“自动检测与过程控制”课程教学改革探索

摘要：“自动检测与过程控制”是一门知识面广、实践性强的重要专业课，介绍了在独立学院从新教学观念入手，对教学体系和内容、教学方法、教学手段、实验教学、课外拓展等多方面所进行的教学改革探索和实践。

关键词：自动检测；过程控制；教学改革

作者简介：刘保军（1968-），男，河南辉县人，电子科技大学中山学院机电工程学院，工程师；黎萍（1981-），女，江西萍乡人，电子科技大学中山学院机电工程学院，讲师。（广东中山528402）

基金项目：本文系电子科技大学中山学院质量工程建设（教学团队）项目（ZLGC2009 JXTD06）、广东省高等教育本科教学改革立项项目（BKJGYB2008107）的研究成果。

中图分类号：G642.0     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）09-0069-02

当今社会发展对人才素质的要求日益提高，培养理论扎实、知识全面、应用能力强、综合素质高、富有创新能力的复合型和应用型人才已成为高等院校的主要培养目标。专业课作为连接专业基础理论和未来工作应用实践的重要桥梁，其教学质量对于毕业生未来的专业适应能力至关重要。

“自动检测和过程控制”是工科院校自动化、仪表等电类专业的重要专业课程，具有知识面广、理论要求较高、实践性强的特点，[1]其先修课程涉及电子技术、自动控制、计算机控制、可编程控制、电力电子技术等多门学科。为了能够在该课程教学中利用和发挥电子科技大学（以下简称“我校”）独立学院学生思维活跃、乐于实践的长处，按照卓越工程师的要求培养出具有创新性应用型人才，重塑教学观念，进行了一系列教学改革探索和实践。

一、建立新型教学观念，以能力培养为核心

在教学过程中，应当改变以往的“以教师为中心”的灌输式教学方法，而代之以“以教师为主导、以学生为主体”的新型教学观念。针对应用型人才要求和独立学院学生思维活跃的特点，教学始终坚持以增强学生的知识灵活运用能力为核心、培养创新思维和能力为灵魂、造就卓越工程师综合素质为目标，由此要求从教学体系和内容、教学方法、教学手段等多角度着手，对理论教学和实验教学等全方位加以改革。

二、理顺教学体系和内容，把握知识重点

“自动检测与过程控制”课程教学内容相当繁杂，包括三大部分：变送器、调节器和执行器等自动化仪表内容；过程对象特性，简单控制、复杂控制和先进控制系统；集散控制系统和现场总线控制系统等计算机控制系统。[2]

为了适应新世纪人才培养的需要，按照“宽口径、厚基础、强能力、高素质”的要求，针对本课程知识面广、难度大、综合性高、实践性强的特点，首先必须认真梳理教学体系，精心选择教学内容，在当前越来越少的专业课时中为学生准备更加精良的、更富有营养的课程食粮，注意搞好与相关课程的知识点划分与衔接，同时突出本课程的知识重点，掌握检测仪表和过程控制系统课程的灵魂。比如对于检测仪表部分，注意与传感器应用课程在知识点上的衔接；避免重复和缺漏，重点突出变送器的原理、电路组成和使用要点；增加新型智能传感器、智能显示仪表；着重讲解数字传感器和虚拟显示仪表，并介绍与目前正在兴起的物联网相关的无线传感/变送器。调节器部分着重于PID控制理论的讲解及无扰切换理念讲述，模拟调节器的电路分析则要求学生使用模拟电路知识在课余自行学习和分析并在下次课进行扼要讲解，而重点则放在讲解数字式调节器、智能调节器和智能可编程数字调节器等。精简过程控制部分各章节的理论推导过程，强调不同类型系统的应用场合和技术特点分析；重点加强集散控制、特别是现场总线技术和系统集成等新兴技术方面的内容。

