《过程控制系统》课程教学和实践环节的改革与创新探索

黄宜庆

（安徽工程大学 电气工程学院，安徽 芜湖241000）

《过程控制系统》是控制理论、生产工艺、计算机技术和仪器仪表知识等相结合的一门综合性应用学科[1]。本课程的涉及内容较为广泛，主要包括控制系统的建模、控制理论算法和控制系统的分析与设计。在本课程的教学中，任课教师的主要任务是让学生在了解、熟悉、掌握流程工业生产工艺流程与生产过程的静态和动态特性的基础上，根据工艺要求，应用控制系统中的基本理论、现代控制技术方法，分析、设计与整定过程控制系统。同时，必须让学生清楚地认识工程应用中的相关问题，提高学生分析问题和解决的能力。随着计算机技术、控制理论、传感检测技术等相关技术的高速发展，过程控制技术这一自动化领域内的重要分支也在不断前进与发展，国际上的很多学者在此领域内做出了杰出的成就，并成功运用于电力、冶金、轻工等连续型生产过程系统[2]。然而过程控制理论与应用结合紧密、内容较广、实践性较强，从而造成学生在学习的过程中遇到很多的实际困难，任课教师在讲授的过程中也会感到学生的学习兴趣普遍不高，学习效率较低。因此，必须要求《过程控制系统》课程的教学内容、理念、方法和手段都必须随着新应用和新技术的出现而进行改革，以使学生更好地适应社会发展的需要，真正实现实践型与创新型人才的培养[2]。

本文重点分析了《过程控制系统》课程的本科教学现状和目前教学和学生学习中存在的主要问题，针对提出的问题，从而有针对性地提出了过程控制系统的教学改革的基本思路和目标，介绍了一系列的教学改革措施和方法，实践表明教学改革大大地提高了高校大学生的学习本课程的效率，提高了学生分析问题的能力。

1 《过程控制系统》教学现状与任务

目前在《过程控制系统》这门课程的授课过程中，任课教师通常先介绍过程控制系统中的各个环节的组成部分，然后针对具体的问题，介绍多种控制系统的结构和设计方法，最后，为了让学生能够将学习的理论知识加以应用，再介绍过程控制系统的应用实例[3]。这样的教学方法会导致学生只能片面地理解系统局部的设计信息，很难让学生掌握过程控制系统设计的精髓，更不用说能让他们做到灵活运用自己在课堂上所学的知识。另一方面，《过程控制系统》既是控制理论在工业生产过程中应用的技术课程，又是过程控制的理论课程，它强调工程观点、设计能力的训练，强调理论与实际的结合，以及提高分析问题、解决问题的能力。尤其是近些年随着控制理论、计算机技术、检测技术等其他相关技术的发展，过程控制系统技术也不断地发展，应用也越来越广泛，但课程授课学时却在减少。因此，基于上述的考虑，《过程控制系统》教学应该以如何提高学生的学习本课程的效率、培养学生的系统整体把握能力为本课程教学改革与实践的重点任务。主要包括针对教学方法、实验环节方面提出改进的教学方法和措施，加强过程控制系统的理论研究与实践教学环节的结合，合理增加先进性控制理论及设计验证实验，着重对传统实验设备替换和补充，开发出新型的实验教学设备，强调对学生创新思维和能力的培养。

0 引言

2 教学内容的改革

随着自动化和计算机技术的迅猛发展,对学生的知识结构和水平提出了新的要求。过程控制课程内容包括检测与控制仪表，过程建模及系统控制方案的设计等等。因此，任课教师在教学内容的选择方面，应该有所取舍，同时应积极跟踪过程控制领域内最新研究成果，提炼实际工程问题，不能仅仅局限于教材中的内容，也可以结合自己的研究课题，为学生做一些普及性的介绍，从而进一步提高学生学习本课程的兴趣。在讲授的过程中，可以将重点内容安排在过程建模和常规控制系统工程设计,并补充神经网络建模的方法。扩充先进控制理论应用的成果，介绍一些先进的智能控制控制技术。另外，可以详细介绍了一些典型的计算机过程控制技术。另一方面，从应用的层面上展开介绍，而不是一味的重复知识点。最后在教学课时充裕的情况下，可开设一些讲座为学生介绍一些国内外正在应用和开发的最新过程控制技术成果，如复杂系统的多变量解耦控制、工业系统的自适应控制、模型预测控制等这些新的理论知识，使学生对这些理论能够做到有所了解。

