《過程控制》課程教學(xué)改革和探索

劉麗桑 戴建民

摘要：過程控制是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的一門專業(yè)課程，可提高學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力及專業(yè)綜合素質(zhì)，因此采用先進(jìn)的教學(xué)方法和實(shí)踐手段可以使學(xué)生具有較強(qiáng)的社會(huì)競爭力和適應(yīng)性。本文分析了目前《過程控制》課程教學(xué)和實(shí)踐體系中存在的問題，從適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的培養(yǎng)理念出發(fā)，探討具有更好教學(xué)效果的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和方法、實(shí)踐環(huán)節(jié)等，并在實(shí)際教學(xué)取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：過程控制；課堂教學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）09（b）-0000-00

Teaching Reform and Exploration of Process Control Course

LIU Lisang， DAI Jianmin

（School of Information Science and Engineering， Fujian University of Technology， Fuzhou China， 350118）

Abstract：Process Control is a specialized course of Electrical Engineering and Automation specialty. It can improve the students innovation ability， practical ability and professional quality. In order to help students have strong social competition and adaptability， the advanced teaching and practical method are necessary. The problems existing in the course teaching and practice system are analyzed in this paper， and the reform measures in the teaching contents， teaching methods， practice and other aspects are proposed from the view of adapting to the current social development. It has been proved that the reform teaching mode achieves good results in practical teaching.

Key Words：Process Control；Classroom Teaching； Teaching Reform

過程控制是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的一門綜合性強(qiáng)、應(yīng)用性強(qiáng)的專業(yè)課程，涵蓋了自動(dòng)控制理論與算法、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)和系統(tǒng)建模等多領(lǐng)域的理論和方法。過程控制工程技術(shù)作為自動(dòng)化技術(shù)的重要組成部分，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化中，正在為實(shí)現(xiàn)各種最優(yōu)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、節(jié)約能源、改善勞動(dòng)條件、保護(hù)環(huán)境衛(wèi)生、提高市場(chǎng)競爭能力等方面起著越來越巨大的作用 [1]。

在近幾年的教學(xué)過程中，筆者雖然不斷將最新的理論和技術(shù)補(bǔ)充到教學(xué)內(nèi)容中，但仍發(fā)現(xiàn)不少問題，如在教學(xué)體系方面相對(duì)落后、與當(dāng)前技術(shù)發(fā)展不同步；在教學(xué)內(nèi)容方面學(xué)生不易掌握抽象知識(shí)點(diǎn)、不能把課堂知識(shí)靈活運(yùn)用于實(shí)際過程等。相對(duì)而言本課程內(nèi)容豐富，難點(diǎn)較多，需要學(xué)生了解工藝生產(chǎn)過程及工作原理，掌握控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)等，而學(xué)時(shí)較少、又處于大四學(xué)生忙于考研和找工作的第7學(xué)期，因而在這種情況下，就需要在有限的時(shí)間內(nèi)運(yùn)用靈活的教學(xué)手段，合理高效安排課內(nèi)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)、課外實(shí)踐等，從而達(dá)到培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)型本科人才的教育目標(biāo)。

1 課程教學(xué)現(xiàn)狀

《過程控制》這門課程的學(xué)時(shí)一般為40-50個(gè)學(xué)時(shí)，其中包括8個(gè)學(xué)時(shí)的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)[2]。課程內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。從圖1中可看出，本課程的特點(diǎn)有：

1）綜合性強(qiáng)。除了需要控制理論和電子技術(shù)的知識(shí)基礎(chǔ)外，還需具備化工原理等知識(shí)；對(duì)于控制方案的設(shè)計(jì)和實(shí)施，需要具備自動(dòng)化儀表及檢測(cè)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信等相關(guān)知識(shí)。

2）實(shí)踐性強(qiáng)。課內(nèi)工程試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證課堂所授知識(shí)點(diǎn)，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，提高創(chuàng)新能力。

