陳湘萍

貴州大學(xué) 貴州貴陽(yáng) 550003

過(guò)程控制工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索與實(shí)踐*

陳湘萍

貴州大學(xué) 貴州貴陽(yáng) 550003

文章討論了過(guò)程控制工程課程傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的利弊，為適應(yīng)新世紀(jì)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的需求，對(duì)該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念和改革思路進(jìn)行了探討。包括改革教材，把驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，激活學(xué)生創(chuàng)新思維；改變教學(xué)形式，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性等一系列方法。

教學(xué)改革；過(guò)程控制工程；驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)；設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

過(guò)程控制工程是測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)的核心專業(yè)必修課程。主要教學(xué)任務(wù)是使學(xué)生能基本掌握過(guò)程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理、特點(diǎn)、適用場(chǎng)合、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用等方面的知識(shí),培養(yǎng)學(xué)生利用自動(dòng)控制理論知識(shí)來(lái)分析和設(shè)計(jì)過(guò)程控制系統(tǒng)的能力以及掌握過(guò)程控制系統(tǒng)的調(diào)試、投運(yùn)和參數(shù)整定的方法,掌握PID調(diào)節(jié)器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。為此,這門課的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)就顯得尤為重要。在開(kāi)展好理論教學(xué)的同時(shí),對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須給予足夠的重視。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué),使學(xué)生具有較強(qiáng)的分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力,以適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)的需要。而高校實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)教學(xué)恰恰是理論與實(shí)踐相結(jié)合、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)。在高等教育整個(gè)教學(xué)過(guò)程中實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一個(gè)重要的組成部分,相對(duì)于理論教學(xué),實(shí)驗(yàn)教學(xué)更具有直觀性、啟發(fā)性和綜合性,在培養(yǎng)具有知識(shí)、能力、技能等綜合素質(zhì)的創(chuàng)新型人才方面有著理論教學(xué)不可替代的作用。本文針對(duì)過(guò)程控制工程這門課實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題,進(jìn)行了一些探索。

一、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，發(fā)揮學(xué)生的主體作用

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)是以教師為中心、為主體,教師在實(shí)驗(yàn)前給學(xué)生詳細(xì)地講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、操作步驟和方法、注意事項(xiàng)等,學(xué)生只是被動(dòng)地按照實(shí)驗(yàn)要求和操作程序進(jìn)行著復(fù)制性的實(shí)驗(yàn),以完成教學(xué)內(nèi)容的驗(yàn)證或孤立的單元操作。單純這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)使學(xué)生缺乏主觀能動(dòng)性,缺乏獨(dú)立思考問(wèn)題的能力,不利于綜合素質(zhì)的提高和自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng),而且這樣的實(shí)驗(yàn)不能使整個(gè)課程內(nèi)容融會(huì)貫通。我們根據(jù)創(chuàng)新教育和本專業(yè)實(shí)際情況的需要,對(duì)過(guò)程控制工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了改進(jìn)。

1.改革教材，激活學(xué)生創(chuàng)新思維

按照素質(zhì)教育的要求，從培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、提高學(xué)生的綜合素質(zhì)出發(fā)，實(shí)驗(yàn)的類型不能僅僅停留在操作性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的水平上，而要按學(xué)生能力形成的不同階段，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)行分層次教學(xué)。做到既要有基本實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，也要有能獨(dú)立思考、綜合運(yùn)用知識(shí)、創(chuàng)新等適應(yīng)科研工作、體現(xiàn)知識(shí)、能力、素質(zhì)培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)，即綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。所謂設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是指給定實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊蠛蛯?shí)驗(yàn)條件，由學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并加以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)。開(kāi)設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的目的在于著重培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決實(shí)際問(wèn)題的能力、創(chuàng)新能力、組織管理能力和科研能力。

