计算机控制技术课程范文

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[关键词]计算机；控制技术；考核方案；设计

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.20.159

[中图分类号]TP273.5 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2016）20-0-01

计算机控制技术课程是自动化核心专业课程，其主要内容包括计算机硬件接口技术、硬件抗干扰技术、网络通信技术、数字PID（比例-积分-微分）及先进控制技术，DCS（分布式控制系统）以及FCS（集中式控制系统）技术等核心内容，根据教学大纲要求，该课程需要掌握计算机硬件接口的实现方法和基本的抗干扰设计方法，掌握数字PID参数整定及优化方法，熟悉DCS和FCS基本结构，熟悉DCS在火电厂的具体应用，掌握DCS编程的基本方法。

由于该课程综合了微机原理、自动控制原理、信号处理与火电厂检测技术等课程的一些知识，学习内容又跟火电厂热工控制结合紧密，根据大纲培养要求以及现有的实验条件，以课程学习后应达到的专业能力进行综合评估为改革方向，改变以单纯的闭卷考试或者写课程总结方式考核的方式，对于促进教学相长，提高学生工程能力有一定价值。

为此，特结合大纲要求以及火电厂热工专业的相关能力的培养要求，拟充分利用现有的实验条件和图书馆的文献检索条件，对学生的专业能力进行相关考核具体内容如下。

1 文献检索和阅读分析能力考核（15%）

根据课程教学内容学生可对以下5个方面的内容进行研究及应用前沿进行分析与综述，最后提交综述报告，具体如下。

①硬件接口技术与抗干扰技术，包括AI、AO、DI、DO以及共模干扰信号的抑制方法；②数字PID以及先进控制技术，包括PID参数整定及优化方法，串级及前馈，模糊控制；③网络通信技术，包括DCS以及FCS所用的网络拓扑结构，网络存储方式，网络访问方式等国内外研究现状；④DCS及FCS技术，包括两种火电厂计算控制技术的发展趋势与方向以及研究进展。

2 热工控制系统实现方案设计能力（25%）

给定某一热工被控对象及其被控参数相关技术要求，对DCS或者FCS相关的硬件设备进行选型，包括采集模件、DPU、通信模块以及对执行器进行选型，主要对选型合理性进行评价，包括技术实现的可行性，性价比的合理性、可靠性以及维护的便捷性等多种因素进行综合分析。若采用IPC+板卡的方式实现，则须选择相应的工控机，I/O板卡、端子板、信号调理等相关的硬件，最后提交文字方案。

3 热工软件设计能力考核（25%）

结合热电厂的某一被控对象参数控制要求，在DCS编程环境上利用图元进行操作画面组态，达到基本形象和直观的要求，并利用动态显示方式对被控对象参数进行模拟仪表功能的实现；控制功能的实现主要以利用DCS组态环境中的逻辑和控制模块来实现对被控参数的调节，以及PID参数的整定和优化功能，可以结合MATLAB软件进行参数优化。该内容具体考核的实施在DCS实验室软件平台上实现。

4 I/O接口实现及硬件抗干扰设计能力考核（25%）

I/O接口以以下三种方式进行评价。

（1）给出输入输出信号范围，自行设计信号调理电路和抗干扰电路，并利用电路仿真方式观察调理电路设计的合理性，提交仿真结果。

（2）给定不同类型的多路标准信号，自行设计多通道采集系统，包含多路开关，A/D总线接口，查询或中断方式下跟ISA总线或者单片机（ARM）之间的扩展电路，提交相关的原理图。

（3）利用实验室现有的亚当模块和信号发生器实现信号采集功能，并利用软件编程实现抗干扰功能。

5 创新设计能力考核（10%）

虽然结合现有的DCS在火电厂产生了海量数据，但海量数据却具有无法对火电厂工艺管理进行指导的特点，因此，应有针对性地设计一套能结合应用的数据提取方案。

在对某专业班级学生进行实际考核过程中，考核方案具有可操作性强，能比较客观反映学生对课程的掌握程度等优点。

主要参考文献

[1]王付生.电厂热工自动控制与保护[M].北京：中国电力出版社，2005.

[2]边立秀.热工控制系统[M].北京：中国电力出版社，2012.

[3]李正军.计算机控制系统[M].第3版.北京：机械工业出版社，2015.

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关键词：计算机控制技术；课程教学模式；教学改革

“计算机控制技术”以单片机原理及应用、自动控制原理、现场总线等先修课程为基础，结合了之前的理论课知识。就目前的就业形势来看，企业对计算机控制领域的人才需求较强，因此我校积极创新、探索新的教学理念与方法，以此进一步增强学生的创新能力与学习能力。“计算机控制技术”是一门结合理论和实践的综合性专业课，所以进一步探讨该n程的理论教学和实践教学方法非常必要。

一、课程定位与特点分析

“计算机控制技术”课程是自动化专业、电气工程及其自动化专业的限选课程。计算机控制技术的应用领域非常广泛，在航空、航天，以及与现代日常生活相关的工业、农业、医学等领域都起到了至关重要的作用。经过对课程的学习，学生应该掌握计算机控制系统的发展历程及应用领域，计算机控制系统的具体组成部分以及各部分的功能，学会计算机控制系统的分析方法，以及相对简单的软件、硬件的设计与实现过程，了解计算机控制系统的工作原理。

本课程旨在培养学生掌握微型计算机控制的基本概念，以及微型计算机控制系统的基本分析方法和设计方法。课程要求学生从理论上掌握计算机控制系统的基本原理及应用；而教师要为学生提供有效的分析，培养学生掌握设计计算机控制系统所需的知识、洞察力和理解力。学生在实践过程中要学会利用计算机技术解决控制系统中的实际问题，通过对该课程的学习，今后能独立承担和开展计算机控制系统方面的研究工作。

二、课程的教学改革

“计算机控制技术”课程以培养应用开发能力为目标，不断更新课程体系，从而确保教学内容的实用性和先进性，其主要特色与创新如下：

1.摒弃了传统的教学模式，采用项目驱动式教学。新课程采用项目驱动式教学，每一章节都设置一个驱动项目，教师组织学生自行分组、分工，制订设计方案。学生每一节课都带着问题、围绕项目学习所需知识，不断提高实践能力。

2.课程教学与课外科技活动紧密结合、相互促进。基于计算机控制技术课程的特点及其在电子产品设计中的重要作用，新课程将课程教学与大学生科技创新竞赛、全国大学生电子设计竞赛、飞思卡尔智能车竞赛等多项赛事结合，大力开展第二课堂，延伸教学范围，组织科技创新小组，提高利用单片机进行自动化系统及电子系统的开发和设计能力，以此激发学生的创新意识，锻炼其动手实践能力。

3.改革教学手段，增强教学效果。传统的教学方法是教师进行书面知识的传授，在黑板上写板书，学生只是进行信息的接收。这种教学方法并不能取得较好的教学效果。因此，要想切实提高教学质量，就需要改革教学手段。教学手段是否有效将直接影响学生对知识的理解和掌握。在学校的大力支持下，我校教师在教学过程中采用了多种现代教学手段。例如，在教学过程中使用多媒体课件进行计算机控制系统的教学和展示，利用三维动画制作技术和模拟仿真技术展示教学内容。通过一段时间的检验，笔者发现改进的教学手段不但显著提高了教学质量，还可以直观展示课本上难以理解的教学内容。我校设有专门的计算机控制技术实验室，共有32台THSSC-4型实验台。根据教材章节，课程设置了8个实验课题，穿插在理论教学过程中，学生能够在实践中巩固所学的理论知识。学生通过这种方式提升了动手能力，为今后的就业打下了基础。

三、课程考核方式的改革

传统的考核方法采用期末考试的方式，学生仅仅是考试的工具，并没有有效掌握平时上课的重点与方法。而科学的考核方法不仅需要激发学生平时上课学习的热情，还要真实反映学生的综合能力。考核方法除了最终的期末考试，还应该包括平时成绩（习题作业、课堂小测验、课堂提问、课堂讨论、课外作业、实验）。笔者经过实践，总结出比较合理的权重分配，即平时成绩占30%，期末考试占70%。通过这一改革，教学质量和学生的上课积极性都有了显著提高。

四、总结

“计算机控制技术”课程涉及的科目种类繁多，具有专业性强、内容更新快等特点。在学校组织的教学方法研究与改革过程中，教师对本课程的特点进行了一系列的创新与研究，最终取得了很好的效果。教师充分利用上课时间进行知识的传授与讲解。课程改革一方面提高了学生的积极性，另一方面增强了学生的动手实践能力，使教学效果得到了提升。

参考文献：

[1]张德江.计算机控制系统[M].北京：机械工业出版社，2011.

