《过程装备控制技术及应用》教学过程中的思考

1 前言
《过程装控制技术及应用》是过程装备与控制工程本科生要学习的核心专业课。通过对本课程的学习，要掌握主要工业生产过程中的基本特性、工业生产过程中的仪器仪表的特性以及工作原理、对典型工艺过程的控制过程原理的理解并能画出控制图，这些知识的深入学习才能较好的成为一名合格的过程装备专业的本科生。由于本门课程是涉及到了较多的基础知识，所以要想学好本专业不是这么容易。这些知识主要包括高等数学知识(微分、积分等)、控制工程(控制调节原理)、仪器仪表的电路图(涉及到电工学)、压力容器的基本知识、化工工艺过程(简单的化工工艺过程，涉及到温度、压力等参数调节)。若是大学前两年没有打好扎实的基础，来学习本门课还是有一定的挑战和难度。对于本课程的教学探讨，也有些教师开展了讨论。如郑州大学的范忠雷曾对《过程装控制技术及应用》课程教学进行了探讨，强调在教学过程中引入控制工程的理论和控制系统仿真技术去分析和验证专业教学中的经验性内容，并且认为该方法可以提高学生的学习热情。吉林化工学院的高艳也对过程装备控制技术及应用课程的教学进行了研究和探讨，分析了该课程的现状。认为利用先进的教学方法和实践手段促使学生提高自身的创新能力、实践能力和协作能力。近些年，还有其他教师也对该课程的教学做出了思考和见解。作者也是近两年来担任该课程的授课，在授课过程中有些体会和思考，通过总结希望能对以后的教学过程中有所提高和改善，达到教学相长的效果。
2 课程内容简介
本课程的教授总学时为40学时，其中理论课讲课时为36学时，实验学时为4学时。授课内容主要包括控制系统的基本概念、过程装备控制基础(被控对象特性、单回路控制系统、复杂控制系统)、过程检测技术(传感器概述、压力测量、温度测量、流量测量、液位测量、物质成分分析、过程检测技术新发展)、过程控制装置(变送器、调节器、执行器)、计算机控制系统(计算机控制系统的组成和分类、A/D和D/A转换器、计算机测试系统、可编程序控制器应用基础)、典型过程控制系统应用方案(单回路应用方案分析和流体输送设备控制)。这么多学习内容，要在36学时内面面俱到讲完还是有一定困难的。而且全部讲完也不现实，需要在课堂上如何讲解、如果有针对性的讲解、如何讲解能让学生更有效的吸收知识是老师们要考虑的问题。比如，在讲解到第二章中的单回路控制系统、复杂回路控制系统中，这个就是本章的重点。里面涉及到的控制系统中的调节规律的掌握就很重要，主要包括积分控制系统、微分控制系统、比例控制系统等等，即所谓的PID控制系统，就是比例积分微分控制系统。但是，这三个控制系统中有些调节规律不是都可以独立进行控制的，比如微分控制系统是否可以独立进行调控？通过结合高等数学知识的结果，发现是不能够独立进行调节了，必须和积分控制、比例控制或者比例积分控制一起进行调控才行。当老师讲微分控制的物理意义和学生讲清楚之后，就明白为什么这样了。因为，微分控制是只有当输出与输入变化速度有关的时候才进行调控，故不能单独微分调控。所以，在对专业知识的介绍讲解过程中若能结果数学物理知识进行综合性诠释会给学生带来较好的学习效果。类似的这种内容，通过重点突出的深入讲解，让学生有所收获。学生通过这样的思考，若是能得到举一反三的应用和理解，下面就可以进入另一个知识点了。老师和学生遇到的一个挑战，就是要在短时间内，较好梳理学习知识点，利用课堂时间有效地学习重点知识，或许比课堂上针对每个知识点而进行面面俱到都蜻蜓点水般的要好。
3 上课教师
为了让学生能更好的获取该门课的知识，上课教师的素养至关重要。在上本课程时，教师是否能把控上课节奏和气氛，讲的内容是否学生能循序渐进听得清楚，听得明白，教师能否不停的推动学生往前推进，深入学习知识，学生能否获得宝贵的知识。这个不仅和学生的学习态度和能力有关系，还和老师整体把控能力、知识具备程度、上课思路等等有关系。上课教师，在上课过程中会发现学生的知识短板、学生的感兴趣点、学生的学习态度等，就可以有的放矢。从讲课策略上改善，以达到最佳授课状态。在上课过程中，以化工工艺为例讲解复杂控制过程。会发现学生对工艺流程、化工设备不太熟悉，很多设备是没见过，甚至没听过，而在此基础上的控制过程的深入讲解会让学生总是觉得有些隔阂产生。而如果上课老师能深入浅出的讲解一些工艺过程、化工设备，甚至给他们分享一些实际工程中的图片，让他们能有直观的认识会对他们学习新的知识有个框架式的理解的。另外，也如何优化排课也是教学安排要考虑的事情。在授课过程中，往往讲了前面的篇章，后面的篇章在此基础上进行深入讲解，若是前面学习不够扎实，在后面的学习过程中也很难轻松上手。所以，在每次的作业检查、知识点复习就显得格外重要，老师在整个过程中起到了更重要的督促、检查的作用。所以，教师要对学生的状况及时了解清楚，对自身的理论知识要很扎实，对相关知识也要有所涉猎，同时最好还要有较强的现场经验知识。如何从课本讲到实践，如何从实践归纳为课本的理论知识。
4 学生上课
在上课过程中，学生能较为积极的上课听讲，有问题也会及时问。但是发现不少学生的基础知识还有待进一步加强巩固。比如高等数学知识、控制过程知识、电工学知识，由于本门课涉及的综合知识较多，若是没有较强的综合性知识作为基础的话，很难深入掌握本门课的主要内容。在和学生的互动过程中，也发现学生对工艺生产过程较为陌生，对典型的仪表仪器、设备、工艺过程所知甚少。要学好本门课，需要有一定的工程背景作为支撑。学生在实践过程中，要认真学习，学校也可以在允许范围内多方案的组织学生工厂实习，开阔眼界，增强知识，丰富实践。
5 总结
《过程装备控制技术及应用》是一本核心专业课，要想老师教好，学生学好。需要双方都有充分的提高和认识。老师要提高理论知识，丰富实践经验，敦促学生跟随进度。学生也要培养兴趣，加强理论联系实践相互促进。