过程控制及仪表教学改革探索

戴立红 王玉昆 徐少川 杨兆凯

辽宁科技大学电子与信息工程学院 辽宁鞍山 114051

过程控制及仪表教学改革探索

戴立红 王玉昆 徐少川 杨兆凯

辽宁科技大学电子与信息工程学院 辽宁鞍山 114051

过程控制及仪表是自动化专业和测控技术与仪器专业的一门重要的专业课。为了使其更好地适应新技术和新应用的发展，真正实现实践型与创新型人才培养的需求，从教学内容、教学理念、教学方法和教学手段等方面，对过程控制及仪表课程进行了教学改革探索。同时在本课程的教学实践中进行应用，从而提高了学生的学习兴趣，培养了学生的自学能力、思维能力和创新能力，提升了教学质量和教学效果。

过程控制及仪表；教学改革；教学方法；实践教学

培养人才是高等学校的根本任务，而专业课的理论与实践教学是人才培养的主要途径。过程控制及仪表是自动化、测控专业的一门重要的专业课，其工程实践背景和实用性强，对学生专业能力及素质的培养起着重要的作用。该课程是控制理论、工艺知识、计算机技术和仪器仪表等知识相结合的一门应用科学。［1］一方面，随着计算机技术、控制理论和技术、检测技术等相关技术的高速发展，过程控制技术也在不断发展，在电力、冶金、轻工等生产过程中的应用越来越广。因此，有必要随着新技术和新应用的发展对过程控制及仪表课程进行改革，以使学生更好地适应社会发展的需要，真正实现实践型与创新型人才培养的需求。另一方面，该课程的学习难度较大，学生学习主动性差，理论和实践不能很好地结合，不能学以致用。所以，本文从教学内容、教学理念、教学方法和教学手段等方面进行了改革探索，以更好地提高教学效果和教学质量。

1 优化教学内容

1.1 更换教材 合理选择教学内容

为了适应新科技和新应用的不断发展，在深入研究已有教材的基础上，同时考虑到充分调动学生学习的自主性，课题组成员编写了过程控制及仪表新教材。［2］在新教材编写过程中，将大量实际工程案例引入到教材当中，例如在安全火花防爆系统这节中加入了液位控制的本安防爆系统的实例。此外，结合自动化和测控专业大学生有很多在冶金行业就业的特点，着重将过程控制在冶金工程中的应用案例引入到教材当中，增添了第十一章过程控制在冶金工程中的应用案例。该教材现已成为“十二五”规划教材出版发行，并且作为新教材投入使用。

在教学过程中，不是局限于教材中的内容，而是广泛收集信息，跟踪过程控制技术、仪表技术、计算机网络技术和通信技术的最新发展，并且进行研究和整理，及时更新教学内容，将最新的技术和信息融入教学中。同时注重将实际工程案例引入到课堂教学当中，让学生更容易理解抽象的理论知识，并且培养了学生理论联系实际的能力。

此外，在教学内容方面，讲好绪论尤为重要。本门课绪论重点讲述过程控制与自动化仪表的基本概念及在工业生产过程控制领域中的应用，向学生展示教师参与的过程控制方面的实际工程应用案例，以及企业应用图片，以此来激发学生的学习兴趣。

1.2 融合相关课程 优化教学内容

过程控制及仪表课程与很多课程联系紧密。例如检测技术、自动控制原理、工程电器与PLC、计算机控制等相关课程。所以在讲解该课程过程中，要注意与相关课程的交叉和融合。使学生能更清楚本门课程在专业课程体系中的位置和作用。

过程控制及仪表课程与检测技术课程密切相关，要注重两门课程之间的衔接，避免课程内容重复。过程控制及仪表与检测技术两门课都涉及仪表，但又各有侧重。检测技术课程主要讲述各种检测仪表及传感器相关知识。而过程控制及仪表课程主要讲述各种控制仪表。虽然控制仪表中也包含了检测仪表，但更侧重于除传感器之外的控制装置，主要包括变送器、控制器、执行器等控制装置及仪表。讲述变送器时要将传感器技术融入进来，以更好地进行衔接。

过程控制及仪表课程与自动控制原理课程密不可分。要将自动控制原理相关知识融入过程控制及仪表课程当中。自动控制原理主要讲述基本的控制理论和控制方法。而过程控制及仪表更侧重于控制装置、仪表选型及工程应用。在讲述过程控制及仪表过程中，深入剖析一些重要的PID控制理论，将自动控制理论相关知识融会贯通到控制系统当中，更着重讲述在什么情况下选择合适的PID控制方法，即控制仪表的选型及其工程应用，注重培养学生工程设计的思想。

