控制类专业实践教学改革探索*

宋哲英　　宋雪玲　　刘朝英（、河北科技大学 电气工程学院，河北 石家庄 05008　、河北科技大学 理工学院，河北 石家庄 05008）

控制类专业实践教学改革探索*

宋哲英1宋雪玲1刘朝英2
（1、河北科技大学 电气工程学院，河北 石家庄 0500182、河北科技大学 理工学院，河北 石家庄 050018）

分析了传统控制类实践教学存在的问题与不足，提出了改革实践教学内容、教学方法等的一系列措施，并探讨了在实施实验教学模式改革中注意的几个问题，为培养本科生实践能力和创新精神探索了有效途径。

实践教学；创新能力；教学模式

一、控制类学科实践教学现状

控制类学科是面向被控对象，解决控制问题的学科。专业涉及内容广泛，既要求学生掌握基础理论、解决问题的系统的方法，同时要有较强的学习能力和实践能力。而实践教学是培养高素质人才的重要途径。传统本科教学的培养体系往往偏重于基础知识的教学，忽视应用能力的培养。主要存在以下几个问题。

（一）实践内容的单一性

在实践教学内容上，仍然是单一的方式，即“课程实验——课程设计——毕业设计”，学生基本上在实验室完成所有实践环节，缺乏跟社会和企业接触的机会。而且实验教学大多从属于理论教学，多采用分割形式，按不同知识点设置单元实验，实验内容多以研究和验证某一理论知识为目的。这样容易造成对知识点理解的分散化，形不成对知识点的连接，更不能从全局的角度去理解与掌握问题。

（二）实践教学模式的计划性

实践教学长期以来一直沿用计划性的教学模式，不论是实践项目、实践时间、实践方法、过程及报告等都由教师统一计划安排，学生的个体差异也往往被忽视。因此在实验过程中，学生的思维是被动的，往往失去独立学习、思考的主动性，更不会去探索新问题。

（三）实验室管理制度的不合理性

目前多数学校的实验室管理制度也不利于实践教学模式的创新，一般实验室为了保证给学生顺利开出实验并使实验能够顺利进行，避免仪器设备的损耗，不允许学生在实验课外进入实验室，因此，教师不能完全按照学生自己的特点和意愿开发一些设计性、综合性、提高性、创造性的实验，学生也很难在实验设备和操作环节上不受任何限制的情况下自行分析、设计和调试实验系统。

在实施素质教育的今天，推进实践教学改革，使实验室和实践教学真正成为实践能力和创新能力的培养基地与手段，就必须改革传统的实践教学模式。因此，我们对控制类专业主干课程的教学内容进行了整合优化，构建了“实验课、课程设计、企业实习、综合实训、毕业设计和科技拓展”的实践体系，在教学内容、教学方式等方面进行了改革，使学生在系统地掌握专业理论知识的同时，提高实践能力和创新能力。

二、控制类专业课程实践内容整合

控制类课程主要包括“自动控制原理”“现代控制理论”“过程控制系统”“电气控制与PLC”“计算机控制系统”“集散控制系统”和“模糊控制”等课程。而课程往往相互独立，内容上又联系紧密，互相之间又有涉及又覆盖，实践内容有时存在重复交叉，而且比较薄弱，鉴于实践教学对提高学生创新实践能力和综合素质的关键作用，因此学院对目前的控制类课程实践进行了整合与优化，注重课程间协调发展。例如，在控制类基础课程“自动控制原理”“现代控制理论”两门课中都增加了基于MATLAB的仿真实验，在“模糊控制”课程中还可以对系统进行完整的仿真研究，在“集散控制系统”课程增加了课程设计，要求学生针对化工生产过程采用浙大JX-300集散控制系统完成控制系统的设计，另外在课程基础实验、课程设计之外，还特别设立了过程控制综合大实验，强调工程实际的实训，其目的就是要学生巩固所学的理论知识，提高学生分析问题和解决问题的能力，培学生观察和动手的实践能力。

