“过程控制系统”课程教学及实验改革探讨

中国电力教育ＣＥＰＥ　—　硒　面　

ＤＯＩ编码：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－００７９．２０１０．１０．０５７　

“过程控制系统’’课程教学及实验改革探讨　

杨　佳　许　强　雷绍兰　郭　燕　

摘要：“过程控制系统”是自动化专业学生必修的一门专业课，学好该课程对提高自动化专业学生的专业实践能力具有很重要的作用。　

针对过程控制实际发展情况和社会对过程控制工程技术人员的需求，从教学内容及方法、实验环节等方面阐述了“过程控制系统”课程　

先进Ｉ生教学的具体措施和经验，实践表明这・改革取得了良好的教学效果。　关键词：过程控制系统；教学改革；双倍教学　

作者简介：杨佳（１９７３一），女，重庆人，重庆理工大学电子信息与自动化学院，讲师，工学博士，主要研究方向：计算机先进控制　

技术与检测技术教学与科研；许强（１９７６－－），男，湖南湘阴人，重庆工商大学计算机科学与信息工程学院，讲师，工学硕士，主要研究方向：　

自动化学科的教学与科研。（重庆４０００５０）　

“过程控制系统”是自动化专业一门专业性和实践性较强的　

专业主干课，通过这门课程的教学，使学生能运用自动控制原理，　

结合生产过程机理，利用自动化仪表及装置去从事生产过程的　

分析、设讯运行与开发研究工作。川我们需要在教学中加深学　

生对“过程控制系统”课程内容的理解，培养学生的实践能力，　

使学生在过程控制系统的设计和分析过程中将所学的理论知识　

融会贯通。基于此，我们对该课程进行了探索性的教学改革，　

从教学方法、实验环节及课程设计等方面提出多种先进性的教　

学方法和措施，并在实际教学中取得了良好的教学效果。　

为配合教学，笔者所在的重庆理工大学（以下简称“我校”）　

建成了过程控制专业实验室。以往的实验教学中，内容多以验　

证性实验项目为主，很难提高学生的创新能力及主动性。并且　

实验中学生常因概念模糊又很难动手做好，需要教师在一旁进　

行专门指导，这样就造成理论与实践在具体操作中难以紧密结　合。因此，有必要对该实验课程进行教学改革，以达到提高实　

验教学质量的目的。　

一　“过程控制系统”课程教学内容及方法的改革　

过程控制是一门不断发展的技术，随着计算机技术的发展，　

过程控制的仪器仪表、控制系统及控制策略日新月异，对学生　

的知识结构和水平提出了新的要求。为此，我们根据自动化技　

术的应用现状与未来发展的趋势，优化“过程控制系统”课程的　知识结构，在教学内容体系和教学方法及形式上进行了较大改　

革与更新。　

１．教学内容的改革　在教学内容的选择上，应抓住过程控制的自身特点，在研　

究教材的同时也积极研究本领域最新技术发展动态，广泛收　

集信息，跟踪技术前沿，研究、整理、提炼出必要的内容充　实到授课之中。在教学中不是局限于教材中的内容，而是对教　

材内容增删取合，及时更新教学内容，将最新的技术和信息　

融人教学中，并及时介绍给学生，同时对那些已经过时的知识　不做要求。例如在讲执行器时，既系统地介绍各行业都用到的　

电动执行器和气动执行器，也补充介绍目前流行的变频器技术　

及其应用。　在介绍过程控制理论时，删除一些相对落后的知识和重复　

性内容的介绍，重点要求理论在应用中的分析，同时注意补充　先进的控制理论。在教学内容中，以专门讲座的形式增加了国　

内外正在应用和开发的最新技术成果，如多变量解耦控制、自　

适应控制、模型预测控制等这些新的理论知识，使学生对这些　

理论能有所了解，进而能够进行简单的应用和维护。　

２．教学方法及形式的改革　

在教学方法上，注意运用启发式和兴趣教学，把课讲　得生动形象，激发了学生的主动性和兴趣。对课程的重点难　

点问题，进行课堂提问或课堂讨论。全部采用多媒体课件与　

ＭＡＴＬＡＢ仿真相结合的教学方式，对学过的理论知识及时使　

用ＭＡＴＬＡＢ进行仿真，　加强学生对课程内容的深入理解。为　

了强化理论与实际相结合，使学生对教学内容不感到枯燥，部　

分理论教学学时安排在实验室进行，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。　

另外，课程补充了大量工程应用例子，将典型生产设备引入课　

程中，介绍工艺特点、分析动态特性，根据过程的动态特性和　

工艺要求提出各种控制方案并进行比较，选择工程实施最优方　

案，避免学生盲目将控制理论套用到生产过程中。　

５．教学形式的改革　

在教学形式上，我们突破了以往的中文教学方式，改用双　

语教学。为了加强基础、培养素质、发展个性和突出创新的教　

学改革的成果，实施双语教学也是我们教改中的重要一环。　

双语教学改革是在专业外语教学的基础上，通过采用英文　

教材，使学生能过掌握国内外过程先进控制技术，增强学生专　

业英语阅读和翻译外文文献的能力。２００７年我校启动了“过程　控制系统”双语教学改革项目，并在２００８年采用双语教学方式　

进行课堂教学。同时结合本课程教学特点，参考多本原版英文　教材后，２００９年６月编订自己的英文学习教材。在授课过程中，　

大部分内容采用英文教材，部分内容选用中文教材，不仅是为了　

突出国内过程控制特点，而且可以照顾专业英语能力较差的学　

生，使其通过借助相关的中文教材，充分掌握过程控制技术的　

核心内容。另外，在整个教学过程中，严格要求采用英文的方式，　

囤　￣ＥＰＥ中国电力教育　而　两　丽＿　

