了解。尤其是自動(dòng)化專業(yè)的主干課“化工過程控制工程”，它包含大量的工程實(shí)踐內(nèi)容，因此迫切需要解決理論與實(shí)踐、教學(xué)與實(shí)驗(yàn)的問題。利用計(jì)算機(jī)構(gòu)造了《化工過程控制工程》多媒體計(jì)算機(jī)仿真教學(xué)系統(tǒng)，通過校園網(wǎng)可供學(xué)生進(jìn)行高效率的學(xué)習(xí)，使想像變?yōu)樾蜗螅共豢梢娮優(yōu)榭梢?，教和學(xué)都顯得容易，還可使學(xué)校和個(gè)人只花少量的錢能開出豐富、教學(xué)質(zhì)量高的實(shí)驗(yàn)?！盎み^程控制工程”多媒體教學(xué)課件，它的內(nèi)容覆蓋的知識(shí)全面，所選擇的控制對(duì)象、控制系統(tǒng)都具有廣泛的代表性。

教學(xué)系統(tǒng)部分主要組成單元有：1.概述，2.閉環(huán)控制，3.系統(tǒng)仿真，4.自控設(shè)計(jì)，5.課后練習(xí)，6.網(wǎng)絡(luò)交流。這些多媒體教學(xué)軟件的組織是我們將幾十年的課程教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐，總結(jié)出一些基本教學(xué)內(nèi)容，組成計(jì)算機(jī)教學(xué)課件，所選擇的控制對(duì)象、控制系統(tǒng)都具有廣泛的代表性。閉環(huán)控制方式采用實(shí)用性很強(qiáng)的PID控制，并能進(jìn)行參數(shù)整定，做出過渡過程曲線仿真顯示。對(duì)現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用（如多變量解耦、模糊優(yōu)化控制等）也進(jìn)行了實(shí)際工業(yè)對(duì)象的仿真，對(duì)其的各種算法可靈活的進(jìn)行參數(shù)整定，仿真結(jié)果由微機(jī)的CRT顯示。

這些教學(xué)軟件，既以可在多媒體教室，進(jìn)行課堂教學(xué)，也可以在實(shí)驗(yàn)室與相應(yīng)硬件設(shè)備相連開實(shí)驗(yàn)，克服理論與實(shí)踐相脫節(jié)問題，使學(xué)生通過這些教學(xué)軟件的操作，掌握PID控制系統(tǒng)的參數(shù)整定方法；計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用；現(xiàn)代控制理論算法研究與應(yīng)用。這樣在課堂上，教師先通過這套多媒體教學(xué)軟件的演示，使學(xué)生對(duì)工程實(shí)際的控制與問題的計(jì)算機(jī)仿真處理，具有感性認(rèn)識(shí)后，再進(jìn)行物理模擬設(shè)備實(shí)驗(yàn)，從而很好的解決了對(duì)工程實(shí)際技能的培養(yǎng)。試用兩年獲得學(xué)生的好評(píng)，同時(shí)獲得校首屆“多媒體教學(xué)課件大賽”一等獎(jiǎng)、第六屆“全國(guó)多媒體教學(xué)課件大賽（高教組）”優(yōu)秀獎(jiǎng)。

以上這些自行開發(fā)，研制的教學(xué)軟件，都可在青島科技大學(xué)校園網(wǎng)自動(dòng)化與電子信息工程學(xué)院網(wǎng)頁下載學(xué)習(xí)。

五、結(jié)束語

在青島科技大學(xué)各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的支持與幫助下，通過六年的課程改革工作，把課堂講授、實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、綜合實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)密切結(jié)合為一個(gè)有機(jī)體將實(shí)踐與理論相結(jié)合形成了立體交叉式的教改方案，并主要加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)，使學(xué)生的各種能力得到訓(xùn)練，増強(qiáng)了新科學(xué)技術(shù)的掌握和處理實(shí)際工程的能力，在這些方面我們已取得了一些實(shí)際性的突破與成績(jī)。

我們的主要做法是：（1）改革教學(xué)內(nèi)容與課程體系，形成了一套教改方案；（2）采用現(xiàn)代教育技術(shù)，健全了教學(xué)文件和教學(xué)資料；（3）推動(dòng)了學(xué)科的發(fā)展和專業(yè)教學(xué)的深入，改變了原有的人才培養(yǎng)模式；（4）推動(dòng)了實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，建立實(shí)習(xí)基地，提高學(xué)生的實(shí)際工作能力。

