2018跨专业学习计算机控制技术课程的教学改革探索

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【摘 要】本文以数学专业学生学习计算机控制技术课程为例，对学科性质和学生特点进行分析，从选取教学内容、采用教学方法和设置课程考核这三个方面，探讨了基于创新型人才培养的交叉学科的教学改革与实践。
【关键词】计算机控制 交叉学科 背景驱动 教学改革
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2015）15-0059-02
　　随着计算机技术、网络通信技术的逐步完善和工业技术的快速发展，用计算机控制系统对整个工业过程进行控制成为控制系统的必然要求。计算机控制技术是以培养学生的理论基础和实践能力并行的有效课程，也是目前高校很多专业都要开设的一门本科课程，比如信息与电气专业，机械工程专业，自动化专业，计算机专业等。该课程以信号系统知识为基础，主要涉及软件和硬件分析、系统设计和应用等方面的内容。课程要求学生在学完之后，能够掌握用计算机控制一个生产过程的基本方法，学会计算机控制系统的分析设计方法，能够完成简单的计算机控制系统的设计。如果学好该课程，学生就能很好地开拓知识面，体验到将所学理论知识和实际问题的结合。目前该课程的教学在国内外还处于探索和完善过程中。
　　2008年，中国矿业大学数学与应用数学专业将计算机控制技术及应用设为本专业的专业基础课程，将该课程作为与现代控制理论基础和自动控制原理并行的课程为数学与应用数学专业高年级本科生开设，对于培养学生用数学方法解决实际问题的能力以及创新能力具有重要的意义。然而数学专业本科生的特点是逻辑推理能力相对较强，学习过程中更注重理论推导，实际动手能力相对较弱，对于公式中符号代表的实际意义关心不够。
　　作为容纳了计算机技术，网络通信技术和控制系统综合知识于一体，对实践动手能力要求比较高的计算机控制技术课程，对于数学与应用数学专业本科生而言，学科跨度比较大，从掌握基本知识到动手实践需要一个相对较长的过程。因此，如何让数学与应用数学专业的学生在有限的时间内学好该课程，需要我们认真探索教学改革。下面从选取教学内容，采用教学方法和设置课程考核三个方面，结合数学与应用数学培养方案的要求，探讨基于创新型人才培养的计算机控制技术的教学改革与实践。
　　一 选取教学内容
　　1.注重数学专业特点，合理选取教学内容
　　计算机控制技术对于数学与应用数学专业来说属于交叉学科。在信息与电气、自动化等专业一般需要64学时完成，而数学与应用数学专业学时数减为其二分之一，使学生掌握计算机控制系统的组成，特点及其应用，掌握计算机控制系统的描述，分析与设计方法，更注重了对控制原理的教学。这就要求在选取教学内容时要有所选材，突出重点，既要让学生入题时不感到突兀，又能达到培养目标的要求。对于计算机控制系统的组成及特点，要让学生以了解为主，对信号的类型以介绍为主，对于课堂内容一部分介绍概念性知识，一部分介绍公式表示的意义以及能解决哪方面的问题，把公式的推导和证明留作课后作业。
　　2.整合实验内容，集中解决实际问题
　　理论和实践类课程培养学生的实际动手能力是必不可少的。在实验课时有限的情况下达到实验目的，就需要对实验内容进行整合。设计两个实验内容，让学生在集中的实验课上完成，比如数字PID控制实验和最少拍控制系统实验，学生通过实验能够完成自我设计一个简单的计算机控制系统，在实验过程中充分发挥数学与应用数学专业学生的MATLAB编程和对被控对象建立数学模型的优势，这样既增加了学生对本课程的认知兴趣，又提高了学生的动手能力，同时对学生学习本专业数学也起到潜移默化的影响。
　　
* 中国矿业大学教改项目背景驱动教学方法的研究与实践以计算机控制技术及应用课程教学为例（编号：2013Y35）、基于创新人才培养的数学专业最优控制课程教学改革研究（编号：2001246）、公共基础课《线性代数》课程建设的探索与实践（编号：2013B05）
　　二 采用教学方法
　　1.将背景驱动的教学模式用于课堂教学，提高学生的学习兴趣
　　背景驱动就是指在课堂教学过程中，教师将所要讲授的新知识隐含在一个或几个具体的背景中，让学生通过对实际背景进行分析和讨论，循序渐进地解决要讲解的问题，最后通过背景的解决而实现对所学知识的理解。这对引导学生积极思考，帮助学生完成从学习知识到应用知识的转换起到非常重要的作用。计算机控制系统的设计往往来源于实际的工程背景，采用背景驱动的教学模式进行教学需要教师在课前充分地备课，针对所讲内容查找相应的实际的问题并设置几个课堂问题，将看似复杂的理论通过实际问题阐述得更直观清晰，便于学数学的学生接受。另外，在对实际控制系统的数学模型进行现场模拟和分析时，教师要充分利用MATLAB仿真软件作为教学工具，在整个教学过程中要和学生产生互动，让学生成为学习的主体，从而避免了古板的老师教学生学的教学模式。这在现代化的多媒体教室中是完全可以做到的。
　　2.与实践创新项目结合，培养学生的创新能力
　　国家和学校每年都为本科生配备相当数量的大学生实践创新项目，鼓励学生组织团队积极申报，任课老师做指导，做到教研相结合。以实践创新项目为依托，选取计算机控制系统的实际问题，结合实践创新项目完成课程的实践训练，培养学生的科研创新能力和实际动手能力。高年级本科生也可以本科毕业设计为依托，自主完成一个小型计算机控制系统的设计，锻炼解决实际问题的能力。　　3.有效利用教学辅导材料
　　作为一门本科生的专业课，课程都配有完备的教学辅导书和习题库。教师在教学的过程中要利用好这些资源，并不断地补充和完善教辅材料。使学生在学习过程中感觉有所参照，不至于抓空。另外，每年举行的各类大学生数学建模竞赛是针对大学生开展的重要活动，教师要注意积累历年来关于计算机控制技术的数学模型问题，在课堂上分享给学生，调动学生学习的积极性，为参加各类大学生数学建模竞赛积累经验。
　　4.教