《礦物加工過程檢測與控制》課程實驗教學改革研究

王衛東 涂亞楠 張康輝 陳煒韜 劉思杰 楊曉明 牛輝耀

摘要：為了提高《礦物加工過程檢測與控制》實驗課程的教學質量，總結了該實驗課程的現狀及存在的問題，構建了《礦物加工過程檢測與控制》的實驗教學平臺，編寫了全新的實驗指導教材，實現了與國家大學生創新計劃項目的有機結合，促進了實驗室的建設，也培養了學生的創新能力。

關鍵詞：《礦物加工過程檢測與控制》；實驗教學；質量；礦物加工

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）13-0103-02

《礦物加工過程檢測與控制》是礦物加工工程專業的主干課，學生通過本課程的學習能夠了解和掌握礦物加工工程過程中電氣控制技術、工藝參數檢測技術和各種過程儀表的作用、工作原理、特點及適用場合等內容，并能進行簡單和復雜控制系統的分析、設計、調試等工作，為今后從事相關工作打下了堅實的基礎[1，2]。本課程強調工程觀點、設計能力的訓練，強調理論與實際的結合以及提高分析問題、解決問題的能力。但由于課時的限制、檢測與控制技術的快速發展以及傳統教學方式的影響，《礦物加工過程檢測與控制》課程實驗教學存在下面一些問題：（1）教學體系和內容相對落后，跟不上技術發展的步伐，甚至缺乏實驗教學環節。（2）實驗教學平臺落后，與實際應用脫節，導致學生學習主動性不夠，學習興趣不高，實踐能力較差，不能學以致用[3，4]。因此，如何在有限的實驗學時內，實現實驗教學內容與學科發展現狀的有機統一，培養具有創新能力、設計能力的工程技術人才是必須解決的問題。為此，本文從實驗指導教材與實驗平臺建設、實驗教學方法和教學手段以及實驗教學課程與大學生創新、本科生導師制的關系等方面對提高實驗教學質量進行了改革探索，并取得了較好的效果。

一、實驗教材與平臺建設

1.實驗教學平臺建設。高校實驗室是高等學校的一個重要組成部分，它的質量高低直接影響著教學質量與科研質量，實驗室水平是反映一個學校教學水平和科學技術水平的重要標志。為了適應教學改革的形勢，必須加強實驗室建設，增強自身的競爭能力。借著我校礦物加工工程專業實驗室建設的時機，對《礦物加工過程檢測與控制》實驗教學平臺進行了優化升級。（1）設計開發了基本控制功能體驗平臺。針對礦物加工過程電力拖動基礎教學過程中學生對常用低壓電器、基本控制原理以及控制方式的不理解，對控制方式作用的效果不清楚，概念和實物不能匹配，等等實際問題設計開發了體驗平臺。該平臺包含電器控制的基本低壓電器，讓學生能夠直觀的認識基本電器元件設備，不至于發生課程學完了基本的電器元器件都不知道的尷尬情況。另一方面該體驗平臺包含了點動控制、自鎖控制、具有過載保護的自鎖控制等基本的控制回路，學生通過該平臺的控制回路的操作，能夠更直觀的看到這些控制方式的區別，明白不同控制方式的適用場合，深化對不同控制方式原理及電路圖的理解，也提高了學生學習的積極性。（2）網絡型PLC可編程控制器實驗平臺。目前PLC已成為礦物加工過程控制的核心控制器，該網絡型PLC可編程控制器實驗平臺選用西門子PLC為控制器，采用組件多結構方式，更換實驗模塊便捷，如需擴展功能或開發新實驗，只需添加實驗掛箱即可；雙口接線法使PLC主機與實驗掛箱之間的連接既可采用自鎖緊接插線單線逐點連接，以提高學生的動手、動腦能力，加深了解PLC的結構功能，又可通過排線一次性連接，以提高實驗連接速度，與單一連接法相比具有絕對的優越性。實驗對象形象逼真，接近工業現場的實際應用，通過本實驗裝置的訓練，學生很快就能適應現場的工作。（3）過程控制綜合實驗裝置。為了讓學生能夠更好地掌握礦物加工過程參數檢測的方法及原理，建設了過程測量儀表實驗平臺，該平臺由被控對象和控制系統組成，被控對象包含動力系統、水箱、儲水箱、壓力變送器、差壓變送器、渦輪流量計、Pt100、K分度熱電偶、閥門、管路等；控制系統包含網孔板、漏電保護器、開關電源、單相調壓模塊、K分度熱電偶冷端補償器、智能儀表、接線端子排等。通過該實驗平臺的使用和學習，學生能夠掌握礦物加工過程儀表的測量及自動化儀表的安裝、測量和使用。