篇7

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化專業(yè)；實(shí)踐教學(xué)體系；構(gòu)建

0 引言

高等學(xué)校自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)將自動(dòng)化學(xué)科專業(yè)分為“研究主導(dǎo)型”本科自動(dòng)化專業(yè)、“工程研究應(yīng)用型”本科自動(dòng)化專業(yè)、“應(yīng)用技術(shù)主導(dǎo)型”本科自動(dòng)化專業(yè)和“技術(shù)技能型”?？谱詣?dòng)化專業(yè)。而“應(yīng)用技術(shù)主導(dǎo)型”本科自動(dòng)化專業(yè)分布在地方非重點(diǎn)院校和新升本院校，相對(duì)于理論教學(xué)而言，實(shí)踐教學(xué)是教學(xué)過程中最薄弱的環(huán)節(jié)。實(shí)踐教學(xué)是整個(gè)教學(xué)體系中重要的組成部分，是“應(yīng)用技術(shù)主導(dǎo)型”本科自動(dòng)化專業(yè)教育中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。

要改革人才培養(yǎng)模式，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，增強(qiáng)畢業(yè)生的適應(yīng)能力，教學(xué)內(nèi)容和課程體系的改革是當(dāng)前高等教育教學(xué)改革的重點(diǎn)和難點(diǎn)，通過對(duì)課程體系的整體優(yōu)化來培養(yǎng)出“厚基礎(chǔ)、寬口徑、高素質(zhì)、強(qiáng)能力”的創(chuàng)新人才，是高校所面臨的一個(gè)重大理論和實(shí)踐課題。高校要發(fā)展，必須以人才培養(yǎng)質(zhì)量為生命線，而實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是影響當(dāng)前高校人才培養(yǎng)質(zhì)量的最突出的環(huán)節(jié)。因此，構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)體系是高等院校教學(xué)基礎(chǔ)建設(shè)的重點(diǎn)。實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)的核心內(nèi)容包括：系統(tǒng)科學(xué)的實(shí)踐教學(xué)模塊構(gòu)建、內(nèi)外結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)基地建設(shè)、實(shí)踐教學(xué)教師隊(duì)伍建設(shè)等等。

近年來，我校在切實(shí)加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)方面進(jìn)行了積極有益的探索與實(shí)踐，效果明顯。本文結(jié)合我校自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)內(nèi)容和課程體系的整體優(yōu)化，就實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了闡述。

1、構(gòu)建科學(xué)合理的實(shí)踐教學(xué)體系

根據(jù)自動(dòng)化專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，對(duì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)作精心梳理和研究，使各個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)和相應(yīng)的理論教學(xué)密切銜接。以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，遵循實(shí)踐教學(xué)先基礎(chǔ)后應(yīng)用、四年實(shí)踐連成線的原則，加大實(shí)踐教學(xué)的比例，增加集中實(shí)踐周數(shù)，構(gòu)建各個(gè)環(huán)節(jié)優(yōu)化組合的新體系，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)的層次化。實(shí)踐教學(xué)體系如圖1所示。

1.1入門層。入門層大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后接受系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的開端，是對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)基本訓(xùn)練的重要基礎(chǔ)，在激發(fā)學(xué)生的想象力、創(chuàng)造力，培養(yǎng)和提高學(xué)生獨(dú)立開展科學(xué)研究工作素質(zhì)和能力方面具有重要的奠基作用。電工電子實(shí)訓(xùn)安排在大學(xué)一年級(jí)結(jié)束后，在學(xué)生還沒有學(xué)習(xí)專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課電工、電子技術(shù)前進(jìn)行。通過有趣的且貼近生活的“電工電子實(shí)訓(xùn)”項(xiàng)目，如家用電器安裝；簡(jiǎn)易電子產(chǎn)品焊接、制作及安裝調(diào)試；計(jì)算機(jī)組裝（DIY）；繼電控制柜裝配等項(xiàng)目，建立對(duì)電工、電子元器件、工藝流程、電器設(shè)備、電子儀器等的初步認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)電子電路工作原理、設(shè)計(jì)技巧的熱情，熱愛所學(xué)的專業(yè)，對(duì)后續(xù)技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課學(xué)習(xí)有很強(qiáng)的促進(jìn)作用。

