時間：2023-09-18 17:32:25
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇計算機控制技術課程，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞： 計算機控制技術 學習興趣 教材 教學方法 實踐能力
計算機控制技術是計算機的一個重要應用領域，主要研究如何將計算機技術和自動控制理論應用于工業生產過程。它是我國高等工科院校中高職和高專各類工業電氣自動化、機電一體化、計算機控制技術、自動化儀表、測控技術等主干專業課之一。由于計算機控制技術理論性和實踐性都很強，同時變化和發展較快，新知識層出不窮，如何在有限的課時內教給學生基本的理論基礎和實踐技能，對廣大教師來說是一個很大的挑戰。教學實踐中，我在以下幾個方面作了一些有目的的嘗試。
1.培養學生的學習興趣，調動學習積極性
“興趣是最好的老師”，培養學生的興趣是關鍵。不論教師講得多好，如果學生對講的內容不感興趣、感覺沒用，他就不會努力學習這門課程，教學肯定是不成功的。為了避免學生出現對計算機控制技術這門課的誤解，對它失去興趣，起初上課時，教師不要講授太多太深的理論知識，可結合學生所學專業，進行現場參觀和動畫演示。實例的有效引入，可以讓學生了解計算機控制技術的實用性，激發學生的學習興趣，培養學生的學習積極性。學生學習的積極性調動起來了，教學也就成功了一半。另外，還可利用網絡通訊工具和學生交流，鞏固學生已經樹立起來的學習積極性，如在網上論壇上設立留言板和討論板，學生可以向教師提出問題，教師在網上解答學生的問題，同時教師也可以在網上相關材料，讓學生展開討論，這樣能極大地激發學生的學習興趣，使得以往教師的“滿堂灌”的填鴨式教學變成學生自主式學習。
2.精心選擇教材，吃透教材，形成適合教學的講義
作為一門現代的交叉學科，計算機控制涉及自動化技術、計算機技術、通信技術、先進制造技術等諸多學科，呈現開放性、集散性、智能性和信息電子化與網絡化的特點。基于本學科的這種特征，初學者很難掌握計算機控制的精髓，并應用于工業生產過程。因此，一本好的教材將有助于初學者理解、掌握和應用計算機控制技術。
選用教材的原則：首先，根據教學大綱選擇教材，對于高職學生，不能選擇本科教材，因為對于不同的學生，教材的側重點不同，但教師可以選用本科教材作為參考書。其次，盡可能選用優秀教材、名校教材。最后，不能只憑訂書單上的名稱和簡介來選定教材，選定之前應該看到樣本。總之，選擇合適的教材，既要有利于教師設計教學過程，又要有助于學生的學習。
教師拿到教材后，應盡早地備課。教師必須吃透教材，做到融會貫通，舉一反三。這樣才能對教材有整體把握，才能根據大綱的要求，合理地安排章節的取舍、章節的學時數，包括理論課、實踐課等。教師應當發揮創造性，應該有自己的風格，不能“照本宣科”，要適當地穿插一些實際的資料，從而形成適合教學的講義，提高教學質量。
目前，我院正在進行示范校建設，將逐步對專業課教材進行改革，我所講授的計算機控制技術課程也進行了一些有目的的嘗試。其核心就是采用“基于工作過程”的教學模式，使教材更接近學生實際，更接近生產實際。
3.以學生為主體，不斷改進教學方法
計算機控制技術課程的內涵十分豐富，涉及的知識單元和知識點很多。因此在教學過程中，教師不僅要培養學生計算機控制技術，而且要培養學生系統分析和系統開發的技能。實施“計算機控制技術”的教學，課堂教學中往往以教師講課為主，要求學生緊跟教師的思路，但是教學方法極易造成教與學的脫節，限制學生創造力的正常發揮。因此，教師應以學生為主體，緊扣教學大綱所確定的培養目標，以應用為目的，以必需夠用為尺度，打破課程界限，將相關課程的知識點加以整合，按照“實際、實用、實踐”的原則重新組織教學內容。這是計算機控制技術教學方法的重要方面，也為教師在講課過程中提出了更高要求。
根據計算機控制技術課程教學的實際要求，現有課程一般都在多媒體網絡教室中授課。教師通過廣播系統可將講課內容和操作計算機的過程同步顯示在所有的學生機上，可以使講解的內容更加直觀形象，更易于理解，極大地豐富課堂教學內容，加大傳遞信息的容量，提高教學質量和教學效果。但這種方式也有不足之處，首先，多數學生可能沒有接觸過這種教學方法，缺乏相應學習經驗。其次，授課過程中，教師將講課內容制作成電子教案或教學課件進行課堂演示，信息量大，如果速度太快，學生將無法做到邊聽課邊做筆記，學生印象較淺，容易遺忘。因此，我改進了教學方法，建立了個人的網站，為學生提供教學相關的信息資源支持環境。學生可以通過上網獲取教學大綱和教學計劃等文件，也可以下載相關學習課件、實驗素材和習題等，進行復習或自學，以加強和鞏固課堂上所學的內容。另外，教師在教學過程中的角色轉換也是一個重要環節，除了原有理論課教學、上機指導、習題課以外，還需加強包括網上通知、網上答疑、在線討論等方面與學生的溝通和交流。
4.強調實踐環節，以培養學生能力為中心
計算機控制技術是一門實用性很強的課程，既有理論又有實踐，既講方法又講動手能力。許多知識和技能是要靠學生自己動手，在實踐中獲取的，實踐是學生認知的重要環節。經驗表明，通過實踐可以提高學生分析問題、解決實際問題的能力，可以提高學生的創新能力，可以提高學生自主學習能力，可以提高學生基于問題式的學習能力。
合理安排課堂講授與實踐的比例，這體現了對學生的培養目標。以我的經驗，過去安排的學生實踐比例太少了，應該適當增加。
實踐方式也應該豐富多彩。實踐的目的首先是印證對理論的理解，然后熟悉、掌握所學技能，最后綜合利用所學知識，啟發學生的創造能力和創新精神。在實踐環節里，應盡量減少驗證型實驗的比重，適當增加設計型、綜合型及實用型實驗。目前大部分實驗項目都在實驗臺上進行，缺點是學生無法看到真正的實物。為了增加學生的感性認識，授課教師可以準備一些如傳感器、調節閥、小電機等實用的散件，要求學生完成系統的設計、安裝和調試實驗，以提高學生的動手能力，為學生創造性發展提供良好的條件。
關鍵詞：物聯網專業；控制理論與技術；課程內容；課程設置
1、背景
隨著自動控制理論的發展和計算機技術的興起，在工程實踐中采用計算機并行、分布式處理設備來控制各類系統正常工作的生產方式已經越來越普遍。根據物聯網專業的課程設置和培養目標，控制理論與技術是其重要的專業基礎課，通過學習該課程，學生應掌握控制理論與技術的基本概念、原理和方法，并具備一定的工程應用能力。
由于物聯網專業的課程設置和培養目標與自動化等專業不同，因此不能開設大量控制類課程。如何在有限的學時內使學生掌握較全面、實用的控制理論與技術，是物聯網專業控制理論與技術課程設置中亟待解決的問題。
自動控制原理是自動化等專業的重要基礎課程，該課程理論性強，需要學生具有較好的數學基礎，而物聯網專業的培養目標偏重實踐能力，若采用原有自動控制原理的教學內容，無法使學生真正領會該課程的實際應用價值。隨著計算機技術的發展，自動化等專業普遍開設了計算機控制系統和分布式控制技術等應用性較強的課程，但如果對物聯網專業的學生僅講授計算機控制系統或者分布式控制技術的內容，則缺乏基本控制理論的支撐，基礎知識單薄，難以達到好的人才培養效果。
針對這一問題，筆者提出把自動控制原理、計算機控制系統、分布式控制技術等內容結合起來作為教學內容，并把理論教學、實驗、實訓結合起來，使學生既具有一定的理論基礎，也具備一定的工程實踐能力。
2、課程結合形式和授課方式
物聯網專業控制理論與技術課程所涵蓋的基礎內容包含物聯網控制技術概述、自動控制原理、計算機控制系統和分布式控制技術4部分（見圖1）。
物聯網控制技術概述部分簡要介紹控制理論與技術的主要內容、基本概念、發展簡史、基本控制方式、控制系統的組成及分類、控制系統的性能要求、控制研究的課題與發展方向等，使學生初步了解課程內容，理解控制理論與技術和物聯網專業之間的關系，掌握該課程的特點和學習方法。
2.1 自動控制原理內容
物聯網專業控制理論與技術中的自動控制原理部分理論性強，對學生的數學要求較高，不易理解，需要學生具備工程數學、電工電子技術等課程基礎，同時還要開設計算機控制系統、過程控制工程、運動控制系統等后繼課程，使學生充分理解整個課程體系。
然而，對于物聯網專業的學生來說，由于培養目標的不同，該專業多數沒有開設工程數學作為先修課程，也沒有開設相應的后繼課程，這增加了自動控制原理部分的教學難度。結合物聯網專業的實際情況，可以適當降低該課程的理論難度和深度，簡化復雜的知識點講解，增加實例，同時根據教學需要輔以相應數學知識的講解。
自動控制原理部分可以分為5大模塊：控制系統的數學模型、時域分析法、復域分析法、頻域分析法和自動控制系統的設計與校正。
1）控制系統的數學模型。
該模塊介紹自動控制原理的基礎知識，主要講解拉氏變換、傳遞函數、動態結構圖及其等效變換、典型環節的傳遞函數和自動控制系統的傳遞函數等內容，使學生對自動控制原理的學習內容具有整體的把握，同時了解相應的課程重點、難點和學習方法。
2）時域分析法。
該模塊主要講解典型輸入信號及性能指標、一階系統分析、二階系統分析、高階系統分析、系統穩定性分析、系統穩態精度分析等知識點，同時，輔以相關例題，作為課堂和課后作業，加深學生的理解。
3）復域分析法。
該模塊主要講解根軌跡法，包括根軌跡的基本概念、繪制根軌跡圖的基本法則、利用根軌跡分析系統的動態性能和廣義根軌跡等。在講解的同時，以課堂講解例題和課后作業的形式，使學生切實掌握根軌跡法。
4）頻域分析法。
該模塊主要講解頻率法，包括頻率特性、典型環節的頻率特性、控制系統開環頻率特性、穩定判據及穩定裕度、閉環頻域性能指標及時域性能指標的估算和系統開環頻率特性三頻段概念等。在講解的同時，通過大量的實例，培養學生對基礎知識的應用能力。
5）自動控制系統的設計與校正。
該部分的知識點較多，主要講解控制系統的設計步驟、性能指標與系統設計的基本思路、基本控制規律、常用串聯校正網絡、常用的串聯校正方法、反饋校正、復合校正和控制系統設計實例等內容。在講解的同時與實際系統相結合，加深學生的理解。
在這5個模塊中，第1模塊是學習的基礎；第2、3、4模塊是核心內容，是授課的重點內容，也是難點，需要詳細講解每個知識點，并輔以實例；第5模塊起到承上啟下的作用，既要對前面幾個模塊向應用的層面進行擴展，也要為后面計算機控制系統和分布式控制技術的內容做好鋪墊。
2.2 計算機控制系統內容
隨著計算機技術的普及，現代工、農業生產中的大多數控制是在計算機的輔助下實現的。在學生日后的實際生產應用中，要想充分發揮所學的控制理論與技術相關知識，計算機控制系統的學習是必不可少的。
