《過程控制系統》課程教學和實踐環節的改革與創新探索

黃宜慶

（安徽工程大學 電氣工程學院，安徽 蕪湖241000）

《過程控制系統》是控制理論、生產工藝、計算機技術和儀器儀表知識等相結合的一門綜合性應用學科[1]。本課程的涉及內容較為廣泛，主要包括控制系統的建模、控制理論算法和控制系統的分析與設計。在本課程的教學中，任課教師的主要任務是讓學生在了解、熟悉、掌握流程工業生產工藝流程與生產過程的靜態和動態特性的基礎上，根據工藝要求，應用控制系統中的基本理論、現代控制技術方法，分析、設計與整定過程控制系統。同時，必須讓學生清楚地認識工程應用中的相關問題，提高學生分析問題和解決的能力。隨著計算機技術、控制理論、傳感檢測技術等相關技術的高速發展，過程控制技術這一自動化領域內的重要分支也在不斷前進與發展，國際上的很多學者在此領域內做出了杰出的成就，并成功運用于電力、冶金、輕工等連續型生產過程系統[2]。然而過程控制理論與應用結合緊密、內容較廣、實踐性較強，從而造成學生在學習的過程中遇到很多的實際困難，任課教師在講授的過程中也會感到學生的學習興趣普遍不高，學習效率較低。因此，必須要求《過程控制系統》課程的教學內容、理念、方法和手段都必須隨著新應用和新技術的出現而進行改革，以使學生更好地適應社會發展的需要，真正實現實踐型與創新型人才的培養[2]。

本文重點分析了《過程控制系統》課程的本科教學現狀和目前教學和學生學習中存在的主要問題，針對提出的問題，從而有針對性地提出了過程控制系統的教學改革的基本思路和目標，介紹了一系列的教學改革措施和方法，實踐表明教學改革大大地提高了高校大學生的學習本課程的效率，提高了學生分析問題的能力。

1 《過程控制系統》教學現狀與任務

目前在《過程控制系統》這門課程的授課過程中，任課教師通常先介紹過程控制系統中的各個環節的組成部分，然后針對具體的問題，介紹多種控制系統的結構和設計方法，最后，為了讓學生能夠將學習的理論知識加以應用，再介紹過程控制系統的應用實例[3]。這樣的教學方法會導致學生只能片面地理解系統局部的設計信息，很難讓學生掌握過程控制系統設計的精髓，更不用說能讓他們做到靈活運用自己在課堂上所學的知識。另一方面，《過程控制系統》既是控制理論在工業生產過程中應用的技術課程，又是過程控制的理論課程，它強調工程觀點、設計能力的訓練，強調理論與實際的結合，以及提高分析問題、解決問題的能力。尤其是近些年隨著控制理論、計算機技術、檢測技術等其他相關技術的發展，過程控制系統技術也不斷地發展，應用也越來越廣泛，但課程授課學時卻在減少。因此，基于上述的考慮，《過程控制系統》教學應該以如何提高學生的學習本課程的效率、培養學生的系統整體把握能力為本課程教學改革與實踐的重點任務。主要包括針對教學方法、實驗環節方面提出改進的教學方法和措施，加強過程控制系統的理論研究與實踐教學環節的結合，合理增加先進性控制理論及設計驗證實驗，著重對傳統實驗設備替換和補充，開發出新型的實驗教學設備，強調對學生創新思維和能力的培養。

0 引言

2 教學內容的改革

隨著自動化和計算機技術的迅猛發展,對學生的知識結構和水平提出了新的要求。過程控制課程內容包括檢測與控制儀表，過程建模及系統控制方案的設計等等。因此，任課教師在教學內容的選擇方面，應該有所取舍，同時應積極跟蹤過程控制領域內最新研究成果，提煉實際工程問題，不能僅僅局限于教材中的內容，也可以結合自己的研究課題，為學生做一些普及性的介紹，從而進一步提高學生學習本課程的興趣。在講授的過程中，可以將重點內容安排在過程建模和常規控制系統工程設計,并補充神經網絡建模的方法。擴充先進控制理論應用的成果，介紹一些先進的智能控制控制技術。另外，可以詳細介紹了一些典型的計算機過程控制技術。另一方面，從應用的層面上展開介紹，而不是一味的重復知識點。最后在教學課時充裕的情況下，可開設一些講座為學生介紹一些國內外正在應用和開發的最新過程控制技術成果，如復雜系統的多變量解耦控制、工業系統的自適應控制、模型預測控制等這些新的理論知識，使學生對這些理論能夠做到有所了解。

