过程控制教学改革探索

杜海顺　邹大勇河南大学计算机与信息工程学院　河南开封　475004

过程控制教学改革探索

杜海顺邹大勇
河南大学计算机与信息工程学院河南开封475004

过程控制是自动化专业学生必修的一门专业技术基础课，具有较强的理论性、应用性以及实践性。针对该课程的特点，从教学内容、教学方法与手段、实验教学等方面进行了教学改革探索。教学实践表明，改革后的教学模式能够调动学生学习积极性和主动性，取得较好教学效果。

过程控制；教学内容；教学方法与手段；实验教学；教学改革

过程控制课程是河南大学自动化专业学生必修的专业技术基础课。本课程以自动控制原理为基础，以电路分析、仪表与检测、信号与系统等课程内容为工具，全面讲述了过程控制的基本理论与分析方法，系统地介绍了被控过程的建模方法、检测与变送装置、执行器和控制器的作用、工作原理、使用方法，并此基础上详细介绍简单过程控制系统、复杂过程控制系统的设计方法及特点。[1]通过本课程的学习，学生能够将自动控制原理课程中学到的控制理论知识，与本课程讲述的过程控制系统设计方法结合，进行过程控制系统的分析、设计、调试、整定，为今后从事化工、钢铁、电力、冶金等工业企业生产过程控制系统的开发、设计工作奠定坚实的基础。

本课程既强调过程控制理论，又重视自动控制理论在工业生产中的应用，具有较强的理论性、应用性和实践性。[2]近年来，随着自动控制理论、智能计算技术等相关技术的发展，过程控制技术也有了很大的发展，应用越来越广泛。为此，笔者通过对已有教学成果的集成、整合和深化研究，结合我校教学改革的思路，重点从教学内容、教学方法与手段、实验教学等方面进行课程与实验教学改革探索，以提高课程教学质量，增强学生学习兴趣，提高学生分析和设计过程控制系统的能力，实现较好的教学效果。

1　课程教学内容改革

过程控制课程教学内容可分为三大部分：过程控制系统组成、简单过程控制系统、复杂过程控制系统。其中，过程控制系统组成主要包括被控对象、测量变送装置、执行器、控制器；简单过程控制系统主要包括单回路控制系统、串级控制系统；复杂控制系统主要包括前馈控制系统、比值控制系统、均匀控制系统、分程控制系统、选择控制系统等。

在教学内容组织上，结合我校自动化专业提出的“厚基础、宽口径、高素质、强能力”的要求，重点强化专业基础理论和工程应用实践教学，删除一些相对落后和重复的知识。例如，对于测量与变送装置部分，由于很多内容在先修课程检测技术课程已经讲过，过程控制课程主要讲解过程控制系统中常用测量变送装置的选型及其在工程应用中的注意事项；对于执行器部分，淡化调节阀机械结构的讲解，主要讲解调节阀结构特性、流量特性以及在过程控制系统中如何选择具有合适流量特性、合适气开、气关形式和合适口径的调节阀；对于控制器部分，淡化PID理论的讲解，重点讲解PID控制规律在过程控制系统中的使用方法及应用场合；对于复杂控制系统，重点介绍前馈控制系统、比值控制系统、选择控制系统，简要介绍均匀控制系统、分程控制系统。

此外，我院还以专门讲座的形式，介绍最新的模糊控制系统、神经网络控制系统、自适应控制系统、预测控制系统等先进智能过程控制系统的基础知识和应用案例，让学生了解最新的过程控制技术，拓宽了学生的视野。

2　教学方法与手段改革

2.1改革教学方法 加强创新能力培养

在教学方法上，我们彻底改变过去单一的知识传授型教学模式，从以课堂灌输式教学为主的模式转变到以“启发式、研讨式、交互式、实践式、自学式”等紧密结合的教学模式上。在注重学生素质教学的同时，加强创新能力的培养，注重学生个性发展要求，全面因材施教，使“知识、能力、素质”教学协调发展。[3]例如，在课堂中引入了大量的实际项目案例教学，引导学生思考所学知识在实际项目中的体现以及实际项目中的理论与技术难点的解决办法，激发了学生的学习兴趣，调动了学生的积极性。

另外，我们还采用“教、学、做”相结合的教学方法。在讲解过实际项目教学案例后，一般会布置具有研究性的课程设计作业，要求学生根据指定的被控对象、被控变量以及控制要求，自己动手设计控制方案，并用Matlab仿真软件实现自己的控制方案。同时，还要求学生根据仿真结果，总结自己设计的控制方案的优缺点，并指出实际应用中可能存在的问题。这一教学方法，能够引导学生综合利用所学知识、自主学习钻研，提高了学生的分析、解决问题能力，培养了学生的创新能力。

