过程控制系统及其课程设计的教学改革.pdf
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1、 ISSN1672-4305CN12-1352/N实 验 室 科 学LABORATORY SCIENCE第 26 卷 第 4 期 2023 年 8 月Vol.26 No.4 Aug.2023 过程控制系统及其课程设计的教学改革杨汇军,赵越岭,朱连成(辽宁工业大学 电气工程学院,辽宁 锦州 121001)摘 要:“过程控制系统及其课程设计”教学改革旨在提高测控技术与仪器专业学生的工程实践与创新能力。针对创新教育及测控技术与仪器专业培养目标,以教学模式改革为主线,按课程设计、理论教学及实验授课三方面开展该课程的教学研究与改革,理论授课采取以“互联网+”背景下的“教室+远程”融合式教学模式,实验教学
2、引入企业专题讲座,增加小组讨论,课程设计融入授课与实验全过程。在教学改革的实施中取得了较好的教学效果。关键词:教学模式;实验教学;课设专题;仿真分析中图分类号:G642.0 文献标识码:A doi:10.3969/j.issn.1672-4305.2023.04.037Teaching reform of process control system and its curriculum designYANG Huijun,ZHAO Yueling,ZHU Liancheng(School of Electrical Engineering,Liaoning University of Tec
3、hnology,Jinzhou 121001,China)Abstract:The teaching reform of“Process control system and its curriculum design”aims to improve the engineering practice and innovation ability of students majoring in measurement and control tech-nology and instrument.From the reform of teaching mode as the main line,t
4、he Internet plus classroom teaching mode is the core of the teaching mode of“classroom+distance”.According to the three as-pects of curriculum design,theoretical teaching and experimental teaching,the teaching research and reform of the course are carried out,experimental teaching introduces enterpr
5、ise lectures,increases group discussion,and integrates curriculum design into the whole process of teaching and experiment,and good teaching results have been achieved in the implementation.Key words:teaching model;experimental teaching;course topic;simulation analysis 收稿日期:2021-09-20 修改日期:2022-09-2
6、8作者简介:杨汇军,硕士,副教授,主要研究方向为工业过程控制及自动化仪表。E-mail:512202969 基金项目:辽宁省教育厅 2018 年创新创业教育改革试点专业项目(项目编号:lgsd 1802)。“过程控制系统”为辽宁工业大学(以下简称:我校)电气工程学院测控技术与仪器专业、自动化专业的核心专业课程,并为自动控制理论的后续专业成组课程,其课程设计为“过程控制系统”课程的综合实践环节。2018 年我校测控技术与仪器专业获批辽宁省创新创业教育改革试点专业,该课程各环节在提高测控技术与仪器专业学生的专业工程实践与创新能力方面具有极其重要的地位。针对测控技术的发展及“新工科”背景下对测控技术
7、人员的要求,从理论教学模式、实验教学及课程设计环节等创新教育方面进行教学改革,在实践中取得了良好的教学效果。使教学更贴近工程实际,才能培养真正符合企业需求的创新型人才1。1 创新型人才培养需求的教学模式结合我校的教学实际,改进教学模式,在渗透基本理论基础上,强化培养创新实践能力。“过程控制系统”课程在第六学期开课,共计 40 学时,理论授课 30 学时,实验授课 10 学时,而该课程的课程设计为期 2 周,并安排在专业成组课均修完后的第七学期期末。课程教学模式设计:以典型工业对象、核心控制方案为课程切入点,按课程设计、理论授课和实验授课开展,目标是培养学生的四种能力,形成如图 1 所杨汇军,等
8、:过程控制系统及其课程设计的教学改革示的多方位授课创新培养模式,课程设计融入课程的各个环节。图 1 创新培养模式1.1 课程设计课题融入理论教学1.1.1 课程设计的实施规划开课学期伊始就设置开课专题:公布课程体系及考核方法,并按典型工业对象和核心控制方案对课程设计题目进行分类,在课程教学模式上改进。课程教学实施包括三个环节:发布课程设计题目、理论与实验授课、课程设计开展与验收,结合创新人才需求与“OBE”理念 2,把课程设计题目按难易分成 A、B、C 三个层次,按授课对象的综合平均成绩(自动控制理论、电气控制与 PLC 技术等专业基础课程)、学生的兴趣爱好取向分配课程设计题目,同时说明课程授
9、课的重点、难点和学习方法,讲清课程总体脉络、与工业控制网络、集散控制系统、控制仪表及装置等课程的衔接与交融关系,引导学生有目的地学习该课程相关的基础理论与实验。1.1.2 理论授课搭建课程总体架构在课程的理论教学中,更注重基本理论在过程控制系统中的有机融合,具体方法是在已搭建好的过程控制系统分析方法、典型对象工艺流程等各种基础理论的平台上,强化针对工业对象讲解各种过程控制系统方案,采用多媒体授课,以多媒体展示各过程控制系统的设计方案、方案实施、PID 参数调节以及典型仪表在过程控制系统中应用实例;按课前QQ 群布置的自主讨论小课题,吸引学生自主讨论,授课教师引导学生系统地归纳和总结,教学内容精
10、简,并更多注重学生的学习讨论反馈,解释讨论中出现的问题,也留给学生更多的自主思考时间。授课教师在这种教学实践中,深入企业调研,以满足贴近企业工业生产实际需求的课设题目和讨论小课题,既满足课程设计和讨论教学的需求,也提升了教师本身的工程实践能力。1.1.3 MOOC 平台与课设环节的网络对接该课程主要针对典型工业对象及控制技术指标阐述合理可行的控制方案,在当前“互联网+”的教育环境,授课采用结合 MOOC 平台、“教室+远程”的融合式教学模式。过程控制系统的 MOOC 平台中建有每个章节的课件,并按教学日历进度要求设置课前预习任务点,同时通过 MOOC 平台增加课前预留学习作业,为课堂自主讨论设
11、置小课题,以加强知识的综合应用能力与实践应用能力。在 MOOC 平台上设置单回路系统、串级控制系统等典型工业过程控制系统的 PID 参数整定 MAT-LAB 仿真试题,学生灵活利用课余时间自主学习,通过网络提交仿真试题的答案,并由教师根据提交答案给出成绩,以此评价学生的学习效果。学生在之后的课设环节,会进一步学习探讨 MATLAB 模拟所设计的系统,进行 PID 参数整定,获取一定的仿真分析能力。1.2 加强实验教学环节,培养综合实践能力结合创新教育需求,改进实验教学环节,重在培养创新精神和创新能力 3。本课程实验依据实现对象的不同,分别设置为单容水箱液位控制、水温PID 控制、流量定值控制以
12、及前馈反馈控制系统实验 4,还设置了串级控制系统综合设计性实验教学环节。实验教学环节分预习实验、实验操作及实验报告三个环节。以串级控制系统设计性实验为例,首先将实验对象及工艺要求等资料上传到 QQ 学习群,引导学生查阅串级控制系统的方案设计,阅读相关的科技论文,了解“THSA-1 型过控综合自动化控制系统实验平台”中三个串接水箱、模拟锅炉以及盘管管道等各对象的特点,分别可实现:水箱液位串级控制系统、下水箱液位与变频调速磁力泵支路流量的串级控制系统、锅炉夹套水温与锅炉内胆水温的串级控制系统、锅炉内胆水温与内胆循环水流量的串级控制系统、盘管出水口水温与热水流量的串级控制系统、盘管出水口水温与锅炉内
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- 关 键 词:
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