物聯網專業控制理論與技術中的計算機控制系統部分的學習，可以安排在自動控制原理部分之后。通過自動控制原理部分的學習，學生能掌握自動控制原理的基礎知識和分析方法。計算機控制系統部分的內容更加貼近實際，具有較強的實踐性和較高的實用價值。計算機控制系統部分主要包括以下內容：檢測設備和執行機構、總線技術、過程通道與人機接口、數據處理與控制策略和抗干擾技術。
檢測設備和執行機構部分主要講解常用的傳感器、變送器以及執行機構；計算機總線技術部分重點講解總線的基本概念、內部和外部總線等知識點；過程通道與人機接口部分重點介紹數字量輸入輸出通道、模擬量輸出輸入通道以及人機接口的相關內容。這些內容是計算機控制系統的基礎知識，教師一般以講解為主，并輔以實例，使學生把常用的設備、元件和計算機控制系統聯系起來。
數據處理與控制策略是授課的重點內容，通過這部分的學習，學生能掌握數字控制器的設計技術，包括數字濾波和數據處理的方法，以及數字PID控制算法、常規控制方案、先進控制方案等基本的控制策略。抗干擾技術是計算機控制系統設計中不可缺少的內容，通過講解和舉例可以使學生明白干擾的傳播途徑與作用方式，并掌握硬件抗干擾技術和軟件抗干擾技術。
計算機控制系統的內容與實際聯系較為緊密，如果與實驗、實訓相結合，則容易調動學生的學習積極性，進一步培養學生的動手能力，可以達到較好的教學效果。
2.3 分布式控制技術內容
分布式控制技術的應用日益廣泛，在物聯網專業控制理論與技術課程中增加對分布式控制技術的講授，不僅可以使學生掌握較為先進的控制方法，也可以為后面云計算等與分布式計算相關的課程打下基礎。基于物聯網專業控制理論與技術課程的培養目標和課時，分布式控制技術的內容不易涉及過多，可以作為計算機控制系統部分--的有益補充。這部分的學習主要使學生了解分布式系統，掌握最常用的客戶服務器端架構方式。
在對分布式系統定義的講解過程中，可以對比介紹分布式與集中式的區別，以及分布式與計算機網絡的關系，詳細分析分布式系統層次結構、分類以及分布系統的主要特征（容錯性、安全性等），并進一步介紹分布式系統中的軟硬件設備。
客戶一服務器端架構是最常用的分布式控制方式，在介紹客戶一服務器模式的基本概念和優點后，可詳細講解兩部分內容：一部分是客戶一服務器端架構和體系結構，包括面向連接服務與無連接服務、應用程序的層次結構和客戶一服務器模型體系結構等；另—部分是客戶-服務器模型的進程通信，包括進程通信中客戶—服務器模型的實現方法和客戶_服務器模型的進程通信協議。
由于云計算等后繼課程的開設，分布式控制技術講授的內容不易過多，使學生能初步掌握分布式系統的概念、特點和典型應用即可。
3、課時安排
物聯網專業控制理論與技術課程的學時安排要結合學生的具體情況。如果是本科生專業，可以適當增加自動控制原理的內容，這部分內容的理論性較強，能夠使學生深入理解基本的控制理論。如果是專科專業，可以適當增加計算機控制系統和分布式控制技術的內容，這部分內容的理論相對簡單，對學生的數學基礎要求不高，以結合實踐的具體應用為主，能充分調動學生的學習積極性，培養學生的工程實踐能力。
以48～64學時的課程設置為例，物聯網專業控制理論與技術課程內容安排見表1。在自動控制原理、計算機控制系統和分布式控制技術這3部分中，以自動控制原理為主，占31～3時，這部分包含最基本的控制理論，是學習的重點與難點。計算機控制系統和分布式控制技術占17～25學時，這部分與生產實踐結合緊密，是基
同時，還應設置8～16個學時的實驗，培養學生的動手能力，并輔以1～2次的專業實訓課程，讓學生進入生產第一線，進一步理解控制原理和技術在現代化工業生產中的應用。
4、實驗與實訓設置
實驗有助于加深學生對基本概念、理論和算法的理解。由于控制理論與技術課程涉及較多的教學內容，針對每個教學內容都采購專門的實驗儀器設備，會給新開設的物聯網專業實驗室建設帶來較大的壓力，因此，課程開設初期可以采用仿真試驗的方式，既可以涵蓋理論教學內容，也能夠降低實驗室建設成本，以后再逐步增加實驗設備及相應的實驗。
Matlab軟件功能強大，可以直觀地顯示并分析復雜的結果。很多高校都采用Matlab軟件完成自動控制原理和計算機控制系統等課程的實驗教學。物聯網專業的控制理論與技術課程也可采用Matlab仿真軟件，并輔以C或者C++等學生較為熟悉的高級編程語言聯合編程，以滿足相應的控制需求。
控制理論與技術課程共設置8個實驗，每個實驗2學時，實驗內容為控制系統的Matlab數學建模、控制系統的時域分析、控制系統的頻域分析、控制系統穩定性和穩態性能分析、控制系統串聯校正、采樣系統設計與實現、PID調節器設計與實現和電機控制系統綜合設計。其中，前5個實驗類型為驗證性實驗，后3個為綜合設計性實驗，以學生操作為主，每人一機，輔以計算機多媒體演示。在實際教學中，可根據實際情況調整驗證性實驗和綜合設計性實驗的比例，使學生充分理解理論教學內容、靈活運用所學知識，培養學生的綜合能力。
實訓可以使學生進一步理解控制理論與技術在實際工程中的應用，激發學生研究探索的興趣，促使學生更快地把所學知識應用到工作中去。以青島科技大學為例，物聯網專業開設了“輪胎智能生產流程實訓”。通過實訓，學生了解了橡膠輪胎企業生產中的各個環節、各個流程，全面掌握橡膠輪胎企業中的控制原理與技術以及物聯網相關的技術環節、技術裝置和技術性能等，全面提高了學生綜合知識的應用能力。
關鍵詞：計算機控制；理論教學；考核方式
作者簡介：張立富（1971-），男，黑龍江哈爾濱人，黑龍江大學機電工程學院，副教授。（黑龍江 哈爾濱 150080）
基金項目：本文系黑龍江大學新世紀教育教學改革工程項目（項目編號：2011C112）的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）08-0148-02
“計算機控制技術”以控制技術、電力電子技術、計算機技術等為基礎，綜合運用了傳感與檢測技術、PLC技術、工程技術、電機測控技術、單片微控制器技術和網絡構建技術，其核心是微電子控制技術，是實現生產技術的精密化、生產設備信息化及生產過程自動化的專門學科。[1]近年來，企業對計算機控制領域的應用人才需求很大，為了適應科學技術發展對高層次人才培養的需求，各高校都在積極尋求“計算機控制技術”課程教學改革的有效方法和手段，加強對學生創新能力與綜合素質的培養。由于“計算機控制技術”課程的理論性和實踐性都很強，因此，對理論教學和實踐教學、考核方式進行探討、研究和實踐顯得尤為重要。
一、“計算機控制技術”課程現狀分析
在“計算機控制技術”教學實踐中，存在的主要問題有：
1.理論學時數多，實踐學時數少
目前，“理論課+實驗”是被各高校所普遍采用的“計算機控制技術”傳統教學模式，課堂教學往往占主導地位，實驗教學起輔的作用。這就直接導致了學生學到和掌握的理論知識較多，但真正面對實際系統的時候仍然是一片茫然，而如果盲目減少理論學時數又會影響課程內容的系統性和完整性。
2.實驗教學內容單調
當前，在大部分高等院校所開設的“計算機控制技術”實驗中，通常是演示性的實驗和驗證性的實驗居多，比如A/D轉換實驗、PID控制實驗等，而開發性較強的綜合性實驗設置偏少。學生通常對于簡單的驗證性實驗能夠較好地掌握，效果也較好，而在進行獨立的綜合性系統開發時顯得一片茫然，無法將學到的理論知識有效地轉化為實際的動手能力。
3.考核方式不能客觀地反映學生的能力
該課程傳統的開卷考核方式和閉卷的考核方式都對課本的依賴程度較高，學生往往可借助死記硬背的方法就能獲得較高的分數。而對于那些平時善于獨立思考，具有創新意識，興趣點在于解決實際問題的學生來說顯然是不公平的，這是因為他們不喜歡死記硬背，取得的成績自然也不是很理想。顯而易見，這種單一靠一張試卷來評價學生的考核方式存在的弊端較大，更不能如實地反映一個學生的真實能力和水平。
二、“計算機控制技術”課程的理論教學和實踐教學改革
1.進行理論教學改革，注重對學生創新能力和綜合素質的培養
課程改革除了優化教學內容之外，教學方式、方法的改革也很重要。隨著現代科技的不斷發展和進步，單純的繼承型、守業型人才已經無法滿足社會的需求，未來的人才應以能夠獨立思考、善于進取、有創造性思維為基本特征，并能夠順應新形勢的發展、變化。[2]
（1）重視教學目的和要求。在教學過程中，教師應重點強調“計算機控制技術”課程的教學目的和要求，這就決定了在教學過程中基本概念、基本規律的講授形式。在講解計算方法時，除了培養學生的計算能力，還可以借助計算所得的結果使學生更好地理解和掌握基本概念或基本規律。
（2）采用多種教學方法，使學生成為學習的主體。由于計算機控制技術非常密切地與實際應用相聯系，枯燥的概念比較多，因此授課教師所采用的教學方法是否合理必然會影響教學效果的好與壞。[3]筆者根據具體的教學目標、課程的特點、學生的知識基礎和心理特征，以及其自身的特點，采用多樣化的教學方法大大降低了“計算機控制技術”的教學難度，所講授的內容也就更容易被學生所理解。
積極運用項目驅動教學法。該方法將“理論教學、學生自學和獨立實踐”有機結合在一起，以集教學和實訓為一體的實訓室為載體，以小組為單位，由實際問題入手，通過技能訓練引出相關的知識和理論，給出明確的學習目的、學習內容和學習要求。學生通過自主學習找到解決問題的思路，最后通過獨立動手實踐進一步加深對于概念的理解和掌握，同時相關的技能也獲得了提高。這種教學方法將理論知識的實用性放到首位，徹底打破了傳統的先理論后實踐的教學模式。
積極采用探究式教學法。在教師的指引下，讓學生對當前教學內容中的主要知識點進行自主學習、深入探究并輔之以小組合作交流或討論，這種教學模式既可以提高學生的學習興趣，培養創新思維和創新能力，還可以幫助學生更深入地理解和掌握所學內容。
該教學法能夠取得成功的關鍵是要保障學生在學習過程中的主體地位，同時還需要有教師啟發和引導，離開其中的任何一方，探究式教學模式都很難取得良好的效果。由此可見，“自主、探究、合作”是這種教學模式的基本特征。
（3）轉變授課方式，培養學生獨立學習和思考的能力。通過改變授課方式加大課堂信息量，在總學時無法增加的情況下適當減少理論課教學時數，增加實習實訓教學時數，即做到：在課堂教學上抓住重點內容，盡量選擇有代表性的方法和技術來講解，給學生留出課后自學的空間。課堂教學內容從剛性化向柔性化轉變，從單一化向多樣化轉變，從灌輸式向啟發式轉變，鼓勵學生自主學習，獨立思考。
2.改革教學手段，增強教學效果