这包括：授课、习题课、作业与考试。通过双语教学，学生有　

望成为知识面宽、能力强和素质高，同时也掌握自动化和控制　

工程的先进技术的高级专门人才ａ　

二、“过程控制系统”课程实验环节的改革　

为适应社会对人才的需求，培养创新型、复合型人才已成　

为大多数高校的主要目标，要实现这一目标，就必须在重视理　

论教学的前提下，强化实践环节。实验教学是培养学生动手能力、　

拓宽学生思路，提高学生创新能力的重要途径。以往实验课只　

是以辅助形式出现，在专业课授课期间穿插三到四次基本实验，　

内容大多安排成验证性实验，受实验场所和试验设备的影响，　

学生做完实验后，对实验的内容感觉比较模糊，知识原理内容　

仍然是停留在课本上，一些概念和结论仍然感觉比较抽象，缺　

少感性认识，不利于培养学生的学习热情和创新能力。如何帮　

助提高学生学习的兴趣和积极性，增强他们对知识的理解和掌　

握，培养学生综合应用所学知识解决实际问题的能力成为实验　

教学要解决的关键问题。　

过程控制实验室具有先进的实验设备（６套天煌教仪制造　

的ＴＨＫＧＫ－１型过程控制实验装置）能够开设“过程控制系统　

的全部实验。我们对实验内容进行了优化整合，采用验证性实　

验和综合性设计实验相结合的实验方法，注重把前沿的一些自　

动技术转化为学生的实验内容。并采取改革实验项目和开放实　

验教学两种方法对实验环节进行了一定的改革，取得了一定的　

效果。　

１．改革实验项目　将实验项目分为必做实验和选做实验。必做实验帮助学生　

掌握基本的理论知识，训练基本的实践能力。选做实验则可充　

分发挥学生自主性和创造性。根据实验的难度和对学生的要求，　

将实验项目分为以下３个层次。　

（１）演示及验证性实验项目。这些项目为必做实验内容，　

固定时间、固定班级。通过这类基本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的了解，掌握基　

本的过程控制理论，训练一定的实验技能。　

（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。此类项目使学生可以掌握工程项目的设计　

流程，充分应用相关理论知识解决实验中的设计问题及实验过　程中出现的各种其他问题。此项目也可设置成开放式教学模式，　通过改变实验任务指标，对系统实现方法提出不同的要求等，　

让具有自主创造性的学生有充分发挥的时间和空间。　

另一方面，由于实际的实验装置台数相对较少，为了让　

所有学生都能对课堂学习的知识具有更深的认识，所以利用　

ＭＡＴＬＡＢ设计了水位控制的仿真实验、简单负反馈控制系统、　

串级控制系统、比值控制系统、均匀控制系统、选择控制系统、　

分程控制系统、模糊控制系统等。　这些实验内容由简单到复杂，　逐步深入，这样一方面加深了学生对单个控制方案的理解，另　

一方面为如何实现一个复杂控制系统的设计提供了方法。　

（３）综合性实验项目。此类项目没有现成的模式，完全依　

赖于学生的自主和创造性。学生可以充分利用实验室的软硬件　

资源，实验过程中首先由学生制定实验任务，该任务要求有～　

定的综合性，能够系统、全面涉及到相关理论知识。然后调研　论证并确定设计方案，进入设计阶段。最后进行系统测试并形　

成技术文件。此类项目为选做内容，采用开放式教学模式，整　

个过程在教师的监督指导下独立完成，能够使有能力的学生得　

到充分发挥。对部分具有浓厚兴趣的学生开设一些难度较大的　

实验，并指导他们采用单片机设计控制器来控制实验对象和采　

用一些先进控制算法进行控制器的设计。　

２．开放式实验教学　传统的实验教学模式，按照固定的时间、统一的实验内容　

开展实验，学生没有选择性。这种教学方式对于培养学生严谨　

的科学态度和过硬的实验技能是非常必要的，但同时也压抑了　

学生的想象力和积极主动学习的意识，不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势在必行。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。　

三　“过程控制系统”教学改革效果　

通过“过程控制系统”课程的教学改革，学生较好地掌握　

了国内外过程控制先进技术，提高了专业技能。通过双语教学，　

学生不仅提高了学生的专业技能、强化了专业英语学习，同时也　

掌握了国内外过程控制的先进技术，培养了直接从国外前沿科　

学文献中获取所需专业知识的能力，提高了综合素质、动手能　力和创新能力。通过实验环节的改革，使得学生能够将所学的　

课堂知识应用到实践当中，提高了学生的动手能力和综合应用，　

并且加深了学生对所学理论知识的理解。通过主动参与开放性　

实验，确立了学生在教学活动中的主体地位，充分发挥了自身的　

主观能动性，锻炼了分析问题和解决问题的能力。另外，不少　

学生在后续的毕业设计环节所做的课题也和过程控制课程有很　

大关系。由于本课程的改革，使得学生有一定的基础，掌握了　

基本的设计流程，在一定程度上帮助他们更好地完成毕业设计。　

总体来讲，我们采用的教学改革使得学生对“过程控制系统”有　

了深人的理解，他们能够很好地掌握各部分的知识，并且通过　

实践能力的培养，对和课程的相关一些基础理论也有了全新的　

认识，达到了预期的教学效果。　

参考文献：　

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