自动化专业实践教学内容改革_实践出真知西南科

自动化专业实践教学内容改革_实践出真知西南科

自动化专业实践教学内容改革

——新型计算机控制实验设备的自主研发及应用

罗亮1李众立2

(1西南科技大学信息学院2西南科技大学　四川绵阳　621010)

摘　要　进入新世纪，高等院校应承担起培养创新人才的历史使命，着力培养学生的创新精神和实践能力。本文介绍了西南科技大学信息学院结合《计算机控制系统》课程，通过自主研发基于ARM嵌入式处理器的新型计算机控制实验设备，推动自动化专业实践教学内容改革，强化学生实践能力和创新精神的培养的具体做法和经验。(www.guayunfan.com)

关键词　自主研发；实践教学；改革；ARM处理器

一、引言

进入新世纪，经济社会发展和科技进步对人才提出了更高的要求，高等院校应承担起培养创新人才的历史使命，着力培养学生的创新精神和实践能力。西南科技大学作为一所培养“富有创新精神的应用型高级技术人才”的教学型大学，加强实践能力和创新精神的培养，既是时代发展的要求，也是实现学校办学定位的需要。在实施中，根据各专业不同的工程与实践的培养要求与特点，采取不同的培养模式，在各个实践教学环节落实学生实践能力和创新精神的培养。

〗西南科技大学信息学院自动化专业是首批四川省省级品牌专业。以教学内容改革和加强实践性教学环节为重点，通过自主研发实验设备，建好自动化专业，把学生创新精神和实践能力的培养贯穿于教学的全过程，提升品牌专业实践教学能力是教师当前的紧迫任务。

二、自动化专业实践教学中存在的不足

自动化专业是西南科技大学的老牌专业之一，有着一段引人注目的发展历程。近十年来，以自动化专业为基础，辐射带动了我校电子工程、通信工程、计算机应用、生物医学工程、机械制造等专业的发展，支撑了我校控制理论与控制工程等多个硕士点的建设，是我校电气信息类学科名副其实的根。近年来，学校学院更是投入大量经费，购置了大批具有较高技术水平的实验设备，组建了4个自动化专业实验室，极大地改善了自动化专业的实践教学条件。

然而，在实践教学中，指导教师逐渐发现，这些花了大笔经费采购回来的实验设备在学生创新精神和实践能力的培养上效果并不好。因为，虽然这批实验设备技术水平较高，但封装性高，柔性差，不利于综合性、设计性实验教学的开展，学生很多实验项目成了“傻瓜”式接线操作，以致学生核心技术学习不到位，工程能力训练不到位，这种情况急需扭转。

与此同时，近几年信息技术、微电子技术和通信技术的迅速发展，给自动化领域带来了许多新的变化。其中以32位高性能ARM嵌入式处理器和嵌入式操作系统为代表的嵌入式技术的发展，在很多自动化领域正得到日益广泛的应用。它们已以一种新型嵌入式工控机形式取代了原来的PC工控机，凭借其小体积、高性能、低成本等优势，成为一股不可逆转的技术潮流。教师需要及时把相关知识和技术手段引入到教学中来，开展相关实践训练，而在教仪市场上却没有合适的设备可供选择。

三、自主研发实验设备的思路

根据专业课程实践教学需要，自主研发实验设备，是解决上述问题的好办法。通过自主研发实验设备，可以使教师充分发挥自己的技术特长，让已有设备得到充分的运用，做到“人尽其能，物尽其用”；通过自主研发实验设备，可将教师的最新科研成果进行转化，有力得支撑和服务本科教学；通过自主研发实验设备，可以有效地降低实践环境建设成本，节省开支，并可形成自己的教学产品。而这也正是信息学院自动化专业在长期自力更生、艰苦奋斗中形成的作风、传统和特色。

信息学院《计算机控制系统》教研组综合考虑了课程知识体系、实践训练要求、技术方案水平和设备开放性等因素，以保证对学生创新精神和实践能力的培养到位，又要避免原有设备的闲置浪费为出发点，自主研发了“计算机控制实验教学开发平台”实验装置。该装置采用基于ARM7嵌入式处理器方案的数字控制器，具备灵活便捷的调试验证手段和高性能的处理运算能力，配以过程通道信号调理板和光电隔离接口板，可以很方便地与已购天煌AE2000过程控制实验装置和DDSZ－1型电机及电气技术实验装置连接，分别组成计算机过程控制系统和交流电机数字调速系统。该装置丰富的外围资源及开放性也十分利于进行二次开发。

