黃宜慶

（安徽工程大學(xué) 電氣工程學(xué)院，安徽 蕪湖241000）

《過程控制系統(tǒng)》是控制理論、生產(chǎn)工藝、計算機(jī)技術(shù)和儀器儀表知識等相結(jié)合的一門綜合性應(yīng)用學(xué)科[1]。本課程的涉及內(nèi)容較為廣泛，主要包括控制系統(tǒng)的建模、控制理論算法和控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計。在本課程的教學(xué)中，任課教師的主要任務(wù)是讓學(xué)生在了解、熟悉、掌握流程工業(yè)生產(chǎn)工藝流程與生產(chǎn)過程的靜態(tài)和動態(tài)特性的基礎(chǔ)上，根據(jù)工藝要求，應(yīng)用控制系統(tǒng)中的基本理論、現(xiàn)代控制技術(shù)方法，分析、設(shè)計與整定過程控制系統(tǒng)。同時，必須讓學(xué)生清楚地認(rèn)識工程應(yīng)用中的相關(guān)問題，提高學(xué)生分析問題和解決的能力。隨著計算機(jī)技術(shù)、控制理論、傳感檢測技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的高速發(fā)展，過程控制技術(shù)這一自動化領(lǐng)域內(nèi)的重要分支也在不斷前進(jìn)與發(fā)展，國際上的很多學(xué)者在此領(lǐng)域內(nèi)做出了杰出的成就，并成功運(yùn)用于電力、冶金、輕工等連續(xù)型生產(chǎn)過程系統(tǒng)[2]。然而過程控制理論與應(yīng)用結(jié)合緊密、內(nèi)容較廣、實踐性較強(qiáng)，從而造成學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中遇到很多的實際困難，任課教師在講授的過程中也會感到學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣普遍不高，學(xué)習(xí)效率較低。因此，必須要求《過程控制系統(tǒng)》課程的教學(xué)內(nèi)容、理念、方法和手段都必須隨著新應(yīng)用和新技術(shù)的出現(xiàn)而進(jìn)行改革，以使學(xué)生更好地適應(yīng)社會發(fā)展的需要，真正實現(xiàn)實踐型與創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)[2]。

本文重點分析了《過程控制系統(tǒng)》課程的本科教學(xué)現(xiàn)狀和目前教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)中存在的主要問題，針對提出的問題，從而有針對性地提出了過程控制系統(tǒng)的教學(xué)改革的基本思路和目標(biāo)，介紹了一系列的教學(xué)改革措施和方法，實踐表明教學(xué)改革大大地提高了高校大學(xué)生的學(xué)習(xí)本課程的效率，提高了學(xué)生分析問題的能力。

1 《過程控制系統(tǒng)》教學(xué)現(xiàn)狀與任務(wù)

目前在《過程控制系統(tǒng)》這門課程的授課過程中，任課教師通常先介紹過程控制系統(tǒng)中的各個環(huán)節(jié)的組成部分，然后針對具體的問題，介紹多種控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和設(shè)計方法，最后，為了讓學(xué)生能夠?qū)W(xué)習(xí)的理論知識加以應(yīng)用，再介紹過程控制系統(tǒng)的應(yīng)用實例[3]。這樣的教學(xué)方法會導(dǎo)致學(xué)生只能片面地理解系統(tǒng)局部的設(shè)計信息，很難讓學(xué)生掌握過程控制系統(tǒng)設(shè)計的精髓，更不用說能讓他們做到靈活運(yùn)用自己在課堂上所學(xué)的知識。另一方面，《過程控制系統(tǒng)》既是控制理論在工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用的技術(shù)課程，又是過程控制的理論課程，它強(qiáng)調(diào)工程觀點、設(shè)計能力的訓(xùn)練，強(qiáng)調(diào)理論與實際的結(jié)合，以及提高分析問題、解決問題的能力。尤其是近些年隨著控制理論、計算機(jī)技術(shù)、檢測技術(shù)等其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，過程控制系統(tǒng)技術(shù)也不斷地發(fā)展，應(yīng)用也越來越廣泛，但課程授課學(xué)時卻在減少。因此，基于上述的考慮，《過程控制系統(tǒng)》教學(xué)應(yīng)該以如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)本課程的效率、培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)整體把握能力為本課程教學(xué)改革與實踐的重點任務(wù)。主要包括針對教學(xué)方法、實驗環(huán)節(jié)方面提出改進(jìn)的教學(xué)方法和措施，加強(qiáng)過程控制系統(tǒng)的理論研究與實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的結(jié)合，合理增加先進(jìn)性控制理論及設(shè)計驗證實驗，著重對傳統(tǒng)實驗設(shè)備替換和補(bǔ)充，開發(fā)出新型的實驗教學(xué)設(shè)備，強(qiáng)調(diào)對學(xué)生創(chuàng)新思維和能力的培養(yǎng)。