1.2基礎(chǔ)層。基礎(chǔ)層以獨(dú)立設(shè)課的教學(xué)形式學(xué)習(xí)電路和電子技術(shù)，完成系列電工實(shí)驗(yàn)、電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)。該層次要求學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，完成嚴(yán)格的電工、電子實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練。該層次中增加設(shè)計(jì)型、綜合型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的比例，有利于培養(yǎng)學(xué)生的分析問題解決問題的能力、創(chuàng)新能力，為后續(xù)拓展層的實(shí)驗(yàn)教學(xué)打下堅(jiān)實(shí)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

基礎(chǔ)層的基本要求是：培養(yǎng)學(xué)生基本工程素質(zhì)、基本實(shí)驗(yàn)技能和分析問題解決問題的能力。

1.3拓展層。拓展層是學(xué)生試驗(yàn)和小型設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的核心層。學(xué)生要完成嚴(yán)格的專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練和設(shè)計(jì)能力鍛煉。

本層實(shí)驗(yàn)系列主要包括：過程控制系統(tǒng)系列實(shí)驗(yàn)、、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)系列實(shí)驗(yàn)。

過程控制系統(tǒng)系列實(shí)驗(yàn)完成《自動(dòng)檢測(cè)與儀表》、《過程控制工程》、《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》、《現(xiàn)場(chǎng)總線》、《自動(dòng)控制系統(tǒng)》、《工業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》和《自動(dòng)化綜合實(shí)訓(xùn)》等主干課程和教學(xué)環(huán)節(jié)的基本課程實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)。

控制技術(shù)系列實(shí)驗(yàn)完成電機(jī)與拖動(dòng)實(shí)驗(yàn)、電氣控制實(shí)驗(yàn)、電力電子實(shí)驗(yàn)、自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)、交流變頻調(diào)速實(shí)驗(yàn)、檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)等。

計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)系列實(shí)驗(yàn)完成單片機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)、嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、EDA實(shí)驗(yàn)、DSP實(shí)驗(yàn)、微機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)、程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等等。

各課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可分為基本型、設(shè)計(jì)型、綜合型三種類型的實(shí)驗(yàn)，可以有機(jī)組合，滿足實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)增加和設(shè)計(jì)型、綜合型實(shí)驗(yàn)比例增加的要求。

本層課程設(shè)計(jì)系列主要包括電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)（小型電子系統(tǒng)、電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制作）、PLC綜合設(shè)計(jì)、自動(dòng)化技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)、微機(jī)控制課程設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)、過程控制課程設(shè)計(jì)等。

拓展層的基本要求是：掌握扎實(shí)的專業(yè)實(shí)驗(yàn)技能，具有系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)、應(yīng)用的能力，特別是綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力和創(chuàng)新能力，強(qiáng)調(diào)自主學(xué)習(xí)、自主實(shí)驗(yàn)。

1.4提高層。提高層是學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)、技術(shù)應(yīng)用研究的高層次實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。包括開放性設(shè)計(jì)項(xiàng)目、畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)，也包括學(xué)生課外科技活動(dòng)，全國(guó)電子設(shè)計(jì)大賽的培訓(xùn)、參賽科技制作的實(shí)驗(yàn)研究等。

提高層基本要求：自主設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、自主研究，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，增強(qiáng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)和綜合應(yīng)用素質(zhì)。

2、結(jié)語

自動(dòng)化實(shí)踐教學(xué)體系的建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。隨著自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)改革的進(jìn)一步深入，自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)也在逐步前進(jìn)。經(jīng)過幾年來的實(shí)踐，培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐能力、實(shí)踐技能和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)了學(xué)生的工程意識(shí)和創(chuàng)新精神，全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。有一批學(xué)生參加全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽活動(dòng)且獲獎(jiǎng)，多位教師指導(dǎo)的畢業(yè)論文獲湖北省優(yōu)秀學(xué)士學(xué)位論文。電子技術(shù)協(xié)會(huì)獲“全國(guó)高校甲等A級(jí)優(yōu)秀社團(tuán)”、湖北省大學(xué)生“優(yōu)秀社團(tuán)”榮譽(yù)稱號(hào)。雖然我們已取得了一些階段性的成果，但和我們制定的建設(shè)目標(biāo)還有不小的差距，仍然需要不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，勇于進(jìn)行新的探索和實(shí)踐，才能圓滿完成自動(dòng)化實(shí)踐教學(xué)體系的建設(shè)任務(wù)。

