“過程控制技術”綜合實訓改革與探索

顧 亞，高 玨，劉繼承

(常熟理工學院 電氣與自動化工程學院，江蘇 常熟 215500)

0 引言

“過程控制技術綜合實訓”是過程控制技術課程課堂教學的延伸和發展[1-2]。通過本次實訓,鞏固和加深學生對“過程控制工程”“電氣與PLC控制”“單片機技術”“計算機控制技術”等課程理論知識的理解，增強了學生應用單片機、PLC以及組態軟件解決實際問題的能力，讓學生結合過程控制技術基礎理論和實踐應用形成一個自動化的專業知識體系，為今后走上工作崗位從事工程技術方面的工作或進一步深造，打下堅實的基礎。該課程的教學目標與任務是鞏固和加深對課堂所學理論知識的理解，并做到理論聯系實際；培養學生根據實際需要，設計程序和現場調試程序的能力；進一步熟悉西門子的可編程序控制器、組態王軟件和單片機開發系統；培養學生實事求是的工作態度，以及利用所學知識分析解決實際應用問題的能力[3-4]。為了完成教學任務達到教學目的，促進學生綜合素質與實踐能力的提高，本文闡述了該課程的現狀及存在的主要問題和改革的具體措施。其教學質量的好壞直接關系到學生對掌握各種檢測、控制儀表的工作原理，及組成控制系統的使用方法的能力，關系到后續課程的教學質量。因此，對“過程控制技術綜合實訓”課程進行教學改革，有效地提高該課程的教學質量，對提高專業教學質量和學生專業素質有著重要的意義[5-8]。

綜合實訓是工科院校應用類實踐教學環節中的一個重要組成部分，對培養學生綜合應用能力和創新能力至關重要[9-10]。“過程控制技術”是高等院校自動化專業開設的一門重要的應用型課程，綜合實訓在教學過程中地位突出，其內容是在掌握各種檢測儀表、變送儀表、顯示儀表、控制器的作用和工作原理的基礎上，進行相關題目的綜合設計，目的是培養和提高學生獨立工作的能力、綜合運用專業及基礎知識的創新能力、解決實際工程技術問題的能力，為今后從事工程技術工作、科學研究以及進一步開拓新技術領域，打下堅實的基礎。

1 現狀及存在的主要問題

1.1 “過程控制技術綜合實訓”的現狀

目前，多數高校綜合實訓仍采用由指導教師設計指導書，設計題目一般為：基于PLC和組態王的流量PID控制系統、基于PLC和組態王的流量程序控制系統、基于PLC和組態王的壓力PID控制系統、基于PLC和組態王的液位PID控制系統等。設計時間多數為兩周，安排在“過程控制技術”理論教學結束后進行。教師講解實訓任務、學生自主檢索資料，擬定初步方案，教師對實訓中存在的問題進行答疑、講解和指導；學生完成實訓項目，撰寫實訓報告，教師對學生實訓項目進行審核、答辯。對培養學生綜合應用專業知識的能力起到了一定的效果，但也存在一定的問題。

1.2 “過程控制技術綜合實訓”存在的主要問題

目前“過程控制技術綜合實訓”有以下3方面的主要問題：

1)學生學習積極性差

由于多年來綜合實訓的題目基本不變，各個高校“過程控制技術綜合實訓”題目雷同度較高，因綜合實訓管理問題的欠缺，往往使一個學院相同專業不同班級學生之間相互借鑒，一個組先完成實訓后，別的組借鑒后很快完成，然而僅僅是少部分學生掌握了實訓的知識，大部分學生只是依葫蘆畫瓢，并沒有理解其中的含義。學生實際實訓的積極性不高，綜合應用所學知識的教學初衷無法達到，教學質量難以保障。

