《過程控制系統(tǒng)》課程教學和實踐環(huán)節(jié)的改革與創(chuàng)新探索

黃宜慶

（安徽工程大學 電氣工程學院，安徽 蕪湖241000）

《過程控制系統(tǒng)》是控制理論、生產(chǎn)工藝、計算機技術和儀器儀表知識等相結合的一門綜合性應用學科[1]。本課程的涉及內(nèi)容較為廣泛，主要包括控制系統(tǒng)的建模、控制理論算法和控制系統(tǒng)的分析與設計。在本課程的教學中，任課教師的主要任務是讓學生在了解、熟悉、掌握流程工業(yè)生產(chǎn)工藝流程與生產(chǎn)過程的靜態(tài)和動態(tài)特性的基礎上，根據(jù)工藝要求，應用控制系統(tǒng)中的基本理論、現(xiàn)代控制技術方法，分析、設計與整定過程控制系統(tǒng)。同時，必須讓學生清楚地認識工程應用中的相關問題，提高學生分析問題和解決的能力。隨著計算機技術、控制理論、傳感檢測技術等相關技術的高速發(fā)展，過程控制技術這一自動化領域內(nèi)的重要分支也在不斷前進與發(fā)展，國際上的很多學者在此領域內(nèi)做出了杰出的成就，并成功運用于電力、冶金、輕工等連續(xù)型生產(chǎn)過程系統(tǒng)[2]。然而過程控制理論與應用結合緊密、內(nèi)容較廣、實踐性較強，從而造成學生在學習的過程中遇到很多的實際困難，任課教師在講授的過程中也會感到學生的學習興趣普遍不高，學習效率較低。因此，必須要求《過程控制系統(tǒng)》課程的教學內(nèi)容、理念、方法和手段都必須隨著新應用和新技術的出現(xiàn)而進行改革，以使學生更好地適應社會發(fā)展的需要，真正實現(xiàn)實踐型與創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)[2]。

本文重點分析了《過程控制系統(tǒng)》課程的本科教學現(xiàn)狀和目前教學和學生學習中存在的主要問題，針對提出的問題，從而有針對性地提出了過程控制系統(tǒng)的教學改革的基本思路和目標，介紹了一系列的教學改革措施和方法，實踐表明教學改革大大地提高了高校大學生的學習本課程的效率，提高了學生分析問題的能力。

1 《過程控制系統(tǒng)》教學現(xiàn)狀與任務

目前在《過程控制系統(tǒng)》這門課程的授課過程中，任課教師通常先介紹過程控制系統(tǒng)中的各個環(huán)節(jié)的組成部分，然后針對具體的問題，介紹多種控制系統(tǒng)的結構和設計方法，最后，為了讓學生能夠將學習的理論知識加以應用，再介紹過程控制系統(tǒng)的應用實例[3]。這樣的教學方法會導致學生只能片面地理解系統(tǒng)局部的設計信息，很難讓學生掌握過程控制系統(tǒng)設計的精髓，更不用說能讓他們做到靈活運用自己在課堂上所學的知識。另一方面，《過程控制系統(tǒng)》既是控制理論在工業(yè)生產(chǎn)過程中應用的技術課程，又是過程控制的理論課程，它強調(diào)工程觀點、設計能力的訓練，強調(diào)理論與實際的結合，以及提高分析問題、解決問題的能力。尤其是近些年隨著控制理論、計算機技術、檢測技術等其他相關技術的發(fā)展，過程控制系統(tǒng)技術也不斷地發(fā)展，應用也越來越廣泛，但課程授課學時卻在減少。因此，基于上述的考慮，《過程控制系統(tǒng)》教學應該以如何提高學生的學習本課程的效率、培養(yǎng)學生的系統(tǒng)整體把握能力為本課程教學改革與實踐的重點任務。主要包括針對教學方法、實驗環(huán)節(jié)方面提出改進的教學方法和措施，加強過程控制系統(tǒng)的理論研究與實踐教學環(huán)節(jié)的結合，合理增加先進性控制理論及設計驗證實驗，著重對傳統(tǒng)實驗設備替換和補充，開發(fā)出新型的實驗教學設備，強調(diào)對學生創(chuàng)新思維和能力的培養(yǎng)。

0 引言

2 教學內(nèi)容的改革

隨著自動化和計算機技術的迅猛發(fā)展,對學生的知識結構和水平提出了新的要求。過程控制課程內(nèi)容包括檢測與控制儀表，過程建模及系統(tǒng)控制方案的設計等等。因此，任課教師在教學內(nèi)容的選擇方面，應該有所取舍，同時應積極跟蹤過程控制領域內(nèi)最新研究成果，提煉實際工程問題，不能僅僅局限于教材中的內(nèi)容，也可以結合自己的研究課題，為學生做一些普及性的介紹，從而進一步提高學生學習本課程的興趣。在講授的過程中，可以將重點內(nèi)容安排在過程建模和常規(guī)控制系統(tǒng)工程設計,并補充神經(jīng)網(wǎng)絡建模的方法。擴充先進控制理論應用的成果，介紹一些先進的智能控制控制技術。另外，可以詳細介紹了一些典型的計算機過程控制技術。另一方面，從應用的層面上展開介紹，而不是一味的重復知識點。最后在教學課時充裕的情況下，可開設一些講座為學生介紹一些國內(nèi)外正在應用和開發(fā)的最新過程控制技術成果，如復雜系統(tǒng)的多變量解耦控制、工業(yè)系統(tǒng)的自適應控制、模型預測控制等這些新的理論知識，使學生對這些理論能夠做到有所了解。

