顧 亞，高 玨，劉繼承

(常熟理工學(xué)院 電氣與自動化工程學(xué)院，江蘇 常熟 215500)

0 引言

“過程控制技術(shù)綜合實訓(xùn)”是過程控制技術(shù)課程課堂教學(xué)的延伸和發(fā)展[1-2]。通過本次實訓(xùn),鞏固和加深學(xué)生對“過程控制工程”“電氣與PLC控制”“單片機技術(shù)”“計算機控制技術(shù)”等課程理論知識的理解，增強了學(xué)生應(yīng)用單片機、PLC以及組態(tài)軟件解決實際問題的能力，讓學(xué)生結(jié)合過程控制技術(shù)基礎(chǔ)理論和實踐應(yīng)用形成一個自動化的專業(yè)知識體系，為今后走上工作崗位從事工程技術(shù)方面的工作或進一步深造，打下堅實的基礎(chǔ)。該課程的教學(xué)目標(biāo)與任務(wù)是鞏固和加深對課堂所學(xué)理論知識的理解，并做到理論聯(lián)系實際；培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)實際需要，設(shè)計程序和現(xiàn)場調(diào)試程序的能力；進一步熟悉西門子的可編程序控制器、組態(tài)王軟件和單片機開發(fā)系統(tǒng)；培養(yǎng)學(xué)生實事求是的工作態(tài)度，以及利用所學(xué)知識分析解決實際應(yīng)用問題的能力[3-4]。為了完成教學(xué)任務(wù)達到教學(xué)目的，促進學(xué)生綜合素質(zhì)與實踐能力的提高，本文闡述了該課程的現(xiàn)狀及存在的主要問題和改革的具體措施。其教學(xué)質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到學(xué)生對掌握各種檢測、控制儀表的工作原理，及組成控制系統(tǒng)的使用方法的能力，關(guān)系到后續(xù)課程的教學(xué)質(zhì)量。因此，對“過程控制技術(shù)綜合實訓(xùn)”課程進行教學(xué)改革，有效地提高該課程的教學(xué)質(zhì)量，對提高專業(yè)教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生專業(yè)素質(zhì)有著重要的意義[5-8]。

綜合實訓(xùn)是工科院校應(yīng)用類實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中的一個重要組成部分，對培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力至關(guān)重要[9-10]。“過程控制技術(shù)”是高等院校自動化專業(yè)開設(shè)的一門重要的應(yīng)用型課程，綜合實訓(xùn)在教學(xué)過程中地位突出，其內(nèi)容是在掌握各種檢測儀表、變送儀表、顯示儀表、控制器的作用和工作原理的基礎(chǔ)上，進行相關(guān)題目的綜合設(shè)計，目的是培養(yǎng)和提高學(xué)生獨立工作的能力、綜合運用專業(yè)及基礎(chǔ)知識的創(chuàng)新能力、解決實際工程技術(shù)問題的能力，為今后從事工程技術(shù)工作、科學(xué)研究以及進一步開拓新技術(shù)領(lǐng)域，打下堅實的基礎(chǔ)。

1 現(xiàn)狀及存在的主要問題

1.1 “過程控制技術(shù)綜合實訓(xùn)”的現(xiàn)狀

目前，多數(shù)高校綜合實訓(xùn)仍采用由指導(dǎo)教師設(shè)計指導(dǎo)書，設(shè)計題目一般為：基于PLC和組態(tài)王的流量PID控制系統(tǒng)、基于PLC和組態(tài)王的流量程序控制系統(tǒng)、基于PLC和組態(tài)王的壓力PID控制系統(tǒng)、基于PLC和組態(tài)王的液位PID控制系統(tǒng)等。設(shè)計時間多數(shù)為兩周，安排在“過程控制技術(shù)”理論教學(xué)結(jié)束后進行。教師講解實訓(xùn)任務(wù)、學(xué)生自主檢索資料，擬定初步方案，教師對實訓(xùn)中存在的問題進行答疑、講解和指導(dǎo)；學(xué)生完成實訓(xùn)項目，撰寫實訓(xùn)報告，教師對學(xué)生實訓(xùn)項目進行審核、答辯。對培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用專業(yè)知識的能力起到了一定的效果，但也存在一定的問題。