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【关键词】计算机控制技术；教学改革；系统建模；数据驱动

0 引言

随着计算机技术的飞速发展，计算机控制技术被广泛应用于工业生产、电子通讯、机械设备等各个领域。因此，许多高等院校都开设了《计算机控制技术》这门课程，它是以自动控制原理为基础，以计算机控制技术为核心，综合测控技术、可编程控制技术、计算机网络技术等的综合性学科，致力于培养企业生产技术的精密化、生产设备的信息化、生产过程的自动化的专业人才。计算机控制技术本身的特点决定了可以利用软件来实现控制算法，通过强大的的运算功能和逻辑判断功能来实现最优控制、自适应控制等连续控制系统难以胜任的复杂规律[1]。鉴于《计算机控制技术》课程的重要性，对课程教学的研究、探索和实践是十分必要的。

近年来，随着互联网、物联网、云计算的迅猛发展，由“人、机、物”三元世界在网络空间（Cyberspace）中交互、融合所产生的数据多元化将当今的信息社会推向了“大数据”时代[5]，大数据的涌现正逐步改变人们的生活和工作方式、企业的运营模式，IBM公司提出了“智慧地球”的理念，德国提出了步向“工业4.0”的目标，今年总理在政府工作报告上也提出了“互联网+”的概念。同时，大数据也吸引了不少学术界的广泛关注，2008年，英国《自然》杂志推出大数据专列，专门探讨“P8时代的科学”以及科研形态的变化，指出：“数据为准绳的理念指导，以及强大的计算能力支撑，正在驱动一次科学科学方法的革命”。美国《科学》杂志也在2011年推出专刊“Dealing with Data”，围绕“数据洪流”展开讨论，将大数据深度分析作为未来研究的重要突破点[2]。所以顺应时代的潮流，将“大数据”的思想融入到《计算机控制技术》的教育改革，既是一项严峻的挑战也是一个宝贵的机遇。

1 课程教学中的普遍问题

《计算机控制技术》课程所涉及内容丰富，大体可以分为控制系统和计算机系统两大方向。具体的内容主要包括如下几个方面：①以控制理论为主体，阐明离散系统和连续系统在建模、推理、结论上的区别；②将计算机系统与控制系统进行融合；③传统控制论优化算法及其仿真模拟；④智能算法、模糊识别的应用；⑤微型计算机的嵌入式开发，如ARM、PLC、等；⑥计算机系统的软件开发等[3]。

目前，多数院校对于《计算机控制技术》这么课程，主要采用“以课堂为主，实验为辅”的教学模式，加上该课程是一门专业性和综合性较强的学科，涵盖的内容较多，所以学生在学习过程中普遍感到吃力[4]。此外，课程教材和参考书种类众多，但内容并不统一，基本分为偏重理论教学和实际工程应用两大类。然而，真正能运用到当今主流的大数据、云计算相关技术的并不多。所以，基于上述问题，对目前《计算机控制技术》教学中存在的不足总结如下：

（1）数据的概念不强

目前，许多院校对于《计算机控制技术》这门课程的重心停留在理论授课上，即使开设的实验课程还是以演示性为主，如A/D转换实验。学生没有系统的将所学知识转化为实践，更谈不上对实验数据的信息进行有效的存储，并结合所学习的理论知识对其进行分析和验证。此外，对于当今主流的数据挖掘算法，提供相应的实践机会较少。

（2）传统建模思维的束缚

传统控制理论过于依赖模型的建立，为了保证所建立模型的精确性，模型的阶次有时会变得很高，基于高阶系统模型的控制器设计、稳定性分析等问题就会变得很复杂。事实上，数据只是为了辅助算法，实现对模型进行较好的评估和预测等功能。

（3）数据挖掘算法的普及不深

利用计算机技术对大数据进行挖掘分析，发现蕴含的知识，研究运行的规律和发展的趋势是挖掘网络大数据的深层价值和实现社会行为可计算的主要途径[5]。然而，许多院校在《计算机控制技术》这门课程中，并没有在数据驱动这个方向上进行改革和突破。

值得注意的是，很多院校对《计算机控制技术》教学的思维方式还停留在工业时代，即以控制系统相关学科作为理论基础，再通过科学实验来强化学生在计算机软硬件方面的学习。但是随着信息技术的快速发展，“物联网、云计算、大数据”的提出，迅速取代了人们对于传统行业的认知。所以，有必要借助“大数据”的思维方式来思考《计算机控制技术》的课程改革。

2 基于“大数据思维”的《计算机控制技术》课程教学改革

在传统建模仿真研究中，数据不是模型的本体，它只是为模型的仿真运行提供基础条件。然而，随着大数据的迅速发展，由“人、机、物”三元世界的互相交融将数据的来源也变得多元化，通过仪器采集、网络存储、仿真模拟生成等方式来获取数据，所以数据对建模的作用也愈发重要，并开始逐渐成为主导地位。只要数据足够大，只靠数据就可以完成科学发现，因此不再需要数学模型。这就是所谓的“数据优先”模式[2]，一种由数据驱动的新模式、新思维。正如《连线》主编Chris Anderson所断言：“数据的洪流是传统科学方法变得过时，相互关系已经足够，没有了具有一致性的模型、统一的理论和任何机械式的说明，科学也可以进步”。换句话说，传统建模方法对于科学而言并不是必须的，大数据建模方法将会是一种新的科研范式。

2.1 将“数据驱动建模方法”作为思考问题的出发点

数据驱动的概念最早来自计算机科学领域，在设计过程中以数据库中的数据为导向，利用受控系统大量的在线、离线数据，实现对系统的评价、诊断、决策、调度及监控等功能[6]，探索背后的科学规律。近年来，随着人工智能技术的发展，特别是机器学习领域，迅速丰富了经验建模方法。通过获得系统的各过程变量（输入、输出和中间变量）描述表达式，这种方法称为“数据驱动”建模方法。

基于实际工业生产系统的数学模型复杂、测控信号精度差且不完整、易受随机扰动的影响、状态维数高等特点，传统的建模方法，为了保证模型的精确性，模型的阶次会变得很高，这样研究系统的控制方法和动态特性会变得复杂，而利用“数据驱动”建模方法，将已知的输入、输出数据在线或离线学习计算与当前状态相匹配的控制量，再将模式识别、人工智能方法作为补充，从而满足系统的静态和动态性能要求。目前，利用“数据驱动”的思想建立研究对象的预测和控制模型是主流的趋势，而已经形成系统的建模方法主要有：线性/非线性自回归模型、神经元网络模型、基因算法模型、模糊人工智能模型、贝叶斯分析网络模型以及支持向量机模型等。

2.2 基于“数据驱动建模”的教学方法

一般来说，数据驱动建模流程可分为：数据初始化、变量的统计分析、算法模拟和模型的在线校正等过程。

（1）数据初始化

通常，数据的初始化大致可以分为数据的采集、选择、预处理。具体的步骤如下：①通过采集的数据，对数据结构有一定的认识，同时对数据辨识可能产生的问题及建模的复杂程度有所估计，从而决定适宜的训练模型。②对数据模型评估之后，即可以对数据进行选择，一般选取70%的比例作为算法数据，其余的30%数据作为测试数据；③选择好训练数据以及测试数据之后，为了能够获得较好地训练效果，必须对数据进行预处理，使其满足所选辨识方法的要求。例如归一化处理，填补缺失值，异常值检验等。

（2）变量的统计分析

通常，在完成第一步的基础上，需要结合统计理论方法对输入、输出变量进行相关性分析、主元分析等，以研究二者间的关联关系，从而对模型进行预估判断。此外，为了更好地定性分析，需要适当地增加与主导变量有关的辅助变量，通过机理、经验构造辅助变量与主导变量的数学关系，从而更好地对主导变量进行估计。