0 引言

2 教學(xué)內(nèi)容的改革

隨著自動化和計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展,對學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)和水平提出了新的要求。過程控制課程內(nèi)容包括檢測與控制儀表，過程建模及系統(tǒng)控制方案的設(shè)計等等。因此，任課教師在教學(xué)內(nèi)容的選擇方面，應(yīng)該有所取舍，同時應(yīng)積極跟蹤過程控制領(lǐng)域內(nèi)最新研究成果，提煉實際工程問題，不能僅僅局限于教材中的內(nèi)容，也可以結(jié)合自己的研究課題，為學(xué)生做一些普及性的介紹，從而進(jìn)一步提高學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的興趣。在講授的過程中，可以將重點內(nèi)容安排在過程建模和常規(guī)控制系統(tǒng)工程設(shè)計,并補(bǔ)充神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模的方法。擴(kuò)充先進(jìn)控制理論應(yīng)用的成果，介紹一些先進(jìn)的智能控制控制技術(shù)。另外，可以詳細(xì)介紹了一些典型的計算機(jī)過程控制技術(shù)。另一方面，從應(yīng)用的層面上展開介紹，而不是一味的重復(fù)知識點。最后在教學(xué)課時充裕的情況下，可開設(shè)一些講座為學(xué)生介紹一些國內(nèi)外正在應(yīng)用和開發(fā)的最新過程控制技術(shù)成果，如復(fù)雜系統(tǒng)的多變量解耦控制、工業(yè)系統(tǒng)的自適應(yīng)控制、模型預(yù)測控制等這些新的理論知識，使學(xué)生對這些理論能夠做到有所了解。

3 實驗環(huán)節(jié)的改革

《過程控制系統(tǒng)》實驗環(huán)節(jié)的改革主要體現(xiàn)在兩個方面。首先在實驗教學(xué)方面，應(yīng)著重訓(xùn)練學(xué)生的基本技能，培養(yǎng)他們的動手能力，讓學(xué)生理解一些基本過程控制中的概念和基本方法。同時，在實驗課時允許的情況下，應(yīng)增加基于Matlab技術(shù)的計算機(jī)控制、先進(jìn)控制、控制系統(tǒng)仿真等內(nèi)容，從而達(dá)到為加深學(xué)生對實驗內(nèi)容的理解[4]。在后期的實驗中，任課教師應(yīng)提出實驗內(nèi)容和目的，而實驗的方案步驟、實驗過程所需要的儀器儀表、儀表的連接、控制的策略方法則完全由學(xué)生自己設(shè)計，在實驗教師的監(jiān)督下讓學(xué)生獨立自主地完成實驗，最后寫出總結(jié)報告，并組織課堂交流、分析討論，以提高學(xué)生獨立性和創(chuàng)新能力。在學(xué)校有條件的情況下，建設(shè)一套過程控制實驗平臺，該平臺是一套集自動化儀表技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、自動控制技術(shù)及現(xiàn)場總線技術(shù)為一體的多功能實驗設(shè)備。整個應(yīng)系統(tǒng)包括流量、溫度、液位、壓力等熱工參數(shù)，可實現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)辨識，單回路控制，串級控制，前饋-反饋控制，滯后控制、比值控制，解耦控制等多種控制形式。

其次，在《過程控制系統(tǒng)》課程設(shè)計方面進(jìn)行一定的改革。課程設(shè)計是過程自動化專業(yè)一項重要的實踐性教育環(huán)節(jié)，該項目是鍛煉學(xué)生動手能力的最好方法，然而很多學(xué)生面對該訓(xùn)練無從下手，主要原因是學(xué)生沒有掌握學(xué)習(xí)的主動性[5]。因此，在課程設(shè)計環(huán)節(jié)訓(xùn)練的過程中,實驗教師應(yīng)充分調(diào)動學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力，利用現(xiàn)有的教學(xué)條件，將理論聯(lián)系于實際，突破傳統(tǒng)的課程設(shè)計內(nèi)容,在既重視知識的獲取和應(yīng)用，又強(qiáng)調(diào)知識的發(fā)展性和遷移價值的情況下，把自主實踐和活動內(nèi)容納入課程設(shè)計體系把學(xué)生的設(shè)計以物化的形式表現(xiàn)出來，驗證學(xué)生的設(shè)計思想，提高學(xué)生動手解決實際問題的能力和興趣。

