熱工過程控制系列課程設(shè)計(jì)的思考

王鴻懿

（長(zhǎng)沙理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410114）

摘要：熱工過程控制系列課程是熱工過程自動(dòng)化專業(yè)的重要專業(yè)核心課程，均設(shè)置二周課程設(shè)計(jì)。通過課程設(shè)計(jì)，可使學(xué)生進(jìn)一步加深理解理論基礎(chǔ)知識(shí)，并初步掌握對(duì)火電機(jī)組及核電機(jī)組主要控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)。如何通過實(shí)踐環(huán)節(jié)提升教學(xué)效果，進(jìn)一步提高學(xué)生的綜合素質(zhì)是需要深入思考的問題。本文從系列課程設(shè)計(jì)的重要性、主要內(nèi)容及目前存在的問題入手，接著從幾方面對(duì)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行了思考探索。

關(guān)鍵詞：熱工過程；控制；課程設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）49-0068-02

一、課程設(shè)計(jì)的設(shè)置及重要性

我校的熱工自動(dòng)化專業(yè)主要培養(yǎng)面向發(fā)電行業(yè)的設(shè)計(jì)、檢修和運(yùn)行操作人員等，熱工過程控制系統(tǒng)和熱工過程控制儀表二門課程是熱工自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)核心課，分別在第五學(xué)期和第六學(xué)期開設(shè)，除分別設(shè)有32學(xué)時(shí)的理論教學(xué)外，在教學(xué)計(jì)劃中都設(shè)有二周的課程設(shè)計(jì)。工科大學(xué)的課程設(shè)計(jì)的目的是為了讓學(xué)生在理論學(xué)習(xí)后深入體會(huì)和掌握理論知識(shí)，綜合運(yùn)用已學(xué)知識(shí)，會(huì)使用工具資料、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等，掌握一定的識(shí)圖、繪圖能力，鍛煉解決工程實(shí)際問題的能力，綜合培養(yǎng)一定的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，是在畢業(yè)設(shè)計(jì)前的重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)。本專業(yè)學(xué)生在畢業(yè)后大多到發(fā)電企業(yè)從事工作，對(duì)本行業(yè)的主要控制系統(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力是必備的素質(zhì)。

二門課的課程設(shè)計(jì)各有側(cè)重，使學(xué)生在分別完成二個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)后，能夠?qū)峁み^程控制對(duì)象的儀表和控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)方面內(nèi)容有較深入的理解，并掌握工程實(shí)際中一些常見的問題及其解決方法，都有較大的收獲。但隨著國(guó)家教育改革的深化以及世界范圍內(nèi)能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化，教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)該何去何從，也是擺在學(xué)校和教師面前的問題，對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)的思考探索也刻不容緩。

二、目前課程設(shè)計(jì)的情況

1.總體情況。目前的課程設(shè)計(jì)都是在理論課結(jié)束后，在學(xué)期末進(jìn)行二周的課程設(shè)計(jì)，有多位指導(dǎo)老師共同完成對(duì)學(xué)生的指導(dǎo)，將學(xué)生進(jìn)行分組分課題進(jìn)行指導(dǎo)，保證每個(gè)學(xué)生人手一題，一組學(xué)生完成一個(gè)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要是針對(duì)火電機(jī)組或核電機(jī)組的各控制系統(tǒng)為主要控制對(duì)象，通過設(shè)計(jì)儀表控制系統(tǒng)或復(fù)雜控制系統(tǒng)來完成。有時(shí)略顯紙上談兵，實(shí)踐機(jī)會(huì)稍少，缺乏創(chuàng)新，學(xué)生大多是在已有的設(shè)計(jì)內(nèi)容基礎(chǔ)上，對(duì)控制過程做深入分析理解，力所能及對(duì)方案進(jìn)行改進(jìn)，以完成整個(gè)設(shè)計(jì)過程。

2.熱工過程控制儀表課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。本課程在理論課上重點(diǎn)講述控制器、變送器、執(zhí)行器及現(xiàn)場(chǎng)總線等控制儀表及系統(tǒng)，在教學(xué)中同時(shí)也針對(duì)控制對(duì)象的儀表控制系統(tǒng)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，因此在課程設(shè)計(jì)時(shí)也主要重點(diǎn)針對(duì)設(shè)備的分析、選擇和使用，最終進(jìn)行儀表控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及對(duì)比。在查閱參考文獻(xiàn)、手冊(cè)、工具書籍后，對(duì)控制器、變送器、執(zhí)行器等進(jìn)行選擇，設(shè)計(jì)一個(gè)完整的儀表控制系統(tǒng)，最后完成說明書的撰寫和sama圖、控制系統(tǒng)方框圖的繪制。以火電機(jī)組蒸汽溫度控制系統(tǒng)為例，要求將蒸汽溫度控制在給定值要求范圍內(nèi)，學(xué)生通過溫度測(cè)量、控制、執(zhí)行各環(huán)節(jié)設(shè)備的選擇，尤其現(xiàn)在可在智能設(shè)備、傳統(tǒng)設(shè)備、國(guó)產(chǎn)設(shè)備、合資設(shè)備以及進(jìn)口設(shè)備等不同類別地進(jìn)行組合，除完成儀表控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)外，給出幾個(gè)方案進(jìn)行對(duì)比。經(jīng)過設(shè)計(jì)過程，學(xué)生熟悉控制儀表的性能、價(jià)格以至生產(chǎn)廠家、市場(chǎng)行情等，了解各類圖紙的繪制規(guī)則及畫法，避免學(xué)生到工作崗位上一問三不知，不但掌握設(shè)備的原理，也熟悉市場(chǎng)上常規(guī)設(shè)備、價(jià)格等，進(jìn)行了接地氣的設(shè)計(jì)。

