浙江育英職業(yè)技術(shù)學(xué)院 宋國(guó)順

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)這門(mén)課程對(duì)學(xué)生實(shí)踐和應(yīng)用的要求特別高，也就是要求學(xué)生將課堂的理論知識(shí)用于解決實(shí)際遇到的問(wèn)題。目前學(xué)校開(kāi)展的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)教學(xué)，大多數(shù)都是基于計(jì)控的相關(guān)原理來(lái)設(shè)置的，學(xué)生通過(guò)51機(jī)，進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，比如，對(duì)傳入傳出的信息的采集、電機(jī)的運(yùn)作原理、直流的電機(jī)如何進(jìn)行調(diào)速、恒溫系統(tǒng)控制原理等，而這些實(shí)驗(yàn)都是模擬進(jìn)行的，需要實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目來(lái)強(qiáng)化理論基礎(chǔ)。所以，提出讓學(xué)生制定類似寫(xiě)字機(jī)器人的項(xiàng)目，把課堂學(xué)到的關(guān)于調(diào)用接口、控制技術(shù)、調(diào)試系統(tǒng)和應(yīng)用分析等知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用于實(shí)際，通過(guò)這種實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生深入了解和掌握計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用原理，提高他們對(duì)實(shí)際遇到的問(wèn)題分析和解決的能力?；诖耍酒恼聦?duì)寫(xiě)字機(jī)器人在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行研究，以供參考。

寫(xiě)字機(jī)器人的設(shè)計(jì)涉及單片機(jī)、傳感器、機(jī)械控制等相關(guān)知識(shí)。但是由于研究不夠深入，寫(xiě)字機(jī)器人還有一定的設(shè)計(jì)缺陷，并不能完全滿足人們的需求，寫(xiě)字機(jī)器人多應(yīng)用圖像處理技術(shù)，掃描信息的正確率偏低，產(chǎn)品成品較高，不能應(yīng)用于低端市場(chǎng)，進(jìn)行大規(guī)模的應(yīng)用。并且不能自主學(xué)習(xí)，智能化程度較低[1]。因此，如何進(jìn)行寫(xiě)字機(jī)器人的設(shè)計(jì)優(yōu)化，讓寫(xiě)字機(jī)器人能夠自主學(xué)習(xí)和思考，添加更多人性化功能就成為當(dāng)今寫(xiě)字機(jī)器人的研究重點(diǎn)和難點(diǎn)。

1 計(jì)算機(jī)控制技課程的特點(diǎn)

