过程控制工程实验教学改革的探索与实践*

陈湘萍

贵州大学 贵州贵阳 550003

过程控制工程实验教学改革的探索与实践*

陈湘萍

贵州大学 贵州贵阳 550003

文章讨论了过程控制工程课程传统实验教学方式的利弊，为适应新世纪培养创新型人才的需求，对该课程的实验教学理念和改革思路进行了探讨。包括改革教材，把验证性实验改为设计性实验，激活学生创新思维；改变教学形式，提高学生的实验积极性等一系列方法。

教学改革；过程控制工程；验证性实验；设计性实验

过程控制工程是测控技术与仪器专业的核心专业必修课程。主要教学任务是使学生能基本掌握过程控制系统的结构、原理、特点、适用场合、系统设计及应用等方面的知识,培养学生利用自动控制理论知识来分析和设计过程控制系统的能力以及掌握过程控制系统的调试、投运和参数整定的方法,掌握PID调节器参数对系统性能的影响。为此,这门课的实验环节就显得尤为重要。在开展好理论教学的同时,对实验教学必须给予足够的重视。通过实验教学,使学生具有较强的分析问题和解决问题的能力,以适应现代社会的需要。而高校实验室和实验教学恰恰是理论与实践相结合、培养学生创新能力和实践能力的重要环节。在高等教育整个教学过程中实验教学是一个重要的组成部分,相对于理论教学,实验教学更具有直观性、启发性和综合性,在培养具有知识、能力、技能等综合素质的创新型人才方面有着理论教学不可替代的作用。本文针对过程控制工程这门课实验教学中存在的问题,进行了一些探索。

一、改进实验教学方法，发挥学生的主体作用

传统的实验是以教师为中心、为主体,教师在实验前给学生详细地讲解实验目的、原理、操作步骤和方法、注意事项等,学生只是被动地按照实验要求和操作程序进行着复制性的实验,以完成教学内容的验证或孤立的单元操作。单纯这样的实验教学使学生缺乏主观能动性,缺乏独立思考问题的能力,不利于综合素质的提高和自主创新能力的培养,而且这样的实验不能使整个课程内容融会贯通。我们根据创新教育和本专业实际情况的需要,对过程控制工程实验教学进行了改进。

1.改革教材，激活学生创新思维

按照素质教育的要求，从培养学生的创新能力、提高学生的综合素质出发，实验的类型不能仅仅停留在操作性、验证性实验的水平上，而要按学生能力形成的不同阶段，在实验教学中实行分层次教学。做到既要有基本实验的训练，也要有能独立思考、综合运用知识、创新等适应科研工作、体现知识、能力、素质培养的实验，即综合性、设计性实验。所谓设计性实验是指给定实验目的要求和实验条件，由学生自行设计实验方案并加以实现的实验。开设设计性实验的目的在于着重培养学生独立解决实际问题的能力、创新能力、组织管理能力和科研能力。

在具体做法上,我们把原教材部分验证性实验改为设计性实验,即先给定实验题目,提出实验要求,创设问题情境,学生自己通过思考、查阅资料、综合分析后,自己设计实验方案,老师审阅后提出修改意见,让学生进一步完善实验方案,利用实验室现有的实验条件和仪器,通过实验操作验证来完成教师给出的问题。这样学生能主动思考,也敢于提出问题,通过实验让学生自己认识和发现其实验设计的成功和不足。

以双容水箱液位PID控制系统实验为例，在原教材中，要求学生按照教师的示范连接线路，搭建一个双容对象的水位控制系统，根据教师给出的PID调节器参数的经验值，在下水箱上给定一个扰动，测出下水箱水位的阶跃响应曲线，学生只要按照教材上给定的实验步骤按顺序操作，就可以基本不动脑筋地顺利完成。现在要求学生自己设计搭建一个双容对象的水位控制系统，确定PID参数值，测出下水箱水位的阶跃响应曲线。学生必须根据所学的自动控制理论的知识画出实验线路图，通过查找资料确定PID参数的估计值，设计实验步骤，完成自动控制系统的投运，在实验过程中根据实验曲线分析PID参数是否合适，并做适当调整，以使阶跃响应曲线接近理想（其衰减比为4:1）。通过实验有利于提高和培养学生独立思考和解决问题的能力，同时学生在未毕业之前，就已经具备了独立实验、实验操作和分析解决问题的能力，到工作岗位后，就能很快进入工作状态。

