《矿物加工过程检测与控制》课程实验教学改革研究

王卫东 涂亚楠 张康辉 陈炜韬 刘思杰 杨晓明 牛辉耀

摘要：为了提高《矿物加工过程检测与控制》实验课程的教学质量，总结了该实验课程的现状及存在的问题，构建了《矿物加工过程检测与控制》的实验教学平台，编写了全新的实验指导教材，实现了与国家大学生创新计划项目的有机结合，促进了实验室的建设，也培养了学生的创新能力。

关键词：《矿物加工过程检测与控制》；实验教学；质量；矿物加工

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）13-0103-02

《矿物加工过程检测与控制》是矿物加工工程专业的主干课，学生通过本课程的学习能够了解和掌握矿物加工工程过程中电气控制技术、工艺参数检测技术和各种过程仪表的作用、工作原理、特点及适用场合等内容，并能进行简单和复杂控制系统的分析、设计、调试等工作，为今后从事相关工作打下了坚实的基础[1，2]。本课程强调工程观点、设计能力的训练，强调理论与实际的结合以及提高分析问题、解决问题的能力。但由于课时的限制、检测与控制技术的快速发展以及传统教学方式的影响，《矿物加工过程检测与控制》课程实验教学存在下面一些问题：（1）教学体系和内容相对落后，跟不上技术发展的步伐，甚至缺乏实验教学环节。（2）实验教学平台落后，与实际应用脱节，导致学生学习主动性不够，学习兴趣不高，实践能力较差，不能学以致用[3，4]。因此，如何在有限的实验学时内，实现实验教学内容与学科发展现状的有机统一，培养具有创新能力、设计能力的工程技术人才是必须解决的问题。为此，本文从实验指导教材与实验平台建设、实验教学方法和教学手段以及实验教学课程与大学生创新、本科生导师制的关系等方面对提高实验教学质量进行了改革探索，并取得了较好的效果。

一、实验教材与平台建设

1.实验教学平台建设。高校实验室是高等学校的一个重要組成部分，它的质量高低直接影响着教学质量与科研质量，实验室水平是反映一个学校教学水平和科学技术水平的重要标志。为了适应教学改革的形势，必须加强实验室建设，增强自身的竞争能力。借着我校矿物加工工程专业实验室建设的时机，对《矿物加工过程检测与控制》实验教学平台进行了优化升级。（1）设计开发了基本控制功能体验平台。针对矿物加工过程电力拖动基础教学过程中学生对常用低压电器、基本控制原理以及控制方式的不理解，对控制方式作用的效果不清楚，概念和实物不能匹配，等等实际问题设计开发了体验平台。该平台包含电器控制的基本低压电器，让学生能够直观的认识基本电器元件设备，不至于发生课程学完了基本的电器元器件都不知道的尴尬情况。另一方面该体验平台包含了点动控制、自锁控制、具有过载保护的自锁控制等基本的控制回路，学生通过该平台的控制回路的操作，能够更直观的看到这些控制方式的区别，明白不同控制方式的适用场合，深化对不同控制方式原理及电路图的理解，也提高了学生学习的积极性。（2）网络型PLC可编程控制器实验平台。目前PLC已成为矿物加工过程控制的核心控制器，该网络型PLC可编程控制器实验平台选用西门子PLC为控制器，采用组件多结构方式，更换实验模块便捷，如需扩展功能或开发新实验，只需添加实验挂箱即可；双口接线法使PLC主机与实验挂箱之间的连接既可采用自锁紧接插线单线逐点连接，以提高学生的动手、动脑能力，加深了解PLC的结构功能，又可通过排线一次性连接，以提高实验连接速度，与单一连接法相比具有绝对的优越性。实验对象形象逼真，接近工业现场的实际应用，通过本实验装置的训练，学生很快就能适应现场的工作。（3）过程控制综合实验装置。为了让学生能够更好地掌握矿物加工过程参数检测的方法及原理，建设了过程测量仪表实验平台，该平台由被控对象和控制系统组成，被控对象包含动力系统、水箱、储水箱、压力变送器、差压变送器、涡轮流量计、Pt100、K分度热电偶、阀门、管路等；控制系统包含网孔板、漏电保护器、开关电源、单相调压模块、K分度热电偶冷端补偿器、智能仪表、接线端子排等。通过该实验平台的使用和学习，学生能够掌握矿物加工过程仪表的测量及自动化仪表的安装、测量和使用。