（3）算法模拟

在经过统计方法的分析之后，利用模糊识别、人工智能算法对训练数据进行回归分析，例如神经网络、支持向量机、贝叶斯网络等工具实现线性或非线性的预测逼近能力。然后再利用测试数据在预测模型上进行测试，得到的输出结果和目标数据进行比对，根据预先制定的统一规则进行评判。通过不断训练学习的办法获取输入、输出之间的函数逼近关系式，得到合适的模型。

（4）模型的在线校正

在线校正是数据驱动建模应用中不可缺少的一部分，尽管已有不少离线校正的方法，但在线校正的方法十分有限。因此，开发更多实用方法，以适应复杂工业过程控制的需要。判断预测模型的某个关键参数是否最优，其本质上就是如何对参数值进行调优，使预测模型的错报率最小化[7]。目前，解决参数寻优问题的研究成果主要有两种：①定期进行非训练样本与固定参数值得的错误率敏感性分析，依据敏感性分析曲线优化关键参数值，如交叉性验证技术、留一交叉验证法等；②根据知识经验或统计分析确定机器学习方法错误率的上界，并不断优化错误率的上界，使边界差距尽可能小，从而实现参数校正目的[8]。

3 结语

本文围绕“数据洪流”展开讨论，尝试对《计算机控制技术》进行教学改革，提倡培养“大数据”的思维对系统进行建模。通过调整教学内容，结合各种交互式教学方法，提出了一种基于“数据驱动建模”的教学方法，致力于培养学生的学术理论的融合贯通能力，技术创新思维和动手实践能力。

【参考文献】

[1]李元春.计算机控制系统[M].北京：高等教育出版社，2005.

[2]胡晓峰，贺筱媛，徐旭林.大数据时代对建模仿真的挑战与思考―中国科协第81期新观点新学说学术沙龙综述[J].中国科学：信息科学，2014，44（5）：676-692.

[3]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）：370-371.

[4]周欣欣，宋人杰，牛斗.《计算机控制技术》课程教学改革初探[J].东北电力大学学报，2008，28（3）：29-31.

[5]王元卓，靳小龙，程学旗.网络大数据：现状与展望[J].计算机学报，2013，36（6）： 1125-1138.

[6]候忠生，许建新.数据驱动控制理论及方法的回顾与展望[J].自动化学报， 2009，35（6）：650-667.

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自动控制原理是工科院校自动化及其相关专业的一门重要的专业基础课，主要研究自动控制系统的一般规律，涉及控制系统建模、分析和综合的基本理论和方法。它具有概念抽象、公式多，理论分析和数学计算多且繁杂等特点，学生在学习时常感到很困难，没有足够的兴趣。针对这一特点，利用Matlab仿真技术优化自动控制原理教学过程，进行理论方法的实时演示教学，可帮助学生理解抽象的概念和方法，改善课堂教学效果。

1 利用Matlab优化自动控制原理教学过程的思路

Matlab软件具备强大的计算能力，绘图简便，算法语言简单，有多种工具箱供用户选择，为控制系统计算机辅助分析和设计提供了极大便利。利用Matlab优化自动控制原理教学，在形式上包括教师课堂内教学演示，结合学生课外仿真练习、实验、课程设计等；在内容上，从建立控制系统的模型入手，涵盖经典控制理论的三大分析方法，系统校正，以及非线性系统的分析等。借助Matlab仿真将抽象的理论内容形象化，使学生易于理解，以达到较好的教学效果。

2 教学应用举例

2.1 利用Simulink进行动态系统建模

利用Matlab中的Simulink组件，用户可以通过模块组合方法快速地创建动态系统仿真模型。如图1所示，为水箱液位控制系统，要求通过控制进水流量来调节液位高度。该系统的传递函数为： =

其中，时间常数 =，放大系数 = 。为水箱截面积，为流出阀阻力系数。

在Simulink中建立该系统的仿真模型，如图2所示。

将给定值参数设置为单位阶跃信号。按需求设置、，启动仿真过程，通过scope观察仿真结果曲线。

如图3所示为=1，分别取0.5、2时的值曲线，可以看出，系统的响应速度随时间常数增大而变慢。此外，还可改变值来观察系统响应情况。通过画面演示，学生易于理解参数变化对系统响应的影响。

2.2 控制系统的根轨迹分析

根轨迹法是一种图解法，直接由开环零极点的位置信息确定闭环极点随某一参数变化的轨迹，由根轨迹图可直观地看到参数变化对系统性能的影响。授课时若能借助Matlab绘制根轨迹图，能够高效地完成教学内容。

单位反馈系统的开环传递函数为（） = ，绘制系统的根轨迹图。

编制matlab程序如下：

运行程序，结果如图4所示。

从图4中可以看出，原系统稳定，增加开环极点 = -1后，随着K值增大，系统会变得不稳定；若增加 = 0，则系统变为结构不稳定，提醒学生在进行系统设计时，利用增加系统型别来改善稳态精度，要综合考虑是否改变了系统的稳定性；若增加开环零点 = -1，则根轨迹全部落在负实轴上，说明系统为过阻尼状态，其阶跃响应无超调。

2.3 控制系统的频域分析

频率法也是一种图解法，频率特性图根据采用的坐标系分为奈氏图、伯德图等。通常，利用奈氏图分析闭环系统的稳定性较方便；而分析典型环节的参数变化对系统性能的影响，则伯德图最为直观。利用Matlab，可以快速地绘制系统的频率特性图。

单位负反馈系统的开环传递函数为（） = ，绘制系统的伯德图和奈氏图。

编制matlab程序如下

从图5看出，奈氏曲线不包围（-1，0）点，闭环系统是稳定的。利用bode命令也可以绘制伯德图，区别在于margin命令在绘图的同时还可以计算出相位裕度和增益欲度。

3 结论

利用Matlab进行自动控制原理课程的交互式演示教学，在教学实践中取得了较好的教学效果。第一，通过计算机仿真，使学生获得直观的感受，激发学生的学习兴趣。第二，在软件中修改各种参数和仿真验证，利于对比式教学，使理论讲解更加清晰。第三，学生对Matlab软件学以致用，为后续课程打下良好的基础。总之，引入基于Matlab的计算机仿真技术，为自动控制原理教学带来了极大的便利性和灵活性，很好地辅助了教学过程。

湖北汽车工业学院教研项目：自动控制原理与计算机仿真技术的教学整合JX201411，自动控制原理校级精品课程建设

参考文献

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关键词 计算机控制；综合实践；MATLAB

中图分类号：G642.0 文献标识码：A

文章编号：1671-489X（2015）22-0012-03

1 引言

一个完整的计算机控制系统涉及信号检测、信号处理、控制策略的实现以及信号输出等多个环节，对应的计算机控制类课程则包括传感器技术、自动化仪表、计算机控制技术、微型计算机原理、PLC技术及应用、现场总线控制系统等，详细讲述了传感检测系统、变送传送系统、工业控制计算机、数字控制算法、驱动执行以及控制结构设计等知识，基本涵盖了计算机控制系统组成的硬件工具（PLC、单片机等）、软件工具（梯形图、汇编语言、C语言等）、检测传感知识（传感原理、仪器仪表等）、方法策略类（各种控制算法、逻辑控制策略等）等各个方面。计算机控制类课程是自动化专业本科学习的核心内容，旨在面向工程实际需求，培养学生在控制理论的工程应用和实现等方面的能力。通过这类课程的学习，学生在面对控制任务时，能够从仪表选型、控制方案的确定、系统结构以及实现等多方面综合考虑，从而构建计算机控制系统。

显然，随着计算机的大量普及以及数字控制技术的发展，计算机控制类课程在自动化专业的教学和学习中将会越来越重要。但是在教学和指导研究生新生过程中通常发现，自动化专业的学生往往会产生这样的疑惑：“学了这些计算机和控制类的知识，我到底能做什么？”并且，学生无法抓住计算机控制类课程的学习重点，学习的过程中通常会偏向于计算机控制中计算机的学习，包括编程语言、工业控制计算机等工具类知识的学习，偏离了“控制”的主题。

