“過(guò)程控制”課程建設(shè)與教學(xué)改革

張利輝+李靜

摘要：過(guò)程控制是自動(dòng)化專業(yè)一門重要的專業(yè)課。我們針對(duì)課程特點(diǎn)及我校本科教學(xué)的實(shí)際情況，在教材建設(shè)、多媒體課件開(kāi)發(fā)、教學(xué)方法、教學(xué)實(shí)踐等方面開(kāi)展了一系列教學(xué)改革的探討與實(shí)踐，這有利于學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)與掌握，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用專業(yè)知識(shí)的能力，以及分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞：過(guò)程控制；多媒體課件；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）05-0126-02

過(guò)程控制是以生產(chǎn)工藝過(guò)程為對(duì)象，控制理論為基礎(chǔ)，常規(guī)儀表為工具，生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化為核心的一門綜合性課程，是高校自動(dòng)化、熱能與動(dòng)力工程及相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)主干課。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解過(guò)程控制技術(shù)的發(fā)展，掌握過(guò)程控制系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和投運(yùn)的基礎(chǔ)理論知識(shí)和工程應(yīng)用方法，為今后從事專業(yè)工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

一、教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化及教材建設(shè)

1.教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化。在教學(xué)及課程建設(shè)過(guò)程中，課程組緊密結(jié)合電力生產(chǎn)應(yīng)用，理論聯(lián)系實(shí)際。既突出電力特色，又強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識(shí)、基本能力的培養(yǎng)，面向其他工業(yè)領(lǐng)域的需求，選擇和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。教學(xué)內(nèi)容整體分成兩大部分：過(guò)程控制的基礎(chǔ)理論和控制理論在火電廠中的應(yīng)用。過(guò)程控制的基礎(chǔ)理論部分包括自動(dòng)控制的基本概念、被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型、控制器的動(dòng)態(tài)特性、單回路控制系統(tǒng)和復(fù)雜控制系統(tǒng)。

2.教材建設(shè)。教材建設(shè)是課程建設(shè)的基礎(chǔ)。結(jié)合我校自動(dòng)化專業(yè)本科畢業(yè)生的就業(yè)去向及歷屆畢業(yè)生的信息反饋，根據(jù)火電廠控制的發(fā)展?fàn)顩r，通過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐，課程組教師在課程體系及教材內(nèi)容等方面不斷進(jìn)行改進(jìn)。2009年由課程組教師編寫的《電廠熱工過(guò)程自動(dòng)控制》（第一版）公開(kāi)出版，作為普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材，本教材內(nèi)容精煉、重點(diǎn)突出、系統(tǒng)連貫、信息量大。

二、多媒體課件的開(kāi)發(fā)

過(guò)程控制課程具有知識(shí)點(diǎn)多、圖表系統(tǒng)多的特點(diǎn)。近年來(lái)，我們?cè)诒鹃T課程的教學(xué)當(dāng)中大力開(kāi)發(fā)多媒體課件，改變了“一支筆，一塊黑板，效果低下”的教學(xué)模式，優(yōu)化了教學(xué)內(nèi)容。本課件在使用過(guò)程中取得了良好的教學(xué)效果，并獲得了省教育技術(shù)成果一等獎(jiǎng)。

