《礦物加工過程檢測與控制》課程實驗教學改革研究

王衛(wèi)東 涂亞楠 張康輝 陳煒韜 劉思杰 楊曉明 牛輝耀

摘要：為了提高《礦物加工過程檢測與控制》實驗課程的教學質(zhì)量，總結(jié)了該實驗課程的現(xiàn)狀及存在的問題，構(gòu)建了《礦物加工過程檢測與控制》的實驗教學平臺，編寫了全新的實驗指導(dǎo)教材，實現(xiàn)了與國家大學生創(chuàng)新計劃項目的有機結(jié)合，促進了實驗室的建設(shè)，也培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：《礦物加工過程檢測與控制》；實驗教學；質(zhì)量；礦物加工

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）13-0103-02

《礦物加工過程檢測與控制》是礦物加工工程專業(yè)的主干課，學生通過本課程的學習能夠了解和掌握礦物加工工程過程中電氣控制技術(shù)、工藝參數(shù)檢測技術(shù)和各種過程儀表的作用、工作原理、特點及適用場合等內(nèi)容，并能進行簡單和復(fù)雜控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計、調(diào)試等工作，為今后從事相關(guān)工作打下了堅實的基礎(chǔ)[1，2]。本課程強調(diào)工程觀點、設(shè)計能力的訓(xùn)練，強調(diào)理論與實際的結(jié)合以及提高分析問題、解決問題的能力。但由于課時的限制、檢測與控制技術(shù)的快速發(fā)展以及傳統(tǒng)教學方式的影響，《礦物加工過程檢測與控制》課程實驗教學存在下面一些問題：（1）教學體系和內(nèi)容相對落后，跟不上技術(shù)發(fā)展的步伐，甚至缺乏實驗教學環(huán)節(jié)。（2）實驗教學平臺落后，與實際應(yīng)用脫節(jié)，導(dǎo)致學生學習主動性不夠，學習興趣不高，實踐能力較差，不能學以致用[3，4]。因此，如何在有限的實驗學時內(nèi)，實現(xiàn)實驗教學內(nèi)容與學科發(fā)展現(xiàn)狀的有機統(tǒng)一，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力、設(shè)計能力的工程技術(shù)人才是必須解決的問題。為此，本文從實驗指導(dǎo)教材與實驗平臺建設(shè)、實驗教學方法和教學手段以及實驗教學課程與大學生創(chuàng)新、本科生導(dǎo)師制的關(guān)系等方面對提高實驗教學質(zhì)量進行了改革探索，并取得了較好的效果。

一、實驗教材與平臺建設(shè)

1.實驗教學平臺建設(shè)。高校實驗室是高等學校的一個重要組成部分，它的質(zhì)量高低直接影響著教學質(zhì)量與科研質(zhì)量，實驗室水平是反映一個學校教學水平和科學技術(shù)水平的重要標志。為了適應(yīng)教學改革的形勢，必須加強實驗室建設(shè)，增強自身的競爭能力。借著我校礦物加工工程專業(yè)實驗室建設(shè)的時機，對《礦物加工過程檢測與控制》實驗教學平臺進行了優(yōu)化升級。（1）設(shè)計開發(fā)了基本控制功能體驗平臺。針對礦物加工過程電力拖動基礎(chǔ)教學過程中學生對常用低壓電器、基本控制原理以及控制方式的不理解，對控制方式作用的效果不清楚，概念和實物不能匹配，等等實際問題設(shè)計開發(fā)了體驗平臺。該平臺包含電器控制的基本低壓電器，讓學生能夠直觀的認識基本電器元件設(shè)備，不至于發(fā)生課程學完了基本的電器元器件都不知道的尷尬情況。另一方面該體驗平臺包含了點動控制、自鎖控制、具有過載保護的自鎖控制等基本的控制回路，學生通過該平臺的控制回路的操作，能夠更直觀的看到這些控制方式的區(qū)別，明白不同控制方式的適用場合，深化對不同控制方式原理及電路圖的理解，也提高了學生學習的積極性。（2）網(wǎng)絡(luò)型PLC可編程控制器實驗平臺。目前PLC已成為礦物加工過程控制的核心控制器，該網(wǎng)絡(luò)型PLC可編程控制器實驗平臺選用西門子PLC為控制器，采用組件多結(jié)構(gòu)方式，更換實驗?zāi)K便捷，如需擴展功能或開發(fā)新實驗，只需添加實驗掛箱即可；雙口接線法使PLC主機與實驗掛箱之間的連接既可采用自鎖緊接插線單線逐點連接，以提高學生的動手、動腦能力，加深了解PLC的結(jié)構(gòu)功能，又可通過排線一次性連接，以提高實驗連接速度，與單一連接法相比具有絕對的優(yōu)越性。實驗對象形象逼真，接近工業(yè)現(xiàn)場的實際應(yīng)用，通過本實驗裝置的訓(xùn)練，學生很快就能適應(yīng)現(xiàn)場的工作。（3）過程控制綜合實驗裝置。為了讓學生能夠更好地掌握礦物加工過程參數(shù)檢測的方法及原理，建設(shè)了過程測量儀表實驗平臺，該平臺由被控對象和控制系統(tǒng)組成，被控對象包含動力系統(tǒng)、水箱、儲水箱、壓力變送器、差壓變送器、渦輪流量計、Pt100、K分度熱電偶、閥門、管路等；控制系統(tǒng)包含網(wǎng)孔板、漏電保護器、開關(guān)電源、單相調(diào)壓模塊、K分度熱電偶冷端補償器、智能儀表、接線端子排等。通過該實驗平臺的使用和學習，學生能夠掌握礦物加工過程儀表的測量及自動化儀表的安裝、測量和使用。