1.2 “過程控制技術(shù)綜合實訓(xùn)”存在的主要問題

目前“過程控制技術(shù)綜合實訓(xùn)”有以下3方面的主要問題：

1)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性差

由于多年來綜合實訓(xùn)的題目基本不變，各個高?！斑^程控制技術(shù)綜合實訓(xùn)”題目雷同度較高，因綜合實訓(xùn)管理問題的欠缺，往往使一個學(xué)院相同專業(yè)不同班級學(xué)生之間相互借鑒，一個組先完成實訓(xùn)后，別的組借鑒后很快完成，然而僅僅是少部分學(xué)生掌握了實訓(xùn)的知識，大部分學(xué)生只是依葫蘆畫瓢，并沒有理解其中的含義。學(xué)生實際實訓(xùn)的積極性不高，綜合應(yīng)用所學(xué)知識的教學(xué)初衷無法達到，教學(xué)質(zhì)量難以保障。

2)工程實踐能力差

“過程控制技術(shù)綜合實訓(xùn)”嘗試將工程案例與理論教學(xué)相結(jié)合，使學(xué)生在理解抽象的理論知識基礎(chǔ)上，能夠“學(xué)以致用”。但學(xué)生實踐經(jīng)驗欠缺，對工程案例了解不夠深入。學(xué)生總習(xí)慣于照搬實例機械模仿，理論知識掌握不足，造成實訓(xùn)能力欠佳，不少學(xué)生忽略了實訓(xùn)資料的查找和對實訓(xùn)方案的論證。造成這種結(jié)果的原因主要在于學(xué)生對課程知識掌握不牢，對元器件不熟悉，對過程控制系統(tǒng)不理解；此外，由于綜合實訓(xùn)的時間安排在學(xué)期結(jié)束，學(xué)生已經(jīng)進入考試周，各門考試陸續(xù)進行，在綜合實訓(xùn)上難免精力投入不足，也難以達到對知識進行系統(tǒng)檢驗的目的。

3)教師講授問題

多數(shù)高?！斑^程控制技術(shù)綜合實訓(xùn)”的指導(dǎo)教師是該課程的理論授課教師，在綜合實訓(xùn)過程中依然采用傳統(tǒng)的理論教學(xué)模式，進行重復(fù)機械地講解，并提供實訓(xùn)相應(yīng)的資料。以“講授法”為主的傳統(tǒng)理論教學(xué)方式已不能滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。社會的信息化變革使學(xué)生的認知規(guī)律發(fā)生巨大變化，以教師為中心的“講授法”已成為學(xué)生最不喜歡的學(xué)習(xí)方式之一。在學(xué)生積極性差，實訓(xùn)興趣不足的情況下，最終難免造成實訓(xùn)報告千篇一律，間接限制了學(xué)生的主觀能動性的發(fā)揮，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。造成這種結(jié)果的主要原因在于實訓(xùn)題目與以往雷同度高，實訓(xùn)過程中學(xué)生的掌握度和教師實際的指導(dǎo)不匹配。

2 “過程控制技術(shù)綜合實訓(xùn)”教學(xué)改革

創(chuàng)新題目，創(chuàng)新指導(dǎo)是解決上述問題的關(guān)鍵，我們采取的促進實踐的具體措施對提高教學(xué)效果有良好的效果。

2.1 激發(fā)學(xué)生的興趣、提高學(xué)習(xí)效率

以“過程控制技術(shù)綜合實訓(xùn)”課程為核心，對學(xué)生大學(xué)所學(xué)的知識點進行整合，輔助其建立完整的知識體系。在傳統(tǒng)“學(xué)什么？”的教學(xué)目標(biāo)基礎(chǔ)上，解決學(xué)生“為什么學(xué)？”“怎樣學(xué)？”的困惑，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

1)建設(shè)興趣課堂

通過控制系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)的模擬等實驗項目的訓(xùn)練，能夠掌握測量與變送器、執(zhí)行器、智能控制儀表、以及計算機集散控制系統(tǒng)等先進的自動化裝置的原理與使用方法。通過采用解析法或?qū)嶒灧ǎx擇恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型，如微分方程(差分方程)、傳遞函數(shù)(脈沖傳遞函數(shù))、方框圖來建立和簡化控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，從應(yīng)用的角度，理解過程控制問題的本質(zhì)，并與實際工程應(yīng)用相結(jié)合，初步掌握分析和設(shè)計過程控制系統(tǒng)的方法。并以當(dāng)前過程控制領(lǐng)域最新的實踐應(yīng)用為牽引激發(fā)學(xué)生綜合實訓(xùn)的興趣。