计算机控制类课程的教学是一个系统工程，课程改革应该从系统的高度，而不是局限于某门课，去协调处理课程体系，并进行整体优化，方能去繁就简，把握课程的核心与实质[1]。目前，清华大学进行了计算机控制技术综合实验的教学改革[2]，北京航天航空大学提出计算机控制技术本硕一体化教学方法等[3]，国外自动化专业出现经典教材《现代控制工程》，其综合了自动控制原理、现代控制理论以及后现代控制理论等多门课程，这些都表明从课程体系高度去优化和重新设计教学内容已经成为趋势。正如清华大学本科教学改革目标所言：学科发展和课程设置要进一步向学科的交叉与综合背景下通识教育的方向转变；教学方式要进一步向知识传授与探索相结合，师生互动、教学相长，并以调动学生自主学习、激发学生求知欲和创造性为主要目标的教学方式转变。计算机控制类课程的教学也必然向建设一个有利于学生整体掌握课程体系，从而能够实现自主性学习、尽早参与研究工作、学习和研究并进的教学框架方向发展。

2 教学中存在的问题

细究本科学生在学习计算机控制类课程中遇到的困惑和迷茫，认为计算机控制类课程的教学存在如下问题。

计算机控制类课程体系思想的缺乏 根据国内众多著名高校和本校自动化专业的课程大纲，各门计算机控制类课程往往自成一体，大多以学生能够熟练掌握本门课程的知识点为培养目标，模糊了计算机控制类课程体系的整体脉络，难免会有所局限，容易使学生产生认识不清的问题。简单地讲，计算机控制类课程就是教会学生实现计算机控制系统，但是由于涉及的知识点和课程较多，时间跨度较长，因此如果没有明确的课程体系思想，很容易使学生淹没在某个旁枝末节的支流中。目前，国内有一部分教师认识到这一点，并努力从教材内容上进行改革。比如清华大学王锦标教授等编写了计算机控制系统教材等，从工程实际出发，介绍计算机控制技术的实现。

教材和教学内容的衔接问题 计算机控制类课程之间存在紧密的联系，往往无法对课程进行硬性的划分。比如计算机控制技术与现场总线控制系统两门课就很难划分，但是教材的编写者相互之间不可能进行协调，各自编写的出发点也不同，使得教材内容往往存在相当部分的重叠。另一方面，教学课程体系思想的缺乏也导致各门课程的授课内容可能存在重复过多，或者缺乏衔接，致使学生无法融会贯通。国内仅计算机控制技术这门课，就出现很多内容差别很大的教材，至于各课程教材之间内容的重叠现象更是普遍存在，给教师的授课和学生的学习都带来困难。

实践教学缺乏整体环节 计算机控制类课程的实践教学通常侧重于原理的验证或者工具的掌握，条件好的学校采用实物进行，而条件差的则只能通过MATLAB仿真，欠缺系统性的实践环节[4]，从理论到理论的应用联系不够。比如目前很多学生没有弄清楚自动化专业最重要的专业基础课――自动控制原理，与计算机控制技术之间的联系。随着国内各种工具类竞赛项目的兴起，工具类课程逐渐在自动化专业学生的应用环节中占据重要地位，从而出现实践环节与自动化专业基础知识的脱节现象。并且，已有的课程设计实践环节也往往只是针对某门课，缺乏整体实践环节，使学生无法从全局去了解和掌握计算机控制系统的设计与实现，因此产生诸如前面的疑惑也就不足为怪了。

3 教学内容优化和改进

通过计算机控制类课程体系的整体优化，解决学生对专业核心课程脉络不清晰的问题，以及教师单兵作战的问题。通过整合课程内容，并将计算机控制技术与现场总线控制系统融合为一门课，解决计算机控制类多门课程内容交叉、重复，部分内容不适应培养目标要求等问题。将理论和应用相结合，通过基本性实验教学、课程设计、毕业设计等实践活动，解决普遍存在的重理论、轻实践的问题。

基于项目引导或任务引导原则[5]，以行业特色或地方经济实际需要为背景，以自动化应用技术为主线，以通识教育与专业技术教育结合，主要围绕计算机控制类课程体系的整体优化，以“系统理念”为主线的课程内容的整合，基本性实验教学、课程设计、毕业设计实践活动的改革等展开工作，做到三个“突出”。

整体优化计算机控制类课程体系，突出“主线” 课程的安排按照计算机控制系统的自然顺序进行，改变以往按照课程重要程度的安排方式。旧的课程体系下，计算机控制类各课程独立设置，设置时间和设置内容的逻辑依据性较弱。通常，本科生一、二年级为通识教育，安排基础类的课程，比如数学类、语言类以及电子技术类等，为后面的专业学习打基础；而大三以后为专业教育，考虑到学生保研选拔、学生实习等多方面的因素，专业课无形中会按照课程的重要程度安排：大三开设专业基础类的课程，比如自动控制原理、电机与拖动、计算机控制技术、PLC、传感器技术等；还剩下一些专业性很强的课程则放到本科大四上半学期，比如现场总线控制技术、现代控制理论、智能控制等。如此，计算机控制类的课程顺序上存在一定的颠倒，比如平行开设计算机控制类的课程无法实现知识上的渐进，给学生的学习带来困难。而且计算机控制类课程缺乏一门统领性的课程，使学生在进入计算机控制类课程学习前，能够对计算机控制类课程有个整体的认识，帮助学生理清该类课程的脉络，从而避免直接进入盲人摸象式的细节教育。

为了避免上述问题，在课程的安排上遵循工程上计算机控制系统的设计流程，按从系统框架到细节的顺序，突出计算机控制系统的主线，辅以实现控制系统的工具和手段。具体地，为保证学生能够对计算机控制以至自动化专业有所了解，在大一阶段开设新生研讨和专业前沿课，就自动化专业课程主要是计算机控制类课程的整体应用进行普及教育，在加强学生对计算机控制的整体认识的同时，培养学生的兴趣。计算机控制技术作为计算机控制类课程的核心课程，在自动控制原理课程结束后即安排，突出两者之间的联系；然后围绕这门课，先从信号的检测和仪表选型等方面安排课程。而工具类的课程之间没有主次之分，统一安排在一学期，最后安排现场总线控制系统，从结构和系统上将前面的课程贯穿起来。因此，计算机控制类课程的脉络是：专业前沿和新生研讨课计算机控制技术传感器技术、自动化仪表单片机技术、PLC及其应用、微机原理等现场总线控制系统。

通过整体优化计算机控制类课程体系，一是让学生对专业类课程有清晰的脉络，提高学习效率，认清各门课程；二是让教师之间形成团队，进行研究型大学计算机控制类课程体系的研究工作，提出适应21世纪要求的培养模式。

整合课程内容，突出“系统” 计算机控制涉及的课程较多，广义的计算机控制系统包括检测、算法以及系统的结构等计算机控制类课程的全部内容。因此，各门课之间很难独立分割，几乎所有的计算机控制系统的教材都会有部分内容讲解信号的检测以及控制系统的结构，而现在这些内容又单独成课；反过来，很多现场总线控制系统以及自动化仪表的教材也往往含有部分计算机控制系统的内容。另一方面，教师在讲解某门课时，为了使学生融会贯通，课程之间适当的衔接也十分必要，但是如何把握衔接的度是关键。因此，如何整合课程内容是计算机控制类教改的重点。

针对计算机控制类课程间教学内容的安排问题，为了让学生掌握计算机控制类课程的核心知识，激发学生的学习兴趣，以工程上计算机控制系统为引领，将相关专业课程有机结合在一起，既注意各自的特点，又强调内部的联系，实现课程内容的系统化。在系统框架下，计算机控制技术侧重于与自动控制原理的衔接，并引入现代控制理论部分的内容，传授学生关于通过计算机实现控制理论的算法，让学生了解控制系统的理论和策略基础；传感器和自动化仪表实现计算机控制系统的信号检测与自动化仪表，在系统思想的引领下，这两门课与其他课程的重叠较少，在举例应用中，将各种仪表与信息检测置于计算机控制系统的大框架下即可，并且关于仪表之间的通信与连接部分的内容略掉；PLC、单片机等工具类的课程，核心授课内容设置为讲授控制系统中变量的采集与处理，以及各种控制算法的实现等；现场总线控制系统则从宏观上构建学生的系统观，并最终实现计算机控制类课程的综合，侧重于各种工业常用通信协议的讲授。在现代教育教学思想的指导下，遵循系统科学的整体性原理，将计算机控制系统类课程涉及的主要内容融为一个整体。