1.教學(xué)設(shè)計(jì)。①學(xué)習(xí)目標(biāo)。在課件中，各教學(xué)和學(xué)習(xí)單元都依照教學(xué)大綱給出明確、具體的學(xué)習(xí)目標(biāo)。包括課程的總體學(xué)習(xí)目標(biāo)，各章的學(xué)習(xí)目標(biāo)、重點(diǎn)章中各節(jié)的學(xué)習(xí)目標(biāo)，且區(qū)分基本要求和較高層次要求，以滿足不同層次學(xué)生學(xué)習(xí)之用。②知識(shí)結(jié)構(gòu)。對(duì)于相關(guān)知識(shí)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，采用了多種方式，吸引學(xué)習(xí)者的注意力，激活學(xué)習(xí)者原有的相關(guān)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，或啟發(fā)學(xué)習(xí)者主動(dòng)思考，激發(fā)和維持學(xué)習(xí)者對(duì)課件或課程的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和興趣。例如：對(duì)于過(guò)熱汽溫控制的設(shè)計(jì)，進(jìn)入章節(jié)后，先給出動(dòng)畫過(guò)熱汽溫汽水流程，引出過(guò)熱汽溫的控制任務(wù)，講解對(duì)象動(dòng)態(tài)特性，針對(duì)對(duì)象的特點(diǎn)選擇典型控制方案，對(duì)于串級(jí)汽溫控制方案，先提出問(wèn)題，利用前面學(xué)習(xí)過(guò)單回路控制的相關(guān)知識(shí)，由過(guò)熱汽溫的單回路控制逐步引出串級(jí)控制，將相關(guān)知識(shí)有機(jī)的融合在一起，既復(fù)習(xí)強(qiáng)化了前續(xù)知識(shí)，又思考應(yīng)用學(xué)習(xí)新的教學(xué)內(nèi)容。③媒體選用。課件充分運(yùn)用文本、圖形、圖像、動(dòng)畫、圖表等媒體形式來(lái)表現(xiàn)課程內(nèi)容，既有常規(guī)的文字描述與歸納，又可以通過(guò)動(dòng)畫演示直觀講解。還可以控制實(shí)例的演示進(jìn)程，較好地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)習(xí)效果。④學(xué)習(xí)者控制。學(xué)習(xí)者可以按照自己的需要靈活選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，方式多樣，靈活方便。提供了適應(yīng)性的學(xué)習(xí)指導(dǎo)和幫助。“內(nèi)容控制”使學(xué)習(xí)者可以自由選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，以菜單目錄形式；“路線控制”使學(xué)習(xí)者可以通過(guò)按鈕實(shí)現(xiàn)頁(yè)的轉(zhuǎn)換，能自由控制學(xué)習(xí)時(shí)間；“顯示控制”使學(xué)習(xí)者可以在頁(yè)面中選擇某些內(nèi)容深入學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)完成后選擇“返回”重新回到原來(lái)頁(yè)面。⑤交流與協(xié)作。課件對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容提供了充分的交互交流機(jī)會(huì)，引發(fā)學(xué)習(xí)者對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的積極投入、操縱和思考。課件鏈接了本精品課程網(wǎng)站，提供了具有交流功能的教學(xué)平臺(tái)，包括留言板和電子郵箱等。⑥練習(xí)。課件提供了一些例題，以及不同層次的思考題和測(cè)試題，使得學(xué)習(xí)者能夠及時(shí)復(fù)習(xí)和應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)技能，了解對(duì)相關(guān)內(nèi)容的掌握程度。每章課后的思考題，包括只涉及本章內(nèi)容的思考題和綜合前面章節(jié)的綜合題。

2.內(nèi)容設(shè)計(jì)。①內(nèi)容風(fēng)格。課件在開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中，考慮了格式、風(fēng)格、語(yǔ)言上內(nèi)在的一致性，例如，文字上盡量簡(jiǎn)潔，以圖形、圖片、動(dòng)畫直觀演示講解；在屏幕及畫面設(shè)計(jì)上，空間使用合理、充分，背景素雅簡(jiǎn)潔美觀，文本、圖形、圖像等視覺(jué)元素構(gòu)圖信息表述明確。②導(dǎo)航鏈接。在每幅顯示界面中均有明顯的導(dǎo)航或互動(dòng)標(biāo)志，導(dǎo)航鏈接明顯易辨，有明確的指示標(biāo)簽，學(xué)習(xí)者無(wú)需特殊幫助就可輕松地操作導(dǎo)航路徑。對(duì)于知識(shí)界面中，進(jìn)一步展開(kāi)講解，有進(jìn)一步連接之處整個(gè)課件均已紅色字標(biāo)示，易于使用。

