“過程控制系統(tǒng)”教學改革研究

王永秀　雷建和　劉素花

【摘 要】“過程控制系統(tǒng)”是自動化專業(yè)學生必修的一門專業(yè)課，也是我校本科優(yōu)質核心課程建設項目——專業(yè)核心課程群其中的一門課程，因此需要對本課程進行優(yōu)化調整，對教學手段與方法以及實踐教學進行改革。這些教學改革的嘗試受到學生的好評，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力，滿足了培養(yǎng)創(chuàng)新型自動化專業(yè)人才的要求。

【關鍵詞】專業(yè)核心課程群;教學手段與方法;實踐教學

中圖分類號： G642.3 文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）27-0113-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.27.048

【Abstract】“Process Control System" is an important professional course for automation students， and it is also one of the courses for the construction of undergraduate high-quality core courses in our university.So it needs to optimize and adjust this course，It? needs? to reform the? teaching? methods and practical teaching. The attempts of these teaching reforms have been well received by students， and they have cultivated? innovative ability of the students? and met the requirements of cultivating innovative automation professionals.

【Key words】Professional core courses group; Teaching means and methods; Practical teaching

0 前言

過程控制系統(tǒng)”是自動化專業(yè)學生一門重要的專業(yè)課，具有很強的應用性，在整個自動化專業(yè)課程體系中占有重要的地位，是培養(yǎng)創(chuàng)新型自動化專業(yè)人才的關鍵課程之一，也是我校本科優(yōu)質核心課程建設項目——專業(yè)核心課程群的課程之一。該課程將控制理論中介紹的原理和方法與工業(yè)過程控制系統(tǒng)聯(lián)系起來，解決特定的工業(yè)過程控制問題。通過本課程的學習主要讓學生了解和掌握工業(yè)生產過程控制系統(tǒng)中各種工藝流程，合理選用不同的控制方案，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，為從事工業(yè)過程自動化打下堅實的基礎。

本課程既強調過程控制理論，又重視自動控制理論在工業(yè)生產中的應用，具有較強的理論性、應用性和實踐性。[1]對于過程控制這樣一門不斷發(fā)展的技術，傳統(tǒng)的教學模式難以取得最佳教學效果。因此，我們結合過程控制課程特點以及多年來的授課經驗，注重理論研究與實踐教學相結合，科學安排理論教學內容，改革教學手段與方法，改革實踐教學以提高課程教學質量，增強學生學習興趣，提高學生分析和設計過程控制系統(tǒng)的能力，為學生打下堅實的專業(yè)基礎。

1 優(yōu)化調整課程教學內容

我校自動化專業(yè)本課程的教學時數為56學時，授課46學時，實驗10學時。在教學內容的組織上，結合我校核心課程建設項目，對專業(yè)核心課程群進行課程優(yōu)化，對重復內容進行優(yōu)化處理，例如，“檢測技術與控制儀表”與“過程控制系統(tǒng)”這兩門課程的測量變送環(huán)節(jié)與控制閥內容重復，我們在本課程中重點介紹測量與控制裝置、儀表的選型及工程應用，達到會使用自動化儀表的目的，培養(yǎng)學生工程設計的思想。

在教學內容上不局限于教材內容，對教材內容增刪取舍，及時更新調整教學內容，將最新的技術和信息融入教學，如最新選用的教材增加了目前廣泛使用的計算機控制系統(tǒng)的內容，對于課程中出現(xiàn)的DCS控制系統(tǒng)部分內容與“集散控制與現(xiàn)場總線”課程的集散控制內容重復，本課程不做重點講述，簡單介紹即可。另外根據課程講解的需要調整教學內容，如本課程先講述串級控制系統(tǒng)再講述前饋控制系統(tǒng)比較合理，因為前饋控制系統(tǒng)類型中有前饋—串級復合控制系統(tǒng)這種類型。

2 改進教學手段與方法，注重能力培養(yǎng)

2.1 課堂教學與MATLAB仿真相結合

目前，多媒體技術已作為一種輔助教學手段被全面引入本課程的教學中。我們徹底改變過去單一的知識傳授型教學模式，從以課堂灌輸式教學為主的模式轉變到以“啟發(fā)式、交互式、實踐式”等緊密結合的教學模式上來。《過程控制系統(tǒng)》的教學中圖例較多，在課堂教學中，我們引入案例教學和演示教學，以真實項目為載體設計教學案例，在多媒體教學課件中嵌入各種典型流程工業(yè)生產控制系統(tǒng)和各種控制算法的MATLAB/Simulink仿真程序，使得學生不必進入生產現(xiàn)場，可以從多角度、全方位地了解過程控制系統(tǒng)的全貌，深化學生對控制系統(tǒng)的理解;同時在課堂教學中進行控制系統(tǒng)設計仿真演示，現(xiàn)場比較各種控制系統(tǒng)的結構和控制算法的控制效果，手動調整控制算法的參數，分析比較各參數下的控制效果，增強學生的感性認識，提高課堂教學效果。把多媒體仿真工具應用到課堂上，加強創(chuàng)新能力培養(yǎng)，做到因材施教。如圖1所示雙容水箱液位的仿真曲線，通過對數學模型進行MATLAB仿真可以直觀地看到水位的變化情況。

2.2 課堂教學與組態(tài)軟件相結合

課堂教學與組態(tài)軟件結合使用，把工業(yè)現(xiàn)場在電腦上進行模擬顯示;把抽象的工業(yè)過程變?yōu)樾蜗蟮膭赢?，激發(fā)學生的學習興趣。

