“过程控制技术”综合实训改革与探索

顾 亚，高 珏，刘继承

(常熟理工学院 电气与自动化工程学院，江苏 常熟 215500)

0 引言

“过程控制技术综合实训”是过程控制技术课程课堂教学的延伸和发展[1-2]。通过本次实训,巩固和加深学生对“过程控制工程”“电气与PLC控制”“单片机技术”“计算机控制技术”等课程理论知识的理解，增强了学生应用单片机、PLC以及组态软件解决实际问题的能力，让学生结合过程控制技术基础理论和实践应用形成一个自动化的专业知识体系，为今后走上工作岗位从事工程技术方面的工作或进一步深造，打下坚实的基础。该课程的教学目标与任务是巩固和加深对课堂所学理论知识的理解，并做到理论联系实际；培养学生根据实际需要，设计程序和现场调试程序的能力；进一步熟悉西门子的可编程序控制器、组态王软件和单片机开发系统；培养学生实事求是的工作态度，以及利用所学知识分析解决实际应用问题的能力[3-4]。为了完成教学任务达到教学目的，促进学生综合素质与实践能力的提高，本文阐述了该课程的现状及存在的主要问题和改革的具体措施。其教学质量的好坏直接关系到学生对掌握各种检测、控制仪表的工作原理，及组成控制系统的使用方法的能力，关系到后续课程的教学质量。因此，对“过程控制技术综合实训”课程进行教学改革，有效地提高该课程的教学质量，对提高专业教学质量和学生专业素质有着重要的意义[5-8]。

综合实训是工科院校应用类实践教学环节中的一个重要组成部分，对培养学生综合应用能力和创新能力至关重要[9-10]。“过程控制技术”是高等院校自动化专业开设的一门重要的应用型课程，综合实训在教学过程中地位突出，其内容是在掌握各种检测仪表、变送仪表、显示仪表、控制器的作用和工作原理的基础上，进行相关题目的综合设计，目的是培养和提高学生独立工作的能力、综合运用专业及基础知识的创新能力、解决实际工程技术问题的能力，为今后从事工程技术工作、科学研究以及进一步开拓新技术领域，打下坚实的基础。

1 现状及存在的主要问题

1.1 “过程控制技术综合实训”的现状

目前，多数高校综合实训仍采用由指导教师设计指导书，设计题目一般为：基于PLC和组态王的流量PID控制系统、基于PLC和组态王的流量程序控制系统、基于PLC和组态王的压力PID控制系统、基于PLC和组态王的液位PID控制系统等。设计时间多数为两周，安排在“过程控制技术”理论教学结束后进行。教师讲解实训任务、学生自主检索资料，拟定初步方案，教师对实训中存在的问题进行答疑、讲解和指导；学生完成实训项目，撰写实训报告，教师对学生实训项目进行审核、答辩。对培养学生综合应用专业知识的能力起到了一定的效果，但也存在一定的问题。

1.2 “过程控制技术综合实训”存在的主要问题

目前“过程控制技术综合实训”有以下3方面的主要问题：

1)学生学习积极性差

由于多年来综合实训的题目基本不变，各个高校“过程控制技术综合实训”题目雷同度较高，因综合实训管理问题的欠缺，往往使一个学院相同专业不同班级学生之间相互借鉴，一个组先完成实训后，别的组借鉴后很快完成，然而仅仅是少部分学生掌握了实训的知识，大部分学生只是依葫芦画瓢，并没有理解其中的含义。学生实际实训的积极性不高，综合应用所学知识的教学初衷无法达到，教学质量难以保障。

2)工程实践能力差

“过程控制技术综合实训”尝试将工程案例与理论教学相结合，使学生在理解抽象的理论知识基础上，能够“学以致用”。但学生实践经验欠缺，对工程案例了解不够深入。学生总习惯于照搬实例机械模仿，理论知识掌握不足，造成实训能力欠佳，不少学生忽略了实训资料的查找和对实训方案的论证。造成这种结果的原因主要在于学生对课程知识掌握不牢，对元器件不熟悉，对过程控制系统不理解；此外，由于综合实训的时间安排在学期结束，学生已经进入考试周，各门考试陆续进行，在综合实训上难免精力投入不足，也难以达到对知识进行系统检验的目的。

