基于课题驱动模式的“集散控制系统”教学改革与探索*

王继东　司孝平　周玉（华北水利水电大学　电力学院，河南　郑州　450011）

基于课题驱动模式的“集散控制系统”教学改革与探索*

王继东司孝平周玉
（华北水利水电大学电力学院，河南郑州450011）

摘要：从提高学生学习的兴趣，培养学生的实践能力和创新意识等目的出发，提出了集散控制系统课题驱动教学模式。引导学生将学习到的新知识点尝试用于课题设计当中，课程考核成绩要以课题完成情况作为重要评判依据。并根据“课题驱动”教学模式的要求，结合多年教学实践，从教学内容、教学方法、考核方式、实验建设等几方面进行了改革和探索。经过上述几方面的改革，本课程的教学效果有了很大的改善与进步，学生对本课程的学习兴趣明显加强，学生的探索精神，实际应用能力与以往相比获得了很大程度的改善。

关键词：集散控制系统；课题驱动；教学改革；组态软件

集散控制系统是一类分散控制、集中管理的共用控制、共用显示的开放的仪表计算机控制系统[1]。集散控制系统是当前先进工业控制系统的主要结构形式，它是以控制理论与方法、网络技术、检测技术等多门技术和理论为基础实现的综合控制系统。

集散控制系统在机械、电力、石油、化工等领域应用越来越广泛。掌握集散控制系统的基本原理，并具有对集散控制系统进行组态和维护的能力，已成为很多用人单位招收毕业生的基本要求。为使自动化专业的学生在理论学习的基础上，了解集散控制系统的基本特点，切实掌握各种控制方案和控制系统设计与分析的相关知识，提高自身在人才市场的竞争力、提高就业能力和就业质量，提高集散控制技术的应用水平，就必须不断进行教育、教学改革，改革教学内容和教学方法、探索人才培养新模式，以适应经济发展及人才市场的需要。

一、跟踪集散控制系统的发展趋势，保持教学内容的先进性和实用性的统一

对高校自动化专业来说，“集散控制系统”课程是一门实用性很强的课程，其教学内容主要包括集散控制系统构成、控制算法、系统集散控制系统选型、数据通信、人机界面的工程设计、组态、安装和维护等，同时它也是一门不断吸纳应用新知识新技术的课程。随着自动化技术和信息技术的高速发展，集散控制系统也经历了飞速的发展，因此，在教学过程中，应不断总结和归纳集散控制发展中的重大成果和前沿方向，增加现场总线、网络控制系统等新型集散控制系统的比重，使教学内容保持前沿性和时代感。有效提高学生学习本课程的积极性和主动性[2]。

同时，必须坚决避免给学生造成集散控制技术高不可攀、非常难学的印象，结合就业去向和行业特点制订切实可行的课题方案，以组态软件为基础设计简单的集散控制系统，从一点一滴出发，激发学生的学习兴趣、创新的愿望和动力，培养学生设计系统、调试系统的切身体验和能力。

二、实现引入课题驱动教学模式，突出培养学生创新能力和工程素养

课堂教学是课程教学中的重中之重，如何利用好有限的课堂时间，给学生打好扎实的理论基础，同时，理论联系实际，突出行业特色，培养学生的创新能力，是本课程教学成功的关键[2]。

在教学中，如果只是单纯的进行说明性和描述性的课堂教学，而学生没有集散控制系统应用情况的体验，会感到内容抽象枯燥，仅凭课堂和书本得来的知识理解集散控制系统又很难，常常是似懂非懂，以至于学完之后觉得收获不大。

为解决这个问题，必须改革教学方法、教学模式。首先，要上好第一堂课，以图片、动画介绍集散控制系统在实际工程中的应用，作为集散控制工程师的优越工作条件，舒适的工作环境，良好的就业前景。根据收集整理的电力行业就业面试中常问及的集散控制中的问题讲明本课程的重点。另外，动态演示教师所做的集散控制系统，吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣。在“集散控制系统”的理论课程教学中还要特别注重结合实际，要介绍一些具体的工程案例，展示实际的工程设备，来激发学生的求知欲和好奇心。