3 實驗環(huán)節(jié)的改革

《過程控制系統(tǒng)》實驗環(huán)節(jié)的改革主要體現(xiàn)在兩個方面。首先在實驗教學方面，應著重訓練學生的基本技能，培養(yǎng)他們的動手能力，讓學生理解一些基本過程控制中的概念和基本方法。同時，在實驗課時允許的情況下，應增加基于Matlab技術的計算機控制、先進控制、控制系統(tǒng)仿真等內(nèi)容，從而達到為加深學生對實驗內(nèi)容的理解[4]。在后期的實驗中，任課教師應提出實驗內(nèi)容和目的，而實驗的方案步驟、實驗過程所需要的儀器儀表、儀表的連接、控制的策略方法則完全由學生自己設計，在實驗教師的監(jiān)督下讓學生獨立自主地完成實驗，最后寫出總結報告，并組織課堂交流、分析討論，以提高學生獨立性和創(chuàng)新能力。在學校有條件的情況下，建設一套過程控制實驗平臺，該平臺是一套集自動化儀表技術、計算機技術、通訊技術、自動控制技術及現(xiàn)場總線技術為一體的多功能實驗設備。整個應系統(tǒng)包括流量、溫度、液位、壓力等熱工參數(shù)，可實現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)辨識，單回路控制，串級控制，前饋-反饋控制，滯后控制、比值控制，解耦控制等多種控制形式。

其次，在《過程控制系統(tǒng)》課程設計方面進行一定的改革。課程設計是過程自動化專業(yè)一項重要的實踐性教育環(huán)節(jié)，該項目是鍛煉學生動手能力的最好方法，然而很多學生面對該訓練無從下手，主要原因是學生沒有掌握學習的主動性[5]。因此，在課程設計環(huán)節(jié)訓練的過程中,實驗教師應充分調(diào)動學生的想象力和創(chuàng)造力，利用現(xiàn)有的教學條件，將理論聯(lián)系于實際，突破傳統(tǒng)的課程設計內(nèi)容,在既重視知識的獲取和應用，又強調(diào)知識的發(fā)展性和遷移價值的情況下，把自主實踐和活動內(nèi)容納入課程設計體系把學生的設計以物化的形式表現(xiàn)出來，驗證學生的設計思想，提高學生動手解決實際問題的能力和興趣。

4 考核方式的改革

課程考核方式是一種促進學習的手段，科學的考核方式應既能激勵學生的學習積極性，又能考查知識和考核能力[6]。

本課程將采用學生團體合作、作業(yè)項目、課程設計3個考核部分的形進行考核，突破傳統(tǒng)的閉卷考試方式。首先，第一部分為團體合作考核方式。其主要目的是培養(yǎng)學生的合作精神。其考核方法是將若干個學生分成一組，每組指定一個設計案列，主要由是否積極參與小組討論、課堂討論的深度、作業(yè)項目答辯的講解能力、是否積極承擔小組的任務以及承擔的工作量比例等方面進行考核。本項考核定為總成績的20%。其次，第二部分為作業(yè)項目考核方式。其主要方法是學生在完成教師布置的作業(yè)項目后，教師組織學生進行項目成果展示和答辯，學生進行自評、互評，最后是教師的點評，以此作為作業(yè)項目完成情況考核的依據(jù)。本環(huán)節(jié)占期末總成績的20%。第三個部分仍然采取傳統(tǒng)的課程設計方式，學生從教師指定的若干個題目中自由選定來完成，在這一環(huán)節(jié)中主要考查學生對基本概念的理解、控制系統(tǒng)設計技巧的掌握情況。本項考核成績占期末總成績的60%。

5 結束語

現(xiàn)階段《過程控制系統(tǒng)》的教學現(xiàn)狀存在一定的局限性，需要迫切進行課程教學改革和實踐探索。在改革的過程中，需要以激發(fā)高校大學生對本課程的學習興趣，提高在校大學生的工程實踐能力為主要目標和任務，在教學方面，將課堂教授和實踐環(huán)節(jié)進行有機結合，同時鼓勵學生開展個性化、自主性的研究型學習；在實踐方面，培養(yǎng)高校學生綜合應用本專業(yè)知識的能力，形成良好的分析問題、解決問題的思維。通過程控制系統(tǒng)課程教學內(nèi)容和實踐環(huán)節(jié)的改革,學生較好掌握了國內(nèi)外過程控制先進技術,能夠做到運用本專業(yè)知識的技能，通過實踐環(huán)節(jié)的改革，學生能夠將所學的課堂知識應用到實踐當中，提高了學生的獨立動手操作和處理實際工作的能力，并且加深了學生對所學理論知識的理解，為學生的今后工作方向奠定了堅實的基礎。

［1］李敏,鄒濤,楊馬英，等.過程控制系統(tǒng)綜合性實驗設計與教學實踐[J].實驗技術與管理，2012,28(6):100-104.

［2］陳夕松,汪術蘭.過程控制系統(tǒng)[M].北京:科學出版社,2005.

［3］楊光祥,曹曉莉,胡衛(wèi)軍，等.“過程控制系統(tǒng)”綜合教學改革探索與設計[J].中國電力教育，2012(236):67-68.

［4］陳湘萍.過程控制工程實驗教學改革的探索與實踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2010(7):85-86.

［5］黃艷巖,徐紅偉,金英連.過程控制實驗課程教學改革實踐[J].高校實驗室工作研究，2009(9):9-10.

［6］張安福.改革教學方法探索研究型教學[J].中國大學教學,2012(1):65-67.