研究和改進教學手段也是提高教學質量的重要一環，在明確教學目的和內容之后，教學手段將直接影響學生對于知識的理解和掌握，對于能否高質量地完成教學任務和教學目的意義重大。本課程在教學過程中大膽采用高科技教學手段，尤其是多媒體輔助技術、3D動畫制作技術和模擬仿真技術，突破了傳統的“教材+粉筆+板書”教學模式。改革教學手段不但可以使晦澀難懂的教學內容變得更加直觀形象，而且還可以節省教學資源，提高教學質量。
3.實踐教學改革，培養濃厚的學習興趣
（1）為培養學生的動手能力和創新意識，課題組以作業的形式安排了小型課程設計。如“鍋爐溫度計算機控制系統設計”、“直流電機閉環調速控制系統設計”、“產品裝箱計算機控制系統設計”等與課程密切相關的內容，同時在設計任務和內容上要考慮到學生能力的個體差異，既要照顧到一般水平的同學，也要給少數優秀的學生發揮聰明才智的機會。通過這樣目的性很強的實際設計會使學生得到不同程度的鍛煉，如：方案的選擇、硬件的構建、軟件的開發等。鞏固所學知識的同時，也為將來順利完成畢業設計打下了良好的基礎。
（2）除了在教學過程中增加課程設計這一教學環節之外，在教學改革的過程中，筆者還對實驗室進行了完善，對原來的實驗內容進行了優化，設置了綜合性的設計實驗與傳統性的印證性實驗，以期通過實踐教學，達到培養學生應用所學的控制理論去解決實際問題、將實際遇到的問題抽象為理論問題的能力的目的。綜合性實驗與印證性實驗的區別在于：只給出實驗的目標和要求，詳盡的實驗步驟、實驗電路圖是沒有的，學生可以根據個人的實際情況選擇難易程度不同的實驗并在實驗之前完成預習報告，根據實驗給出的性能要求，獨自進行系統的設計、系統的搭建和調試，完成實驗任務之后，要求學生寫出實驗報告及心得體會。通過采取這些措施，極大地調動了學生的學習主動性和積極性，有利于培養學生的實踐能力和創新思維。
（3）加強實踐環節，引入企業現場教學環節。加強實踐教學環節，培養學生的創新能力和創新意識。由于本課程具有綜合性與實踐性強的特點，在教學過程中，筆者引入了企業現場教學環節來彌補傳統教學模式的不足。企業現場教學的意義主要體現在：一方面，通過帶領學生深入企業現場了解產品的研發過程，讓學生對于所學知識的實際應用有個直觀的認識和了解，切身感受所學課程的重要性，提高學生的學習興趣；另一方面，通過在企業現場結合實際應用的講授，可以引導學生做到學以致用，增強理論聯系實際的能力；通過在企業的參觀、學習還可以加深學生對企業的認識，了解企業對人才的需求，從而引導學生及時地調整自己的學業規劃，為將來的就業做好準備。
（4）積極參加各種科技實踐活動。機電工程學院所設置的專業分成機械和電氣兩個方向，屬于純工科性質，將來學生的就業領域以工程應用居多。因此，自學院建立以來一直非常重視鼓勵學生積極組織或參加各種形式的科技活動，如：3D建模競賽、大學生挑戰杯比賽，同時還建立了大學生創新實驗室，有對相關的科技創新活動提供研發平臺；選擇一些優秀的學生組建應用軟件的學習團隊，配備專業的教師為學生提供必要的學習指導，如：利用MATLAB軟件進行控制系統的仿真研究；利用Protel軟件進行電路板設計；利用SolidWorks或UG軟件進行三維建模設計。在提高學生的計算機應用能力的同時，還進一步拓寬了將來的就業機會。[4]
三、改革考核方式，加大對動手能力的考核力度
盡管可以把對學生進行考核作為督促他們學習的有效手段，但絕不是最終的目的。傳統的考核方式通常是憑借一張考試卷來評判學生學習效果，這種評價方式無法體現學生的綜合能力，尤其是動手能力和創新能力，而更為科學的評價模式應該不僅能激發學生學習的熱情，而且還能反映學生的綜合實力。
最后的成績除要考慮閉卷考試成績之外，還應該引入平時的作業、測驗、實驗、課程設計等環節。筆者經過多次實踐，總結出比較合理的權重分配為閉卷考試成績占45% +平時成績（含作業和測驗）占20%+實驗成績占20%+課程設計成績占15% 的模式。通過采取這種靈活多樣的多環節考核方式，可更為有效地激勵學生學習熱情以及對實習實訓的重視程度，使考核的結果也更加客觀。
四、結論
“計算機控制技術”是電氣工程及其自動化專業的重要課程，涉及科目種類繁多，具有專業性強、內容更新快等特點。課題組為有效提高學生的綜合素質，根據課程特點從理論教學以及實踐教學兩個方面進行了研究與實踐，并對考核方式進行了優化，獲得了較好的教學效果。
參考文獻：
[1]林敏.計算機控制技術及工程應用[M].第2版.北京：國防工業大學出版社，2010.
[2]陸鋒，陳桂，林健.應用型本科院校《計算機控制技術》課程教學改革實踐[J].創新教育，2011，（12）.
[3]周景報.關于計算機課程教學方法的探索[J].廣西輕工業，2009，
【關鍵詞】電氣自動化 課程體系 優化改革 特色思考
電氣自動化技術對新型高技能人才市場需求潛力巨大。畢業生主要面向企業自動化生產線的供配電系統、計算機測控系統、電氣工程、自動控制系統、樓宇智能化設備安裝、調試及運行維護、機電設備銷售、安裝及維護、電力系統的設備運行及維護等。為了學生能夠更好的適應社會的發展，課程體系構建的合理性顯得尤為重要。
一、傳統電氣自動化技術課程體系的不足
傳統的電氣自動化課程體系一般針對電工電子及繼電控制等，并明顯偏重電氣控制。而當前科技發展的態勢特別注重專業交叉融合，電力電子技術，自動檢測技術，機械技術，信息技術等高度結合以實現生產線的柔性化與智能化。還有目前開設的一些課程帶有明顯的滯后性，如 《自動控制原理》等關于電氣自動化技術基礎方面的課程， 課程內容除了一些有關自動化系統的基礎理論外，其課程中所講述的電氣自動化技術、裝置與器件，大多數都與當前工業現場使用的新型技術、裝置等脫節。目前許多高職高專電氣自動化的教學都帶有一定的隨意性，電氣自動化課程和內容常常只是根據本校的場地、設備、考證要求、教師素質來開設，教學內容多呈散亂的低水平狀態，難以保證課程的教學質量。隨著生產設備科技含量不斷的提高，以滿足企業需求為目標的新興行業不斷出現，電氣自動化專業要保持其自身的特點，必須強化專業方向，優化課程體系改革。
二、課程體系的改革與優化
電氣自動化技術課程的設置主要有兩種方法，一是在保持原來開設的電氣自動化基礎課程基礎上，將當前通用的電氣自動化技術插入到傳統技術課程中，如將 PLC技術或變頻技術穿插到電機控制、繼電器控制等技術中，以解決電氣自動化技術課程不足的問題。二是單獨開設自動控制原理、PLC、自動檢測、單片機技術、變頻調速技術、電力電子技術、工業網絡、組態技術、供配電技術等課程。由于信息技術和計算機技術在電氣自動化領域中的應用日益廣泛，要求我們必須對原有課程體系進行改革，并根據自動化技術的發展增加新的教學內容。經過調研和實踐論證，我們在課程體系中增加自動化領域應用廣泛的新技術課程。如：“變頻器應用技術”“計算機網絡技術”“電子EDA技術”“計算機控制技術”“組態軟件”等課程。同時，根據高職高專的特點，理論知識以適用、夠用為原則，對一些課程進行整合。將《C語言》與《單片機原理與接口技術》這兩門課程合并為《單片機原理與應用》；如將《工廠常用電氣設備》與《電機與拖動》這兩門課程合并為《電機及電氣控制》；將應用相對較少的“工廠供電”的內容進行整理更名為“供配電技術”，同時把該門課程變為企業課程，讓授課內容更貼近生產一線等。
三、新課程體系的特色思考
1. 保持教學內容的基礎性與綜合性，體現其現代性與應用性
新構建的電氣自動化課程內容應該以基礎技術為主，兼顧技術的綜合性，它是新構課程內容整合的一個重要原則。科技的發展日新月異，新技術的應用更是層出不窮，要想在課程體系中實時反映最新的技術，無論從設備、師資和教學資料等方面，都是難以做到的。所以，課程的先進性不完全等同于技術的先進性。但是，教學內容的遴選應該是當前較普遍應用的技術，將一些新器件和新技術的應用整合進教學中來 。如觸摸屏，人機界面技術，組態網等。
2. 改革實踐教學體系，注重技能訓練
整合后的新課程體系應注重實訓環節，使學生在掌握基礎知識基本理論的基礎上，通過大量的實訓環節，提高實踐技能。加強自動化技術基本技能（電力電子、電器產品裝配及維修）、計算機應用能力（單片機技術、電子EDA技術、電氣 CAD、計算機控制技術）、專業能力 （自動檢測技術、電力電子技術、工廠電氣控制技術、可編程控制技術）和工程實踐能力（工程實踐、生產實習、頂崗實習） 訓練。完善實訓條件，獨立完成技能實訓，同時加強對實訓過程的指導和管理，真正建立起適應高技能應用性人才培養的辦學模式。
3. 加強“雙師”型師資隊伍建設
電氣自動化課程體系建設能否達到目的，關鍵在教師的觀念、教師的能力、教師的素質。要更新理念，組織教師開展教研教改，拓寬師資來源渠道。鼓勵青年教師到高等院校、培訓機構和企業進修學習，提高學歷 、學位和專業實踐技能，同時從其他院校、科研機構、企業等單位聘請理論新、實踐工作經驗豐富的工程技術人員充實教師隊伍，專業教師到企業或生產服務一線頂崗實踐等多種形式提高教師的雙師素質。
高職高專在實踐教學中，堅持以能力為本位，根據各專業培養目標，在分析、預測就業形勢和就業市場的基礎上，精選實踐教學內容，不斷的優化與改革專業課程體系，把技能訓練和職業素質培養有機結合起來，注重學生綜合能力的培養與提高，突出強調職業崗位針對性，從而增強學生的擇業競爭力。
【參考文獻】
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摘要：面對高考的三本學生生源，如何培養高質量的計算機學科的應用型人才是當前獨立學院普遍關心的問題。本文總結了南開大學濱
>> 以培養應用型人才為主線，深化計算機課程教學改革 以應用型人才培養的計算機控制技術課程教學改革 中職計算機課程教學改革――項目教學法的應用 以創業團隊帶動計算機課程實踐教學改革 文秘專業計算機課程教學改革創造能力的培養 以計算思維培養為導向 深化大學計算機課程改革 以就業為導向的應用型本科計算機課堂教學改革分析 校企合作人才培養模式下中職計算機課程教學改革創新 面向應用，深化大學計算機基礎課程教學改革 基于應用型創新人才培養的計算機基礎課程教學改革研究 應用型人才培養定位的計算機專業硬件課程教學改革 基于培養工程應用型人才的“計算機網絡”課程教學改革 應用型人才培養目標下的高職計算機課程 推進實驗教學改革 培養計算機專業應用型人才 基于應用型人才培養的職校計算機教學改革研究 以培養應用型人才為理念的《計算機應用基礎》課程改革探究 高職計算機應用課程教學改革探討 “計算機應用基礎”課程教學改革探討 《計算機應用基礎》課程教學改革淺析 淺談《計算機應用基礎》課程教學改革 常見問題解答 當前所在位置：，2006，(4).