2)開設(shè)創(chuàng)新課題

綜合實訓(xùn)課題是學(xué)生進行實訓(xùn)的基礎(chǔ)，根據(jù)實訓(xùn)教學(xué)大綱所要求的內(nèi)容和難度，鼓勵以工業(yè)過程控制生產(chǎn)過程中實際的控制需求進行創(chuàng)新題目，允許學(xué)生自由選題，通過綜合實訓(xùn)，指導(dǎo)學(xué)生運用所學(xué)的理論知識和實踐技能完成教學(xué)案例，并將完成的案例綜合起來，形成復(fù)雜的工程案例。通過對案例進行“分解-綜合”的過程，使學(xué)生對復(fù)雜工程項目的具體實施過程有所了解，能夠在掌握理論知識和實踐技能的同時，懂得如何在實際工程實施過程中有目的地自學(xué)新知識和新技能，在激發(fā)學(xué)生興趣的同時培養(yǎng)學(xué)生的探索能力。

2.2 改革傳統(tǒng)的教學(xué)模式

傳統(tǒng)的綜合實訓(xùn)教學(xué)過程由指導(dǎo)教師逐步講解，教師不僅限定了實訓(xùn)方案，還給學(xué)生提供了非常齊全的參考資料，造成學(xué)生機械模仿。且時間上安排在理論課程結(jié)束后期末考試前兩周，這樣不利于學(xué)生工程意識的培養(yǎng)和創(chuàng)新意識的發(fā)揮，針對上述情況我們采取如下改革措施：

(1)課堂教學(xué)與實際工程相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識，在多媒體教學(xué)中加入大量的設(shè)備實際照片，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。多參加科研工作，以科研帶動教學(xué)。通過課程建設(shè)，推進教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革。邀請專家學(xué)者為學(xué)生開辦自動化工程學(xué)術(shù)講座，拓展學(xué)生的知識面。

以企業(yè)需求為導(dǎo)向，以學(xué)生為中心，探索“過程控制技術(shù)綜合實訓(xùn)”課程的教學(xué)模式，有針對地培養(yǎng)學(xué)生能力，滿足企業(yè)用人需求。與企業(yè)合作，將企業(yè)用人需求轉(zhuǎn)變?yōu)榫唧w的工作能力要求。對企業(yè)的復(fù)雜工程案例進行轉(zhuǎn)化，形成可以在學(xué)校開展的工程綜合案例，以此為依托，培養(yǎng)學(xué)生的實際工作能力。最后，通過綜合實訓(xùn)，使學(xué)生對所學(xué)知識進行整合和實踐，強化他們的專業(yè)能力，使其能夠進行實際工程項目開發(fā)，滿足企業(yè)用人需求。

對課程的知識進行融合，以工程案例為主線，對知識體系進行整合，使學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識的同時，加深對工程案例的了解。圖1所示為乳化物干燥控制系統(tǒng)的設(shè)計。首先，學(xué)生要會分析系統(tǒng)的生產(chǎn)過程和工藝過程，了解生產(chǎn)過程中存在的問題，如何解決這些問題，會選擇控制變量，分析被控變量，畫出系統(tǒng)方框圖，給出控制方案的設(shè)計，對每一個控制方案進行建模與仿真，篩選出最佳控制方案。最后選擇適合的儀表，這一系列過程需要整合各個章節(jié)的理論知識，綜合性較強。

圖1 乳化物干燥控制系統(tǒng)的設(shè)計

通過實訓(xùn)讓學(xué)生結(jié)合基礎(chǔ)理論和實踐應(yīng)用形成一個自動化的專業(yè)知識體系。使學(xué)生能夠根據(jù)連續(xù)生產(chǎn)過程的實際工程需求，對多種技術(shù)方案進行分析和比較，選擇出合理和可行的解決方案；根據(jù)過程控制系統(tǒng)的指標(biāo)要求，進行硬件的選型和連接，軟件的設(shè)計和調(diào)試。根據(jù)生產(chǎn)工藝流程要求，能夠運用相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和技術(shù)資料，進行過程控制所涉及實際需求的分析；針對所設(shè)計的過程控制系統(tǒng)，能夠圍繞資源利用、安全防范和社會效益，進行工程實踐對環(huán)境和社會影響的分析；對設(shè)計的過程控制系統(tǒng)進行聯(lián)合調(diào)試和數(shù)據(jù)記錄過程中，能夠以團隊的形式展開分工協(xié)作；按照工程項目的實際要求，準(zhǔn)確和安全的運行系統(tǒng)進行演示，并能夠清晰對該系統(tǒng)的設(shè)計思想和主要構(gòu)架進行介紹。

