“熱工過程控制系統”及其課程設計教學改革探索

摘要：“熱工過程控制系統”在熱工過程自動化專業課程體系中為核心專業課程，該課程在提高熱工過程自動化專業學生的專業實踐能力方面處于極其重要的地位。針對火力發電機組技術的發展和電力企業對熱控技術人員的要求，從教學大綱、教學內容、教學方法和手段、實驗環節以及課程設計等方面探討了“熱工過程控制系統”及其課程設計教學改革，在實踐中取得了良好的教學效果。

關鍵詞：熱工過程控制；課程設計；教學改革

作者簡介：曾競（1974-），男，湖南邵陽人，長沙理工大學能源與動力工程學院，講師；王鴻懿（1971-），女，黑龍江阿城人，長沙理工大學能源與動力工程學院，高級工程師。（湖南 長沙 410004）

基金項目：本文系長沙理工大學教學改革研究項目（項目編號：JG1131）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）35-0070-02

長沙理工大學（以下簡稱“我校”）熱工過程自動化專業主要面對發電行業，學生主要在火力和核電等發電行業就業。根據我校辦學特色及熱工過程自動化專業培養目標，立足電力行業，突出電力特色。“熱工過程控制系統”課程主要講授過程控制的基礎理論知識，包括單回路、串級、前饋、比值、解耦等典型控制系統的分析、設計、參數整定方法，以及火力發電廠汽包鍋爐蒸汽溫度、汽包鍋爐給水、鍋爐燃燒過程、單元機組協調等控制系統的構成、原理和系統分析。該課程作為熱工過程自動化專業核心主干課程，占有舉足輕重的位置，因此該課程的建設一直受到院系的高度重視。通過該課程的教學，使學生能夠運用過程控制原理，結合火力發電過程對象，從事熱工過程控制系統的分析、設計、運行與開發研究工作，增強學生的工程實踐能力，進一步加深對火力發電廠鍋爐各子系統的認識和理解。基于此，課程組對該課程從教學內容、教學方法、實驗環節及課程設計等方面進行了探索性的教學改革，并在實際教學過程中取得了良好的教學效果。

一、“熱工過程控制系統”課程教學改革

1.根據人才培養要求，更新教學大綱

教學大綱是課程教學內容的教學指導文件。經過課程組多次討論，結合最新專業培養計劃，按照拓寬基礎、加強素質教育、培養創新能力和工程能力的思路擬定了“熱工過程控制系統”及“熱工過程控制系統課程設計”兩門課程的教學大綱，進一步明確了該課程及其課程設計在整個專業課程體系中的地位和作用，規定了基本教學任務和要求。

2.課程教材建設

教材是進行課程教學的基本工具，是進行教學工作、有效提高教學質量的重要保證。該課程在教學中使用過兩種正式出版教材，總體來看，所用課程教材內容比較全面。但是，由于熱工過程控制技術和火力發電機組技術的不斷發展，教材中有些內容就顯得較陳舊，為此根據最新擬定的教學大綱，并參考國內有關火力發電機組最新技術和過程控制相關教材，結合課程組近幾年形成的教學經驗，編寫并出版了“熱工過程控制系統”課程的新教材。[1]

3.更新教學內容

“熱工過程控制系統”課程內容幾乎涉及到本專業先修的所有專業基礎課程與專業課程。在組織課程教學內容上，根據最新出版的教材，每學期課程組依據收集的火力發電機組最新技術和過程控制技術在火力發電機組上的最新應用，在學期末課程組開會集體研究、整理，提煉出必要的內容充實到下個學期的課程教學中，不斷更新教學內容，保持教學內容的前沿性和新穎性。同時注重不同專業課程內容之間的銜接，將檢測技術、控制儀表、集散控制系統、鍋爐原理、汽輪機原理、智能控制技術與控制系統仿真技術等知識融入到具體的控制系統分析和設計中，以有利于培養學生熱工過程控制系統的分析、設計能力。[2]

4.改進教學方法和教學手段

在課堂紀律管理方面上，制作簽到點名表格，學生上課時自己在簽到表格上填寫自己的姓名和學號。通過學生簽到點名方法，既節省了全班學生姓名點名所花的時間，同時，也方便教師與學生之間的互動，并加強了對課堂的管理。在課堂上，通過學生的簽到表，可以很方便對應地找到講話、睡覺、玩手機、戴耳機等學生姓名，可通過點名或點名回答問題等方式提醒學生；與此同時，在課堂上積極跟教師互動、回答問題的學生都根據情況記錄，在平時成績上加分。

