“熱工過程自動控制”課程教學改革探索

摘要：“熱工過程自動控制”是能源與動力工程專業的一門重要專業課，該課程與工程應用聯系密切，實踐性較強。針對目前教學中出現的理論與實際脫離、缺乏對學生工程能力的培養等問題，采取校企合作的方式搭建課程的實踐教學平臺，通過優化課程體系、改革課程實驗、引入企業實踐等方式，對原有教學大綱、教學內容和教學方法進行了改革與實踐，提升了學生的工程實踐能力。

關鍵詞：校企合作；實踐教學；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）35-0113-02

“熱工過程自動控制”是能源與動力工程專業的一門必修課程，其教學目的是使學生在掌握熱工調節原理及電廠熱工被控過程的基礎上，進一步學習協調控制、鍋爐給水控制、汽溫控制、燃燒控制、汽輪機控制、單元機組順序控制、安全監控系統等電廠熱工控制系統的基本組成及原理，熟悉火電機組自動控制的典型DCS（Distributed Control System）[1]，并掌握熱工控制系統的設計、整定及調試方法，為今后從事熱工控制系統的工程應用和科學研究打下良好的基礎。該課程需要一定的工程應用背景，強調對學生實踐動手能力和工程應用能力的培養，既要介紹基本控制理論，又要體現其在熱工過程控制中的應用，具有授課面大、實踐性強等特點，如僅靠原有的課堂教學加驗證性實驗的教學模式，容易造成課程教學與社會需求脫節，導致學生缺乏實踐經驗和動手能力，難以滿足企業對工程人才的需求。為適應對口企業對人才工程能力的要求，針對“熱工過程自動控制”課程教學中存在的重理論輕實踐的問題，通過采取校企合作的方式搭建課程的實踐教學平臺，引入企業共同制定教學大綱、協助優化教學內容、改革實驗教學和增加課程實踐，突出對學生實踐能力的強化，力求取得更好的教學效果。

一、教學理念改革，面向工程實踐

作為一門與工程項目和實踐經驗有密切聯系的課程，“熱工過程自動控制”既要講授概念原理，又要開展實踐訓練，才能使學生真正掌握課程知識。因此，課程改革應當體現“面向工程實踐，以科學為基礎”的思想，提供寬泛的、堅實的工程科學與技術訓練，而不是集中于某一具體的專業方向[2]。結合陜西科技大學能動專業“培養有較強工程實踐能力、技術創新能力和較寬適應能力的專門技術人才“的定位，為真正讓學生學得進、知識用得上，企業求才易、滿意程度高，需要首先從教育理念和教學大綱入手進行教學模式的改革，從注重專業理論教育，轉向重視工程能力培養。

1.積極調研行業發展，把握行業發展趨勢

首先是改變以往按課本教學的思想，通過積極跟隨國內外相關行業控制技術發展趨勢、深入調查對口就業企業對畢業生工程能力的需求，及時掌握行業最新發展動態和工廠企業對教學內容的改進意見，將課程教學延伸到企業，讓用人單位提前參與到學生培養上來，并根據企業制定的工程能力標準對課程的教學內容、質量進行反饋。其次是教師在完成授課任務之外，還需要積極前往合作企業進行實踐鍛煉，以提高其技術運用能力，拓寬其專業知識面，豐富其工程實踐經驗，確保任課教師的教學內容不會脫離企業實際。

2.借助國外先進經驗，改革教學模式

通過借鑒麻省理工學院的CDIO（Conceive Design Implement Operate）教學模式，以構思-設計-實現-運行作為真實工程教育背景環境，積極引導學生參與工程實踐活動，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程[3]。在課程理論和實踐教學時，堅持以學生為中心，通過采取分組討論等方法充分調動學生的學習興趣，實現從以“教為主導”向“學為主導”轉變從注重學生的全面發展出發，強化其專業技能、學習態度、交流溝通、團隊協作能力，培養學生的終身學習興趣和創新精神[4]。

3.深化校企合作，共同制定教學大綱

與大型發電廠、造紙廠能動部門、化工廠自備電廠等對口單位開展合作交流，在保持專業特色不變，充分考慮企業對課程教學內容需求和建議的基礎上，共同修訂課程教學大綱，確定“工程導向”的知識體系，使課程標準、授課計劃和授課內容等在企業的深度參與下進行優化[5]。同時，通過增加實際工程項目、工程設計實驗、前沿科技知識講座、企業課程實踐等教學內容，建立課堂講授和實驗實踐相結合的教學方式，保證講授知識的先進性和實用性。