3.熱工過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。本門課是本專業(yè)的核心專業(yè)課，理論教學(xué)中包括控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)及實(shí)際應(yīng)用，有單回路控制系統(tǒng)、前饋控制、串級(jí)控制等復(fù)雜控制系統(tǒng)的原理及火電機(jī)組的蒸汽、給水、燃燒主要控制系統(tǒng)的分析。這樣，常規(guī)的課程設(shè)計(jì)中是進(jìn)行火電機(jī)組或核電機(jī)組的給水、汽溫、燃燒等主要控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，教師在布置任務(wù)時(shí)要求針對(duì)具體的機(jī)組參數(shù)、不同類型的鍋爐等參數(shù)，如亞臨界、超臨界、超超臨界機(jī)組，對(duì)沖式燃燒方式、四角切圓燃燒方式等不同類型鍋爐，或是核電機(jī)組，通過分析控制系統(tǒng)的任務(wù)、對(duì)象的特性、控制信號(hào)的處理以及全過程調(diào)節(jié)保護(hù)等內(nèi)容，要求能看懂邏輯圖，并能繪制邏輯圖，進(jìn)行初步的仿真驗(yàn)證，最后撰寫設(shè)計(jì)說明書并進(jìn)行答辯。以給水控制系統(tǒng)為例，汽包鍋爐、直流鍋爐的控制方案完全不同，從輸入到輸出，要求學(xué)生全過程進(jìn)行設(shè)計(jì)，并可根據(jù)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行方案改進(jìn)，如經(jīng)典控制理論和先進(jìn)控制理論的方案在仿真中進(jìn)行對(duì)比。答辯后根據(jù)學(xué)生的口頭表達(dá)能力、書面表述能力、對(duì)知識(shí)的理解程度等項(xiàng)目，結(jié)合態(tài)度和能力進(jìn)行考核。

4.目前課程設(shè)計(jì)中存在的問題。目前二門課程的課程設(shè)計(jì)各有側(cè)重點(diǎn)，主要對(duì)象都是火電機(jī)組或核電機(jī)組；控制儀表課程設(shè)計(jì)主要針對(duì)控制儀表的分析和選擇，控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)主要針對(duì)主要控制系統(tǒng)的深入設(shè)計(jì)和分析，相比理論教學(xué)都更深入、更廣，著重解決一個(gè)系統(tǒng)的問題，解決后可以舉一反三。但是，根據(jù)目前的教學(xué)計(jì)劃安排，學(xué)生都是在教師的布置下，進(jìn)行課題選擇、設(shè)計(jì)，從根本上屬于被動(dòng)實(shí)踐，沒有讓學(xué)生主動(dòng)地去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題；其次，由于學(xué)校現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件及設(shè)備，動(dòng)手的內(nèi)容相對(duì)少，這樣的方式也限制了學(xué)生的發(fā)揮和創(chuàng)新；另外，由于現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)形勢(shì)及環(huán)境污染等問題，火電行業(yè)的發(fā)展受到一定程度的限制，如果在教學(xué)中仍舊局限于傳統(tǒng)發(fā)電行業(yè)，將對(duì)學(xué)生的就業(yè)極其不利。由此看來目前的課程設(shè)計(jì)中存在著一些問題。

三、對(duì)將來課程設(shè)計(jì)的思考

目前進(jìn)行的課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)能夠滿足常規(guī)的教學(xué)計(jì)劃的要求，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，鍛煉了學(xué)生解決實(shí)際問題的實(shí)踐能力，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。但基于目前國(guó)家乃至世界范圍內(nèi)都在進(jìn)行的能源革命及能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，作為能源與動(dòng)力類的專業(yè)，對(duì)課程設(shè)計(jì)的思考與改革也是勢(shì)在必行。思考探索主要從以下方面進(jìn)行：

1.課程設(shè)計(jì)的主旨要求的強(qiáng)化。課程設(shè)計(jì)是教學(xué)過程中重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，利用該環(huán)節(jié)把增強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感、創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力作為重點(diǎn)任務(wù)。通過布置課題任務(wù)，甚至啟發(fā)學(xué)生在生活中、生產(chǎn)實(shí)習(xí)中自己主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題，可不拘泥于本行業(yè)中的實(shí)際問題，從而讓學(xué)生在實(shí)踐中解決生活、生產(chǎn)工程實(shí)際中存在的問題，在實(shí)踐中鍛煉團(tuán)隊(duì)協(xié)作的精神，在設(shè)計(jì)過程中切實(shí)解決問題。

