基于課題驅動模式的“集散控制系統”教學改革與探索*

王繼東　司孝平　周玉（華北水利水電大學　電力學院，河南　鄭州　450011）

基于課題驅動模式的“集散控制系統”教學改革與探索*

王繼東司孝平周玉
（華北水利水電大學電力學院，河南鄭州450011）

摘要：從提高學生學習的興趣，培養學生的實踐能力和創新意識等目的出發，提出了集散控制系統課題驅動教學模式。引導學生將學習到的新知識點嘗試用于課題設計當中，課程考核成績要以課題完成情況作為重要評判依據。并根據“課題驅動”教學模式的要求，結合多年教學實踐，從教學內容、教學方法、考核方式、實驗建設等幾方面進行了改革和探索。經過上述幾方面的改革，本課程的教學效果有了很大的改善與進步，學生對本課程的學習興趣明顯加強，學生的探索精神，實際應用能力與以往相比獲得了很大程度的改善。

關鍵詞：集散控制系統；課題驅動；教學改革；組態軟件

集散控制系統是一類分散控制、集中管理的共用控制、共用顯示的開放的儀表計算機控制系統[1]。集散控制系統是當前先進工業控制系統的主要結構形式，它是以控制理論與方法、網絡技術、檢測技術等多門技術和理論為基礎實現的綜合控制系統。

集散控制系統在機械、電力、石油、化工等領域應用越來越廣泛。掌握集散控制系統的基本原理，并具有對集散控制系統進行組態和維護的能力，已成為很多用人單位招收畢業生的基本要求。為使自動化專業的學生在理論學習的基礎上，了解集散控制系統的基本特點，切實掌握各種控制方案和控制系統設計與分析的相關知識，提高自身在人才市場的競爭力、提高就業能力和就業質量，提高集散控制技術的應用水平，就必須不斷進行教育、教學改革，改革教學內容和教學方法、探索人才培養新模式，以適應經濟發展及人才市場的需要。

一、跟蹤集散控制系統的發展趨勢，保持教學內容的先進性和實用性的統一

對高校自動化專業來說，“集散控制系統”課程是一門實用性很強的課程，其教學內容主要包括集散控制系統構成、控制算法、系統集散控制系統選型、數據通信、人機界面的工程設計、組態、安裝和維護等，同時它也是一門不斷吸納應用新知識新技術的課程。隨著自動化技術和信息技術的高速發展，集散控制系統也經歷了飛速的發展，因此，在教學過程中，應不斷總結和歸納集散控制發展中的重大成果和前沿方向，增加現場總線、網絡控制系統等新型集散控制系統的比重，使教學內容保持前沿性和時代感。有效提高學生學習本課程的積極性和主動性[2]。

同時，必須堅決避免給學生造成集散控制技術高不可攀、非常難學的印象，結合就業去向和行業特點制訂切實可行的課題方案，以組態軟件為基礎設計簡單的集散控制系統，從一點一滴出發，激發學生的學習興趣、創新的愿望和動力，培養學生設計系統、調試系統的切身體驗和能力。

二、實現引入課題驅動教學模式，突出培養學生創新能力和工程素養

課堂教學是課程教學中的重中之重，如何利用好有限的課堂時間，給學生打好扎實的理論基礎，同時，理論聯系實際，突出行業特色，培養學生的創新能力，是本課程教學成功的關鍵[2]。

在教學中，如果只是單純的進行說明性和描述性的課堂教學，而學生沒有集散控制系統應用情況的體驗，會感到內容抽象枯燥，僅憑課堂和書本得來的知識理解集散控制系統又很難，常常是似懂非懂，以至于學完之后覺得收獲不大。

為解決這個問題，必須改革教學方法、教學模式。首先，要上好第一堂課，以圖片、動畫介紹集散控制系統在實際工程中的應用，作為集散控制工程師的優越工作條件，舒適的工作環境，良好的就業前景。根據收集整理的電力行業就業面試中常問及的集散控制中的問題講明本課程的重點。另外，動態演示教師所做的集散控制系統，吸引學生的注意力，激發學生的學習興趣。在“集散控制系統”的理論課程教學中還要特別注重結合實際，要介紹一些具體的工程案例，展示實際的工程設備，來激發學生的求知欲和好奇心。

