教學(xué)過程下的過程控制課程改革

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過程控制技術(shù)作為工業(yè)自動化的重要分支，是自動化技術(shù)的重要組成部分，廣泛應(yīng)用于石油、石化、輕工、制藥、冶金、食品等過程工業(yè)，是過程工業(yè)能夠經(jīng)濟(jì)、高效及安全運(yùn)行的根本保障。過程控制課程涉及多個學(xué)科，發(fā)展較快，理論與實(shí)際密切結(jié)合，具有較強(qiáng)的專業(yè)性和實(shí)踐性。隨著過程控制技術(shù)的快速發(fā)展和不斷更新，傳統(tǒng)的職業(yè)教育方式培養(yǎng)出來的高職高專院校畢業(yè)生很難在過程控制行業(yè)競爭中立足。為了使高職學(xué)生更好地理解和掌握工業(yè)過程控制的知識，提高他們的實(shí)踐動手能力和自主創(chuàng)新能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲，將理論教學(xué)過程和實(shí)踐過程有機(jī)的結(jié)合起來，筆者針對過程控制課程的特點(diǎn)以及高職高專院校的實(shí)際情況，從課程內(nèi)容、教學(xué)方法和實(shí)踐方式等方面對《過程控制系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)》課程進(jìn)行一些探討，并結(jié)合實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提出一些科學(xué)有效的改革措施和辦法，提高了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，達(dá)到教與學(xué)的有效統(tǒng)一。

1課程內(nèi)容的改革

過程控制課程是自動化專業(yè)的一門必修專業(yè)主干課程，闡述的是過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析、維護(hù)以及過程控制系統(tǒng)的投運(yùn)等內(nèi)容。課程內(nèi)容和教學(xué)效果密切相關(guān)，由于高職高專院校的人才培養(yǎng)目標(biāo)是應(yīng)用技能型人才，因此教學(xué)內(nèi)容上要突出實(shí)踐性、實(shí)用性以及先進(jìn)性，理論知識占比不宜過多，夠用為宜，理論不能和實(shí)踐脫節(jié)，要將理論知識融入到實(shí)踐教學(xué)中去，使學(xué)生能學(xué)以致用，培養(yǎng)學(xué)生從實(shí)際工藝的角度思考問題和解決問題的能力，提高學(xué)生的實(shí)踐動手能力和自主創(chuàng)新能力。過程控制系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)課程和自動控制原理及應(yīng)用、自動檢測技術(shù)、可編程邏輯控制器等課程密切相關(guān)，教師應(yīng)當(dāng)將課本內(nèi)容合理的編排和布局，將各個學(xué)科的知識有機(jī)的結(jié)合在一起，使學(xué)生能夠系統(tǒng)地了解過程控制在整個自動化體系中的重要作用。另外，對于先修課程中已經(jīng)學(xué)習(xí)過的內(nèi)容，應(yīng)在授課內(nèi)容和方向上適當(dāng)?shù)刈龀稣{(diào)整，把教學(xué)重點(diǎn)放到知識點(diǎn)的應(yīng)用層面上，而不只是機(jī)械地再重復(fù)一遍。比如在介紹控制器的控制規(guī)律時，在先修課程自動控制原理與系統(tǒng)中已著重介紹了比例、比例積分、比例微分以及比例積分微分等基本控制規(guī)律的傳遞函數(shù)、輸出特性和控制特點(diǎn)等，在過程控制課程中應(yīng)結(jié)合實(shí)例重點(diǎn)介紹各控制器的具體使用方法、各參數(shù)對系統(tǒng)過渡過程的影響、控制器參數(shù)的工程整定以及在實(shí)際工程應(yīng)用中應(yīng)該注意的一些問題。教材內(nèi)容的更新一般都滯后于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對于這個問題，教師應(yīng)當(dāng)不斷地學(xué)習(xí)過程控制方面相關(guān)的新知識，及時了解過程控制的發(fā)展趨勢，在授課過程中除了講解教材中的基礎(chǔ)知識外，還應(yīng)將一些與課程內(nèi)容相關(guān)的先進(jìn)的新技術(shù)、新方法融入到教學(xué)過程中去，作為課本內(nèi)容的必要補(bǔ)充，使學(xué)生能夠及時了解過程控制技術(shù)的最新應(yīng)用和發(fā)展動態(tài)。另外，由于線下授課的時間和資源有限，可將線上學(xué)習(xí)融入到線下教學(xué)中去，引導(dǎo)學(xué)生充分利用互聯(lián)網(wǎng)資源拓寬自己的專業(yè)知識，例如學(xué)生可以登錄在線學(xué)習(xí)平臺，自主學(xué)習(xí)過程控制國家精品課程，可以在專業(yè)的學(xué)術(shù)網(wǎng)站上閱讀過程控制領(lǐng)域相關(guān)的論文期刊等，以了解本學(xué)科的最新發(fā)展動態(tài)和趨勢，對過程控制領(lǐng)域未來的發(fā)展方向和應(yīng)用有系統(tǒng)的認(rèn)識，畢業(yè)后能更好更快地適應(yīng)過程控制行業(yè)未來的發(fā)展需求。