3)教师讲授问题

多数高校“过程控制技术综合实训”的指导教师是该课程的理论授课教师，在综合实训过程中依然采用传统的理论教学模式，进行重复机械地讲解，并提供实训相应的资料。以“讲授法”为主的传统理论教学方式已不能满足学生的学习需求。社会的信息化变革使学生的认知规律发生巨大变化，以教师为中心的“讲授法”已成为学生最不喜欢的学习方式之一。在学生积极性差，实训兴趣不足的情况下，最终难免造成实训报告千篇一律，间接限制了学生的主观能动性的发挥，不利于学生创新能力的培养。造成这种结果的主要原因在于实训题目与以往雷同度高，实训过程中学生的掌握度和教师实际的指导不匹配。

2 “过程控制技术综合实训”教学改革

创新题目，创新指导是解决上述问题的关键，我们采取的促进实践的具体措施对提高教学效果有良好的效果。

2.1 激发学生的兴趣、提高学习效率

以“过程控制技术综合实训”课程为核心，对学生大学所学的知识点进行整合，辅助其建立完整的知识体系。在传统“学什么？”的教学目标基础上，解决学生“为什么学？”“怎样学？”的困惑，提高学生的学习效率。

1)建设兴趣课堂

通过控制系统典型环节的模拟等实验项目的训练，能够掌握测量与变送器、执行器、智能控制仪表、以及计算机集散控制系统等先进的自动化装置的原理与使用方法。通过采用解析法或实验法，选择恰当的数学模型，如微分方程(差分方程)、传递函数(脉冲传递函数)、方框图来建立和简化控制系统的数学模型，从应用的角度，理解过程控制问题的本质，并与实际工程应用相结合，初步掌握分析和设计过程控制系统的方法。并以当前过程控制领域最新的实践应用为牵引激发学生综合实训的兴趣。

2)开设创新课题

综合实训课题是学生进行实训的基础，根据实训教学大纲所要求的内容和难度，鼓励以工业过程控制生产过程中实际的控制需求进行创新题目，允许学生自由选题，通过综合实训，指导学生运用所学的理论知识和实践技能完成教学案例，并将完成的案例综合起来，形成复杂的工程案例。通过对案例进行“分解-综合”的过程，使学生对复杂工程项目的具体实施过程有所了解，能够在掌握理论知识和实践技能的同时，懂得如何在实际工程实施过程中有目的地自学新知识和新技能，在激发学生兴趣的同时培养学生的探索能力。

2.2 改革传统的教学模式

传统的综合实训教学过程由指导教师逐步讲解，教师不仅限定了实训方案，还给学生提供了非常齐全的参考资料，造成学生机械模仿。且时间上安排在理论课程结束后期末考试前两周，这样不利于学生工程意识的培养和创新意识的发挥，针对上述情况我们采取如下改革措施：

(1)课堂教学与实际工程相结合，培养学生的工程意识，在多媒体教学中加入大量的设备实际照片，提高学生的学习积极性。多参加科研工作，以科研带动教学。通过课程建设，推进教学内容和教学方法的改革。邀请专家学者为学生开办自动化工程学术讲座，拓展学生的知识面。

以企业需求为导向，以学生为中心，探索“过程控制技术综合实训”课程的教学模式，有针对地培养学生能力，满足企业用人需求。与企业合作，将企业用人需求转变为具体的工作能力要求。对企业的复杂工程案例进行转化，形成可以在学校开展的工程综合案例，以此为依托，培养学生的实际工作能力。最后，通过综合实训，使学生对所学知识进行整合和实践，强化他们的专业能力，使其能够进行实际工程项目开发，满足企业用人需求。