在教學方法上，注意運用啟發式和互動式教學，課程中的基礎知識點盡量講解得生動形象易懂；對課程的重點和難點問題，在講解后，采取提問或課堂討論等互動手段加強學生對重點和難點的理解。課程教學采用多媒體課件教學，對重要的理論知識及時使用MATLAB/Simulink進行仿真，進一步加強理論知識的理解。[2]比如課程中的重點和難點：PID控制器比例、積分、微分三個參數對控制質量的影響，若是只將三個參數對控制質量影響的結論告訴學生，學生比較難以理解，但是通過Simulink仿真就能生動地將PID控制器的比例帶、積分時間、微分時間三個參數變化對控制系統性能的影響通過曲線的形式體現出來，這樣就加強了學生對課程內容的深入理解。[3]

5.實驗教學改革

本課程的所有實驗都放在熱工檢測與控制技術實驗這一門綜合性實驗課程，并出版了該實驗課程的教材，由實驗室老師講授，并指導學生獨立完成實驗。針對熱工過程控制系統課程內容，開設了六個實驗，包括單容水箱液位數學模型的測試、雙容水箱液位數學模型的測試、單回路定值控制系統、水箱液位與流量串級控制系統、雙閉環流量比值控制系統和上下水箱液位前饋-反饋控制系統。通過實驗，使學生對對象動態特性的測量方法，單回路控制系統、串級控制系統、比值控制系統、前饋-反饋控制系統等控制系統原理及其調節器參數整定方法有了進一步的認識。

二、“熱工過程控制系統課程設計”教學改革

“熱工過程控制系統課程設計”是熱工自動化專業繼“熱工過程控制系統”課程之后一項重要且必不可少的工程實踐教學環節，是完成書本知識到實際運用能力轉變的關鍵步驟，其學時為兩周。其目的是培養學生運用所學的熱工過程控制系統的設計和分析理論知識解決工程實際問題的能力，進一步發掘和培養學生的創新精神和工程實踐能力，主要從教學大綱、課程設計指導書、課程設計選題、指導教師的團隊化、課程設計與生產實習的關聯性等方面進行改革探索。[4]

1.改革目標

按照熱工自動化專業的“厚基礎、寬口徑、強能力”的要求，結合“熱工過程控制系統”課程教學改革，使學生在完成課程設計任務的過程中進一步加深對過程控制理論知識的理解和掌握，并在該課程設計過程中努力提高學生的創新精神、實踐能力。

2.課程設計選題優化

“熱工過程控制系統課程設計”主要圍繞火力發電廠鍋爐各個子系統進行控制系統設計，給出了過熱蒸汽溫度控制系統設計、再熱蒸汽溫度控制系統設計、汽包鍋爐給水控制系統設計、磨煤機多變量解耦控制系統設計與燃燒過程控制系統設計等5個子課題，4～6名學生一組，每組對應一個子課題，要求必須完成該組課題的方案設計、系統構建、參數整定、結果分析和答辯等任務，進一步提高培養學生的綜合應用能力和創新能力。

3.指導教師的團隊化探索

學生工程能力的培養，指導教師是關鍵。指導教師必須有豐富的生產實踐經驗，有相當的解決實際問題的積累。加強“熱工過程控制系統課程設計”指導教師師資隊伍建設，聘請學校附近電廠的熱工骨干技術員擔任輔助指導教師。整合理論課授課教師、實驗課指導教師、課程設計指導老師、運行實習指導教師及電廠技術員五者優勢資源，探索課程設計指導教師團隊建設模式。

4.強化課程設計與電廠運行實習的關聯性

我校熱工過程自動化專業的“熱工過程控制系統課程設計”和“電廠運行實習”都在大四第一學期開展，進一步分析課程設計與電廠運行實習的內在聯系。合理安排課程設計與電廠運行實習時間安排，根據不同的課程設計題目對學生的電廠運行實習的教學內容進行有針對性的強化安排，強化課程設計與電廠運行實習的關聯性，使得課程設計和電廠運行實習都能取得良好的效果。

三、結束語

在近幾年來的教學中，對“熱工過程控制系統”及“熱工過程控制系統課程設計”兩門課程教學改革進行探索與實踐，逐步完善了教學過程中的各個環節，在教學大綱、教學內容、教學方法和教學手段、實驗教學以及基于工程能力培養的課程設計等多個方面，都進行教學改革探索。通過這門課程理論教學及其課程設計的教學，使學生在面對火力發電廠時，加深了對熱工過程控制系統的分析、設計、參數整定、仿真研究等理論知識的整體認識，并提高了學生的工程實踐能力，使理論知識和工程實踐得到了有效的融合。

參考文獻：

[1]沈亞斌，趙濤，陳桂.過程控制系統課程教學改革的探索與實踐[J].安徽電子信息職業技術學院學報，2011，57（10）：33-36.

[2]楊佳，許強，雷紹蘭，等.“過程控制系統”課程教學及實驗改革探討[J].中國電力教育，2010，（10）：125-126.

[3]韓芳.“過程控制系統”的教學方法探討[J].中國電力教育，2011，（30）：190-191.

[4]薄翠梅，李俊，林錦國.“過程控制工程”課程設計教學改革的研究[J].實驗室研究與探索，2005，（24）：394-396.

（責任編輯：王意琴）