李建國 陳國初 高羽
摘要:“過程控制”是當(dāng)前工科院校自動化專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)必修課。結(jié)合應(yīng)用型技術(shù)本科院校特點,本文分析了我校開設(shè)該課程過程中所存在的問題,并對該課程的教學(xué)改革的方法和取得的一些成果進行闡述,有利于指導(dǎo)進一步的教學(xué)。
關(guān)鍵詞:過程控制;教學(xué)改革;教學(xué)
中圖分類號:G642.0 文獻標(biāo)志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)01-0170-02
一、引言
《過程控制系統(tǒng)》是工科院校自動化專業(yè)的一門核心專業(yè)課程,課程知識點涵蓋了自動控制理論、自動化儀器儀表、工藝技術(shù)、計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等,是一門具有很強應(yīng)用性和實踐性的核心專業(yè)課。國內(nèi)大多數(shù)理工科高校的自動化專業(yè)都開設(shè)了《過程控制系統(tǒng)》這門課程。我校作為技術(shù)應(yīng)用型本科院校,也將“過程控制系統(tǒng)”課程作為我校自動化專業(yè)的一門重要專業(yè)課,本課程的教學(xué)要求學(xué)生能夠掌握過程控制系統(tǒng)的基本特點、控制系統(tǒng)組成與基本控制原理;掌握控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及建立方法,掌握計算機集成控制系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與應(yīng)用。開設(shè)本門課程之前學(xué)生已經(jīng)學(xué)過“自動控制原理”、“計算機控制系統(tǒng)”等課程,目前,我們學(xué)校自動化專業(yè)獲得了上海市試點專業(yè)資助建設(shè),為我校自動化專業(yè)的特色專業(yè)課程建設(shè)提供了契機。
二、改進化教學(xué)方法
我校一直致力于培養(yǎng)具有扎實理論技術(shù)基礎(chǔ),具有較強技術(shù)創(chuàng)新和實踐能力,能在一線生產(chǎn)現(xiàn)場從事工業(yè)技術(shù)應(yīng)用、管理與技術(shù)服務(wù)的高等技術(shù)應(yīng)用型人才,這使得我校的課程教學(xué)跟985研究型大學(xué)不能完全一樣,需要緊跟辦學(xué)仿真改革教學(xué)方法。
目前存在的問題:當(dāng)代大學(xué)生多是獨身子女,學(xué)習(xí)態(tài)度一般,特別專業(yè)性強的專業(yè)課,如果純粹填鴨式理論教育,學(xué)生的收獲不多。
針對以上所指問題,《過程控制系統(tǒng)》這門課的教學(xué)改革以如何激發(fā)并提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力為最終目的。教學(xué)改革的方法重點包括改進教學(xué)(包括實踐環(huán)節(jié))方法、授課方式等,將枯燥的理論與實際工業(yè)現(xiàn)場盡量聯(lián)系起來,增加實踐設(shè)計,包括實驗設(shè)置的二次開發(fā),或者購買新的實驗設(shè)備,培養(yǎng)學(xué)生自主設(shè)計控制系統(tǒng),對所學(xué)理論知識的應(yīng)用能力。
(一)講好緒論課,提高學(xué)習(xí)興趣
如何在課程之初就吸引學(xué)生,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情是課程組教研的重點內(nèi)容之一。在緒論課上,老師首先向?qū)W生強調(diào)本課程的性質(zhì)、任務(wù)及地位等,同時強調(diào)和其他已學(xué)課程的關(guān)聯(lián)性,以及會和哪些后續(xù)環(huán)節(jié)相關(guān)聯(lián)。同時講述過程控制的歷史發(fā)展和研究現(xiàn)狀,重點給學(xué)生展示大量的實際工程應(yīng)用案例以及學(xué)生利用課程設(shè)計與畢業(yè)設(shè)計開發(fā)的成品和教師在過程控制方面的科研成果。讓學(xué)生對這門課充滿期待,找到學(xué)習(xí)方向,以此來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
(二)注重實際案例分析,培養(yǎng)學(xué)生的工程思維
在每個重要的控制系統(tǒng)講授完成之后,都要講授一個實際機組實例,實例中不但包含模擬量控制,還有相應(yīng)的信號測量部分和手自動跟蹤部分,同時結(jié)合控制邏輯進行講解。同時基于安全考慮,介紹一些報警和連鎖保護知識,這樣,學(xué)生除了對知識有了系統(tǒng)認(rèn)知,也培養(yǎng)了學(xué)生的安全意識。
(三)增加知識講座,了解行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
希望學(xué)院每年都能請一些有工作經(jīng)驗的校友講一些過程控制現(xiàn)場情況,以及企業(yè)對人才需求的方向,使學(xué)生更好地了解行業(yè)現(xiàn)狀,畢業(yè)前應(yīng)該進行哪些方面的知識儲備。同時也希望請一些過程控制領(lǐng)域內(nèi)的專家學(xué)者進行學(xué)術(shù)報告,讓學(xué)生有機會了解過程控制的前沿研究,關(guān)注過程控制的未來發(fā)展。
三、改進教學(xué)手段
(一)高質(zhì)量多媒體課件的研發(fā)與應(yīng)用
過程控制課程是一門和實際結(jié)合緊密的學(xué)科,內(nèi)容既有控制理論知識,又和工廠運行實際相結(jié)合。為了增加直觀性,本課程已采用多媒體授課很多年,但是多以PPT課件為主,板書為輔,形式過于單一。將來希望課題組教師對本門課程的課件進行大力度的研發(fā),多增加一些動畫演示,與多媒體教學(xué)結(jié)合起來,使得知識點直接明了,授課方式更加生動,學(xué)生掌握起來更容易,同時也提高了學(xué)生的聽課興致和提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。