在具體做法上,我們把原教材部分驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),即先給定實(shí)驗(yàn)題目,提出實(shí)驗(yàn)要求,創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境,學(xué)生自己通過(guò)思考、查閱資料、綜合分析后,自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,老師審閱后提出修改意見(jiàn),讓學(xué)生進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)方案,利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件和儀器,通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作驗(yàn)證來(lái)完成教師給出的問(wèn)題。這樣學(xué)生能主動(dòng)思考,也敢于提出問(wèn)題,通過(guò)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生自己認(rèn)識(shí)和發(fā)現(xiàn)其實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的成功和不足。

以雙容水箱液位PID控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)為例，在原教材中，要求學(xué)生按照教師的示范連接線路，搭建一個(gè)雙容對(duì)象的水位控制系統(tǒng)，根據(jù)教師給出的PID調(diào)節(jié)器參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值，在下水箱上給定一個(gè)擾動(dòng)，測(cè)出下水箱水位的階躍響應(yīng)曲線，學(xué)生只要按照教材上給定的實(shí)驗(yàn)步驟按順序操作，就可以基本不動(dòng)腦筋地順利完成。現(xiàn)在要求學(xué)生自己設(shè)計(jì)搭建一個(gè)雙容對(duì)象的水位控制系統(tǒng)，確定PID參數(shù)值，測(cè)出下水箱水位的階躍響應(yīng)曲線。學(xué)生必須根據(jù)所學(xué)的自動(dòng)控制理論的知識(shí)畫出實(shí)驗(yàn)線路圖，通過(guò)查找資料確定PID參數(shù)的估計(jì)值，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，完成自動(dòng)控制系統(tǒng)的投運(yùn)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中根據(jù)實(shí)驗(yàn)曲線分析PID參數(shù)是否合適，并做適當(dāng)調(diào)整，以使階躍響應(yīng)曲線接近理想（其衰減比為4:1）。通過(guò)實(shí)驗(yàn)有利于提高和培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和解決問(wèn)題的能力，同時(shí)學(xué)生在未畢業(yè)之前，就已經(jīng)具備了獨(dú)立實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)操作和分析解決問(wèn)題的能力，到工作崗位后，就能很快進(jìn)入工作狀態(tài)。

另外，在課程編排上，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜漸進(jìn)排列，讓學(xué)生在具備了較好的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)知識(shí)基礎(chǔ)上，再進(jìn)入設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)。

2.改變教學(xué)形式，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性

激發(fā)大學(xué)生實(shí)驗(yàn)的動(dòng)機(jī),培養(yǎng)和調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,可以對(duì)他們的學(xué)習(xí)產(chǎn)生不可估量的作用。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式是以教師“講授”為主,教師講,學(xué)生聽(tīng)；教師示范,學(xué)生看,忽視了學(xué)生的主體性。學(xué)生不能體會(huì)到實(shí)驗(yàn)科學(xué)的真正內(nèi)涵,只把實(shí)驗(yàn)當(dāng)做一般的理論課程來(lái)學(xué)習(xí)。而實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)就是要求能夠發(fā)揮學(xué)生的主體作用,使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中積極思考,發(fā)掘潛力,使自己的行為具有創(chuàng)造性,充分展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程的互動(dòng)性和學(xué)生的主動(dòng)性。在雙容水箱液位PID控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中,教師可以引導(dǎo)聯(lián)系教材知識(shí),啟發(fā)式地提出一些相關(guān)問(wèn)題：(1)如何整定PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)？(2)如何完成自動(dòng)控制系統(tǒng)的投運(yùn)？(3)什么是無(wú)擾動(dòng)切換？如何實(shí)現(xiàn)？(4)PID參數(shù)對(duì)控制系統(tǒng)的影響如何？(5)如何加入干擾信號(hào)？干擾信號(hào)加在上水箱或下水箱對(duì)系統(tǒng)影響是否一樣等等。學(xué)生由盲目的順從和依賴?yán)蠋煹闹甘巨D(zhuǎn)變?yōu)樽约鹤杂伤伎紗?wèn)題,由“被動(dòng)”學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃?dòng)”探究,由“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”,不僅有效地激活和鍛煉了創(chuàng)新思維，而且實(shí)驗(yàn)時(shí)又能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記憶深刻,收獲頗多。在自由的探究活動(dòng)中,師生間也可以相互質(zhì)疑、問(wèn)辯,相互啟發(fā)、補(bǔ)充,相互理解吸收，共同進(jìn)步,教學(xué)相長(zhǎng),逐步變“教”向“學(xué)”全面開(kāi)放,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性。

