常艷超++孫娜

摘要：大學(xué)教學(xué)是大學(xué)人才培養(yǎng)職能實(shí)現(xiàn)的核心活動(dòng)，大學(xué)教學(xué)改革是提升大學(xué)教育教學(xué)質(zhì)量提高的重要手段之一，也是科學(xué)研究和人才培養(yǎng)有機(jī)結(jié)合的橋梁。自動(dòng)化專業(yè)為我校重點(diǎn)建設(shè)專業(yè)，近來(lái)又在大力推進(jìn)自動(dòng)化專業(yè)工程教育認(rèn)證工作，《過(guò)程控制基礎(chǔ)》作為自動(dòng)化專業(yè)的重要專業(yè)課，是培養(yǎng)實(shí)踐型和創(chuàng)新型人才的重要課程之一，為了順應(yīng)專業(yè)特點(diǎn)以及未來(lái)專業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，打破常規(guī)的傳統(tǒng)教學(xué)模式，開拓新形勢(shì)下更加符合時(shí)代特點(diǎn)的新型教學(xué)模式顯得尤為重要。

關(guān)鍵詞：過(guò)程控制；教學(xué)改革；實(shí)踐教學(xué)；考核方法

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）09-0147-02

《過(guò)程控制基礎(chǔ)》是將自動(dòng)控制理論，工藝知識(shí)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器儀表等理論和技術(shù)相結(jié)合而構(gòu)成的一門應(yīng)用科學(xué)，是自動(dòng)化專業(yè)一門重要的專業(yè)核心課程。國(guó)內(nèi)大多數(shù)理工院校的自動(dòng)化專業(yè)都開設(shè)了該門課程，通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)使學(xué)生掌握生產(chǎn)過(guò)程控制的基礎(chǔ)知識(shí)和基本應(yīng)用技術(shù)，掌握根據(jù)系統(tǒng)的工藝原理和系統(tǒng)流程圖去分析系統(tǒng)的組成，培養(yǎng)學(xué)生掌握過(guò)程控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)學(xué)生具有一定的工程實(shí)踐能力。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，控制理論和技術(shù)，測(cè)控技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的高速發(fā)展，過(guò)程控制基礎(chǔ)這一門自動(dòng)控制技術(shù)的重要分支也在飛速發(fā)展，在電力、冶金、航空航天等行業(yè)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。因此，為了適應(yīng)科技發(fā)展，尤其是為了適應(yīng)我校自動(dòng)化專業(yè)教育特色，《過(guò)程控制基礎(chǔ)》課程的教學(xué)改革和探索成為了一項(xiàng)迫在眉睫的工作，為了打破常規(guī)的教學(xué)模式，本文從教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)方法、教學(xué)手段、實(shí)踐教學(xué)以及考核方式等方面進(jìn)行改革和探索，并付諸日常的實(shí)際教學(xué)環(huán)節(jié)當(dāng)中，真正實(shí)現(xiàn)實(shí)踐型和創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

1 《過(guò)程控制基礎(chǔ)》教學(xué)現(xiàn)狀

目前的《過(guò)程控制基礎(chǔ)》課程總共32個(gè)學(xué)時(shí)，其中包括4個(gè)學(xué)時(shí)的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)。教材為《過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表》第二版，潘永湘等編著。全書總共為十章，因?yàn)榻虒W(xué)課時(shí)有限，只講授其中的五章，分別為：第一章，緒論；第五章，簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；第六章，常用高性能過(guò)程控制系統(tǒng)；第七章，實(shí)現(xiàn)特殊工藝要求的過(guò)程控制；第十章，典型生產(chǎn)過(guò)程控制與工程設(shè)計(jì)。課內(nèi)實(shí)驗(yàn)四個(gè)學(xué)時(shí)，其中包括兩個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，分別為：實(shí)驗(yàn)一，簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和參數(shù)整定；實(shí)驗(yàn)二，串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和參數(shù)整定。

