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主持致词

过程控制课程教学与实践方法的研究

发布: 2020-06-06 21:15:15   阅读: 次 【   

摘要:过程控制是自动化专业培养学生多元化能力的一门综合课程,采用先进的教学方法和实践手段可以使学生通过该课程的学习,提高自身的创新能力、实践能力和协作能力,使他们成为具有较强的社会适应能力和国际竞争能力的高素质创新人才。本文针对当前过程控制教学和实践体系中存在的问题,以体现适应社会发展的教育和培养理念为指导,从教学内容、教学手段和方法、实践环节等方面提出了过程控制课程教学与实践方法的具体方案和过程,并在教学中进行实际应用,结果表明研究的方法和手段具有良好的效果。

关键词:过程控制 教学改革 计算机仿真

中图分类号:G420 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2013)01(b)-0046-02

过程控制是自动化专业最为综合的一门课程,涉及控制理论、计算机技术、信息获取与处理技术和自动化仪器仪表等多领域的理论和方法[1]。作为扬州大学自动化专业骨干课程。我校对该课程十分重视,投入了较大部分资金购买实验设备和进行教学和实践体系改革。近年来,虽然不断将最新的理论和技术充实到教学内容中,但在教学体系、教学内容方面仍然存在好多问题。教学体系相对落后,不能与技术发展进行同步,教学内容中理论和实践不能很好地结合,学生从课堂获得的知识不能灵活运用实际过程中。如今,课程开设的学时少,但需要授课的内容却多,在该种情况下,就需要处理课上教学、课下实践与培养具有较好实践能力的人才的关系,从而在有限的时间内运用灵活的教学手断,理论联系实际,来培养学生。

1 教学与实践研究目标

以体现适应社会发展的教育和培养理念为指导,在教育普遍化的前提下,构建具有创新的课程教育体系,不断更新授课内容,讲授方法和手段,努力培养具有较强实践和创新能力的的高素质的创新人才。通过课程的学习和实践使得学生不仅掌握工业生产过程自动化控制系统中各种仪器和仪表的工作原理和应用场合,并使用学到的知识能进行从简单到复杂过程控制系统设计和调试,为未来在各种工业企业生产过程自动化设备的设计和研发工作打下坚实的理论和应用基础。培养学生解决过程工艺实际问题能力,教学内容上强调过程控制的实践,突出新技术,达到培养学生在过程工况中“独当一面”的技术水平。在培养学生使用学到的知识解决实际工业控制系统问题能力的中,必须使得教学内容和实践过程精密结合,不断充实新技术,将课堂教学和课外教学灵活结合在一起,使得学生的实际工作能力和创造力能够得到较大的提高,能够针对具体工程,学会查阅资料、进行工程绘图、设计控制系统技术、书写技术报告,最终达到能熟练运用学到专业知识和实践技能解决工程实际问题。

2 教学和实践的总体方案

将理论和知识传授与实践环节培训相结合引入到过程控制的教学理念中,科学合理的安排授课内容,加大实验教学和现场实践环节,通过实践教学来培养学生创新思维和能力。改革教学手段与方法,利用现代化的教学手段,加以生动的多媒体资源,将书本上的知识运用动画和视屏进行展示,使学生对书本上抽象的概念和物体形象不再乏味,而是非常感兴趣,很容易掌握书本上内容,并对其中涉及的原理、概念、结构等有了很深入的理解。

利用仿真软件进行课堂教学辅助,国外很多知名高校都建立了基于仿真软件的实验平台[2],通过设计、建模和编程,使学生很容易搭建一些典型过程控制系统,大大增强了学习兴趣,教师在授课时,将自己在科研和工程实践获得的经验和方法引入到课程教学中,学生获得知识不再停留在课本上,而是通过学到的知识可以和那些工程实践相结合,并通过多元化得教学实践模式不断激发学生开展自主学习和实践的主动式学习精神。

增加“设计型”实验,减少“验证型”实验。“验证型”实验使得学生对学到知识只是停留在感性阶段,而设计性实验可使学生灵活掌握过程控制系统的设计流程,并能应用相关理论知识解决“设计型”实验中出现的各种其他问题,大大提高了学生的动手和解决实际问题的能力。另外,通过工厂实际过程控制系统的现场教学和实践,使得学生从学校学习走向生产实践,进一步提高了学生理论学习与实践相结合能力。

3 教学内容的研究

作为自动化专业综合性最强的一门课程,过程控制课程中需要不断充实新技术、目前,各式各样的先进仪器仪表、控制算法和结构被引入到实际工业过程控制中,我们必须在授课时与时俱进,将反映最新进的技术和方法灌输到教学中,使学生的知识结构和水平能够适应自动化技术的应用现状与未来发展的趋势,所以我们在教学内容体系上进行较大更新,大大调整了课程的知识结构。

在研究教材内容的同时,将本领域最新技收集起来,通过整理和调整,将很多反映当前过程控制发展前沿的内容补充到授课内容中。对原先的教材内容进行了一定的调整,删除一些相对落后的知识和重复性内容,补充了最新的技术和信息,对设计和应用内容加大了课时量,对那些已经过时的知识不再介绍,对介绍性的知识也进行了弱化,重点强调了理论知识的应用环节,通过过程应用实例强化理论知识的灵活运用。另外,以科技讲座的方法向学生介绍国内外正在应用的最新技术成果和先进技术,比如,神经网络控制、模糊控制、自适应控制以及模型预测控制等[3]理论知识和应用技术,使学生对先进技术及在过程控制中所起作用的有了很深入的了解,充实了学生的知识层次和学习高度。

