以信息與控制為特色的過(guò)程控制專業(yè)核心課程群建設(shè)

劉麗華　王巧玲　王軍茹

我校自動(dòng)化專業(yè)以信息與控制為特色，涵蓋計(jì)算機(jī)檢測(cè)與控制，運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制，網(wǎng)絡(luò)與智能控制等。信息與控制核心課程群涵蓋課程較多，包括自動(dòng)控制原理，現(xiàn)代控制理論，微機(jī)原理與接口技術(shù)、電力電子技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)與儀表、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)仿真、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、過(guò)程控制等。目前各主干課程均經(jīng)過(guò)不同程度的建設(shè)，具備了相對(duì)穩(wěn)定的師資隊(duì)伍，教學(xué)手段有了一定的改善，有些還取得了一定的教學(xué)成果獎(jiǎng)。然而就課程群體系而言尚存在一些問(wèn)題，如課程群中每門課程追求自身完整而缺乏配合，出現(xiàn)了內(nèi)容重復(fù)現(xiàn)象；有些課程先修、后續(xù)的安排不夠合理，各科實(shí)驗(yàn)孤立，教學(xué)過(guò)程中重視知識(shí)的傳授，輕視技能的培養(yǎng)等，造成了學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量不高，學(xué)生缺乏對(duì)控制系統(tǒng)構(gòu)建的整體性概念。因此，控制系統(tǒng)課程群的建設(shè)就有了重要的顯示意義和價(jià)值。

由于信息與控制課程群涵蓋課程較多，對(duì)整個(gè)課程群的建設(shè)需要時(shí)日。本次僅工業(yè)過(guò)程控制這一分支進(jìn)行課程群的建設(shè)。過(guò)程控制分支的專業(yè)核心課程包括檢測(cè)技術(shù)與儀表，過(guò)程控制及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。它們有各自的理論體系，在教學(xué)內(nèi)容上各有側(cè)重，其中《檢測(cè)技術(shù)與儀表》屬于專業(yè)基礎(chǔ)課程，《過(guò)程控制》和《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》屬于專業(yè)必修課，檢測(cè)技術(shù)與儀表為系統(tǒng)提供過(guò)程參數(shù)的信息檢測(cè)，而計(jì)算機(jī)控制則順應(yīng)計(jì)算機(jī)逐漸代替模擬儀表進(jìn)行控制的趨勢(shì)，在過(guò)程控制系統(tǒng)的構(gòu)成中起到重要的作用。這三門課程之間的內(nèi)在聯(lián)系比較緊密，具有很強(qiáng)地專業(yè)針對(duì)性。根據(jù)21世紀(jì)人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求，打破課程之間的壁壘，依據(jù)課程之間內(nèi)在邏輯和結(jié)構(gòu)的聯(lián)系，整合優(yōu)化課程資源，提出了構(gòu)建“過(guò)程控制”核心課程群。

1 梳理先修、后續(xù)課程，協(xié)調(diào)各課程理論教學(xué)內(nèi)容

本次課程群建設(shè)的內(nèi)容之一是梳理理清不同課程在課程群系統(tǒng)中的邏輯關(guān)系，針對(duì)學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)，規(guī)范教學(xué)內(nèi)容，突出重點(diǎn)，避免內(nèi)容的簡(jiǎn)單重復(fù)。

1.1 先修后續(xù)課程授課時(shí)間的調(diào)整

《檢測(cè)技術(shù)與儀表》是《過(guò)程控制系統(tǒng)》和《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》的先修課程，目前由于考慮到各學(xué)期學(xué)分均衡的問(wèn)題，這三門課程安排在了通一學(xué)期開設(shè)，從而造成了教學(xué)內(nèi)容上不必要的重復(fù)。經(jīng)過(guò)課程組教師商討，可以檢測(cè)技術(shù)與儀表先開幾周，與之關(guān)聯(lián)緊密的過(guò)程控制課程適當(dāng)晚開設(shè)，這樣解決了《檢測(cè)技術(shù)及儀表》與《過(guò)程控制》中關(guān)于溫度、壓力等參數(shù)的檢測(cè)教學(xué)內(nèi)容上的簡(jiǎn)單重復(fù)。

