应用型本科自动调节课程改革的研究与实践

林青 裘浔隽 王金平

[摘 要]“热工过程自动调节”是热能与动力工程专业的一门重要专业课程。该课程原理性强，要求学生具有扎实的数学基础。同时，该课程与火力发电厂控制紧密相连，要求学生具有扎实的专业基础知识及较强的实践能力。为培养出综合素质高的高级应用型工程技术人才，需要进行课程优化和改革。在教学改革的大环境下，从课程内容设计、教学内容组织、教学方法、实践教学等方面对自动调节课程进行了教学改革，取得了良好的效果。

[关键词]自动调节;课程改革;教学

[基金项目]2019年南京工程学院课程建设项目“《热工自动调节》一流课程建设”（编号：YZKC2019021）

[作者简介]林 青（1968—），女，重庆万州人，硕士，南京工程学院副教授，主要从事热工自动化研究;裘浔隽（1977—），女，浙江余姚人，博士，南京工程学院副教授，主要从事复杂热工过程的建模、控制与优化研究;王金平（1977—），男，安徽马鞍山人，博士，南京工程学院副教授，主要从事能源系统工程研究。

[中图分类号] G420[文献标识码] A[文章编号] 1674-9324（2020）27-0226-02[收稿日期] 2019-12-03

热工过程自动调节是热能与动力工程等专业的一门专业主干课程。在应用型本科背景下，坚持符合国内外同类课程建设的教学思路，以使学生既打好扎实的自动调节理论基础，又熟悉自动调节理论在热工系统中的应用，具有一定的分析和设计能力，培养出综合素质高的高级应用型工程技术人才为目标，从课程内容设计、教学内容组织与安排、教学方法与手段、实践教学内容等方面进行了改革和实践工作。

一、理论课程内容设计

热工过程自动调节课程包括调节原理与调节系统两部分，为制定切合实际的改革与建设方案，课程组召开了教学研讨会，邀请来自生产第一线从事热工自动控制的多名专家，提出了热工自动调节课程对学生知识点的要求，包括理论和能力两个方面。课程组对此进行了详细的分析，梳理教学内容并优化整合，坚持应用型本科院校的办学定位，制定出合理的课程教学大纲。

1.课程知识模块顺序：①基础知识模块;②数学模型知识模块;③热工对象和调节器分析模块;④稳定性分析模块;⑤自动调节参数整定方法模块;⑥典型热工控制系统知识模块;⑦实验;⑧课程设计。

2.课程的重点：①调节系统动态过程性能的评价;②调节系统特性的数学描述方法;③调节系统参数的整定;④调节系统稳定性分析;⑤工程实际系统实例分析。

3.课程的难点：①系统建模方法;②调节系统频域分析机理;③PID调节器参数的整定。

二、教学内容组织与安排

1.自编教材。教师利用下厂工程实践和实习等机会进行大量的调研工作，搜集大量最新的自动调节资料，编写了《热工过程自动调节》一书，教材融入了目前采用的一些新控制策略。

2.配合使用国际优秀的英文原版教材。原来状况：火电厂普遍引进国外的自控系统，资料、图纸、计算机界面很多为英文，学生虽有专业英语课，但并不专门针对自动调节的内容。用人单位认为，应加强自控系统英文资料阅读能力。课程组考虑从优秀的英文原版教材中吸收一些好的思路和分析方法。

改革措施：根据学生英文水平的实际情况，不能完全使用原版教材，采取配合使用英文原版教材的方式。现用的是清华大学出版社出版的国际知名大学原版教材《线性控制系统工程》。该教材对每个专题都有3个左右实际工程背景的例子，将这些实例作为自动调节课程的补充材料。我们计划逐步增加补充材料的内容。

