“過程控制”課程建設(shè)與教學(xué)改革

張利輝+李靜

摘要：過程控制是自動化專業(yè)一門重要的專業(yè)課。我們針對課程特點及我校本科教學(xué)的實際情況，在教材建設(shè)、多媒體課件開發(fā)、教學(xué)方法、教學(xué)實踐等方面開展了一系列教學(xué)改革的探討與實踐，這有利于學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)與掌握，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用專業(yè)知識的能力，以及分析問題、解決問題的能力。

關(guān)鍵詞：過程控制；多媒體課件；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）05-0126-02

過程控制是以生產(chǎn)工藝過程為對象，控制理論為基礎(chǔ)，常規(guī)儀表為工具，生產(chǎn)過程自動化為核心的一門綜合性課程，是高校自動化、熱能與動力工程及相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)主干課。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解過程控制技術(shù)的發(fā)展，掌握過程控制系統(tǒng)分析、設(shè)計和投運的基礎(chǔ)理論知識和工程應(yīng)用方法，為今后從事專業(yè)工作打下堅實基礎(chǔ)。

一、教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化及教材建設(shè)

1.教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化。在教學(xué)及課程建設(shè)過程中，課程組緊密結(jié)合電力生產(chǎn)應(yīng)用，理論聯(lián)系實際。既突出電力特色，又強調(diào)基礎(chǔ)知識、基本能力的培養(yǎng)，面向其他工業(yè)領(lǐng)域的需求，選擇和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。教學(xué)內(nèi)容整體分成兩大部分：過程控制的基礎(chǔ)理論和控制理論在火電廠中的應(yīng)用。過程控制的基礎(chǔ)理論部分包括自動控制的基本概念、被控對象的數(shù)學(xué)模型、控制器的動態(tài)特性、單回路控制系統(tǒng)和復(fù)雜控制系統(tǒng)。

2.教材建設(shè)。教材建設(shè)是課程建設(shè)的基礎(chǔ)。結(jié)合我校自動化專業(yè)本科畢業(yè)生的就業(yè)去向及歷屆畢業(yè)生的信息反饋，根據(jù)火電廠控制的發(fā)展狀況，通過多年的教學(xué)實踐，課程組教師在課程體系及教材內(nèi)容等方面不斷進行改進。2009年由課程組教師編寫的《電廠熱工過程自動控制》（第一版）公開出版，作為普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材，本教材內(nèi)容精煉、重點突出、系統(tǒng)連貫、信息量大。

二、多媒體課件的開發(fā)

過程控制課程具有知識點多、圖表系統(tǒng)多的特點。近年來，我們在本門課程的教學(xué)當中大力開發(fā)多媒體課件，改變了“一支筆，一塊黑板，效果低下”的教學(xué)模式，優(yōu)化了教學(xué)內(nèi)容。本課件在使用過程中取得了良好的教學(xué)效果，并獲得了省教育技術(shù)成果一等獎。

1.教學(xué)設(shè)計。①學(xué)習(xí)目標。在課件中，各教學(xué)和學(xué)習(xí)單元都依照教學(xué)大綱給出明確、具體的學(xué)習(xí)目標。包括課程的總體學(xué)習(xí)目標，各章的學(xué)習(xí)目標、重點章中各節(jié)的學(xué)習(xí)目標，且區(qū)分基本要求和較高層次要求，以滿足不同層次學(xué)生學(xué)習(xí)之用。②知識結(jié)構(gòu)。對于相關(guān)知識結(jié)構(gòu)的設(shè)計，采用了多種方式，吸引學(xué)習(xí)者的注意力，激活學(xué)習(xí)者原有的相關(guān)知識經(jīng)驗，或啟發(fā)學(xué)習(xí)者主動思考，激發(fā)和維持學(xué)習(xí)者對課件或課程的學(xué)習(xí)動機和興趣。例如：對于過熱汽溫控制的設(shè)計，進入章節(jié)后，先給出動畫過熱汽溫汽水流程，引出過熱汽溫的控制任務(wù)，講解對象動態(tài)特性，針對對象的特點選擇典型控制方案，對于串級汽溫控制方案，先提出問題，利用前面學(xué)習(xí)過單回路控制的相關(guān)知識，由過熱汽溫的單回路控制逐步引出串級控制，將相關(guān)知識有機的融合在一起，既復(fù)習(xí)強化了前續(xù)知識，又思考應(yīng)用學(xué)習(xí)新的教學(xué)內(nèi)容。③媒體選用。課件充分運用文本、圖形、圖像、動畫、圖表等媒體形式來表現(xiàn)課程內(nèi)容，既有常規(guī)的文字描述與歸納，又可以通過動畫演示直觀講解。還可以控制實例的演示進程，較好地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)習(xí)效果。④學(xué)習(xí)者控制。學(xué)習(xí)者可以按照自己的需要靈活選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，方式多樣，靈活方便。提供了適應(yīng)性的學(xué)習(xí)指導(dǎo)和幫助?！皟?nèi)容控制”使學(xué)習(xí)者可以自由選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，以菜單目錄形式；“路線控制”使學(xué)習(xí)者可以通過按鈕實現(xiàn)頁的轉(zhuǎn)換，能自由控制學(xué)習(xí)時間；“顯示控制”使學(xué)習(xí)者可以在頁面中選擇某些內(nèi)容深入學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)完成后選擇“返回”重新回到原來頁面。⑤交流與協(xié)作。課件對重點內(nèi)容提供了充分的交互交流機會，引發(fā)學(xué)習(xí)者對學(xué)習(xí)內(nèi)容的積極投入、操縱和思考。課件鏈接了本精品課程網(wǎng)站，提供了具有交流功能的教學(xué)平臺，包括留言板和電子郵箱等。⑥練習(xí)。課件提供了一些例題，以及不同層次的思考題和測試題，使得學(xué)習(xí)者能夠及時復(fù)習(xí)和應(yīng)用所學(xué)的知識技能，了解對相關(guān)內(nèi)容的掌握程度。每章課后的思考題，包括只涉及本章內(nèi)容的思考題和綜合前面章節(jié)的綜合題。

