“熱工過(guò)程自動(dòng)控制”課程教學(xué)改革探索

摘要：“熱工過(guò)程自動(dòng)控制”是能源與動(dòng)力工程專業(yè)的一門重要專業(yè)課，該課程與工程應(yīng)用聯(lián)系密切，實(shí)踐性較強(qiáng)。針對(duì)目前教學(xué)中出現(xiàn)的理論與實(shí)際脫離、缺乏對(duì)學(xué)生工程能力的培養(yǎng)等問(wèn)題，采取校企合作的方式搭建課程的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，通過(guò)優(yōu)化課程體系、改革課程實(shí)驗(yàn)、引入企業(yè)實(shí)踐等方式，對(duì)原有教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行了改革與實(shí)踐，提升了學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：校企合作；實(shí)踐教學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）35-0113-02

“熱工過(guò)程自動(dòng)控制”是能源與動(dòng)力工程專業(yè)的一門必修課程，其教學(xué)目的是使學(xué)生在掌握熱工調(diào)節(jié)原理及電廠熱工被控過(guò)程的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步學(xué)習(xí)協(xié)調(diào)控制、鍋爐給水控制、汽溫控制、燃燒控制、汽輪機(jī)控制、單元機(jī)組順序控制、安全監(jiān)控系統(tǒng)等電廠熱工控制系統(tǒng)的基本組成及原理，熟悉火電機(jī)組自動(dòng)控制的典型DCS（Distributed Control System）[1]，并掌握熱工控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、整定及調(diào)試方法，為今后從事熱工控制系統(tǒng)的工程應(yīng)用和科學(xué)研究打下良好的基礎(chǔ)。該課程需要一定的工程應(yīng)用背景，強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)，既要介紹基本控制理論，又要體現(xiàn)其在熱工過(guò)程控制中的應(yīng)用，具有授課面大、實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)，如僅靠原有的課堂教學(xué)加驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式，容易造成課程教學(xué)與社會(huì)需求脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和動(dòng)手能力，難以滿足企業(yè)對(duì)工程人才的需求。為適應(yīng)對(duì)口企業(yè)對(duì)人才工程能力的要求，針對(duì)“熱工過(guò)程自動(dòng)控制”課程教學(xué)中存在的重理論輕實(shí)踐的問(wèn)題，通過(guò)采取校企合作的方式搭建課程的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，引入企業(yè)共同制定教學(xué)大綱、協(xié)助優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)和增加課程實(shí)踐，突出對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的強(qiáng)化，力求取得更好的教學(xué)效果。

一、教學(xué)理念改革，面向工程實(shí)踐

作為一門與工程項(xiàng)目和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)有密切聯(lián)系的課程，“熱工過(guò)程自動(dòng)控制”既要講授概念原理，又要開(kāi)展實(shí)踐訓(xùn)練，才能使學(xué)生真正掌握課程知識(shí)。因此，課程改革應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)“面向工程實(shí)踐，以科學(xué)為基礎(chǔ)”的思想，提供寬泛的、堅(jiān)實(shí)的工程科學(xué)與技術(shù)訓(xùn)練，而不是集中于某一具體的專業(yè)方向[2]。結(jié)合陜西科技大學(xué)能動(dòng)專業(yè)“培養(yǎng)有較強(qiáng)工程實(shí)踐能力、技術(shù)創(chuàng)新能力和較寬適應(yīng)能力的專門技術(shù)人才“的定位，為真正讓學(xué)生學(xué)得進(jìn)、知識(shí)用得上，企業(yè)求才易、滿意程度高，需要首先從教育理念和教學(xué)大綱入手進(jìn)行教學(xué)模式的改革，從注重專業(yè)理論教育，轉(zhuǎn)向重視工程能力培養(yǎng)。

1.積極調(diào)研行業(yè)發(fā)展，把握行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

首先是改變以往按課本教學(xué)的思想，通過(guò)積極跟隨國(guó)內(nèi)外相關(guān)行業(yè)控制技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)、深入調(diào)查對(duì)口就業(yè)企業(yè)對(duì)畢業(yè)生工程能力的需求，及時(shí)掌握行業(yè)最新發(fā)展動(dòng)態(tài)和工廠企業(yè)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的改進(jìn)意見(jiàn)，將課程教學(xué)延伸到企業(yè)，讓用人單位提前參與到學(xué)生培養(yǎng)上來(lái)，并根據(jù)企業(yè)制定的工程能力標(biāo)準(zhǔn)對(duì)課程的教學(xué)內(nèi)容、質(zhì)量進(jìn)行反饋。其次是教師在完成授課任務(wù)之外，還需要積極前往合作企業(yè)進(jìn)行實(shí)踐鍛煉，以提高其技術(shù)運(yùn)用能力，拓寬其專業(yè)知識(shí)面，豐富其工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，確保任課教師的教學(xué)內(nèi)容不會(huì)脫離企業(yè)實(shí)際。