三、改革实践内容，重构立体实践教学体系

构建科学合理培养方案的重要任务是实现从科学知识型向科学知识实用技能型的转化，因此必须为学生设计合理的实践能力体系，形成从低到高、从基础到前沿、从接授知识到培养综合能力，逐级提高的多层实践教学新体系，将传授知识、培养能力、提高素质溶为一体。

目前，我们的作法是：在传统实验课、课程设计、企业实习、毕业设计的基础上，在大四第一学期末增加了综合实训，另外，在三年级引入科技拓展活动，开展科技创新活动，同时在实践内容设置上实现由基础到提高，形成立体的实践教学体系。

*基金项目：本论文为河北科技大学理工学院教育教学研究基金项目2010Y资助；本论文为河北科技大学教育教学研究基金项目“测控技术与仪器专业工程教育培养计划的探索与实践”资助。

作者简介：宋哲英：女，46岁，教授，河北科技大学电气信息学院测控系，主要研究方向为智能控制。

（一）实验教学内容改革

一般验证性实验往往只是一个“装配”实验，学生相当于一个“装配工”，只是机械地按照实验步骤一步步“装配”，很难通过实验环节达到锻炼和提高学生解决问题能力的目的，创新能力的培养就更无从谈起。因此，在实验内容的改革上，大幅压缩验证性和机械重复式的实验，调整开发设计性、综合性的实验，并逐步增设研究探索性实验。

综合性实验内容包括相关的综合性知识，要求学生运用综合的实验方法、实验手段解决问题，注重对学生知识、能力、素质综合的培养。如在大四第一学期末，开设了控制系统综合性大实验，模似现代工业生产过程中的物理量，诸如温度、压力、流量、液位等参数，要求学生利用所学的多门专业知识，分析过程参数变化特性，研究过程控制规律，对其进行测量与控制。学生通过查阅资料、设计实验方案、具体实验操作、总结实验等步骤完成整个综合大实验。实验过程以学生为主，教师为辅。

设计性实验一般由教师给定实验题目，要求学生根据题目提出的目的和要求，运用所学理论知识借助实验方法和实验仪器自行设计实验方案，分析试验结果。设计性实验注重考察学生能将书本中的设计原理、方法迁移到新的背景中的灵活性，要求学生具有较强的创新能力。如在《模糊控制及应用》课程中，开设了模糊控制器的设计性实验，教师给定设计题目《电热水杯温度模糊控制器的设计》，包括工艺条件和设计要求，要求学生利用MATLAB软件设计满足工艺要求的模糊控制器，并进行系统仿真研究。学生需要根据已知条件，自己定义语言变量的语言值、量化论域、隶属函数，设计模糊控制规则表，进行实时仿真研究。

不论是综合性实验、设计性实验还是探索性实验，在内容设计上还应体现层次化，如可以分为基本命题、提高命题，学生可以根据自己的能力、兴趣任选，从而调动学生的积极性，培养其创新意识。

（二）课程设计改革

课程设计的目的是促进理论与实践相结合，提升学生的专业应用能力。在内容设置上注重让学生运用所学的知识去解决问题，又能发挥一定的创造力。另外考虑到学生的成绩，在课程设计内容上也体现了不同的深度层次，学生可以根据自己的情况选择不同层次的设计题目。

（三）企业实习改革

近些年很多院校的企业实习存在着逐渐萎缩的现状。主要原因是很多企业考虑到自身的运营以及安全问题不愿意接纳学生实习。我院针对现状，一方面利用校友资源积极拓展实习基地，目前，我们与石家庄化纤厂、邯郸钢铁集团等企业签订了校外实习基地协议；另一方面在校内实验室引进相关设备开设了校内实习基地作为企业实习的补充，两者结合保证使学生对所学专业形成较深的感性认识，使学生在实践中锻炼和培养自己分析问题和解决问题的能力，这种校内外实习基地相结合的方式可以避免校外实习走马观花，对于增强学生的实践能力和专业技能将起到积极的推动作用。

