控制類專業(yè)實踐教學(xué)改革探索*

宋哲英　　宋雪玲　　劉朝英（、河北科技大學(xué) 電氣工程學(xué)院，河北 石家莊 05008　、河北科技大學(xué) 理工學(xué)院，河北 石家莊 05008）

控制類專業(yè)實踐教學(xué)改革探索*

宋哲英1宋雪玲1劉朝英2
（1、河北科技大學(xué) 電氣工程學(xué)院，河北 石家莊 0500182、河北科技大學(xué) 理工學(xué)院，河北 石家莊 050018）

分析了傳統(tǒng)控制類實踐教學(xué)存在的問題與不足，提出了改革實踐教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等的一系列措施，并探討了在實施實驗教學(xué)模式改革中注意的幾個問題，為培養(yǎng)本科生實踐能力和創(chuàng)新精神探索了有效途徑。

實踐教學(xué)；創(chuàng)新能力；教學(xué)模式

一、控制類學(xué)科實踐教學(xué)現(xiàn)狀

控制類學(xué)科是面向被控對象，解決控制問題的學(xué)科。專業(yè)涉及內(nèi)容廣泛，既要求學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論、解決問題的系統(tǒng)的方法，同時要有較強的學(xué)習(xí)能力和實踐能力。而實踐教學(xué)是培養(yǎng)高素質(zhì)人才的重要途徑。傳統(tǒng)本科教學(xué)的培養(yǎng)體系往往偏重于基礎(chǔ)知識的教學(xué)，忽視應(yīng)用能力的培養(yǎng)。主要存在以下幾個問題。

（一）實踐內(nèi)容的單一性

在實踐教學(xué)內(nèi)容上，仍然是單一的方式，即“課程實驗——課程設(shè)計——畢業(yè)設(shè)計”，學(xué)生基本上在實驗室完成所有實踐環(huán)節(jié)，缺乏跟社會和企業(yè)接觸的機會。而且實驗教學(xué)大多從屬于理論教學(xué)，多采用分割形式，按不同知識點設(shè)置單元實驗，實驗內(nèi)容多以研究和驗證某一理論知識為目的。這樣容易造成對知識點理解的分散化，形不成對知識點的連接，更不能從全局的角度去理解與掌握問題。

（二）實踐教學(xué)模式的計劃性

實踐教學(xué)長期以來一直沿用計劃性的教學(xué)模式，不論是實踐項目、實踐時間、實踐方法、過程及報告等都由教師統(tǒng)一計劃安排，學(xué)生的個體差異也往往被忽視。因此在實驗過程中，學(xué)生的思維是被動的，往往失去獨立學(xué)習(xí)、思考的主動性，更不會去探索新問題。

（三）實驗室管理制度的不合理性

目前多數(shù)學(xué)校的實驗室管理制度也不利于實踐教學(xué)模式的創(chuàng)新，一般實驗室為了保證給學(xué)生順利開出實驗并使實驗?zāi)軌蝽樌M行，避免儀器設(shè)備的損耗，不允許學(xué)生在實驗課外進入實驗室，因此，教師不能完全按照學(xué)生自己的特點和意愿開發(fā)一些設(shè)計性、綜合性、提高性、創(chuàng)造性的實驗，學(xué)生也很難在實驗設(shè)備和操作環(huán)節(jié)上不受任何限制的情況下自行分析、設(shè)計和調(diào)試實驗系統(tǒng)。

在實施素質(zhì)教育的今天，推進實踐教學(xué)改革，使實驗室和實踐教學(xué)真正成為實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)基地與手段，就必須改革傳統(tǒng)的實踐教學(xué)模式。因此，我們對控制類專業(yè)主干課程的教學(xué)內(nèi)容進行了整合優(yōu)化，構(gòu)建了“實驗課、課程設(shè)計、企業(yè)實習(xí)、綜合實訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計和科技拓展”的實踐體系，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式等方面進行了改革，使學(xué)生在系統(tǒng)地掌握專業(yè)理論知識的同時，提高實踐能力和創(chuàng)新能力。