改革效果：虽然学生对英文有畏惧感，但具体实例能激發学生兴趣，在潜移默化中提高专业英文水平，并从中吸取好的思路。

3.读图能力的训练。原来状况：学过自动调节课程的学生，到工程现场仍然很难看懂自动调节系统图纸，原因是教材上的框图为精简后的典型框图，与现场工程图纸有一定距离。

改革措施：利用课程设计，进行读图能力训练，采用的是发电厂的主控制系统图纸。

改革效果：读现场图纸能力明显高于往届学生。

4.重视教书育人，加强素质教育。重视教书育人，加强素质教育，是课程组教师多年来坚持的一项重要工作。优良的学风和素质是保证教学质量的前提。教师们经常深入班级，了解学生的思想、学习和生活，教师和学生的关系非常融洽，学风良好，教学互动性好，促进了教学活动。

三、教学方法与手段

1.对不同的章节内容采取不同的教学手段。通过对教学内容加以剖析，我们提出针对不同章节内容采取不同的教学手段。调节原理部分紧紧抓住系统稳定性这根主线，从四种调节过程开始，由浅入深地随着教学内容不断深化、不断拓宽，使学生能系统、连贯地接受知识。自动调节的实施方案很多，如何传授好自动调节系统方面的知识，是我们讨论课堂教学内容改革的又一热点。我们的具体做法是：主要介绍原则性的基本方案，采用提出问题，解决问题，不断提出问题，不断解决问题的启发式和讨论式的教学方法来组织课堂教学，传授给学生自动调节系统的基本原则，让学生充分认识基本方案的设计思想，培养学生举一反三的能力，为了解、熟悉现场的调节系统打下良好基础。

2.透视历史，激发兴趣。抽象难懂、枯燥是本课程给很多学生留下的印象，为了解决这一问题，采用透视历史的方法，通过自动控制发展历史上的人物、事件，引入概念和定律[1]（P2），例如，通过学生熟知的18世纪的瓦特，引出他为控制蒸汽机速度而设计的离心调节器，这是自动调节领域的第一项重大成果，从而引出自动调节的概念;从要解决离心调节器稳定的问题，引出麦克斯韦提出要建立系统动态方程的概念……从历史到现实，从实例到理论，学生在惊叹前人智慧的同时，产生浓厚兴趣。同时，给学生印发相关材料。

3.校内外教学活动相结合。在学生下厂实习时也带着了解调节系统的原理、组成和结构等任务，以便进一步加强对控制理论的理解，同时也加强理论与实践的密切联系。

4.教学手段。教学中，融入使用软件MATLAB，应用其中交互式模型输入与模拟环境SIMULINK所提供的示波器演示，让学生观察过程，建立较好的物理概念，通过讲解—演示—再讲解过程，克服难点，并在实验课中让学生自己组态，进行仿真。采用课堂讲课与实验室讲课相结合的办法，利用实验室的数模混合仿真装置进行实验室讲课，提高教学的直观性。

四、实践教学

强化实践教学环节，将实践环节设计为以下三个模块：

1.控制原理的验证性实验（特性演示）。借助MATLAB软件，观察典型环节的动态特性以及环节中各参数对动态特性曲线的影响。

2.调节系统的工程性实验（参数整定）。借助课程组研发的自动调节软件或MATLAB软件，对单回路调节系统和串级调节系统的PID调节器参数进行整定。

3.工程实例的综合性实践（课程设计）。学生通过贯穿于课程教学全过程的三个实践性教学模块的学习，加深对控制理论课程重点和难点的理解，充分调动学生学习的主动性和自觉性。在循序渐进的分层次实践教学环节中，使学生从掌握单一知识到掌握综合知识，从单纯的理论知识到实际的工程知识，从被动地接受知识到主动地学习知识转变。实践教学的设计达到了课程教学的目的。

五、实施效果

采取一系列的教学改革措施，通过对学生问卷调查的形式及校内外教学督导组测评，一致认为，热工自动调节课程在教学体系、内容、方法、手段上不断地改进和完善，取得了优秀的教学效果。

参考文献

[1]丁轲轲.热工过程自动调节[M].北京：中国电力出版社，2011：2.