[3] 王文俊. 關于為實現應用性人才培養目標深化教學改革的幾項措施[EB]. 222.30.63.2/news/viewarticle.asp?id = 1229，2006，(1).
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[6] 濱海學院新聞. 蘋果認證全國教師培訓在我院舉辦[EB]. 222.30.63.2/news/viewarticle.asp?id=1228，2006，(1).
收稿時間：2007-2-3
作者簡介：許志英（1978-），女（漢族），江西臨川人，助教，浙江省紹興市文理學院元培學院計算機教師。
朱耀庭（1944-），男，南開大學信息學院計算機系教授，博士生導師。
蘇利春（1944-），男，南開大學濱海學院主管教學工作副院長。
教育本來就是要使學習者不斷適應時代的變化，立足當前，面向未來。教育的最高目標是要使人們能夠達到自我實現和過負責任的生活。創新教育就是中小學教育中必然的一部分。創新教育應當培養學生具有一定的創新意識、創新思維、創新能力。使學生在牢固、系統地掌握學科知識的同時，具有勇于實踐的意識和精神，有綜合運用已有知識解決新問題的能力，進而發展他們的創新能力。
對于創新能力的培養和發展，環境是人的創新能力提高的重要條件，環境優劣影響著個體創新能力發展的速度和水平；實踐是人的創新能力形成的唯一途徑。因而，要發展學生的創新能力，還需要給學生提供合適的環境和平臺。這個平臺應當具有一些特征：適應時展和學生興趣；具有較強的綜合性；具有基礎知識學習的價值；有學生創意發展的空間。
隨著近幾十年來計算機技術的飛速發展，以自動控制為核心的智能機器人，正在人們日常生活中得到廣泛的應用與發展。一方面是技術未來發展的趨勢，另一方面也是引導學生學科學、愛科學、用科學，啟發心智和思維，提高綜合實踐能力、動手能力、創新精神和意識的綜合學習平臺。為使這個平臺充分發揮其教育價值，我們在區級層面采用的做法主要如下。
創新教師的“機器人”的培訓內容和方法
機器人作為一個優秀的綜合教育平臺，盡管在中小學已經得到了很大發展，但整體還不能做到面向“大眾”的教育。其原因大致有：課程定位和教育理念；教學組織和成本；教師的教學理念和模式；機器人的核心控制技術等。
針對上述問題，我區自行開發了一個機器人開放的平臺，并對教師進行培訓，力圖從機器人涉及的多環節進行學習，并進行教學方法的熏陶。大體經歷了以下環節。
1.焊接主板和輸入輸出板
本系統控制部分采用分立的幾個模塊，循序漸進，易于學習者分別學習，不至于一下子掉入“黑箱”中。在設計電路板時，采用雙列直插元件，學習者可以自己進行焊接，在焊接過程中，認識電子元件，了解單片機系統構成，了解各模塊組成，練習焊接技術，稍加指導，焊接成功率達到100%。目的是使老師們了解電子技術常識，因為這是機器人組成的一部分。主要焊接的電路板見圖1。
本主板上的單片機采用的是AT89S52，該單片機系統成熟、價格低，教材較多，作為中學生的學習已經完全夠用，未來作為學生開發一些控制系統，也基本可以。
2.嵌入式C語言程序設計學習
應用于教學的時候可以采用兩種方式。
方式一：見圖1，可以進行C語言程序設計的初步學習，包括計算機中的位、字節等，程序設計的基本概念和程序設計的三種結構，把按鈕和撥碼開關作為輸入信號，把LED顯示、數碼管顯示和蜂鳴器等作為輸出設備，可以感悟計算機對物理信息的采集、處理和輸出的全過程，可以認識當前應用技術上作為LED燈和數碼管顯示的原理和處理方式，也為后一步車體的運動打下基礎。
方式二：見圖2，包括了單片機系統、穩壓電源、機器人車體、直流電機、直流電機控制板、聲音傳感器、紅外傳感器、光電傳感器等部分。可以進行機器人整個過程的學習，體驗物理信息采集、處理、加工全過程；學習軟、硬件協調對機器行為的控制；學習者自己練習組裝機器人系統，還可以自己設計底板、車輪等結構部分，與主板等電路組合，為其設計自己需要的控制系統留有充分的空間。
編程軟件使用Keil，下載軟件使用AVR fighter或者Progisp，這是社會上實際開發單片機系統使用的工具軟件。使用本軟件可以使學習者更接近當前社會上的實際應用，感興趣的學生可以直接開發產品。
主板上單片機系統32個端口的開放以及與實際應用的開發軟件相結合，給學習者提供更大的自由發展空間。車體結構可以自行設計加工帶來的啟發，可以引導學校中的愛好者根據學校條件自己開發，結構設計的不完善，有利于學生問題的產生，為學生將來的創意與制作提供了空間。
3.拓展培訓
為更多了解機器人實際應用，又對教師進行了機械結構的拓展學習，如投球裝置，機械手裝置等見圖3。
本系統的整體設計從課堂教學的角度出發，易于教學組織；從學習機器人的綜合性出發，在電子、計算機構成、程序設計、結構基本設計與制作為學習者提供了發展空間。
作為對教師的培訓，試圖使教師更全面、深入地理解機器人。學生的發展需要環境，教師的發展同樣也需要適合的環境。教師發展了，學生能更好發展；教師有創新意識、方法和能力，才可能引導學生創新意識和方法的提升。
教師的教學實踐
自2013年3月起到現在，我區已經有20余所初中、高中學校，根據《普通高中信息技術課程標準》中程序與設計的要求，以信息技術程序設計為切入點進行以機器人為載體的程序設計教學試驗。課程內容主要進行C語言的初步學習。教師們初步編寫了實驗教材，主要內容有機器人基本常識、C語言入門、程序的三種基本結構、計算機對物理信息的采集及處理、計算機控制技術的基本方法，計劃用15課時。
教師們上課后普遍反映：可以完成信息技術課程標準中的程序設計教學的基本要求，還可以學習計算機的一些基本知識；教學易于組織；成本低；學生感悟了計算機控制技術的應用原理；學生上課積極，參與度高；學習方式發生了變化，體現在“玩中學”“做中學”、探究、合作等；對開發校本課程進行學生的創意實踐活動提供了一個平臺……
在學習活動中，學生們根據自己的想法提出多種有創意的設計，并且實施出來。
1.在學習LED燈的顯示變化時，學生提出了很多創意，其效果千變萬化。有的學生主動把LED燈和數碼管組合起來變化，自覺不自覺就把數制與數制轉換問題、編碼問題、程序結構應用結合到一起。如有的學生根據LED燈顯示的效果（通過按鍵控制任意變化），將其轉化成對應十六進制數值，并在數碼管上顯示出來（見圖4），有的學生把其轉換成十進制顯示（見圖5），在“玩”中學習了進制及轉換以及程序設計；有的學生自己就編寫“交通信號燈”等程序；有的學生編寫“電梯”的運行程序過程，通過按鍵、LED燈和數碼管組合來表示“電梯”上下運行過程，見圖6。有的學生用通過按鍵、LED燈和數碼管組合來表示公園“噴泉”的變化過程；有的學生通過現有條件模擬智能地鐵交通信號及控制……在一次交流會上，參會的計算機老師們都為學生的創意和編程能力大加贊賞、感嘆。同時我們也在考慮：學生有設計、創意，我們應該如何提供更好的實踐環境，使學生的設計、創意能充分表達出來，促進學生綜合能力的提升。
2.為提高學生的動手能力和實踐能力，一些教師還組織學生進行焊接電路板的試驗。一位初中信息技術教師組織初一學生焊接主板和輸入輸出板，見圖7。老師第一次做，學生也是第一次做，最后都成功了，學生為自己能實際制作一臺“計算機”而興奮。做完后直接用在課堂教學中。
圖7 制作電路板
我們議論學生實踐能力不足時，是否也要考慮我們是否給學生提供了適合的學習、實踐環境。
3.創意設計。學生學習基本程序設計后，還能有創意地進行一些綜合創意活動。如老師用4×8點陣板做點陣編碼的練習后，學生就想到了市面上的點陣屏，要制作一個“點陣屏”。由于設計的每個單片機與點陣板需要并行連接，因而一塊主板僅能控制一個4×8點陣組。教師指導大家設計了組字方案后，每位學生負責其中一個4×8點陣，最后由專人負責組裝在一起并進行統調，完成一個“點陣屏”的制作。結合學校的主題活動，圖8是初中學生組的“福”。這其中包含了學生的創意、設計、硬件制作（連接很復雜但學生完成了）、程序設計、協作與合作。
教師除教學中面向多數學生使用車體進行機器人教學外，還組織、指導學生進行機器人拓展實踐活動，如利用激光雕刻機使用平面加工的方式組裝“機械手系統”，見圖9；利用3D打印機和舵機設計并制作出的“機器人”，見圖10。
當我們為學生提供合適的平臺時，學生的能力往往會超出我們的想象。那么我們提供什么樣的創新平臺，就是我們教師的任務了。
4.比賽。有的教師在學生學習一個階段后，自己設計了一些適合學生班級之間機器人比賽的活動項目，如圖11是巡線、避障綜合應用的巡線機器人活動項目，圖12是運球機器人。在運球機器人項目中，僅給學生一周時間，學生應用現有條件，設計并制作了多種“運球”裝置，參加比賽活動。
盡管前述學生的作品可能不如現成產品那么成熟、完善、理想，但實際上學生把智能控制的主要技術方法已經基本了解，其成果是學生綜合知識運用的成果，是學生創意能力的體現。在這個空間里，學生在發展、提升。按有的老師說法：我們的目的是促進學生的學習。
在中小學進行機器人教學，目的是使學生在活動中學習相關的知識，知道現代智能控制技術的方法，經歷發現問題、解決問題的設計、制作、調試等過程，領悟科學實踐的方法，養成勇于實踐的精神和創新的意識。
關鍵詞：MATLAB軟件；機電工程；控制；仿真
中圖分類號：TP13-4
控制類課程是機電專業本科生的專業必修課。學習好控制類課程為學生能夠在學習和工作中更好地解決實際問題打下了堅實的基礎[1]。控制類課程的共同特點是課程內容抽象，數學公式推導偏多。傳統的講授辦法多偏重教師單方面進行理論講解和公式推導，缺乏具體應用的例子演示，導致學生偏重死記公式，忽略控制系統實際的運行過程，缺乏理論聯系實際的經驗[2]。從而導致學習內容枯燥，學生容易產生厭學情緒。
MATLAB軟件具有強大的數學計算、邏輯運算和圖形處理等功能。且擁有豐富的工具箱系統，可以生動的展示控制系統設計和調試的詳細過程，使得學生能夠充分地了解控制系統的實際工作原理和過程，而不是死記公式。在提高學生學習的積極性的同時，MATLAB的介紹和使用還為學生今后進行學習和研究提供有力的工具。本文在分析了機電專業控制類課程的教學特點的基礎上，介紹了MATLAB軟件的系統建模、仿真、調試和分析等功能，最后給出了具體的將MATLAB軟件應用到控制類課程教學中的例子。
1 控制類課程的教學特點
機電專業控制類課程的特點如下。