參考文獻(xiàn)

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【關(guān)鍵詞】電氣自動(dòng)化；應(yīng)用型人才；本科；培養(yǎng)方案

電氣自動(dòng)化類專業(yè)是機(jī)電類專業(yè)體系中的一個(gè)重要專業(yè)分支，是一項(xiàng)應(yīng)用型專業(yè)課程。隨著國(guó)家對(duì)應(yīng)用型專業(yè)教育和技術(shù)人才培養(yǎng)的重視，高等教育的教學(xué)模式也進(jìn)行了不斷變革。面對(duì)社會(huì)對(duì)技術(shù)人才的日益增長(zhǎng)，電氣自動(dòng)化類專業(yè)應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)成為了眾多高校的教學(xué)目標(biāo)。本文就電氣自動(dòng)化類專業(yè)應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)方案進(jìn)行了探索。

1.對(duì)電氣自動(dòng)化類專業(yè)進(jìn)行定位，明確專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)

1.1培養(yǎng)目標(biāo)

電氣自動(dòng)化類專業(yè)是一門應(yīng)用型技術(shù)課程，其主要的培養(yǎng)目標(biāo)是讓更多學(xué)生的德、智、體、美得到全面發(fā)展，從而更加適應(yīng)社會(huì)的建設(shè)和發(fā)展。通過對(duì)課程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生奠定更為扎實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)，擴(kuò)展學(xué)生的知識(shí)面，提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力，讓學(xué)生的思維能力、創(chuàng)新意識(shí)以及綜合素質(zhì)得到提高，從而具備一定程度的發(fā)展?jié)摿Γ蛊淠軌蛴行У貫樯鐣?huì)的建設(shè)和發(fā)展做出貢獻(xiàn)，將更多新型的技術(shù)和先進(jìn)的理論進(jìn)行應(yīng)用，研究和發(fā)展更多的技術(shù)，提高國(guó)家的發(fā)展建設(shè)步伐。

1.2知識(shí)體系和能力水平

電氣自動(dòng)化類專業(yè)是一門理論與實(shí)踐聯(lián)系緊密的課程，其培養(yǎng)的對(duì)象要求具備完善的理論知識(shí)體系，能夠熟悉相關(guān)的電氣技術(shù)、控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，同時(shí)具備一定程度的生產(chǎn)管理知識(shí)、營(yíng)銷知識(shí)以及社會(huì)科學(xué)知識(shí)。另外，在掌握理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，還需要具備一定的電氣控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，熟練進(jìn)行電氣設(shè)備的安裝、調(diào)試、維修以及運(yùn)行。

2.制定有效科學(xué)的教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃

2.1制定計(jì)劃的原則要求

培養(yǎng)計(jì)劃的制定要遵循合理科學(xué)的原則，保障培養(yǎng)對(duì)象的質(zhì)量，從而滿足社會(huì)的發(fā)展和需求。因此，院校單位應(yīng)該組織人員對(duì)課程專業(yè)進(jìn)行認(rèn)真的調(diào)研，從而將專業(yè)課程的培養(yǎng)要求和方向進(jìn)行合理定位，從而制定有針對(duì)性的培養(yǎng)方案。院校單位需要組織相關(guān)的專業(yè)人員對(duì)電氣自動(dòng)化類專業(yè)的人才需求和發(fā)展形勢(shì)進(jìn)行調(diào)查和分析；與其他的院校進(jìn)行教學(xué)交流；對(duì)專業(yè)畢業(yè)生的就業(yè)情況進(jìn)行調(diào)查，通過畢業(yè)生的就業(yè)信息反饋，把握本專業(yè)的理論知識(shí)和技術(shù)能力標(biāo)準(zhǔn)；開展相關(guān)的探討會(huì)議，組織相關(guān)專家、政府人員以及企業(yè)單位進(jìn)行交流溝通。通過這些調(diào)研工作，從而使專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃得到科學(xué)指導(dǎo)。