过程控制离不开计算机和网络通信技术，大多数过程控制系统都是通过PLC控制的。从事过程控制和PLC以及现场总线通讯密切相关。所以要注意过程控制及仪表课程和工程电器与PLC课程以及网络通信相关课程之间的衔接。例如采用西门子设备的过程控制系统，小型的系统常采用西门子的S7-200PLC，大型的系统常采用西门子的S7-300PLC和S7-400PLC。常常采用PROFIBUS现场总线通信技术。在授课过程中，介绍过程控制系统时要将现场总线技术和PLC技术融入进来。

此外，在授课过程中，除了要注重该课程和相关课程之间的衔接外，还要注重教学内容各个方面之间的联系，引导学生形成清晰的课程体系，做到融会贯通。避免学生只见树木不见森林，因不能真正学懂而失去学习兴趣。

1.3 仿真软件引入课堂教学

在介绍单回路控制系统、串级控制系统、前馈控制系统等各种具体的控制系统时，要将西门子的PLC软件STEP7融入教学过程。指导学生采用STEP7软件对系统进行计算机仿真。例如在介绍PID控制时，引入S7-200PLC软件中的PID控制模块以及PID指令向导，S7-300和S7-400PLC软件中PID控制模块——FB41模块，使用它可以进行PID控制。这样就将理论与实际应用很好地结合到了一起。

此外，将Matlab / Simulink仿真软件引入课堂教学，可加强学生对知识的理解，激发学生的学习兴趣。［3］例如采用Matlab中的Simulink仿真模块搭建一个单回路控制系统，输入为阶跃信号，输出用示波器显示，采用PID控制模块搭建控制器，通过调节PID参数，用输出示波器观测输出阶跃响应波形，通过参数整定方法对PID参数进行整定，从而获得良好的输出阶跃响应曲线波形，从而达到良好的控制效果，同时也调动了学生学习的自主性和积极性。

1.4 将专业英语引入课堂教学

将本门课程中涉及的专业英语词汇融入课堂教学中。主要包括重要词汇的专业英语，还有工程设计图纸和原理图中涉及的字母所对应的专业英语词汇。一方面让学生掌握了重要的专业英语词汇，同时也便于看懂和理解工程设计图纸和原理图，另一方面为学生顺利地阅读英文技术资料，以便将来更好地投入到工作岗位打下了坚实的基础。

2 教学理念、教学方法和教学手段改革

在教学方法方面，教学方法要科学化。和国外的教学相比较，国外授课的特点是密度大，强度小。国外的学生课堂上不是被动地接受知识，而是经常打断教师，课上接受的知识不多。而课后要花费大量的时间去查资料来自己进行研究，图书馆是他们经常去的场所。此外他们的个性强，比较有创新意识和创新思维。而国内的学生阅读量很少，只听不思考，他们是听大学，而不是上大学、读大学。而学习能力、思维能力、创新能力正是人才体系的三大能力。［4］这三大能力正是大学生所应具备和培养的能力。

通过上述对比研究分析在人才培养方面的欠缺，发现是满堂灌教学方法带来的弊端。这种教学方法缺少师生之间的教学互动，压制了学生学习的积极性和自主性，使学生的思维方式得不到应有的锻炼。所以，要改变过去单一的知识传授型的教学模式，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来。［5］为此，在教学理念、教学方法和教学手段方面进行改革，以全面提升学生的学习能力、思维能力、创新能力。

2.1 注重学生思想的培养 培养学生自主学习能力

在教学理念上，要树立哲学的理念，将哲学的观点应用于具体的教学实践中。哲学尤其是辩证法对于分析和解决问题尤其重要，可探索用于教学实践中。从哲学的观点看，教师是外因，学生是内因，外因只有通过内因才能起作用，也就是教师的“教”只有通过学生的“学”才能发挥作用。所以教师要了解自己的学生，通过加强对学生思想的培养，让学生意识到学习的重要性，培养学生的独立意识，引导学生主动学习。例如在过程控制系统发展一节中，讲授集散控制系统和现场总线控制系统时，鼓励学生查阅资料，研究这两种控制系统的区别，以扩展相关知识。