2)工程實踐能力差

“過程控制技術綜合實訓”嘗試將工程案例與理論教學相結合，使學生在理解抽象的理論知識基礎上，能夠“學以致用”。但學生實踐經驗欠缺，對工程案例了解不夠深入。學生總習慣于照搬實例機械模仿，理論知識掌握不足，造成實訓能力欠佳，不少學生忽略了實訓資料的查找和對實訓方案的論證。造成這種結果的原因主要在于學生對課程知識掌握不牢，對元器件不熟悉，對過程控制系統不理解；此外，由于綜合實訓的時間安排在學期結束，學生已經進入考試周，各門考試陸續進行，在綜合實訓上難免精力投入不足，也難以達到對知識進行系統檢驗的目的。

3)教師講授問題

多數高校“過程控制技術綜合實訓”的指導教師是該課程的理論授課教師，在綜合實訓過程中依然采用傳統的理論教學模式，進行重復機械地講解，并提供實訓相應的資料。以“講授法”為主的傳統理論教學方式已不能滿足學生的學習需求。社會的信息化變革使學生的認知規律發生巨大變化，以教師為中心的“講授法”已成為學生最不喜歡的學習方式之一。在學生積極性差，實訓興趣不足的情況下，最終難免造成實訓報告千篇一律，間接限制了學生的主觀能動性的發揮，不利于學生創新能力的培養。造成這種結果的主要原因在于實訓題目與以往雷同度高，實訓過程中學生的掌握度和教師實際的指導不匹配。

2 “過程控制技術綜合實訓”教學改革

創新題目，創新指導是解決上述問題的關鍵，我們采取的促進實踐的具體措施對提高教學效果有良好的效果。

2.1 激發學生的興趣、提高學習效率

以“過程控制技術綜合實訓”課程為核心，對學生大學所學的知識點進行整合，輔助其建立完整的知識體系。在傳統“學什么？”的教學目標基礎上，解決學生“為什么學？”“怎樣學？”的困惑，提高學生的學習效率。

1)建設興趣課堂

通過控制系統典型環節的模擬等實驗項目的訓練，能夠掌握測量與變送器、執行器、智能控制儀表、以及計算機集散控制系統等先進的自動化裝置的原理與使用方法。通過采用解析法或實驗法，選擇恰當的數學模型，如微分方程(差分方程)、傳遞函數(脈沖傳遞函數)、方框圖來建立和簡化控制系統的數學模型，從應用的角度，理解過程控制問題的本質，并與實際工程應用相結合，初步掌握分析和設計過程控制系統的方法。并以當前過程控制領域最新的實踐應用為牽引激發學生綜合實訓的興趣。

2)開設創新課題

綜合實訓課題是學生進行實訓的基礎，根據實訓教學大綱所要求的內容和難度，鼓勵以工業過程控制生產過程中實際的控制需求進行創新題目，允許學生自由選題，通過綜合實訓，指導學生運用所學的理論知識和實踐技能完成教學案例，并將完成的案例綜合起來，形成復雜的工程案例。通過對案例進行“分解-綜合”的過程，使學生對復雜工程項目的具體實施過程有所了解，能夠在掌握理論知識和實踐技能的同時，懂得如何在實際工程實施過程中有目的地自學新知識和新技能，在激發學生興趣的同時培養學生的探索能力。

2.2 改革傳統的教學模式

傳統的綜合實訓教學過程由指導教師逐步講解，教師不僅限定了實訓方案，還給學生提供了非常齊全的參考資料，造成學生機械模仿。且時間上安排在理論課程結束后期末考試前兩周，這樣不利于學生工程意識的培養和創新意識的發揮，針對上述情況我們采取如下改革措施：

(1)課堂教學與實際工程相結合，培養學生的工程意識，在多媒體教學中加入大量的設備實際照片，提高學生的學習積極性。多參加科研工作，以科研帶動教學。通過課程建設，推進教學內容和教學方法的改革。邀請專家學者為學生開辦自動化工程學術講座，拓展學生的知識面。

以企業需求為導向，以學生為中心，探索“過程控制技術綜合實訓”課程的教學模式，有針對地培養學生能力，滿足企業用人需求。與企業合作，將企業用人需求轉變為具體的工作能力要求。對企業的復雜工程案例進行轉化，形成可以在學校開展的工程綜合案例，以此為依托，培養學生的實際工作能力。最后，通過綜合實訓，使學生對所學知識進行整合和實踐，強化他們的專業能力，使其能夠進行實際工程項目開發，滿足企業用人需求。