二、控制類專業(yè)課程實踐內(nèi)容整合

控制類課程主要包括“自動控制原理”“現(xiàn)代控制理論”“過程控制系統(tǒng)”“電氣控制與PLC”“計算機控制系統(tǒng)”“集散控制系統(tǒng)”和“模糊控制”等課程。而課程往往相互獨立，內(nèi)容上又聯(lián)系緊密，互相之間又有涉及又覆蓋，實踐內(nèi)容有時存在重復(fù)交叉，而且比較薄弱，鑒于實踐教學(xué)對提高學(xué)生創(chuàng)新實踐能力和綜合素質(zhì)的關(guān)鍵作用，因此學(xué)院對目前的控制類課程實踐進行了整合與優(yōu)化，注重課程間協(xié)調(diào)發(fā)展。例如，在控制類基礎(chǔ)課程“自動控制原理”“現(xiàn)代控制理論”兩門課中都增加了基于MATLAB的仿真實驗，在“模糊控制”課程中還可以對系統(tǒng)進行完整的仿真研究，在“集散控制系統(tǒng)”課程增加了課程設(shè)計，要求學(xué)生針對化工生產(chǎn)過程采用浙大JX-300集散控制系統(tǒng)完成控制系統(tǒng)的設(shè)計，另外在課程基礎(chǔ)實驗、課程設(shè)計之外，還特別設(shè)立了過程控制綜合大實驗，強調(diào)工程實際的實訓(xùn)，其目的就是要學(xué)生鞏固所學(xué)的理論知識，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，培學(xué)生觀察和動手的實踐能力。

三、改革實踐內(nèi)容，重構(gòu)立體實踐教學(xué)體系

構(gòu)建科學(xué)合理培養(yǎng)方案的重要任務(wù)是實現(xiàn)從科學(xué)知識型向科學(xué)知識實用技能型的轉(zhuǎn)化，因此必須為學(xué)生設(shè)計合理的實踐能力體系，形成從低到高、從基礎(chǔ)到前沿、從接授知識到培養(yǎng)綜合能力，逐級提高的多層實踐教學(xué)新體系，將傳授知識、培養(yǎng)能力、提高素質(zhì)溶為一體。

目前，我們的作法是：在傳統(tǒng)實驗課、課程設(shè)計、企業(yè)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計的基礎(chǔ)上，在大四第一學(xué)期末增加了綜合實訓(xùn)，另外，在三年級引入科技拓展活動，開展科技創(chuàng)新活動，同時在實踐內(nèi)容設(shè)置上實現(xiàn)由基礎(chǔ)到提高，形成立體的實踐教學(xué)體系。

*基金項目：本論文為河北科技大學(xué)理工學(xué)院教育教學(xué)研究基金項目2010Y資助；本論文為河北科技大學(xué)教育教學(xué)研究基金項目“測控技術(shù)與儀器專業(yè)工程教育培養(yǎng)計劃的探索與實踐”資助。

作者簡介：宋哲英：女，46歲，教授，河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院測控系，主要研究方向為智能控制。

（一）實驗教學(xué)內(nèi)容改革

一般驗證性實驗往往只是一個“裝配”實驗，學(xué)生相當(dāng)于一個“裝配工”，只是機械地按照實驗步驟一步步“裝配”，很難通過實驗環(huán)節(jié)達到鍛煉和提高學(xué)生解決問題能力的目的，創(chuàng)新能力的培養(yǎng)就更無從談起。因此，在實驗內(nèi)容的改革上，大幅壓縮驗證性和機械重復(fù)式的實驗，調(diào)整開發(fā)設(shè)計性、綜合性的實驗，并逐步增設(shè)研究探索性實驗。