另外，在课程编排上，由简单到复杂渐进排列，让学生在具备了较好的验证实验知识基础上，再进入设计性和综合性实验。

2.改变教学形式，提高学生的实验积极性

激发大学生实验的动机,培养和调动学生学习的积极性,可以对他们的学习产生不可估量的作用。传统的实验教学方式是以教师“讲授”为主,教师讲,学生听；教师示范,学生看,忽视了学生的主体性。学生不能体会到实验科学的真正内涵,只把实验当做一般的理论课程来学习。而实验教学的特点就是要求能够发挥学生的主体作用,使学生在实验中积极思考,发掘潜力,使自己的行为具有创造性,充分展现实验教学过程的互动性和学生的主动性。在双容水箱液位PID控制系统实验中,教师可以引导联系教材知识,启发式地提出一些相关问题：(1)如何整定PID调节器的参数？(2)如何完成自动控制系统的投运？(3)什么是无扰动切换？如何实现？(4)PID参数对控制系统的影响如何？(5)如何加入干扰信号？干扰信号加在上水箱或下水箱对系统影响是否一样等等。学生由盲目的顺从和依赖老师的指示转变为自己自由思考问题,由“被动”学习转变为“主动”探究,由“要我学”转变为“我要学”,不仅有效地激活和锻炼了创新思维，而且实验时又能发现问题,对实验现象记忆深刻,收获颇多。在自由的探究活动中,师生间也可以相互质疑、问辩,相互启发、补充,相互理解吸收，共同进步,教学相长,逐步变“教”向“学”全面开放,充分调动学生的实验积极性。

3.强调过程，淡化结果，培养学生实践动手能力

实验过程是从预习开始到完成实验报告的一个完整过程，实验教学对学生能力的培养是贯穿于整个实验过程当中的，每个环节都非常重要。长期以来实验教学过程中存在着重视实验结果轻视实验过程的倾向，学生对实验的重视程度不如对理论教学课，认为只要有一个比较好的实验结果就可以得到好成绩。实验课上经常可以看到这样的现象,实验之前一些学生已经把前面同学的数据抄录在手,实验过程中不认真观察实验现象,而忙于写其他科目的作业,个别学生还会采取投机取巧、移花接木的方式修改甚至编造实验数据以求得到所谓好数据。为改变这种重结果轻过程的现象，使实验过程真正成为培养学生能力的实践过程,我们改变考核方法，努力淡化实验结果,重视实验过程,逐步把实验操作纳入到实验考核当中并赋予较高的权重。同时对于实验报告的撰写，要求学生根据自行设计的实验方案,去搜集实验结果,整理数据，并针对实验指导书中提出的思考题进行分析,加以讨论得出结论。实验操作培养了学生的动手能力,实验现象的观察和思考可以培养学生分析解决问题的能力。

二、结束语

通过设计性实验的教学实践，从实际效果来看，把原教材中的验证性实验转变成设计性实验的尝试是可行的，可以在很大程度上改变以往学生在实验过程的被动状态，学生需要自己动脑，互相配合，激发了学生的学习积极性，学生通过实验设计方法的系统学习，培养了学生理论联系实际的能力、独立工作能力和创新能力，为其将来走上工作岗位提供了很好的实习和锻炼机会。设计性实验课程的成功实施，为今后其他课程开设设计性、综合性实验，起到了良好的示范作用，对培养新世纪测控技术与仪器高级专业人才探索了一条全新的实验教学思路。

[1]徐海花，吴茂东.高校实验教学改革初探[J].山东农业教育，2005,79(4)：40～43

[2]留岚兰.实验课程设置与创新型人才培养[J].实验技术与管理，2007,24(1)：123～125

Exploration and practice on process control engineering’ experimental teaching reform

Chen Xiangping
Guizhou university,Guiyang,550003,China

This essay focus on merits and dismerits of traditional experimental teaching method of process control enginerring. And meanwhile, the essay also investigates the course’s experimental teaching reform ideas with the object to adapt to the demand of cultivating creative talents in the new century, including reformation of textbooks, adoption of designability experiments, activation of students’ creative thinking and the change of teaching forms as well as the improvement of students’ enthusiasm on experiments.

teaching reform；process control engineering；replication experiment；designability experiment

2009-11-17

陈湘萍，高级工程师，硕士生导师。

*本文系1.贵州大学实践教学改革研究系列建设项目(测控技术专业实验教学内容体系改革）。2.贵州省教学质量与教学改革工程项目(测控技术与仪器专业课程体系改革实践与探索)。