3.強(qiáng)調(diào)過(guò)程，淡化結(jié)果，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力

實(shí)驗(yàn)過(guò)程是從預(yù)習(xí)開(kāi)始到完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的一個(gè)完整過(guò)程，實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)是貫穿于整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中的，每個(gè)環(huán)節(jié)都非常重要。長(zhǎng)期以來(lái)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中存在著重視實(shí)驗(yàn)結(jié)果輕視實(shí)驗(yàn)過(guò)程的傾向，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的重視程度不如對(duì)理論教學(xué)課，認(rèn)為只要有一個(gè)比較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果就可以得到好成績(jī)。實(shí)驗(yàn)課上經(jīng)?？梢钥吹竭@樣的現(xiàn)象,實(shí)驗(yàn)之前一些學(xué)生已經(jīng)把前面同學(xué)的數(shù)據(jù)抄錄在手,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,而忙于寫其他科目的作業(yè),個(gè)別學(xué)生還會(huì)采取投機(jī)取巧、移花接木的方式修改甚至編造實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以求得到所謂好數(shù)據(jù)。為改變這種重結(jié)果輕過(guò)程的現(xiàn)象，使實(shí)驗(yàn)過(guò)程真正成為培養(yǎng)學(xué)生能力的實(shí)踐過(guò)程,我們改變考核方法，努力淡化實(shí)驗(yàn)結(jié)果,重視實(shí)驗(yàn)過(guò)程,逐步把實(shí)驗(yàn)操作納入到實(shí)驗(yàn)考核當(dāng)中并賦予較高的權(quán)重。同時(shí)對(duì)于實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫，要求學(xué)生根據(jù)自行設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案,去搜集實(shí)驗(yàn)結(jié)果,整理數(shù)據(jù)，并針對(duì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中提出的思考題進(jìn)行分析,加以討論得出結(jié)論。實(shí)驗(yàn)操作培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和思考可以培養(yǎng)學(xué)生分析解決問(wèn)題的能力。

二、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)實(shí)踐，從實(shí)際效果來(lái)看，把原教材中的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的嘗試是可行的，可以在很大程度上改變以往學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程的被動(dòng)狀態(tài)，學(xué)生需要自己動(dòng)腦，互相配合，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)了學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力、獨(dú)立工作能力和創(chuàng)新能力，為其將來(lái)走上工作崗位提供了很好的實(shí)習(xí)和鍛煉機(jī)會(huì)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課程的成功實(shí)施，為今后其他課程開(kāi)設(shè)設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)，起到了良好的示范作用，對(duì)培養(yǎng)新世紀(jì)測(cè)控技術(shù)與儀器高級(jí)專業(yè)人才探索了一條全新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)思路。

[1]徐?；?，吳茂東.高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革初探[J].山東農(nóng)業(yè)教育，2005,79(4)：40～43

[2]留嵐蘭.實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置與創(chuàng)新型人才培養(yǎng)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2007,24(1)：123～125

Exploration and practice on process control engineering’ experimental teaching reform

Chen Xiangping
Guizhou university,Guiyang,550003,China

This essay focus on merits and dismerits of traditional experimental teaching method of process control enginerring. And meanwhile, the essay also investigates the course’s experimental teaching reform ideas with the object to adapt to the demand of cultivating creative talents in the new century, including reformation of textbooks, adoption of designability experiments, activation of students’ creative thinking and the change of teaching forms as well as the improvement of students’ enthusiasm on experiments.

teaching reform；process control engineering；replication experiment；designability experiment

2009-11-17

陳湘萍，高級(jí)工程師，碩士生導(dǎo)師。

*本文系1.貴州大學(xué)實(shí)踐教學(xué)改革研究系列建設(shè)項(xiàng)目(測(cè)控技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系改革）。2.貴州省教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程項(xiàng)目(測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)課程體系改革實(shí)踐與探索)。