研究性教學(xué)在過程控制授課中的探索

梁燕華　蔡成濤

[摘要]研究型教學(xué)是促進(jìn)高校教學(xué)模式的創(chuàng)新理念，以突出工程設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用的過程控制授課為例對(duì)研究性教學(xué)在實(shí)踐層面進(jìn)行了探索。討論了應(yīng)用研究性教學(xué)的方法和效果，及針對(duì)目前研究性教學(xué)模式的不足展望了未來教學(xué)改革的任務(wù)。

[關(guān)鍵詞]研究型教學(xué) 過程控制

[中圖分類號(hào)]G421 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1006-5962（2013）05（a）-0009-02

引言

過程控制這門課程主要講授過程建模，并將數(shù)字檢測(cè)、數(shù)字控制儀表與計(jì)算機(jī)控制貫穿于全書內(nèi)容中，使模擬與數(shù)字技術(shù)融于全書，突出了系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用。鑒于過程控制的內(nèi)容特點(diǎn)，傳統(tǒng)的“灌輸式教學(xué)”和“接受式教學(xué)”是無法完成高校授課任務(wù)的。研究性授課模式正是在這樣的背景下提出的，它作為一種新的教學(xué)理念和教學(xué)模式，是以探索和研究為基礎(chǔ)的教學(xué)，它以促進(jìn)學(xué)生的個(gè)性發(fā)展為宗旨，通過改革學(xué)生單純地、被動(dòng)地接收知識(shí)的學(xué)習(xí)方式，在幫助學(xué)生進(jìn)行接受式間接學(xué)習(xí)的同時(shí)，形成一種對(duì)知識(shí)的主動(dòng)式直接探索。上世紀(jì)90年代在我國(guó)開始試行并推廣研究性教學(xué)，2005年，教育部明確提出要積極推動(dòng)研究性教學(xué)、提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力，研究性教學(xué)逐漸成為我國(guó)高校教育教學(xué)改革的重要內(nèi)容。

文章以過程控制課程為例，針對(duì)高校在推進(jìn)本科教學(xué)改革中對(duì)研究性教學(xué)模式進(jìn)行探索與實(shí)踐，形成自己許多教學(xué)改革的經(jīng)驗(yàn)，歸納和總結(jié)過程控制研究性授課的經(jīng)驗(yàn)和心得，對(duì)于推薦和深化本科教學(xué)改革和提高授課質(zhì)量具有重要意義。

1.應(yīng)用研究性成果幫助學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)

過程控制課程是在學(xué)生學(xué)完電子技術(shù)基礎(chǔ)、微型計(jì)算機(jī)原理與自動(dòng)控制理論等課程之后開設(shè)的。課程著重研究根據(jù)連續(xù)工業(yè)過程的生產(chǎn)特點(diǎn)與要求，應(yīng)用自動(dòng)控制理論、控制技術(shù)和自動(dòng)化儀表來設(shè)計(jì)過程控制系統(tǒng)，以及在實(shí)際工程應(yīng)用中的有關(guān)問題。通過學(xué)習(xí)，不僅能達(dá)到解決過程控制工程中的一般問題，并具有分析和設(shè)計(jì)較復(fù)雜的過程控制系統(tǒng)的能力。

過程控制作為自動(dòng)化技術(shù)的重要組成部分，發(fā)展速度很快，并廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金、機(jī)械、輕功、原子能、環(huán)保等等許多國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要領(lǐng)域。因此，課程授課目標(biāo)是貫穿學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，教師授課應(yīng)該立足干讓學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、學(xué)會(huì)研究、實(shí)現(xiàn)由注入式教學(xué)到研究性教學(xué)的飛躍。過程控制課程大綱的編寫是在微電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛躍發(fā)展、數(shù)字檢測(cè)、計(jì)算機(jī)控制與分級(jí)、分散計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在過程控制工程中日新月異條件下進(jìn)行的，因此，授課內(nèi)容從常規(guī)儀表控制到計(jì)算機(jī)分散控制的各個(gè)階段，更應(yīng)突出計(jì)算機(jī)控制的內(nèi)容。教材涵蓋面廣、設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)?，學(xué)生要想把課程學(xué)好、學(xué)懂，教師授課必須采取有的放矢，幫助學(xué)生一邊認(rèn)識(shí)這門課程、認(rèn)識(shí)過程控制技術(shù)，一邊讓學(xué)生在學(xué)習(xí)控制理論相關(guān)課程基礎(chǔ)上主動(dòng)探索課程中講授的控制技術(shù)。