4 教学手段和方法的研究

为了适应各种需求,工业过程控制实际系统不断充实各种先进技术,目前以教材为主的传授式教学模式很难获得很好的教学效果,就需要在教学手段和方法上进行大规模改进,充分运用相对灵活的启发式和兴趣式教学,使学生对教学内容不感到枯燥,同时强化理论与实际相结合,提高学生对所学内容的直观意识并大大激发了学生的求知欲,拓展了学生的知识面。

由于多媒体教学手段在信息量大的情况下有着明显的优势,但不能完全依赖多媒体,完全使用会弱化理论教学部分,还应适当地结合板书这一传统授课形式。只要教师合理地应用多媒体,将多媒体手段与传统板书相结合,使两者相辅相成,就能取长补短,充分发挥各自的优势,使学生更充分、更好地理解和消化各个重点和难点问题,有效地保证课堂教学效果。在课堂授课过程中,教师要通过学生的表情、神态等及时观察学生的反馈信息,加强与学生的交流与沟通,尽可能保持学生的良好情绪,使整个课堂教学过程张弛有度、气氛和谐。同时,教师要注重激发学生的学习热情和学习兴趣,通过各式各样的实际问题来启发学生的思维并加强与学生的互动,让学生参与到教学中,发表各自的观念和想法,充分调动课堂的学习气氛。

教学中采用多媒体与软件仿真相结合的现代化教学方式,对学过的理论知识及时使用软件进行仿真,加强学生对课程内容的深入理解。利用MATLAB[4~5]、Proteus[6]等软件进行课堂教学辅助,通过编程、建模、仿真,激发学生的兴趣和学习主动性,在教学中把教师的工程实践经验、科研项目中的实际问题引入,使学生了解生产现场。为了强化理论与实际相结合,部分教学学时安排在实验室和工厂进行,针对实际装置进行现场讲解,并辅以工业生产过程视频、动画、仿真等方式进行模拟。

5 实践环节的研究

为适应社会对人才的需求,培养具有创新型、复合型的卓越工程师已成为大多数高校的主要目标,要实现这一目标,就必须在理论教学的前提下,强化实践环节,实践教学是提高学生创新能力的重要途径,可以充分培养学生动手能力并拓宽学生的知识面。

由于重视实践环节可提高学生的专业应用技能和创新能力,我们对实验及实践教学进行了较大的改革和调整。目前,我校过程控制实验室具有多套国内先进的CS4000型过程控制实验装置,我们制作了多套基于嵌入式技术的控制系统调节器模块实验设备用于创新人才培养,可用于过程控制全部实验和设计内容。通过努力,我们对实验内容进行了优化调整,按基础理论、工业应用和综合研究设计三个层次单独开设实验课,减少验证性实验,增加设计性实验,设计性实验项目占总实验项目67%。注重把前沿的科研成果转化为学生的实验内容,使学生提前接受严格的科研训练,培养创新能力。我们通过实验的结构性调整,实现了实验教学的多样化,特别是通过纵向课程间的衔接、横向课程间的联系来建设开发新实验,在课程教学中增加设计实验,并根据课程要求开设与课程有关的综合性选修实验。此外,通过教学与学生科研兴趣小组相结合,鼓励学生参加国内和课程相关控制仿真比赛,从而加强了学生对专业课内容的理解,提高了专业技能。另外,通过修订相应的教学计划,我们把过程控制课程设计、毕业实习和实验教学有机地相结合,使教学知识前后贯穿,启发了学生的创新思维、提高了学生的动手能力,真正做到了学以致用,扭转了学生所学知识与实际相脱节和动手能力差的被动局面,获得了自主学习和创新思维的广阔空间。

6 研究方法的应用效果

将研究的教学和实践方法在教学和实践中进行了应用,从取得的效果来看,使得学生不仅较好地掌握过程控制相关的基础理论和应用技术,并对国内外过程控制先进技术有了很深入的理解,大大增强了专业技能,提高了综合素质、动手能力和创新能力。建立了以教师主导教学、学生自主学习、研究与实践相结合优质的学习平台和载体,进一步培养了学生综合应用专业知识的能力,以及发现问题、分析问题和解决问题的能力,从而全面提高了过程控制课程教学质量与效果,增强了学生的工程意识、工程素质和工程实践能力,为培养自动化领域卓越工程师打下良好的基础。

参考文献

[1]张运波.《过程控制工程》课程教学体系优化的研究与实践[J].长春工程学院学报:社会科学版,2009,10(4):92-94.

[2]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.

[3]王树青.先进控制技术及应用[M].北京:化学工业出版,2001.

[4]郭志波,管旗,张天平.过程控制工程先进性教学改革[J].中国科教创新导刊,2008,11:46-47.

[5]付立华.Matlab在过程控制课程教学中的应用[J].河南工程学院学报:自然科学版,2010,22(11):73-76.

[6]钟珊,尹斌.基于Proteus的温度测控系统仿真研究[J].电子设计工程,2011(24):129-131,135.

 

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