《过程控制与集散控制系统》教学改革与探索

《过程控制与集散控制系统》教学改革与探索

王燕青王春平 张倩瑜

（浙江理工大学科技与艺术学院浙江绍兴312369）

【摘要】本文针对独立学院自动化专业过程控制与集散控制系统教学中存在的各种问题，结合笔者的教学实践，从教学内容、教学手段和教学方法、考核方式等方面提出了一系列切实可行的改革措施。

【关键词】MATLAB与系统仿真；教学探索；独立学院；自动化专业

1、教学改革的意义

随着“工业4.0”、“智能制造”时代的到来，控制系统的分析与设计成为工业自动化的重要组成部分，社会对掌握相关知识的人才需求缺口日益增加。工业自动化领域具有较高的技术壁垒，关键技术向来一直由欧美日等发达国家所占据，被称为“卡脖子”技术。过程控制系统是工业自动化控制系统的重要分支，以保证温度、压力、流量、液位、成分、浓度等生产过程的参量接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统，主要应用于石油、化工、电力、冶金等部门。过程控制技术的发展对于保持生产稳定、提高产品质量、节省能源、降低成本、提高劳动生产率都起着十分重要的作用。集散控制系统被称为工业大脑，是以微处理机为基础，以危险分散控制，操作和管理集中为特性，集先进的计算机技术、通讯技术、CRT技术和控制技术即4C技术于一体的新型控制系统。

多数工科高等院校与职业学院均设立了与过程控制、集散控制系统相关的课程，而自动化等专业更是将该课程定性为核心专业课程。教好这门课程，可以让学生有效掌握过程控制与集散控制的相关知识，为以后从事相关行业打好基础，为我国突破“卡脖子”技术，在智能制造时代抢占制高点做出应有的贡献。

2、教学中存在的问题

我院自动化专业成立起即设立了过程控制相关课程，多名教师具备课程教授经验，积累了丰富的教学经验，同时已经形成完备的教学结构。但在教学实践过程中发现，学生学习时偏重于理论学习，实践环节比较少，对过程控制与集散控制系统的应用比较模糊。

我院自动化专业最初同时开设《过程控制及仪表》、《过程控制系统》和《集散控制系统》共3门专业课，彼此有很多的知识点交叉，学生在学习的过程中会因为这些熟悉的知识点而降低学习兴趣，因此在后续的教学计划调整中，3门专业课合并为1门，即《过程控制与集散控制系统》。原本合计8学分（128学时）的课程降为3学分（48学时），避免了不同课程间的知识点重复，但也面临着教学课时不够的局面，这就对教学设计提出了更高的要求。

目前在教学过程中存在的问题如下：

（1）学生在课堂上兴趣不够，被动学习；

（2）教师在教学过程中无法涵盖所有的知识点；

（3）理论讲解与实际应用相脱离；

（4）动手实验的机会不多。

导致上述问题的主要原因分析：

（1）教学过程中，过于重视理论教学，与实际联系较少；

（2）教学方式单一传统；

（3）实验室配置了10台过程控制大型综合实验装置，由于采购时间久远，设备老化，再加上设备厂商主体变更，无法进行维修，导致绝大多数实验装置无法进行实验；

（4）集散控制系统的技术门槛较高，需要学生投入足够的时间和精力才能真正理解、掌握。

3、教学改革

本项目从以下方面对教学内容进行改革：

(1) 加强案例教学内容，采用图文教学相结合的模式，通过不同的生产过程来讲解过程控制的各个环节，增强学生对于过程控制系统的形象认知，激发学生的学习兴趣。

(2) 增加翻转课堂环节，让学生自己去查找资料，学习集散控制系统的相关知识，并结合实际应用案例进行说明，然后依次上台进行分享。这样可以培养学生以下能力：

A、 查找资料和自学的能力，这对于终身学习至关重要，从某种意义上来讲，学会如何学习比学会知识更加重要。

B、 制作一份优秀PPT的能力，这也是今后工作中必不可少的一项技能。

C、 上台演讲的能力，这有助于培养学生自信，克服怯场心理。

D、 准确表达能力，这可以检验自己对某方面是否真的理解透彻了，所谓最好的学习方式是输出，如果你能给别人讲明白了，那才是真的懂了。

(3) 优化课程教学安排，重点突出，详略得当，保证在有限的教学时间内将主要的知识点传达到位，让学生真正理解掌握；引导学生在课外学习和理解本课程相关的其它知识点，培养学生自主学习的能力。

    (4) 本课程有实验平台，开设6学时共2个课内实验，要求进行系统的硬件和软件设计，以提高学生的系统设计能力。目前开设以下2个实验：

        A、 上水箱单容液位控制实验。

B、 上下水箱双容液位控制实验。

针对实验室设备不足的现状，采取以下4个解决方案：

A、 引导学生在仅有的1台尚能使用的实验装置完成实验，切实体会P、I、D参数的改变对系统特性的影响。

B、 鼓励学生检查设备问题，并根据所学知识，进行维修，从而培养学生的综合应用能力。

C、 通过调研不同设备厂商和兄弟院校，目前已提交申请添置新的实验设备。

D、在实验室设备不足以进行正常实验的情况下，改变实验形式，进行仿真。

4、结语

本次教学改革，增加了案例教学与翻转课堂的教学内容，使学生具备一定的分析问题、解决问题的能力，调动了学生的学习主动性，逐步培养了学生独立解决问题的能力。

基金项目：浙江理工大学科技与艺术学院2022年高等教学改革与研究项目（kyjg2212）