2.3 加強教師與學生的互動，隨機進行課堂測驗

在講課過程中，教師要注重啟發(fā)學生的思維，加強與學生的互動。知識點的講解要做到條理清晰、重點突出、舉一反三。例如講解某個知識點時，原理相同采用的儀表不同，教師講解其中一種儀表，選取另外一種儀表進行課堂小測驗，讓學生根據教師的講解自己推導，深入理解這個知識點。培養(yǎng)學生的自學、思考意識，為創(chuàng)新能力打下基礎。

2.4 充分利用學校的網絡教學平臺以及網絡資源（如雨課堂、QQ群）進行輔助教學

2.4.1 利用學校的網絡教學平臺進行輔助教學

我們學校自己建立網絡教學平臺，教師把本門課程的教學課件、教學周歷等教學內容傳到網上，方便學生下載，教師與學生按時進行網上答疑，課程探討，及時解決學生的疑問，加深知識點的掌握，培養(yǎng)學生的自學創(chuàng)新能力。

教師上課后，通過在網絡平臺上出練習題讓學生練習，及時掌握學生對于知識點的理解情況，及時答疑，鞏固所學知識。

2.4.2 利用網絡資源進行輔助教學

教師用“雨課堂”將復雜的信息技術手段融入到PowerPoint和微信，使課外預習與課堂教學建立了溝通橋梁，讓課堂互動永不下線。教師利用“雨課堂”實時答題、彈幕互動等功能，使得課堂師生溝通實時數據化反饋，以達到精準控制課堂，解決了傳統(tǒng)課堂老師只講，學生只聽的問題;利用“雨課堂”科學地覆蓋了課前-課上-課后的每一個教學環(huán)節(jié)，為師生提供完整立體的數據支持，個性化報表、自動任務提醒，讓教與學構成閉環(huán)，更加清楚的了解學生的學習效果，合理的把控課堂教學，從而提高了教學效果。另外教師還通過qq群及時與學生溝通所學知識。

3 改革實踐教學，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力

3.1 重視實驗教學，增強學生的實踐能力

“過程控制系統(tǒng)”是一門實踐性很強的課程，實驗教學是本課程教學的一個重要組成部分。[2]實驗教學的目標不僅是為了鞏固理論知識，而且更重要的是培養(yǎng)學生的理論聯(lián)系實際能力、動手能力、觀察能力、思維能力和創(chuàng)新能力。[3-4]在實驗教學中，由原來的驗證性實驗為主逐漸變?yōu)轵炞C性實驗、設計性實驗以及創(chuàng)新性實驗三類實驗項目。

3.2 開展《過程控制系統(tǒng)》課程設計

“過程控制系統(tǒng)”教學內容主要包括過程對象的特性與建模，單回路控制系統(tǒng)、常用的復雜控制系統(tǒng)以及幾種特殊的控制系統(tǒng)的原理與設計應用等。除與課堂內容配套的必做實驗之外，我院自動化專業(yè)的學生從15級開始本課程的課程設計，它是自動化專業(yè)一項重要的實踐性教育環(huán)節(jié)，是學生在校期間必須接受的一項工程訓練。該課程設計對學生提出更高的專業(yè)知識要求，包括完備的控制理論知識，扎實的本課程知識以及相關軟件的運用能力。學生可以在指導老師的幫助下，進行控制方案的選取、系統(tǒng)的設計，包括設備的硬件連接、軟件組態(tài)以及個性化人機交互界面的設計。經過該課程設計環(huán)節(jié)，學生綜合應用所學的專業(yè)基礎知識的能力將得到極大提高，掌握控制系統(tǒng)設計的方法和步驟，建立起初步的工程經驗，培養(yǎng)解決和處理工程實際問題的能力，為畢業(yè)后從事自動化系統(tǒng)設計等工作及繼續(xù)深造打下良好基礎[5]。

4 結束語

作為自動化專業(yè)的一門重要的專業(yè)課，在過程控制近幾年來的課程教學中，我們科學安排教學內容、改進教學手段與方法，改革實踐教學，注重能力培養(yǎng)。按照創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需求，以及我校本科優(yōu)質核心課程建設項目對本課程的改革要求，對《過程控制系統(tǒng)》課程的理論教學改革進行實踐和探索，從教學內容、教學方法、教學手段等多方面入手逐步完善本課程的教學，使教學內容更加合理、教學方法更加科學、教學手段更加豐富，通過實驗環(huán)節(jié)和增設課程設計的改革，學生能夠將所學知識應用到工程實踐中，提高了動手能力，培養(yǎng)了學生嚴謹認真的學風、獨立工作意識和工程實踐能力，提高了他們創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

【參考文獻】

[1]沈亞斌，趙濤，陳桂.過程控制系統(tǒng)課程教學改革的探索與實踐[J].安徽電子信息職業(yè)技術學院學報，2011（6）：33-36.

[2]劉珊，鄭文峰.《過程控制系統(tǒng)》課程的教學改革[J].實驗科學與技術，2013，11，（1）：70-72.

[3]許其義，武玉強，張立華.“過程控制”課程的教學改革與探索[J].電氣電子教學學報，2013，35（6）：25-26.

[4]呂廣紅，黃崇林.過程控制課程實驗教學改革與實踐[J].裝備制造技術，2013（3）：171-173.

[5]林屹，葉小嶺.過程控制課程創(chuàng)新教學的探索與實踐.化工高等教育，2009，（3）：39-41.

[6]李天華，侯加林等.過程控制系統(tǒng)教學改革的探討.實驗室科學，2012，8（4）：43-45.

[7]關宏偉，何小其等.過程控制課程群的建設與研究.合肥工業(yè)大學學報，2009，10（5）：27-29.