2.2改革教学手段 激发学生学习兴趣

过程控制课程是一门理论性、应用型、实践性都很强的综合性课程，不少学生认为这门课枯燥、难学，学习积极性不高。为使学生更好地理解抽象的理论和概念，我们重新制作了多媒体课件，充分发挥了多媒体信息量大、直观生动的特点。例如，在自制的多媒体课件中，对工艺流程图、方框图以及原理图，多采用动画的形式体现；还在多媒体课件中添加了一些过程控制系统的现场工作视频，使学生对过程控制系统有一个感性的认识。在教学中，我们采用多媒体和传统板书相结合的方式。对于需要大量图表讲解时，用多媒体体现出表现形式丰富、操作便捷、省时高效的优势[4]；对于需要公式推导时，我们采用板书的方式，使学生能够紧跟教师的思路，理解整个推导过程。这种多媒体和板书结合的授课方式，使两者相辅相成，充分发挥了各自的优势，使学生能够更充分地理解各个知识点，有效地保证了课堂教学效果。

为使学生更加直观地理解过程控制系统分析和设计的效果，我们把Matlab仿真引入到课堂教学中。通过使用Matlab仿真，可以完成被控对象建模、PID控制规律分析、过程控制系统分析、设计、整定等任务，加深学生对过程控制理论和过程控制系统的理解。

近年来，网络辅助教学和网络课程建设成为高校课程改革的一个热点。[5]网络教学平台可以将课堂教学延伸至互联网，使教学不再受时间和地点的局限。[6，7]另外，网络教学平台还可以实现资源共享，师生互动，丰富教学内容和手段。为此，我们在校园网为过程控制课程专门建设了课程网站。通过该网站学生可以下载、观看、浏览本课程的授课视频、电子课件、实际过程控制系统项目案例等教学材料，扩充了学生的学习素材。此外，网站还设立了交流学习版面，学生和教师可以在该版面相互交流、讨论或答疑等，大大丰富了学生和学生之间、学生和教师之间的沟通渠道。

3　实验教学改革

本课程是一门实践性很强的课程。因此，实验教学是本课程教学的一个重要组成部分。[8]实验教学的目标不仅是为了巩固理论知识，而且更重要的是培养学生的理论联系实际能力、动手能力、观察能力、思维能力和创新能力。[9，10]一直以来，我们非常重视过程控制课程的实验教学。2000年，我校就建立了过程控制实验室，购置了10台TKGK-1型过程控制实验装置。2012年，我校又将这10台实验装置全部更新为同公司生产的THKGK-1型产品。这些实验装置可以基本满足过程控制课程的实验需求。在实验教学中，我们将实验项目分为三类：验证性实验、设计性实验以及创新性实验。其中验证性实验是必做实验，是学生在THKGK-1实验装备上，根据实验指导书，进行实验；设计性实验项目是由教师给出设计任务，学生自行设计完成。此类项目能使学生熟练掌握过程控制系统的设计流程，充分应用相关理论知识解决实验中的相关问题。创新性实验是教师根据与企业的横向合作情况，给学生指定创新性实验题目。我们的比较成功的做法是以3～5名学生成立项目小组，在教师指定被控对象和被控变量的前提下，项目小组可自行选择控制结构、控制算法，要求必须完成指定项目的方案设计、系统构建、参数整定、仿真实验、结果分析以及答辩任务。

4　结束语

近年来，我们通过对过程控制课程在教学内容、教学方法与手段、实验教学方面的改革探索，使教学内容更加合理、教学方法更加科学、教学手段更加丰富、实践环节更加充实，提高了教学质量，取得了较好的教学效果。

[1] 黄学章.自动检测和过程控制课程教学改革与实践[J].湖南医科大学学报:社会科学版，2009，12(1):117-118.

[2] 沈亚斌，赵涛，陈桂.过程控制系统课程教学改革的探索与实践[J].安徽电子信息职业技术学院学报，2011(6):33-36.

[3] 李天华，候加林，施国英.过程控制系统教学改革的探讨[J].实验室科学，2012，15(4):43-45.

[4] 唐玉玲.过程控制课程教学改革及实践[J].科技信息，2011(19):10-11.

[5] 杨大勇，杨俊清.基于Matlab的过程控制工程教学改革与实践[J].化工高等教育，2011(5):80-82.

[6] 刘保军，黎萍.“自动检测与过程控制”课程教学改革探索[J].中国电力教育，2012(9):69-70.

[7] 王燕，王辉，张谦.过程控制课程教学改革探索[J].中国教育技术装备，2010(12):33-34.

[8] 刘珊，郑文峰.《过程控制系统》课程的教学改革[J].实验科学与技术，2013，11(1):70-72.

[9] 许其义，武玉强，张立华.“过程控制”课程的教学改革与探索[J].电气电子教学学报，2013，35(6):25-26.

[10] 吕广红，黄崇林.过程控制课程实验教学改革与实践[J].装备制造技术，2013(3):171-173.

Exploration of Teaching Reform on Process Control

Du Haishun， Zou Dayong
School of Computer and Information Engineering， Henan University， Kaifeng， 475004， China

Process control is a required professional basic course for the studentsmajored in automation， which has relatively strong characteristics in theory， application and practice. According to the characteristics of the course， this paper aims to study on the teaching reform of process control， including teaching content， teachingmethod andmeans， experiment teaching and so on. The practical teaching results shows that the reformed teachingmode can arouse the students’enthusiasm and initiative， and achieve better teaching effects.

process control； teaching content； teachingmethod andmeans； experiment teaching； teaching reform

2014-11-07

杜海顺，博士，副教授。邹大勇，硕士，讲师。基金项目：河南大学第十二批校级教学改革研究项目。