三、改进教学方法，提高授课成效

采取有效的教学方法，非常有助于提高课堂收效。

重视第一堂课，力争引人入胜，使学生如临其境。由于多数学生对过程工业没有直接的感性认识，针对课程实践性强的特点，为了让同学第一次课就明白课程的实际应用场合，笔者通过科研联系单位、往届学生工作单位、网络等多种渠道，收集了大量的石化、电厂、化工、水处理、冶金等行业的图片和视频资料，精心编辑，学生们听课有如身临其境之感，极大地提高了同学们对课程知识的憧憬，提高了学习兴趣，为后续学习提供了良好的心理暗示。

平时授课过程中在注重讲授法的同时，巧妙灵活运用更加注重学生主动思维的启发法、讨论法、案例法、项目研究法、自学法等，[3]增加学生主动思考的时间，发挥其主观能动性，让学生做思维和知识的主人，将教师的教和学生的学有机结合，构建全新的课堂师生关系，提高教和学的综合成效。例如，过程控制系统讲解中引入具体的控制系统科研成果案例，如换热器热出温度串级控制系统、汽油发电机前馈-反馈控制系统等，既极大地丰富了学生对系统的感性认识，又深化了对技术特点的理解。

上述教学方法的使用增强了学生学习的主动性、积极性和灵活性，授课成效明显提高。

四、丰富教学手段，提升形象理解

建立立体化的多媒体教学系统，构建多样化的教学手段，是提高教学成效的重要措施。

建立立体化的多媒体教学系统，编辑了集文字、图片、视频、动画等于一体的课程PPT课件，不仅极大地丰富了课堂的知识量，又可以使学生的兴奋点始终保持在比较高的状态，非常有益于知识的理解和消化。比如与传统的孔板式流量原理完全靠图片、板书和口述讲解相比，通过增加Flas演示，可以很形象地将流束变化、压力分布及流量测量过程展现出来，加深了学生对相关内容的理解。使用视频、动画等可以有效节约课堂上的板书、口头讲述的时间，更容易为学生所理解和吸收，课堂的授课进度和效率明显提高，有利于将更多的时间放在课程的重点和难点的讲解，发掘专业知识的深度，拓宽教学内容的广度。[4]

利用校园网和Blackbloard教学平台制作了课程的教学网站，内容包括教学大纲、教学课件、典型仪表的图片及其功能和技术性能、企业视频、过程自动化网站链接等，同时设置了论坛、答疑空间和bbs平台，增强学生课余自我获取专业有效信息的能力。

引入MatLab/Simulink仿真系统运行。过程控制系统是控制理论在流程工业中应用的提炼，为了更形象地表现系统的动态特性，对各类系统引入Simulink仿真可完成系统模型辨识、建立系统结构方框图、稳定性分析、控制策略选择及闭环参数整定、响应曲线仿真、抗干扰能力分析等任务，仿真各种控制系统实例的不同情形，理论和实践相结合，加深对过程控制理论的理解，对于学生掌握过程系统的分析、设计与整定等技术十分有益，切实缩短了控制理论与实际应用的距离。

仪表中的变送器部分和电子线路技术等密切相关，教师采用实物进课堂和Proteus仿真两种手段来提升教学的形象理解，加强知识融合。各种变送器实物进课堂后，其外观、内部结构等清晰展现在学生面前，直观形象，比图片给学生的印象更为深刻有效；同时采用Proteus先绘制好电路原理图，使用其虚拟示波器等功能可以形象展示变送器的输入/输出特性曲线，学生既理解了变送器的特性，又实现了课程知识和电路仿真技术的融合，达到了事半功倍的收效。

五、加强实践实验教学，增强系统设计能力和创新能力

本课程实践性强，实验教学是其中一个非常重要的环节，应培养学生的综合素质。因而，应能突破传统实验的仅限于验证理论的情形，实验项目需要教师和实验指导人员精心设计，注重能力培养和训练，重新构建实验课体系。

1.精选实验项目，增加综合性设计性实验

根据实验教学内容要求，删减了以往内容单一、验证性强的大量实验项目，改设为综合设计性实验。将检测仪表及变送器的校验、检定实验等分散放入系统部分的实验课，不再单独设置，使学生明白仪表校检是保证系统运行的基础；仅保留过程对象特性的测定与分析这一验证性实验项目，但也提出了在不同的负荷调节阀开度下进行测试和比较的实验要求，加强对比分析能力；液位、流量、串级、先进控制实验等全部改进成为综合设计性试验。