對課程的知識進行融合，以工程案例為主線，對知識體系進行整合，使學生在學習理論知識的同時，加深對工程案例的了解。圖1所示為乳化物干燥控制系統的設計。首先，學生要會分析系統的生產過程和工藝過程，了解生產過程中存在的問題，如何解決這些問題，會選擇控制變量，分析被控變量，畫出系統方框圖，給出控制方案的設計，對每一個控制方案進行建模與仿真，篩選出最佳控制方案。最后選擇適合的儀表，這一系列過程需要整合各個章節的理論知識，綜合性較強。

圖1 乳化物干燥控制系統的設計

通過實訓讓學生結合基礎理論和實踐應用形成一個自動化的專業知識體系。使學生能夠根據連續生產過程的實際工程需求，對多種技術方案進行分析和比較，選擇出合理和可行的解決方案；根據過程控制系統的指標要求，進行硬件的選型和連接，軟件的設計和調試。根據生產工藝流程要求，能夠運用相關的標準規范和技術資料，進行過程控制所涉及實際需求的分析；針對所設計的過程控制系統，能夠圍繞資源利用、安全防范和社會效益，進行工程實踐對環境和社會影響的分析；對設計的過程控制系統進行聯合調試和數據記錄過程中，能夠以團隊的形式展開分工協作；按照工程項目的實際要求，準確和安全的運行系統進行演示，并能夠清晰對該系統的設計思想和主要構架進行介紹。

(2)指導模式的改革，實訓過程中，指導教師僅列出參考書目，少提供參考資料，依據生產過程實際，鼓勵學生去圖書館查資料，培養他們的工程意識和自學能力。對于綜合實訓過程中遇到的問題，指導老師僅給出指導性建議，鼓勵學生相互討論，促進每個學生都能積極主動地思考，激發了學生的主觀能動性，在激發學生興趣的同時培養學生的探索能力。

(3)考核與評定，增加課程的評價的主體，體現“以學為中心”的理念：課程考評時，有些指標點(如個人與團隊)，可以增加學生自評或互評、問卷調查等環節，將課程評價的主體從“教師”轉變為“教師和學生”，既能評價學生，也能評價教師，充分體現“以學生為中心”“以學評教”的教學理念。

通過對課程評價的分析總結，進一步提高畢業要求指標點的達成：根據課程考核成績的評價結果，結合課程評價的問卷調查，教師及時對課程教學進行總結，分析優勢和短板，進一步梳理課程目標的教學方法和知識體系，使學生在學習過程中對課程目標理解更加深入，進一步提高課程學習成效。

加強平時考核，發現問題及時改進：教學過程中增加與課程目標密切相關的教學內容的平時考核，有利于及早發現學生中存在的共性問題和個別問題，通過后續課堂教學的改進以及加強對個別學生的輔導，提高畢業要求指標點的達成度。

課程教學組織框架如圖2所示。課程建設中，圍繞“產業需求、新興技術、學生現狀”三大理念，綜合相關產業對人才的需求調研情況、新興技術在過程控制領域中的應用情況以及學生實際的學習水平，制定適當的教學內容并不斷根據反饋進行修正。

圖2 課程教學組織框架

3 結語

“過程控制技術”是一門具有較強理論綜合性和實踐性、學科交叉及應用廣泛的專業課程。深度發掘學生的自主學習與創新意識，對自動化等專業過程控制課程研究性教學從課程目前的現狀、遇到的問題以及教學改革等三個方面進行了具體的實踐改革，取得了一定效果。通過實踐性教學，逐步培養學生的主動學習的意識和創新意識，培養研究精神，引導學生逐漸積累專業知識，解決實際問題，達到培養優秀人才的目的。

通過“過程控制技術綜合實訓”課程教學改革，可以看到教學效果明顯改善。學生在一系列的實訓課程中，不斷變換思維方式，對同一課題有不同的解決方法。加深了對實踐知識的理解，拓寬了眼界，提高了動手操作能力。在后期畢業設計過程中也能夠得心應手，為其就業打下了良好的基礎。