針對某些合適的授課內容可以模擬集散控制系統專場招聘會，一些同學扮演面試官，另外一些同學則作為應聘人員，就集散控制系統的問題進行問答式學習討論以提高學生就業能力與就業質量，激發學生的學習興趣。

為了進一步提高學生的實際動手能力和探索、創新能力，在本課程中引入“課題驅動式”教學模式。“課題驅動式”教學是將理論學習、課題設計、探索研究貫穿于課程教學始終的一種新穎的教學方法，學生在教師課堂和課下的指導下開展主動學習、探索研究、公開討論和潛心設計等活動，將教、學和做三者有機地整合在一起，并通過教師的及時反饋校正，來不斷優化學習效果。該教學形式重視方法傳授、注重能力培養，充分發揮學生主觀能動性和學習的積極性。

課題驅動教學法以解決問題為主線，以學生為中心的教學模式。相對于傳統的教學方法，“課題驅動式”具有三個顯著的特點：首先，以學生為教學主體。在教學中，始終讓學生圍繞課題開展積極思考，盡可能地多給學生自由發揮的時間和空間，讓他們積極主動地去觀察、分析、綜合、歸納、設計、創新。在“課題驅動”教學模式下，學生才是學習活動真正的主體，是主動又積極的知識探究者和應用者，而不是被動的、消極的知識接受者和純粹的記憶體。其次，“課題驅動式”教學的直接目標是課題的解決，而不是書本知識掌握。學生通過自己積極對課題的探究過程，從問題的解決中從未知到已知、培養能力，同時產生成就感、愉悅感，獲得感悟，激發進一步探究的興趣和動力，使學生明白如何學會學習，如何學會分析問題。

最后，以過程為教學重點。在“課題驅動式”教學中，重點放在探究過程而非結果，整個教學的重點是指導學生將學習到的新知識點嘗試用于課題設計當中。教學過程應是培養學生利用專業知識、專業技能分析解決實際工程問題的有益嘗試，對學生來說是一次全面系統的鍛煉機會。

課題驅動教學模式成功的關鍵因素之一是課題的選取。在課題選取上，既要注意因人而異、難易適中，又要結合行業特色和就業傾向來選擇課題。建議大家盡量選擇和熱力發電、水力發電和供配電監控方面的課題。對基礎較好的同學，鼓勵他們大膽嘗試，將組態軟件和PLC、單片機結合起來完成具有實用價值的課題。

三、增加實驗實踐環節，注重理論與實際相結合，培養學生動手能力

實驗條件的優劣對學生能力鍛煉有很大的影響[3]。然而，長期以來許多學校大都存在實踐教學環節滯后于教學、系統性不夠、綜合性不強的等狀態。尤其對于集散控制系統的實踐教學，這種情況尤為突出。限于資金、設備及場地等各種因素，集散控制系統的現場大都不能展現在學生面前，造成學生對集散控制系統在過程控制領域的應用缺乏感性認識，對諸多控制環節缺乏互動，理解不透，致使對課程缺乏興趣。

在教學過程中，針對本課程實驗課時較少的情況，將實驗教學分為仿真實驗和實物開放實驗兩個部分。

仿真實驗要求學生利用電腦和組態軟件進行組態操作，建立數據庫、編寫控制程序、設計制作操作畫面（包括流程圖、儀表測量回路圖、儀表控制圖等），編寫相應控制程序，完成控制要求。