加强实践教学，突出“综合” 实践起到巩固理论知识的作用，创新源于实践。如何将理论知识和应用有机结合起来，形成良性互动，是实践教学改革的重点。特别的，计算机控制系统的一大特点是系统，但是计算机控制类课程又单独成课，各自都有相关的实验，这些实验都是针对该门课具体的知识点设置，很难在实验中将计算机控制类课程的内容融为一体。

通过基本性实验教学、专题性课程设计、工程应用性毕业设计等环节，从培养学生基本、综合和自主实践能力出发，并按研究型大学培养目标和新的课程体系要求，构建新的实践能力培养体系。该体系中，各门课的实验还是针对该课的基本知识点，但是增加了专题性的课程设计，并且实现开放式的课程设计方式，使学生在计算机控制的大框架下可以自主选题，然后利用课余时间自主完成课题任务，不再单独占用上课时间。与传统课程设计不同，该课程设计最大的特点是针对计算机控制类课程的综合设计，突出知识点的综合应用。而且在学生毕业设计的设置上，加大工程应用性的比例，鼓励学生进行计算机控制类实际项目的开发与设计。

4 教学方法改进

与教学内容的优化与改进相适应，在教学方法上主要进行如下改进。

1）以计算机控制系统为主线，从应用角度出发，密切结合工业自动化实践，以主讲教授为龙头，成立系列课程教研组，组织教师进行调研、讨论，将计算机控制系列课程融为一体，相互衔接、相互连贯，重新制订合理的教学计划和大纲、实验计划和大纲、综合课程设计的计划和大纲等，并聘请校内外专家进行评审。

2）在加强学生对课程之间的知识联系方面有如下举措。

①组织学术造诣深厚的教授给大一新生讲授学科前沿和新生研讨课，加强学生的思辨能力，同时建立学生计算机控制的系统思想。

②在大二充分利用学院国家电子类大学生实践基地平台，组织学生进行大学生创新项目的实践；大二的学生作为大三学生的助手，建立计算机控制系统实际应用的感性认识。

③在大三后则利用学生参观实习的契机，让学生了解实际工厂计算机控制系统的构成，并通过国际工业自动化展，了解计算机控制系统在各行各业中的应用以及最新发展趋势。

3）在加强综合实验方面主要采用如下措施。

①依托相应课程，优化基本性实验教学内容，对原有实验内容进行调整和更新，精选内容先进、具有代表性的教学内容和实验项目。

②加大综合性、设计性实验的比重，根据实际情况开设选择性实验，充分发挥有实践经验教师的特长，以项目为引导，给出项目的要求，不限定知识范围，让学生应用所学的计算机控制知识，根据项目成本、项目技术要求等工程要求，自主选型，并自主完成项目的计算机控制系统，给学生最大的发挥空间。

③在代表性课程的考核环节，如现场总线控制，增加该课程的课程设计环节。在该环节，教师不限定题目，学生可以根据自身的经历或者生活体验，发挥自主想象的空间，自主选题，并做出控制系统实物。另一方面为增加对控制系统的认识，学生需要就系统方案的设计、功能等方面进行说明或演示。在此过程中一切以学生为主，给学生配备教师顾问组，由多名教师组成，学生可以根据需求自主寻求教师的意见。除此之外，教师仅需要对学生的作品进行评价。

④在毕业设计环节，对毕业设计进行分类要求。在侧重于工程设计类的毕业设计中给学生一定的经费，让学生实现设计的实物并演示；而在侧重于论文类的毕业设计中，设计与科学研究相结合，引领学生进入较前沿的理论研究中去，拓宽学生专业知识面。

5 结语

由于课程多、跨度大、课程间相关性强，并且课程间内容重叠，计算机控制类课程的“教”和“学”都存在困难。本文以工程上一个完整的计算机控制系统为引领，分别从教学内容和教学方法的优化上给出教学改革方法。在教学内容上，对各课程教学内容进行整合，做到突出“主线”脉络，突出“系统”架构，突出“综合”实践；在教学方法上，对应教学内容的改革，通过改革教学大纲、教学计划和实验计划，使计算机控制类课程相互衔接，并借助学院国家级创新基地平台，以及增加新生研讨课、学科前沿课和课程实习环节，再依托现场总线控制系统，结合综合设计环节，加强学生的综合实践环节。通过上述改革，加强学生对计算机控制系统中“控制”和“系统”的认识，既增加学生对计算机控制类课程理论知识的理解，又培养学生综合应用计算机控制类知识的实践能力，效果明显。■

参考文献

[1]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.

[2]丁冬花，赵雁南.计算机控制系统综合实验课简介[J].实验技术与管理，1994，11（1）：51-52.

[3]张平，夏洁，周锐，等.建设独具特色的“计算机控制”精品课程[J].电气电子教学学报，2009（31）：143-145.

[4]温淑慧.计算机控制技术实验教学改革初探[J].教学研究，2010，33（6）：59-62.

篇6

由于本课程的特点是实践性强。近年来为了提高学生素质，注重能力培养，在提高课堂教学质量的基础上，对原有的课程设置的内容及实践环节进行了多方面的改革，主要思路是：跟上信息时展的步伐，减少常规课堂教学内容，加强工业计算机应用及现代控制理论应用方面的知识；口强实验与实践环节的教学，并初步摸索出一套成功的教学方式。具体做法是：

一、课堂教学与体系的改革

缩减原《化工过程控制工程》的课堂教学学时，将原来的80学时减至48学时，将原课程内的“工业计算机控制”方面内容抽出，增加48学时的《计算机控制技术》必修课程，为适应新技术的发展，同时增加30学时的《先进控制技术》与48学时的《控制系统集成设计》课程作为选修课，以培养综合性的、开拓性的人才。

二、实验室建设与改造

“化工过程控制工程"是一门工程技术科学，一名优秀的控制工程师必须既具有坚实、广泛的基础理论知识，又具有工程技术实践水平。为此该学科应该在给学生提供一个连续良好的理论学习环境的同时，也必须给学生提供一个相对完整的工程实践环境。教师不但要将相关的理论和技术知识传授给学生，更要使学生在校期间通过工程和实践环节的锻炼，学会解决和处理本专业技术工程问题的方法。因此对于实验室建设与改造这方面工作，我们一直作为《化工过程控制工程》课程改革的重点，并坚持“工程化”第一位的原则。实验装置的设计、仪表的选型、控制柜的设计、包括控制系统的安装都与工业实际保持一致，并根据教学、科研需要，总结了已有实验室装置和市场上有关产品的特点，自行设计制造了五套多功能实验装置。该装置使用了目前工厂中常用的比较先进又极具有代表性的仪表设备，可以完成控制工程、系统辨识、自适应控制、计算机控制技术、模糊控制、预测控制等多方面的实验。实验装置控制柜设计时，充分考虑控制工程工业应用的特点，整个系统选用了三种控制器。计算机、PLC和数字调节器可以分别对系统进行控制，系统可以组成简单的仪表控制方案、PLC控制方案和DDC控制方案，也可以组成复杂的SPC控制方案和DCS控制方案；选用的控制器和检测仪表具有多样性、可靠性等特点，并可以方便的组成各种控制方案。

另外，去年学校又投资了100万元，订购了10套先进的教学实验装置，现也已投入教学应用中。

三、教学实践环节的改革

目前过程控制专业不仅成为通用的自动化专业，而且是与高新技术发展密切相关的，当前随着计算机技术和网络技术的飞速发展，集散控制系统（DCS）现已经发展成为工业生产过程自动控制装置的主流，为工业自动化开辟了广阔的发展空间。DCS是由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、网络通信技术和人机接口技术相互发展和渗透而产生的。它既不同于分散型的常规仪表检测技术也不同于集中式的计算机控制系统，而是吸收两者的优点，在其基础上发展起来的一种先进的系统工程技术。由于它的投资较大，系统复杂，因此各高校在此方面的研究，往往落后于生产实际，但学生迫切需要掌握此方面的知识，为此我们増加了一周“控制工程综合实验”，利用现有的设备来模拟工业实际应用技术。