2.借助國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，改革教學(xué)模式

通過(guò)借鑒麻省理工學(xué)院的CDIO（Conceive Design Implement Operate）教學(xué)模式，以構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)行作為真實(shí)工程教育背景環(huán)境，積極引導(dǎo)學(xué)生參與工程實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程[3]。在課程理論和實(shí)踐教學(xué)時(shí)，堅(jiān)持以學(xué)生為中心，通過(guò)采取分組討論等方法充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)現(xiàn)從以“教為主導(dǎo)”向“學(xué)為主導(dǎo)”轉(zhuǎn)變從注重學(xué)生的全面發(fā)展出發(fā)，強(qiáng)化其專業(yè)技能、學(xué)習(xí)態(tài)度、交流溝通、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，培養(yǎng)學(xué)生的終身學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新精神[4]。

3.深化校企合作，共同制定教學(xué)大綱

與大型發(fā)電廠、造紙廠能動(dòng)部門、化工廠自備電廠等對(duì)口單位開(kāi)展合作交流，在保持專業(yè)特色不變，充分考慮企業(yè)對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容需求和建議的基礎(chǔ)上，共同修訂課程教學(xué)大綱，確定“工程導(dǎo)向”的知識(shí)體系，使課程標(biāo)準(zhǔn)、授課計(jì)劃和授課內(nèi)容等在企業(yè)的深度參與下進(jìn)行優(yōu)化[5]。同時(shí)，通過(guò)增加實(shí)際工程項(xiàng)目、工程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、前沿科技知識(shí)講座、企業(yè)課程實(shí)踐等教學(xué)內(nèi)容，建立課堂講授和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方式，保證講授知識(shí)的先進(jìn)性和實(shí)用性。

4.積極聯(lián)系行業(yè)專家，舉辦專題講座

并通過(guò)不定期邀請(qǐng)企業(yè)技術(shù)能手、高校專家教授舉辦專題學(xué)術(shù)講座，講授與課程教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合的新技術(shù)、新應(yīng)用、工程實(shí)例以及技術(shù)改造等方面的最新情況，如現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)、軟測(cè)量技術(shù)、火電廠ERP（Enterprise Resource Planning）系統(tǒng)發(fā)展等，以拓展學(xué)生知識(shí)面，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

“熱工過(guò)程自動(dòng)控制”課程的基本改革思想如圖1所示。

二、課程內(nèi)容改革，優(yōu)化知識(shí)結(jié)構(gòu)

原有課程教學(xué)內(nèi)容偏重基礎(chǔ)概念和理論計(jì)算且與“控制工程基礎(chǔ)”、“鍋爐原理”等課程的部分內(nèi)容有一定的重復(fù)，但缺少工程實(shí)際案例、分散控制系統(tǒng)、PLC（Programmable Logic Controller）控制系統(tǒng)及其硬件選型等內(nèi)容，導(dǎo)致學(xué)生普遍缺乏應(yīng)用能力，所學(xué)知識(shí)和社會(huì)需求不能完全掛鉤。為緩解原有課程重理論、輕實(shí)踐的弊端，通過(guò)調(diào)整課時(shí)分配、增加工程教育、引入前沿知識(shí)等方式，優(yōu)化課程知識(shí)結(jié)構(gòu)。

1.精簡(jiǎn)課時(shí)

首先是將課堂理論教學(xué)由48學(xué)時(shí)縮減為40學(xué)時(shí)，削減了與其他課程重復(fù)的內(nèi)容，如控制系統(tǒng)時(shí)域、根軌跡、頻域分析，單回路、多回路控制系統(tǒng)、鍋爐特性分析等內(nèi)容，并大幅降低了各章節(jié)理論分析、公式推導(dǎo)等方面的教學(xué)內(nèi)容，為后續(xù)補(bǔ)充工程實(shí)踐知識(shí)留下足夠課時(shí)。其次是在課堂基礎(chǔ)理論教學(xué)中采取基于工程背景的案例式教學(xué)方式，更多地將工程實(shí)際與理論知識(shí)關(guān)聯(lián)起來(lái)，如在汽包水位控制時(shí)就將某制漿造紙企業(yè)的堿回收燃燒工段控制系統(tǒng)作為例子引入到課堂，提出其存在的控制問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合所學(xué)的課程知識(shí)出自己的解決方案，再組織其開(kāi)展分組討論，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)了學(xué)生對(duì)概念原理的掌握。