1.2 理論教學(xué)內(nèi)容的協(xié)調(diào)

知識(shí)的學(xué)習(xí)需要一定的重復(fù)，以做到融會(huì)貫通，但在授課過(guò)程中應(yīng)本著螺旋式上升的原則避免不必要的簡(jiǎn)單重復(fù)?！稒z測(cè)技術(shù)與儀表》重點(diǎn)從測(cè)量數(shù)據(jù)處理、典型傳感器的檢測(cè)變換原理、測(cè)量電路等方面介紹，《過(guò)程控制》課程中刪去不必要的重復(fù)，但對(duì)于相應(yīng)的檢測(cè)儀表在選擇和安裝過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題，檢測(cè)儀表在構(gòu)成安全火花防爆系統(tǒng)時(shí)的要求等在講解的過(guò)程中會(huì)再度強(qiáng)調(diào)。這樣學(xué)生在面對(duì)過(guò)程控制的實(shí)際問(wèn)題時(shí)，能夠正確合理地選用參數(shù)檢測(cè)儀表構(gòu)成系統(tǒng)。《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》和《過(guò)程控制》中都講PID控制器，《過(guò)程控制》偏重模擬PID控制器的組成，講PID參數(shù)的整定方法，通過(guò)介紹DDDZ-III型控制器的結(jié)構(gòu)說(shuō)明為何模擬儀表中PID參數(shù)的整定會(huì)相互影響，講解在構(gòu)成回路時(shí)控制器正反作用的選擇，針對(duì)給定突變的問(wèn)題提出數(shù)字PID算法的改進(jìn)，以及避免積分飽和的解決手段；而計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中則主要介紹各種數(shù)字PID算法的實(shí)現(xiàn)，學(xué)生通過(guò)這兩門課程的學(xué)習(xí)可以從不同角度理解PID的控制器的使用，并通過(guò)仿真及實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步加深對(duì)PID控制的理解。這樣的安排既避免了簡(jiǎn)單的不必要的重復(fù)，又符合知識(shí)學(xué)習(xí)過(guò)程中螺旋式上升的規(guī)律。

《過(guò)程控制》側(cè)重講解改善工業(yè)過(guò)程控制參數(shù)控制質(zhì)量以及滿足特殊工藝目的的控制方案，而《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》講解以計(jì)算機(jī)作為控制裝置時(shí)控制系統(tǒng)的構(gòu)成，過(guò)程通道的實(shí)現(xiàn)，抗干擾問(wèn)題的解決方案以及工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與配置等，這樣通過(guò)這兩門課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以建立起過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的概念，為后續(xù)學(xué)習(xí)和研究打下一定的基礎(chǔ)。

2 遞進(jìn)式實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建

培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力是全面推進(jìn)素質(zhì)教育和實(shí)施科教興國(guó)戰(zhàn)略的關(guān)鍵。為了培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，我校過(guò)程控制課程群的實(shí)踐教學(xué)體系涉及到了專業(yè)技能，綜合訓(xùn)練和工程創(chuàng)新三個(gè)層面上的內(nèi)容。

2.1 驗(yàn)證性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

為培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能加強(qiáng)實(shí)踐能力，結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)疾患，在實(shí)踐教學(xué)中每門課程均開出了一定比例的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，其中設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)均占到40%以上。檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室可以各種傳感器的實(shí)驗(yàn)，過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)室有6套過(guò)程控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，可開出溫度、液位、流量等參量控制的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，為通過(guò)組態(tài)軟件可以更方便的實(shí)現(xiàn)控制效果的監(jiān)測(cè)；計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)室配備40套實(shí)驗(yàn)箱，可以完成過(guò)程通道AD/DA轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波的實(shí)現(xiàn)，各種數(shù)字PID算法的實(shí)驗(yàn)等單元驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，也可以風(fēng)扇和小型溫箱為對(duì)象構(gòu)成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。