三、理論教學(xué)方法改革

1.注重啟發(fā)式講授。采用主講教師講授的啟發(fā)式、課堂上師生互動(dòng)式相結(jié)合的教學(xué)方法。為此，課程組積極開(kāi)展教研、設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程、充分準(zhǔn)備問(wèn)題，以引起學(xué)生的興趣和積極思維，只有學(xué)生積極思維，才能達(dá)到互動(dòng)目的，實(shí)現(xiàn)提高課堂教學(xué)效果。

2.注重知識(shí)系統(tǒng)性。本課程知識(shí)點(diǎn)多、內(nèi)容雜，因此講授中著力講清課程體系結(jié)構(gòu)，以一根線索有機(jī)串聯(lián)全書主干內(nèi)容，便于學(xué)生記憶和掌握，更有助于知識(shí)的綜合運(yùn)用。

3.引導(dǎo)學(xué)生研究性、探究性學(xué)習(xí)。教學(xué)不僅僅是“傳道、授業(yè)、解惑”，更重要的是交給學(xué)生探索未知世界的金鑰匙。在教學(xué)過(guò)程中我們積極注意引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)。例如，對(duì)于某個(gè)過(guò)程參數(shù)的控制，我們強(qiáng)調(diào)教材中給出的只是一種可行的、較為成熟的控制方案，而非唯一的方案，講授中再給出幾種變化方案，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的前續(xù)知識(shí)分析其對(duì)錯(cuò)，提出和探究不同控制方案的可行性。

四、實(shí)踐教學(xué)建設(shè)與改革

過(guò)程控制是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，只有通過(guò)實(shí)踐才能深刻理解和掌握。為此，學(xué)院與課程組大力推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，設(shè)計(jì)、制作先進(jìn)的過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置，開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室；增加課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)；還在本課程的考核方式上，采取“理論考試+實(shí)驗(yàn)成績(jī)+實(shí)踐操作+平時(shí)成績(jī)”的辦法，加大了實(shí)踐環(huán)節(jié)的力度和考核，提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和綜合應(yīng)用能力。endprint

1.課程實(shí)驗(yàn)。①結(jié)合教材內(nèi)容，對(duì)原有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法進(jìn)行改進(jìn)。力求實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在上課前以課題的形式給出實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)所要達(dá)到的各項(xiàng)指標(biāo)以及實(shí)驗(yàn)要求和所能提供的硬件資源，不預(yù)先設(shè)定實(shí)驗(yàn)方法，不規(guī)定實(shí)驗(yàn)步驟，不限定實(shí)驗(yàn)時(shí)間，讓學(xué)生結(jié)合教材內(nèi)容自行設(shè)計(jì)合理的方法，在課程結(jié)束之前給出最終結(jié)果，變“教”學(xué)生為“指導(dǎo)”學(xué)生實(shí)驗(yàn)，以提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。②實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理上實(shí)行目標(biāo)化的管理手段。在學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)，不限定學(xué)生實(shí)驗(yàn)的方法和步驟，重點(diǎn)考察方案和結(jié)果，考察各項(xiàng)指標(biāo)的完成情況。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)采取輔導(dǎo)與檢查相結(jié)合，任課教師與實(shí)驗(yàn)室教師相結(jié)合，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)進(jìn)行解決。③實(shí)驗(yàn)設(shè)備和教學(xué)實(shí)行開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò)化管理操作。將實(shí)驗(yàn)室設(shè)備資源狀況、師資情況、人員及設(shè)備管理、實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃等資料編制開(kāi)發(fā)成動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和教學(xué)管理系統(tǒng)，使得學(xué)生和教師在網(wǎng)上可以了解到這些信息，以便了解設(shè)備在用情況，合理安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間和計(jì)劃。

2.課程設(shè)計(jì)。課程設(shè)計(jì)是本課程教學(xué)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)結(jié)合電力參數(shù)控制，分析和設(shè)計(jì)相應(yīng)控制方案。課程設(shè)計(jì)的實(shí)施步驟為：教師準(zhǔn)備教學(xué)文件，編寫設(shè)計(jì)任務(wù)書和選擇參考系統(tǒng)圖；組織學(xué)生在老師講解涉及要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合所學(xué)知識(shí)和相關(guān)資料提交相應(yīng)的控制方案和設(shè)計(jì)草圖；教師進(jìn)行階段性點(diǎn)評(píng)和驗(yàn)收，并發(fā)放參考系統(tǒng)圖；組織學(xué)生在初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上結(jié)合參考系統(tǒng)和教師的指導(dǎo)完成系統(tǒng)的最終設(shè)計(jì)；學(xué)生提交設(shè)計(jì)圖紙和設(shè)計(jì)報(bào)告，報(bào)告應(yīng)為一完整的科技文檔，應(yīng)以所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的思想和過(guò)程分析為主。