目前的理論教學(xué)過(guò)程以傳統(tǒng)的多媒體授課為主，板書為輔，講完相應(yīng)內(nèi)容都會(huì)布置相應(yīng)的課后作業(yè)，課后作業(yè)在習(xí)題課進(jìn)行講解，教師和學(xué)生課上或者課下都很少互動(dòng)，基本是填鴨式教育，加之課程內(nèi)容有一定的理論性和抽象性，部分內(nèi)容枯燥難懂，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，課堂氛圍較差，曠課情況嚴(yán)重，總的教學(xué)質(zhì)量一般。

課內(nèi)實(shí)驗(yàn)由專門的實(shí)驗(yàn)老師負(fù)責(zé)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多年不變，缺少靈活性和自主性，任課教師很少參與實(shí)驗(yàn)，無(wú)法獲悉實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的完成情況，很難把實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)如實(shí)的體現(xiàn)到最后課程成績(jī)的總評(píng)中去。

教學(xué)改革的幾點(diǎn)探索和做法：

1.1教學(xué)內(nèi)容的改革

《過(guò)程控制基礎(chǔ)》的實(shí)質(zhì)是基于控制理論實(shí)現(xiàn)流程工業(yè)的控制系統(tǒng)，其教學(xué)內(nèi)容應(yīng)包括：過(guò)程控制系統(tǒng)各組成部分的關(guān)鍵技術(shù)，如檢測(cè)儀表、控制儀表、執(zhí)行器、被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型、簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、常用高性能過(guò)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)特殊工藝要求的過(guò)程控制、復(fù)雜過(guò)程控制系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等。

在教學(xué)內(nèi)容的組織上，為了解決學(xué)生對(duì)過(guò)程控制缺少全局性認(rèn)識(shí)的現(xiàn)狀，在課程的概述部分適當(dāng)引用了一些案例，一般是日常生活當(dāng)中可以接觸到或者是經(jīng)常聽說(shuō)的案例，這樣學(xué)生在該課程的初始階段就可以對(duì)該學(xué)科有一個(gè)深刻的感性認(rèn)識(shí)，了解過(guò)程控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)過(guò)程。

考慮到過(guò)程控制技術(shù)的飛速發(fā)展，使學(xué)生學(xué)完該課程能夠更好的理論聯(lián)系實(shí)際，在日常的教學(xué)工作當(dāng)中，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)密切跟蹤科技前沿，為此，適當(dāng)剔除了一些老舊內(nèi)容，在講授復(fù)雜過(guò)程控制系統(tǒng)時(shí)，重點(diǎn)介紹了推理控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等控制方式。

1.2 教學(xué)方法的改革

改變傳統(tǒng)的老師在上面講，學(xué)生在下面聽的教學(xué)模式，代之為以解決問(wèn)題為目的的驅(qū)動(dòng)式教學(xué)。教學(xué)不是簡(jiǎn)單的知識(shí)灌輸，而是要通過(guò)調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，讓學(xué)生自己真正參與到課堂教學(xué)過(guò)程中來(lái)。任何學(xué)生都有一定的求知欲和好奇心，在講授新內(nèi)容之前，事先布置了一些問(wèn)題，讓學(xué)生帶著問(wèn)題去聽課，每次授課結(jié)束前，采取以提問(wèn)所布置問(wèn)題的形式來(lái)考察學(xué)生對(duì)課堂內(nèi)容的理解程度。此外，通過(guò)學(xué)生的回答問(wèn)題情況，也可以獲悉學(xué)生對(duì)課堂內(nèi)容的掌握情況，對(duì)于普遍理解不清的知識(shí)點(diǎn)，可以進(jìn)一步加以強(qiáng)調(diào)。此外，把MATLAB中的SIMULINK軟件工具引入到了教學(xué)過(guò)程當(dāng)中來(lái)，通過(guò)借助這一軟件工具使得某些內(nèi)容抽象、枯燥、理解困難的知識(shí)點(diǎn)變得更為生動(dòng)，易于理解。例如在講解過(guò)程特性對(duì)控制系統(tǒng)的影響時(shí)，利用SIMULINK軟件對(duì)一個(gè)自衡非振蕩過(guò)程進(jìn)行仿真，通過(guò)把過(guò)程的三個(gè)參數(shù)[K、T、τ]由小到大做調(diào)整，觀察系統(tǒng)在階躍信號(hào)下的輸出，通過(guò)觀察輸出，使學(xué)生更加生動(dòng)的了解三個(gè)參數(shù)對(duì)控制系統(tǒng)的影響情況。