针对某些合适的授课内容可以模拟集散控制系统专场招聘会，一些同学扮演面试官，另外一些同学则作为应聘人员，就集散控制系统的问题进行问答式学习讨论以提高学生就业能力与就业质量，激发学生的学习兴趣。

为了进一步提高学生的实际动手能力和探索、创新能力，在本课程中引入“课题驱动式”教学模式。“课题驱动式”教学是将理论学习、课题设计、探索研究贯穿于课程教学始终的一种新颖的教学方法，学生在教师课堂和课下的指导下开展主动学习、探索研究、公开讨论和潜心设计等活动，将教、学和做三者有机地整合在一起，并通过教师的及时反馈校正，来不断优化学习效果。该教学形式重视方法传授、注重能力培养，充分发挥学生主观能动性和学习的积极性。

课题驱动教学法以解决问题为主线，以学生为中心的教学模式。相对于传统的教学方法，“课题驱动式”具有三个显著的特点：首先，以学生为教学主体。在教学中，始终让学生围绕课题开展积极思考，尽可能地多给学生自由发挥的时间和空间，让他们积极主动地去观察、分析、综合、归纳、设计、创新。在“课题驱动”教学模式下，学生才是学习活动真正的主体，是主动又积极的知识探究者和应用者，而不是被动的、消极的知识接受者和纯粹的记忆体。其次，“课题驱动式”教学的直接目标是课题的解决，而不是书本知识掌握。学生通过自己积极对课题的探究过程，从问题的解决中从未知到已知、培养能力，同时产生成就感、愉悦感，获得感悟，激发进一步探究的兴趣和动力，使学生明白如何学会学习，如何学会分析问题。

最后，以过程为教学重点。在“课题驱动式”教学中，重点放在探究过程而非结果，整个教学的重点是指导学生将学习到的新知识点尝试用于课题设计当中。教学过程应是培养学生利用专业知识、专业技能分析解决实际工程问题的有益尝试，对学生来说是一次全面系统的锻炼机会。

课题驱动教学模式成功的关键因素之一是课题的选取。在课题选取上，既要注意因人而异、难易适中，又要结合行业特色和就业倾向来选择课题。建议大家尽量选择和热力发电、水力发电和供配电监控方面的课题。对基础较好的同学，鼓励他们大胆尝试，将组态软件和PLC、单片机结合起来完成具有实用价值的课题。

三、增加实验实践环节，注重理论与实际相结合，培养学生动手能力

实验条件的优劣对学生能力锻炼有很大的影响[3]。然而，长期以来许多学校大都存在实践教学环节滞后于教学、系统性不够、综合性不强的等状态。尤其对于集散控制系统的实践教学，这种情况尤为突出。限于资金、设备及场地等各种因素，集散控制系统的现场大都不能展现在学生面前，造成学生对集散控制系统在过程控制领域的应用缺乏感性认识，对诸多控制环节缺乏互动，理解不透，致使对课程缺乏兴趣。

在教学过程中，针对本课程实验课时较少的情况，将实验教学分为仿真实验和实物开放实验两个部分。

仿真实验要求学生利用电脑和组态软件进行组态操作，建立数据库、编写控制程序、设计制作操作画面（包括流程图、仪表测量回路图、仪表控制图等），编写相应控制程序，完成控制要求。

