控制儀表及系統(tǒng)課程教學與考核方法的研究與探討

賈紅艷　李炳鋒　馮愛惠

（1.天津科技大學，天津 300222；2.大連金重英派克化工工程有限公司天津分公司，天津 300400）

控制儀表及系統(tǒng)課程教學與考核方法的研究與探討

賈紅艷1李炳鋒2馮愛惠1

（1.天津科技大學，天津 300222；2.大連金重英派克化工工程有限公司天津分公司，天津 300400）

為提高學生的競爭力，吸引學生的學習興趣，開展了控制儀表及系統(tǒng)課程的教學與考核方法的改革和嘗試工作。緊密結合工程實際的提問、討論式的授課方式，靈活的考核辦法，既能使每個學生發(fā)揮其主觀能動性，又能使老師及時了解學生掌握知識情況，取得了較好的教學效果。

控制儀表及系統(tǒng)；課程教學；考核方法

為拓寬專業(yè)口徑，提高學生在就業(yè)中的競爭力，從2006年開始，我校電氣工程及自動化專業(yè)和自動化專業(yè)分別將各自的主要專業(yè)課程整合后，在對方專業(yè)開設了彼此的專業(yè)課程，其中，控制儀表及系統(tǒng)是我校自動化專業(yè)將所有主要專業(yè)課程整合精煉后，面向電氣工程及自動化專業(yè)學生開業(yè)的一門專業(yè)課程。課程主要涵蓋了工業(yè)過程控制參數(shù)的檢測及變送器、調節(jié)器及其工作原理、執(zhí)行器、簡單控制系統(tǒng)分析與設計、復雜控制系統(tǒng)分析與設計等方面的內(nèi)容。盡管課程的內(nèi)容是圍繞控制系統(tǒng)展開的，但經(jīng)過幾年的教學后，我們發(fā)現(xiàn)對于初次接觸該課程的學生而言，內(nèi)容還是顯得比較分散，看似不成體系，有時還有一些枯燥無味。怎樣才能吸引學生，激發(fā)學生的學習興趣，讓學生比較容易的掌握這門課程呢？最近幾年我們一直在研究和探討這方面的問題，也收獲了一些經(jīng)驗。

一、精心準備緒論，激發(fā)學生的興趣

每門課程都會有一個緒論或概論，對于老師而言，是非常熟悉的內(nèi)容，似乎沒什么好講的。如果照本宣科地介紹一下，看似沒什么不妥，但對于初學者而言，其實是非常重要的，它會告訴他們這門課程的來龍去脈，以及學好這門課程后能獲得什么樣的知識和技能。所以，在這部分知識的教授過程中，我們都會精心準備，查閱大量的資料，然后進行精煉，提取精華部分，把這門課的主要內(nèi)容用通俗易懂的方式介紹給同學們。我們采取的方式是搜集一些同學們比較熟悉的現(xiàn)實生活中的自動控制系統(tǒng)例子，例如，我校設在教學主樓里的開水爐溫度自動控制系統(tǒng)或我校自動化實驗室的液位自動控制系統(tǒng)等。首先，介紹這些控制系統(tǒng)的功能及用處，讓學生利用課余時間熟悉這些身邊看得見的例子。例如實驗室的液位控制系統(tǒng)（如圖1）。

圖1　液位控制系統(tǒng)

然后，再深入介紹如何構成這樣一個系統(tǒng)，進而告訴同學們本門課程要學習的內(nèi)容。最后，通過多媒體技術向同學們展示各種各樣的自動控制系統(tǒng)，告訴他們在生產(chǎn)和生活中自動控制系統(tǒng)是無處不在的，甚至在他們今后的日常生活中，完全可以利用自己學到的本課程的知識改善自己的生活。經(jīng)過幾年的教學后，我們發(fā)現(xiàn)在緒論課后，同學們的學習興趣確實很濃厚。

二、緊密聯(lián)系實際，進行授課方式的改革

1.結合工程實際進行提問式授課

控制儀表及系統(tǒng)課程是一門和實際聯(lián)系非常緊密的課程，任何一部分內(nèi)容，都和實際情況是息息相關的，如果僅就課本內(nèi)容進行課堂授課，將顯得非?？菰铮瑢W生們的學習熱情很難延續(xù)下去。所以，就需要我們千方百計地設計課程內(nèi)容，時刻引導和吸引學生。借助去大連金重英派克化工工程有限公司天津分公司實踐的機會，在該公司的幫助下，我們在控制儀表及系統(tǒng)這門課程的教學過程中，結合了大量的工程實際，使課程的講授變得更加生動。例如，以往我們在介紹安全的基本概念時，只是按照教材上的內(nèi)容分別介紹危險場所的分級、分類；爆炸性物質的分級分組；防爆電氣設備的分類、分組和防爆標志等。學生聽起來很枯燥，直接的反映就是上課打瞌睡、聊天等。我們結合實際的改進方式是先不介紹這些概念，取而代之的是在這部分知識講授的前一次課上先提出一個問題：某生產(chǎn)過程中，可能存在的介質（如表1），請你查出這些介質的分級分組，填入表1中的第2行，然后根據(jù)它們的分組情況，選擇適合的儀表的防爆等級，填在表1中的第3行，最后請說明在該生產(chǎn)過程中，儀表的防爆等級應該如何選取。

