顧 亞，高 玨，劉繼承

(常熟理工學(xué)院 電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院，江蘇 常熟 215500)

0 引言

“過(guò)程控制技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)”是過(guò)程控制技術(shù)課程課堂教學(xué)的延伸和發(fā)展[1-2]。通過(guò)本次實(shí)訓(xùn),鞏固和加深學(xué)生對(duì)“過(guò)程控制工程”“電氣與PLC控制”“單片機(jī)技術(shù)”“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”等課程理論知識(shí)的理解，增強(qiáng)了學(xué)生應(yīng)用單片機(jī)、PLC以及組態(tài)軟件解決實(shí)際問(wèn)題的能力，讓學(xué)生結(jié)合過(guò)程控制技術(shù)基礎(chǔ)理論和實(shí)踐應(yīng)用形成一個(gè)自動(dòng)化的專業(yè)知識(shí)體系，為今后走上工作崗位從事工程技術(shù)方面的工作或進(jìn)一步深造，打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。該課程的教學(xué)目標(biāo)與任務(wù)是鞏固和加深對(duì)課堂所學(xué)理論知識(shí)的理解，并做到理論聯(lián)系實(shí)際；培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)實(shí)際需要，設(shè)計(jì)程序和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試程序的能力；進(jìn)一步熟悉西門子的可編程序控制器、組態(tài)王軟件和單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)；培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的工作態(tài)度，以及利用所學(xué)知識(shí)分析解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的能力[3-4]。為了完成教學(xué)任務(wù)達(dá)到教學(xué)目的，促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)與實(shí)踐能力的提高，本文闡述了該課程的現(xiàn)狀及存在的主要問(wèn)題和改革的具體措施。其教學(xué)質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到學(xué)生對(duì)掌握各種檢測(cè)、控制儀表的工作原理，及組成控制系統(tǒng)的使用方法的能力，關(guān)系到后續(xù)課程的教學(xué)質(zhì)量。因此，對(duì)“過(guò)程控制技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)”課程進(jìn)行教學(xué)改革，有效地提高該課程的教學(xué)質(zhì)量，對(duì)提高專業(yè)教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生專業(yè)素質(zhì)有著重要的意義[5-8]。

綜合實(shí)訓(xùn)是工科院校應(yīng)用類實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中的一個(gè)重要組成部分，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力至關(guān)重要[9-10]?！斑^(guò)程控制技術(shù)”是高等院校自動(dòng)化專業(yè)開(kāi)設(shè)的一門重要的應(yīng)用型課程，綜合實(shí)訓(xùn)在教學(xué)過(guò)程中地位突出，其內(nèi)容是在掌握各種檢測(cè)儀表、變送儀表、顯示儀表、控制器的作用和工作原理的基礎(chǔ)上，進(jìn)行相關(guān)題目的綜合設(shè)計(jì)，目的是培養(yǎng)和提高學(xué)生獨(dú)立工作的能力、綜合運(yùn)用專業(yè)及基礎(chǔ)知識(shí)的創(chuàng)新能力、解決實(shí)際工程技術(shù)問(wèn)題的能力，為今后從事工程技術(shù)工作、科學(xué)研究以及進(jìn)一步開(kāi)拓新技術(shù)領(lǐng)域，打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 現(xiàn)狀及存在的主要問(wèn)題

1.1 “過(guò)程控制技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)”的現(xiàn)狀

目前，多數(shù)高校綜合實(shí)訓(xùn)仍采用由指導(dǎo)教師設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)，設(shè)計(jì)題目一般為：基于PLC和組態(tài)王的流量PID控制系統(tǒng)、基于PLC和組態(tài)王的流量程序控制系統(tǒng)、基于PLC和組態(tài)王的壓力PID控制系統(tǒng)、基于PLC和組態(tài)王的液位PID控制系統(tǒng)等。設(shè)計(jì)時(shí)間多數(shù)為兩周，安排在“過(guò)程控制技術(shù)”理論教學(xué)結(jié)束后進(jìn)行。教師講解實(shí)訓(xùn)任務(wù)、學(xué)生自主檢索資料，擬定初步方案，教師對(duì)實(shí)訓(xùn)中存在的問(wèn)題進(jìn)行答疑、講解和指導(dǎo)；學(xué)生完成實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，撰寫(xiě)實(shí)訓(xùn)報(bào)告，教師對(duì)學(xué)生實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目進(jìn)行審核、答辯。對(duì)培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用專業(yè)知識(shí)的能力起到了一定的效果，但也存在一定的問(wèn)題。

1.2 “過(guò)程控制技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)”存在的主要問(wèn)題

目前“過(guò)程控制技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)”有以下3方面的主要問(wèn)題：

