“控制儀表及裝置”課程教學(xué)改革研究

平玉環(huán)

摘 要：“控制儀表及裝置”是自動(dòng)化專業(yè)的主干課程，主要是使學(xué)生掌握各類控制儀表的構(gòu)成及工作原理，了解儀表的選擇和應(yīng)用，運(yùn)用各類控制儀表設(shè)計(jì)組建實(shí)際過(guò)程控制系統(tǒng)。此次針對(duì)如何將理論和實(shí)踐緊密地結(jié)合起來(lái)，如何使該課程在自動(dòng)化專業(yè)中與其他課程得到很好銜接，分別在課程內(nèi)容設(shè)置、理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)和考核機(jī)制等方面進(jìn)行改革。從而增強(qiáng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，使課堂效率得到提高。

關(guān)鍵詞：課程內(nèi)容設(shè)置 理論教學(xué)改革 實(shí)踐教學(xué)改革 考核機(jī)制

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）02（b）-0092-02

Research on the Teaching Reform in "Control Instrument and Device"

Ping Yuhuan

（North China Electric Power University，Baoding Heibei，071003，China）

Abstract： “Control instrument and device” is the main course of automation， which enables students to master the composition and working principle of all kinds of control instruments， understand the choice and application of the instrument， design and build the actual process control system. In order to make the theory and practice closely together and connect with other automated specialty courses， this article carries on the teaching reform from various aspects， for example the course content design ，theory teaching， the practice teaching and examination mechanism and so on. The teaching reform enhances students' ability to analyze and solve problems， arouses the initiative of students'learning， and improves the efficiency of classroom teaching.

Key Words：Course content design；Theoretical teaching reform；Practice teaching reform；Examination mechanism

“控制儀表及裝置”課程是自動(dòng)化的專業(yè)主干課程[1]，課程的先修課為：模擬電子技術(shù)、微機(jī)原理及應(yīng)用、自動(dòng)控制原理及單片機(jī)技術(shù)等，在學(xué)習(xí)該課程的基礎(chǔ)上開(kāi)設(shè)有過(guò)程控制系統(tǒng)和集散控制系統(tǒng)等后續(xù)課程，所以“控制儀表及裝置”在自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)習(xí)中起到的是承上啟下的作用。內(nèi)容主要講授組建過(guò)程控制系統(tǒng)所用控制儀表及裝置的工作原理、應(yīng)用及儀表的發(fā)展，學(xué)生應(yīng)該在學(xué)完本課程后能夠?qū)刂苾x表進(jìn)行構(gòu)成原理的分析、在實(shí)際工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)中能正確使用，具備能夠利用合適的控制儀表組建簡(jiǎn)單工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)的能力。但在實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)課程偏重于理論教學(xué)，與工程實(shí)踐幾乎結(jié)合不上，內(nèi)容比較零散，使得前后聯(lián)系不起來(lái)，同時(shí)由于部分學(xué)生對(duì)先修課程如模擬電子技術(shù)等方面知識(shí)的學(xué)習(xí)比較欠缺，造成學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程時(shí)出現(xiàn)困難，課堂上缺乏學(xué)習(xí)興趣，以致造成部分學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒。 “控制儀表及裝置”課程此次教學(xué)改革從課程內(nèi)容設(shè)置、理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、考核機(jī)制方面進(jìn)行探索，以使得課堂效率得到提高，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性得到增強(qiáng)。