表1　某生產(chǎn)過程的工藝介質及其防爆等級的分級分組（需學生自行完成）

為了完成這個表格，學生們在上課前就要查一些資料，然后填寫表格，回答相應的問題。這樣，在上課之前，學生們不僅有了一定的感性認識，而且也了解到了安全防爆知識在實際工作中的重要程度。在接下來的課程知識講授過程中，也是結合這個問題展開的。首先，我們先檢查學生們的完成情況，然后對他們出現(xiàn)的一些問題進行點評，最后講解書上所介紹的安全防爆的基本知識，完成表1中第2行和第3行的填寫（如表2）。

表2　某生產(chǎn)過程的工藝介質及其防爆等級的分級分組（老師提供參考）

考慮到所選儀表的一致性，同時結合市場上所提供的儀表情況，最后我們推薦學生在這個生產(chǎn)過程中，我們選用的所有的儀表的防爆等級為Ⅱ類B級T4組。這樣當我們完成這個表格后，學生們也掌握了相應的安全防爆知識，懂得了安全防爆在生產(chǎn)中的重要性。特別是濱海新區(qū)危險品爆炸事故后，在進行這部分內(nèi)容的教學時，同學都意識到了這部分的重要性，注意力、積極性和興趣都大大提升了。對于本課程的其他內(nèi)容也大多采用這種緊密結合實際的提問式授課方式，學生們的學習熱情很高，很多學生反應通過學習很有成就感，同時對所學的知識有了更深的理解。

2.結合工程實際和學生所學內(nèi)容安排拓展能力練習

現(xiàn)在學生們學了很多知識，可很多學生不知道如何利用這些知識解決實際問題。在授課過程中我們發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象，為了幫助學生提高這方面的能力，同時也為了激發(fā)學生們學習本門課程的興趣，我們在授課過程中，有針對性地設計了一些實際問題，同時告訴他們這些問題在實際中有一些行之有效的解決方法，但老師還是希望用你們自己所學的知識解決這些問題，或許你們的方法會更實用、更有創(chuàng)造性。

例如，我們布置了這樣一個作業(yè)，某換熱器系統(tǒng)，流過管線的導熱油的密度863Kg/m3，溫度為265-300℃，閥前壓力428KPa（A），閥后壓力280KPa（A），最大流量Qmax=76m3/h，正常流量Qnor=63m3/h，最小流量Qmin= 37.8m3/h，氣（電）源故障時閥的狀態(tài)為關，管道規(guī)格φ159×4.5。請你先計算并選擇合適的控制閥口徑，然后利用你所學過的知識編寫一個實用的口徑計算程序以簡化煩瑣的口徑計算，同時用你前面的運算數(shù)據(jù)進行驗算。

令人欣慰的是，我們的學生都非常踴躍，絕大多數(shù)同學都獨立完成了這個作業(yè)，并且給出了自己的設計思路、實現(xiàn)的方法和相應的程序。有用單片機實現(xiàn)計算的，有用VB實現(xiàn)計算的，有用VC實現(xiàn)計算的，有用EXCELL表格實現(xiàn)計算的，有用ACTIVE控件實現(xiàn)的，學生的方法各有千秋。每一種方法的背后，我們能感覺到學生的努力和探索精神，我們的90后學生，并不像傳說中的那樣不羈，他們的能力不輸給任何一代。更可喜的是，為了驗證自己所設計程序的正確性，很多學生都非常認真地進行了調節(jié)閥口徑的手工計算，他們不再覺得這個計算枯燥無聊，有的學生甚至反復計算了好幾遍，當手工計算與程序計算得出的結論一致時，學生們都非常興奮地跑來向老師匯報。這樣，在濃厚的興趣中，學生學到了知識，鍛煉了能力。