1)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性差

由于多年來(lái)綜合實(shí)訓(xùn)的題目基本不變，各個(gè)高?！斑^(guò)程控制技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)”題目雷同度較高，因綜合實(shí)訓(xùn)管理問(wèn)題的欠缺，往往使一個(gè)學(xué)院相同專業(yè)不同班級(jí)學(xué)生之間相互借鑒，一個(gè)組先完成實(shí)訓(xùn)后，別的組借鑒后很快完成，然而僅僅是少部分學(xué)生掌握了實(shí)訓(xùn)的知識(shí)，大部分學(xué)生只是依葫蘆畫(huà)瓢，并沒(méi)有理解其中的含義。學(xué)生實(shí)際實(shí)訓(xùn)的積極性不高，綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的教學(xué)初衷無(wú)法達(dá)到，教學(xué)質(zhì)量難以保障。

2)工程實(shí)踐能力差

“過(guò)程控制技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)”嘗試將工程案例與理論教學(xué)相結(jié)合，使學(xué)生在理解抽象的理論知識(shí)基礎(chǔ)上，能夠“學(xué)以致用”。但學(xué)生實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)欠缺，對(duì)工程案例了解不夠深入。學(xué)生總習(xí)慣于照搬實(shí)例機(jī)械模仿，理論知識(shí)掌握不足，造成實(shí)訓(xùn)能力欠佳，不少學(xué)生忽略了實(shí)訓(xùn)資料的查找和對(duì)實(shí)訓(xùn)方案的論證。造成這種結(jié)果的原因主要在于學(xué)生對(duì)課程知識(shí)掌握不牢，對(duì)元器件不熟悉，對(duì)過(guò)程控制系統(tǒng)不理解；此外，由于綜合實(shí)訓(xùn)的時(shí)間安排在學(xué)期結(jié)束，學(xué)生已經(jīng)進(jìn)入考試周，各門考試陸續(xù)進(jìn)行，在綜合實(shí)訓(xùn)上難免精力投入不足，也難以達(dá)到對(duì)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)檢驗(yàn)的目的。

3)教師講授問(wèn)題

多數(shù)高?！斑^(guò)程控制技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)”的指導(dǎo)教師是該課程的理論授課教師，在綜合實(shí)訓(xùn)過(guò)程中依然采用傳統(tǒng)的理論教學(xué)模式，進(jìn)行重復(fù)機(jī)械地講解，并提供實(shí)訓(xùn)相應(yīng)的資料。以“講授法”為主的傳統(tǒng)理論教學(xué)方式已不能滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。社會(huì)的信息化變革使學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律發(fā)生巨大變化，以教師為中心的“講授法”已成為學(xué)生最不喜歡的學(xué)習(xí)方式之一。在學(xué)生積極性差，實(shí)訓(xùn)興趣不足的情況下，最終難免造成實(shí)訓(xùn)報(bào)告千篇一律，間接限制了學(xué)生的主觀能動(dòng)性的發(fā)揮，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。造成這種結(jié)果的主要原因在于實(shí)訓(xùn)題目與以往雷同度高，實(shí)訓(xùn)過(guò)程中學(xué)生的掌握度和教師實(shí)際的指導(dǎo)不匹配。

2 “過(guò)程控制技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)”教學(xué)改革

創(chuàng)新題目，創(chuàng)新指導(dǎo)是解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵，我們采取的促進(jìn)實(shí)踐的具體措施對(duì)提高教學(xué)效果有良好的效果。

2.1 激發(fā)學(xué)生的興趣、提高學(xué)習(xí)效率

以“過(guò)程控制技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)”課程為核心，對(duì)學(xué)生大學(xué)所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行整合，輔助其建立完整的知識(shí)體系。在傳統(tǒng)“學(xué)什么？”的教學(xué)目標(biāo)基礎(chǔ)上，解決學(xué)生“為什么學(xué)？”“怎樣學(xué)？”的困惑，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

1)建設(shè)興趣課堂

通過(guò)控制系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)的模擬等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的訓(xùn)練，能夠掌握測(cè)量與變送器、執(zhí)行器、智能控制儀表、以及計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)等先進(jìn)的自動(dòng)化裝置的原理與使用方法。通過(guò)采用解析法或?qū)嶒?yàn)法，選擇恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型，如微分方程(差分方程)、傳遞函數(shù)(脈沖傳遞函數(shù))、方框圖來(lái)建立和簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，從應(yīng)用的角度，理解過(guò)程控制問(wèn)題的本質(zhì)，并與實(shí)際工程應(yīng)用相結(jié)合，初步掌握分析和設(shè)計(jì)過(guò)程控制系統(tǒng)的方法。并以當(dāng)前過(guò)程控制領(lǐng)域最新的實(shí)踐應(yīng)用為牽引激發(fā)學(xué)生綜合實(shí)訓(xùn)的興趣。