3 实验环节的改革

《过程控制系统》实验环节的改革主要体现在两个方面。首先在实验教学方面，应着重训练学生的基本技能，培养他们的动手能力，让学生理解一些基本过程控制中的概念和基本方法。同时，在实验课时允许的情况下，应增加基于Matlab技术的计算机控制、先进控制、控制系统仿真等内容，从而达到为加深学生对实验内容的理解[4]。在后期的实验中，任课教师应提出实验内容和目的，而实验的方案步骤、实验过程所需要的仪器仪表、仪表的连接、控制的策略方法则完全由学生自己设计，在实验教师的监督下让学生独立自主地完成实验，最后写出总结报告，并组织课堂交流、分析讨论，以提高学生独立性和创新能力。在学校有条件的情况下，建设一套过程控制实验平台，该平台是一套集自动化仪表技术、计算机技术、通讯技术、自动控制技术及现场总线技术为一体的多功能实验设备。整个应系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数，可实现系统参数辨识，单回路控制，串级控制，前馈-反馈控制，滞后控制、比值控制，解耦控制等多种控制形式。

其次，在《过程控制系统》课程设计方面进行一定的改革。课程设计是过程自动化专业一项重要的实践性教育环节，该项目是锻炼学生动手能力的最好方法，然而很多学生面对该训练无从下手，主要原因是学生没有掌握学习的主动性[5]。因此，在课程设计环节训练的过程中,实验教师应充分调动学生的想象力和创造力，利用现有的教学条件，将理论联系于实际，突破传统的课程设计内容,在既重视知识的获取和应用，又强调知识的发展性和迁移价值的情况下，把自主实践和活动内容纳入课程设计体系把学生的设计以物化的形式表现出来，验证学生的设计思想，提高学生动手解决实际问题的能力和兴趣。

4 考核方式的改革

课程考核方式是一种促进学习的手段，科学的考核方式应既能激励学生的学习积极性，又能考查知识和考核能力[6]。

本课程将采用学生团体合作、作业项目、课程设计3个考核部分的形进行考核，突破传统的闭卷考试方式。首先，第一部分为团体合作考核方式。其主要目的是培养学生的合作精神。其考核方法是将若干个学生分成一组，每组指定一个设计案列，主要由是否积极参与小组讨论、课堂讨论的深度、作业项目答辩的讲解能力、是否积极承担小组的任务以及承担的工作量比例等方面进行考核。本项考核定为总成绩的20%。其次，第二部分为作业项目考核方式。其主要方法是学生在完成教师布置的作业项目后，教师组织学生进行项目成果展示和答辩，学生进行自评、互评，最后是教师的点评，以此作为作业项目完成情况考核的依据。本环节占期末总成绩的20%。第三个部分仍然采取传统的课程设计方式，学生从教师指定的若干个题目中自由选定来完成，在这一环节中主要考查学生对基本概念的理解、控制系统设计技巧的掌握情况。本项考核成绩占期末总成绩的60%。

5 结束语

现阶段《过程控制系统》的教学现状存在一定的局限性，需要迫切进行课程教学改革和实践探索。在改革的过程中，需要以激发高校大学生对本课程的学习兴趣，提高在校大学生的工程实践能力为主要目标和任务，在教学方面，将课堂教授和实践环节进行有机结合，同时鼓励学生开展个性化、自主性的研究型学习；在实践方面，培养高校学生综合应用本专业知识的能力，形成良好的分析问题、解决问题的思维。通过程控制系统课程教学内容和实践环节的改革,学生较好掌握了国内外过程控制先进技术,能够做到运用本专业知识的技能，通过实践环节的改革，学生能够将所学的课堂知识应用到实践当中，提高了学生的独立动手操作和处理实际工作的能力，并且加深了学生对所学理论知识的理解，为学生的今后工作方向奠定了坚实的基础。

［1］李敏,邹涛,杨马英，等.过程控制系统综合性实验设计与教学实践[J].实验技术与管理，2012,28(6):100-104.

［2］陈夕松,汪术兰.过程控制系统[M].北京:科学出版社,2005.

［3］杨光祥,曹晓莉,胡卫军，等.“过程控制系统”综合教学改革探索与设计[J].中国电力教育，2012(236):67-68.

［4］陈湘萍.过程控制工程实验教学改革的探索与实践[J].中国现代教育装备,2010(7):85-86.

［5］黄艳岩,徐红伟,金英连.过程控制实验课程教学改革实践[J].高校实验室工作研究，2009(9):9-10.

［6］张安福.改革教学方法探索研究型教学[J].中国大学教学,2012(1):65-67.