“过程控制”课程建设与教学改革

张利辉+李静

摘要：过程控制是自动化专业一门重要的专业课。我们针对课程特点及我校本科教学的实际情况，在教材建设、多媒体课件开发、教学方法、教学实践等方面开展了一系列教学改革的探讨与实践，这有利于学生对课程的学习与掌握，培养学生综合应用专业知识的能力，以及分析问题、解决问题的能力。

关键词：过程控制；多媒体课件；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）05-0126-02

过程控制是以生产工艺过程为对象，控制理论为基础，常规仪表为工具，生产过程自动化为核心的一门综合性课程，是高校自动化、热能与动力工程及相关专业的一门专业主干课。通过本课程的学习，使学生了解过程控制技术的发展，掌握过程控制系统分析、设计和投运的基础理论知识和工程应用方法，为今后从事专业工作打下坚实基础。

一、教学内容优化及教材建设

1.教学内容优化。在教学及课程建设过程中，课程组紧密结合电力生产应用，理论联系实际。既突出电力特色，又强调基础知识、基本能力的培养，面向其他工业领域的需求，选择和优化教学内容。教学内容整体分成两大部分：过程控制的基础理论和控制理论在火电厂中的应用。过程控制的基础理论部分包括自动控制的基本概念、被控对象的数学模型、控制器的动态特性、单回路控制系统和复杂控制系统。

2.教材建设。教材建设是课程建设的基础。结合我校自动化专业本科毕业生的就业去向及历届毕业生的信息反馈，根据火电厂控制的发展状况，通过多年的教学实践，课程组教师在课程体系及教材内容等方面不断进行改进。2009年由课程组教师编写的《电厂热工过程自动控制》（第一版）公开出版，作为普通高等教育“十一五”国家级规划教材，本教材内容精炼、重点突出、系统连贯、信息量大。

二、多媒体课件的开发

过程控制课程具有知识点多、图表系统多的特点。近年来，我们在本门课程的教学当中大力开发多媒体课件，改变了“一支笔，一块黑板，效果低下”的教学模式，优化了教学内容。本课件在使用过程中取得了良好的教学效果，并获得了省教育技术成果一等奖。

1.教学设计。①学习目标。在课件中，各教学和学习单元都依照教学大纲给出明确、具体的学习目标。包括课程的总体学习目标，各章的学习目标、重点章中各节的学习目标，且区分基本要求和较高层次要求，以满足不同层次学生学习之用。②知识结构。对于相关知识结构的设计，采用了多种方式，吸引学习者的注意力，激活学习者原有的相关知识经验，或启发学习者主动思考，激发和维持学习者对课件或课程的学习动机和兴趣。例如：对于过热汽温控制的设计，进入章节后，先给出动画过热汽温汽水流程，引出过热汽温的控制任务，讲解对象动态特性，针对对象的特点选择典型控制方案，对于串级汽温控制方案，先提出问题，利用前面学习过单回路控制的相关知识，由过热汽温的单回路控制逐步引出串级控制，将相关知识有机的融合在一起，既复习强化了前续知识，又思考应用学习新的教学内容。③媒体选用。课件充分运用文本、图形、图像、动画、图表等媒体形式来表现课程内容，既有常规的文字描述与归纳，又可以通过动画演示直观讲解。还可以控制实例的演示进程，较好地激发了学生的学习兴趣，提高了学习效果。④学习者控制。学习者可以按照自己的需要灵活选择学习内容，方式多样，灵活方便。提供了适应性的学习指导和帮助。“内容控制”使学习者可以自由选择学习内容，以菜单目录形式；“路线控制”使学习者可以通过按钮实现页的转换，能自由控制学习时间；“显示控制”使学习者可以在页面中选择某些内容深入学习，学习完成后选择“返回”重新回到原来页面。⑤交流与协作。课件对重点内容提供了充分的交互交流机会，引发学习者对学习内容的积极投入、操纵和思考。课件链接了本精品课程网站，提供了具有交流功能的教学平台，包括留言板和电子邮箱等。⑥练习。课件提供了一些例题，以及不同层次的思考题和测试题，使得学习者能够及时复习和应用所学的知识技能，了解对相关内容的掌握程度。每章课后的思考题，包括只涉及本章内容的思考题和综合前面章节的综合题。

2.内容设计。①内容风格。课件在开发设计中，考虑了格式、风格、语言上内在的一致性，例如，文字上尽量简洁，以图形、图片、动画直观演示讲解；在屏幕及画面设计上，空间使用合理、充分，背景素雅简洁美观，文本、图形、图像等视觉元素构图信息表述明确。②导航链接。在每幅显示界面中均有明显的导航或互动标志，导航链接明显易辨，有明确的指示标签，学习者无需特殊帮助就可轻松地操作导航路径。对于知识界面中，进一步展开讲解，有进一步连接之处整个课件均已红色字标示，易于使用。

三、理论教学方法改革

1.注重启发式讲授。采用主讲教师讲授的启发式、课堂上师生互动式相结合的教学方法。为此，课程组积极开展教研、设计教学过程、充分准备问题，以引起学生的兴趣和积极思维，只有学生积极思维，才能达到互动目的，实现提高课堂教学效果。