2)開(kāi)設(shè)創(chuàng)新課題

綜合實(shí)訓(xùn)課題是學(xué)生進(jìn)行實(shí)訓(xùn)的基礎(chǔ)，根據(jù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)大綱所要求的內(nèi)容和難度，鼓勵(lì)以工業(yè)過(guò)程控制生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)際的控制需求進(jìn)行創(chuàng)新題目，允許學(xué)生自由選題，通過(guò)綜合實(shí)訓(xùn)，指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)踐技能完成教學(xué)案例，并將完成的案例綜合起來(lái)，形成復(fù)雜的工程案例。通過(guò)對(duì)案例進(jìn)行“分解-綜合”的過(guò)程，使學(xué)生對(duì)復(fù)雜工程項(xiàng)目的具體實(shí)施過(guò)程有所了解，能夠在掌握理論知識(shí)和實(shí)踐技能的同時(shí)，懂得如何在實(shí)際工程實(shí)施過(guò)程中有目的地自學(xué)新知識(shí)和新技能，在激發(fā)學(xué)生興趣的同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的探索能力。

2.2 改革傳統(tǒng)的教學(xué)模式

傳統(tǒng)的綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)過(guò)程由指導(dǎo)教師逐步講解，教師不僅限定了實(shí)訓(xùn)方案，還給學(xué)生提供了非常齊全的參考資料，造成學(xué)生機(jī)械模仿。且時(shí)間上安排在理論課程結(jié)束后期末考試前兩周，這樣不利于學(xué)生工程意識(shí)的培養(yǎng)和創(chuàng)新意識(shí)的發(fā)揮，針對(duì)上述情況我們采取如下改革措施：

(1)課堂教學(xué)與實(shí)際工程相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)，在多媒體教學(xué)中加入大量的設(shè)備實(shí)際照片，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。多參加科研工作，以科研帶動(dòng)教學(xué)。通過(guò)課程建設(shè)，推進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革。邀請(qǐng)專家學(xué)者為學(xué)生開(kāi)辦自動(dòng)化工程學(xué)術(shù)講座，拓展學(xué)生的知識(shí)面。

以企業(yè)需求為導(dǎo)向，以學(xué)生為中心，探索“過(guò)程控制技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)”課程的教學(xué)模式，有針對(duì)地培養(yǎng)學(xué)生能力，滿足企業(yè)用人需求。與企業(yè)合作，將企業(yè)用人需求轉(zhuǎn)變?yōu)榫唧w的工作能力要求。對(duì)企業(yè)的復(fù)雜工程案例進(jìn)行轉(zhuǎn)化，形成可以在學(xué)校開(kāi)展的工程綜合案例，以此為依托，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際工作能力。最后，通過(guò)綜合實(shí)訓(xùn)，使學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行整合和實(shí)踐，強(qiáng)化他們的專業(yè)能力，使其能夠進(jìn)行實(shí)際工程項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，滿足企業(yè)用人需求。

對(duì)課程的知識(shí)進(jìn)行融合，以工程案例為主線，對(duì)知識(shí)體系進(jìn)行整合，使學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)，加深對(duì)工程案例的了解。圖1所示為乳化物干燥控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。首先，學(xué)生要會(huì)分析系統(tǒng)的生產(chǎn)過(guò)程和工藝過(guò)程，了解生產(chǎn)過(guò)程中存在的問(wèn)題，如何解決這些問(wèn)題，會(huì)選擇控制變量，分析被控變量，畫(huà)出系統(tǒng)方框圖，給出控制方案的設(shè)計(jì)，對(duì)每一個(gè)控制方案進(jìn)行建模與仿真，篩選出最佳控制方案。最后選擇適合的儀表，這一系列過(guò)程需要整合各個(gè)章節(jié)的理論知識(shí)，綜合性較強(qiáng)。

圖1 乳化物干燥控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

通過(guò)實(shí)訓(xùn)讓學(xué)生結(jié)合基礎(chǔ)理論和實(shí)踐應(yīng)用形成一個(gè)自動(dòng)化的專業(yè)知識(shí)體系。使學(xué)生能夠根據(jù)連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)際工程需求，對(duì)多種技術(shù)方案進(jìn)行分析和比較，選擇出合理和可行的解決方案；根據(jù)過(guò)程控制系統(tǒng)的指標(biāo)要求，進(jìn)行硬件的選型和連接，軟件的設(shè)計(jì)和調(diào)試。根據(jù)生產(chǎn)工藝流程要求，能夠運(yùn)用相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和技術(shù)資料，進(jìn)行過(guò)程控制所涉及實(shí)際需求的分析；針對(duì)所設(shè)計(jì)的過(guò)程控制系統(tǒng)，能夠圍繞資源利用、安全防范和社會(huì)效益，進(jìn)行工程實(shí)踐對(duì)環(huán)境和社會(huì)影響的分析；對(duì)設(shè)計(jì)的過(guò)程控制系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試和數(shù)據(jù)記錄過(guò)程中，能夠以團(tuán)隊(duì)的形式展開(kāi)分工協(xié)作；按照工程項(xiàng)目的實(shí)際要求，準(zhǔn)確和安全的運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行演示，并能夠清晰對(duì)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和主要構(gòu)架進(jìn)行介紹。

