“自控与热工仪表”课程教学与实践探讨
摘要:“自控与热工仪表”作为高等院校理工科,特别是能源动力类学科的专业基础课,在学生从基础知识过渡到专业知识中起着承上启下的重要作用。结合笔者教学经验,本文介绍了该课程的地位和特点,分析了课程传统教学与实践存在的问题,探讨并提出了课程教学与实践改革措施,对提高课程教学质量、培养学生独立思考与实际动手能力有一定借鉴作用。
关键词:自控;热工仪表;课程;教学与实践
作者简介:程道来(1965-),男,湖南常德人,上海应用技术学院城市建设与安全工程学院,教授,工学博士,主要研究方向:热能与动力工程;王清成 (1972-),男,河北邯郸人,上海应用技术学院城市建设与安全工程学院,副教授,工学博士,主要研究方向:节能技术。(上海 200233)
基金项目:本文系上海应用技术学院重点课程建设项目(项目编号:A22/1020M090013)的研究成果。
“自控与热工仪表”是应用型高等本科院校培养具有创新精神和实践能力的一线工程师人才的一门重要专业基础课。“如果工科类大学生把自动控制与热工仪表学好、学精了,毕业后在其行业肯定大有作为”,这句话是上海应用技术学院(以下简称“我校”)专业实习基地-某热电厂总工程师的经验之谈,笔者至今记忆犹新。作为“自控与热工仪表”课程授课教师,笔者深感责任重大,而且随着电子技术、计算机技术、材料技术和控制技术等技术的大力发展,广泛应用于冶金、电力、石油化工、机械、能源、环境、钢铁、建筑等行业的自控与热工仪表技术不断提高,如何跟踪专业新技术、提高“自控与热工仪表”课程教学与实践的质量、为生产一线培养出具有创新精神和实践能力强的一线工程师,成为应用型本科院校一线教师不断探索和思考的课题。
结合笔者教学经验和体会,本文就热能与动力工程专业“自控与热工仪表”课程的教学与实践进行分析和探讨,供同行参考。
一、课程地位和特点
“自控与热工仪表”是高等本科院校理工科,特别是能源动力类学科必修的专业基础课,由热工测量和自动控制两大部分内容组成。课程在学生从基础知识过渡到专业知识中起着承上启下的重要作用。本课程的特点如下。
1.内容丰富、学科交叉、应用广
“自控与热工仪表”课程由自控篇和热工仪表篇组成。主要包括温度、湿度、压力、流量、流速、物位、热量等热工参数的测量、检测、显示;热工仪器仪表的选型、校验、安装、使用;测量结果处理以及测量误差的分析;计算机在热工参数检测中的应用;热工参数检测、显示等全过程控制等内容。在理论上涉及测量技术、信号处理技术、电工技术、传感器技术、材料技术、控制理论和控制设备技术、计算机技术等多学科方向知识。热工仪表及其控制技术已在冶金、电力、石油化工、机械、能源、环境、钢铁、建筑等行业和生活中得到了广泛应用,并正在为这些领域带来深刻的变革。“自控与热工仪表”课程内容丰富、学科多且应用广。
2.实践性强
无论是温度、湿度、压力、流量、流速、物位、热量等热工参数的检测,还是显示控制,掌握基础知识和基本原理是必须的,但能熟练使用,甚至设计或选择各种热工参数检测仪表是学生选择本课程学习的目的。要达到这一目的,学生不仅要系统、熟练地掌握教材中的理论知识,还需要经过不同的实践环节,如在课堂教学上操作演示仪表;在实验室验证测量得到的热工参数;在企业现场亲自体验各种热工参数测量及控制的实现过程。课程不仅理论性强,其实践性更强,学生只有真刀真枪地进行实验、实践,才能达到学以致用、理论与实践相结合的目的。
3.发展迅速、内容更新快
“自控与热工仪表”课程首先是一门传统的课程。但计算机、材料、信息与控制等高新技术快速发展,为热工测量仪表及其控制技术的快速发展提供了良好途径。因此,与课程有关的知识需要随时更新。对教师而言,需要掌握发展动态和趋势、补充新知识、丰富教学内容和开拓学生视野,知识的理论性和应用性并重。