(2)指導(dǎo)模式的改革，實訓(xùn)過程中，指導(dǎo)教師僅列出參考書目，少提供參考資料，依據(jù)生產(chǎn)過程實際，鼓勵學(xué)生去圖書館查資料，培養(yǎng)他們的工程意識和自學(xué)能力。對于綜合實訓(xùn)過程中遇到的問題，指導(dǎo)老師僅給出指導(dǎo)性建議，鼓勵學(xué)生相互討論，促進每個學(xué)生都能積極主動地思考，激發(fā)了學(xué)生的主觀能動性，在激發(fā)學(xué)生興趣的同時培養(yǎng)學(xué)生的探索能力。

(3)考核與評定，增加課程的評價的主體，體現(xiàn)“以學(xué)為中心”的理念：課程考評時，有些指標(biāo)點(如個人與團隊)，可以增加學(xué)生自評或互評、問卷調(diào)查等環(huán)節(jié)，將課程評價的主體從“教師”轉(zhuǎn)變?yōu)椤敖處熀蛯W(xué)生”，既能評價學(xué)生，也能評價教師，充分體現(xiàn)“以學(xué)生為中心”“以學(xué)評教”的教學(xué)理念。

通過對課程評價的分析總結(jié)，進一步提高畢業(yè)要求指標(biāo)點的達成：根據(jù)課程考核成績的評價結(jié)果，結(jié)合課程評價的問卷調(diào)查，教師及時對課程教學(xué)進行總結(jié)，分析優(yōu)勢和短板，進一步梳理課程目標(biāo)的教學(xué)方法和知識體系，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中對課程目標(biāo)理解更加深入，進一步提高課程學(xué)習(xí)成效。

加強平時考核，發(fā)現(xiàn)問題及時改進：教學(xué)過程中增加與課程目標(biāo)密切相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容的平時考核，有利于及早發(fā)現(xiàn)學(xué)生中存在的共性問題和個別問題，通過后續(xù)課堂教學(xué)的改進以及加強對個別學(xué)生的輔導(dǎo)，提高畢業(yè)要求指標(biāo)點的達成度。

課程教學(xué)組織框架如圖2所示。課程建設(shè)中，圍繞“產(chǎn)業(yè)需求、新興技術(shù)、學(xué)生現(xiàn)狀”三大理念，綜合相關(guān)產(chǎn)業(yè)對人才的需求調(diào)研情況、新興技術(shù)在過程控制領(lǐng)域中的應(yīng)用情況以及學(xué)生實際的學(xué)習(xí)水平，制定適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)內(nèi)容并不斷根據(jù)反饋進行修正。

圖2 課程教學(xué)組織框架

3 結(jié)語

“過程控制技術(shù)”是一門具有較強理論綜合性和實踐性、學(xué)科交叉及應(yīng)用廣泛的專業(yè)課程。深度發(fā)掘?qū)W生的自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新意識，對自動化等專業(yè)過程控制課程研究性教學(xué)從課程目前的現(xiàn)狀、遇到的問題以及教學(xué)改革等三個方面進行了具體的實踐改革，取得了一定效果。通過實踐性教學(xué)，逐步培養(yǎng)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)的意識和創(chuàng)新意識，培養(yǎng)研究精神，引導(dǎo)學(xué)生逐漸積累專業(yè)知識，解決實際問題，達到培養(yǎng)優(yōu)秀人才的目的。

通過“過程控制技術(shù)綜合實訓(xùn)”課程教學(xué)改革，可以看到教學(xué)效果明顯改善。學(xué)生在一系列的實訓(xùn)課程中，不斷變換思維方式，對同一課題有不同的解決方法。加深了對實踐知識的理解，拓寬了眼界，提高了動手操作能力。在后期畢業(yè)設(shè)計過程中也能夠得心應(yīng)手，為其就業(yè)打下了良好的基礎(chǔ)。