（1）課程內容中概念抽象、數學公式偏多[3]。經典控制理論以拉普拉斯變換為數學基礎，涉及到系統的穩定性分析、控制系統的設計和校正等概念和數學公式推導。現代控制理論是建立在狀態空間法基礎上的一種控制理論。基于現代控制理論發展了智能控制、非線性控制、自適應控制、魯棒控制、模糊控制、神經網絡控制、專家控制、預測控制等高級控制系統。
（2）課程內容涉及的知識面廣，包括控制系統的模型建立、系統分析、系統設計的基本理論和相關技術。
（3）課程內容中數學計算量大。控制類課程中涉及到的系統的模型建立、系統分析、系統設計等問題都需要大量的數學推導和計算。例如基于拉普拉斯變換的表達系統輸入輸出特性的系統傳遞函數的求取、系統分析用的頻率響應法和根軌跡法都需要大量的數學計算。
2 MATLAB的教學應用
Matlab是一種用于數值計算、系統分析、系統仿真的軟件平臺[5]。Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個動態系統建模、仿真和綜合分析的集成環境。MATLAB軟件還擁有大量的應用工具箱，其中和控制相關的工具箱有系統辨識工具箱、控制系統工具箱、模糊邏輯工具箱、模型預測控制工具箱、神經網絡工具箱和魯棒控制工具箱等。利用這些工具箱可以生動、快捷的進行系統分析和設計的展示。
2.1 應用MATLAB進行系統建模與分析
利用MATLAB軟件可以方便地對系統進行建模與分析。下面通過幾個例子進行說明。
系統數學建模的舉例
系統結構圖如圖1所示，求閉環系統的傳遞函數Y（s）/R（s）。
圖1 系統結構圖
應用MATLAB編程如下：
s=tf（'s'）：F=1/（s+1）：C=（s^2+s+60）/s/（s^2+40*s+400）：
G=1/（s^2+5*s+10）：S=10/（s+10）：T=F*feedback（G*C，S）：
最終得到的系統傳遞函數為：
（s3+11s2+70s+600）/（s7+56s6+1115s5+9560s4+36510s3+68020s2+40610s+600）
根軌跡分析舉例。
已知單位反饋系統的開環傳遞函數為G（s）=K/[s（s+1）（s+2）]，利用MATLAB編程進行根軌跡分析如下。
s=tf（'s'）：G=1/（s*（s+1）*（s+2））；
MATLAB繪制的根軌跡圖如圖2所示。
圖2 MATLAB繪制的根軌跡圖線
2.2 MATLAB在PID控制器設計中的應用
PID 控制器簡單易懂，使用中不需精確的系統模型等先決條件，因而成為應用最為廣泛的控制器[4]。
設開環系統傳遞函數為G（s）=（s+6）/（2s3+5s2+4s+2）應用MATLAB的Simulink對系統進行仿真，如圖3所示。
圖3 MATLAB的Simulink仿真圖
在Simulink仿真環境中，可以通過改變PID模塊中的Kp、Ki和Kd來修改PID的三個參數，通過Scope模塊來顯示當前的系統輸出情況。這樣可以使得學生能夠更加直觀地觀察到PID的三個參數的變化對系統的影響。
3 結束語
本文介紹了將MATLAB軟件應用到機電專業控制類課程的相關內容。MATLAB軟件具有強大的計算功能和圖形處理功能，在控制類課程中應用MATLAB軟件有利于學生對控制系統有更深入的了解，能夠對控制系統的分析和設計過程有更直觀的展示。本文在分析了控制類課程特點的基礎上，介紹了MATLAB的特點，最后通過實例說明了將MATLAB應用于控制類課程的好處。
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Abstract: To improve vocational college students' theory and practice integrated capabilities, update teaching philosophy and optimize teaching strategies, the situation in the traditional universities and vocational colleges is investigated. With "capacity-building" as the dominant ideology, robot teaching in vocational colleges is explored and researched from the aspects of teaching contents and teaching methods.
關鍵詞：高職；機器人；教學改革
Key words: higher vocational; robot; teaching reform
中圖分類號：G71 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2011）12-0198-01
0 引言
機器人學是一門集機械學、電氣學、計算機學、人工智能、材料學等多學科交叉的綜合性學科，無論在在基礎理論方面還是在實踐應用方面，都正在以驚人的速度發展。近年來，我國的機器人教育有了很大的發展，機器人課程逐步成為高校綜合性實踐課程。能否有效地開展機器人教學已經成為直接影響學生綜合能力培養和綜合素質提高的重要因素。因此，在高職院校對機器人課程的實驗教學探索與實踐是非常必要的。
1 機器人教學情況的調研
1.1 傳統高校機器人教學情況 本科院校以及傳統專科院校一般開始有“機器人學”、“機器人概論”等課程。開設的專業較廣，涉及機械工程、電子工程、航空航天、計算機科學等專業，開設方式多樣，如必修、專業選修、全校選修等。國內高校選擇教材較集中，選用蔡自興 《機器人學》、熊有倫 《機器人學》的居多，部分高校的課外參考書為國外原版教材。實驗學時數相對較少 （實驗與講解的比例最高為1：3.2），半數以上高校的實驗課時數為零。
1.2 高職院校機器人教學情況 高職院校分為兩種類型，一類為原高專轉變而來，這類院校一般沿習傳統院校的教學方法；另一類為新型高職高專，以技能培養為核心，在機器人教學方面教學方法多元化，多數開展了機器人興趣小組等機構，在少數學生中進行機器人技術的培養，或者開展公共選修課進行基礎知識普及。在高職院校工科專業實現機器人技術的系統學習，各院校都還處于嘗試階段，尚未找到行之有效的方法。
1.3 現存問題分析 在傳統的教學方法中，我國機器人教育普遍存在著重視知識傳授、輕視能力培養，重視理論教學、輕視實踐環節的問題，使得學生只滿足于死記硬背知識點，沒有注重學生獨立動手能力、綜合分析問題和解決問題能力的培養。而在高職院校，由于技能培養的目的性較強，對于機器人技術這種綜合性學科，開展普及性教學尚存在較多屏障。
2 高職院校開展機器人教學的可行性分析
2.1 高職院校機器人教學環境分析 高職院校一般在工科專業高年級開展機器人教學，此時教學對象已學習過本專業基礎課程，例如電工電子學、機械設計、程序設計、PLC技術、單片機等，儲備知識基本全面。而且，高職院校的特點是側重于技能培訓，實訓課程比例較高，學生普遍動手能力較強。這為我們進行機器人技術的學習提供了有利條件。但是，同時我們必須認識到，高職院校不強調教學的系統性和完整性，這將導致學生知識結構系統性差，綜合分析能力相對較弱，是機器人教學的瓶頸所在。
2.2 高職院校開展機器人教學的必然性 機器人技術涵蓋了工程技術幾乎各個方面，并且該技術處于高速發展階段。在高職院校開展該課程，不僅有利于增強學生的綜合能力培養，更為學生后期發展和拓展性學習提供了良好的基礎。高職學生在具備了本專業必備的技能之后，必須將各種技術綜合運用，才能夠處理現實問題，而要將機械機構設計、電路電子設計、程序設計、安裝調試等綜合運用，是任何一門基礎課程都無法實現的，只有機器人技術課程可以成為培養學生綜合運用專業知識的有效載體。
3 高職院校開展機器人教學的若干方案探討
3.1 將教育機器人與相關專業課程相結合 教育機器人將機器人應用于教育領域，是由生產廠商專門開發的以激發學生學習興趣、培養學生綜合能力為目標的機器人成品、套裝或散件。目前，教育機器人硬件技術方面已經非常成熟，設備的可靠性、靈活性、耐用性等性能都已得到社會的廣泛認可。教育機器人的硬件配件多樣，技術支持能力強，價格也相對便宜。控制操縱機器人的關鍵問題之一是軟件設計，主要是通過C語言或Vc++等程序設計語言進行程序設計，通過編程對機器人進行控制。這就給學生提供了廣闊的開發平臺，通過編程對機器人進行操縱，使其完成各種任務，培養了學生的綜合應用能力。因此，我們可以在《C語言》和《單片機》課程的實驗環節引入機器人控制技術。用于實驗創新的教育機器人種類繁多，依據可編程控制機器人可以設計出各種機器人，創造空間巨大，例如使用慧魚機器人創新套件就能設計各種機器人，如搬運機器人、救火機器人、仿生機器人等。
3.2 開設《智能機器人制作》課程 面向工科類專業學生開設《智能機器人制作》選修課程，講解智能機器人的控制板、傳感器、輸出設備等硬件知識以及智能機器人控制程序的開展等軟件知識。通過項目教學法，讓學生在學完課程內容后能獨立組裝并調試好智能機器人。最終了解智能機器人系統的軟硬件組成和工作原理，激發學習興趣和創新熱情。
3.3 有效利用畢業設計 畢業設計是學生將所學知識綜合運用的體現，用具體的機器人項目指導相關專業學生進行畢業設計，將會使學生在訓練中學會如何將知識應用到生產實際中。例如機器人結構設計、智能機器人傳感器應用、智能機器人驅動技術、智能機器人位置控制技術、編制控制智能機器人運動的軟件、智能機器人計算機控制系統等設計項目。
4 結束語
高職院校開展機器人教學活動對學生技能培養、科技的社會化具有重要的意義。它給高等職業教育尤其是工科類高等職業教育在教學內容、教學形式及教學效果上都會帶來更多的驚喜與期待。
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關鍵詞：微機原理與接口技術；教學改革；實驗教學
微機原理與接口技術是高等學校電子信息類專業的主干本科專業課程。該課的教學目的是，通過本課程的學習，學生從應用的角度出發，在理論和實踐的基礎上掌握微型計算機的基本組成、工作原理、匯編語言程序設計、接口電路及硬件的連接，建立系統的整體概念，具有微機應用系統軟、硬件開發的初步能力[1]。可見，課程內容兼顧了硬件和軟件兩方面的特點，具有涉及的知識面廣、實踐性強的特點，而且隨著當代信息科學技術的發展和社會對人才要求的提高，各種新型的微型計算機技術和虛擬仿真和設計技術大量使用[2-4]，所以有必要對這門課程進行教學改革和優化[5-7]，達到教學相長的目的。