2.優(yōu)化內(nèi)容。通過(guò)不斷更新教學(xué)內(nèi)容，保持教學(xué)內(nèi)容的前沿性和新穎性[6]

如增加了一些控制策略的實(shí)際工程應(yīng)用的案例分析、以及DCS、FCS（Fieldbus Control System）、PLC、常用低壓控制電器、氣動(dòng)和電動(dòng)閥門介紹等內(nèi)容。通過(guò)將工廠常見(jiàn)的控制系統(tǒng)、控制裝置及工程實(shí)際應(yīng)用等知識(shí)引入到教學(xué)中，克服了課堂教學(xué)重理論輕實(shí)踐的弊端，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，實(shí)現(xiàn)了人才培養(yǎng)和就業(yè)需求的無(wú)縫對(duì)接，避免了課程教學(xué)內(nèi)容與企業(yè)需求脫節(jié)的問(wèn)題。然后是引入新技術(shù)、新應(yīng)用等前沿知識(shí)，建立專業(yè)核心知識(shí)跟隨實(shí)際需求的動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，引入實(shí)際項(xiàng)目

1.校企合作共同制定“熱工檢測(cè)及儀表實(shí)驗(yàn)”的改革方案

將原有注重基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)體系，改革為突出工程應(yīng)用能力培養(yǎng)的三個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，即基本實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)?zāi)K和工程綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)K?；緦?shí)驗(yàn)教學(xué)模塊主要包含驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，面向熱工控制的基本概念和原理的運(yùn)用，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)簡(jiǎn)單，其目的是幫助學(xué)生理解和掌握課堂知識(shí)點(diǎn)，特點(diǎn)是學(xué)生只要按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)要求即可完成實(shí)驗(yàn)全部?jī)?nèi)容，如常見(jiàn)典型環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)特性、單回路控制系統(tǒng)整定、熱工儀表的認(rèn)識(shí)等實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)主要面向常見(jiàn)熱工對(duì)象的控制，學(xué)生需要按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)進(jìn)行控制方案設(shè)計(jì)、系統(tǒng)硬件搭建、梯形圖程序編寫及調(diào)試，如雙水槽液位控制、水箱溫度控制等實(shí)驗(yàn)。工程綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)K，是在與企業(yè)工程技術(shù)人員一起合作設(shè)計(jì)的具有工程應(yīng)用背景和能反應(yīng)熱工控制領(lǐng)域新技術(shù)、新應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，主要面向工程實(shí)際和前沿性知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和知識(shí)應(yīng)用能力，如“智能變送器應(yīng)用”、“PLC控制系統(tǒng)硬件組態(tài)與人機(jī)界面設(shè)計(jì)”等。

2.從企業(yè)獲得真實(shí)、前沿的應(yīng)用項(xiàng)目，合作研制面向工程的實(shí)驗(yàn)裝置

對(duì)于面向工程實(shí)際的綜合性實(shí)驗(yàn)，并沒(méi)有現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)裝置可供選購(gòu)，所以通過(guò)采取與企業(yè)共同設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試、驗(yàn)收實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并合作編制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的方式，完成此類實(shí)驗(yàn)的軟硬件平臺(tái)建設(shè)。以“PLC控制系統(tǒng)硬件組態(tài)與人機(jī)界面設(shè)計(jì)”實(shí)驗(yàn)為例，該實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生自主完成一個(gè)熱工控制系統(tǒng)的I/O測(cè)控點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)、儀表選型、PLC模塊的選擇、電氣接線圖的繪制、控制系統(tǒng)硬件組態(tài)、軟件編程、人機(jī)界面的繪制及系統(tǒng)調(diào)試等工作。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，與企業(yè)合作完成了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、電氣圖和軟件等設(shè)計(jì)，接著選購(gòu)了所需的控制柜、PLC、開(kāi)關(guān)電源、熱電偶、差壓變送器、電磁流量計(jì)、變頻器、氣動(dòng)閥門等硬件，最后對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了系統(tǒng)的總裝與調(diào)試，完成了整個(gè)實(shí)驗(yàn)的軟硬件平臺(tái)的搭建。