2.內(nèi)容設(shè)計。①內(nèi)容風格。課件在開發(fā)設(shè)計中，考慮了格式、風格、語言上內(nèi)在的一致性，例如，文字上盡量簡潔，以圖形、圖片、動畫直觀演示講解；在屏幕及畫面設(shè)計上，空間使用合理、充分，背景素雅簡潔美觀，文本、圖形、圖像等視覺元素構(gòu)圖信息表述明確。②導(dǎo)航鏈接。在每幅顯示界面中均有明顯的導(dǎo)航或互動標志，導(dǎo)航鏈接明顯易辨，有明確的指示標簽，學(xué)習(xí)者無需特殊幫助就可輕松地操作導(dǎo)航路徑。對于知識界面中，進一步展開講解，有進一步連接之處整個課件均已紅色字標示，易于使用。

三、理論教學(xué)方法改革

1.注重啟發(fā)式講授。采用主講教師講授的啟發(fā)式、課堂上師生互動式相結(jié)合的教學(xué)方法。為此，課程組積極開展教研、設(shè)計教學(xué)過程、充分準備問題，以引起學(xué)生的興趣和積極思維，只有學(xué)生積極思維，才能達到互動目的，實現(xiàn)提高課堂教學(xué)效果。

2.注重知識系統(tǒng)性。本課程知識點多、內(nèi)容雜，因此講授中著力講清課程體系結(jié)構(gòu)，以一根線索有機串聯(lián)全書主干內(nèi)容，便于學(xué)生記憶和掌握，更有助于知識的綜合運用。

3.引導(dǎo)學(xué)生研究性、探究性學(xué)習(xí)。教學(xué)不僅僅是“傳道、授業(yè)、解惑”，更重要的是交給學(xué)生探索未知世界的金鑰匙。在教學(xué)過程中我們積極注意引導(dǎo)學(xué)生進行研究性學(xué)習(xí)。例如，對于某個過程參數(shù)的控制，我們強調(diào)教材中給出的只是一種可行的、較為成熟的控制方案，而非唯一的方案，講授中再給出幾種變化方案，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的前續(xù)知識分析其對錯，提出和探究不同控制方案的可行性。

四、實踐教學(xué)建設(shè)與改革

過程控制是一門實踐性很強的課程，只有通過實踐才能深刻理解和掌握。為此，學(xué)院與課程組大力推進實驗室建設(shè)，設(shè)計、制作先進的過程控制實驗裝置，開放實驗室；增加課程設(shè)計環(huán)節(jié)；還在本課程的考核方式上，采取“理論考試+實驗成績+實踐操作+平時成績”的辦法，加大了實踐環(huán)節(jié)的力度和考核，提高學(xué)生的實踐動手能力和綜合應(yīng)用能力。endprint

1.課程實驗。①結(jié)合教材內(nèi)容，對原有實驗內(nèi)容和方法進行改進。力求實驗內(nèi)容在上課前以課題的形式給出實驗?zāi)康?、實驗所要達到的各項指標以及實驗要求和所能提供的硬件資源，不預(yù)先設(shè)定實驗方法，不規(guī)定實驗步驟，不限定實驗時間，讓學(xué)生結(jié)合教材內(nèi)容自行設(shè)計合理的方法，在課程結(jié)束之前給出最終結(jié)果，變“教”學(xué)生為“指導(dǎo)”學(xué)生實驗，以提高學(xué)生解決實際問題的能力。②實驗教學(xué)管理上實行目標化的管理手段。在學(xué)生實驗時，不限定學(xué)生實驗的方法和步驟，重點考察方案和結(jié)果，考察各項指標的完成情況。實驗指導(dǎo)采取輔導(dǎo)與檢查相結(jié)合，任課教師與實驗室教師相結(jié)合，及時發(fā)現(xiàn)問題，及時進行解決。③實驗設(shè)備和教學(xué)實行開放式、網(wǎng)絡(luò)化管理操作。將實驗室設(shè)備資源狀況、師資情況、人員及設(shè)備管理、實驗教學(xué)計劃等資料編制開發(fā)成動態(tài)實驗設(shè)備和教學(xué)管理系統(tǒng)，使得學(xué)生和教師在網(wǎng)上可以了解到這些信息，以便了解設(shè)備在用情況，合理安排實驗時間和計劃。