2.2 多媒体与板书相结合 培养学生思维能力

在教学方法方面，在授课过程中，得启发学生，要讲思路、讲方法、讲要素。讲授过程中要给学生留有思考的空间。同时注意与学生深层次互动。原来我所理解的互动比较的肤浅，原来以为所谓互动就是课上问学生问题，让学生来回答，而结果呢，学生却很少响应。究其根源，就是没有能真正吸引住学生，没有能和学生之间进行深层次互动，学生不能跟上讲课的思路。可见调动学生学习的积极性至关重要，这就需要和学生进行有效的沟通。除了做好课件吸引学生外，还要在课上适当的时候调节课堂气氛，吸引学生的注意力，以达到和学生进行有效沟通的目的。此外，教师不能只是自己讲而不顾学生，要注意观察学生的反应，对不听课的学生进行管理，同时也要不断地反思自己教学过程中的不足。将对教学过程进行小结，将小结写进教案，写教学过程中的体会，哪些是讲得好的地方，哪些是讲得不好的地方，如何改进，以便提升自己的教学能力。

在教学手段方面，深入剖析多媒体和板书各自的优缺点，将多媒体和板书相结合，充分发挥两者的优势，以有效提升教学效果。为了充分发挥多媒体的优势，不断修改和完善多媒体课件。对多媒体课件进行归纳和整理，减少烦琐的文字说明，以免造成学生的厌倦情绪。同时加入图片、动画、视频、音频，来吸引学生的注意力。例如在讲授变送器这章内容之前，先放映变送器的应用视频，以吸引学生的眼球。同时，充分发挥板书的优势，一方面可以给学生一定的记笔记的时间，另一方面可以给学生留有足够的思维空间，有助于培养学生逐渐形成独立思考问题的习惯。所以要把握好讲课的节奏，必要时借助于板书展现重要的内容。这样充分利用了多媒体课件和板书两者的优势，增加教学的灵活性。

2.3 鼓励学生的主动创造精神 培养学生的创新能力

用科学观引领教学，鼓励学生要有科学精神。不要迷信权威、圣人、书本，要有怀疑精神，培养学生的想象力，鼓励学生要具有主动创造精神。尤其现在的书本有些内容确实存在着一些问题。引导学生不要被动地接收书本上的知识，而是要经过自己的认真思考，有些需要经过自己的计算推理印证为正确的内容方可接受。例如在书中在基型控制器这节中，在阐述完PD电路的传递函数后，直接给出了其阶跃响应输出。要求学生自己课后通过传递函数推导出其阶跃响应输出，来验证结果的正确性。这样经过消化整理后的知识才能真正成为自己的东西，将来才能更好地应用这些理论来解决实际的问题，这样也培养了学生独立分析问题和解决问题的能力。

3 结束语

在广泛查阅国内外相关资料，并深入相关企业调研，了解用人单位的需求，并进行教学研讨和听课基础上，进行了综合分析和深入研究，对过程控制及仪表课程进行了教学改革探索。同时在本课程的教学实践中进行应用，学生上课主动回答问题，课后查阅相关资料自主学习，认真完成作业，学习的积极性很高，教学质量明显提升。

［1］杨光祥.“过程控制系统”综合教学改革探索与设计［J］.中国电力教育，2012（13）：67.

［2］张勇，王玉昆.过程控制系统及仪表［M］.北京：机械工业出版社，2013.

［3］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.

［4］赵国刚.“三大”教育理念与工程人才培养体系［J］.高等工程教育研究，2009（4）：48-51.

［5］李天华，侯加林，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.

Exploration of Teaching Reform on Process Control and Instrumentation

Dai Lihong， Wang Yukun， Xu Shaochuan， Yang Zhaokai
University of Science and Technology Liaoning， Anshan， 114051， China

Process control and instrumentation is an important course for students majoring in automation and measuring &control technology and instrumentations specialty. According to the development of new technology and new application and needs of practice and innovation talent cultivation， teaching reform on process control and instrumentation is explored， on the following aspects： teaching content，teaching idea， teaching method and teaching means in the paper. Meanwhile it is applied in teaching practice of the course. As a result，learning interests of students are raised， abilities of self-learning， thinking and innovation are cultivated， teaching quality and teaching effect are promoted.

process control and instrumentation； teaching reform； teaching method； practice teaching

2015-03-16

戴立红，硕士，讲师。王玉昆，硕士，讲师。