二、课程教学与实践存在的问题[1-3]
1.教材内涵和教材内容需要扩展和更新
综观国内相关教材信息,目前国内可用于“自控与热工仪表”课程教学的教材很多,如张子慧主编的《热工测量与自动控制》(中国建筑工业出版社出版)、张华等编著的《热工测量仪表自控与热工仪表》(第3版,冶金工业出版社出版)、刘自放等编著的《热工检测与自动控制》(中国电力出版社出版)等等。应该说能被出版发行、被教师课堂教学采用的都是不错的教材,都有其不同侧重和特点,但并非都尽善尽美:如有些教材内容陈旧、知识需要更新;有些教材尽管重点内容比重大,但有些非重点的内容也占较大篇幅;理论推导完整而实际操作简略;个别章节例子太少,示范性、典型性不强等;大部分教材章节末没有完整的思考题和习题;很少见到有习题集及参考答案辅导资料,不利于巩固学生课堂教学内容。
2.课程教学模式需要多样化
课堂教学是学生获取知识,尤其是获取理论知识的第一步,是很重要的环节和手段。“自控与热工仪表”基本概念、基本原理、基本方法较多,理论性较强。当前课程教学仍然是一种以教师为中心的传授、学生接受式的传统教学模式,主要方式是把学生集中起来,以课堂讲授为主,手段是老师一张嘴、一支粉笔、课件(如PPT、影音播放)。这样教学效果并不理想,学生对课堂所讲内容的掌握程度差距较大,有些学生在课堂讲授结束后就掌握了,甚至有些学生在讲授之前就能回答出老师的问题,然而,仍然有一部分学生学后一问三不知、根本不知道学了什么。主要原因是:理论教学仍然是传统的教学模式,学生学起来感到枯燥,需要实行教学模式的多样化。当然,该课程抽象概念多、理论性知识多,学生感到难懂、记忆的知识太多,影响了学生对知识的掌握。同时,课前认真预习、课后复习并认真完成作业,这对学生掌握该课程知识十分必要。
3.课内实验有待增多和加强
课内实验是课程教学理论知识的实践化,是对该门课程所涉及主要理论、定律定理的实践认识和验证。一般来说“自控与热工仪表”课程总学时为64,其中课堂理论教学56学时、课内实验8学时,理论课和实验课的比例是7∶1。课内实验共有4个,实验内容以验证性为主,1个综合性实验。实验的目的是帮助学生理解理论课上所学知识,增强学生对部分热工仪表及其控制技术的认识。
热工测量参数有温度、湿度、压力、流量、流速、物位、热量等10多种。实验表明:4个实验对学生理解全部热工参数显然是不够的,且大部分是验证性实验,实验深度有待加强。然而,每种参数的测量、控制方法和手段不一定相同且并非唯一,学校开设的课内实验要包含“自控与热工仪表”课程中全部热工参数及控制技术是不可能的,也不现实。但适当增加实验数量和种类,特别是增加综合性、创新性实验还是有必要的。
4.增加课外实践环节
课程的课外实践形式多样,有认识实习、企业实践、课程设计、课外科技创新制作等。由于学时的限制,往往课外实践环节只能是其中的一种,很少有两种或两种以上的,增加形式多样的课外实践有助于理论知识的感性化。
三、课程教学与实践改革措施的探讨
为更好开展“自控与热工仪表”课程教学与实践,提高课程教学质量,针对课程教学与实践中存在的问题,笔者进行了仔细思考和探讨,具体措施如下。
1.优化课程内容、突出重点、注重知识的更新
(1) 选择合适的教材和参考书。教材及其内容是课堂教学的重要根据,选取一本好教材并辅以合适的参考书可使教与学事半功倍。教材合适的标准与课堂教学目的、教学重点等有关。笔者认为应用型本科人才培养的课程内容在基本原理上应该简洁明了,尽量避免出现太深理论、太繁琐的公式推导,多一些与工程应用相结合的实例与分析内容,突出实践教学环节内容。