2.課程設(shè)計。課程設(shè)計是本課程教學(xué)中的一個重要環(huán)節(jié)。設(shè)計結(jié)合電力參數(shù)控制，分析和設(shè)計相應(yīng)控制方案。課程設(shè)計的實施步驟為：教師準備教學(xué)文件，編寫設(shè)計任務(wù)書和選擇參考系統(tǒng)圖；組織學(xué)生在老師講解涉及要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合所學(xué)知識和相關(guān)資料提交相應(yīng)的控制方案和設(shè)計草圖；教師進行階段性點評和驗收，并發(fā)放參考系統(tǒng)圖；組織學(xué)生在初步設(shè)計的基礎(chǔ)上結(jié)合參考系統(tǒng)和教師的指導(dǎo)完成系統(tǒng)的最終設(shè)計；學(xué)生提交設(shè)計圖紙和設(shè)計報告，報告應(yīng)為一完整的科技文檔，應(yīng)以所設(shè)計系統(tǒng)的思想和過程分析為主。

3.生產(chǎn)實習(xí)環(huán)節(jié)。實習(xí)作為教學(xué)的一個重要環(huán)節(jié)，理論聯(lián)系實際的重要過程，實習(xí)內(nèi)容與本課程內(nèi)容緊密相關(guān)，包括專題報告、參觀、仿真培訓(xùn)等環(huán)節(jié)。專題報告環(huán)節(jié)是由實踐經(jīng)驗豐富的人員介紹有關(guān)的專業(yè)新技術(shù)及生產(chǎn)運行等方面的內(nèi)容。參觀環(huán)節(jié)是組織學(xué)生去電廠、化工廠等具有生產(chǎn)過程自動控制裝置的企業(yè)參觀，并請有關(guān)人員講授企業(yè)安全生產(chǎn)的基本知識、熱工系統(tǒng)設(shè)備的基本狀況及生產(chǎn)組織情況及生產(chǎn)過程、系統(tǒng)的組成和各種設(shè)備的作用。仿真培訓(xùn)環(huán)節(jié)是組織學(xué)生在仿真機上熟悉并掌握單元機組檢測、控制系統(tǒng)及機組啟停運行的基本過程。

4.課外創(chuàng)新實踐。將學(xué)有余力的學(xué)生組織起來，成立課外科技活動小組，直接參與實驗室相關(guān)建設(shè)項目。此舉的意義，不僅僅使大學(xué)生們獲得了扎實的基礎(chǔ)知識，提高了軟硬件開發(fā)能力，更重要的是，提高了學(xué)生的協(xié)作精神和實干作風，增強了創(chuàng)造性，是一條切實可行的和可以具體操作實施的人才培養(yǎng)之路。例如，青年教師帶領(lǐng)學(xué)生參加羅克韋爾過程控制夏令營，組織學(xué)生參加大學(xué)生火電機組集控運行操作技能競賽，參加西門子杯全國大學(xué)生過程控制仿真挑戰(zhàn)賽等。

五、結(jié)語

根據(jù)過程控制課程特點，結(jié)合我校本科畢業(yè)生的就業(yè)方向，我們在教材建設(shè)、多媒體課件開發(fā)、教學(xué)改革、教學(xué)實踐等方面進行了有益的探索。在教材建設(shè)過程中，既要突出電力特色，又要強調(diào)基礎(chǔ)知識、基本能力的培養(yǎng)，面向其他工業(yè)領(lǐng)域的需求，選擇和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。為提高教學(xué)內(nèi)容的表現(xiàn)力和感染力，多媒體課件開發(fā)應(yīng)在教學(xué)設(shè)計上多下功夫，精心設(shè)計教學(xué)目標、知識結(jié)構(gòu)和媒體選用，為方便學(xué)習(xí)者使用多媒體課件，應(yīng)設(shè)計有良好的交互性和檢驗學(xué)習(xí)效果的習(xí)題及自測題。探索有益的課堂教學(xué)方法，提高學(xué)生的主體地位，使學(xué)生能主動參與到教學(xué)中，提高課堂教學(xué)質(zhì)量。重視實踐環(huán)節(jié)，嘗試開設(shè)更多豐富多彩的實踐環(huán)節(jié)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和動手能力。

參考文獻：

[1]王建國，孫靈芳，張利輝.電廠熱工過程自動控制[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2]羅健旭，顧幸生，劉漫丹，等.過程控制工程課程教學(xué)的創(chuàng)新與改革[J].化工高等教育，2012，（2）.endprint