2.實驗教材的建設。實驗教材既要與現有的硬件平臺配套，也需要學科新成果提煉轉化到實驗教材中，使科研與教學緊密結合。在具體編寫過程中，對于基礎型實驗，只精選一部分具有代表性和啟發性的實驗，講解該學科的基本思想和基本方法；增加綜合設計型實驗，讓學生從實驗原理入手進行實驗方案的設計，通過多種途徑達到實驗目的，使學生由過去被動、消極的依賴書本，變為主動、積極的獨立思考，勇于探索。另外，為了突出個性能力的發揮，在保證完成大綱要求的基礎上，教材和講義編寫引入實驗項目可選項，允許學生從中選擇。

二、實驗教學改革

1.開放實驗教學。由于實驗學時的限制，課堂內只能做一部分設計性實驗，但有興趣的學生可以在業余時間來完成其他實驗，甚至設計開發實驗教材中沒有的實驗內容。整個環節都是以學生為中心，教師只是起到輔助作用，讓學生在實驗中對過程控制系統的設計有一個完整、系統的掌握。

2.改革考核形式。以往的考核只注重撰寫的實驗報告，這種形式不能客觀地反映學生的實驗效果。改革后的考核形式更注重實驗教學的整個過程，成績雖然仍由實驗報告、實驗過程及出勤紀律構成，但更注重實驗過程。整個實驗課結束，教師會給每位學生出一個實驗題（既沒有步驟也沒有方法），課內完成，考察學生平時的積累，如果平時不學，這最后一關是通不過的，而且這一項占整個課程成績的50%。采取這種辦法，促進了學生對實踐技能培養的重視，實驗教學質量得到了明顯的提高。

3.與大學生創新項目相結合。國家大學生創新性實驗計劃項目的目的是調動學生學習的主動性、積極性和創造性，激發學生的創新思維和創新意識，掌握思考問題、解決問題的方法，提高創新能力和實踐能力。建成的《礦物加工過程檢測與控制》綜合實驗平臺僅僅用來完成每年一次的實驗課教學，如果不加以利用是對資源的浪費。因此，結合我校大學生創新計劃項目，制訂了合理化利用實驗教學資源的創新方案。首先根據現有實驗平臺和師資力量提出可以進行的項目，每個項目配有相應的指導教師，然后由學生根據自己的興趣去選擇；其次如果學生對于提出的實驗創新項目都不感興趣，也可以自己提出創新項目，實驗室根據現有的實驗條件評估項目能否實現，如果能夠實現，配備相應的指導教師。實驗室與國家大學生創新性實驗計劃項目的結合不僅可以充分發揮實驗室的作用，培養學生的創新能力，也可以有效利用大學生創新計劃項目的經費來完善實驗室的建設，進一步提高實驗室的實驗平臺，實現更高的目標，達到雙贏的效果。

三、結語

《礦物加工過程檢測與控制》是一門實踐性很強的課，許多知識只有通過親自實踐才能真正掌握，實驗課程是學生真正掌握知識的重要途徑。對該實驗課程的實踐與探索發現，通過實驗平臺、實驗指導教材、實驗教學方法及考核體系等的建設，能夠激發學生的興趣和學習主動性，鼓勵學生開展個性化、自主性的研究型學習。實驗課程與大學生創新計劃項目的有機結合，充分發揮了實驗室的作用，培養了學生分析問題、解決問題和創新的能力，同時也能夠進一步完善實驗室的建設，促進實驗室達到更高的水平。

參考文獻：

[1]徐志強，王衛東.礦物加工過程的檢測與控制[M].北京：冶金工業出版社，2012.

[2]沈亞斌，趙濤，陳桂.過程控制系統課程教學改革的探索與實踐[J].安徽電子信息職業技術學院學報，2011，10（6）：33-36.

[3]杜海順，鄒大勇.過程控制教學改革探索[J].中國現代教育裝備，2015，（217）：58-60.

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