綜合性實驗內(nèi)容包括相關(guān)的綜合性知識，要求學(xué)生運用綜合的實驗方法、實驗手段解決問題，注重對學(xué)生知識、能力、素質(zhì)綜合的培養(yǎng)。如在大四第一學(xué)期末，開設(shè)了控制系統(tǒng)綜合性大實驗，模似現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中的物理量，諸如溫度、壓力、流量、液位等參數(shù)，要求學(xué)生利用所學(xué)的多門專業(yè)知識，分析過程參數(shù)變化特性，研究過程控制規(guī)律，對其進行測量與控制。學(xué)生通過查閱資料、設(shè)計實驗方案、具體實驗操作、總結(jié)實驗等步驟完成整個綜合大實驗。實驗過程以學(xué)生為主，教師為輔。

設(shè)計性實驗一般由教師給定實驗題目，要求學(xué)生根據(jù)題目提出的目的和要求，運用所學(xué)理論知識借助實驗方法和實驗儀器自行設(shè)計實驗方案，分析試驗結(jié)果。設(shè)計性實驗注重考察學(xué)生能將書本中的設(shè)計原理、方法遷移到新的背景中的靈活性，要求學(xué)生具有較強的創(chuàng)新能力。如在《模糊控制及應(yīng)用》課程中，開設(shè)了模糊控制器的設(shè)計性實驗，教師給定設(shè)計題目《電熱水杯溫度模糊控制器的設(shè)計》，包括工藝條件和設(shè)計要求，要求學(xué)生利用MATLAB軟件設(shè)計滿足工藝要求的模糊控制器，并進行系統(tǒng)仿真研究。學(xué)生需要根據(jù)已知條件，自己定義語言變量的語言值、量化論域、隸屬函數(shù)，設(shè)計模糊控制規(guī)則表，進行實時仿真研究。

不論是綜合性實驗、設(shè)計性實驗還是探索性實驗，在內(nèi)容設(shè)計上還應(yīng)體現(xiàn)層次化，如可以分為基本命題、提高命題，學(xué)生可以根據(jù)自己的能力、興趣任選，從而調(diào)動學(xué)生的積極性，培養(yǎng)其創(chuàng)新意識。

（二）課程設(shè)計改革

課程設(shè)計的目的是促進理論與實踐相結(jié)合，提升學(xué)生的專業(yè)應(yīng)用能力。在內(nèi)容設(shè)置上注重讓學(xué)生運用所學(xué)的知識去解決問題，又能發(fā)揮一定的創(chuàng)造力。另外考慮到學(xué)生的成績，在課程設(shè)計內(nèi)容上也體現(xiàn)了不同的深度層次，學(xué)生可以根據(jù)自己的情況選擇不同層次的設(shè)計題目。

（三）企業(yè)實習(xí)改革

近些年很多院校的企業(yè)實習(xí)存在著逐漸萎縮的現(xiàn)狀。主要原因是很多企業(yè)考慮到自身的運營以及安全問題不愿意接納學(xué)生實習(xí)。我院針對現(xiàn)狀，一方面利用校友資源積極拓展實習(xí)基地，目前，我們與石家莊化纖廠、邯鄲鋼鐵集團等企業(yè)簽訂了校外實習(xí)基地協(xié)議；另一方面在校內(nèi)實驗室引進相關(guān)設(shè)備開設(shè)了校內(nèi)實習(xí)基地作為企業(yè)實習(xí)的補充，兩者結(jié)合保證使學(xué)生對所學(xué)專業(yè)形成較深的感性認識，使學(xué)生在實踐中鍛煉和培養(yǎng)自己分析問題和解決問題的能力，這種校內(nèi)外實習(xí)基地相結(jié)合的方式可以避免校外實習(xí)走馬觀花，對于增強學(xué)生的實踐能力和專業(yè)技能將起到積極的推動作用。

（四）綜合實訓(xùn)改革

綜合實訓(xùn)在實踐教學(xué)中的指導(dǎo)思想是，要盡量突出實踐教學(xué)環(huán)境的真實性，將工程的觀念、工程的思維引入實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。例如關(guān)于PLC課程的綜合所呈現(xiàn)給學(xué)生的不再是格式化的面板和統(tǒng)一的實驗專用接頭，而是更接近于工程實際的多層電梯和線纜，學(xué)生需要自己動手安裝、自己調(diào)試程序，然后運行。又如，針對DCS課程，引入了微縮的實際控制系統(tǒng)，設(shè)計了實訓(xùn)內(nèi)容。這些實際系統(tǒng)為增強學(xué)生的實踐能力和專業(yè)技能提供了物質(zhì)保障。