三、結合工程實際，改進課程考核方法

在開課的最初幾年，我們就是按部就班的進行閉卷考試，學生們一般也能掌握課程要求的基本知識和概念，順利通過考試。但是，在課程結束一年或兩年以后的學生反饋中，學生們認為當時學的知識并沒有真正理解，所以很快就忘記了，即使沒忘的知識，也不知道怎么用，總是感覺和工程實際有一定的差距，到了工作崗位以后，總是感覺所學的專業(yè)知識不夠接地氣。估計這也是許多大學生面臨的問題，面對這一問題，我們也進行了反思，是不是我們現(xiàn)在教出的學生只是考試機器，一遇到具體問題就束手無策了？這或許也正是許多高校專業(yè)課老師面臨的問題，很多情況下，我們都是通過考試促使學生認真學習，使其掌握所要學的專業(yè)知識，這在一定時期確實取得了很好的效果。但在科學技術日益發(fā)展的今天，對有些課程顯然有些不合適了。

我們現(xiàn)在面臨的學生是90后，他們獲取信息的手段和方式要遠遠高于以往的學生，他們有很強的求知欲，也有著自己獨特的追求。所以通過考試逼迫他們學習的手段有時在他們身上并不奏效。他們在學習知識的過程中，更在意實用性，更崇尚自己解決一些問題時所獲得的成就感。所以我們改革了課程考核方法，為了充分尊重學生的學習興趣，我們提供了兩種選擇，只要任選其一，完成后，我們會根據(jù)其完成情況，給予其分數(shù)。一個選擇是獨立完成一個小的工程設計來代替課程的閉卷考試，例如，我們給學生一個工藝管道及控制流程圖，并提出相應的控制要求，讓學生自行完成系統(tǒng)設計、儀表選擇、回路圖繪制，安裝圖繪制等內(nèi)容。這樣一個小的工程設計既考核了學生的知識掌握情況，也考核了實際解決問題的能力，當然這需要學生一定的理解能力和查閱資料能力。如果能夠完成的話，也就說明學生很好的掌握了該門課程的精髓。學生的另一個選擇是完成幾個大作業(yè)，這些大作業(yè)是都是針對各章節(jié)內(nèi)容設計，需要結合教材和查閱一定的資料來完成，這一考核形式比較適合知識掌握情況一般，靈活運用知識能力不強的學生。當然，由于其難度相對工程設計的題目來說較容易，所以選做這一內(nèi)容的學生的最好成績只能到良好。經(jīng)過兩年的實踐，我們發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)學生都能很好地完成自己的工作，并會讓你耳目一新。

四、結束語

經(jīng)過近5年的改革與嘗試，我們初步完善了控制儀表及系統(tǒng)課程的教學方法和課程考核方法，激發(fā)了學生的求知欲和學習興趣，激發(fā)了學生的解決實際問題的能力，也取得了一些可喜的效果。但在實施過程中，也發(fā)現(xiàn)了一些問題，例如，有個別學生比教懶惰，完成考核作業(yè)應付成分多，導致其考核作業(yè)完成質量不高。接下來，我們將進一步研究該課程的教學改革，力爭充分調動每個學生學習的主動性和積極性，讓我們的學生帶者滿滿的收獲走上自己的工作崗位。

［1］崔春仙，么敬霞.卓越人才實驗班無機及分析化學實驗課程的教學改革［J］.中國輕工教育，2014（6）：74-76.

［2］時建偉，騰曉旭，徐建華，等.以培養(yǎng)學生工程實踐能力為目的的化工儀表及自動化教學改革與實踐［J］.化工高等教育，2014（5）：29-31.

［3］于歆杰，朱桂萍，陸文娟，等.“電路原理”課程教學改革的理念與實踐［J］.電氣電子教學學報，2012（1）：1-8.

［4］袁琦，劉曉梅，易細龍.《PLC應用技術》課程教學改革的研究與實踐［J］.教育教學論壇，2015（4）：122-124.

［5］魏小英.基于創(chuàng)業(yè)導向的專業(yè)教學模式改革［J］.教育與職業(yè)，2015（2）：115-116.

［6］王向輝，崔巍，徐俊麗.基于CDIO的數(shù)據(jù)庫課程教學改革方案研究［J］.計算機教育，2011（2）：38-41.

（責任編輯：姚歆燁）

On the Teaching and Examination of the course of Control Instruments and System

JIA Hongyan1，LI Bingfeng2，F(xiàn)ENG Aihui1
（1.Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300222，China；2.Dalian JHM-EPC Chemical engineering Co.，Ltd.Tianjin Branch，Tianjin 300400，China）

In order to improve the competitiveness of students and increase their learning interest，a reform in the course teaching and examination of control instruments and system has been carried out at our university. Our teaching now is based on discussion and closely related to engineering practice，and the evaluation methods are flexible，which has not only improved the students'autonomous learning，but also helped the teachers to have a better idea about the students'academic workand achieved more satisfactory teaching results.

control instruments and system；course teaching；examination method

G642.0

賈紅艷（1972—），女，副教授，研究方向：非線性系統(tǒng)分析與控制。