2.2教學(xué)計(jì)劃

結(jié)合對(duì)本專業(yè)的培養(yǎng)計(jì)劃進(jìn)行研究和分析，在滿足制定計(jì)劃原則的基礎(chǔ)上，制定合理有效的電氣自動(dòng)化類專業(yè)教學(xué)計(jì)劃。教學(xué)計(jì)劃的制定過程中，要合理科學(xué)的安排專業(yè)的理論課程學(xué)時(shí)和實(shí)踐教學(xué)學(xué)時(shí)，對(duì)于系內(nèi)選修課和公共選修課也需要進(jìn)行安排，豐富學(xué)生的理論體系。

3.人才培養(yǎng)的探索和實(shí)踐

3.1完善人才培養(yǎng)計(jì)劃

院?？梢栽诿繉W(xué)期的結(jié)束階段開展學(xué)期總結(jié)會(huì)議，對(duì)本學(xué)期的專業(yè)教學(xué)進(jìn)行總結(jié)和分析探討。另外組織學(xué)生開展座談會(huì)議，認(rèn)真傾聽學(xué)生的建議和反饋，結(jié)合學(xué)生的反饋信息和學(xué)期的教學(xué)效果，對(duì)專業(yè)課程的教學(xué)模式進(jìn)行調(diào)整，完善和健全人才培養(yǎng)計(jì)劃。

結(jié)合本專業(yè)的性質(zhì)屬性，學(xué)生需要相關(guān)的技術(shù)能力，以下是相關(guān)能力的課程安排：

（1）學(xué)生需要具備圍繞PLC可編程控制器為主要核心的電氣控制系統(tǒng)實(shí)踐能力，從而加深學(xué)生對(duì)電氣控制系統(tǒng)的安裝、設(shè)計(jì)、維修以及運(yùn)行等技能的熟悉度和了解度。因此在PLC技術(shù)的課程安排上，可以制定以電路原理、電機(jī)原理與拖動(dòng)、可編程控制器、組態(tài)軟件與觸摸屏等為主要內(nèi)容的課程計(jì)劃。

（2）單片機(jī)技術(shù)在電氣自動(dòng)化類專業(yè)中也屬于一門重要技術(shù)，學(xué)生需要能夠掌握單片機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，學(xué)會(huì)利用計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行程序編寫、運(yùn)行和調(diào)試等，因此在單片機(jī)的技術(shù)學(xué)習(xí)上可以建立以電子技術(shù)基礎(chǔ)、單片機(jī)原理與應(yīng)用、微機(jī)原理與應(yīng)用、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)以及數(shù)字邏輯系統(tǒng)等為主要內(nèi)容的課程體系。

（3）計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用能力也是本專業(yè)的一些必學(xué)技術(shù)，學(xué)生通過對(duì)計(jì)算機(jī)的操作和軟件使用，從而進(jìn)行工業(yè)控制。在這門技術(shù)的課程設(shè)置上，主要有計(jì)算機(jī)語言、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、控制系統(tǒng)仿真與CAD以及程序設(shè)計(jì)等。

（4）供用電技術(shù)應(yīng)用能力與本專業(yè)的實(shí)際應(yīng)用息息相關(guān)，學(xué)生通過對(duì)供用電技術(shù)的認(rèn)識(shí)和了解，從而能夠?qū)┯秒娤到y(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行、調(diào)試以及維修，主要課程包括了供電技術(shù)和相關(guān)的實(shí)習(xí)等。

通過對(duì)以上專業(yè)能力的課程設(shè)置，讓專業(yè)的培養(yǎng)計(jì)劃更具目的性，讓學(xué)生在專業(yè)課程的學(xué)習(xí)中更加具有針對(duì)性，理論、實(shí)踐與工程訓(xùn)練的三者結(jié)合，讓學(xué)生不斷完善自身的專業(yè)理論體系，提高自身的技術(shù)要求，使其更加適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展。