開展開放性實驗和創新性實驗，主要針對集散控制系統和過程控制的緊密結合，利用“過程控制實驗室”現有設備進行課題有關的實驗項目研究。

開放實驗要求學生在過程控制開放實驗室完成主要進行實際硬件連接的課題，特別是需要進行軟、硬件聯調的課題如組態軟件和PLC或單片機連接方面的課題。

四、改革課程考核機制，促進學生形成完善的知識結構，提高學生綜合素質

作為一門實踐性強的課程，如果采用書面考試的方法，學生為了考試將會將精力時間花在死記硬背一些知識點上，從而被考試抑制了探索的熱情，創新的活力。而獲取新知識的能力以及創新精神、創新能力的培養對本門課程更為重要。所以教學過程要注意激發學生的求索之心，逐步培養他們探索未知后的成就感，讓他們去解決那些實際工程中經常遇到，經過努力利用本門課程所學的知識結合已有知識能解決的問題，讓學生明白我們是為了解決實際問題、提高工作能力才去學這一門課的，這是一個放手嘗試、探索未知、收獲成功和愉悅的過程。

作者對本課程的考核方式進行了改革，改變了過去以考試成績作為主要的評判手段的模式。成績評價的重點放在過程之中[4]，考核以結課答辯的形式進行，一方面要求學生當眾演示自己的課題成果，并以PPT的形式加以說明，另外要求學生完成一篇總結報告，總結報告主要是讓學生對本課程所學內容及課題完成過程進行全面的總結，從中可以考查學生對課題的完成情況及對本課程的總體理解與掌握情況。在結課答辯環節中，要求學生做PPT，同時要提交自己親手寫出來的結課論文。通過這種考核方式，可以促使學生的學習能力、設計能力、科研能力、創新能力、合作的能力、收集和整理資料的能力及文字表達能力同時得到培養和提高，全面熟悉了設計一個項目的設計步驟和方法，從而增加了就業能力和優勢，合作意識，團隊意識明顯加強，也越來越喜歡參與科研探索、設計過程。

五、結束語

在集散控制技術教學過程中結合行業特點、學生興趣、原有水平以及接受能力等特點，重點采用課題驅動方法，將提出實際課題、開展課堂討論、放手實踐、總結歸納課題完成過程貫穿于課程教學始終；強化實踐教學，實驗教學能力化、實踐教學現場化和實例化；以課題完成情況為成績重要評定依據的考核方式。通過學生之間、師生之間交流、討論、動手實踐、演示、評價等多種方式激發學生的學習熱情，拓展獲得知識的途徑，提高掌握知識的效率。多年教學實踐表明，采取課題驅動教學模式與傳統教學模式對比，學生對本課程的學習興趣顯著加強，動手能力與實際應用能力與以往相比獲得了明顯的改善，學生利用本課程所學內容申報各級、各類科技創新項目和創新實驗項目的申報率和申報成功率有很大提高。

參考文獻

[1]何衍慶，黃海燕，等.集散控制系統原理及應用[M].北京：化學工業出版社，2009.

[2]王軼卿，張湜，等“.集散控制系統”課程教學改革與實踐[J].中國電力教育，2009（1）：92-93.

[3]王曉紅，張波.電子技術課程“課題驅動式”教學模式的探索[J].九江學院學報，2006（4）：123-125.

[4]范洪穎“.問題驅動”教學法在跨學科課程教學中的應用[J].高教學刊，2015（8）：33-34.

Abstract:This paper puts forward the subject-driven teaching method of distributed control system course for the purpose of improving students' interest in learning, cultivating students' practical ability and innovative consciousness. The method is to guide students try to apply the just learned knowledge to the design of the subject, and takes execution of subject as an important evaluation criterion of this course. According to the requirements of the subjectdriven teaching model, we have combined teaching practice for years with the method and carried out reform and exploration from the teaching content, teaching methods, assessment methods, experimental construction and other aspects. After the reform, the students' interest in learning this course is obviously enhanced, and the students' exploration spirit and the practical application ability have been improved a lot compared with those in the past.

Keywords:distributed control system(DCS)；subject-driven; teaching reform; configuration software

中圖分類號：G642

文獻標志碼：A

文章編號：2096-000X（2016）05-0159-02

作者簡介：王繼東（1969-），男，河南開封人，碩士，副教授，研究方向為分布式控制技術。

*項目:華北水利水電大學2013年教育教學研究與改革項目“課堂教學模式、考核模式改革創新及其教學效果評價體系研究與實踐”。