4 考核方式的改革

課程考核方式是一種促進(jìn)學(xué)習(xí)的手段，科學(xué)的考核方式應(yīng)既能激勵學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，又能考查知識和考核能力[6]。

本課程將采用學(xué)生團(tuán)體合作、作業(yè)項目、課程設(shè)計3個考核部分的形進(jìn)行考核，突破傳統(tǒng)的閉卷考試方式。首先，第一部分為團(tuán)體合作考核方式。其主要目的是培養(yǎng)學(xué)生的合作精神。其考核方法是將若干個學(xué)生分成一組，每組指定一個設(shè)計案列，主要由是否積極參與小組討論、課堂討論的深度、作業(yè)項目答辯的講解能力、是否積極承擔(dān)小組的任務(wù)以及承擔(dān)的工作量比例等方面進(jìn)行考核。本項考核定為總成績的20%。其次，第二部分為作業(yè)項目考核方式。其主要方法是學(xué)生在完成教師布置的作業(yè)項目后，教師組織學(xué)生進(jìn)行項目成果展示和答辯，學(xué)生進(jìn)行自評、互評，最后是教師的點評，以此作為作業(yè)項目完成情況考核的依據(jù)。本環(huán)節(jié)占期末總成績的20%。第三個部分仍然采取傳統(tǒng)的課程設(shè)計方式，學(xué)生從教師指定的若干個題目中自由選定來完成，在這一環(huán)節(jié)中主要考查學(xué)生對基本概念的理解、控制系統(tǒng)設(shè)計技巧的掌握情況。本項考核成績占期末總成績的60%。

5 結(jié)束語

現(xiàn)階段《過程控制系統(tǒng)》的教學(xué)現(xiàn)狀存在一定的局限性，需要迫切進(jìn)行課程教學(xué)改革和實踐探索。在改革的過程中，需要以激發(fā)高校大學(xué)生對本課程的學(xué)習(xí)興趣，提高在校大學(xué)生的工程實踐能力為主要目標(biāo)和任務(wù)，在教學(xué)方面，將課堂教授和實踐環(huán)節(jié)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，同時鼓勵學(xué)生開展個性化、自主性的研究型學(xué)習(xí)；在實踐方面，培養(yǎng)高校學(xué)生綜合應(yīng)用本專業(yè)知識的能力，形成良好的分析問題、解決問題的思維。通過程控制系統(tǒng)課程教學(xué)內(nèi)容和實踐環(huán)節(jié)的改革,學(xué)生較好掌握了國內(nèi)外過程控制先進(jìn)技術(shù),能夠做到運(yùn)用本專業(yè)知識的技能，通過實踐環(huán)節(jié)的改革，學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)的課堂知識應(yīng)用到實踐當(dāng)中，提高了學(xué)生的獨立動手操作和處理實際工作的能力，并且加深了學(xué)生對所學(xué)理論知識的理解，為學(xué)生的今后工作方向奠定了堅實的基礎(chǔ)。

［1］李敏,鄒濤,楊馬英，等.過程控制系統(tǒng)綜合性實驗設(shè)計與教學(xué)實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2012,28(6):100-104.

［2］陳夕松,汪術(shù)蘭.過程控制系統(tǒng)[M].北京:科學(xué)出版社,2005.

［3］楊光祥,曹曉莉,胡衛(wèi)軍，等.“過程控制系統(tǒng)”綜合教學(xué)改革探索與設(shè)計[J].中國電力教育，2012(236):67-68.

［4］陳湘萍.過程控制工程實驗教學(xué)改革的探索與實踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2010(7):85-86.

［5］黃艷巖,徐紅偉,金英連.過程控制實驗課程教學(xué)改革實踐[J].高校實驗室工作研究，2009(9):9-10.

［6］張安福.改革教學(xué)方法探索研究型教學(xué)[J].中國大學(xué)教學(xué),2012(1):65-67.