3）內(nèi)容繁多。既包含常見的過程控制系統(tǒng)，也包含先進(jìn)控制系統(tǒng)和智能控制策略。因此，如何解決內(nèi)容多、學(xué)時(shí)少之間的矛盾、如何設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)來加深學(xué)生對(duì)課程的理解并提升專業(yè)素養(yǎng)是教師所面臨的問題。筆者在教學(xué)過程中不斷探索，嘗試改革，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐環(huán)節(jié)、考核測(cè)評(píng)等方面進(jìn)行了改革和創(chuàng)新。

圖1 《過程控制》課程內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)

2 精心選擇教學(xué)內(nèi)容

為了讓學(xué)生建立“系統(tǒng)”控制的概念，使學(xué)生能在了解工藝原理基礎(chǔ)上、運(yùn)用自動(dòng)控制原理、結(jié)合自動(dòng)化儀表及計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)完成生產(chǎn)過程的分析、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行等工作，筆者在課本上的知識(shí)介紹時(shí)進(jìn)行了縮減，有意識(shí)地刪除一些相對(duì)落后的知識(shí)和重復(fù)性內(nèi)容，而將重點(diǎn)放在知識(shí)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)以及理論在工程應(yīng)用中的分析上；而在課本外的知識(shí)介紹時(shí)則進(jìn)行了教學(xué)內(nèi)容的放大，補(bǔ)充先進(jìn)的控制理論和案例。

比如在自動(dòng)化儀器環(huán)節(jié)，弱化了內(nèi)部構(gòu)成原理，側(cè)重讓學(xué)生比較儀器之間差異和特性，掌握各類儀器選用原則；又如，近年來以預(yù)測(cè)控制、推動(dòng)控制等先進(jìn)技術(shù)在石油、化工領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，筆者就以講座的形式向?qū)W生介紹國內(nèi)外正在應(yīng)用和開發(fā)的最新技術(shù)成果，豐富了學(xué)生的知識(shí)層次，擴(kuò)展了視野。

3 啟發(fā)式/浸入式教學(xué)方法

以教材為主的講授式教學(xué)模式很難讓學(xué)生保持飽滿的學(xué)習(xí)熱情。《過程控制》尤以實(shí)踐和應(yīng)用為主，若不能讓學(xué)生“身臨其境”，學(xué)生就容易覺得枯燥乏味，失去學(xué)習(xí)興趣。因此筆者通過展示大量的石化、電廠、化工、水處理、冶金等行業(yè)的圖片和視頻資料，學(xué)生們聽課有如身臨其境之感，極大地提高了同學(xué)們對(duì)課程知識(shí)的憧憬，提高了學(xué)習(xí)興趣，為后續(xù)學(xué)習(xí)提供了良好的心理暗示[3]。

在現(xiàn)代教育思想和以生為本的觀念指導(dǎo)下，筆者經(jīng)多年探索，形成了有自己特色的“三結(jié)合”模式，即：將過程控制課程的教學(xué)和課外科技活動(dòng)相結(jié)合，將多媒體教學(xué)手段和傳統(tǒng)板書相結(jié)合，將教師講授和學(xué)生分組討論相結(jié)合。比如，學(xué)生無法通過靜態(tài)圖片和講解想象科里奧力質(zhì)量流量計(jì)工作狀態(tài)，就通過動(dòng)畫教學(xué)和實(shí)物錄制視頻來幫助學(xué)生直觀理解；在現(xiàn)場(chǎng)總線和集散控制系統(tǒng)教學(xué)中，也通過實(shí)物展示和影像視頻來生動(dòng)演繹教學(xué)內(nèi)容。

實(shí)踐證明，在課堂上，教師通過學(xué)生的神態(tài)反饋信息不斷及時(shí)地調(diào)整教學(xué)手段、交替使用多種教學(xué)方法，吊足學(xué)生的胃口，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)師生互動(dòng)，啟發(fā)學(xué)生的發(fā)散思維，這樣讓學(xué)生積極參與到教學(xué)中，發(fā)表想法、提出疑問，活躍課堂氛圍。