四、教學(xué)方法改革，增加實(shí)踐環(huán)節(jié)

“熱工過(guò)程自動(dòng)控制”原有的僅依靠課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，存在教學(xué)手段單一、對(duì)學(xué)生吸引力不足的弊端。因此在課程教學(xué)中引入企業(yè)參觀環(huán)節(jié)，并積極指導(dǎo)學(xué)生參與各類與課程密切相關(guān)的科技活動(dòng)，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，加深對(duì)概念原理的掌握程度，提升其知識(shí)的運(yùn)用能力。

1.在教學(xué)過(guò)程中，引入企業(yè)參觀環(huán)節(jié)

依托校企合作平臺(tái)，充分利用社會(huì)資源，構(gòu)建有利于提升學(xué)生專業(yè)技能、工程能力和創(chuàng)新能力的課程實(shí)踐平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)與生產(chǎn)的有機(jī)結(jié)合。讓學(xué)生在課程學(xué)習(xí)時(shí)就能夠置身于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，體驗(yàn)實(shí)際工程氛圍，與工業(yè)實(shí)際問(wèn)題零距離接觸，了解“熱工過(guò)程自動(dòng)控制”課程與將來(lái)工作能力的密切聯(lián)系。同時(shí)聘任企業(yè)技術(shù)骨干作為企業(yè)導(dǎo)師，全程指導(dǎo)學(xué)生在企業(yè)的學(xué)習(xí)與工作[7]，教師也可以將部分與實(shí)踐聯(lián)系密切的授課內(nèi)容放在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行講解，學(xué)生隨時(shí)可以與教師或企業(yè)導(dǎo)師在現(xiàn)場(chǎng)儀器討論交流，使教師言之有物，講解直觀生動(dòng)，學(xué)生看得清楚，學(xué)得明白，促使學(xué)生掌握工程技術(shù)的系統(tǒng)思維方法由模擬型向?qū)崙?zhàn)型轉(zhuǎn)變。

2.開(kāi)展豐富的科技活動(dòng)，帶領(lǐng)學(xué)生參與到科研項(xiàng)目

首先是支持學(xué)生隨學(xué)隨用，將“熱工過(guò)程自動(dòng)控制”等專業(yè)課程知識(shí)運(yùn)用到各類科技活動(dòng)中，指導(dǎo)學(xué)生參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目、大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽等科技活動(dòng)，挖掘?qū)I(yè)技能特長(zhǎng)，鍛煉創(chuàng)新能力，使其獲得展現(xiàn)自我能力的機(jī)會(huì)。實(shí)踐表明參與這類活動(dòng)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方式和創(chuàng)新能力，提升綜合素養(yǎng)，提高社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力具有顯著作用。其次是鼓勵(lì)學(xué)有余力且對(duì)科研具有濃厚興趣的學(xué)生加入到教師的科研項(xiàng)目中去，學(xué)生在教師指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)際的科研課題研究和實(shí)驗(yàn)過(guò)程，使學(xué)生能夠有機(jī)會(huì)綜合利用所學(xué)課程知識(shí)，了解科研的整個(gè)過(guò)程，感受課程知識(shí)的應(yīng)用價(jià)值，獲得科研實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。然后是組織開(kāi)展暑期工程實(shí)踐活動(dòng)，由任課教師帶領(lǐng)大一、大二能動(dòng)專業(yè)學(xué)生深入企業(yè)進(jìn)行調(diào)研與實(shí)踐，了解行業(yè)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，親身感受工程實(shí)際氛圍，為在大三學(xué)習(xí)“熱工過(guò)程自動(dòng)控制”等課程打下良好的基礎(chǔ)。

五、結(jié)語(yǔ)

為了真正讓學(xué)生學(xué)得進(jìn)、用得上，通過(guò)對(duì)“熱工過(guò)程自動(dòng)控制”原有的教學(xué)理念、課程內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、教學(xué)方法等課程教學(xué)體系進(jìn)行的改革和探索，提高了學(xué)生對(duì)知識(shí)掌握程度、強(qiáng)化了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、增強(qiáng)了學(xué)生解決工程問(wèn)題的能力、提升了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，實(shí)現(xiàn)了課程教學(xué)目標(biāo)和企業(yè)需求的對(duì)接，對(duì)培養(yǎng)能在能源、電力、石油、化工、輕工等行業(yè)從事研究、設(shè)計(jì)、制造、管理等方面的工作的高級(jí)工程技術(shù)人才具有重要意義。

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（責(zé)任編輯：劉麗娜）