“工作室學校”理念教學方法在集散控制系統教學中的應用

宋曉君 楊海蛟 孫洪偉

摘要：《集散控制系統》課程是我院熱自、熱動和集控專業一門重要的專業課，主要內容為自動控制的基本結構及原理，電廠常見模擬量控制系統結構及工作原理以及DCS系統在電廠中的配置、結構、原理及工作過程，學生畢業后可直接用于電廠實際工作。該課程抽象、理論性強，傳統的課堂理論教學使學生難于深入掌握。本文針對這一問題提出一種新的教育理念即“工作室學校”任務驅動教學法，在兼具模擬現場實際工作過程的MATLAB仿真軟件及硬件系統THSA-1型過控綜合自動化控制系統實驗平臺及其對象的支持下，結合教學需要及現場實際工作過程，布置具體任務，驅動學生進行自主探索及團隊協作式學習。

關鍵詞：任務工作小組;集散控制系統;MATLAB軟件仿真;硬件系統驗證

“工作室學校”是二十世紀上半葉克里希那穆提在歐洲提出的一種教育創新理念，二十一世紀，該理念在英國蓬勃開展，通過工作室形式，把工作實踐與學習過程有機結合，發揮教育界中的“智能多元論”，充分發揮每個學生擅長的智能領域，通過實驗與工作結合使學習效益最大化，培養學生非認知技能即驅動力和適宜性技能。該理念的核心就是實踐、團隊與實際工作。該理念中。百分之八十的課程是通過商業機構的實際項目來完成，學生們置于實際工作環境中，針對工作要求來完成工作任務，并完成自身學習過程，掌握實踐技能。

目前我國大型火電廠、核電廠蓬勃發展，廣泛應用的控制系統就是DCS系統，電廠對控制專業技能人才的要求迫切且要求高。因其生產是一個連續的過程，參數高、控制及保護要求嚴格，必須由經驗豐富的技術人員進行操作，無法與學校建立基于“工作室”理念的合作辦學關系，因此本門課程通過能夠部分模擬現場生產過程的硬件系統THSA-1型綜合自動化實驗平臺和能夠對控制過程進行仿真的MATLAB軟件相結合，以任務工作小組的方式，按照“工作室”學校的教學理念進行教學組織，培養學生的學習能力、創新能力及合作意識。

本門課的教學方式是任務工作小組，將自動控制的基本原理以及電廠生產過程的控制科學合理的分配成若干任務作為前提，將具體任務分配給各組成員，各組成員以團隊合作的方式完成任務。每一任務包括控制對象的分析、控制的基本原理、控制系統結構的搭建、軟件仿真以及控制效果的驗證。“工作室學校”理念在本課程教學中的特點如下：

1、生產實際工作是教學的起點和源頭

“工作室學校”是一種旨在重點培養學生非認知性技能—即驅動力和適應性技能的學校，以工作室的形式，工作實踐與學習過程的有機結合是其理念具體的應用方法，把學生看成面對實際工作的工人，把教學任務看成必須完成的工作任務，把教學效果看成生產過程的控制效果，讓學生認真踏實的將工作任務當成一個必須解決的難題去攻克，培養學生分析問題、解決問題的能力，獲得攻克難題的成就感和自信心，從而達到最佳的學習效果。

2、任務工作小組是教學的組織形式

我們如今的教育體制與形式奉行的是“智能一元論”，主流教育注重的是認知性技能，也就是一個人的學術能力。實際上大多數人的智力發展都是不平衡的，即教育界所稱之的“智能多元論”，每個人都有自己最擅長的智能領域，即“核心競爭力”是不一樣的，“工作室學校”理念的核心方式是實踐、團隊與實際工作，因此本課程是以團隊合作即任務工作小組的方式來組織教學，充分發揮每個人擅長的智能領域，調動學生學習的主動性和積極性，激發其創新創造的熱情，使每個學生真正找到屬于自己的空間和平臺，真正掌握相關知識及技能。

3、工作任務的恰當分配是教學的關鍵點

集散控制系統是一門控制理論與電廠實際控制系統相結合的課程，分為自動控制的基本概念、系統結構形式、蒸汽溫度壓力控制、給水控制、燃燒控制、協調控制、爐膛安全監控、熱工保護等諸多章節，真實系統大而且復雜，THSA-1型過控綜合自動化實驗平臺及其控制對象只能模仿部分實際工作過程，因此在分配任務時按照先簡后繁、先局部后整體、先模擬控制后順序控制、先原理探究再實際系統分析的原則進行分配，循序漸進，使學生逐漸掌握相關理論知識及實踐技能。

4、軟件仿真及硬件系統驗證是教學特色

MATLAB軟件具有方便快捷的動態系統仿真功能，針對具體任務，分析其對象模型，搭建控制系統并進行仿真，設置合適參數達到要求的控制效果;然后將THSA-1型過控綜合自動化實驗平臺、THJ—3型高級過程控制對象系統、控制網絡、工程師站進行鏈接，形成控制系統，設置之前設定的MATLAB仿真參數進行控制，必要時進行調整，對其控制效果進行驗證，使學生對控制系統有更加直觀、清晰的掌握。

5.總結

經過教學驗證，基于“工作室學校”理念的教學方法在我校集散控制系統教學中獲得了良好的教學效果，學生學習的積極性和成效性大為提高，畢業生就業后能夠較快適應電廠實際工作，獲得招聘方好評。當然在實際教學效果中也有一定欠缺，就是學生的理論知識掌握不夠全面和扎實，部分學生對知識的系統性把握不足，這為以后工作室學校理念的教學指明了改進方向。

基金項目：

2017年度黑龍江省教育廳高等職業教育與繼續教育教學改革研究一般項目，項目編號：SJGZY093，項目名稱：基于“工作室學校”理念的集散控制系統教學改革與研究。

（作者單位：哈爾濱電力職業技術學院）