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)簡(jiǎn)稱CCT，是Computer Control Technology的縮寫(xiě)，該科目最大的特點(diǎn)是“寬、泛、難”，首先“寬”，是指計(jì)算機(jī)控制技術(shù)所涵蓋的知識(shí)面特別廣，“泛”是指計(jì)算機(jī)控制技術(shù)所用到的專業(yè)名詞和技術(shù)要求特變廣泛，“難”是指學(xué)生自主學(xué)習(xí)時(shí)，對(duì)于知識(shí)點(diǎn)難以理解，對(duì)于課堂老師教授的專業(yè)知識(shí)難以掌握，所以老師應(yīng)特別注意該門(mén)課程的授課方式，需要不斷將已經(jīng)學(xué)過(guò)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)習(xí)和串講。下面就CCT科目的特點(diǎn)展開(kāi)具體分析。CCT課程涵蓋很多的領(lǐng)域，比如，對(duì)信號(hào)的接收和處理，通常在對(duì)一個(gè)項(xiàng)目對(duì)象控制時(shí)，需要將該目標(biāo)項(xiàng)目的狀態(tài)處理成能讓計(jì)算機(jī)識(shí)別并計(jì)算的信號(hào)，在經(jīng)過(guò)服務(wù)器處理后，最后把虛擬信號(hào)施加到執(zhí)行系統(tǒng)，再轉(zhuǎn)到需要控制的項(xiàng)目目標(biāo)本體上。通過(guò)該過(guò)程使控制系統(tǒng)能夠發(fā)揮對(duì)應(yīng)的作用，而分析的方法主要是應(yīng)用Z和S之間相互轉(zhuǎn)換。CCT科目當(dāng)中涵蓋了很多控制技術(shù)系統(tǒng)方面的技術(shù)知識(shí)，而且對(duì)閉環(huán)開(kāi)環(huán)之間相互切換的控制技術(shù)，應(yīng)用頻次比較廣。而且CCT科目當(dāng)中對(duì)模擬電子數(shù)字技術(shù)的要求也很高。類似信號(hào)過(guò)濾，抗干擾能力測(cè)試，光電耦合效應(yīng)以及相關(guān)數(shù)據(jù)的選擇，而且各章節(jié)的知識(shí)內(nèi)容都是緊密聯(lián)系的。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)當(dāng)中，控制器這一部分運(yùn)行原理當(dāng)中，對(duì)于數(shù)字控制器系統(tǒng)當(dāng)中最小拍有波和拍無(wú)波的取值取決于被控制的對(duì)象其Z值得零極點(diǎn)，從這一對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)看，零極點(diǎn)決定著數(shù)字控制器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[2]。但是在學(xué)習(xí)中，往往有很大一部分學(xué)生無(wú)法確定在職的零極點(diǎn)，所以也不能按規(guī)定完成數(shù)字控制器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)。又比如說(shuō)，按照中值定理當(dāng)中所表述的Z值的極限與時(shí)域的關(guān)系性來(lái)看，如果計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)好以后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)整體誤差為零的情況下，才能證明整個(gè)系統(tǒng)控制技術(shù)的有效發(fā)揮和應(yīng)用，對(duì)于誤差的計(jì)算方法和終值定理聯(lián)系頗為緊密，所以授課的關(guān)鍵點(diǎn)就是引導(dǎo)學(xué)生真正理解終值定理，學(xué)會(huì)找到Z值計(jì)算誤差的方法。

2 寫(xiě)字機(jī)器人存在的問(wèn)題

2.1 市場(chǎng)接受度低

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，科技的不斷進(jìn)步，智能信息化技術(shù)漸漸滲透在人們生活的各個(gè)角落。寫(xiě)字機(jī)器人的研究和開(kāi)發(fā)，是新的科技成果的突破和創(chuàng)新，其價(jià)值不言而喻，但同時(shí)伴隨著負(fù)面影響的產(chǎn)生。比如有的學(xué)生貪圖便利，用寫(xiě)字機(jī)器人代替他們寫(xiě)作業(yè)，隨著負(fù)面影響的不斷產(chǎn)生，引發(fā)了人們對(duì)科技發(fā)展價(jià)值產(chǎn)生了質(zhì)疑，即便是寫(xiě)字機(jī)器人，已經(jīng)在相映的科研以及實(shí)際應(yīng)用中創(chuàng)造了很大的價(jià)值，但其產(chǎn)生的輿論影響，也對(duì)他自身的發(fā)展和推廣產(chǎn)生了限制。

2.2 異常處理技術(shù)不完善

由于當(dāng)前寫(xiě)字機(jī)器人的研發(fā)還處于比較初期的一個(gè)階段，所以寫(xiě)字機(jī)器人技術(shù)的性能相對(duì)來(lái)講也不是特別完善[3]。比如現(xiàn)階段的寫(xiě)字機(jī)器人，對(duì)于圖像的處理準(zhǔn)確度不高，也就是說(shuō)，如果當(dāng)前圖像被遮擋或者是有殘缺，都不能準(zhǔn)確的識(shí)別出來(lái)。尤其是對(duì)于數(shù)據(jù)噪點(diǎn)比較多，現(xiàn)階段的寫(xiě)字機(jī)器人也是很難識(shí)別，對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)不能及時(shí)匹配處理。對(duì)于異常處理技術(shù)不完善這種情況，還需要通過(guò)不斷發(fā)展計(jì)算機(jī)的大數(shù)據(jù)，以形成適當(dāng)?shù)哪M模型，通過(guò)對(duì)各種異常數(shù)據(jù)的處理和分析，從而提高寫(xiě)字機(jī)器人，在環(huán)境異常的情況下對(duì)不完整數(shù)據(jù)處理的能力[4]。