1課程內容與結構優化
微機原理與接口技術課程以高級語言程序設計、數字/模擬電子技術為前級課程，概念多、專有名詞多、接口芯片多，學生普遍反映課程內容抽象，學起來較困難，從而失去了學習的信心，教學效果不理想。但是該課程是后續課程，如單片機技術、可編程控制器原理及應用、DSP原理及應用、嵌入式系統設計、計算機控制技術等課程學習的重要基礎，具有重要的地位，如圖1所示。因此，對該課程的教學內容和結構進行優化具有很大意義。
計算機科學發展迅猛，新技術層出不窮，從八十年代初的8位機Z80模型機到現在的Pentium系列模型機或高端嵌入式技術，相應地，微機課程的教學對基礎性、先進性和前沿性都有很高的要求，要求對傳統和現代的內容進行協調。
大學專業課程教學不同于職業技術培訓[8]，必須強調培養學生的專業基礎和分析能力，為進一步的深造作應有的準備，而不能盲目追求最新或最實用技術的講解介紹。因此，微機原理教學內容組織的指導思想是：從熟悉基本原理、基本概念入手，培養學生的分析和擴展能力，在保證基礎的前提下，注意引入計算機發展中涌現的新技術，科學合理地更新課程內容，保持先進性和時代性。
首先，由于這門課程概念多、比較抽象、內容相對枯燥，在具體課程內容組織中，教師仍舊以Intel的16位微處理器8086為主，詳細講解其執行部件EU和總線接口部件BIU架構、管腳定義與作用、各種總線操作時序、指令系統和匯編程序設計方法。在I/O接口部分，則以并行接口、串行接口和定時器/計數器接口為例，教師重點講解I/O接口的基本原理及典型電路。因為以8086 CPU為核心的講授在內容和方法上都比較成熟，有利于基本概念和基本原理的引入介紹。教學實踐證明，如果一下子將教學內容全面提升到32位，如Pentium系列微機，則很多概念和技術成了沒有根基的東西，學生糾纏于高端CPU的技術細節中，無法理解和領會微機硬件結構和接口技術發展的過程，學習起來難度太大，無法達到應有的教學效果。
其次，在教學內容中適當地補充最新的微機技術，并保持對國外原版計算機系列優秀教材的關注，主動學習和消化吸收其先進的技術和方法，將之引入課程教學中。例如，筆者在教學中將ARM32位嵌入式芯片的開發技術引入到課程內容講解中，使大學的課程教學能和現階段主流項目研發中使用的技術相銜接，開闊了學生的視野，也為學生走出課堂、適應社會技術發展作準備。
2課堂教學方式優化
2.1靈活應用多媒體教學輔助手段
在教學中，良好的教學方式和手段是通過課程內容傳授培養學生能力和素質的保證。在微機原理課堂教學中，相當多的內容只是用文字描述和定義，其對象看不見、摸不著，學生普遍感覺比較抽象和枯燥，只知其然不知其所以然。因此，必須要摒棄傳統照本宣科的講授方法，通過多媒體輔助教學手段的靈活應用加以改變。多媒體技術是先進的計算機技術與視頻、音頻和通信等技術融為一體而形成的新技術。通過使用多媒體教學手段，把文字、圖形、聲音、動畫等媒體形式有機地組合在一起，抽象知識具體化和形象化，可以有效加強學生的理解和記憶。
例如，在講授指令系統的尋址方式時，教師可以把執行部件EU、接口部件BIU和存儲器等部件執行不同尋址方式指令的變化，做成Flash課件演示。讓學生清楚地了解指令執行過程中EU、BIU中的寄存器等部件以及存儲器存儲單元中內容的變化，并理解各部件之間的構造、功能和指令執行過程中的互相配合過程。這樣一來，學生通過感性的認識，可以記得更加牢靠。
2.2引入現代仿真技術加強教學
隨著計算機技術的發展，虛擬儀器和仿真技術已經成為現代科學研究和技術開發的利器。同樣，將這些現代仿真技術引入課堂教學中，彌補課堂教學中只有枯燥講解而缺乏實際操作環境的不足，可以大大提高教學質量。
例如，EMU8086仿真軟件可以很好地輔助課堂教學。EMU8086是基于8086 CPU的仿真軟件，與8086的功能十分相近，其內部集成了匯編程序編輯器、匯編器、連接器、參考資料、例程、學習指南和虛擬硬件等。它能模擬真實微處理器的每一步驟，并顯示內部寄存器、存儲器、堆棧、變量和標志寄存器，而且其中任何一個數值都可通過鼠標雙擊來改變。同時，它還虛擬了微機顯示器、交通紅綠燈、直流步進電機、LED等外設，因此是一款可以很好地輔助微機原理教學的仿真軟件。圖2所示是筆者將EMU8086用于輔助匯編語言程序設計教學的例子。由圖可知，程序可以單步執行或全速執行，每步執行過程中，各寄存器內容變化一目了然，學生可以設置觀察窗口觀察變量與堆棧變化等。其他的仿真軟件有Proteus等。
2.3加強網絡教學平臺的應用
為了延伸課堂教學，打破課堂教學時間和空間的限制，筆者將網絡技術的發展引入微機原理課程的教學中，建立了網絡教室。課堂教學的每個課件和多媒體動畫都會上傳到網絡教室中，學生可以在課前下載預習，提高課堂的參與度。同時，網絡教室也提供工程項目技術資料、課外擴展閱讀材料以及其他相關英文資源、國外著名高校的課堂講課錄像等，學生在這里可以獲取原汁原味的國外相關技術知識。網絡教室不僅提供了一個資源共享的網絡平臺，還可以使老師和學生突破時空局限，通過網上授課、網上提問、網上作答甚至網上實驗和網上考試等，更大程度地提高學生與老師交流的便利性。
3實踐教學環節優化
3.1上機實習和操作實驗結合，增加設計性實驗
如前所述，微機原理與接口技術是實踐性和操作性很強的課程，實驗環節是課程教學的重要方面。筆者根據教學實際需要，把實驗劃分成上機實習和操作實驗兩部分。
上機實習是理論課程的上機作業，主要針對指令系統和匯編語言程序設計的學習。由淺入深地分為驗證性題目和設計性題目。在教學實踐中，筆者要求學生在個人電腦上安裝EMU8086仿真軟件，進行程序的編制和調試，并最終提交上機實習報告。
操作實驗需要到實驗室進行，實驗內容也是由淺入深地分為I/O接口基礎實驗和設計性綜合實驗兩部分。主要針對微機I/O接口的學習和系統綜合設計能力培養。I/O接口基礎實驗是為了鞏固學生對基礎理論知識的理解，并培養學生基本的實驗操作技能和方法；設計性綜合實驗是以某一設計目標為導向的開放性設計題目，學生也可以在教師的指導下自擬設計性實驗題目。
以前的微機原理實驗教學都是在設定好的條件和環境下進行驗證性實驗，學生學習的積極性和創造力都沒有得到發揮。筆者進行實踐教學環節的優化，將上機實習和操作實驗靈活結合，有效地協調教學內容多和教學學時數逐步減少的矛盾，有利于學生課后的學習思考、鞏固加深。而且設計性實驗的開出可以鍛煉學生的綜合程序設計能力和綜合創新能力。
3.2先進虛擬仿真技術在實驗中的應用
根據實際教學經驗，在操作實驗中，因為實驗時間較短，學生沒有充分時間對一些異常現象或程序預期輸出和實際輸出不相符的情況進行仔細觀測、研究和試驗，只得草草收兵。或由于實驗設備的大部分連線已經固定，學生實際連線操作較少或較簡單，實驗未能使學生對理論課程內容有深刻的感性理解。甚至由于實驗設備接口的頻繁插拔，造成設備的損壞而一時難以修復，導致實驗無法繼續進行。
因此，我們在課程教學，特別是實驗教學中引入了先進的虛擬儀器仿真技術-Proteus，來彌補實驗室實驗的缺陷，增加實驗的靈活性，加深學生對課程內容的理解。
Proteus是一款嵌入式系統設計和仿真軟件，可以分析、仿真各種模擬器件和集成電路，同時提供示波器、邏輯分析儀、信號發生器等虛擬儀器儀表。在Proteus7.5SP3版本中，已經開始提供對8086芯片及相關接口的支持，可以用于微機原理實驗教學的虛擬仿真。圖3給出了一個利用8086 CPU、8255A，8251A和8253A進行綜合設計的仿真原理圖，加上相應匯編程序，則可實現計算器的仿真。
同樣地，我們可以利用Proteus實現微機原理實驗教學中的內存擴展、并行接口、串行接口、A/D和D/A轉換、中斷等實驗。同時，也可以利用Proteus仿真軟件進行開放性實驗的設計，提高學生的綜合知識應用能力。
4結論
從實際教學效果來看，通過從課程內容與結構的優化、課堂教學方式的優化和實踐教學環節的優化三個方面對微機原理與接口技術課程進行改革后，學生學習的積極主動性有了明顯提高，課堂氣氛活躍，參與度高。對相關后續課程和設計的跟蹤調查也表明，學生在此課程中普遍提高了知識綜合和設計能力。
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Exploration on Teaching Optimization of Microcomputer Principle and Interface Technology
CHEN Zhiming
(Department of Electronic Science, Huizhou University, Huizhou 516007, China)
本專業課程基本框架設置為三個層次：第一層次以公共基礎課程、學科基礎課程、專業必修課程為本專業的主干課程。在此基礎上，第二層次設置專業選修課程，選修課程分為電力系統自動化方向選修課、工業自動化方向選修課、智能電網與新能源技術方向選修課和跨方向公共選修課。第三層次設置集中實踐環節，包括課程設計、認識實習、生產實習、畢業實習和畢業設計。本專業基本學制為四年，允許在七年的彈性學制內完成學業。畢業的總學分不少于164，且各層次課程應滿足相應模塊的修業要求。公共基礎課程平臺包括通識類必修課和通識類選修課，分別要求達到36學分和11學分。學生至少需獲得4個第二課堂學分方能畢業。多余學分可申請以50%的比例折算抵免通識類選修課程學分。在專業選修課程中，要求畢業前必須選修不少于38學分的課程。通識類必修課程、學科基礎課程、專業必修課程是本專業全體學生修讀的課程，如果考試不及格，按學校文件規定，必須重修。所有集中性實踐教學環節是全體學生必須完成的實踐環節。學生可根據自己的學習興趣在第三學年開始選修電力系統自動化、工業自動化或智能電網與新能源技術方向的課程，在相應方向所選修的課程要求至少要分別達到12、9.5及10學分。另外還建議學生每學期至多選修2學分的通識類選修課程，并選擇適當的經濟管理類通識課程，以豐富自己知識結構。學生應特別重視學科基礎課程和專業必修課程的學習，為后續學習、工作打下堅實基礎。開設的課程具體包括：