由于我们在实验装置控制系统设计时的现场控制级，采用了带有通讯功能的单回路数字调节器和可编程控制器（PLC），利用其通讯功能和个人PC机组成小型集散控制系统。开设出DCS集散控制系统综合实验，用装有“MCGS监控系统”组态软件的个人PC机作为操作、管理级与可编程控制器（PLC）组成的过程控制级，来模拟一套DCS系统控制实验室的“双溶液位水槽”物理实验设备作为具体示例，以使学生熟悉DCS系统的组成、操作、使用与开发。在这个实验环节中，指导教师提出建议并给学生制定实验目的和大体思路，让学生自己拿出控制方案，用组态软件完成DCS操作站在工业控制中的主要功能（如总貌显示、回路显示、趋势显示、流程显示、报警显示和操作指导等）同时在实验室设备上进行实际操作通过。这样在整个综合实验环节里，使学生得到了实现一个控制工程项目的全过程训练。学生通过对控制系统的监控组态软件的使用与现场控制信息的连接，制作本实验装置的画面及控制系统的组态工作，构成所需的软件进行实时监控操作，较好的掌握了DCS集散系统在工业上的应用方法。同时对新技术的应用与发展有了的深刻的理解为学生今后的工作奠定了基础。

工科院校自动化专业的学生最终的走向应该是工矿，企业和科研机构，《化工过程控制工程》课教学的目的就是将在此之前学习的自动化和与其相关的理论课程和技术课程同实际被控过程有机地结合起来，用已学过的理论完成对生产过程系统的有效的控制。从这个意义上讲应该重视与切实搞好学生的课程实践环节，在这个思路的基础上，对于《化工过程控制工程》的实践环节课程：自控工程设计（两周）与生产实习（三周）两部分，我们除了与对口企业联系，让学生到生产一线进行实践外，还利用学校建立供热中心的机会将此供热中心建成学生实习基地，为此学校额外投入100多万元，由教师自行设计、安装和调试完成了两套工业燃煤锅炉的仪表及计算机控制。这样为学生的实践环节提供了非常方便的实习场所。

四、努力改善教学条件和方法

（一）加强教材建设

多年以来《化工过程控制工程》课教科书主要选用浙江大学、华东理工大学主编的教材，近年来我们已着手编写“化工过程控制工程”的立体化教材其中包括：教科书、实验讲义、多媒体课件、试题库等。自编的“化工过程控制工程”课的配套教材有：《过程控制系统》、《自控工程设计》、《控制系统集成设计》、《过程控制工程学习指导》、《线性多变量控制》、《控制工程综合实验教程》、《计算机控制技术》。这些自编教材都配有相应的电子教案，现都在学校校园网上，以便学生下载学习。

（二）加强网络教学与交流

过去学生在学校里主要是依赖于教科书和教师的讲解以及少量的实验来获取工程课知识，其中往往存在内容简单、直观性差等问题，从而影响学生对工程课的深入了解。尤其是自动化专业的主干课“化工过程控制工程”，它包含大量的工程实践内容，因此迫切需要解决理论与实践、教学与实验的问题。利用计算机构造了《化工过程控制工程》多媒体计算机仿真教学系统，通过校园网可供学生进行高效率的学习，使想像变为形象，使不可见变为可见，教和学都显得容易，还可使学校和个人只花少量的钱能开出丰富、教学质量高的实验。“化工过程控制工程”多媒体教学课件，它的内容覆盖的知识全面，所选择的控制对象、控制系统都具有广泛的代表性。

教学系统部分主要组成单元有：1.概述，2.闭环控制，3.系统仿真，4.自控设计，5.课后练习，6.网络交流。这些多媒体教学软件的组织是我们将几十年的课程教学、实验、实践，总结出一些基本教学内容，组成计算机教学课件，所选择的控制对象、控制系统都具有广泛的代表性。闭环控制方式采用实用性很强的PID控制，并能进行参数整定，做出过渡过程曲线仿真显示。对现代控制理论的应用（如多变量解耦、模糊优化控制等）也进行了实际工业对象的仿真，对其的各种算法可灵活的进行参数整定，仿真结果由微机的CRT显示。

这些教学软件，既以可在多媒体教室，进行课堂教学，也可以在实验室与相应硬件设备相连开实验，克服理论与实践相脱节问题，使学生通过这些教学软件的操作，掌握PID控制系统的参数整定方法；计算机控制技术应用；现代控制理论算法研究与应用。这样在课堂上，教师先通过这套多媒体教学软件的演示，使学生对工程实际的控制与问题的计算机仿真处理，具有感性认识后，再进行物理模拟设备实验，从而很好的解决了对工程实际技能的培养。试用两年获得学生的好评，同时获得校首届“多媒体教学课件大赛”一等奖、第六届“全国多媒体教学课件大赛（高教组）”优秀奖。

以上这些自行开发，研制的教学软件，都可在青岛科技大学校园网自动化与电子信息工程学院网页下载学习。

五、结束语

在青岛科技大学各级领导的支持与帮助下，通过六年的课程改革工作，把课堂讲授、实验、课程设计、综合实验、生产实习密切结合为一个有机体将实践与理论相结合形成了立体交叉式的教改方案，并主要加强实践环节教学，使学生的各种能力得到训练，増强了新科学技术的掌握和处理实际工程的能力，在这些方面我们已取得了一些实际性的突破与成绩。

我们的主要做法是：（1）改革教学内容与课程体系，形成了一套教改方案；（2）采用现代教育技术，健全了教学文件和教学资料；（3）推动了学科的发展和专业教学的深入，改变了原有的人才培养模式；（4）推动了实验室的建设，建立实习基地，提高学生的实际工作能力。

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关键词：自动化专业；实践教学体系；构建

0 引言

高等学校自动化专业教学指导分委员会将自动化学科专业分为“研究主导型”本科自动化专业、“工程研究应用型”本科自动化专业、“应用技术主导型”本科自动化专业和“技术技能型”专科自动化专业。而“应用技术主导型”本科自动化专业分布在地方非重点院校和新升本院校，相对于理论教学而言，实践教学是教学过程中最薄弱的环节。实践教学是整个教学体系中重要的组成部分，是“应用技术主导型”本科自动化专业教育中不可缺少的重要环节。

要改革人才培养模式，提高人才培养质量，增强毕业生的适应能力，教学内容和课程体系的改革是当前高等教育教学改革的重点和难点，通过对课程体系的整体优化来培养出“厚基础、宽口径、高素质、强能力”的创新人才，是高校所面临的一个重大理论和实践课题。高校要发展，必须以人才培养质量为生命线，而实践教学环节是影响当前高校人才培养质量的最突出的环节。因此，构建实践教学体系是高等院校教学基础建设的重点。实践教学体系建设的核心内容包括：系统科学的实践教学模块构建、内外结合的实践教学基地建设、实践教学教师队伍建设等等。

近年来，我校在切实加强实践教学体系建设方面进行了积极有益的探索与实践，效果明显。本文结合我校自动化专业教学内容和课程体系的整体优化，就实践教学环节进行了阐述。

1、构建科学合理的实践教学体系

根据自动化专业的培养目标，对实践教学环节作精心梳理和研究，使各个实践环节和相应的理论教学密切衔接。以培养学生实践能力和创新能力为目标，遵循实践教学先基础后应用、四年实践连成线的原则，加大实践教学的比例，增加集中实践周数，构建各个环节优化组合的新体系，实现实践教学的层次化。实践教学体系如图1所示。

1.1入门层。入门层大学物理实验是学生进入大学后接受系统实验方法和实验技能训练的开端，是对学生进行科学实验基本训练的重要基础，在激发学生的想象力、创造力，培养和提高学生独立开展科学研究工作素质和能力方面具有重要的奠基作用。电工电子实训安排在大学一年级结束后，在学生还没有学习专业技术基础课电工、电子技术前进行。通过有趣的且贴近生活的“电工电子实训”项目，如家用电器安装；简易电子产品焊接、制作及安装调试；计算机组装（DIY）；继电控制柜装配等项目，建立对电工、电子元器件、工艺流程、电器设备、电子仪器等的初步认识，激发学生学习电子电路工作原理、设计技巧的热情，热爱所学的专业，对后续技术基础课和专业课学习有很强的促进作用。