3.生產(chǎn)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)。實(shí)習(xí)作為教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，理論聯(lián)系實(shí)際的重要過(guò)程，實(shí)習(xí)內(nèi)容與本課程內(nèi)容緊密相關(guān)，包括專題報(bào)告、參觀、仿真培訓(xùn)等環(huán)節(jié)。專題報(bào)告環(huán)節(jié)是由實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的人員介紹有關(guān)的專業(yè)新技術(shù)及生產(chǎn)運(yùn)行等方面的內(nèi)容。參觀環(huán)節(jié)是組織學(xué)生去電廠、化工廠等具有生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制裝置的企業(yè)參觀，并請(qǐng)有關(guān)人員講授企業(yè)安全生產(chǎn)的基本知識(shí)、熱工系統(tǒng)設(shè)備的基本狀況及生產(chǎn)組織情況及生產(chǎn)過(guò)程、系統(tǒng)的組成和各種設(shè)備的作用。仿真培訓(xùn)環(huán)節(jié)是組織學(xué)生在仿真機(jī)上熟悉并掌握單元機(jī)組檢測(cè)、控制系統(tǒng)及機(jī)組啟停運(yùn)行的基本過(guò)程。

4.課外創(chuàng)新實(shí)踐。將學(xué)有余力的學(xué)生組織起來(lái)，成立課外科技活動(dòng)小組，直接參與實(shí)驗(yàn)室相關(guān)建設(shè)項(xiàng)目。此舉的意義，不僅僅使大學(xué)生們獲得了扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，提高了軟硬件開(kāi)發(fā)能力，更重要的是，提高了學(xué)生的協(xié)作精神和實(shí)干作風(fēng)，增強(qiáng)了創(chuàng)造性，是一條切實(shí)可行的和可以具體操作實(shí)施的人才培養(yǎng)之路。例如，青年教師帶領(lǐng)學(xué)生參加羅克韋爾過(guò)程控制夏令營(yíng)，組織學(xué)生參加大學(xué)生火電機(jī)組集控運(yùn)行操作技能競(jìng)賽，參加西門子杯全國(guó)大學(xué)生過(guò)程控制仿真挑戰(zhàn)賽等。

五、結(jié)語(yǔ)

根據(jù)過(guò)程控制課程特點(diǎn)，結(jié)合我校本科畢業(yè)生的就業(yè)方向，我們?cè)诮滩慕ㄔO(shè)、多媒體課件開(kāi)發(fā)、教學(xué)改革、教學(xué)實(shí)踐等方面進(jìn)行了有益的探索。在教材建設(shè)過(guò)程中，既要突出電力特色，又要強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識(shí)、基本能力的培養(yǎng)，面向其他工業(yè)領(lǐng)域的需求，選擇和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。為提高教學(xué)內(nèi)容的表現(xiàn)力和感染力，多媒體課件開(kāi)發(fā)應(yīng)在教學(xué)設(shè)計(jì)上多下功夫，精心設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)、知識(shí)結(jié)構(gòu)和媒體選用，為方便學(xué)習(xí)者使用多媒體課件，應(yīng)設(shè)計(jì)有良好的交互性和檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果的習(xí)題及自測(cè)題。探索有益的課堂教學(xué)方法，提高學(xué)生的主體地位，使學(xué)生能主動(dòng)參與到教學(xué)中，提高課堂教學(xué)質(zhì)量。重視實(shí)踐環(huán)節(jié)，嘗試開(kāi)設(shè)更多豐富多彩的實(shí)踐環(huán)節(jié)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)手能力。

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