(2)指導(dǎo)模式的改革，實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，指導(dǎo)教師僅列出參考書(shū)目，少提供參考資料，依據(jù)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)際，鼓勵(lì)學(xué)生去圖書(shū)館查資料，培養(yǎng)他們的工程意識(shí)和自學(xué)能力。對(duì)于綜合實(shí)訓(xùn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，指導(dǎo)老師僅給出指導(dǎo)性建議，鼓勵(lì)學(xué)生相互討論，促進(jìn)每個(gè)學(xué)生都能積極主動(dòng)地思考，激發(fā)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，在激發(fā)學(xué)生興趣的同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的探索能力。

(3)考核與評(píng)定，增加課程的評(píng)價(jià)的主體，體現(xiàn)“以學(xué)為中心”的理念：課程考評(píng)時(shí)，有些指標(biāo)點(diǎn)(如個(gè)人與團(tuán)隊(duì))，可以增加學(xué)生自評(píng)或互評(píng)、問(wèn)卷調(diào)查等環(huán)節(jié)，將課程評(píng)價(jià)的主體從“教師”轉(zhuǎn)變?yōu)椤敖處熀蛯W(xué)生”，既能評(píng)價(jià)學(xué)生，也能評(píng)價(jià)教師，充分體現(xiàn)“以學(xué)生為中心”“以學(xué)評(píng)教”的教學(xué)理念。

通過(guò)對(duì)課程評(píng)價(jià)的分析總結(jié)，進(jìn)一步提高畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的達(dá)成：根據(jù)課程考核成績(jī)的評(píng)價(jià)結(jié)果，結(jié)合課程評(píng)價(jià)的問(wèn)卷調(diào)查，教師及時(shí)對(duì)課程教學(xué)進(jìn)行總結(jié)，分析優(yōu)勢(shì)和短板，進(jìn)一步梳理課程目標(biāo)的教學(xué)方法和知識(shí)體系，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)課程目標(biāo)理解更加深入，進(jìn)一步提高課程學(xué)習(xí)成效。

加強(qiáng)平時(shí)考核，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)改進(jìn)：教學(xué)過(guò)程中增加與課程目標(biāo)密切相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容的平時(shí)考核，有利于及早發(fā)現(xiàn)學(xué)生中存在的共性問(wèn)題和個(gè)別問(wèn)題，通過(guò)后續(xù)課堂教學(xué)的改進(jìn)以及加強(qiáng)對(duì)個(gè)別學(xué)生的輔導(dǎo)，提高畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的達(dá)成度。

課程教學(xué)組織框架如圖2所示。課程建設(shè)中，圍繞“產(chǎn)業(yè)需求、新興技術(shù)、學(xué)生現(xiàn)狀”三大理念，綜合相關(guān)產(chǎn)業(yè)對(duì)人才的需求調(diào)研情況、新興技術(shù)在過(guò)程控制領(lǐng)域中的應(yīng)用情況以及學(xué)生實(shí)際的學(xué)習(xí)水平，制定適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)內(nèi)容并不斷根據(jù)反饋進(jìn)行修正。

圖2 課程教學(xué)組織框架

3 結(jié)語(yǔ)

“過(guò)程控制技術(shù)”是一門具有較強(qiáng)理論綜合性和實(shí)踐性、學(xué)科交叉及應(yīng)用廣泛的專業(yè)課程。深度發(fā)掘?qū)W生的自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新意識(shí)，對(duì)自動(dòng)化等專業(yè)過(guò)程控制課程研究性教學(xué)從課程目前的現(xiàn)狀、遇到的問(wèn)題以及教學(xué)改革等三個(gè)方面進(jìn)行了具體的實(shí)踐改革，取得了一定效果。通過(guò)實(shí)踐性教學(xué)，逐步培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)研究精神，引導(dǎo)學(xué)生逐漸積累專業(yè)知識(shí)，解決實(shí)際問(wèn)題，達(dá)到培養(yǎng)優(yōu)秀人才的目的。

通過(guò)“過(guò)程控制技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)”課程教學(xué)改革，可以看到教學(xué)效果明顯改善。學(xué)生在一系列的實(shí)訓(xùn)課程中，不斷變換思維方式，對(duì)同一課題有不同的解決方法。加深了對(duì)實(shí)踐知識(shí)的理解，拓寬了眼界，提高了動(dòng)手操作能力。在后期畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中也能夠得心應(yīng)手，為其就業(yè)打下了良好的基礎(chǔ)。