1.通識類教育課程平臺（通識類必修課）包括思想道德修養與法律基礎、思想和中國特色社會主義理論體系概論等政治類課程以及大學體育、大學英語、計算機基礎、心理健康教育等，共36學分。
2.通識類教育課程平臺（通識類選修課）分為人文科學類、社會科學類、自然科學類、工程技術類、體育藝術類、教師教育類六大類別，要求學生跨學科選修兩類以上（含兩類）課程，且要求在精品通識課程中選修不少于2學分，與專業相同或相近的課程不計入總學分。通識類選修課要求修滿11學分。
3.學科基礎課程平臺（學科基礎課程）包括專業導論、高等數學、大學物理、機械制圖、C程序設計、電路等，共30學分。
4.專業課程平臺（專業必修課程）包括模擬電子技術、數字電子技術、模擬電子技術實驗、數字電子技術實驗、電力電子技術、自動控制原理等，共17學分。
5.專業課程平臺（專業選修課程——模塊課）電力系統自動化模塊包括發電廠電氣部分、電力系統分析、電力系統繼電保護原理、電力系統自動化、電力系統調度、電力系統新技術專題、配電網自動化、高電壓技術等，要求修夠12學分。工業自動化模塊包括電機拖動技術、電力工程基礎、電力電子技術裝置及應用、現代控制理論、自動化儀表與過程控制、運動控制系統、電梯控制技術、智能控制、機器人技術、物流自動化技術等，要求修夠9.5學分。智能電網與新能源技術模塊包括發電廠電氣部分、電力系統分析、智能變電站技術、電力系統繼電保護原理、智能電網技術、微電網技術、新能源發電技術等，要求修夠10學分。
6.專業課程平臺（專業選修課程——跨模塊課）這部分課程3個方向的學生都可以選修，要求模塊課和跨模塊課的總學分至少達到38。包括單片機原理與接口技術、復變函數與積分變換、電磁場、概率論與數理統計、電子電路CAD技術、專業英語、電氣控制與可編程控制器、計算機虛擬儀器技術、DSP系統設計與應用、計算機控制技術、無線傳感器網絡技術、學科研究方法論等。
7.實踐教學平臺包括軍訓、金工實習、電工電子實習、認識實習、電子技術應用課程設計、單片機應用系統課程設計、生產實習、畢業實習、畢業設計。此外，3個方向的學生還要完成相應模塊的課程設計，分別為電力系統課程設計、控制系統課程設計、智能電網技術課程設計，為期均為1周。實踐課的總學時為28。
二、新版培養方案所采取的改革措施
1.專業方向改革與原培養方案相比，專業方向作了很大改動，這樣做的原因有三：第一，原培養方案并不分方向，所有學生都只是根據自己的興趣在專業課程平臺的26門專業選修課中自行選課，且要求畢業前修夠至少36學分。這種方式存在很大的弊端，這是因為學生對專業方向的把握能力不夠，所選的課程不夠系統化，導致學生畢業時對電氣工程及其自動化專業的內涵仍不明確，從而直接對考研或工作造成影響。第二，原培養方案的課程側重于工業自動化方向，電力相關課程較少。然而從近幾年我系學生的就業情況來看，進入電網公司和發電廠等電力企業就業的學生每年都占據一定的比例，迫使我系對專業方向進行更合理的設置。第三，隨著電力工業的發展，電子、計算機、通信等信息技術以及能源技術與傳統電工技術不斷融合，豐富了電氣工程及其自動化專業的發展方向。例如智能電網、新能源技術、微電網技術等新興技術的出現要求本專業應及時地調整專業方向。綜上，在新的培養方案中將學生分為電力系統自動化、工業自動化以及智能電網與新能源技術3個方向，學生必須選定一個方向，并在相應的模塊課程中修夠一定的學分。這一改革措施的目的是使學生有更明確的學習目標，實現個性化發展，畢業時有更好的專業素養，也為學生在電力部門和新能源產業就業打下更好的基礎。同時要求學生要選修一定學分的跨模塊課，成為寬口徑復合型人才。
2.課程結構改革原培養方案中各類課程的學分數、學時數及其所占百分比
3.課程設置改革由于專業方向的改動較大，因此課程設置上也有較大變化。改動較大的是專業課程平臺，增設了多門電力系統及其自動化和智能電網與新能源技術方向的課程。工業自動化方向增設了電力電子技術裝置及應用、物流自動化技術。在跨模塊專業選修課程中，刪去工業控制總線、電子電路故障診斷技術、樓宇自動化系統等課程。另外，在課程教學內容上，要求緊跟理論和技術的發展動向，對每門課的教學內容都做了優化，保證學生學到最新最實用的理論和技術。
三、結論
【關鍵詞】維電實習；專業理論；實踐技能；繼電控制
培養學生掌握一定的專業操作技能，是各類職業學校的一項重要任務。“維修電工”的含義已不僅僅是傳統上的操作和維修了，在維修電工專業教學中充實可編程控制器及其應用的課題勢在必行。那么能否舍棄基礎教學環節而急于求成呢？作為一名職業技術學校專業指導教師，經過多年的教學和實踐，有如下一些體會。
一、欲速則不達。培養學生專業水平和實踐能力要耐心引導，抓好專業教學的基礎訓練和學習
職業技術學校的學生學習基礎參差不齊，在教學上必然存在困難，這就要求我們教師基本功要扎實，理論水平要高，因地制宜的安排好教學內容的順序；才能發揮這些學生的長處并增強其信心，提高他們克服學習困難的勇氣，從而讓學生由簡到繁的掌握各個課題的控制原理和工藝要求。我校二年級的實習課程已涉及機床控制電路的學習，如何使學生領會控制原理，提高學生獨立安裝、維修操作的水平是本專業實習教學的重點。為了解決這些問題，電器電路的安裝及維修，不是單純強調多練就能從根本上解決問題的。因為控制電路是多種多樣的，不同的控制對象有不同的控制電路且方法、元件亦有多種，故接線方式方法就會各不相同；造成的故障現象也是多種多樣、意想不到。因此，只有利用控制原理去分析其原因，確定、縮小故障可能出現的范圍，才能快捷地查找出故障點。如果不用電工理論去深刻領會控制原理，只憑多做多練是難以安裝出高質量的控制電路板的，更談不上電路維修了。機床控制電路不外乎是基本邏輯控制電路。為此，我把學生學習過的邏輯代數中的邏輯與、邏輯或、和邏輯非的控制關系介紹給同學們，這些知識恰恰與專業教學中的數字電路知識和可編程控制器應用技術是緊密聯系的。這樣既使學生掌握電路的基本分析方法、了解簡單機床控制電路的設計技巧，增加了學生的學習興趣；又為將來步入學習PLC、復雜設備的維修奠定了基礎。首先要求學生不考慮配線工藝，根據電氣控制原理圖在電器安裝板上用BVR軟導線和實際器件裝接。完成后在不通電情況下，組織學生利用萬用表進行自查和互查，進一步使學生熟悉所學電路、提高學習的興趣和信心，最后老師檢查無誤再通電試車。由于沒有配線工藝的要求，學生可以集中精力掌握和熟悉控制電路，由簡到繁、由淺入深、多學多練，使學生學到的控制理論知識馬上得到運用和驗證，既節省了大量用于安裝工藝訓練的時間，又大大提高了學生掌握和熟悉控制電路的效率。接下來在學生已經掌握控制電路的基礎上，再要求學生注重安裝工藝技能的練習和掌握。此時的學生已經對電路的器件構成、電路形式、工作原理有了較深刻和直觀的認識，通過實踐能使學生做到知識上的融會貫通，從而有效的提高了教學效率的同時，提高了學生的專業技術理論知識和分析解決實際問題的專業操作技能水平與能力。
二、緊盯市場發展，注重學生能力的培養
隨著經濟的發展和科技的進步，可編程序控制器（PLC）是在繼電接觸器控制和計算機控制基礎上開發的工業自動控制裝置，是計算機技術在工業控制領域的一種應用技術。隨著微機技術和微電子技術的迅猛發展，其功能越來越強大，應用范圍越來越廣闊，已廣泛應用在各種機械和生產過程的自動控制中。在工業自動化控制中顯示出較大的優越性。我認為職業技術學校專業教學內容的設置一定要放寬眼界，瞄準市場的要求，以培養生產一線所需的勞動者為突破口。為此，我校在完成了電力拖動單元電路和機床控制電路的專業教學內容基礎上，緊隨其后安排了可編程控制器這一內容；既使繼電器控制的教學內容得到合理的延伸，又降低了教學上的難度便于學生理解和掌握，收到了較好的教學效果。因為學生在前面學習繼電接觸器控制課題上有了較扎實的基礎，況且可編程控制器又與以往的接觸器控制有相同和相似之處，故學生學習起來感覺知識內容既連貫又易于掌握和接受。在教學中采用的是梯形圖這種圖形語言，因為它沿用了傳統的繼電接觸器控制中的繼電器觸點、線圈、串并聯等術語和圖形符號，而且還加進了許多功能強而又使用靈活的指令，將微機的特點結合進去。梯形圖比較形象、直觀，對于熟悉繼電接觸器控制系統的學生來說也易于接受。這種編寫程序的語言表達方式，使學生們在學習進程中也很感興趣。
三、培養學生解決實際問題的能力
任課老師把PLC技術分為若干個單元，每個單元中的幾個實例課題都來自生產、生活，要處理及注意的有關問題我們都向學生交待清楚，引導學生具體的處理辦法、解決方法步驟、方向，由簡單到復雜通過多個實例的操作練習，學生能逐漸地提高解決實際問題的能力。通過學習，學生靈活應用指令的能力會逐步增強。教學中通過恰當的引導，就能逐步提高學生應用PLC的能力。通過一段時間的教學實踐，使我感到可編程控制器技術是一門理論性、趣味性、實踐性都很強的課程，而它又與機床電器控制電路有著密不可分的緊密聯系。只要我們從教學實踐出發，抓好專業教學的基礎訓練，以市場需求和導向為根本立足點，合理安排好教學內容的先后順序，注重學生學習興趣和能力的培養，就一定能確保教學質量，在教學中取得很好的社會效益和經濟效益的。也只有這樣，我們的職業技術教育才能在激烈的市場競爭中求得發展，煥發出勃勃的生機與活力。
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關鍵詞：多學科；物聯網工程；課程體系；技術體系
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）04-0-03
0 引 言
物聯網的概念由美國麻省理工學院的Kevin Ash-ton教授于1991年首次提出，2005年在突尼斯舉行的信息社會世界峰會（WSIS）上進一步確定了物聯網的定義和范圍，自此在美國、歐盟、日本、韓國和中國掀起一次新的信息發展浪潮[1]。物聯網被認為是繼計算機、互聯網之后的第三次信息時代大革命，物聯網作為一項戰略性新興信息產業，越來越多的企業把目光投向先進的物聯網技術。