2.積極開發(fā)數(shù)字資源，促進(jìn)教育信息化與課程教學(xué)融合。目前在國(guó)家極力推進(jìn)教育信息化及互聯(lián)網(wǎng)+的大環(huán)境下，如何開發(fā)和利用數(shù)字資源也是實(shí)踐環(huán)節(jié)中必不可少的。數(shù)字資源可以讓學(xué)生更方便、更多地汲取有用的知識(shí)和信息，隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)。現(xiàn)在的學(xué)生大多對(duì)手機(jī)、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)很有興趣，可利用此契機(jī)，開發(fā)數(shù)字資源，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也可以鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力及創(chuàng)新能力。如開發(fā)網(wǎng)絡(luò)課程、開發(fā)手機(jī)APP等項(xiàng)目等，都在籌劃中。

3.拓寬設(shè)計(jì)范圍。本專業(yè)在以往就業(yè)方向大多面向火力發(fā)電廠及核電站，課程設(shè)計(jì)的題目也以火力發(fā)電和核電為主，學(xué)生能夠深入挖掘和發(fā)現(xiàn)火力發(fā)電廠中的問題并進(jìn)行處理。但目前由于環(huán)境等原因，國(guó)家面臨能源結(jié)構(gòu)改革，限制了火電的擴(kuò)建和生產(chǎn)，直接影響到學(xué)生的就業(yè)方向，需提前為學(xué)生謀劃更寬的就業(yè)領(lǐng)域，提高競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。

4.教學(xué)文檔的完善。教學(xué)文檔是教學(xué)環(huán)節(jié)的有力保障，教學(xué)大綱、課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書及課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教材可讓學(xué)生直觀具體地了解所做工作的要求、內(nèi)容。完善更新教學(xué)大綱、編寫指導(dǎo)書和教材是重要的手段，目前教學(xué)大綱、指導(dǎo)書已有，但分別為獨(dú)立一冊(cè)，而且由于課程設(shè)計(jì)課題、方法、工具等的變更發(fā)展，教學(xué)文檔也應(yīng)隨之更新完善。計(jì)劃通過立項(xiàng)完成一本課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教材的編寫，具體指導(dǎo)課程設(shè)計(jì)。

5.實(shí)驗(yàn)設(shè)備的增加和利用。實(shí)踐環(huán)節(jié)可以虛實(shí)結(jié)合，一方面開發(fā)數(shù)字資源，但也要有些實(shí)驗(yàn)設(shè)備讓學(xué)生去動(dòng)手操作，可以加深對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解，才能在此基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新。如果學(xué)生能更多地在設(shè)備上進(jìn)行真刀真槍的訓(xùn)練，會(huì)更有存在感。例如，可以在實(shí)驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行傳統(tǒng)控制理論和先進(jìn)控制理論的控制對(duì)比運(yùn)用、搭接數(shù)字化控制系統(tǒng)，觀察對(duì)象的控制效果，這樣學(xué)生也可以在充分理解課本上的概念、理論知識(shí)后，經(jīng)實(shí)際運(yùn)用后反過來更好地開發(fā)數(shù)字資源。

6.考核方式完善。以往是平時(shí)、答辯、書面材料分別占20%、20%和60%，這樣學(xué)生有時(shí)通過參考其他同學(xué)的材料也能過關(guān)，學(xué)不到真正的東西?；诖嗽?，在答辯和說明書中申明分析寫作過程，這是除了基本常規(guī)內(nèi)容外的一項(xiàng)重要內(nèi)容，作為評(píng)分的依據(jù)之一。另一方面加大創(chuàng)新內(nèi)容的權(quán)重，如有設(shè)計(jì)新方案，可以不拘泥于常規(guī)考核，這樣才能鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新。讓考核成為最后一道把關(guān)環(huán)節(jié)。

其他實(shí)踐形式的開展。教學(xué)中的實(shí)踐環(huán)節(jié)可以走出校園，并不局限于校內(nèi)，參與到教師的科研項(xiàng)目中，到相關(guān)企業(yè)甚至不相關(guān)的行業(yè)中體驗(yàn)生活，從而讓學(xué)生盡可能體驗(yàn)生活，體驗(yàn)生產(chǎn)過程，盡可能去主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題，主動(dòng)實(shí)踐，這樣才能更好地做好教學(xué)計(jì)劃中的規(guī)定環(huán)節(jié)。

四、結(jié)語

熱工過程控制系列課程是熱工自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)核心課程，它的實(shí)踐環(huán)節(jié)是提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力中重要的一環(huán)，如何更好地利用實(shí)踐環(huán)節(jié)提高學(xué)生的綜合素質(zhì)是當(dāng)前急需思考的問題。通過課題設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)方式、考核方式等的改革與實(shí)踐定能取得良好的效果，提高教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的創(chuàng)新和實(shí)踐能力，當(dāng)然這一切都需要教師的自我思考與自我進(jìn)步。

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