作為一名科研型人員進(jìn)入高校工作，在教學(xué)工作的同時(shí)必然還從事著大量的科研工作，也取得了一些相應(yīng)的科研成果。作為研究性教學(xué)模式的探索，就是把科研成果第一時(shí)間在授課過程中與學(xué)生分享，一是讓學(xué)生真正看到控制理論是如何應(yīng)用到工業(yè)過程控制領(lǐng)域中，以及理論應(yīng)用到實(shí)際的控制效果；二是讓學(xué)生看到當(dāng)今的控制領(lǐng)域研究水平，以及未來發(fā)展的潛力。這些都會(huì)極大刺激學(xué)生的認(rèn)知力和求知欲，讓他們感受到所學(xué)課程的重要性從而激發(fā)他們主動(dòng)求知的學(xué)習(xí)態(tài)度。這些正是當(dāng)今大學(xué)生所應(yīng)該具備的學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)熱情，也是教師傳授課程知識(shí)的目的和動(dòng)力。例如在講授過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)時(shí)，不但介紹了溫度控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，還會(huì)細(xì)致闡述一下當(dāng)前溫控系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)概況、技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r。基于個(gè)人在之前帶畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)指導(dǎo)過基于模糊控制的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，所以在授課過程中，會(huì)給學(xué)生從以下三個(gè)層面講解內(nèi)容：首先是闡述溫度過程控制系統(tǒng)的構(gòu)成、控制目的及運(yùn)行條件；其次講解如何針對(duì)被控對(duì)象及其他系統(tǒng)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)控制器參數(shù)；最后可以依據(jù)個(gè)人研究成果向?qū)W生介紹一下目前溫控系統(tǒng)的控制策略設(shè)計(jì)發(fā)展情況，可以把之前指導(dǎo)的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題有的放矢的與學(xué)生分享，以使學(xué)生知道課程對(duì)今后畢業(yè)設(shè)計(jì)有著重要的幫助，還可以參考教師的科研成果來了解過程控制這門課程的重要性及在控制研究領(lǐng)域中的地位和發(fā)展?fàn)顩r。這種授課方式使學(xué)生了解過程控制課程的適用性，明確了學(xué)習(xí)該課程的目標(biāo)，從而開啟學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。目前，很多高校學(xué)生在邁入專業(yè)課程學(xué)習(xí)時(shí)，經(jīng)過很長(zhǎng)時(shí)間都進(jìn)入不了學(xué)習(xí)狀態(tài)，甚至到課程結(jié)束時(shí)都不知道為什么學(xué)習(xí)這門課程，那么學(xué)習(xí)的效果就可想而知。所以，教師如果從小處著手，以畢業(yè)設(shè)計(jì)為導(dǎo)向引領(lǐng)學(xué)生樹立學(xué)習(xí)目標(biāo)，通過教師傳授的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法來學(xué)習(xí)如何做畢業(yè)設(shè)計(jì)；從大處著手，教師則是讓學(xué)生明確過程控制這門課程在工業(yè)控制領(lǐng)域中的定位，過程控制技術(shù)是自動(dòng)化技術(shù)的重要組成部分。更應(yīng)該了解到過程控制技術(shù)正在為實(shí)現(xiàn)各種最優(yōu)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率i節(jié)約能源、改善勞動(dòng)條件、保護(hù)環(huán)境衛(wèi)生、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力等方面起著越來越巨大的作用。

2.結(jié)合實(shí)驗(yàn)講解控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)

