“集散控制系統(tǒng)”教學(xué)體系改革探索

摘要：“集散控制系統(tǒng)”是熱工過(guò)程自動(dòng)化專業(yè)的核心專業(yè)課程，“集散控制系統(tǒng)”教學(xué)直接影響到該專業(yè)畢業(yè)生的專業(yè)素養(yǎng)。為了培養(yǎng)熱工過(guò)程自動(dòng)化工程師，根據(jù)熱工過(guò)程自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的就業(yè)形勢(shì)及未來(lái)工作特點(diǎn)，有必要建立具有熱工過(guò)程特色的“集散控制系統(tǒng)”教學(xué)體系。為此，對(duì)“集散控制系統(tǒng)”課程教學(xué)體系、“集散控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)”教學(xué)體系以及強(qiáng)化課程設(shè)計(jì)教學(xué)與專業(yè)課教學(xué)的聯(lián)系進(jìn)行了改革探索，并在教學(xué)實(shí)踐中取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：集散控制系統(tǒng)；課程設(shè)計(jì)；教學(xué)體系；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）23-0072-02

“集散控制系統(tǒng)”是一類分散控制、集中管理的共用控制、共用顯示的開放的儀表計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)、通信、顯示與控制等（4C）技術(shù)，并隨4C技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展。自20世紀(jì)70年代中期第一套集散控制系統(tǒng)誕生以來(lái)，已在國(guó)內(nèi)外工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。[1]“集散控制系統(tǒng)”是自動(dòng)化類專業(yè)（尤其是熱工過(guò)程自動(dòng)化專業(yè)）的核心專業(yè)課，其教學(xué)分為課程教學(xué)與課程設(shè)計(jì)教學(xué)兩部分。從系統(tǒng)科學(xué)視野來(lái)看，課程教學(xué)與課程設(shè)計(jì)教學(xué)是DCS教學(xué)體系中的兩大元素，相互作用形成有機(jī)結(jié)構(gòu)，根據(jù)系統(tǒng)科學(xué)整體性原理，1+1>2，即整體功能大于兩元素功能之和，[2]因此要提高“集散控制系統(tǒng)”教學(xué)效果有以下兩個(gè)途徑：一是分別改進(jìn)課程教學(xué)體系與課程設(shè)計(jì)教學(xué)體系；二是加強(qiáng)兩者的相互作用，形成有機(jī)結(jié)構(gòu)，派生出更多新功能，從而提升教學(xué)效果。為了培養(yǎng)符合新形勢(shì)下發(fā)電行業(yè)對(duì)熱工過(guò)程自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)生的就業(yè)要求，本文以長(zhǎng)沙理工大學(xué)熱工過(guò)程自動(dòng)化專業(yè)為例，探討了“集散控制系統(tǒng)”教學(xué)體系的改革。

一、“集散控制系統(tǒng)”課程教學(xué)體系改革

1.修訂教學(xué)大綱

教學(xué)大綱是課程的教學(xué)綱要。經(jīng)過(guò)課程教研組多次討論，結(jié)合熱工過(guò)程自動(dòng)化專業(yè)的最新培養(yǎng)計(jì)劃，依據(jù)拓寬基礎(chǔ)、加強(qiáng)素質(zhì)教育、培養(yǎng)創(chuàng)新能力和工程能力的培養(yǎng)思路修訂了“集散控制系統(tǒng)”的教學(xué)大綱，進(jìn)一步明確了“集散控制系統(tǒng)”在整個(gè)專業(yè)課程體系中的地位和作用，指出了教學(xué)目標(biāo)與期望值，規(guī)定了基本教學(xué)任務(wù)和要求。

2.編寫教案講義

教案是教師實(shí)施教學(xué)計(jì)劃與組織課程教學(xué)的方案，即為教學(xué)程序。課程教研組在教學(xué)中選用過(guò)兩種參考教材，所選課程教材內(nèi)容比較全面。但是由于集散控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展，所選教材的部分內(nèi)容已跟不上技術(shù)的更新發(fā)展。為此，根據(jù)最新修訂的教學(xué)大綱，參考國(guó)內(nèi)外有關(guān)火力發(fā)電機(jī)組最新技術(shù)和集散控制系統(tǒng)相關(guān)教材，結(jié)合課程組近幾年形成的教學(xué)與科研成果，編寫了“集散控制系統(tǒng)”課程的教案與內(nèi)部講義。