2教學(xué)方法的改革

過程控制是應(yīng)用性和實(shí)踐性很強(qiáng)的一門課程，與工業(yè)生產(chǎn)過程密切相關(guān)，因此，科學(xué)有效的教學(xué)方法對教學(xué)效果至關(guān)重要。

（1）運(yùn)用理實(shí)一體化的教學(xué)模式。在授課過程中，教師可以將過程控制系統(tǒng)中的一些典型操作單元控制案例（鍋爐設(shè)備、化學(xué)反應(yīng)器、流體輸送設(shè)備等）穿插到課程內(nèi)容當(dāng)中，并具體講解典型工業(yè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)類型、工作原理、工藝流程以及控制方案等，使學(xué)生對該知識點(diǎn)的應(yīng)用層面有系統(tǒng)的了解、感性的認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生從實(shí)際工藝的角度分析問題和解決問題的能力，同時科學(xué)合理地布置實(shí)踐課程，將所學(xué)的理論知識充分應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，避免學(xué)生將理論內(nèi)容生搬硬套，真正做到理實(shí)一體化教學(xué)。

（2）合理充分的利用多媒體資源。在課堂教學(xué)中，教師應(yīng)將板書和多媒體有機(jī)的結(jié)合起來。板書可以將本節(jié)課的重點(diǎn)、難點(diǎn)和知識點(diǎn)框架等清晰的呈現(xiàn)出來，多媒體可將授課內(nèi)容生動形象的展示出來。過程控制課程中有很多復(fù)雜的系統(tǒng)流程圖和原理圖，可以通過visio、ProcessOn等軟件實(shí)現(xiàn)流程圖和原理圖的動態(tài)分級呈現(xiàn)，課件中適當(dāng)?shù)牟迦胍恍┡c課程內(nèi)容相對應(yīng)的實(shí)際工業(yè)過程視頻、動畫等，使學(xué)生能夠更加直觀形象的理解整個工藝流程是如何一步步實(shí)現(xiàn)控制的，激發(fā)他們的求知欲，而不是直接將一張完整的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖展示給學(xué)生，晦澀難懂，打消學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性。

（3）運(yùn)用啟發(fā)式教學(xué)。注重發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，積極主動學(xué)習(xí)，以學(xué)生為主體，開展討論式、啟發(fā)式和研究式的教學(xué)模式。在實(shí)踐課程中鼓勵學(xué)生多動手，多思考，搞清楚每一個步驟每一個參數(shù)對過程控制系統(tǒng)的具體影響，深入理解過程控制設(shè)備的工作原理和控制過程。例如在液位控制系統(tǒng)PID參數(shù)整定的實(shí)訓(xùn)中，其中衰減曲線法整定PID參數(shù)應(yīng)用較為廣泛，但并非唯一的整定方法，教師可以在學(xué)生熟練掌握衰減曲線法整定PID參數(shù)的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生嘗試?yán)门R界比例度法或者經(jīng)驗(yàn)法對液位控制系統(tǒng)進(jìn)行PID參數(shù)整定。另外，除了完成液位控制系統(tǒng)PID參數(shù)的整定，還可以引導(dǎo)學(xué)生通過改變PID控制器的放大系數(shù)（比例度）、積分時間和微分時間，觀察系統(tǒng)過渡過程曲線的變化，使學(xué)生能夠直觀形象的觀察各個參數(shù)對控制系統(tǒng)的具體影響，加深學(xué)生對理論課程內(nèi)容的理解，激發(fā)學(xué)生的探索精神，提高教學(xué)質(zhì)量。

