《過程裝備控制技術及應用》教學過程中的思考

1 前言
《過程裝控制技術及應用》是過程裝備與控制工程本科生要學習的核心專業課。通過對本課程的學習，要掌握主要工業生產過程中的基本特性、工業生產過程中的儀器儀表的特性以及工作原理、對典型工藝過程的控制過程原理的理解并能畫出控制圖，這些知識的深入學習才能較好的成為一名合格的過程裝備專業的本科生。由于本門課程是涉及到了較多的基礎知識，所以要想學好本專業不是這么容易。這些知識主要包括高等數學知識(微分、積分等)、控制工程(控制調節原理)、儀器儀表的電路圖(涉及到電工學)、壓力容器的基本知識、化工工藝過程(簡單的化工工藝過程，涉及到溫度、壓力等參數調節)。若是大學前兩年沒有打好扎實的基礎，來學習本門課還是有一定的挑戰和難度。對于本課程的教學探討，也有些教師開展了討論。如鄭州大學的范忠雷曾對《過程裝控制技術及應用》課程教學進行了探討，強調在教學過程中引入控制工程的理論和控制系統仿真技術去分析和驗證專業教學中的經驗性內容，并且認為該方法可以提高學生的學習熱情。吉林化工學院的高艷也對過程裝備控制技術及應用課程的教學進行了研究和探討，分析了該課程的現狀。認為利用先進的教學方法和實踐手段促使學生提高自身的創新能力、實踐能力和協作能力。近些年，還有其他教師也對該課程的教學做出了思考和見解。作者也是近兩年來擔任該課程的授課，在授課過程中有些體會和思考，通過總結希望能對以后的教學過程中有所提高和改善，達到教學相長的效果。
2 課程內容簡介
本課程的教授總學時為40學時，其中理論課講課時為36學時，實驗學時為4學時。授課內容主要包括控制系統的基本概念、過程裝備控制基礎(被控對象特性、單回路控制系統、復雜控制系統)、過程檢測技術(傳感器概述、壓力測量、溫度測量、流量測量、液位測量、物質成分分析、過程檢測技術新發展)、過程控制裝置(變送器、調節器、執行器)、計算機控制系統(計算機控制系統的組成和分類、A/D和D/A轉換器、計算機測試系統、可編程序控制器應用基礎)、典型過程控制系統應用方案(單回路應用方案分析和流體輸送設備控制)。這么多學習內容，要在36學時內面面俱到講完還是有一定困難的。而且全部講完也不現實，需要在課堂上如何講解、如果有針對性的講解、如何講解能讓學生更有效的吸收知識是老師們要考慮的問題。比如，在講解到第二章中的單回路控制系統、復雜回路控制系統中，這個就是本章的重點。里面涉及到的控制系統中的調節規律的掌握就很重要，主要包括積分控制系統、微分控制系統、比例控制系統等等，即所謂的PID控制系統，就是比例積分微分控制系統。但是，這三個控制系統中有些調節規律不是都可以獨立進行控制的，比如微分控制系統是否可以獨立進行調控？通過結合高等數學知識的結果，發現是不能夠獨立進行調節了，必須和積分控制、比例控制或者比例積分控制一起進行調控才行。當老師講微分控制的物理意義和學生講清楚之后，就明白為什么這樣了。因為，微分控制是只有當輸出與輸入變化速度有關的時候才進行調控，故不能單獨微分調控。所以，在對專業知識的介紹講解過程中若能結果數學物理知識進行綜合性詮釋會給學生帶來較好的學習效果。類似的這種內容，通過重點突出的深入講解，讓學生有所收獲。學生通過這樣的思考，若是能得到舉一反三的應用和理解，下面就可以進入另一個知識點了。老師和學生遇到的一個挑戰，就是要在短時間內，較好梳理學習知識點，利用課堂時間有效地學習重點知識，或許比課堂上針對每個知識點而進行面面俱到都蜻蜓點水般的要好。
3 上課教師
為了讓學生能更好的獲取該門課的知識，上課教師的素養至關重要。在上本課程時，教師是否能把控上課節奏和氣氛，講的內容是否學生能循序漸進聽得清楚，聽得明白，教師能否不停的推動學生往前推進，深入學習知識，學生能否獲得寶貴的知識。這個不僅和學生的學習態度和能力有關系，還和老師整體把控能力、知識具備程度、上課思路等等有關系。上課教師，在上課過程中會發現學生的知識短板、學生的感興趣點、學生的學習態度等，就可以有的放矢。從講課策略上改善，以達到最佳授課狀態。在上課過程中，以化工工藝為例講解復雜控制過程。會發現學生對工藝流程、化工設備不太熟悉，很多設備是沒見過，甚至沒聽過，而在此基礎上的控制過程的深入講解會讓學生總是覺得有些隔閡產生。而如果上課老師能深入淺出的講解一些工藝過程、化工設備，甚至給他們分享一些實際工程中的圖片，讓他們能有直觀的認識會對他們學習新的知識有個框架式的理解的。另外，也如何優化排課也是教學安排要考慮的事情。在授課過程中，往往講了前面的篇章，后面的篇章在此基礎上進行深入講解，若是前面學習不夠扎實，在后面的學習過程中也很難輕松上手。所以，在每次的作業檢查、知識點復習就顯得格外重要，老師在整個過程中起到了更重要的督促、檢查的作用。所以，教師要對學生的狀況及時了解清楚，對自身的理論知識要很扎實，對相關知識也要有所涉獵，同時最好還要有較強的現場經驗知識。如何從課本講到實踐，如何從實踐歸納為課本的理論知識。
4 學生上課
在上課過程中，學生能較為積極的上課聽講，有問題也會及時問。但是發現不少學生的基礎知識還有待進一步加強鞏固。比如高等數學知識、控制過程知識、電工學知識，由于本門課涉及的綜合知識較多，若是沒有較強的綜合性知識作為基礎的話，很難深入掌握本門課的主要內容。在和學生的互動過程中，也發現學生對工藝生產過程較為陌生，對典型的儀表儀器、設備、工藝過程所知甚少。要學好本門課，需要有一定的工程背景作為支撐。學生在實踐過程中，要認真學習，學校也可以在允許范圍內多方案的組織學生工廠實習，開闊眼界，增強知識，豐富實踐。
5 總結
《過程裝備控制技術及應用》是一本核心專業課，要想老師教好，學生學好。需要雙方都有充分的提高和認識。老師要提高理論知識，豐富實踐經驗，敦促學生跟隨進度。學生也要培養興趣，加強理論聯系實踐相互促進。