2.3 缺少語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)

當(dāng)下設(shè)計(jì)的寫(xiě)字機(jī)器人，多半后臺(tái)都是由相關(guān)的計(jì)算機(jī)程序來(lái)進(jìn)行操作的，指令通過(guò)鍵盤(pán)輸入，再由機(jī)器人計(jì)算后輸出，所以具有語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的機(jī)器人的研發(fā)就有很廣的前景。由于語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)對(duì)相映的信息接收和輸出要求的精度特別高，目前在這方面，暫時(shí)還沒(méi)有什么突破性的研發(fā)成果[5]。所以研發(fā)具有語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的寫(xiě)字機(jī)器人具有很大的意義和價(jià)值。

3 寫(xiě)字機(jī)器人實(shí)驗(yàn)過(guò)程示例分析

3.1 任務(wù)目標(biāo)制定

寫(xiě)字機(jī)器人對(duì)于文字的書(shū)寫(xiě)，需要程序提前設(shè)定，再由按鍵來(lái)選擇。由Arduino事先制定書(shū)寫(xiě)的文字程序編號(hào)，當(dāng)按鍵被觸發(fā)時(shí)，根據(jù)按鍵來(lái)走對(duì)應(yīng)設(shè)置好的程序，從而實(shí)現(xiàn)文字和數(shù)字的書(shū)寫(xiě)、錄入。

3.2 總體方案設(shè)計(jì)

在該控制系統(tǒng)中，主要包含五部分：Arduino樞紐；驅(qū)動(dòng)裝置；舵機(jī)；鍵盤(pán)；電源。寫(xiě)字機(jī)器人使用C語(yǔ)言設(shè)計(jì)，在開(kāi)啟系統(tǒng)后，Arduino樞紐自動(dòng)監(jiān)測(cè)寫(xiě)字指令的提交，一旦按鍵被觸發(fā)，對(duì)應(yīng)的寫(xiě)字命令相繼發(fā)布，待形式轉(zhuǎn)化后，驅(qū)動(dòng)舵機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)處理，控制筆進(jìn)行書(shū)寫(xiě)，最后形成文字。

3.3 基于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)教學(xué)目標(biāo)點(diǎn)的任務(wù)分解

對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行匯總和歸納得出，寫(xiě)字機(jī)器人的研發(fā)任務(wù)包含下面三部分，對(duì)于書(shū)寫(xiě)內(nèi)容的識(shí)別和輸出，電機(jī)控制，舵機(jī)控制，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)輸入輸出技術(shù)，和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理。對(duì)于已拆解的任務(wù)，可以分派給不同的同學(xué)，以模塊的形式分別負(fù)責(zé)，再將各個(gè)模塊兒的系統(tǒng)統(tǒng)籌調(diào)試，最后完成整個(gè)寫(xiě)字機(jī)器人研發(fā)的任務(wù)。

3.4 Windows系統(tǒng)矢量文字處理

目前Windows系統(tǒng)矢量文字處理主要是折線、二次Bezier曲線技術(shù)，文字形體比較美觀，字庫(kù)也比較龐大。所以采用Windows系統(tǒng)矢量文字處理技術(shù)。但是TTF字體格式難度比較大，所以需要引入API函數(shù)，這樣對(duì)數(shù)據(jù)處理更便捷。

通過(guò)API函數(shù)GetGlyphOutline能直接得出文字矢量圖。

GetGlyphOutline函數(shù)所展示的原型:

DWORDGetGlyphOutline(

HDChde,//句柄

UINTuChar,//需要識(shí)別的字串

UINTuFormat,//輸出的數(shù)據(jù)格式

LPGLYPHMETRICSlpgm，//GLYPHMETRICS結(jié)構(gòu)樣式

DWORDcbBuffer,//緩沖大小

LPVOIDIpvBuffer,//緩沖地址

CONSTMAT2*lpmat2//轉(zhuǎn)置矩陣

UFormat規(guī)定輸出的數(shù)據(jù)格式，如果是GGOBITMAP可以輸出字體的位圖，如果是GGONATIVE，輸出的是字體的輪廓。對(duì)應(yīng)的詳細(xì)操作步驟是：（1）通過(guò)以上描述的函數(shù)類型來(lái)得到對(duì)應(yīng)字符的輪廓。（2）對(duì)該字符具體輪廓線數(shù)據(jù)的提?。和ㄟ^(guò)對(duì)已獲取的輪廓線的分析，需要將構(gòu)成該輪廓線的各個(gè)線條一一分離，使線條按筆畫(huà)順序羅列成字符的輪廓。（3）矢量數(shù)據(jù)的信息存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，方便寫(xiě)字機(jī)器人輸出時(shí)路徑的控制。

4 實(shí)踐教學(xué)方案改革

4.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

因?yàn)樵趯?shí)際教學(xué)當(dāng)中，對(duì)于平時(shí)的實(shí)驗(yàn)操作，大多都是點(diǎn)擊軟件來(lái)模擬實(shí)際的系統(tǒng)操作，所以需要盡量的降低這種形式的實(shí)驗(yàn)，更多的融入一些綜合性比較強(qiáng)，設(shè)計(jì)理念比較新穎的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，并制定對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)目標(biāo)和要求，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之前，就著手準(zhǔn)備相映的資料，例如控制系統(tǒng)技術(shù)和集成電路相關(guān)的分析等。所以要求實(shí)驗(yàn)室配備幾套可以將直接進(jìn)行研究設(shè)計(jì)的裝置，或者買一些軟硬件結(jié)合開(kāi)發(fā)以及計(jì)算方法實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)，并以開(kāi)放性的形式時(shí)，每個(gè)學(xué)生都能參與到實(shí)踐當(dāng)中，以此提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。并且，要求學(xué)生及時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)當(dāng)中所遇到的問(wèn)題以及采用相應(yīng)的解決方法，而且需要在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中針對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)的描述，充分剖析問(wèn)題的產(chǎn)生以及問(wèn)題的解決過(guò)程。為了使說(shuō)明更加詳細(xì)，也可以上傳相關(guān)的照片，最后還需要對(duì)此次問(wèn)題的產(chǎn)生和解決，進(jìn)行總結(jié)和歸納。通過(guò)這樣的形式，可以拓展學(xué)生的思路，發(fā)散學(xué)生的思維，提高他們發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題的綜合能力。

4.2 科技活動(dòng)與實(shí)踐活動(dòng)相結(jié)合

對(duì)于理科的學(xué)生來(lái)說(shuō)，不能單單只從書(shū)本上對(duì)知識(shí)理解就認(rèn)為是掌握了，將書(shū)本所學(xué)到的理論知識(shí)用于解決實(shí)際當(dāng)中所遇到的問(wèn)題和困難，這樣才是最佳的學(xué)習(xí)方式。為提高學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)了解的廣泛性，需帶著學(xué)生深入到企業(yè)當(dāng)中，是學(xué)生通過(guò)自身的真實(shí)體驗(yàn)來(lái)對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理有個(gè)初步的了解，在通過(guò)對(duì)課本理論知識(shí)的詳細(xì)講解，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，提高他們學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。另外的話，還鼓勵(lì)學(xué)生參加各種各樣的有關(guān)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的相關(guān)比賽，比科研成果大賽，通過(guò)參加比賽開(kāi)闊他們的視野，拓展創(chuàng)新的思路，將課堂學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)學(xué)以致用。

4.3 知識(shí)要點(diǎn)重構(gòu)