2.注重知识系统性。本课程知识点多、内容杂，因此讲授中着力讲清课程体系结构，以一根线索有机串联全书主干内容，便于学生记忆和掌握，更有助于知识的综合运用。

3.引导学生研究性、探究性学习。教学不仅仅是“传道、授业、解惑”，更重要的是交给学生探索未知世界的金钥匙。在教学过程中我们积极注意引导学生进行研究性学习。例如，对于某个过程参数的控制，我们强调教材中给出的只是一种可行的、较为成熟的控制方案，而非唯一的方案，讲授中再给出几种变化方案，引导学生应用所学的前续知识分析其对错，提出和探究不同控制方案的可行性。

四、实践教学建设与改革

过程控制是一门实践性很强的课程，只有通过实践才能深刻理解和掌握。为此，学院与课程组大力推进实验室建设，设计、制作先进的过程控制实验装置，开放实验室；增加课程设计环节；还在本课程的考核方式上，采取“理论考试+实验成绩+实践操作+平时成绩”的办法，加大了实践环节的力度和考核，提高学生的实践动手能力和综合应用能力。endprint

1.课程实验。①结合教材内容，对原有实验内容和方法进行改进。力求实验内容在上课前以课题的形式给出实验目的、实验所要达到的各项指标以及实验要求和所能提供的硬件资源，不预先设定实验方法，不规定实验步骤，不限定实验时间，让学生结合教材内容自行设计合理的方法，在课程结束之前给出最终结果，变“教”学生为“指导”学生实验，以提高学生解决实际问题的能力。②实验教学管理上实行目标化的管理手段。在学生实验时，不限定学生实验的方法和步骤，重点考察方案和结果，考察各项指标的完成情况。实验指导采取辅导与检查相结合，任课教师与实验室教师相结合，及时发现问题，及时进行解决。③实验设备和教学实行开放式、网络化管理操作。将实验室设备资源状况、师资情况、人员及设备管理、实验教学计划等资料编制开发成动态实验设备和教学管理系统，使得学生和教师在网上可以了解到这些信息，以便了解设备在用情况，合理安排实验时间和计划。

2.课程设计。课程设计是本课程教学中的一个重要环节。设计结合电力参数控制，分析和设计相应控制方案。课程设计的实施步骤为：教师准备教学文件，编写设计任务书和选择参考系统图；组织学生在老师讲解涉及要求的基础上，结合所学知识和相关资料提交相应的控制方案和设计草图；教师进行阶段性点评和验收，并发放参考系统图；组织学生在初步设计的基础上结合参考系统和教师的指导完成系统的最终设计；学生提交设计图纸和设计报告，报告应为一完整的科技文档，应以所设计系统的思想和过程分析为主。

3.生产实习环节。实习作为教学的一个重要环节，理论联系实际的重要过程，实习内容与本课程内容紧密相关，包括专题报告、参观、仿真培训等环节。专题报告环节是由实践经验丰富的人员介绍有关的专业新技术及生产运行等方面的内容。参观环节是组织学生去电厂、化工厂等具有生产过程自动控制装置的企业参观，并请有关人员讲授企业安全生产的基本知识、热工系统设备的基本状况及生产组织情况及生产过程、系统的组成和各种设备的作用。仿真培训环节是组织学生在仿真机上熟悉并掌握单元机组检测、控制系统及机组启停运行的基本过程。

4.课外创新实践。将学有余力的学生组织起来，成立课外科技活动小组，直接参与实验室相关建设项目。此举的意义，不仅仅使大学生们获得了扎实的基础知识，提高了软硬件开发能力，更重要的是，提高了学生的协作精神和实干作风，增强了创造性，是一条切实可行的和可以具体操作实施的人才培养之路。例如，青年教师带领学生参加罗克韦尔过程控制夏令营，组织学生参加大学生火电机组集控运行操作技能竞赛，参加西门子杯全国大学生过程控制仿真挑战赛等。

五、结语

根据过程控制课程特点，结合我校本科毕业生的就业方向，我们在教材建设、多媒体课件开发、教学改革、教学实践等方面进行了有益的探索。在教材建设过程中，既要突出电力特色，又要强调基础知识、基本能力的培养，面向其他工业领域的需求，选择和优化教学内容。为提高教学内容的表现力和感染力，多媒体课件开发应在教学设计上多下功夫，精心设计教学目标、知识结构和媒体选用，为方便学习者使用多媒体课件，应设计有良好的交互性和检验学习效果的习题及自测题。探索有益的课堂教学方法，提高学生的主体地位，使学生能主动参与到教学中，提高课堂教学质量。重视实践环节，尝试开设更多丰富多彩的实践环节，提高学生学习的兴趣和动手能力。

参考文献：

[1]王建国，孙灵芳，张利辉.电厂热工过程自动控制[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2]罗健旭，顾幸生，刘漫丹，等.过程控制工程课程教学的创新与改革[J].化工高等教育，2012，（2）.endprint