3實(shí)踐方式的改革

過程控制課程主要的實(shí)踐內(nèi)容有對象特性測試實(shí)訓(xùn)、控制器參數(shù)對系統(tǒng)過渡過程的影響實(shí)訓(xùn)和液位控制系統(tǒng)的投運(yùn)和PID參數(shù)整定實(shí)訓(xùn)等，這些實(shí)訓(xùn)內(nèi)容涉及到自動控制原理與系統(tǒng)、檢測技術(shù)及儀表、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多學(xué)科知識，因此，科學(xué)的實(shí)踐方式對于學(xué)生的實(shí)踐動手能力和理論知識的綜合運(yùn)用能力至關(guān)重要。傳統(tǒng)的過程控制實(shí)踐課程存在一些問題。首先，在實(shí)踐課程中多數(shù)老師是領(lǐng)著學(xué)生做實(shí)驗(yàn)而非引導(dǎo)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)步驟和過程過于模式化，內(nèi)容比較單調(diào)，缺乏探索性和創(chuàng)新性，而學(xué)生只是按步驟被動機(jī)械的操作，依葫蘆畫瓢，因而對實(shí)踐內(nèi)容的理解只是浮于表面，缺乏深層次的探索。其次，實(shí)踐課程在過程控制課程的考核中所占比重較輕，致使學(xué)生對實(shí)訓(xùn)課程不重視。再次，由于過程控制實(shí)驗(yàn)室里的實(shí)驗(yàn)設(shè)備較為復(fù)雜，價格昂貴，實(shí)驗(yàn)室一般都是定時定點(diǎn)開放，不利于學(xué)生的個性化需求和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。另外，一些高職高專院校由于各種原因，達(dá)不到建設(shè)過程控制實(shí)驗(yàn)室的條件，因而實(shí)踐課程只能局限于計(jì)算機(jī)模擬仿真實(shí)訓(xùn)，無法完成與課程內(nèi)容對應(yīng)的過程裝置現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，因此學(xué)生所學(xué)的知識不能和工業(yè)實(shí)際有效結(jié)合，導(dǎo)致學(xué)生畢業(yè)后不能很快適應(yīng)工作崗位的需求?；诖?，筆者對過程控制課程的實(shí)踐方式作出如下幾個方面的探討。

（1）不事先設(shè)定實(shí)驗(yàn)的具體步驟和方法，引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)課本中所學(xué)的理論知識自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程的具體方案和詳細(xì)步驟，并給出必要的指導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)的時間不要只局限于課堂內(nèi)，只要最終得出合理的實(shí)驗(yàn)結(jié)果即可，讓學(xué)生在實(shí)踐過程中處于主動地位，以培養(yǎng)學(xué)生對過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和探索精神。

（2）過程控制實(shí)驗(yàn)室應(yīng)實(shí)行開放式和信息化的管理模式，將實(shí)驗(yàn)室的正常教學(xué)使用時間、資源使用情況、設(shè)備管理狀況等在實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)中及時更新，學(xué)生可以登錄系統(tǒng)根據(jù)這些實(shí)時信息，預(yù)約進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的時間或者遠(yuǎn)程操作實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，使得學(xué)生在實(shí)踐過程中完全處于主導(dǎo)地位，可以在很大程度上提高學(xué)生的實(shí)踐動手能力，發(fā)揮學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。

（3）過程控制的實(shí)踐課程除了計(jì)算機(jī)模擬仿真實(shí)訓(xùn)，還應(yīng)設(shè)置與課程內(nèi)容相匹配的過控設(shè)備現(xiàn)場操作實(shí)訓(xùn)、綜合實(shí)驗(yàn)、工廠實(shí)踐等教學(xué)環(huán)節(jié)?，F(xiàn)場操作可以使學(xué)生直觀的看到整個工藝流程，對控制裝置的原理理解的更加透徹。綜合實(shí)驗(yàn)可以提高學(xué)生各學(xué)科知識的綜合運(yùn)用能力，更好地理解過程控制在自動化體系中的作用。在工廠實(shí)踐中，應(yīng)先熟悉各控制系統(tǒng)的工藝流程圖，以了解工藝狀況，了解哪些是檢測系統(tǒng)，連鎖保護(hù)系統(tǒng)，自動操縱和自動開停車系統(tǒng)；然后熟悉系統(tǒng)的實(shí)施工具以及使用方法；最后學(xué)習(xí)整個設(shè)備的操作流程，使學(xué)生熟悉實(shí)際工業(yè)過程控制設(shè)備的整體設(shè)計(jì)步驟和詳細(xì)調(diào)試方法，激發(fā)學(xué)生的興趣，提高解決實(shí)際工程問題的能力。

結(jié)語：

過程控制是自動化領(lǐng)域的重要分支，根據(jù)高職高專院校的實(shí)際情況，結(jié)合過程控制課程的特點(diǎn)，筆者在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式以及實(shí)踐方式等方面做了一些有益的探索，教學(xué)內(nèi)容上合理安排理論和實(shí)踐課時，注重各學(xué)科知識的交叉和綜合運(yùn)用；教學(xué)方法上強(qiáng)調(diào)板書和多媒體相結(jié)合，注重啟發(fā)式教學(xué)；實(shí)踐方式上引導(dǎo)學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程，很大程度上激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的實(shí)踐動手能力和自主創(chuàng)新能力。

作者：王會珍 趙娟萍 周喜 單位：鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院