1 課程內(nèi)容的設(shè)置

“控制儀表及裝置”課程在自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)習(xí)中處于承上啟下的地位。在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)只是單純地按照教材分散地介紹各類控制儀表的構(gòu)成原理、應(yīng)用，學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的掌握也是分散的，并沒(méi)有在整個(gè)自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)習(xí)中形成體系。為此該課程在先修課程的基礎(chǔ)上進(jìn)行課程內(nèi)容的整體設(shè)置。第一大部分首先依據(jù)自動(dòng)控制系統(tǒng)的一般組成介紹如何構(gòu)建工業(yè)本安防爆控制系統(tǒng)，控制儀表都有哪些，控制儀表的使用現(xiàn)狀；組建控制系統(tǒng)信號(hào)的聯(lián)絡(luò)方式及傳輸方式；有關(guān)安全防爆的基本知識(shí)[2]。基于工程實(shí)例如液位自動(dòng)控制系統(tǒng)使得學(xué)生對(duì)各類控制儀表在控制系統(tǒng)中的地位有初步認(rèn)識(shí)。最后介紹控制儀表的分析方法，使學(xué)生在掌握儀表分析方法的基礎(chǔ)上對(duì)各類儀表進(jìn)行分析[2]。第二大部分介紹控制器的構(gòu)成原理及應(yīng)用，首先使學(xué)生了解控制器的控制規(guī)律，補(bǔ)充模擬電子技術(shù)的知識(shí)基礎(chǔ)上介紹DDZ-Ⅲ型控制器儀表的構(gòu)成原理[3]，介紹可編程控制器的構(gòu)成原理，以KMM調(diào)節(jié)器為例介紹儀表的使用[3]。第三大部分介紹變送器儀表的原理及在實(shí)例應(yīng)用中的一些共性問(wèn)題，以電容式差壓變送器為例介紹儀表的構(gòu)成及使用。第三部分介紹執(zhí)行器的原理及應(yīng)用，以電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為例介紹執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分的原理，以部分調(diào)節(jié)閥為例介紹調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理及使用。第四大部分在以上學(xué)習(xí)各類控制儀表的基礎(chǔ)上討論如何運(yùn)用控制儀表進(jìn)行實(shí)際過(guò)程控制系統(tǒng)如主汽溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?；谝陨蠈?duì)課程的整體內(nèi)容實(shí)行整體—局部—整體的設(shè)置。使得課程在自動(dòng)化專業(yè)學(xué)習(xí)中起到承上與自動(dòng)控制原理、模擬電子技術(shù)等課程相接，啟下為后續(xù)過(guò)程控制等課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

2 理論教學(xué)改革

“控制儀表及裝置”是一門對(duì)理論知識(shí)要求較高的課程，要求學(xué)生有較高的理論做依據(jù)[4]。由于學(xué)生對(duì)先修課如模擬電子技術(shù)、電路等課程的掌握程度參差不齊，在教授調(diào)節(jié)器構(gòu)成、電容式差壓變送器的構(gòu)成電路時(shí)涉及到這些先修課知識(shí)的部分?？梢韵忍岢鰡?wèn)題，比如運(yùn)算放大器、二極管、三極管、振蕩器、解調(diào)器等元件組成的簡(jiǎn)單電路的分析，由學(xué)生課下復(fù)習(xí)查閱。再次上課可以讓學(xué)生進(jìn)行課堂討論，由學(xué)生上講臺(tái)講述如何分析這些簡(jiǎn)單電路。在學(xué)生初步了解之后進(jìn)而再教授如何分析調(diào)節(jié)器、電容式差壓變送器、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等控制儀表。由此來(lái)調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的能動(dòng)性，幫助學(xué)生提高解決問(wèn)題的能力。另外，鑒于在介紹變送器、閥門等儀表的構(gòu)成和工作原理時(shí)，內(nèi)容較為抽象，傳統(tǒng)教學(xué)方式只能通過(guò)儀表簡(jiǎn)單示意圖、公式等的形式去介紹，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)難以理解，浪費(fèi)課堂時(shí)間。而多媒體課件教學(xué)形式多樣，甚至可以設(shè)置Flash動(dòng)畫(huà)形象直觀地將看不到的控制儀表內(nèi)部結(jié)構(gòu)展示出來(lái)[5]。如介紹各類調(diào)節(jié)閥門的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)時(shí)通過(guò)多媒體動(dòng)畫(huà)形象地展示，同時(shí)將實(shí)際小型調(diào)節(jié)閥實(shí)物拿到課堂上，在學(xué)生對(duì)控制儀表有了初步認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上再進(jìn)一步介紹調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的工作原理，使得學(xué)生對(duì)此控制儀表的認(rèn)識(shí)及應(yīng)用更加深入。

3 實(shí)踐教學(xué)改革

控制儀表及裝置作為自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)課程在掌握理論知識(shí)的基礎(chǔ)上還需要對(duì)儀表的應(yīng)用有實(shí)踐的認(rèn)識(shí)[6]。