3 實驗環節的改革

《過程控制系統》實驗環節的改革主要體現在兩個方面。首先在實驗教學方面，應著重訓練學生的基本技能，培養他們的動手能力，讓學生理解一些基本過程控制中的概念和基本方法。同時，在實驗課時允許的情況下，應增加基于Matlab技術的計算機控制、先進控制、控制系統仿真等內容，從而達到為加深學生對實驗內容的理解[4]。在后期的實驗中，任課教師應提出實驗內容和目的，而實驗的方案步驟、實驗過程所需要的儀器儀表、儀表的連接、控制的策略方法則完全由學生自己設計，在實驗教師的監督下讓學生獨立自主地完成實驗，最后寫出總結報告，并組織課堂交流、分析討論，以提高學生獨立性和創新能力。在學校有條件的情況下，建設一套過程控制實驗平臺，該平臺是一套集自動化儀表技術、計算機技術、通訊技術、自動控制技術及現場總線技術為一體的多功能實驗設備。整個應系統包括流量、溫度、液位、壓力等熱工參數，可實現系統參數辨識，單回路控制，串級控制，前饋-反饋控制，滯后控制、比值控制，解耦控制等多種控制形式。

其次，在《過程控制系統》課程設計方面進行一定的改革。課程設計是過程自動化專業一項重要的實踐性教育環節，該項目是鍛煉學生動手能力的最好方法，然而很多學生面對該訓練無從下手，主要原因是學生沒有掌握學習的主動性[5]。因此，在課程設計環節訓練的過程中,實驗教師應充分調動學生的想象力和創造力，利用現有的教學條件，將理論聯系于實際，突破傳統的課程設計內容,在既重視知識的獲取和應用，又強調知識的發展性和遷移價值的情況下，把自主實踐和活動內容納入課程設計體系把學生的設計以物化的形式表現出來，驗證學生的設計思想，提高學生動手解決實際問題的能力和興趣。

4 考核方式的改革

課程考核方式是一種促進學習的手段，科學的考核方式應既能激勵學生的學習積極性，又能考查知識和考核能力[6]。

本課程將采用學生團體合作、作業項目、課程設計3個考核部分的形進行考核，突破傳統的閉卷考試方式。首先，第一部分為團體合作考核方式。其主要目的是培養學生的合作精神。其考核方法是將若干個學生分成一組，每組指定一個設計案列，主要由是否積極參與小組討論、課堂討論的深度、作業項目答辯的講解能力、是否積極承擔小組的任務以及承擔的工作量比例等方面進行考核。本項考核定為總成績的20%。其次，第二部分為作業項目考核方式。其主要方法是學生在完成教師布置的作業項目后，教師組織學生進行項目成果展示和答辯，學生進行自評、互評，最后是教師的點評，以此作為作業項目完成情況考核的依據。本環節占期末總成績的20%。第三個部分仍然采取傳統的課程設計方式，學生從教師指定的若干個題目中自由選定來完成，在這一環節中主要考查學生對基本概念的理解、控制系統設計技巧的掌握情況。本項考核成績占期末總成績的60%。

5 結束語

現階段《過程控制系統》的教學現狀存在一定的局限性，需要迫切進行課程教學改革和實踐探索。在改革的過程中，需要以激發高校大學生對本課程的學習興趣，提高在校大學生的工程實踐能力為主要目標和任務，在教學方面，將課堂教授和實踐環節進行有機結合，同時鼓勵學生開展個性化、自主性的研究型學習；在實踐方面，培養高校學生綜合應用本專業知識的能力，形成良好的分析問題、解決問題的思維。通過程控制系統課程教學內容和實踐環節的改革,學生較好掌握了國內外過程控制先進技術,能夠做到運用本專業知識的技能，通過實踐環節的改革，學生能夠將所學的課堂知識應用到實踐當中，提高了學生的獨立動手操作和處理實際工作的能力，并且加深了學生對所學理論知識的理解，為學生的今后工作方向奠定了堅實的基礎。

［1］李敏,鄒濤,楊馬英，等.過程控制系統綜合性實驗設計與教學實踐[J].實驗技術與管理，2012,28(6):100-104.

［2］陳夕松,汪術蘭.過程控制系統[M].北京:科學出版社,2005.

［3］楊光祥,曹曉莉,胡衛軍，等.“過程控制系統”綜合教學改革探索與設計[J].中國電力教育，2012(236):67-68.

［4］陳湘萍.過程控制工程實驗教學改革的探索與實踐[J].中國現代教育裝備,2010(7):85-86.

［5］黃艷巖,徐紅偉,金英連.過程控制實驗課程教學改革實踐[J].高校實驗室工作研究，2009(9):9-10.

［6］張安福.改革教學方法探索研究型教學[J].中國大學教學,2012(1):65-67.