4 發(fā)散性實(shí)踐

我院現(xiàn)有多套A3000實(shí)驗(yàn)設(shè)備用于本課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生4-5人為一組，使用一套實(shí)驗(yàn)設(shè)備。在動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的過程中學(xué)生能有效地將課堂講授的理論和實(shí)際現(xiàn)象結(jié)合起來，化抽象為具體，在小組合作和自主探索中更深刻地掌握專業(yè)知識(shí)。為更好地培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)型本科人才，充分發(fā)揮自主性和創(chuàng)造性，筆者在保證基礎(chǔ)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)以外，增加了設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。即保留了傳統(tǒng)的單容水箱液位數(shù)學(xué)模型的測(cè)定實(shí)驗(yàn)、單容水箱液位定值控制實(shí)驗(yàn)、雙水箱液位-流量串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)，取消了前饋控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，取而代之綜合性設(shè)計(jì)與仿真實(shí)驗(yàn)或創(chuàng)新性平臺(tái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可根據(jù)自身興趣及能力任選其一。其中，綜合性設(shè)計(jì)與仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，教師至少要出4-5個(gè)不同類型的課題供選擇，沒有固定的模式，以考察學(xué)生分工協(xié)作能力，自行制定實(shí)驗(yàn)方案并通過仿真論證，最后提交小組報(bào)告并答辯；創(chuàng)新性平臺(tái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)則讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)，利用實(shí)驗(yàn)室的軟硬件資源動(dòng)手配建一個(gè)實(shí)驗(yàn)物理平臺(tái)，最后提交實(shí)物并答辯。圖2就是學(xué)生自行搭建的一個(gè)簡易多容水箱平臺(tái)。通過這類綜合性的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)過程控制的系統(tǒng)性和整體性的理解非常深刻，完成之后也找到了成就感。

圖2 學(xué)生自行搭建的簡易平臺(tái)

除課內(nèi)實(shí)驗(yàn)以外，學(xué)院每年都組織學(xué)生到企業(yè)去參觀實(shí)習(xí)，如廈門可口可樂公司、南平鋁業(yè)公司等。每次參觀實(shí)習(xí)，都有資深技術(shù)人員為學(xué)生詳細(xì)講解，從工藝流程到系統(tǒng)和控制室，從儀表到科研項(xiàng)目，學(xué)生實(shí)實(shí)在在感受到了自動(dòng)化在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性和先進(jìn)性。

5 綜合性考核

在學(xué)生的考核評(píng)估中，降低平時(shí)分，增加實(shí)踐分；采用閉卷考核和開卷設(shè)計(jì)相結(jié)合的方式，克服了學(xué)生來課堂卻不認(rèn)真參與學(xué)習(xí)只為點(diǎn)名的弊端，也避免了學(xué)生盲目抄作業(yè)或應(yīng)付式完成作業(yè)的現(xiàn)象。學(xué)生通過在發(fā)散性實(shí)踐環(huán)節(jié)當(dāng)中的綜合性方案設(shè)計(jì)或創(chuàng)新性平臺(tái)搭建，提高了綜合分析能力和動(dòng)手能力，實(shí)現(xiàn)了理論指導(dǎo)實(shí)際，也讓學(xué)生真正體會(huì)學(xué)有所得。

6 結(jié)語

本人在《過程控制》課程的教學(xué)體會(huì)中，結(jié)合課程特點(diǎn)，從激發(fā)學(xué)生的興趣出發(fā)，堅(jiān)持以生為本，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力為目標(biāo)，不斷探索和創(chuàng)新教學(xué)方法和實(shí)踐環(huán)節(jié)的改革，有效地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。實(shí)踐表明，完備的教學(xué)條件、合理的教學(xué)內(nèi)容、恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法、多樣的教學(xué)手段、發(fā)散的實(shí)踐鍛煉能有效地提高學(xué)生的專業(yè)技能和綜合素養(yǎng)，也是培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)型人才過程中重要的環(huán)節(jié)。

參考文獻(xiàn)：

[1]薄翠梅，李俊，林錦國.“過程控制工程”課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革的研究[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2005（S1）： 394-396.

[2]潘永湘，楊延西，趙躍.過程控制與自動(dòng)化儀表（第2版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[3]劉保軍，黎萍.“自動(dòng)檢測(cè)與過程控制”課程教學(xué)改革探索[J].中國電力教育，2012（9）：69-70.