2.2 課程群綜合性實(shí)踐

綜合性實(shí)踐是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)題，鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程。在學(xué)習(xí)完《檢測(cè)技術(shù)與儀表》，《過(guò)程控制》及《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》課程之后，學(xué)生可以在雙容水箱，電加熱鍋爐為被控對(duì)象，使用MCGS監(jiān)控組態(tài)軟件設(shè)計(jì)液位、溫度監(jiān)控系統(tǒng)，在模型測(cè)試的基礎(chǔ)上通過(guò)matlab仿真軟件整定PID參數(shù)，然后通過(guò)研華板卡實(shí)現(xiàn)對(duì)液位或溫度的單回路PID或串級(jí)PID控制方案，完成實(shí)時(shí)控制。在這些綜合實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生需要連接管路和信號(hào)回路來(lái)構(gòu)成過(guò)程控制系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)涉及監(jiān)控組態(tài)軟件的使用，參數(shù)檢測(cè)，過(guò)程特性的測(cè)試，數(shù)字PID算法的實(shí)現(xiàn)，過(guò)程通道的構(gòu)成等等，通過(guò)這些綜合性實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，不僅提高了學(xué)生的動(dòng)手能力，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，而且學(xué)生可以體會(huì)到仿真與實(shí)驗(yàn)的差別，使學(xué)生更加深刻地理解過(guò)程控制的相關(guān)知識(shí)與技術(shù)。

2.3 開展工程創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)

結(jié)合課程群的建設(shè)，開展多種多樣的工程創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)。學(xué)生可以自主選擇開放性實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，選用合適的控制裝置和對(duì)象搭建控制系統(tǒng)并完成相應(yīng)參數(shù)的控制，比如空氣溫濕度的監(jiān)控，兩輪平衡車的控制等等。每年組織學(xué)生參加“西門子杯全國(guó)大學(xué)生工業(yè)自動(dòng)化”，積極引導(dǎo)學(xué)生參與“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”并給予相應(yīng)的指導(dǎo)。這些創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)的開展，擴(kuò)寬了學(xué)生們的學(xué)習(xí)渠道，使教學(xué)內(nèi)容在實(shí)踐中得以延伸和發(fā)展，提高了學(xué)生的文獻(xiàn)查找能力，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生撰寫報(bào)告和申報(bào)書的能力，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)起到了積極的促進(jìn)作用。

3 結(jié)語(yǔ)

過(guò)程控制課程群的建設(shè)是我校“以信息與控制為特色的核心課程群建設(shè)”中的先期工作。本次課程群的建設(shè)主要進(jìn)行了三門課程間教學(xué)內(nèi)容的整合，并建立了遞進(jìn)式實(shí)踐教學(xué)體系。這些可以幫助學(xué)生形成完整的知識(shí)體系并培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和工程創(chuàng)新能力。過(guò)程控制核心課程群的建設(shè)也為我?！耙孕畔⑴c控制為特色的核心課程群建設(shè)”提供了一些參考。

【參考文獻(xiàn)】

[1]郭必裕.對(duì)高校課程群建設(shè)中課程內(nèi)容融合與分解的探討[J].現(xiàn)代教育科學(xué)，2005（2）：66-68.

[2]郭必裕.課程群建設(shè)與課程體系建設(shè)的對(duì)比分析[J].現(xiàn)代教育科學(xué)，2005（4）：114-116.

[3]李俊峰，潘海鵬，等.自動(dòng)化專業(yè)控制系統(tǒng)課程群建設(shè)與實(shí)踐改革[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，32（11）：460-464.

[4]劉麗華，王巧玲.應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式下過(guò)程控制實(shí)踐教學(xué)改革的探索[J].科技信息，2012（34）：4.

[5]譚熒飛，荊霞，鄧韻婷.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)教學(xué)模式對(duì)大學(xué)生綜合科研能力的提高作用[J].教育，2012，9（1）：81.

[6]章軍軍，崔秀紅.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)性和自主性[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2008，25（7）：23-24.

[責(zé)任編輯：田吉捷]