基于CCD的计算机控制开放式实验教学模式的研究

李方

【摘 要】计算机控制课程是测控技术与仪器专业的主要课程。本文结合近年来实验教学改革实践，明确实验教学的功能在于培养学生善于实践和勇于创新的精神。从教学方法、实验手段两方面阐述了基于CCD的计算机控制实验改革方案，实践证明锻炼了学生进行软硬件综合开发的能力。

【关键词】开放式实验教学管理模式;CCD实验平台;实验改革

【Abstract】Computer Control course is an important course in the major of measurement-control technology &instrument. Combining with the innovation of experimental teaching，it indicated that the open of experimental teaching not only can improve the experimental skills and abilities of students， but also has a great significance at the cultivation of their innovative awareness and researching abilities. The practice and achievements of teaching reform in the course based on CCD were introduced， and also the teaching method and experiments measures in detail. It has proved that the new method not only let students understand the computer control principle and application， but also practice their capability to perform multiple projects.

【Key words】Open management mode of experimental teaching; CCD experimental platform; Teaching reform

0 引言

計算机控制系统是以计算机为核心的实现生产过程自动控制的系统[1]。计算机控制技术是测控技术与仪器专业的专业课程之一。课程融计算机、自动控制、电子、通信技术于一体，又融理论、技术、方法、工程实现与一体的理论性和实践性很强的一门交叉学科。学习本课程要求理论联系实践，注重系统性和实用性，要求学生通过本课程的学习掌握如何利用计算机控制生产过程的基本原理，并基本掌握计算机控制系统的分析设计与实现方法及计算机在工业过程控制应用中的各种技术。

CCD（Charge-Coupled Device）是电荷耦合器件的简称，是20世纪70年代初发展起来的半导体光电集成器件。CCD在图像传感和非接触测量领域发展最为迅速，广泛用于测控仪器和光电信息工程中。

运用计算机控制理论实践在CCD实验中，并结合CCD的实验特点，培养学生的实践能力和创造力，使学生在设计软硬件的过程中真正掌握好课程知识是一项非常有意义的课题。

1 基于CCD的计算机控制实验教学综述

现有的计算机控制课程实验多为过程通道和炉温控制等验证性实验，对于测控技术与仪器专业的学生开设的其它专业课程辅助实践性不强。CCD是现代测量与控制的重要手段之一，运用计算机来实现对CCD的控制可以提高测控专业学生对于两种重要技术手段的理解与应用能力。

1.1 CCD实验系统组成

以CCD移动目标的自动跟踪和瞄准实验为例。

实验硬件装置包括：CCD测试装置2台、伺服跟踪系统1台、示波器1台、柱面镜2只、虚拟仪器1台、激光笔1支。

实验的软件系统包括虚拟仪器设计平台。

1.2 实验内容

首先按实验的目的进行伺服驱动装置的硬件设计，然后按图1的结构将系统装置进行连接，最后，根据计算机控制中所学的开环程序控制算法在虚拟仪器平台上设计程序并进行调试。

虚拟仪器程序的参考结果如图2所示。

基于CCD的计算机控制技术试验教学应安排在课程讲授的后期，以开放实验室的形式完成。首先由指导教师布置实验教学任务以及实验装置的特点，讲实验中的注意事项，学生在设计方案得到指导教师的认可后，进入实验室进行实验。

2 开放式教学模式探索

2.1 开放式实验教学模式的内涵

开放式的实验教学模式的内涵特征就是实验教学的开放性，即：实验教学的目标是开放的、实验教学的主体是开放的、实验教学的方式是开放的、实验教学的内容是开放的、实验教学的资源是开放的。这种开放性的特征，是基于实验教学过程和能力培养过程的复杂性、培养模式以及教学方式的多样性、人才的个性化和发展目标的多元化等因素[2]。

2.2 “计算机控制技术”开放式实验教学模式

开放式实验教学模式是指在教学计划内，学生可以自己选择实验时间、自主选择实验器材和器件、自己选取实验内容、自己安排实验过程[3]。

开放式实验教学模式要求学生自己理解实验内容，并要具有分析解决问题和沟通的能力，同时加强学生理论结合实践的学习能力。

在开放式的实验教学模式下，实验教学在在验证性实验的基础上，增设了自主式设计性实验。以CCD实验为例，实验中的伺服驱动部分学生要针对问题自己设计电路，并制作出电路板，同时，对实验中的软件程序部分进行设计修改。在整个实验的调试过程中培养了学生自主进行科学实验的能力。实验并没有多少创新性，但必须由学生自己构思并完成，一方面提高了学生的实践和动手能力，另一方面使实验室现有资源得到有效利用。

3 结束语

通过对基于CCD的计算机控制开放式实验教学模式的探讨及实践，我们认识到培养应用型人才需要最大程度的调动学生学习的积极性和提高实践动手能力。希望在今后的教学研究和教学实践中，可以进一步探索出更好的方法，提高学生理论联系实际的能力。

【参考文献】

[1]于海生.计算机控制技术[M].北京：机械工业出版社，2007.

[2]宋国利.开放式实验教学模式的研究与实践[J].实验室研究与探索，2010，29（2）：91-93.

[3]初红霞.“计算机控制技术”课程实验教学模式改革探讨[J].中国电力教育，2013（11）：87-88.

[责任编辑：汤静]