2.实验教材的建设。实验教材既要与现有的硬件平台配套，也需要学科新成果提炼转化到实验教材中，使科研与教学紧密结合。在具体编写过程中，对于基础型实验，只精选一部分具有代表性和启发性的实验，讲解该学科的基本思想和基本方法；增加综合设计型实验，让学生从实验原理入手进行实验方案的设计，通过多种途径达到实验目的，使学生由过去被动、消极的依赖书本，变为主动、积极的独立思考，勇于探索。另外，为了突出个性能力的发挥，在保证完成大纲要求的基础上，教材和讲义编写引入实验项目可选项，允许学生从中选择。

二、实验教学改革

1.开放实验教学。由于实验学时的限制，课堂内只能做一部分设计性实验，但有兴趣的学生可以在业余时间来完成其他实验，甚至设计开发实验教材中没有的实验内容。整个环节都是以学生为中心，教师只是起到辅助作用，让学生在实验中对过程控制系统的设计有一个完整、系统的掌握。

2.改革考核形式。以往的考核只注重撰写的实验报告，这种形式不能客观地反映学生的实验效果。改革后的考核形式更注重实验教学的整个过程，成绩虽然仍由实验报告、实验过程及出勤纪律构成，但更注重实验过程。整个实验课结束，教师会给每位学生出一个实验题（既没有步骤也没有方法），课内完成，考察学生平时的积累，如果平时不学，这最后一关是通不过的，而且这一项占整个课程成绩的50%。采取这种办法，促进了学生对实践技能培养的重视，实验教学质量得到了明显的提高。

3.与大学生创新项目相结合。国家大学生创新性实验计划项目的目的是调动学生学习的主动性、积极性和创造性，激发学生的创新思维和创新意识，掌握思考问题、解决问题的方法，提高创新能力和实践能力。建成的《矿物加工过程检测与控制》综合实验平台仅仅用来完成每年一次的实验课教学，如果不加以利用是对资源的浪费。因此，结合我校大学生创新计划项目，制订了合理化利用实验教学资源的创新方案。首先根据现有实验平台和师资力量提出可以进行的项目，每个项目配有相应的指导教师，然后由学生根据自己的兴趣去选择；其次如果学生对于提出的实验创新项目都不感兴趣，也可以自己提出创新项目，实验室根据现有的实验条件评估项目能否实现，如果能够实现，配备相应的指导教师。实验室与国家大学生创新性实验计划项目的结合不仅可以充分发挥实验室的作用，培养学生的创新能力，也可以有效利用大学生创新计划项目的经费来完善实验室的建设，进一步提高实验室的实验平台，实现更高的目标，达到双赢的效果。

三、结语

《矿物加工过程检测与控制》是一门实践性很强的课，许多知识只有通过亲自实践才能真正掌握，实验课程是学生真正掌握知识的重要途径。对该实验课程的实践与探索发现，通过实验平台、实验指导教材、实验教学方法及考核体系等的建设，能够激发学生的兴趣和学习主动性，鼓励学生开展个性化、自主性的研究型学习。实验课程与大学生创新计划项目的有机结合，充分发挥了实验室的作用，培养了学生分析问题、解决问题和创新的能力，同时也能够进一步完善实验室的建设，促进实验室达到更高的水平。

参考文献：

[1]徐志强，王卫东.矿物加工过程的检测与控制[M].北京：冶金工业出版社，2012.

[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，2011，10（6）：33-36.

[3]杜海顺，邹大勇.过程控制教学改革探索[J].中国现代教育装备，2015，（217）：58-60.

[4]刘珊，郑文锋.《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.