1.3 教學(xué)手段的改革

采用“四位一體”式教學(xué)手段，“四位”指服務(wù)課程教學(xué)的四種方式：多媒體教學(xué)、問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)、專家或優(yōu)秀教師進(jìn)課堂教學(xué)和學(xué)生下實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)教學(xué)；“一體”是指本門課程的整個(gè)教學(xué)過(guò)程。

對(duì)于多媒體教學(xué)，課前認(rèn)真制作課件，適當(dāng)設(shè)置了一些聲音和動(dòng)畫，以增加課件的視覺(jué)和聽覺(jué)效果；對(duì)于問(wèn)題驅(qū)動(dòng)教學(xué)，所提出的問(wèn)題一般是緊扣本講重點(diǎn)內(nèi)容，做到了問(wèn)題盡量全面，避免了大而偏；在課程的整個(gè)教學(xué)過(guò)程當(dāng)中，邀請(qǐng)了相關(guān)的專家和具有優(yōu)秀教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的教師來(lái)給跟學(xué)生座談，以提高課程教學(xué)的靈活性；

由于課程內(nèi)容較多，授課學(xué)時(shí)又有限，對(duì)于一些簡(jiǎn)單但又重要的內(nèi)容課下以作業(yè)的形式布置給學(xué)生，讓學(xué)生利用課外時(shí)間去學(xué)習(xí)理解，例如第八章中的預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)和模糊控制。最后，通過(guò)讓學(xué)生寫讀書報(bào)告或者讀書心得的形式進(jìn)行考察，了解了其知識(shí)掌握情況。

此外，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程當(dāng)中經(jīng)常會(huì)遇到諸多問(wèn)題，而任課老師又不可能隨時(shí)當(dāng)面解答，因此，一個(gè)好的任課教師必須又是一個(gè)頭腦靈活的老師，通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)交流工具，利用網(wǎng)絡(luò)論壇、聊天室、QQ群等交流工具，實(shí)現(xiàn)任課教師和學(xué)生之間的互動(dòng)，且互動(dòng)的結(jié)果所有同學(xué)可見，從而解決了問(wèn)題具有普遍性而當(dāng)面答疑難的問(wèn)題。

1.4 實(shí)踐教學(xué)的改革

過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)是該課程教學(xué)過(guò)程當(dāng)中不可缺少的重要組成環(huán)節(jié)，旨在通過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的基本概念的理解和掌握，培養(yǎng)工程實(shí)踐能力，激發(fā)創(chuàng)造力。但目前的實(shí)驗(yàn)的主導(dǎo)作用僅僅表現(xiàn)為介紹實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、示范操作、強(qiáng)調(diào)注意事項(xiàng)和糾正錯(cuò)誤等，其存在問(wèn)題主要有以下幾點(diǎn)：第一，學(xué)生接觸儀器設(shè)備的機(jī)會(huì)和時(shí)間少，對(duì)新儀器、新設(shè)備和新技術(shù)缺乏必要的訓(xùn)練和反復(fù)使用的機(jī)會(huì)。第二，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性不夠。從實(shí)驗(yàn)方法、內(nèi)容、步驟到考核，基本上都是由教師事先確定，學(xué)生沒(méi)有太多選擇和發(fā)揮的機(jī)會(huì)，無(wú)法調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性和積極性，更不可能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力。即使隨著教學(xué)改革的深入，這種狀態(tài)有所改變，但仍跟不上整體的教育形勢(shì)的發(fā)展和需要。第三，實(shí)驗(yàn)課堂容量小，實(shí)驗(yàn)時(shí)間過(guò)于集中，實(shí)驗(yàn)室利用率低，實(shí)驗(yàn)安排比較刻板，學(xué)生沒(méi)有補(bǔ)做、重做或者選作的機(jī)會(huì)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課外很少有接觸實(shí)驗(yàn)設(shè)備的機(jī)會(huì)。由于上述原因，大部分學(xué)生被動(dòng)模仿或?yàn)E竽充數(shù)，這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式使得學(xué)生缺乏獨(dú)立思考的機(jī)會(huì)，學(xué)生沒(méi)有真正成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主體，所以影響了學(xué)生的探索欲和創(chuàng)新欲的潛能釋放。