（四）综合实训改革

综合实训在实践教学中的指导思想是，要尽量突出实践教学环境的真实性，将工程的观念、工程的思维引入实践教学环节。例如关于PLC课程的综合所呈现给学生的不再是格式化的面板和统一的实验专用接头，而是更接近于工程实际的多层电梯和线缆，学生需要自己动手安装、自己调试程序，然后运行。又如，针对DCS课程，引入了微缩的实际控制系统，设计了实训内容。这些实际系统为增强学生的实践能力和专业技能提供了物质保障。

（五）科技拓展

科技拓展主要是利用学生课余时间组织学生参与创新实践，参与实验室建设、教师科研项目、学科竞赛等。目前我院每年组织学生参加电子设计竞赛、全国航模等多种学科竞赛，取得了突出的成绩。

四、实践教学创新应注意的几个问题

（一）注意理论知识与实践能力并重

提倡素质教育，实施实践教学的改革，并不是不要知识体系，而是要求学生在拥有相对完整和结构化的知识体系的基础上，强调实践方法与能力培养。

比如，在《模糊控制及应用》课程中，对于电热水杯模糊控制系统的设计实验，在实验教学方式上则定位为开放性实验，学生可以先对电热水杯采用PID控制采集运行参数，课后对采集到的参数进行分析处理，建立对象数学模型，然后设计模糊控制器，在此基础上再进行二次实验，将利用设计的模糊控制器对电热水杯进行控制研究，分析控制结果。

（二）注意实践内容的多样性

实践内容多样性是指问题形式的多样性，解决问题途径的多样性，答案的多样性等。对于设计性、开放性实验及实训等，教师提出的实践题目可以多样化，在多样化的形势下，体现对学生不同层次的要求；对同一问题，学生可以采用不同的解决方法，可以得到不同的结果。

（三）鼓励学生标新立异

在实践中鼓励学生大胆设想，标新立异，培养开放性个性。对于学生不切合实际的或无法达到目的的方案，教师要循循善诱，加以引导、分析方案原理上的严密性和实际操作的可行性，帮助学生判断其是否具有科学性。

（四）改革考核模式

对于课程设计、工程实训、综合大实验等实践教学环节，可以采用小组考核模式。以小组为单位展示实践成果，小组成员自己评定每位成员的工作量，并进行相应讲解，指导老师再根据情况进行提问，然后结合表现进行打分，这样不仅有助于激发学生的学习动力，还能培养学生的团队意识和创新能力。

五、结束语

目前随着实践教学的改革的深化，我们在实践教学体系、实验室建设等方面取得了一定的成绩，学生的实际动手能力、科研能力和创新的能力等综合素质得到了明显提高。但是，围绕特色专业建设要求和创新人才培养目标，改革控制类课程实践教学内容，是教学工作的一个永久主题。实践教学需要不断探索、不断总结、不断提高，要真正地落实好实验教学的改革目标，还需要在师资队伍的建设、实践考核机制等方面继续努力。

［1］王颖，曾霞，范芳，等.“综合型-设计型-研究型”实验教学模式的探索［J］.实验科学与技术，2012，10（6）：44-46.

［2］刘文文，吴晔，洪占勇，等.测控专业控制类课程群建设与实践［J］.电气电子教学学报，2011，33（1）：13-14.

［3］关寿华，郑建洲，张萍.开放物理实验教学模式的探索与实践［J］.实验技术与管理，2011，28（7）：238-240.

［4］刘会衡，刘蔚，谢小云.独立学院电信类专业应用型人才的培养与实践教学研究［J］.江西理工大学学报，2011，32（4）：52-54.

［5］冯茜.综合性、设计性实验教学在控制类课程中的实践与探讨［J］.河北联合大学学报，2016，12（1）：92-95.

This paper analyzes the problems of traditional controlling practical teachingand proposes the measures on the reform of practical teaching contents and methods.The important issues in practice teaching mode reform are discussed for the purpose of training the practical ability and innovation ability of undergraduates.

practical teaching；innovation ability；teaching mode

2096-000X（2016）15-0144-02

G642

A