（五）科技拓展

科技拓展主要是利用學(xué)生課余時間組織學(xué)生參與創(chuàng)新實踐，參與實驗室建設(shè)、教師科研項目、學(xué)科競賽等。目前我院每年組織學(xué)生參加電子設(shè)計競賽、全國航模等多種學(xué)科競賽，取得了突出的成績。

四、實踐教學(xué)創(chuàng)新應(yīng)注意的幾個問題

（一）注意理論知識與實踐能力并重

提倡素質(zhì)教育，實施實踐教學(xué)的改革，并不是不要知識體系，而是要求學(xué)生在擁有相對完整和結(jié)構(gòu)化的知識體系的基礎(chǔ)上，強調(diào)實踐方法與能力培養(yǎng)。

比如，在《模糊控制及應(yīng)用》課程中，對于電熱水杯模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計實驗，在實驗教學(xué)方式上則定位為開放性實驗，學(xué)生可以先對電熱水杯采用PID控制采集運行參數(shù)，課后對采集到的參數(shù)進行分析處理，建立對象數(shù)學(xué)模型，然后設(shè)計模糊控制器，在此基礎(chǔ)上再進行二次實驗，將利用設(shè)計的模糊控制器對電熱水杯進行控制研究，分析控制結(jié)果。

（二）注意實踐內(nèi)容的多樣性

實踐內(nèi)容多樣性是指問題形式的多樣性，解決問題途徑的多樣性，答案的多樣性等。對于設(shè)計性、開放性實驗及實訓(xùn)等，教師提出的實踐題目可以多樣化，在多樣化的形勢下，體現(xiàn)對學(xué)生不同層次的要求；對同一問題，學(xué)生可以采用不同的解決方法，可以得到不同的結(jié)果。

（三）鼓勵學(xué)生標新立異

在實踐中鼓勵學(xué)生大膽設(shè)想，標新立異，培養(yǎng)開放性個性。對于學(xué)生不切合實際的或無法達到目的的方案，教師要循循善誘，加以引導(dǎo)、分析方案原理上的嚴密性和實際操作的可行性，幫助學(xué)生判斷其是否具有科學(xué)性。

（四）改革考核模式

對于課程設(shè)計、工程實訓(xùn)、綜合大實驗等實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，可以采用小組考核模式。以小組為單位展示實踐成果，小組成員自己評定每位成員的工作量，并進行相應(yīng)講解，指導(dǎo)老師再根據(jù)情況進行提問，然后結(jié)合表現(xiàn)進行打分，這樣不僅有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，還能培養(yǎng)學(xué)生的團隊意識和創(chuàng)新能力。

五、結(jié)束語

目前隨著實踐教學(xué)的改革的深化，我們在實踐教學(xué)體系、實驗室建設(shè)等方面取得了一定的成績，學(xué)生的實際動手能力、科研能力和創(chuàng)新的能力等綜合素質(zhì)得到了明顯提高。但是，圍繞特色專業(yè)建設(shè)要求和創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標，改革控制類課程實踐教學(xué)內(nèi)容，是教學(xué)工作的一個永久主題。實踐教學(xué)需要不斷探索、不斷總結(jié)、不斷提高，要真正地落實好實驗教學(xué)的改革目標，還需要在師資隊伍的建設(shè)、實踐考核機制等方面繼續(xù)努力。

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This paper analyzes the problems of traditional controlling practical teachingand proposes the measures on the reform of practical teaching contents and methods.The important issues in practice teaching mode reform are discussed for the purpose of training the practical ability and innovation ability of undergraduates.

practical teaching；innovation ability；teaching mode

2096-000X（2016）15-0144-02

G642

A