以信息與控制為特色的過程控制專業核心課程群建設

劉麗華　王巧玲　王軍茹

我校自動化專業以信息與控制為特色，涵蓋計算機檢測與控制，運動控制、過程控制，網絡與智能控制等。信息與控制核心課程群涵蓋課程較多，包括自動控制原理，現代控制理論，微機原理與接口技術、電力電子技術、檢測技術與儀表、計算機控制系統、自動控制系統仿真、運動控制系統、過程控制等。目前各主干課程均經過不同程度的建設，具備了相對穩定的師資隊伍，教學手段有了一定的改善，有些還取得了一定的教學成果獎。然而就課程群體系而言尚存在一些問題，如課程群中每門課程追求自身完整而缺乏配合，出現了內容重復現象；有些課程先修、后續的安排不夠合理，各科實驗孤立，教學過程中重視知識的傳授，輕視技能的培養等，造成了學生學習質量不高，學生缺乏對控制系統構建的整體性概念。因此，控制系統課程群的建設就有了重要的顯示意義和價值。

由于信息與控制課程群涵蓋課程較多，對整個課程群的建設需要時日。本次僅工業過程控制這一分支進行課程群的建設。過程控制分支的專業核心課程包括檢測技術與儀表，過程控制及計算機控制系統。它們有各自的理論體系，在教學內容上各有側重，其中《檢測技術與儀表》屬于專業基礎課程，《過程控制》和《計算機控制系統》屬于專業必修課，檢測技術與儀表為系統提供過程參數的信息檢測，而計算機控制則順應計算機逐漸代替模擬儀表進行控制的趨勢，在過程控制系統的構成中起到重要的作用。這三門課程之間的內在聯系比較緊密，具有很強地專業針對性。根據21世紀人才培養目標的要求，打破課程之間的壁壘，依據課程之間內在邏輯和結構的聯系，整合優化課程資源，提出了構建“過程控制”核心課程群。

1 梳理先修、后續課程，協調各課程理論教學內容

本次課程群建設的內容之一是梳理理清不同課程在課程群系統中的邏輯關系，針對學生培養目標，規范教學內容，突出重點，避免內容的簡單重復。

1.1 先修后續課程授課時間的調整

《檢測技術與儀表》是《過程控制系統》和《計算機控制系統》的先修課程，目前由于考慮到各學期學分均衡的問題，這三門課程安排在了通一學期開設，從而造成了教學內容上不必要的重復。經過課程組教師商討，可以檢測技術與儀表先開幾周，與之關聯緊密的過程控制課程適當晚開設，這樣解決了《檢測技術及儀表》與《過程控制》中關于溫度、壓力等參數的檢測教學內容上的簡單重復。

1.2 理論教學內容的協調

知識的學習需要一定的重復，以做到融會貫通，但在授課過程中應本著螺旋式上升的原則避免不必要的簡單重復。《檢測技術與儀表》重點從測量數據處理、典型傳感器的檢測變換原理、測量電路等方面介紹，《過程控制》課程中刪去不必要的重復，但對于相應的檢測儀表在選擇和安裝過程中應注意的問題，檢測儀表在構成安全火花防爆系統時的要求等在講解的過程中會再度強調。這樣學生在面對過程控制的實際問題時，能夠正確合理地選用參數檢測儀表構成系統。《計算機控制系統》和《過程控制》中都講PID控制器，《過程控制》偏重模擬PID控制器的組成，講PID參數的整定方法，通過介紹DDDZ-III型控制器的結構說明為何模擬儀表中PID參數的整定會相互影響，講解在構成回路時控制器正反作用的選擇，針對給定突變的問題提出數字PID算法的改進，以及避免積分飽和的解決手段；而計算機控制系統中則主要介紹各種數字PID算法的實現，學生通過這兩門課程的學習可以從不同角度理解PID的控制器的使用，并通過仿真及實驗進一步加深對PID控制的理解。這樣的安排既避免了簡單的不必要的重復，又符合知識學習過程中螺旋式上升的規律。

《過程控制》側重講解改善工業過程控制參數控制質量以及滿足特殊工藝目的的控制方案，而《計算機控制系統》講解以計算機作為控制裝置時控制系統的構成，過程通道的實現，抗干擾問題的解決方案以及工業控制網絡的結構與配置等，這樣通過這兩門課程的學習，學生可以建立起過程計算機控制系統的概念，為后續學習和研究打下一定的基礎。

2 遞進式實踐教學體系構建

培養大學生的創新能力是全面推進素質教育和實施科教興國戰略的關鍵。為了培養學生的實踐能力和創新精神，我校過程控制課程群的實踐教學體系涉及到了專業技能，綜合訓練和工程創新三個層面上的內容。

2.1 驗證性和設計性實驗

為培養學生的專業技能加強實踐能力，結合專業培養疾患，在實踐教學中每門課程均開出了一定比例的驗證性實驗和設計性實驗，其中設計性實驗均占到40%以上。檢測實驗室可以各種傳感器的實驗，過程控制實驗室有6套過程控制系統的實驗設備，可開出溫度、液位、流量等參量控制的基礎實驗和設計性實驗，為通過組態軟件可以更方便的實現控制效果的監測；計算機控制實驗室配備40套實驗箱，可以完成過程通道AD/DA轉換、數字濾波的實現，各種數字PID算法的實驗等單元驗證性實驗，也可以風扇和小型溫箱為對象構成計算機控制系統開發進行設計性實驗。

2.2 課程群綜合性實踐

綜合性實踐是培養學生綜合運用所學知識，提出問題、分析問題和解決實際問題，鍛煉實踐能力的重要環節，是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。在學習完《檢測技術與儀表》，《過程控制》及《計算機控制系統》課程之后，學生可以在雙容水箱，電加熱鍋爐為被控對象，使用MCGS監控組態軟件設計液位、溫度監控系統，在模型測試的基礎上通過matlab仿真軟件整定PID參數，然后通過研華板卡實現對液位或溫度的單回路PID或串級PID控制方案，完成實時控制。在這些綜合實驗中，學生需要連接管路和信號回路來構成過程控制系統，實驗涉及監控組態軟件的使用，參數檢測，過程特性的測試，數字PID算法的實現，過程通道的構成等等，通過這些綜合性實驗的訓練，不僅提高了學生的動手能力，激發了學生的創新意識，而且學生可以體會到仿真與實驗的差別，使學生更加深刻地理解過程控制的相關知識與技術。

2.3 開展工程創新實踐教學活動

結合課程群的建設，開展多種多樣的工程創新實踐教學活動。學生可以自主選擇開放性實驗的內容，根據實驗要求，選用合適的控制裝置和對象搭建控制系統并完成相應參數的控制，比如空氣溫濕度的監控，兩輪平衡車的控制等等。每年組織學生參加“西門子杯全國大學生工業自動化”，積極引導學生參與“大學生創新創業訓練計劃”并給予相應的指導。這些創新實踐活動的開展，擴寬了學生們的學習渠道，使教學內容在實踐中得以延伸和發展，提高了學生的文獻查找能力，同時培養了學生撰寫報告和申報書的能力，對學生創新實踐能力的培養起到了積極的促進作用。

3 結語

過程控制課程群的建設是我校“以信息與控制為特色的核心課程群建設”中的先期工作。本次課程群的建設主要進行了三門課程間教學內容的整合，并建立了遞進式實踐教學體系。這些可以幫助學生形成完整的知識體系并培養學生的實踐能力和工程創新能力。過程控制核心課程群的建設也為我校“以信息與控制為特色的核心課程群建設”提供了一些參考。

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[責任編輯：田吉捷]