當(dāng)前計(jì)算機(jī)控制技術(shù)教學(xué)的課程當(dāng)中，所涵蓋的內(nèi)容特別廣泛，而且知識(shí)點(diǎn)繁雜混亂，難以理解，所以需要教師在開(kāi)展課堂工作之前，對(duì)于教材當(dāng)中所涉及到的知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)行全面的統(tǒng)籌和劃分，可以采用從整體到細(xì)節(jié)，從連續(xù)到離散的形式，以數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化以及相關(guān)性能分析，還有控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，當(dāng)成重要的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解，把檢測(cè)設(shè)置，口令執(zhí)行，以及指令過(guò)濾等知識(shí)點(diǎn)作為補(bǔ)充，形成一個(gè)完整的知識(shí)體系。而對(duì)于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程的講解，可以把虛擬系統(tǒng)以及相關(guān)的計(jì)算方式方法當(dāng)做主要的學(xué)習(xí)內(nèi)容，把離散系統(tǒng)的概念分析和設(shè)計(jì)原理當(dāng)做重點(diǎn)，然后再補(bǔ)充一些教師認(rèn)為授課當(dāng)中所必要的知識(shí)點(diǎn)。通過(guò)這樣的課程設(shè)計(jì)，一方面可以將課程有效的進(jìn)行定位，另一方面的話，由于知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)的靈活性可以滿足學(xué)時(shí)要求，又能將課程當(dāng)中所包含的知識(shí)點(diǎn)全面覆蓋。上面所展示的課程思維導(dǎo)圖可以給教學(xué)任務(wù)拆分做參考，這樣的方式提升教師和學(xué)生對(duì)課程整體內(nèi)容的認(rèn)知，可以提升教學(xué)和學(xué)習(xí)效率。

4.4 課程目標(biāo)改革

改革后的課程目標(biāo)要求包含知識(shí)、能力、素質(zhì)及思想品德等方面目標(biāo)，本質(zhì)是提升學(xué)生思維能力，以及把課堂上所學(xué)到的知識(shí)在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中解決困難和問(wèn)題的動(dòng)手能力。（1）知識(shí)目標(biāo)。需要學(xué)生全面了解數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)展示，定時(shí)器，蜂鳴器相關(guān)的工作原理。（2）能力目標(biāo)。可以快速識(shí)別腳本，可以借助模擬的軟件來(lái)繪畫(huà)電路圖，流程圖，掌握多種編程語(yǔ)言，可以快速識(shí)別并解決軟硬件引發(fā)的各種故障。（3）素質(zhì)。學(xué)會(huì)小組之間相互合作，溝通學(xué)習(xí)，對(duì)新事物有快速接受的能力，敢于嘗試，大膽創(chuàng)新，打造吃苦耐勞，科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，不斷進(jìn)取的優(yōu)良品質(zhì)。（4）思想品質(zhì)。對(duì)于實(shí)驗(yàn)當(dāng)中材料的選取要合理，以環(huán)保節(jié)能為最佳。在對(duì)產(chǎn)品相應(yīng)的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要從安全性角度出發(fā)，使設(shè)計(jì)理念更加人性化。有透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)的能力，并且對(duì)于現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外信息技術(shù)發(fā)展情況實(shí)時(shí)掌握，全身心投入建設(shè)的偉大事業(yè)中。

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，基于寫(xiě)字機(jī)器人的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)教學(xué)建設(shè)將新知識(shí)融入該課程重要知識(shí)單元，使課程內(nèi)容及時(shí)反映新技術(shù)要求，緊跟時(shí)代變化；知識(shí)結(jié)構(gòu)銜接緊湊、條理清晰；實(shí)踐教學(xué)融合新理論、新知識(shí)，凸顯實(shí)踐的設(shè)計(jì)性和綜合性；針對(duì)不同內(nèi)容采用多種教學(xué)方法教學(xué)；提高學(xué)生對(duì)知識(shí)技能的掌握程度，培養(yǎng)綜合素質(zhì)高的技術(shù)應(yīng)用型人才。