以信息与控制为特色的过程控制专业核心课程群建设

刘丽华　王巧玲　王军茹

我校自动化专业以信息与控制为特色，涵盖计算机检测与控制，运动控制、过程控制，网络与智能控制等。信息与控制核心课程群涵盖课程较多，包括自动控制原理，现代控制理论，微机原理与接口技术、电力电子技术、检测技术与仪表、计算机控制系统、自动控制系统仿真、运动控制系统、过程控制等。目前各主干课程均经过不同程度的建设，具备了相对稳定的师资队伍，教学手段有了一定的改善，有些还取得了一定的教学成果奖。然而就课程群体系而言尚存在一些问题，如课程群中每门课程追求自身完整而缺乏配合，出现了内容重复现象；有些课程先修、后续的安排不够合理，各科实验孤立，教学过程中重视知识的传授，轻视技能的培养等，造成了学生学习质量不高，学生缺乏对控制系统构建的整体性概念。因此，控制系统课程群的建设就有了重要的显示意义和价值。

由于信息与控制课程群涵盖课程较多，对整个课程群的建设需要时日。本次仅工业过程控制这一分支进行课程群的建设。过程控制分支的专业核心课程包括检测技术与仪表，过程控制及计算机控制系统。它们有各自的理论体系，在教学内容上各有侧重，其中《检测技术与仪表》属于专业基础课程，《过程控制》和《计算机控制系统》属于专业必修课，检测技术与仪表为系统提供过程参数的信息检测，而计算机控制则顺应计算机逐渐代替模拟仪表进行控制的趋势，在过程控制系统的构成中起到重要的作用。这三门课程之间的内在联系比较紧密，具有很强地专业针对性。根据21世纪人才培养目标的要求，打破课程之间的壁垒，依据课程之间内在逻辑和结构的联系，整合优化课程资源，提出了构建“过程控制”核心课程群。

1 梳理先修、后续课程，协调各课程理论教学内容

本次课程群建设的内容之一是梳理理清不同课程在课程群系统中的逻辑关系，针对学生培养目标，规范教学内容，突出重点，避免内容的简单重复。

1.1 先修后续课程授课时间的调整

《检测技术与仪表》是《过程控制系统》和《计算机控制系统》的先修课程，目前由于考虑到各学期学分均衡的问题，这三门课程安排在了通一学期开设，从而造成了教学内容上不必要的重复。经过课程组教师商讨，可以检测技术与仪表先开几周，与之关联紧密的过程控制课程适当晚开设，这样解决了《检测技术及仪表》与《过程控制》中关于温度、压力等参数的检测教学内容上的简单重复。

1.2 理论教学内容的协调

知识的学习需要一定的重复，以做到融会贯通，但在授课过程中应本着螺旋式上升的原则避免不必要的简单重复。《检测技术与仪表》重点从测量数据处理、典型传感器的检测变换原理、测量电路等方面介绍，《过程控制》课程中删去不必要的重复，但对于相应的检测仪表在选择和安装过程中应注意的问题，检测仪表在构成安全火花防爆系统时的要求等在讲解的过程中会再度强调。这样学生在面对过程控制的实际问题时，能够正确合理地选用参数检测仪表构成系统。《计算机控制系统》和《过程控制》中都讲PID控制器，《过程控制》偏重模拟PID控制器的组成，讲PID参数的整定方法，通过介绍DDDZ-III型控制器的结构说明为何模拟仪表中PID参数的整定会相互影响，讲解在构成回路时控制器正反作用的选择，针对给定突变的问题提出数字PID算法的改进，以及避免积分饱和的解决手段；而计算机控制系统中则主要介绍各种数字PID算法的实现，学生通过这两门课程的学习可以从不同角度理解PID的控制器的使用，并通过仿真及实验进一步加深对PID控制的理解。这样的安排既避免了简单的不必要的重复，又符合知识学习过程中螺旋式上升的规律。

《过程控制》侧重讲解改善工业过程控制参数控制质量以及满足特殊工艺目的的控制方案，而《计算机控制系统》讲解以计算机作为控制装置时控制系统的构成，过程通道的实现，抗干扰问题的解决方案以及工业控制网络的结构与配置等，这样通过这两门课程的学习，学生可以建立起过程计算机控制系统的概念，为后续学习和研究打下一定的基础。

2 递进式实践教学体系构建

培养大学生的创新能力是全面推进素质教育和实施科教兴国战略的关键。为了培养学生的实践能力和创新精神，我校过程控制课程群的实践教学体系涉及到了专业技能，综合训练和工程创新三个层面上的内容。

2.1 验证性和设计性实验

为培养学生的专业技能加强实践能力，结合专业培养疾患，在实践教学中每门课程均开出了一定比例的验证性实验和设计性实验，其中设计性实验均占到40%以上。检测实验室可以各种传感器的实验，过程控制实验室有6套过程控制系统的实验设备，可开出温度、液位、流量等参量控制的基础实验和设计性实验，为通过组态软件可以更方便的实现控制效果的监测；计算机控制实验室配备40套实验箱，可以完成过程通道AD/DA轉换、数字滤波的实现，各种数字PID算法的实验等单元验证性实验，也可以风扇和小型温箱为对象构成计算机控制系统开发进行设计性实验。

2.2 课程群综合性实践

综合性实践是培养学生综合运用所学知识，提出问题、分析问题和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。在学习完《检测技术与仪表》，《过程控制》及《计算机控制系统》课程之后，学生可以在双容水箱，电加热锅炉为被控对象，使用MCGS监控组态软件设计液位、温度监控系统，在模型测试的基础上通过matlab仿真软件整定PID参数，然后通过研华板卡实现对液位或温度的单回路PID或串级PID控制方案，完成实时控制。在这些综合实验中，学生需要连接管路和信号回路来构成过程控制系统，实验涉及监控组态软件的使用，参数检测，过程特性的测试，数字PID算法的实现，过程通道的构成等等，通过这些综合性实验的训练，不仅提高了学生的动手能力，激发了学生的创新意识，而且学生可以体会到仿真与实验的差别，使学生更加深刻地理解过程控制的相关知识与技术。

2.3 开展工程创新实践教学活动

结合课程群的建设，开展多种多样的工程创新实践教学活动。学生可以自主选择开放性实验的内容，根据实验要求，选用合适的控制装置和对象搭建控制系统并完成相应参数的控制，比如空气温湿度的监控，两轮平衡车的控制等等。每年组织学生参加“西门子杯全国大学生工业自动化”，积极引导学生参与“大学生创新创业训练计划”并给予相应的指导。这些创新实践活动的开展，扩宽了学生们的学习渠道，使教学内容在实践中得以延伸和发展，提高了学生的文献查找能力，同时培养了学生撰写报告和申报书的能力，对学生创新实践能力的培养起到了积极的促进作用。

3 结语

过程控制课程群的建设是我校“以信息与控制为特色的核心课程群建设”中的先期工作。本次课程群的建设主要进行了三门课程间教学内容的整合，并建立了递进式实践教学体系。这些可以帮助学生形成完整的知识体系并培养学生的实践能力和工程创新能力。过程控制核心课程群的建设也为我校“以信息与控制为特色的核心课程群建设”提供了一些参考。

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[责任编辑：田吉捷]