3.更新教學(xué)內(nèi)容

“集散控制系統(tǒng)”課程的內(nèi)容涉及到熱工過(guò)程自動(dòng)化專業(yè)的幾乎所有專業(yè)基礎(chǔ)課程及專業(yè)課程知識(shí)。隨著集散控制系統(tǒng)的迅速發(fā)展，知識(shí)與技術(shù)日新月異，要適應(yīng)社會(huì)發(fā)展與需求，就必須在教學(xué)過(guò)程中關(guān)注新型集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，[5]比較各廠家產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)，更新教師的知識(shí)體系。課程教學(xué)結(jié)束后召開總結(jié)討論會(huì)，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況及教學(xué)過(guò)程中反饋的信息，反思教學(xué)內(nèi)容編排的合理性與先進(jìn)性，推陳出新，保持教學(xué)內(nèi)容的前沿性。同時(shí)要做到內(nèi)容的開放式，注意銜接其他專業(yè)課程相關(guān)內(nèi)容，將檢測(cè)技術(shù)與控制儀表、熱工過(guò)程控制系統(tǒng)、鍋爐原理、汽輪機(jī)原理、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、智能控制技術(shù)與控制系統(tǒng)仿真技術(shù)等課程相關(guān)知識(shí)融入到具體的集散控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)中，從而提高學(xué)生集散控制系統(tǒng)的分析與綜合能力。

4.改進(jìn)教學(xué)方法與教學(xué)方式

針對(duì)具有不同特點(diǎn)的知識(shí)點(diǎn)，采取不同的教學(xué)方式方法。在對(duì)集散控制系統(tǒng)的基本概念與結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)，結(jié)合PPT、Flash等多媒體課件，以講授為主、討論為輔開展課堂教學(xué)，盡量活躍課程氣氛，把知識(shí)點(diǎn)講解的淺顯易懂，做到重點(diǎn)難點(diǎn)突出，在關(guān)鍵處設(shè)置問(wèn)題，啟發(fā)學(xué)生思考。針對(duì)算法組態(tài)與人機(jī)界面內(nèi)容，需要實(shí)踐動(dòng)手的較多，考慮到實(shí)驗(yàn)課時(shí)的有限性，安排學(xué)生自己安裝好組態(tài)王與DCS教學(xué)仿真軟件，課堂教師結(jié)合實(shí)例一邊講解一邊示范，學(xué)生一邊聽講一邊學(xué)習(xí)組態(tài)。在講授數(shù)據(jù)通信時(shí)，結(jié)合某電廠科研課題，分析與DCS通信遇到的問(wèn)題及其解決方案，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。積極探索開發(fā)并充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，為學(xué)生提供靈活自主的第二課堂，拓寬了學(xué)生的視野，改善了師生的交流途徑。[3]

5.實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

“集散控制系統(tǒng)”課程的所有實(shí)驗(yàn)都在集散控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教室進(jìn)行，以前由實(shí)驗(yàn)室教師單獨(dú)承擔(dān)，為了實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的無(wú)縫對(duì)接，現(xiàn)由實(shí)驗(yàn)室教師與任課教師聯(lián)合承擔(dān)，共同編寫了實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)書，指導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。根據(jù)集散控制系統(tǒng)教學(xué)大綱，由于教學(xué)時(shí)間的限制，安排學(xué)生利用課外時(shí)間進(jìn)行六個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，在和利時(shí)MACS系統(tǒng)上開設(shè)了四個(gè)設(shè)計(jì)綜合性實(shí)驗(yàn)，[4]包括一階單容水箱對(duì)象特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)、單容水箱液位PID控制實(shí)驗(yàn)、雙容水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)及煤燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

二、“集散控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)”教學(xué)體系改革

“集散控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)”是熱工自動(dòng)化專業(yè)繼“集散控制系統(tǒng)”課程之后一個(gè)至關(guān)重要的工程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是將書本知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際運(yùn)用能力的關(guān)鍵步驟，其學(xué)時(shí)為兩周。其目的在于培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的集散控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)理論知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，進(jìn)一步發(fā)掘和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與工程實(shí)踐能力，即加深學(xué)生對(duì)熱工自動(dòng)化工作的認(rèn)識(shí)，提升畢業(yè)入職后的工作能力。這里主要從教學(xué)大綱、課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書、課程設(shè)計(jì)選題、指導(dǎo)教師的團(tuán)隊(duì)化等方面探索“集散控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)”教學(xué)體系的改革。

1.教學(xué)大綱修訂

根據(jù)熱工過(guò)程自動(dòng)化專業(yè)的培養(yǎng)方案，在修訂“集散控制系統(tǒng)”教學(xué)大綱的同時(shí)，修訂“集散控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)”的教學(xué)大綱。修訂過(guò)程中，密切聯(lián)系“集散控制系統(tǒng)”知識(shí)點(diǎn)，明確課程設(shè)計(jì)目的是力爭(zhēng)全面應(yīng)用課程所學(xué)知識(shí)進(jìn)行現(xiàn)代電廠控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使得學(xué)生熟練掌握集散控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與基本技能。大綱規(guī)定了設(shè)計(jì)的基本要求、設(shè)計(jì)時(shí)間、選題原則、考核方式。