3.2合理變革教學(xué)手段，提高課程的教學(xué)質(zhì)量

教師在課程的教學(xué)上需要結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，適時(shí)對(duì)自身的教學(xué)模式進(jìn)行變革。在目前，多媒體教學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效提高教師的教學(xué)效率和質(zhì)量。由于電氣自動(dòng)化類專業(yè)的內(nèi)容學(xué)習(xí)中，涉及了大量抽象和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電氣設(shè)備，多媒體技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效地將這些抽象難懂的知識(shí)點(diǎn)轉(zhuǎn)換成形象具體的圖象，通過圖象的演示，讓學(xué)生能夠更為清晰地認(rèn)識(shí)和了解。另外，案例教學(xué)和現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)的應(yīng)用，能夠讓學(xué)生更加明白課程的培養(yǎng)目標(biāo)和應(yīng)用情況，從而加深對(duì)專業(yè)課程的認(rèn)識(shí)和了解，實(shí)際的案例分析和現(xiàn)場(chǎng)的切身體驗(yàn)，讓學(xué)生能夠從中感受到本專業(yè)與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系，同時(shí)也加強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，加深了對(duì)知識(shí)的掌握，更好地將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際生活中。

3.3班級(jí)導(dǎo)師制的落實(shí)

班級(jí)導(dǎo)師制的落實(shí)，能夠有效發(fā)揮教師的主導(dǎo)地位和學(xué)生的主體地位，提高教學(xué)的質(zhì)量。教師需要具備一定的品德素質(zhì)和職業(yè)責(zé)任，有效指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生對(duì)專業(yè)學(xué)習(xí)的信心和積極性，幫助學(xué)生制定專業(yè)的就業(yè)規(guī)劃，讓學(xué)生順利完成學(xué)業(yè)。

【參考文獻(xiàn)】

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關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化技術(shù)；專業(yè)課程設(shè)置；高職

中國(guó)分類號(hào)：TH-39

1引言

機(jī)電一體化技術(shù)是20世紀(jì)70年展起來的一種系統(tǒng)工程技術(shù)，它綜合應(yīng)用了機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測(cè)試技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信號(hào)變換以及軟件編程等技術(shù)，是多種技術(shù)交叉融合的產(chǎn)物，并不斷地通過學(xué)科交叉、技術(shù)融合與創(chuàng)新持續(xù)發(fā)展【1】。

2目前高職機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)課程設(shè)置

機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)是一個(gè)基礎(chǔ)理論知識(shí)面廣，實(shí)踐動(dòng)手能力強(qiáng)的專業(yè)【2】。根據(jù)對(duì)多個(gè)高職院校機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)課程開設(shè)情況調(diào)研，現(xiàn)將目前高職機(jī)電專業(yè)的課程設(shè)置總結(jié)如下：

（一）照搬機(jī)械制造專業(yè)、電氣控制專業(yè)及計(jì)算機(jī)專業(yè)的主干專業(yè)課程。使課程量大大增加，學(xué)生負(fù)擔(dān)加重。

（二）將機(jī)械、電子電氣、計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)課程進(jìn)行了優(yōu)化，可有些課程有脫節(jié)，整個(gè)課程設(shè)置體系不科學(xué)，學(xué)生不能理解。

（三）課程設(shè)置太偏機(jī)械專業(yè)。有些高職院校的機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)僅僅在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)上增加了數(shù)控技術(shù)專業(yè)相關(guān)課程。

（四）課程設(shè)置偏重理論，實(shí)訓(xùn)技能課程少。

課程體系優(yōu)化，如何優(yōu)化、精簡(jiǎn)、合理組織以及創(chuàng)新開發(fā)課程是關(guān)鍵。

3課程設(shè)置優(yōu)化

在培養(yǎng)高職學(xué)生的技能中，課程是關(guān)鍵【3】。課程是教師教學(xué)的指南針，是學(xué)生接受知識(shí)的最主要的來源。因而，課程設(shè)置與優(yōu)化對(duì)學(xué)生個(gè)方面素質(zhì)培養(yǎng)非常關(guān)鍵。

（一）調(diào)研高職機(jī)電畢業(yè)生就業(yè)崗位群，分析職業(yè)崗位對(duì)應(yīng)的主要工作任務(wù)及職業(yè)資格證書。

高職機(jī)電專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)崗位主要是面向生產(chǎn)（管理）一線的機(jī)電設(shè)備的操作、安裝、調(diào)試、檢測(cè)、維護(hù)及管理，其次是面向家電、智能控制行業(yè)企業(yè)、智能玩具行業(yè)企業(yè)等的技術(shù)支持及售后維修人員。

（二）課程設(shè)置需要考慮因素

1）課程設(shè)置一定要從職業(yè)崗位群需求知識(shí)技能出發(fā)

