过程控制实践课程体系创新建设的研究

[摘要]针对现代生产过程的特点，结合我院的具体情况，提出了过程控制实验课程的创新改革及建设，贯彻理论联系实际的原则，把硬件和软件结合、控制原理和典型应用结合，以利学生掌握过程控制原理和应用技术的完整知识，重视课程体系和实践内容的革新，继承和增加了理论联系实际的案例等先进性特点。

[关键词]过程控制　教学改革　创新教育

1.引言。过程控制是一门面向被控对象，解决实际问题的学科。一方面，它要求学生必须掌握专门的自动控制理论；另一方面，还要求学生将所学到的理论与解决实际问题相结合。所以自动化专业的学生应当具有对控制系统进行分析、设计、仿真以及实验的综合能力。实践教学在高校的人才培养和学校改革发展中发挥着重要作用。实践教育是培养学生科学的世界观、人生观、价值观的重要渠道；是学生理解理论知识、形成主动学习精神、锻炼综合素质和能力的重要手段；是培养学生理论联系实际、了解国情、熟悉社会、提高思想政治素质和业务水平的重要形式；是创新人才培养的重要途径。同时，实践教育也是推动学校改革发展、提高办学水平的重要举措。一些学校，尤其是理工科院校，因为实践教育开展得好，其人才培养质量就有很好的保证。质量有了保证，发展的基础就更扎实了，后劲就更足了。

2.实践体系的合理构建。首先是要提高认识，必须把实践教育提高到关系人才培养质量以及学校长远发展，乃至创新型国家的建立和人才强国战略的实施的高度来认识和对待。其次，要进一步建立健全实践教育体系。要进一步加强课程的设置与优化，完善实验、实习、社会实践等一系列实践教学环节，突出学生实验分析能力、创新能力等的培养；进一步提高教师实践教育能力，建立高水平的教学队伍以及与之配套的激励机制；同时要不断开拓校外实习、实践基地。之后，要进一步完善实践教学模式，突出实践教育效果。如暑期社会实践活动，不是简单地把学生带进企业、带入社会，而是要加强相应的指导和教育，使学生得到更多的收获。的确，实践教育离不开企业的合作与支持，因为实践教育的日的还是要满足企业的人才需要，实践教育的效果还必须由企业来评价和检验。我们应当在这方面作一些探索和尝试。与许多企业，包括国内的主要冶金企业，建立了长期、稳定的合作关系，并把学生的实习、实践以及科技创新等作为合作办学的重要内容之一。如在企业建立的研究生工作站、本科实习基地、社会实践基地等实践平台：鼓励企业在学校设立大学生课外科技创新基金；鼓励企业的专家或高级管理人员来校讲学或开展学术交流等。

同时，围绕人才培养模式积极探索新的实践教育方式。如开展订单式人才培养模式，把专业学生的实践教学环节全部安排到合作的企业中，教学方式和手段更为灵活。还有与企业开展的联合培养毕业生的模式，毕业生的毕业设计直接安排在企业，不仅锻炼了毕业生的实际工作能力，而且缩短了毕业生毕业后到企业工作的适应期。总体来说，在这些方面还有许多可以拓展的空间，也需要企业、社会和政府的大力支持。

3.教学改革的思想。整合现有实验资源，以过程控制实验室、PLC实验室、检测实验室为主体，虚拟仪器实验室、嵌入式控制实验室为辅助，共同成立复杂过程控制综合实验室中心，构建了实验资源丰富、实验内容先进、体系结构合理，为理论教学提供有力支撑，解决学生创新能力不足的问题。理顺过程控制学科最新发展成果，吸收检测技术、智能仪表、计算机控制技术等学科之间的关系，建立起以过程控制课程为主干、以过程检测和控制仪表为支撑、融合计算机控制技术的完整的过程控制体系，同时，合理界定课程体系内个门课程的授课内容，明确主从课程之间的空间、时间衔接关系，落实了理论教学与实践环节的衔接关系，解决课程体系系统性不强的问题。

在近几年来，由于各中高校扩招，学生人数急剧膨胀带来的教学实验需求加大，许多高校实验教学下滑的情况下，我们合理利用场地和软硬件资源，以最小的投资产生最大的教学效益。我校的过程控制类实验教学不仅没有下滑，而且增加了许多综合性、设计性的实验，并得到了来访的国内外专家学者的好评。