1.2基础层。基础层以独立设课的教学形式学习电路和电子技术，完成系列电工实验、电子技术实验。该层次要求学生理论联系实际，完成严格的电工、电子实验技能训练。该层次中增加设计型、综合型实验内容的比例，有利于培养学生的分析问题解决问题的能力、创新能力，为后续拓展层的实验教学打下坚实的理论和实践基础。

基础层的基本要求是：培养学生基本工程素质、基本实验技能和分析问题解决问题的能力。

1.3拓展层。拓展层是学生试验和小型设计环节的核心层。学生要完成严格的专业课程的实验技能训练和设计能力锻炼。

本层实验系列主要包括：过程控制系统系列实验、、计算机应用技术系列实验。

过程控制系统系列实验完成《自动检测与仪表》、《过程控制工程》、《计算机控制技术》、《现场总线》、《自动控制系统》、《工业计算机网络》和《自动化综合实训》等主干课程和教学环节的基本课程实验和综合实验。

控制技术系列实验完成电机与拖动实验、电气控制实验、电力电子实验、自动控制原理实验、交流变频调速实验、检测技术实验、计算机控制技术实验等。

计算机应用技术系列实验完成单片机原理与应用实验、嵌入式系统实验、EDA实验、DSP实验、微机原理与应用实验、程序设计实验等等。

各课程的实验内容可分为基本型、设计型、综合型三种类型的实验，可以有机组合，满足实验学时增加和设计型、综合型实验比例增加的要求。

本层课程设计系列主要包括电子技术课程设计（小型电子系统、电子产品的设计与制作）、PLC综合设计、自动化技术综合实训、微机控制课程设计、控制系统课程设计、过程控制课程设计等。

拓展层的基本要求是：掌握扎实的专业实验技能，具有系统分析、设计、应用的能力，特别是综合运用所学知识的能力和创新能力，强调自主学习、自主实验。

1.4提高层。提高层是学生综合运用所学知识进行设计开发、技术应用研究的高层次实践教学环节。包括开放性设计项目、毕业实习、毕业设计，也包括学生课外科技活动，全国电子设计大赛的培训、参赛科技制作的实验研究等。

提高层基本要求：自主设计、设计实验、自主研究，培养学生的创新精神和创新能力，增强学生的工程设计和综合应用素质。

2、结语

自动化实践教学体系的建设是一项复杂的系统工程。随着自动化专业教学改革的进一步深入，自动化实验室的建设也在逐步前进。经过几年来的实践，培养了学生的实践能力、实践技能和创新能力，培养了学生的工程意识和创新精神，全面提高人才培养质量。有一批学生参加全国大学生电子设计竞赛活动且获奖，多位教师指导的毕业论文获湖北省优秀学士学位论文。电子技术协会获“全国高校甲等A级优秀社团”、湖北省大学生“优秀社团”荣誉称号。虽然我们已取得了一些阶段性的成果，但和我们制定的建设目标还有不小的差距，仍然需要不断总结经验，勇于进行新的探索和实践，才能圆满完成自动化实践教学体系的建设任务。

参考文献

[1] 李祖欣.电子信息工程专业实践教学体系的构建与实施[J].电气电子教学学报，2004年6月，第26卷第3期

[2] 谢克明.电子信息类大学生实验教学改革与实践[J].实验室研究与探索，2005，24.

[3]吴万荥. 实践教学体系建设的探察与实践[J].中国职业教育，2007年2月1日，总第260期

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【关键词】电气自动化；应用型人才；本科；培养方案

电气自动化类专业是机电类专业体系中的一个重要专业分支，是一项应用型专业课程。随着国家对应用型专业教育和技术人才培养的重视，高等教育的教学模式也进行了不断变革。面对社会对技术人才的日益增长，电气自动化类专业应用型本科人才的培养成为了众多高校的教学目标。本文就电气自动化类专业应用型本科人才的培养方案进行了探索。

1.对电气自动化类专业进行定位，明确专业的培养目标

1.1培养目标

电气自动化类专业是一门应用型技术课程，其主要的培养目标是让更多学生的德、智、体、美得到全面发展，从而更加适应社会的建设和发展。通过对课程的学习，让学生奠定更为扎实的知识基础，扩展学生的知识面，提高学生的实践操作能力，让学生的思维能力、创新意识以及综合素质得到提高，从而具备一定程度的发展潜力，使其能够有效地为社会的建设和发展做出贡献，将更多新型的技术和先进的理论进行应用，研究和发展更多的技术，提高国家的发展建设步伐。

1.2知识体系和能力水平

电气自动化类专业是一门理论与实践联系紧密的课程，其培养的对象要求具备完善的理论知识体系，能够熟悉相关的电气技术、控制技术以及计算机应用技术，同时具备一定程度的生产管理知识、营销知识以及社会科学知识。另外，在掌握理论知识的基础上，还需要具备一定的电气控制技术和计算机控制技术，熟练进行电气设备的安装、调试、维修以及运行。

2.制定有效科学的教学培养计划

2.1制定计划的原则要求

培养计划的制定要遵循合理科学的原则，保障培养对象的质量，从而满足社会的发展和需求。因此，院校单位应该组织人员对课程专业进行认真的调研，从而将专业课程的培养要求和方向进行合理定位，从而制定有针对性的培养方案。院校单位需要组织相关的专业人员对电气自动化类专业的人才需求和发展形势进行调查和分析；与其他的院校进行教学交流；对专业毕业生的就业情况进行调查，通过毕业生的就业信息反馈，把握本专业的理论知识和技术能力标准；开展相关的探讨会议，组织相关专家、政府人员以及企业单位进行交流沟通。通过这些调研工作，从而使专业培养计划得到科学指导。

2.2教学计划

结合对本专业的培养计划进行研究和分析，在满足制定计划原则的基础上，制定合理有效的电气自动化类专业教学计划。教学计划的制定过程中，要合理科学的安排专业的理论课程学时和实践教学学时，对于系内选修课和公共选修课也需要进行安排，丰富学生的理论体系。

3.人才培养的探索和实践

3.1完善人才培养计划

院校可以在每学期的结束阶段开展学期总结会议，对本学期的专业教学进行总结和分析探讨。另外组织学生开展座谈会议，认真倾听学生的建议和反馈，结合学生的反馈信息和学期的教学效果，对专业课程的教学模式进行调整，完善和健全人才培养计划。

结合本专业的性质属性，学生需要相关的技术能力，以下是相关能力的课程安排：

（1）学生需要具备围绕PLC可编程控制器为主要核心的电气控制系统实践能力，从而加深学生对电气控制系统的安装、设计、维修以及运行等技能的熟悉度和了解度。因此在PLC技术的课程安排上，可以制定以电路原理、电机原理与拖动、可编程控制器、组态软件与触摸屏等为主要内容的课程计划。

（2）单片机技术在电气自动化类专业中也属于一门重要技术，学生需要能够掌握单片机的系统结构，学会利用计算机对其进行程序编写、运行和调试等，因此在单片机的技术学习上可以建立以电子技术基础、单片机原理与应用、微机原理与应用、单片机应用系统以及数字逻辑系统等为主要内容的课程体系。

（3）计算机技术应用能力也是本专业的一些必学技术，学生通过对计算机的操作和软件使用，从而进行工业控制。在这门技术的课程设置上，主要有计算机语言、计算机网络、控制系统仿真与CAD以及程序设计等。

（4）供用电技术应用能力与本专业的实际应用息息相关，学生通过对供用电技术的认识和了解，从而能够对供用电系统进行设计、安装、运行、调试以及维修，主要课程包括了供电技术和相关的实习等。

通过对以上专业能力的课程设置，让专业的培养计划更具目的性，让学生在专业课程的学习中更加具有针对性，理论、实践与工程训练的三者结合，让学生不断完善自身的专业理论体系，提高自身的技术要求，使其更加适应社会的发展。