2.发掘实验深度，加强实验对理论知识的理解

实验自身的深度程度对学生的认识深度和收效有明显的影响。加强实验的深度，可以提高学生对课堂理论知识的理解程度，达到拓展理论课空间的目的。

单容液位控制系统实验一改既往单独采用模拟调节器的方法，要求同时采用模拟调节器和先进的智能数字调节仪完成，达到既认识模拟仪表，又熟悉先进智能调节仪表的功能和操作方法，有利于同学们通过对比发现技术的进步和发展趋势；基于单片机的流量控制系统和基于PLC的双容水箱液位PID控制系统实验，则分别要求同学们设计相应的单片机控制程序和PLC控制程序。实验深度明显提高，而且相关课程群知识互相渗透、互相融合，有利于培养学生进行系统设计的基本能力。

3.开设创新实验，增强学生的创新能力

实验课以一个创新实验设计来验证实验课的教学效果，同时训练学生的观察能力和创新思维。在实验课程开始之初，就要求学生在实验时认真观察实验装置模块各部分的结构和功能，告知创新实验的要求：自行搭建一套复杂控制系统的实验系统，提出实验目的和任务，设计实验原理，制订实验内容和步骤，分析实验结果，总结实验系统设计和整个实验效果的经验和教训，允许实验失败。学生听闻自行设计创新实验，兴趣盎然，在平时实验时认真观察装置及功能，留意实验细节，最后设计了基于PLC的液位―流量前馈反馈控制系统、基于可编程调节器的锅炉水位前馈―串级控制系统等创新实验项目，很好地锻炼了实践创新能力。

六、拓展学习空间，开拓视野

安排学生到企业参观和实践，开拓学生的视野，对于学生将自动检测和过程控制的理论知识转化为实践是一个重要环节。为此，特别组织和带领学生到自来水处理厂、发电厂、石化等实习企业，现场观察企业现场的各种设备和控制技术等，与技术人员面对面地交流，企业积极配合安排学生并给技术人员做助手，对学生的实践和应用能力有极大的帮助作用。

同时积极鼓动学生参加传感器、仪器仪表和过程装备等各种展览会，拓展学生课外的知识，了解最新的各种仪表和设备，亲自去发掘和感受技术的发展与进步。

当今是信息网络时代。因此，合理布置题目，由学生充分利用各种网络资源进行学习，查找集散控制系统、现场总线技术以及日益兴起的物联网技术等，并以小论文形式上交作为课外学习的总结，计入总评成绩以提高学习的积极性，对于学生拓展视野和课外学习研究能力、提高搜集资料水平能力等也是非常有益的训练。

七、结束语

建立正确的教学观念，以学生能力培养为目标，通过对“自动检测与过程控制”课程的教学改革探索和实践，以现代的教学内容、先进的教育方法、丰富的教学手段来提升理论课堂的教和学的成效，改进实验教学的项目、增强综合设计性实验，拓展学生的课外学习研究能力，对增强学生的知识灵活运用能力、锻炼其系统设计能力、培养其创新思维和素质有极大的帮助，受到了广大学生的欢迎。实践证明，本课程的教学探索和改革取得了良好的收效。

参考文献：

[1]潘浩.测量仪表与自动化课程教学改革探索与实践[J].自动化与仪器仪表,2010,(6):142-144.

[2]黄学章.自动检测和过程控制课程教学改革与实践[J].湖南医科大学学报(社会科学版),2010,(1):117-118.

[3]薄翠梅,李俊,林锦国.过程控制工程课程教学改革与实践[J].化工高等教育,2006,(5):29-32.

[4]许大宇,黄稳山,何坚强.工业仪表及自动化课程教学模式的探索与实践[J].自动化与仪器仪表,2005,(3):64-66.