國家把物聯網作為重點發展的戰略性新興產業之一，物聯網的發展離不開人才的需要。從2010年起，在高校設立了物聯網工程本科專業，到2015年全國共有340多所高校設立，已成為一個規模較大的本科專業[2]。物聯網工程專業肩負了高層次人才的培養使命，但其高度綜合交叉的專業特征決定了專業人才培養具有挑戰性的特點，專業建設需要綜合考慮IT技術發展、現實需求及已有基礎等多個因素，以建立清晰的預期目標。但是各個學校設立專業的學科來源和基礎各不相同，有電子科學與技術的，有通信工程的，有計算機科學與技術等，同時也說明物聯網自身的學科體系還沒建立起來。
一般地，任何新出現的專業學科都離不開相關成熟學科的支撐，通過學科交叉及其知識集成構成新專業新學科[3]。作為學科交叉極強的物聯網工程新興專業，如何構建其科學合理的課程體系成為該專業建設面臨的首要課題[4]。因此，本文從物聯網產業與技術體系的構成進行剖析，結合本校實際情況，分析其學科交叉內涵，從中抽取相應的支撐課程構建物聯網工程專業的課程體系，為制定符合規范的培養計劃奠定基礎。
1 物聯網產業與技術體系剖析
物聯網是近幾年出現的信息產業發展戰略的新興行業，目前還沒形成體系完備的行業規模，處于發展初期。但受各國戰略引領和市場推動，全球物聯網應用呈現加速發展態勢，物聯網所帶動的新型信息化與傳統領域走向深度融合，物聯網對行業和市場所帶來的沖擊與影響已經廣受關注。物聯網行業表現出以下兩個基本特征：
（1）納入物聯網行業的產業龐雜，面廣量大。涉及到芯片 （傳感器、RFID、無線通信模塊等）、終端設備（PC機、TV、手機等）、網絡設備、系統集成、軟件與應用、網絡服務商（移動、聯通等）、運營及服務提供商等。
（2）帶動物聯網應用的領域多、規模大。有智能電網、智能交通、智能物流、智能家居、環境與安全檢測、工業智能制造、醫療健康、精細農牧業、金融與服務業、國防軍事十大重點領域。
目前，國內總共有超過2 000家相關物聯網公司或者研究機構成立。其中，研究機構以研究設計、示范引導應用為主業，許多省市、行業都成立了一些研究機構，一些知名企業如華為、格力電器、聯想、海爾、移動、聯通等也將物聯網作為新的增長點。國外主要集中在美、歐、日、韓等少數國家，IBM、英特爾、西門子、霍尼韋爾等大牌公司也在進軍物聯網產業。企業對從事物聯網人才的要求主要有重點發展物聯網技術，從事物聯網相關產品的研發、設計和制造；大力培育物聯網產業，在傳統產業中通過物聯網技術促進產品智能化水平，提高產品的市場競爭力；在新興信息產業中，創新開發適應物聯網市場需求的智能化產品，開拓新產品；全力推廣物聯網應用，在一些應用領域推動物聯網技術的融合，帶動物聯網技術的應用，提高智慧化水平；努力搭建物聯網平臺，在網絡平臺嵌入物聯網服務功能，拓展新業務。
由于物聯網工程專業是新建立的，所以其知識結構和課程的學科體系還沒有獨立建立起來。但從技術和產業角度來看，其技術體系結構已經基本確定下來，物聯網系統的構成很長，其體系構架大致可分為感知層、網絡層、應用層三個層面，每個層面又涉及諸多細分領域[5]，圖1所示為物聯網技術的體系構架示意圖。
感知層的功能主要是識別與獲取信息，負責采集物理世界中發生的物理事件和數據，實現外部世界信息的感知和識別。包括傳統的無線傳感器網絡、全球定位系統、射頻識別、條碼識讀器等。這一層主要涉及兩大類關鍵技術：傳感技術和標識技術。傳感器網絡的感知主要通過各種類型的傳感器對物體的物質屬性（如溫度、濕度、壓力等）、環境狀態、行為態勢等信息進行大規模、分布式的信息獲取與狀態識別，它可用于環境監測、遠程醫療、智能家居等領域。標識技術通過給每個物體分配一個唯一的識別編碼，實現物聯網中任何物體的互聯。感知層的主要技術方向為新型傳感器及其感知節點的研發技術。實現感知節點中的感知單元、處理單元、傳輸單元和電源單元的高度集成、高度智能，結合節點節能技術，數據融合技術，開發新結構、新原理、新工藝的傳感器技術。
網絡層主要是完成感知信息高可靠性、高安全性的傳送和處理。從具體實現的角度，本層由下而上又分為接入網、核心網和業務網三層。
（1）接入網：主要完成各類設備的網絡接入，強調各類接入方式，比如現有的蜂窩移動通信網、無線局域/城域網、衛星通信網、各類有線網絡等。
（2）核心網：主要完成信息的遠距離傳輸，目前依靠現有的互聯網、電信網或電視網。隨著三網融合的推進，核心網將朝全IP網絡發展。
（3）業務網：是實現物聯網業務能力和運營支撐能力的核心組成部分。
網絡層的主要技術方向是感知節點組網與協同處理技術，多應用監測區域下的感知節點通信與組網技術，異構網融合技術，網絡管理與安全技術。
應用層主要利用經過分析處理的感知數據，將物聯網技術與個人、家庭和行業信息化需求相結合，可向用戶提供豐富的服務內容，大大提高生產和生活的智能化程度，應用前景十分廣闊。其應用可分為監控型（物流監控、污染監控、災害監控）、查詢型（智能檢索、遠程抄表）、控制型（智能交通、智能家居、路燈控制、遠程醫療、綠色農業）、掃描型（手機錢包、ETC）等。應用層的主要技術方向是服務用戶的應用軟件及系統集成技術。滿足用戶的操作系統技術，存儲和處理大數據的數據庫技術、數據挖掘技術，適應物聯網數據處理與使用的中間件軟件技術，物聯網系統設計與實現技術等。
由此可知，廣義傳感器在監測區域獲取和采集各種信息后轉化為數據形式，通過數據傳輸協議構成了從感知層、網絡層到應用層的“數據流”。與物聯網三層技術結構對應的知識結構支撐學科分別是電子信息類（電子科學與技術、儀器科學與技術等）、通信類（通信工程等）和計算機類（計算機科學與技術、軟件工程、網絡工程等）。因此，在制定物聯網工程專業的人才培養計劃時，需要考慮以下兩個問題：
（1）物聯網工程專業尚未建立起自身的學科體系，需要在多學科支撐下，逐步從各學科體系中收取相關內容，在工程實踐中不斷融合，才可形成自身的學科體系。因此制定計劃時，需要從電子信息類、通信類和計算機類三大學科中提取與物聯網直接相關的內容，確定主干和核心課程；
（2）物聯網技術涉及的知識鏈較長、內容繁多，在大學4年中，很難做到“面面俱到、樣樣學到”。同時，如果所有物聯網知識點都涉及的話，也會出現“樣樣了解樣樣松”的問題，無法做到“扎實掌握”的目的。而且在現代企業實際工作中，都是團隊合作的模式，也不需要樣樣松的“全才式”畢業生。所以制定計劃時，各校可以依據各自的基礎，選擇一部分課程，達到掌握程度；另一部分課程，達到了解程度即可。
從物聯網產業群可知，其產業不僅長，而且龐大，將是下一個萬億級規模的產業。與之對應的人才能力要求也會因企業不同而各有不同，而且4年的大學教育也難以覆蓋其全部內涵。因此，在物聯網產業中，不同的崗位對畢業生的要求不同。
各學校應結合各自的條件和基礎，制定出具有自身特色和自我優勢的培養計劃，以培養工程師工程設計和技術開發的能力為出發點，構筑工程師必備的知識體系、能力結構，重點加強工程技術等工程科學基礎課程、信息大類專業基礎課程、物聯網專業技術課程群等工程應用類課程。實現相同專業的錯位培養，滿足物聯網產業對各類人才的需求。
2 相關學科對物聯網知識構建的支撐作用
雖然物聯網工程專業是新出現的電子信息領域專業，可以認為是一個數據流過程，但本專業也是在其相關學科的技術積累集成而形成的。在物聯網產生和發展的過程中，與之密切相關的支撐學科主要有儀器科學與技術、信息與通信工程和計算機科學與技術，從中抽取與物聯網有關的知識點分別支撐著物聯網技術體系的感知層、網絡層和應用層。
從儀器科學與技術學科抽取“電子技術”、“微機原理”、“信號與系統”、“測控電路”、“傳感技術”、“計算機控制技術與系統”、“數字信號分析與處理”、“誤差理論與數據處理”等課程的部分內容，提供智能感知和控制儀器的知識和能力，解決物聯網數據“測的準”的問題。從信息與通信工程學科抽取 “通信電子線路”、“通信原理”、“計算機通信網絡”等課程的部分內容，提供數據接入、傳輸和下載的主干網（如互聯網）的知識和能力，解決物聯網數據“傳的遠”的問題。從計算機科學與技術學科抽取“計算機C語言”、“數據結構”、“計算機組成原理”、“軟件工程”、“操作系統”、“算法設計與分析”、“Java語言”、“Linux系統應用”、“數據庫技術與應用”等課程的部分內容，提供數據應用軟硬件平臺與數據算法的知識和能力，解決物聯網數據“用的好”的問題。
由上述分析可知，3個支撐學科在構成物聯網的三層技術結構的知識內容時，各層之間的關聯性知識點還沒有考慮進去，難以集成在一起。因此，必須結合與物聯網有關的當今新出現的先進技術，在感知層與網絡層之間構建無線通信、區域組網、融合、網關協議等知識，在網絡層與應用層之間構建異構網絡互聯、數據挖掘、移動操作系統、物聯網系統設計、應用管理等知識。
3 對課程體系構建的思考
綜上所述，物聯網工程專業的課程體系與產業對物聯網技術的需求、三層物聯網技術架構及支撐學科的作用是一致的。那么，如何解決在四年的大學本科教育活動中，既要讓學生掌握專業知識，又讓其知識體系符合認證標準呢？本文認為需要從以下兩點考慮：
（1）物聯網的最終目標是應用數據來提高社會的智慧信息化水平。因此可以認為，在物聯網三層技術體系中，感知層技術是數據提供者，是專業建設的基礎；應用層技術是數據的應用者，是專業建設的引領和推動者；這兩層是專業建設的重點。
（2）網絡層技術是數據通信的傳輸通道，可以認為網絡層在專業建設中起橋梁作用，特別是核心網絡中通信設備專用的、協議軟件固化好的，因此網絡層的知識了解即可。
綜上所述，該學科應重點掌握物聯網數據流中的數據采集與控制、數據的區域（短距離）傳輸與通信、數據的接入與異構互聯、數據的存儲與建倉、數據的計算、挖掘與應用等知識，基本掌握數據的公用網絡傳輸、通信與管理知識等。所以，專業合理的定位為啞鈴式線性課程結構，即重點掌握物聯網兩端的感知層和應用層知識，基本了解中段的網絡層知識。圖2所示為本文構建的課程體系。
從圖2可見，該課程體系涵蓋了物聯網知識點，做到了與儀器科學與技術、信息與通信工程兩大支撐學科的緊密融合，與計算機科學與技術支撐學科的深度交叉，突出了物聯網“數據測量的準確”、“數據傳送的遙遠”、“數據應用”的專業能力和工程素養。
4 結 語
本文剖析了物聯網產業對技術的要求，探討了其體系構架的感知層、網絡層、應用層三個層面的技術內容。分析了與物聯網工程密切相關的儀器科學與技術、信息與通信工程和計算機科學與技術的支撐學科作用，從中與物聯網有關的知識點分別支撐著物聯網技術體系的感知層、網絡層和應用層，為構建規范培養計劃的課程體系奠定基礎。
參考文獻
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