機(jī)電專業(yè)課程設(shè)置，要從學(xué)生畢業(yè)就業(yè)崗位群所需要的知識(shí)和技能作為出發(fā)點(diǎn)，為行業(yè)企業(yè)培養(yǎng)無縫銜接的員工，就應(yīng)該充分考慮到崗位群的需要，量體裁衣。

2）課程設(shè)置要突出專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)和面

機(jī)電專業(yè)涉及到機(jī)械、電子電氣、計(jì)算機(jī)控制多學(xué)科多專業(yè)，因而課程設(shè)置不能只偏向否一個(gè)學(xué)科，面太窄，就不是機(jī)電專業(yè)。當(dāng)然在課程學(xué)習(xí)中，不可能面面俱到，因而要突出重點(diǎn)。

3）課程設(shè)置中要著力培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力

高職機(jī)電專業(yè)，動(dòng)手能力一定要重點(diǎn)培養(yǎng)。因而在課程中就要設(shè)置實(shí)踐課，不僅僅在某些單獨(dú)的專業(yè)課中有實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，可以獨(dú)立出來專門的實(shí)訓(xùn)課程。比如，將電工技術(shù)、PLC技術(shù)、伺服電機(jī)技術(shù)等根據(jù)高職技能要求整合成電控實(shí)訓(xùn)課。

4）課程設(shè)置的課程體系系統(tǒng)性好，前后銜接自然。

課程設(shè)置先后順序，一定要符合教學(xué)規(guī)律，這樣才不增加學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，也有利于養(yǎng)成好的邏輯思維習(xí)慣。

5）專業(yè)技能的課程要加大學(xué)時(shí)。專業(yè)技能的訓(xùn)練，要孰能生巧。

要加大專業(yè)技能課程的學(xué)時(shí)，實(shí)訓(xùn)重在學(xué)生訓(xùn)練，關(guān)鍵在于教師的有效指導(dǎo)實(shí)訓(xùn)。

6）專業(yè)課程要構(gòu)建模塊化。把幾門相近的專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課組成一個(gè)模塊，或者根據(jù)完成實(shí)際項(xiàng)目所需要的聯(lián)系緊密的課程構(gòu)建一個(gè)模塊【4】比如，編程模塊，可以包括PLC技術(shù)、單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)、C語言等課程，因?yàn)楝F(xiàn)在單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)用C語言來開發(fā)。

7）課程內(nèi)容一定要優(yōu)化，要將行業(yè)職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)融入課堂，融入課程。我們高職機(jī)電專業(yè)學(xué)生課程內(nèi)容一定要簡(jiǎn)化，刪除復(fù)雜理論推導(dǎo)，重點(diǎn)在基本概念解釋和實(shí)踐能力訓(xùn)練。行業(yè)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)以及職業(yè)資格證書考試，都將成為高職課程的特色。

4總結(jié)

高職機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)課程優(yōu)化任重而道遠(yuǎn)，只有各方面給予充分的支持，集思廣益，不斷實(shí)際總結(jié)，不斷對(duì)課程設(shè)置進(jìn)行探討，遵循教育規(guī)律，實(shí)現(xiàn)能力培養(yǎng)的遞進(jìn)性和漸進(jìn)性。滿足社會(huì)行業(yè)企業(yè)對(duì)高職對(duì)機(jī)電畢業(yè)生的要求。

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[2]黃筱調(diào)，編著.機(jī)電一體化技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