2.實驗教材的建設(shè)。實驗教材既要與現(xiàn)有的硬件平臺配套，也需要學科新成果提煉轉(zhuǎn)化到實驗教材中，使科研與教學緊密結(jié)合。在具體編寫過程中，對于基礎(chǔ)型實驗，只精選一部分具有代表性和啟發(fā)性的實驗，講解該學科的基本思想和基本方法；增加綜合設(shè)計型實驗，讓學生從實驗原理入手進行實驗方案的設(shè)計，通過多種途徑達到實驗?zāi)康模箤W生由過去被動、消極的依賴書本，變?yōu)橹鲃印⒎e極的獨立思考，勇于探索。另外，為了突出個性能力的發(fā)揮，在保證完成大綱要求的基礎(chǔ)上，教材和講義編寫引入實驗項目可選項，允許學生從中選擇。

二、實驗教學改革

1.開放實驗教學。由于實驗學時的限制，課堂內(nèi)只能做一部分設(shè)計性實驗，但有興趣的學生可以在業(yè)余時間來完成其他實驗，甚至設(shè)計開發(fā)實驗教材中沒有的實驗內(nèi)容。整個環(huán)節(jié)都是以學生為中心，教師只是起到輔助作用，讓學生在實驗中對過程控制系統(tǒng)的設(shè)計有一個完整、系統(tǒng)的掌握。

2.改革考核形式。以往的考核只注重撰寫的實驗報告，這種形式不能客觀地反映學生的實驗效果。改革后的考核形式更注重實驗教學的整個過程，成績雖然仍由實驗報告、實驗過程及出勤紀律構(gòu)成，但更注重實驗過程。整個實驗課結(jié)束，教師會給每位學生出一個實驗題（既沒有步驟也沒有方法），課內(nèi)完成，考察學生平時的積累，如果平時不學，這最后一關(guān)是通不過的，而且這一項占整個課程成績的50%。采取這種辦法，促進了學生對實踐技能培養(yǎng)的重視，實驗教學質(zhì)量得到了明顯的提高。

3.與大學生創(chuàng)新項目相結(jié)合。國家大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目的目的是調(diào)動學生學習的主動性、積極性和創(chuàng)造性，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識，掌握思考問題、解決問題的方法，提高創(chuàng)新能力和實踐能力。建成的《礦物加工過程檢測與控制》綜合實驗平臺僅僅用來完成每年一次的實驗課教學，如果不加以利用是對資源的浪費。因此，結(jié)合我校大學生創(chuàng)新計劃項目，制訂了合理化利用實驗教學資源的創(chuàng)新方案。首先根據(jù)現(xiàn)有實驗平臺和師資力量提出可以進行的項目，每個項目配有相應(yīng)的指導(dǎo)教師，然后由學生根據(jù)自己的興趣去選擇；其次如果學生對于提出的實驗創(chuàng)新項目都不感興趣，也可以自己提出創(chuàng)新項目，實驗室根據(jù)現(xiàn)有的實驗條件評估項目能否實現(xiàn)，如果能夠?qū)崿F(xiàn)，配備相應(yīng)的指導(dǎo)教師。實驗室與國家大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目的結(jié)合不僅可以充分發(fā)揮實驗室的作用，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，也可以有效利用大學生創(chuàng)新計劃項目的經(jīng)費來完善實驗室的建設(shè)，進一步提高實驗室的實驗平臺，實現(xiàn)更高的目標，達到雙贏的效果。

三、結(jié)語

《礦物加工過程檢測與控制》是一門實踐性很強的課，許多知識只有通過親自實踐才能真正掌握，實驗課程是學生真正掌握知識的重要途徑。對該實驗課程的實踐與探索發(fā)現(xiàn)，通過實驗平臺、實驗指導(dǎo)教材、實驗教學方法及考核體系等的建設(shè)，能夠激發(fā)學生的興趣和學習主動性，鼓勵學生開展個性化、自主性的研究型學習。實驗課程與大學生創(chuàng)新計劃項目的有機結(jié)合，充分發(fā)揮了實驗室的作用，培養(yǎng)了學生分析問題、解決問題和創(chuàng)新的能力，同時也能夠進一步完善實驗室的建設(shè)，促進實驗室達到更高的水平。

參考文獻：

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