2.課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書與選題優(yōu)化

“集散控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)”主要圍繞當(dāng)前火力發(fā)電廠主流容量機(jī)組的鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，給出了爐膛壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、再熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、除氧器水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、除氧器壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與磨煤機(jī)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等八個(gè)設(shè)計(jì)課題。且這些題目會(huì)根據(jù)電廠自動(dòng)化的發(fā)展適時(shí)更新，盡量遴選能激發(fā)學(xué)生興趣具有挑戰(zhàn)性或前沿性的課題。一般安排5～7名學(xué)生為一課題小組，要求各小組選出一名學(xué)生任組長(zhǎng)，將課題設(shè)計(jì)分解成若干部分，小組成員分工協(xié)作。各小組分別完成總體方案設(shè)計(jì)、硬件選型、確定軟件需求、組態(tài)圖設(shè)計(jì)、SAMA圖繪制、算法組態(tài)、編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書和答辯等任務(wù)，進(jìn)一步提升學(xué)生的綜合應(yīng)用能力、獨(dú)立分析與解決問(wèn)題的能力、團(tuán)隊(duì)合作精神及創(chuàng)新能力。

3.指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)建設(shè)探索

課程設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程中要體現(xiàn)素質(zhì)教育的實(shí)施，必須強(qiáng)化指導(dǎo)教師的主導(dǎo)作用。因而，組建一個(gè)優(yōu)秀的指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)勢(shì)在必行。指導(dǎo)教師必須有豐富的DCS設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)電廠自動(dòng)化領(lǐng)域有解決實(shí)際問(wèn)題的工作積累，富有創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神，更應(yīng)具備高度的責(zé)任心。加強(qiáng)“集散控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)”指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)建設(shè)，一方面組織任課教師與試驗(yàn)指導(dǎo)教師到電廠進(jìn)行工程化培訓(xùn)，主要目的在于豐富教師的集散控制系統(tǒng)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；另一方面聘請(qǐng)實(shí)習(xí)基地或有合作關(guān)系的電廠中的熱工自動(dòng)化工程師擔(dān)任輔助指導(dǎo)教師。同時(shí)注重青年教師科研能力的培養(yǎng)，通過(guò)參與相關(guān)科研項(xiàng)目，把科研成果凝練成案例指導(dǎo)學(xué)生開展課程設(shè)計(jì)。[5]指導(dǎo)教師中既有理論功底深厚的任課教師、實(shí)驗(yàn)知識(shí)豐富的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師，又有工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的熱工自動(dòng)化工程師，從而逐步組建一支奮發(fā)有為的指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)。

三、強(qiáng)化課程設(shè)計(jì)教學(xué)與專業(yè)課教學(xué)的聯(lián)系

“集散控制系統(tǒng)”教學(xué)主要圍繞培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力而展開。因而“集散控制系統(tǒng)”課程教學(xué)必須與“集散控制系統(tǒng)”課程設(shè)計(jì)教學(xué)有機(jī)融合。在課程教學(xué)階段，根據(jù)課程教研小組統(tǒng)一安排，把“集散控制系統(tǒng)”課程設(shè)計(jì)的題目及設(shè)計(jì)指導(dǎo)書下發(fā)給學(xué)生，從而使得課程教學(xué)基本圍繞課程設(shè)計(jì)進(jìn)行。在原本枯燥的專業(yè)課教學(xué)中引進(jìn)了類似“案例教學(xué)”的方式，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的針對(duì)性，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與目的，使理論與實(shí)踐能夠適時(shí)地統(tǒng)一起來(lái)，提高了教學(xué)效果。[6]因此，學(xué)生在理論教學(xué)階段即可基本完成“集散控制系統(tǒng)”課程設(shè)計(jì)的建模與算法設(shè)計(jì)部分內(nèi)容，大大節(jié)省了課程設(shè)計(jì)時(shí)間，讓學(xué)生騰出寬裕的時(shí)間挖掘創(chuàng)造性設(shè)計(jì)潛能。通過(guò)強(qiáng)化“集散控制系統(tǒng)”課程設(shè)計(jì)教學(xué)體系與專業(yè)課教學(xué)體系的聯(lián)系，不僅可以使理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相得益彰，也促進(jìn)了集散控制系統(tǒng)教學(xué)效果的提升。

四、總結(jié)

在近幾年的教學(xué)過(guò)程中，課程教研小組對(duì)“集散控制系統(tǒng)”教學(xué)體系改革進(jìn)行了探索。通過(guò)集散控制系統(tǒng)專業(yè)課程及其課程設(shè)計(jì)教學(xué)，加深了學(xué)生對(duì)集散控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)理論知識(shí)的整體認(rèn)識(shí)，理論知識(shí)和工程實(shí)踐實(shí)現(xiàn)了有機(jī)融合，提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力與團(tuán)隊(duì)精神，提升了整體教學(xué)效果。

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（責(zé)任編輯：孫晴）