四、取得的实践教学内容改革效果

“计算机控制实验教学开发平台”实验装置的出现推动了《计算机控制系统》及多门相关课程实践教学内容的改革。

1.彻底改变了《计算机控制系统》课程的实验方式

在开发平台出现之前，《计算机控制系统》的实验是在PC机和八位单片机上进行的。实验时，学生先在PC机上编写算法程序，仿真后再通过编程器将程序写入单片机上，然后将单片机安置于现场进行检验。整个过程费时烦琐，现场调试极为不便，难以应对教学要求，课程中很少接触实际控制对象，缺少实践环节训练。

而ARM处理器配有JTAG在线调试接口，在计算机软件的编制过程中，学生可以利用JTAG接口的在线调试功能，直接进行ARM片内或片外的Flash或RAM的在线调试，能在有限时间内动手实现具体的控制要求，直接看到被控对象的实际控制效果。通过ARM的JTAG接口，为学生提供了与具体对象进行现场联机调试的实验环境，具备了实现计算机控制的工程能力训练条件，改变了以往实验中书本对黑板、眼睛对屏幕的“空对空”教学方式，强化了工程训练能力。

2.打破原有过控、电机两类实验装备的封闭性，拓展了新的实验内容

原有AE2000过程控制实验装置和DDSZ－1型电机及电气技术实验装置自成系统，学生做实验必须依赖于装置所提供的实验模块，通过连接线路完成实验，学生的自主性和创造性在很大程度上被约束。

现在利用开发平台，通过信号调理板和接口板，连接相应控制和反馈端子，ARM处理器上运行的程序便可有效的控制过控、电机两类实验装备对象，使这两类装置也能实现计算机控制的工程能力训练，拓展了它们的实训能力。此外，借助这种方式，有助于学生完成以模拟电子器件实现的自动控制方式向以计算机为主的数字器件实现的自动控制方式的转变，巩固《计算机控制系统》课程在自动化专业的核心课程地位。

3.原有装备和开发平台结合，构建五大实训系统，发展校内实训基地

开发平台和已购的各类控制对象结合使用，可组成基于ARM嵌入式技术的实训系统、计算机控制技术实训系统、单双层水箱二级液位对象与过程控制实训系统、炉温控制实训系统和计算机数字调速实训系统等五大实训系统。通过依托和改善校内实践环境和条件，将原有实验设备从课程实验功能扩展到集中实践环节，有助于在校内完成部分集中实践任务，巩固现有的校内实习基地和发展新的实习基地。

4.做实课程设计与毕业设计，拓展实践能力培养空间

开发平台还可用于本科生课程设计、毕业设计、电子大赛和科研项目开发学习。借助开发平台，课程设计不再是纸上谈兵，而有了明确的实物对象，把实训真正做到位；毕业设计选题也能与工程实际紧密结合，确保综合训练的要求。基于实验平台，组织高年级学生参与实验设计、实验室或实习基地建设，开展大学生各类科技竞赛活动等方式，开拓了一条用课外强化训练、拓展工程实践能力培养的可循之路，同时，也促进了学生的个性发展。

五、结语

在自动化专业教学内容改革中，充分利用《计算机控制系统》教研组在先进的ARM嵌入式处理器技术上的科研积累作为支撑，提供新型实验开发平台，拓展已购实验装置的实训能力，从模块理念操作层面纵深到专业技能技术的实训层面；将原实验设备从课程实验功能扩展到集中实践环节的认识、生产、毕业实习的全程应用；依托原设备提供的实体对象，完成自动化及电类专业学生由浅入深的知识、技术、能力的全面培养训练。学生在这种实践教学体系中得到了基础性的、方向性的、主流的能力锻炼，有助于学生掌握核心技术和锤炼工程能力，强化实践能力和创新精神的培养。

参考文献

［1］教育部，高教司.关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见.教高［2005］1号文件，2005

［2］教育部，财政部.关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的意见.教高［2007］1号文件，2007