4.積極聯系行業專家，舉辦專題講座

并通過不定期邀請企業技術能手、高校專家教授舉辦專題學術講座，講授與課程教學內容緊密結合的新技術、新應用、工程實例以及技術改造等方面的最新情況，如現場總線控制系統、軟測量技術、火電廠ERP（Enterprise Resource Planning）系統發展等，以拓展學生知識面，激發學生學習興趣。

“熱工過程自動控制”課程的基本改革思想如圖1所示。

二、課程內容改革，優化知識結構

原有課程教學內容偏重基礎概念和理論計算且與“控制工程基礎”、“鍋爐原理”等課程的部分內容有一定的重復，但缺少工程實際案例、分散控制系統、PLC（Programmable Logic Controller）控制系統及其硬件選型等內容，導致學生普遍缺乏應用能力，所學知識和社會需求不能完全掛鉤。為緩解原有課程重理論、輕實踐的弊端，通過調整課時分配、增加工程教育、引入前沿知識等方式，優化課程知識結構。

1.精簡課時

首先是將課堂理論教學由48學時縮減為40學時，削減了與其他課程重復的內容，如控制系統時域、根軌跡、頻域分析，單回路、多回路控制系統、鍋爐特性分析等內容，并大幅降低了各章節理論分析、公式推導等方面的教學內容，為后續補充工程實踐知識留下足夠課時。其次是在課堂基礎理論教學中采取基于工程背景的案例式教學方式，更多地將工程實際與理論知識關聯起來，如在汽包水位控制時就將某制漿造紙企業的堿回收燃燒工段控制系統作為例子引入到課堂，提出其存在的控制問題，引導學生結合所學的課程知識出自己的解決方案，再組織其開展分組討論，提升了學生的學習興趣，促進了學生對概念原理的掌握。

2.優化內容。通過不斷更新教學內容，保持教學內容的前沿性和新穎性[6]

如增加了一些控制策略的實際工程應用的案例分析、以及DCS、FCS（Fieldbus Control System）、PLC、常用低壓控制電器、氣動和電動閥門介紹等內容。通過將工廠常見的控制系統、控制裝置及工程實際應用等知識引入到教學中，克服了課堂教學重理論輕實踐的弊端，提高了學生的學習興趣和積極性，實現了人才培養和就業需求的無縫對接，避免了課程教學內容與企業需求脫節的問題。然后是引入新技術、新應用等前沿知識，建立專業核心知識跟隨實際需求的動態調整機制。

三、實驗教學改革，引入實際項目

1.校企合作共同制定“熱工檢測及儀表實驗”的改革方案

將原有注重基礎的實驗教學培養體系，改革為突出工程應用能力培養的三個實驗模塊，即基本實驗教學模塊、設計性實驗模塊和工程綜合實驗模塊。基本實驗教學模塊主要包含驗證性實驗，面向熱工控制的基本概念和原理的運用，實驗內容相對簡單，其目的是幫助學生理解和掌握課堂知識點，特點是學生只要按實驗指導書要求即可完成實驗全部內容，如常見典型環節動態特性、單回路控制系統整定、熱工儀表的認識等實驗。設計性實驗主要面向常見熱工對象的控制，學生需要按照實驗指導書進行控制方案設計、系統硬件搭建、梯形圖程序編寫及調試，如雙水槽液位控制、水箱溫度控制等實驗。工程綜合實驗模塊，是在與企業工程技術人員一起合作設計的具有工程應用背景和能反應熱工控制領域新技術、新應用的實驗項目，主要面向工程實際和前沿性知識，培養學生的實踐動手能力和知識應用能力，如“智能變送器應用”、“PLC控制系統硬件組態與人機界面設計”等。

2.從企業獲得真實、前沿的應用項目，合作研制面向工程的實驗裝置

對于面向工程實際的綜合性實驗，并沒有現成的實驗裝置可供選購，所以通過采取與企業共同設計、制作、調試、驗收實驗設備，并合作編制實驗指導書的方式，完成此類實驗的軟硬件平臺建設。以“PLC控制系統硬件組態與人機界面設計”實驗為例，該實驗需要學生自主完成一個熱工控制系統的I/O測控點數統計、儀表選型、PLC模塊的選擇、電氣接線圖的繪制、控制系統硬件組態、軟件編程、人機界面的繪制及系統調試等工作。根據實驗要求，與企業合作完成了系統的結構圖、電氣圖和軟件等設計，接著選購了所需的控制柜、PLC、開關電源、熱電偶、差壓變送器、電磁流量計、變頻器、氣動閥門等硬件，最后對實驗裝置進行了系統的總裝與調試，完成了整個實驗的軟硬件平臺的搭建。