篇10

科學(xué)定位是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)的關(guān)鍵所在，是決定人才培養(yǎng)質(zhì)量的首要因素。“以學(xué)生為根本，以教師為主導(dǎo)，以教學(xué)為中心，以質(zhì)量為宗旨，以市場(chǎng)為導(dǎo)向，以地方為依托，培養(yǎng)下得去、為得住、干得好的基層應(yīng)用型高級(jí)技術(shù)人才”作為本專業(yè)建設(shè)的理念，通過進(jìn)一步加強(qiáng)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)模式的研究，強(qiáng)化對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，加強(qiáng)對(duì)師資隊(duì)伍的建設(shè)，提升教育教學(xué)的水平，從而確保教學(xué)的質(zhì)量。要達(dá)到對(duì)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)模式的科學(xué)定位，又可以從以下幾點(diǎn)來思考：（1）首先要有明確的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)。電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)培養(yǎng)的人才就是“要適應(yīng)21世紀(jì)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的需要，德智體全面發(fā)展，綜合素質(zhì)高，應(yīng)用能力強(qiáng)，基礎(chǔ)扎實(shí)，知識(shí)面寬，以強(qiáng)電為主，強(qiáng)弱電相結(jié)合”。在培養(yǎng)方案中要讓學(xué)生受到基本的電氣工程、電工電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、控制理論等方面的訓(xùn)練，從而實(shí)現(xiàn)理論與技能兼修和“基層應(yīng)用型”的高級(jí)技術(shù)人才。（2）發(fā)展專業(yè)特色。電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)可以具體分為電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化和輸電線路工程設(shè)計(jì)三個(gè)專業(yè)方向。在專業(yè)培養(yǎng)中，為了使本專業(yè)的特色得到最大的發(fā)揮，可以讓學(xué)生在前兩年進(jìn)行“通識(shí)”教育，之后再跟對(duì)社會(huì)市場(chǎng)的人才需求并結(jié)合個(gè)人的特長(zhǎng)，進(jìn)行專門技能的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練。

2變革傳統(tǒng)的課程體系

教育教學(xué)的內(nèi)容和課程體系的設(shè)置被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)和提高人才質(zhì)量的核心，對(duì)傳統(tǒng)的課程體系進(jìn)行變革是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)模式中最有力的方法。變革傳統(tǒng)的課程體系，就需要構(gòu)建“理論——技能”相并重的教育模式，在優(yōu)化課程體系的過程中，使學(xué)生能夠在理論學(xué)生的過程中也實(shí)現(xiàn)技能的提升，使學(xué)生能夠?qū)崿F(xiàn)自身專業(yè)素養(yǎng)的提高。在變革傳統(tǒng)課程體系中，我們可以把專業(yè)課程分為基礎(chǔ)類的、實(shí)踐類的和專業(yè)技術(shù)類的三種。在基礎(chǔ)類課程中教育工作者就需要在遵循教育教學(xué)的規(guī)律中轉(zhuǎn)變?cè)械年惻f的教學(xué)理念和教學(xué)方式；在實(shí)踐類課程中教師要注重學(xué)生理論知識(shí)的轉(zhuǎn)化，在實(shí)踐操作的過程中將知識(shí)實(shí)現(xiàn)為自身的技能。

3注重理論教育的同時(shí)強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)

電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)是培養(yǎng)基層應(yīng)用型人才，因此教師在加強(qiáng)理論教育的同時(shí)也要注重強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)的環(huán)節(jié)，從而提高學(xué)生在計(jì)算機(jī)應(yīng)用、工程創(chuàng)新和實(shí)踐以及創(chuàng)業(yè)等方面的能力。（1）首先在課程設(shè)計(jì)方面要突出實(shí)踐教學(xué)?！罢n程設(shè)計(jì)是學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是對(duì)學(xué)生進(jìn)行的一次專業(yè)訓(xùn)練”，因此在課程設(shè)計(jì)方面可以增加諸如電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化方向的電力系統(tǒng)的短路電流計(jì)算課程設(shè)計(jì)、單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)等。增加這些實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)就是要學(xué)生鞏固和加深所學(xué)到的專業(yè)理論知識(shí)，并在實(shí)踐的過程中培養(yǎng)和實(shí)現(xiàn)學(xué)生獨(dú)立發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。（2）其次要增加實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)。為了提升學(xué)生的實(shí)踐能力，在培養(yǎng)中還應(yīng)該注重學(xué)生的實(shí)習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生可以在真實(shí)狀態(tài)下進(jìn)行實(shí)際的操作，從而將知識(shí)內(nèi)化為自身的一種能力。例如，可以安排學(xué)生到與學(xué)校有合作關(guān)系的企業(yè)實(shí)習(xí)，在實(shí)習(xí)中讓學(xué)生做好實(shí)習(xí)日記，并且在實(shí)習(xí)完成之后也實(shí)習(xí)報(bào)告，對(duì)整個(gè)的實(shí)習(xí)過程有一個(gè)整體的反思和評(píng)價(jià)。在實(shí)習(xí)教學(xué)中科學(xué)的設(shè)置和安排符合培養(yǎng)的目標(biāo)，能夠使學(xué)生加強(qiáng)對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解，同時(shí)增強(qiáng)自身的感性認(rèn)識(shí)。

4結(jié)語