“过程控制系统”教学改革研究

【摘 要】“过程控制系统”是自动化专业学生必修的一门专业课，也是我校本科优质核心课程建设项目——专业核心课程群其中的一门课程，因此需要对本课程进行优化调整，对教学手段与方法以及实践教学进行改革。这些教学改革的尝试受到学生的好评，培养了学生的创新能力，满足了培养创新型自动化专业人才的要求。

【关键词】专业核心课程群;教学手段与方法;实践教学

中图分类号： G642.3 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）27-0113-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.27.048

【Abstract】“Process Control System" is an important professional course for automation students， and it is also one of the courses for the construction of undergraduate high-quality core courses in our university.So it needs to optimize and adjust this course，It  needs  to reform the  teaching  methods and practical teaching. The attempts of these teaching reforms have been well received by students， and they have cultivated  innovative ability of the students  and met the requirements of cultivating innovative automation professionals.

【Key words】Professional core courses group; Teaching means and methods; Practical teaching

0 前言

過程控制系统”是自动化专业学生一门重要的专业课，具有很强的应用性，在整个自动化专业课程体系中占有重要的地位，是培养创新型自动化专业人才的关键课程之一，也是我校本科优质核心课程建设项目——专业核心课程群的课程之一。该课程将控制理论中介绍的原理和方法与工业过程控制系统联系起来，解决特定的工业过程控制问题。通过本课程的学习主要让学生了解和掌握工业生产过程控制系统中各种工艺流程，合理选用不同的控制方案，培养学生分析问题和解决问题的能力，为从事工业过程自动化打下坚实的基础。

本课程既强调过程控制理论，又重视自动控制理论在工业生产中的应用，具有较强的理论性、应用性和实践性。[1]对于过程控制这样一门不断发展的技术，传统的教学模式难以取得最佳教学效果。因此，我们结合过程控制课程特点以及多年来的授课经验，注重理论研究与实践教学相结合，科学安排理论教学内容，改革教学手段与方法，改革实践教学以提高课程教学质量，增强学生学习兴趣，提高学生分析和设计过程控制系统的能力，为学生打下坚实的专业基础。

1 优化调整课程教学内容

我校自动化专业本课程的教学时数为56学时，授课46学时，实验10学时。在教学内容的组织上，结合我校核心课程建设项目，对专业核心课程群进行课程优化，对重复内容进行优化处理，例如，“检测技术与控制仪表”与“过程控制系统”这两门课程的测量变送环节与控制阀内容重复，我们在本课程中重点介绍测量与控制装置、仪表的选型及工程应用，达到会使用自动化仪表的目的，培养学生工程设计的思想。

在教学内容上不局限于教材内容，对教材内容增删取舍，及时更新调整教学内容，将最新的技术和信息融入教学，如最新选用的教材增加了目前广泛使用的计算机控制系统的内容，对于课程中出现的DCS控制系统部分内容与“集散控制与现场总线”课程的集散控制内容重复，本课程不做重点讲述，简单介绍即可。另外根据课程讲解的需要调整教学内容，如本课程先讲述串级控制系统再讲述前馈控制系统比较合理，因为前馈控制系统类型中有前馈—串级复合控制系统这种类型。

2 改进教学手段与方法，注重能力培养

2.1 课堂教学与MATLAB仿真相结合

目前，多媒体技术已作为一种辅助教学手段被全面引入本课程的教学中。我们彻底改变过去单一的知识传授型教学模式，从以课堂灌输式教学为主的模式转变到以“启发式、交互式、实践式”等紧密结合的教学模式上来。《过程控制系统》的教学中图例较多，在课堂教学中，我们引入案例教学和演示教学，以真实项目为载体设计教学案例，在多媒体教学课件中嵌入各种典型流程工业生产控制系统和各种控制算法的MATLAB/Simulink仿真程序，使得学生不必进入生产现场，可以从多角度、全方位地了解过程控制系统的全貌，深化学生对控制系统的理解;同时在课堂教学中进行控制系统设计仿真演示，现场比较各种控制系统的结构和控制算法的控制效果，手动调整控制算法的参数，分析比较各参数下的控制效果，增强学生的感性认识，提高课堂教学效果。把多媒体仿真工具应用到课堂上，加强创新能力培养，做到因材施教。如图1所示双容水箱液位的仿真曲线，通过对数学模型进行MATLAB仿真可以直观地看到水位的变化情况。

2.2 课堂教学与组态软件相结合

课堂教学与组态软件结合使用，把工业现场在电脑上进行模拟显示;把抽象的工业过程变为形象的动画，激发学生的学习兴趣。

2.3 加强教师与学生的互动，随机进行课堂测验

在讲课过程中，教师要注重启发学生的思维，加强与学生的互动。知识点的讲解要做到条理清晰、重点突出、举一反三。例如讲解某个知识点时，原理相同采用的仪表不同，教师讲解其中一种仪表，选取另外一种仪表进行课堂小测验，让学生根据教师的讲解自己推导，深入理解这个知识点。培养学生的自学、思考意识，为创新能力打下基础。