四、教學方法改革，增加實踐環節

“熱工過程自動控制”原有的僅依靠課堂教學和實驗教學，存在教學手段單一、對學生吸引力不足的弊端。因此在課程教學中引入企業參觀環節，并積極指導學生參與各類與課程密切相關的科技活動，以激發學生的學習興趣和積極性，加深對概念原理的掌握程度，提升其知識的運用能力。

1.在教學過程中，引入企業參觀環節

依托校企合作平臺，充分利用社會資源，構建有利于提升學生專業技能、工程能力和創新能力的課程實踐平臺，實現教學與生產的有機結合。讓學生在課程學習時就能夠置身于工業現場，體驗實際工程氛圍，與工業實際問題零距離接觸，了解“熱工過程自動控制”課程與將來工作能力的密切聯系。同時聘任企業技術骨干作為企業導師，全程指導學生在企業的學習與工作[7]，教師也可以將部分與實踐聯系密切的授課內容放在生產現場進行講解，學生隨時可以與教師或企業導師在現場儀器討論交流，使教師言之有物，講解直觀生動，學生看得清楚，學得明白，促使學生掌握工程技術的系統思維方法由模擬型向實戰型轉變。

2.開展豐富的科技活動，帶領學生參與到科研項目

首先是支持學生隨學隨用，將“熱工過程自動控制”等專業課程知識運用到各類科技活動中，指導學生參加大學生創新創業計劃項目、大學生電子設計競賽、“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽等科技活動，挖掘專業技能特長，鍛煉創新能力，使其獲得展現自我能力的機會。實踐表明參與這類活動對培養學生科學的思維方式和創新能力，提升綜合素養，提高社會競爭力具有顯著作用。其次是鼓勵學有余力且對科研具有濃厚興趣的學生加入到教師的科研項目中去，學生在教師指導下進行實際的科研課題研究和實驗過程，使學生能夠有機會綜合利用所學課程知識，了解科研的整個過程，感受課程知識的應用價值，獲得科研實踐經驗。然后是組織開展暑期工程實踐活動，由任課教師帶領大一、大二能動專業學生深入企業進行調研與實踐，了解行業的發展動態，親身感受工程實際氛圍，為在大三學習“熱工過程自動控制”等課程打下良好的基礎。

五、結語

為了真正讓學生學得進、用得上，通過對“熱工過程自動控制”原有的教學理念、課程內容、實驗教學、教學方法等課程教學體系進行的改革和探索，提高了學生對知識掌握程度、強化了學生的實踐動手能力、增強了學生解決工程問題的能力、提升了學生的團隊協作能力，實現了課程教學目標和企業需求的對接，對培養能在能源、電力、石油、化工、輕工等行業從事研究、設計、制造、管理等方面的工作的高級工程技術人才具有重要意義。

參考文獻：

[1]巨林倉.電廠熱工過程控制系統[M].西安：西安交通大學出版社，2009：1.

[2]崔軍.回歸工程實踐：我國高等工程教育課程改革研究[D].南京大學，2011：63.

[3]宋文蕾.CDIO工程教育模式在（過程控制工程）課程中的探索與實踐[J].教育教學論壇，2014，（1）：206-207.

[4]謝碧蓉，向賢兵，成福群.“熱工控制系統運行與維護”課程教學模式改革探索[J].中國電力教育，2011，（21）：159-160，162.

[5]陳忠仁，王桂蓮，李占琪，等.基于校企合作的課程改革研究與實踐——以“供配電技術”課程為例[J].中國電力教育，2011，（24）：192-193.

[6]曾競，王鴻懿.“熱工過程控制系統”及其課程設計教學改革探索[J].中國電力教育，2013，（35）：70-71.

[7]張耀輝，段曉華，簡世平.“專業導師+能力導師+企業導師”人才培養模式在高職院校中的探索[J].當代職業教育，2014，（1）：35，48-50.

（責任編輯：劉麗娜）