目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)總共是四個(gè)學(xué)時(shí)，總共兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，分別為分別為：實(shí)驗(yàn)一，簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和參數(shù)整定；實(shí)驗(yàn)二，串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和參數(shù)整定。 實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，當(dāng)然是必須要做的實(shí)驗(yàn)，因?yàn)閮蓚€(gè)實(shí)驗(yàn)在該課程當(dāng)中起到基礎(chǔ)作用，具有一定的代表性。

其實(shí)，與課程理論內(nèi)容相關(guān)其他實(shí)驗(yàn)還有許多，例如，在簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中還可以有的實(shí)驗(yàn)有：一、利用SIMULINK對(duì)PID控制器參數(shù)自整定；二、單回路液位控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)等。對(duì)于高性能過(guò)程控制系統(tǒng)，還可以有的實(shí)驗(yàn)有：一、前-反饋控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)；二、比值控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)等，對(duì)于其他章節(jié)，也有不少的相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。為此，為了提高學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力，建議敞開實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)空間和時(shí)間上的開放，也就是延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間，逐漸實(shí)現(xiàn)全天候開放，將封閉的實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)型為開放的實(shí)驗(yàn)室，提高實(shí)驗(yàn)室利用效率。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備情況，建立相關(guān)的實(shí)驗(yàn)名錄，學(xué)生在完成必修實(shí)驗(yàn)內(nèi)容外，鼓勵(lì)學(xué)生利用課余時(shí)間完成實(shí)驗(yàn)名錄內(nèi)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

1.5 考核方式的改革

對(duì)于考察課來(lái)說(shuō)，考核方式更為靈活，可以作為促進(jìn)學(xué)習(xí)的手段，也可以通過(guò)考核來(lái)檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的掌握程度。

在考核方式上，改變傳統(tǒng)的單純開卷考試形式，采取課堂測(cè)試、大作業(yè)、開卷考試、課內(nèi)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的形式，各部分內(nèi)容以及所占比重同以往的考核方式相比，有了較大變化，課程成績(jī)由以下四部分構(gòu)成：

平時(shí)成績(jī)：包括上課出勤、完成作業(yè)情況、回答問(wèn)題情況、課堂測(cè)試情況等，占總成績(jī)的30%。

大作業(yè)：在課程教學(xué)中期布置，階段性考察了學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的掌握情況，占總成績(jī)的10%。

開卷考試：考試內(nèi)容重點(diǎn)放在了第五、六、七章，例如第五章的簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，第六章的串級(jí)控制調(diào)節(jié)閥氣開、氣關(guān)形式的選擇，主副調(diào)節(jié)器正反作用方式的選擇以及第七章的比值控制系統(tǒng)和自動(dòng)選擇性控制系統(tǒng)等相關(guān)內(nèi)容都作為了重點(diǎn)考察內(nèi)容，占總成績(jī)的40%。

實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)：考察了學(xué)生完成課內(nèi)實(shí)驗(yàn)質(zhì)量，包括實(shí)驗(yàn)過(guò)程檢驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成情況，占總成績(jī)的20%。為了鼓勵(lì)學(xué)生重視實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)，對(duì)于平時(shí)成績(jī)低的學(xué)生，通過(guò)選作實(shí)驗(yàn)名錄里的其他實(shí)驗(yàn)，來(lái)獲得適當(dāng)加分，但最高分不能超過(guò)實(shí)驗(yàn)和平時(shí)成績(jī)相加到一起的總分50分。

2 總結(jié)

在《過(guò)程控制基礎(chǔ)》課程的教學(xué)改革和創(chuàng)新中，逐步完善了教學(xué)過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、實(shí)踐教學(xué)、考核方式多個(gè)方面都進(jìn)行了改革和探索。要堅(jiān)持以學(xué)生為主體，注重學(xué)生創(chuàng)新思維和能力的培養(yǎng)，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，進(jìn)一步培養(yǎng)了學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)的能力，以及分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，從而進(jìn)一步提高該門課程的教學(xué)質(zhì)量。

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