4.实践教学改革思路。为提高学生的创新能力，拓展学生的实践能力，实验教学改革采取以下内容：

4.1　演示及验证性实验项目。这些实验内容为必做实验，通过这类基木的演示及验证性实验使学生能够对整个过程控制实验仪器装置有一定了解，掌握基本的过程控制理论，训练了一定的实验技能。

4.2　设计性实验项目。设计性实验项目由教师给出设计任务，学生自行设计完成，以使学生可以掌握工程项目的实际流程，充分应用相关理论知识解决工程实际所遇到的各类其他问题。

4.3　实验教学与科研成果相融合，形成综合性实验项目。在水箱液位系统，引入动态矩阵和模型预测控制策略，进行液位控制和多容水箱多变量解耦控制。倒立摆是现代控制理论与应用的最典型装置，我们实现了单级摆、二级摆和平行摆的计算机控制，同时，倒立摆的平衡控制，有一定的难度，多级倒立摆的实时控制具有一定的先进性。其中控制算法用到了最优二次型性能指标和闭环极点配置，以及神经网络模糊控制技术。在电烤箱温度控制系统的实验中，其设计思想体现了多年在工业过程控制领域中取得的成果，把模糊控制、预测控制等先进的过程控制算法引进到实验研究内容中，这对于促进专业实验的改革，将高水平的科研成果转化为高水平的教学实验是一种有益的尝试。

5.利用多媒体及网路进行实践教学。对于复杂的过程控制实验仪器设备和实验内容，学生一遍往往难以理解。为了保证学生顺利的完成实验，保证仪器设备不因误操作受损，教师需要一直跟随指导，给教师带来了很多不便：同时，学生也不能真正掌握实验内容。因此，我们对过程控制专业实验进行多媒体教学课件的制作，每一教学课件以多媒体形式向学生介绍实验目的、原理、内容。多媒体教学课件再上传到校网，学生利用网络可以提前做好充分的预习工作，在较好的理解实验内容的情况下，可以自由选择实验项目和实验时间，提高了灵活性，减少了教师的重复动，为开放性实验教学提供了便利的条件。

开放式实践教学，利于培养学生的创新意识和创新能力，为此，在原有的基础上，对一些设计性、综合性实验项目实行开放式教学是势在必行的。

5.1　完善实验室开放管理制度。完善的管理制度可以保证实验计划的顺利实施，为保证开放式实验的正常运转，我们针对过程控制专业实验室的特点，结合学院有关实验管理规定，制定了相关的开放管理制度，如“实验室开放计划管理”、“仪器设备管理”、“实验纪律”等。另外，为便于掌握实验室开放现状和建立实验室开放档案，分析和研究总结实验开放基本规律，制定了过程控制实验开放记录的各种表格：《过程控制开放实验申请表》、《实验室开放情况记录表》、《开放实验成效分析表》、《开放总结报告》等。每个学年都有过程控制专业实验室开放的记录表，按照记录表的要求逐项详细登记，由实验室管理人员检查登记情况，并在期末对开放基本情况进行总结。

5.2　公开实验项目、实验时间及要求。在学期开始的第一周，通过网络向学生公布本学期要开设的实验项目，包括演示验证性项目、设计性项目及综合性项目，每个实验的具体要求，开设的具体时间，每个实验的分组人数和实验分值。让学生提前了解，便于他们按要求去查阅资料。对开放式实验的管理办法、成绩评定办法、实验的运行方式等规定同时予以公布，这样学生对整个实验的基本情况有一个全面的认识，便于他们合理地安排自己的实验时问。

5.3　教师角色的转变。开放实验与传统实验的区别之一在于学生和教师角色的转变，学生由被动的接受者转向主动的知识探索者，教师则由知识的传授者转为学生学习的参与者和指导者，因而在教学过程中教师的职责由过去的辅导转为指导，主要侧重于从实验研究和解决问题的思路、方法等方面给予学生指导。在整个开放实验过程中，教师只是起着辅助的作用，学生有着最大的实验自由度，教学环节以学生为中心，让学生在实验中学会独立思考、分析问题，独立完成实验项目。

6.结论。实践教学是一种集学习、实践、探索和创新于一体的综合性教学方式，他的质量高低将直接影响着学生毕业走向基层工作岗位后综合能力的发挥和提高，然而，我院在实践教学过程中存在着较多问题和不足，需要建立一种更加科学、更加高效的实践教学模式。因此，本文提出了基于过程控制的综合实践教学改革的一些想法，结合过程控制最新进展和发展前沿，将科研成果和工程应用充实到教学内容中，使学生理论和实践获得更多知识，提高了实践教学质量。