該課程在整體—局部—整體的內(nèi)容設(shè)置基礎(chǔ)上，在介紹各類控制儀表時(shí)聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用，如介紹控制儀表及裝置的概念時(shí)，基于實(shí)際過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)例來(lái)介紹各個(gè)控制儀表的地位和作用；介紹變送器儀表的構(gòu)成原理及應(yīng)用時(shí)，以差壓變送器在液位測(cè)量系統(tǒng)及流量測(cè)量系統(tǒng)中的應(yīng)用為例對(duì)變送器的零點(diǎn)調(diào)整和量程調(diào)整意義詳細(xì)介紹，并以汽包水位測(cè)量系統(tǒng)為例敘述差壓變送器在控制系統(tǒng)使用中需要注意的問(wèn)題[7]；介紹數(shù)字調(diào)節(jié)器工作原理及應(yīng)用時(shí)，針對(duì)實(shí)際過(guò)程被控對(duì)象如除氧器水位系統(tǒng)、汽包鍋爐水位系統(tǒng)、主汽溫系統(tǒng)、鍋爐爐膛負(fù)壓等系統(tǒng)采用合適的調(diào)節(jié)手段，基于數(shù)字調(diào)節(jié)器進(jìn)行組態(tài)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，使學(xué)生充分認(rèn)識(shí)數(shù)字調(diào)節(jié)器在實(shí)際控制系統(tǒng)中的作用和地位；介紹調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用時(shí)，根據(jù)各類調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)引出使用的場(chǎng)所都有哪些，如何進(jìn)行調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的選型。

4 考核機(jī)制改革

合理的考核機(jī)制是評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)“控制儀表及裝置”課程中各類控制儀表的工作原理及使用的掌握情況的關(guān)鍵。目前該課程的考核包含了平時(shí)成績(jī)和期末的考試成績(jī)。為了能更好地使學(xué)生掌握該課程主要內(nèi)容，及時(shí)彌補(bǔ)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的不足，該課程在考核機(jī)制上進(jìn)行了詳細(xì)劃分。

平時(shí)成績(jī)方面，每介紹一類控制儀表，在課堂上進(jìn)行分組討論，每組發(fā)放若干思考習(xí)題，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)通過(guò)學(xué)生思考討論考核每組的掌握情況，由此也能增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)。若檢查學(xué)生的考核情況較差，及時(shí)進(jìn)一步結(jié)合應(yīng)用進(jìn)行講解使得學(xué)生能徹底掌握此類控制儀表的基本知識(shí)，循序漸進(jìn)地使學(xué)生能充分掌握各類控制儀表的工作原理及應(yīng)用，進(jìn)而也可以活躍課堂氣氛，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。對(duì)于該課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)由于設(shè)備有限采取兩人一組，在做實(shí)驗(yàn)之前首先將實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行講解引導(dǎo)學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)中會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題，在學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程對(duì)每人的表現(xiàn)情況進(jìn)行打分，這樣使得學(xué)生對(duì)儀表的實(shí)際應(yīng)用有深入的認(rèn)識(shí)，也能對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)做到公平。期末成績(jī)方面實(shí)行考卷制，在考卷內(nèi)容設(shè)置上對(duì)各類控制儀表的考核采用原理和實(shí)踐應(yīng)用相結(jié)合的方式進(jìn)行，使得學(xué)生將理論基礎(chǔ)知識(shí)靈活地運(yùn)用到實(shí)際系統(tǒng)中去。

通過(guò)上述考核方式，不僅使學(xué)生具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，還能鍛煉學(xué)生分析問(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

5 結(jié)語(yǔ)

目前“控制儀表及裝置”教學(xué)改革工作取得一定的成果，如課堂氣氛較為活躍，學(xué)生到課率得到提高，學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性也得到改善，但所做只是初步嘗試。隨著自動(dòng)化各類新型儀表的不斷改進(jìn)，還需要不斷地調(diào)整課程內(nèi)容，尋找新的改革思路以保證學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 周澤魁.控制儀表與計(jì)算機(jī)裝置[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

[2] 李正強(qiáng)，李艇.控制儀表及裝置課程[M].北京：人民郵電出版社，2013.

[3] 吳勤勤.控制儀表及裝置[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[4] 王瑩.“控制儀表與裝置”教學(xué)改革與實(shí)踐[J].安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010（9）：46-47.

[5] 康玨.企業(yè)課程《控制儀表及裝置》學(xué)習(xí)模式的探討與實(shí)踐[J].探索與實(shí)踐，2013（23）：211-213.

[6] 趙璐，柏逢明，田瑞.“自動(dòng)化儀表與過(guò)程控制”課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2011（6）：196-197.

[7] 楊慶柏.熱工控制儀表[M].北京：中國(guó)電力出版社，2014.