对课程的知识进行融合，以工程案例为主线，对知识体系进行整合，使学生在学习理论知识的同时，加深对工程案例的了解。图1所示为乳化物干燥控制系统的设计。首先，学生要会分析系统的生产过程和工艺过程，了解生产过程中存在的问题，如何解决这些问题，会选择控制变量，分析被控变量，画出系统方框图，给出控制方案的设计，对每一个控制方案进行建模与仿真，筛选出最佳控制方案。最后选择适合的仪表，这一系列过程需要整合各个章节的理论知识，综合性较强。

图1 乳化物干燥控制系统的设计

通过实训让学生结合基础理论和实践应用形成一个自动化的专业知识体系。使学生能够根据连续生产过程的实际工程需求，对多种技术方案进行分析和比较，选择出合理和可行的解决方案；根据过程控制系统的指标要求，进行硬件的选型和连接，软件的设计和调试。根据生产工艺流程要求，能够运用相关的标准规范和技术资料，进行过程控制所涉及实际需求的分析；针对所设计的过程控制系统，能够围绕资源利用、安全防范和社会效益，进行工程实践对环境和社会影响的分析；对设计的过程控制系统进行联合调试和数据记录过程中，能够以团队的形式展开分工协作；按照工程项目的实际要求，准确和安全的运行系统进行演示，并能够清晰对该系统的设计思想和主要构架进行介绍。

(2)指导模式的改革，实训过程中，指导教师仅列出参考书目，少提供参考资料，依据生产过程实际，鼓励学生去图书馆查资料，培养他们的工程意识和自学能力。对于综合实训过程中遇到的问题，指导老师仅给出指导性建议，鼓励学生相互讨论，促进每个学生都能积极主动地思考，激发了学生的主观能动性，在激发学生兴趣的同时培养学生的探索能力。

(3)考核与评定，增加课程的评价的主体，体现“以学为中心”的理念：课程考评时，有些指标点(如个人与团队)，可以增加学生自评或互评、问卷调查等环节，将课程评价的主体从“教师”转变为“教师和学生”，既能评价学生，也能评价教师，充分体现“以学生为中心”“以学评教”的教学理念。

通过对课程评价的分析总结，进一步提高毕业要求指标点的达成：根据课程考核成绩的评价结果，结合课程评价的问卷调查，教师及时对课程教学进行总结，分析优势和短板，进一步梳理课程目标的教学方法和知识体系，使学生在学习过程中对课程目标理解更加深入，进一步提高课程学习成效。

加强平时考核，发现问题及时改进：教学过程中增加与课程目标密切相关的教学内容的平时考核，有利于及早发现学生中存在的共性问题和个别问题，通过后续课堂教学的改进以及加强对个别学生的辅导，提高毕业要求指标点的达成度。

课程教学组织框架如图2所示。课程建设中，围绕“产业需求、新兴技术、学生现状”三大理念，综合相关产业对人才的需求调研情况、新兴技术在过程控制领域中的应用情况以及学生实际的学习水平，制定适当的教学内容并不断根据反馈进行修正。

图2 课程教学组织框架

3 结语

“过程控制技术”是一门具有较强理论综合性和实践性、学科交叉及应用广泛的专业课程。深度发掘学生的自主学习与创新意识，对自动化等专业过程控制课程研究性教学从课程目前的现状、遇到的问题以及教学改革等三个方面进行了具体的实践改革，取得了一定效果。通过实践性教学，逐步培养学生的主动学习的意识和创新意识，培养研究精神，引导学生逐渐积累专业知识，解决实际问题，达到培养优秀人才的目的。

通过“过程控制技术综合实训”课程教学改革，可以看到教学效果明显改善。学生在一系列的实训课程中，不断变换思维方式，对同一课题有不同的解决方法。加深了对实践知识的理解，拓宽了眼界，提高了动手操作能力。在后期毕业设计过程中也能够得心应手，为其就业打下了良好的基础。