开展开放性实验和创新性实验，主要针对集散控制系统和过程控制的紧密结合，利用“过程控制实验室”现有设备进行课题有关的实验项目研究。

开放实验要求学生在过程控制开放实验室完成主要进行实际硬件连接的课题，特别是需要进行软、硬件联调的课题如组态软件和PLC或单片机连接方面的课题。

四、改革课程考核机制，促进学生形成完善的知识结构，提高学生综合素质

作为一门实践性强的课程，如果采用书面考试的方法，学生为了考试将会将精力时间花在死记硬背一些知识点上，从而被考试抑制了探索的热情，创新的活力。而获取新知识的能力以及创新精神、创新能力的培养对本门课程更为重要。所以教学过程要注意激发学生的求索之心，逐步培养他们探索未知后的成就感，让他们去解决那些实际工程中经常遇到，经过努力利用本门课程所学的知识结合已有知识能解决的问题，让学生明白我们是为了解决实际问题、提高工作能力才去学这一门课的，这是一个放手尝试、探索未知、收获成功和愉悦的过程。

作者对本课程的考核方式进行了改革，改变了过去以考试成绩作为主要的评判手段的模式。成绩评价的重点放在过程之中[4]，考核以结课答辩的形式进行，一方面要求学生当众演示自己的课题成果，并以PPT的形式加以说明，另外要求学生完成一篇总结报告，总结报告主要是让学生对本课程所学内容及课题完成过程进行全面的总结，从中可以考查学生对课题的完成情况及对本课程的总体理解与掌握情况。在结课答辩环节中，要求学生做PPT，同时要提交自己亲手写出来的结课论文。通过这种考核方式，可以促使学生的学习能力、设计能力、科研能力、创新能力、合作的能力、收集和整理资料的能力及文字表达能力同时得到培养和提高，全面熟悉了设计一个项目的设计步骤和方法，从而增加了就业能力和优势，合作意识，团队意识明显加强，也越来越喜欢参与科研探索、设计过程。

五、结束语

在集散控制技术教学过程中结合行业特点、学生兴趣、原有水平以及接受能力等特点，重点采用课题驱动方法，将提出实际课题、开展课堂讨论、放手实践、总结归纳课题完成过程贯穿于课程教学始终；强化实践教学，实验教学能力化、实践教学现场化和实例化；以课题完成情况为成绩重要评定依据的考核方式。通过学生之间、师生之间交流、讨论、动手实践、演示、评价等多种方式激发学生的学习热情，拓展获得知识的途径，提高掌握知识的效率。多年教学实践表明，采取课题驱动教学模式与传统教学模式对比，学生对本课程的学习兴趣显著加强，动手能力与实际应用能力与以往相比获得了明显的改善，学生利用本课程所学内容申报各级、各类科技创新项目和创新实验项目的申报率和申报成功率有很大提高。

参考文献

[1]何衍庆，黄海燕，等.集散控制系统原理及应用[M].北京：化学工业出版社，2009.

[2]王轶卿，张湜，等“.集散控制系统”课程教学改革与实践[J].中国电力教育，2009（1）：92-93.

[3]王晓红，张波.电子技术课程“课题驱动式”教学模式的探索[J].九江学院学报，2006（4）：123-125.

[4]范洪颖“.问题驱动”教学法在跨学科课程教学中的应用[J].高教学刊，2015（8）：33-34.

Abstract:This paper puts forward the subject-driven teaching method of distributed control system course for the purpose of improving students' interest in learning, cultivating students' practical ability and innovative consciousness. The method is to guide students try to apply the just learned knowledge to the design of the subject, and takes execution of subject as an important evaluation criterion of this course. According to the requirements of the subjectdriven teaching model, we have combined teaching practice for years with the method and carried out reform and exploration from the teaching content, teaching methods, assessment methods, experimental construction and other aspects. After the reform, the students' interest in learning this course is obviously enhanced, and the students' exploration spirit and the practical application ability have been improved a lot compared with those in the past.

Keywords:distributed control system(DCS)；subject-driven; teaching reform; configuration software

中图分类号：G642

文献标志码：A

文章编号：2096-000X（2016）05-0159-02

作者简介：王继东（1969-），男，河南开封人，硕士，副教授，研究方向为分布式控制技术。

*项目:华北水利水电大学2013年教育教学研究与改革项目“课堂教学模式、考核模式改革创新及其教学效果评价体系研究与实践”。