過程控制是控制理論、生產(chǎn)工藝、計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器儀表知識(shí)等相結(jié)合的一門綜合性應(yīng)用科學(xué)。課程是以過程控制系統(tǒng)為主體，以過程檢測(cè)控制儀表為工具，儀表與系統(tǒng)密切聯(lián)系、相互依存。因?yàn)檎n程與實(shí)際聯(lián)系的非常緊密，教師在授課過程中如果能展示一些實(shí)際的設(shè)計(jì)過程、實(shí)驗(yàn)程序及程序運(yùn)行結(jié)果。學(xué)生則可以直接感性接觸到控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)過程及如何驗(yàn)證設(shè)計(jì)效果。因此，在備課過程中，結(jié)合自己在多年研究中接觸到的案例，應(yīng)用MATLAB中的SIMULINK來編制程序，并在授課中利用多媒體直接演示程序及運(yùn)行結(jié)果。學(xué)生從運(yùn)行結(jié)果可以看到系統(tǒng)的性能指標(biāo)情況，可以真正主動(dòng)式地去學(xué)習(xí)、弄懂課程內(nèi)容。這種授課方式即是對(duì)自己科研產(chǎn)出的總結(jié)，也是提高授課效果、培養(yǎng)學(xué)生研究能力、科學(xué)精神及創(chuàng)新能力的嘗試。這種研究性教學(xué)的理論研究成果對(duì)于高校創(chuàng)新課程教學(xué)模式、推進(jìn)教育教學(xué)改革起了很大的促進(jìn)作用。學(xué)生和授課教師雙方的感官在課堂上都被調(diào)動(dòng)起來，互動(dòng)性和交流性有了很大的提高。因此，研究性教學(xué)對(duì)學(xué)生和教師的益處是相輔相成的，在研究性教學(xué)探索過程中，師生的互動(dòng)性、交流都被激發(fā)出來，授課效果達(dá)到了一個(gè)良性狀態(tài)。研究性教學(xué)改革探索的目標(biāo)很明確，把學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)還給學(xué)生，以問題或任務(wù)的形式使學(xué)生主動(dòng)參與到學(xué)習(xí)、實(shí)踐過程中，激發(fā)出學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的興趣，同時(shí)在課堂上為學(xué)生提供充分的跨領(lǐng)域?qū)W習(xí)和實(shí)踐的機(jī)會(huì)，促進(jìn)學(xué)生學(xué)會(huì)自主學(xué)習(xí)。

目前，研究性教學(xué)理論層次的探索還滯后于教學(xué)改革的實(shí)踐，其實(shí)踐上的探索還存在一些不盡人意的地方。一是研究性教學(xué)理念沒有確立，二是缺乏可操作性的整體規(guī)劃；三是評(píng)價(jià)體系有待構(gòu)建；四是研究性教學(xué)推進(jìn)的教育教學(xué)條件有待完善。幾年來，個(gè)人在專業(yè)課程授課中推進(jìn)研究性教學(xué)的應(yīng)用性，縱觀高校本科教學(xué)工作也逐步出現(xiàn)了根本性的變化，注重學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力培養(yǎng)應(yīng)該成為人才培養(yǎng)的主線。結(jié)合近年來高校關(guān)于研究性教學(xué)的研究成果及個(gè)人探索心得，有以下幾個(gè)方向值得繼續(xù)努力探索。

一是注重研究性教學(xué)本質(zhì)，提升理論研究的目標(biāo)性，結(jié)合我國(guó)高等教育的實(shí)情做到理論研究與實(shí)踐探索的統(tǒng)一；二是理解研究性教學(xué)與科學(xué)研究的不同，研究性教學(xué)始終注重的是教學(xué)，是為了實(shí)現(xiàn)學(xué)生的成長(zhǎng)與成才。三是研究性教學(xué)不再局限于具體課程教學(xué)，而是著眼于整體教育教學(xué)改革。加速教育理念更新、教師隊(duì)伍培養(yǎng)、教學(xué)內(nèi)容調(diào)整、管理機(jī)制創(chuàng)新及教學(xué)評(píng)價(jià)體系等因素，從而加快研究性教學(xué)進(jìn)程；四是研究性教學(xué)必須保證在高校教學(xué)秩序穩(wěn)定前提下開展，從而必須處理好科學(xué)研究與研究性教學(xué)關(guān)系、傳統(tǒng)教學(xué)模式與研究型教學(xué)模式的關(guān)系以及教學(xué)進(jìn)程中學(xué)校、教師與學(xué)生三者的關(guān)系等等。

3.結(jié)論

本文以突出工程設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用的過程控制授課為例對(duì)研究性教學(xué)在實(shí)踐層面進(jìn)行了探索。討論了應(yīng)用研究性教學(xué)的方法和效果，并針對(duì)目前研究性教學(xué)模式的不足展望了未來教學(xué)改革的任務(wù)。