3.2合理变革教学手段，提高课程的教学质量

教师在课程的教学上需要结合学生的学习情况，适时对自身的教学模式进行变革。在目前，多媒体教学技术的应用，能够有效提高教师的教学效率和质量。由于电气自动化类专业的内容学习中，涉及了大量抽象和结构复杂的电气设备，多媒体技术的应用，能够有效地将这些抽象难懂的知识点转换成形象具体的图象，通过图象的演示，让学生能够更为清晰地认识和了解。另外，案例教学和现场教学的应用，能够让学生更加明白课程的培养目标和应用情况，从而加深对专业课程的认识和了解，实际的案例分析和现场的切身体验，让学生能够从中感受到本专业与实际应用的联系，同时也加强了学生的实践经验，加深了对知识的掌握，更好地将理论知识应用到实际生活中。

3.3班级导师制的落实

班级导师制的落实，能够有效发挥教师的主导地位和学生的主体地位，提高教学的质量。教师需要具备一定的品德素质和职业责任，有效指导学生学习，激发学生对专业学习的信心和积极性，帮助学生制定专业的就业规划，让学生顺利完成学业。

【参考文献】

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关键词：机电一体化技术；专业课程设置；高职

中国分类号：TH-39

1引言

机电一体化技术是20世纪70年展起来的一种系统工程技术，它综合应用了机械技术、微电子技术、自动控制技术、信息技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术、信号变换以及软件编程等技术，是多种技术交叉融合的产物，并不断地通过学科交叉、技术融合与创新持续发展【1】。

2目前高职机电一体化技术专业课程设置

机电一体化技术专业是一个基础理论知识面广，实践动手能力强的专业【2】。根据对多个高职院校机电一体化技术专业课程开设情况调研，现将目前高职机电专业的课程设置总结如下：

（一）照搬机械制造专业、电气控制专业及计算机专业的主干专业课程。使课程量大大增加，学生负担加重。

（二）将机械、电子电气、计算机相关专业课程进行了优化，可有些课程有脱节，整个课程设置体系不科学，学生不能理解。

（三）课程设置太偏机械专业。有些高职院校的机电一体化技术专业仅仅在机械设计与制造专业上增加了数控技术专业相关课程。

（四）课程设置偏重理论，实训技能课程少。

课程体系优化，如何优化、精简、合理组织以及创新开发课程是关键。

3课程设置优化

在培养高职学生的技能中，课程是关键【3】。课程是教师教学的指南针，是学生接受知识的最主要的来源。因而，课程设置与优化对学生个方面素质培养非常关键。

（一）调研高职机电毕业生就业岗位群，分析职业岗位对应的主要工作任务及职业资格证书。

高职机电专业毕业生就业岗位主要是面向生产（管理）一线的机电设备的操作、安装、调试、检测、维护及管理，其次是面向家电、智能控制行业企业、智能玩具行业企业等的技术支持及售后维修人员。

（二）课程设置需要考虑因素

1）课程设置一定要从职业岗位群需求知识技能出发

机电专业课程设置，要从学生毕业就业岗位群所需要的知识和技能作为出发点，为行业企业培养无缝衔接的员工，就应该充分考虑到岗位群的需要，量体裁衣。

2）课程设置要突出专业基础知识点和面

机电专业涉及到机械、电子电气、计算机控制多学科多专业，因而课程设置不能只偏向否一个学科，面太窄，就不是机电专业。当然在课程学习中，不可能面面俱到，因而要突出重点。

3）课程设置中要着力培养学生动手能力

高职机电专业，动手能力一定要重点培养。因而在课程中就要设置实践课，不仅仅在某些单独的专业课中有实训项目，可以独立出来专门的实训课程。比如，将电工技术、PLC技术、伺服电机技术等根据高职技能要求整合成电控实训课。

4）课程设置的课程体系系统性好，前后衔接自然。

课程设置先后顺序，一定要符合教学规律，这样才不增加学生学习负担，也有利于养成好的逻辑思维习惯。

5）专业技能的课程要加大学时。专业技能的训练，要孰能生巧。

要加大专业技能课程的学时，实训重在学生训练，关键在于教师的有效指导实训。

6）专业课程要构建模块化。把几门相近的专业基础课和专业课组成一个模块，或者根据完成实际项目所需要的联系紧密的课程构建一个模块【4】比如，编程模块，可以包括PLC技术、单片机应用技术、C语言等课程，因为现在单片机应用技术用C语言来开发。

7）课程内容一定要优化，要将行业职业标准融入课堂，融入课程。我们高职机电专业学生课程内容一定要简化，删除复杂理论推导，重点在基本概念解释和实践能力训练。行业企业标准学习以及职业资格证书考试，都将成为高职课程的特色。

4总结

高职机电一体化技术专业课程优化任重而道远，只有各方面给予充分的支持，集思广益，不断实际总结，不断对课程设置进行探讨，遵循教育规律，实现能力培养的递进性和渐进性。满足社会行业企业对高职对机电毕业生的要求。

参考文献

[1]张立勋，主编.机电一体化系统设计[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2010.

[2]黄筱调，编著.机电一体化技术基础及应用[M].北京：机械工业出版社，2003.

篇10

科学定位是电气工程及其自动化专业人才培养的关键所在，是决定人才培养质量的首要因素。“以学生为根本，以教师为主导，以教学为中心，以质量为宗旨，以市场为导向，以地方为依托，培养下得去、为得住、干得好的基层应用型高级技术人才”作为本专业建设的理念，通过进一步加强电气工程及其自动化专业人才培养模式的研究，强化对学生实践能力和创新能力的培养，加强对师资队伍的建设，提升教育教学的水平，从而确保教学的质量。要达到对电气工程及其自动化专业人才培养模式的科学定位，又可以从以下几点来思考：（1）首先要有明确的专业培养目标。电气工程及其自动化专业培养的人才就是“要适应21世纪社会主义现代化建设的需要，德智体全面发展，综合素质高，应用能力强，基础扎实，知识面宽，以强电为主，强弱电相结合”。在培养方案中要让学生受到基本的电气工程、电工电子技术、计算机控制技术、控制理论等方面的训练，从而实现理论与技能兼修和“基层应用型”的高级技术人才。（2）发展专业特色。电气工程及其自动化专业可以具体分为电力系统及其自动化和输电线路工程设计三个专业方向。在专业培养中，为了使本专业的特色得到最大的发挥，可以让学生在前两年进行“通识”教育，之后再跟对社会市场的人才需求并结合个人的特长，进行专门技能的学习和训练。

2变革传统的课程体系

教育教学的内容和课程体系的设置被认为是实现和提高人才质量的核心，对传统的课程体系进行变革是电气工程及其自动化专业人才培养模式中最有力的方法。变革传统的课程体系，就需要构建“理论——技能”相并重的教育模式，在优化课程体系的过程中，使学生能够在理论学生的过程中也实现技能的提升，使学生能够实现自身专业素养的提高。在变革传统课程体系中，我们可以把专业课程分为基础类的、实践类的和专业技术类的三种。在基础类课程中教育工作者就需要在遵循教育教学的规律中转变原有的陈旧的教学理念和教学方式；在实践类课程中教师要注重学生理论知识的转化，在实践操作的过程中将知识实现为自身的技能。

3注重理论教育的同时强化实践教学环节

电气工程及其自动化专业是培养基层应用型人才，因此教师在加强理论教育的同时也要注重强化实践教学的环节，从而提高学生在计算机应用、工程创新和实践以及创业等方面的能力。（1）首先在课程设计方面要突出实践教学。“课程设计是学生理论联系实际的重要实践教学环节，是对学生进行的一次专业训练”，因此在课程设计方面可以增加诸如电力系统及其自动化方向的电力系统的短路电流计算课程设计、单片机原理与接口技术课程设计等。增加这些实践教学环节就是要学生巩固和加深所学到的专业理论知识，并在实践的过程中培养和实现学生独立发现问题、分析问题和解决问题的能力。（2）其次要增加实习环节。为了提升学生的实践能力，在培养中还应该注重学生的实习教学环节，让学生可以在真实状态下进行实际的操作，从而将知识内化为自身的一种能力。例如，可以安排学生到与学校有合作关系的企业实习，在实习中让学生做好实习日记，并且在实习完成之后也实习报告，对整个的实习过程有一个整体的反思和评价。在实习教学中科学的设置和安排符合培养的目标，能够使学生加强对专业知识的理解，同时增强自身的感性认识。

4结语