(二)網(wǎng)上教學(xué)平臺的開發(fā)和應(yīng)用
建立網(wǎng)絡(luò)交流平臺,可以使師生之間的協(xié)作不受時間和空間的限制。老師可以將教學(xué)的相關(guān)資料上傳到網(wǎng)站上,并在網(wǎng)站上布置作業(yè)、網(wǎng)上答疑、討論,學(xué)生能及時方便地得到老師和其他同學(xué)的解答。
(三)輔助教學(xué)軟件的應(yīng)用
過程控制課程的教學(xué)重點是給學(xué)生一個“系統(tǒng)”的概念,實際應(yīng)用的過程控制系統(tǒng),大多數(shù)都是閉環(huán)反饋控制系統(tǒng),主要包括檢測傳感器、控制器,執(zhí)行器和被控對象等組成。過程控制系統(tǒng)主要是根據(jù)控制指標(biāo)的要求,進行系統(tǒng)建模和控制器設(shè)計計算,并對各部件進行選型并整定。在講解過程中,應(yīng)用Matlab軟件里面的SIMULINK軟件,根據(jù)過程對象的數(shù)學(xué)模型,搭建系統(tǒng)模型,并進行仿真驗算,通過調(diào)整控制器參數(shù),觀察系統(tǒng)仿真輸出曲線,直到達到系統(tǒng)要求的目標(biāo)為止。尤其在控制器動態(tài)特性和各種復(fù)雜控制系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)的整定等知識的講解中,MATLAB仿真實例便于學(xué)生比較各種控制方法的優(yōu)缺點,增強了直觀性,同時也能讓學(xué)生學(xué)到一種解決問題的方法和手段。
四、強化實踐應(yīng)用能力
實踐環(huán)節(jié)包括實驗環(huán)節(jié)、課程設(shè)計和后續(xù)的仿真培訓(xùn)等。
(一)實驗設(shè)計
實驗教學(xué)是過程控制系統(tǒng)課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié),實驗環(huán)節(jié)是培養(yǎng)學(xué)生獨立設(shè)計控制系統(tǒng)能力的重要實訓(xùn)手段。實驗教學(xué)主要以突出學(xué)生獨立自主完成系統(tǒng)設(shè)計能力的培養(yǎng),學(xué)生為主,授課老師為輔。我校過程控制實驗室設(shè)備是浙江天煌教儀研發(fā)的,學(xué)生可以在實驗臺上進行一些驗證性和自主設(shè)計實驗,包括單容液位定值控制系統(tǒng)、液位與進水流量串液級控制系統(tǒng)、鍋爐內(nèi)膽水溫前饋——反饋控制系統(tǒng)等。另外,新建的PLC和DCS實驗室也可以滿足學(xué)生的一些自主設(shè)計實驗的需求。
(二)課程設(shè)計改革
課程設(shè)計是過程控制系統(tǒng)課程教學(xué)之外一個非常重要的實踐環(huán)節(jié),是檢驗和培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的實訓(xùn)手段,而學(xué)生的動手能力判斷技術(shù)型應(yīng)用本科院校教育成功與否的一個重要指標(biāo)。我校課程結(jié)束后有一個1.5周的課程設(shè)計,針對學(xué)生已有的知識設(shè)計一個典型控制系統(tǒng)如液位控制系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、協(xié)調(diào)系統(tǒng),學(xué)生從研究被控對象開始,包括傳感器選擇、控制方案確定,還要考慮到信號可靠性以及系統(tǒng)的無擾切換等實際問題。通過這個課程設(shè)計,學(xué)生能從系統(tǒng)的角度對所學(xué)的課程有了一個整體的應(yīng)用概念。一周半的課程設(shè)計使相應(yīng)的專業(yè)知識得以體系化,又能讓學(xué)生注意到在工程實際應(yīng)用中應(yīng)該具有的思考問題的方式。
對于課程設(shè)計整個教學(xué)也是以學(xué)生為主,老師為輔的策略,最主要還是培養(yǎng)學(xué)生獨立自主思考和解決問題的能力,所以整個課程設(shè)計要求學(xué)生根據(jù)分配到設(shè)計題目,按照設(shè)計要求的性能指標(biāo),對控制系統(tǒng)進行設(shè)計驗證,并遵循“分析題目”->“確定方案”->“建模仿真”->“控制系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)”這個基本過程。學(xué)會利用Matlab軟件里面的SIMULINK軟件對設(shè)計系統(tǒng)進行仿真驗證,對控制器參數(shù)校正方法要爛熟于心,最終達到課程設(shè)計要求。
(三)現(xiàn)場生產(chǎn)實習(xí)+仿真培訓(xùn)
結(jié)合技術(shù)院校的特點,我校到第3學(xué)年有一個去工廠參觀實習(xí),生產(chǎn)實習(xí)就是到就近的電氣集團下屬工廠進行一些現(xiàn)場認(rèn)識和培訓(xùn),讓電廠有經(jīng)驗的師傅帶領(lǐng)學(xué)生深入了解實際工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的構(gòu)成及工廠整體流程。
五、結(jié)束語
過程控制系統(tǒng)課程更新快、實踐性強,這要求我們要不斷探索新的授課方式,今后完善授課理論知識、增強實訓(xùn)環(huán)節(jié),從而為培育高素質(zhì)的卓越工程師夯實理論基礎(chǔ)。同時為我校特色專業(yè)建設(shè)提供了有益的探索,最終是會完成校驗教改各項指標(biāo)。
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