2.4 充分利用學校的网络教学平台以及网络资源（如雨课堂、QQ群）进行辅助教学

2.4.1 利用学校的网络教学平台进行辅助教学

我们学校自己建立网络教学平台，教师把本门课程的教学课件、教学周历等教学内容传到网上，方便学生下载，教师与学生按时进行网上答疑，课程探讨，及时解决学生的疑问，加深知识点的掌握，培养学生的自学创新能力。

教师上课后，通过在网络平台上出练习题让学生练习，及时掌握学生对于知识点的理解情况，及时答疑，巩固所学知识。

2.4.2 利用网络资源进行辅助教学

教师用“雨课堂”将复杂的信息技术手段融入到PowerPoint和微信，使课外预习与课堂教学建立了沟通桥梁，让课堂互动永不下线。教师利用“雨课堂”实时答题、弹幕互动等功能，使得课堂师生沟通实时数据化反馈，以达到精准控制课堂，解决了传统课堂老师只讲，学生只听的问题;利用“雨课堂”科学地覆盖了课前-课上-课后的每一个教学环节，为师生提供完整立体的数据支持，个性化报表、自动任务提醒，让教与学构成闭环，更加清楚的了解学生的学习效果，合理的把控课堂教学，从而提高了教学效果。另外教师还通过qq群及时与学生沟通所学知识。

3 改革实践教学，培养学生的创新能力

3.1 重视实验教学，增强学生的实践能力

“过程控制系统”是一门实践性很强的课程，实验教学是本课程教学的一个重要组成部分。[2]实验教学的目标不仅是为了巩固理论知识，而且更重要的是培养学生的理论联系实际能力、动手能力、观察能力、思维能力和创新能力。[3-4]在实验教学中，由原来的验证性实验为主逐渐变为验证性实验、设计性实验以及创新性实验三类实验项目。

3.2 开展《过程控制系统》课程设计

“过程控制系统”教学内容主要包括过程对象的特性与建模，单回路控制系统、常用的复杂控制系统以及几种特殊的控制系统的原理与设计应用等。除与课堂内容配套的必做实验之外，我院自动化专业的学生从15级开始本课程的课程设计，它是自动化专业一项重要的实践性教育环节，是学生在校期间必须接受的一项工程训练。该课程设计对学生提出更高的专业知识要求，包括完备的控制理论知识，扎实的本课程知识以及相关软件的运用能力。学生可以在指导老师的帮助下，进行控制方案的选取、系统的设计，包括设备的硬件连接、软件组态以及个性化人机交互界面的设计。经过该课程设计环节，学生综合应用所学的专业基础知识的能力将得到极大提高，掌握控制系统设计的方法和步骤，建立起初步的工程经验，培养解决和处理工程实际问题的能力，为毕业后从事自动化系统设计等工作及继续深造打下良好基础[5]。

4 结束语

作为自动化专业的一门重要的专业课，在过程控制近几年来的课程教学中，我们科学安排教学内容、改进教学手段与方法，改革实践教学，注重能力培养。按照创新型人才培养的需求，以及我校本科优质核心课程建设项目对本课程的改革要求，对《过程控制系统》课程的理论教学改革进行实践和探索，从教学内容、教学方法、教学手段等多方面入手逐步完善本课程的教学，使教学内容更加合理、教学方法更加科学、教学手段更加丰富，通过实验环节和增设课程设计的改革，学生能够将所学知识应用到工程实践中，提高了动手能力，培养了学生严谨认真的学风、独立工作意识和工程实践能力，提高了他们创新意识和创新能力。

【参考文献】

[1]沈亚斌，赵涛，陈桂.过程控制系统课程教学改革的探索与实践[J].安徽电子信息职业技术学院学报，2011（6）：33-36.

[2]刘珊，郑文峰.《过程控制系统》课程的教学改革[J].实验科学与技术，2013，11，（1）：70-72.

[3]许其义，武玉强，张立华.“过程控制”课程的教学改革与探索[J].电气电子教学学报，2013，35（6）：25-26.

[4]吕广红，黄崇林.过程控制课程实验教学改革与实践[J].装备制造技术，2013（3）：171-173.

[5]林屹，叶小岭.过程控制课程创新教学的探索与实践.化工高等教育，2009，（3）：39-41.

[6]李天华，侯加林等.过程控制系统教学改革的探讨.实验室科学，2012，8（4）：43-45.

[7]关宏伟，何小其等.过程控制课程群的建设与研究.合肥工业大学学报，2009，10（5）：27-29.

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