“自控与热工仪表”课程教学与实践探讨

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  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論、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。
  (2)优化课程教学内容、突出重点。以热工测量与控制及其应用为目标,以本学科的教学目的和课程的内在体系为依据, 优化课程内容、突出重点、分散难点、扩大涵盖面是提高教学质量的基础。由于学时数的限制,课堂教学中不可能面面俱到,可优化教学内容,挑选重点内容做比较详细的讲解。首先对于基本概念、理论、方法要加以充分讲解,把教学内容分为基本内容、选学内容和自学内容,基本内容包含基本理论与基本方法,选学内容和自学内容根据授课时间、课程应用特点、学生的接受能力和下一步学习的发展需要来加以确定。其次注意在讲解中突出重点难点,对于重点内容要讲深讲透,难点内容主要从提出问题、分析问题以及解决问题入手,让学生了解其过程,理清思路。
  (3)教学内容要与时俱进。热工检测与控制技术在不断发展,一般教材很难全面地覆盖各种新技术、新工具。因此,讲授时我们不能拘泥于教材内容的限制,在讲解基本原理、基本概念和基本方法的同时,对一些没有长久生命力的且实践中又很少用到的知识尽量少讲,注重介绍热工检测与控制技术的一些新方法新技术,保持教学内容对先进技术的跟进,有助于开拓学生的视野和培养其创新意识与开发能力,使他们走向社会后不至于落伍。
  2.创新课堂教学方式和方法,倡导多模式教学
  教无定法。形式和手段的多样化是课堂组织的创新。以培养学生的思维能力和动手能力为目的,在教学内容与实践基本相符的情况下,调整课堂的教学方式与方法。传统的课堂教学基本上是一言堂,师生互动性不强。为了提高学生学习的主动性与创造性,改变一统式的教学方式,将教学内容与时间分为老师主讲课、课堂练习、学生自学讨论等部分。学生是学习的主体,教师在教学过程中积极组织、激发、诱导和促进学生勤于思考、达到善于思考,教师起到引导、解疑、归纳的作用。
  同时,以教师为中心的传授——接受式的传统教学模式显然不适合现代教学标准。提倡案例教学模式、学生参与教学模式和实物教学模式等多种模式下的课程教学,这有利于提高教学效果和质量。
   (1)案例教学模式。纯粹公式推导式教学,单调、枯燥,教师感到累、学生听课不积极、不主动。案例教学是将生产一线与热工仪表及其控制技术有直接关系的测量与控制实例拿到课堂上给学生讲授。它是一种运用对实证的描述引入情境,引起分析、演绎、推断、归纳、解决实际问题的方法。对学生而言,清楚地理解“自控与热工仪表”课程中有关概念和原理,并且将其应用于实际的热工参数测量测试过程中是一件不容易的事。通过分析案例的求解思路和实现方法,引出该案例中用到的知识点,把枯燥的原理融于精彩的实例中进行讲解, 尤其在课程中配有丰富多彩的可视界面和多媒体功能,可以有效地激发学生的好奇心和求知欲,启发学生对案例进一步讨论、归纳,对案例完善和扩展,让学生更好地理解课程中的理论知识,最后达到知识的快速掌握和能力培养的目的。
  (2)学生参与教学模式。该模式是让学生上讲台讲授课程中的部分内容。这对学生的要求可能有点高,但如果事先告诉学生下堂课所讲内容,要求学生通过上网等途径广泛搜集相关资料、精心准备文字和影音图像、制作PPT,学生参与讲课是可以实现的,甚至效果比每堂课由老师在讲台上讲授还要好。学生们上讲台前的准备过程就是一种主动理解、掌握知识的过程,是大胆提出自己见解的过程,是激发他们学习兴趣的过程。通过参与教学还能培养他们的自信心、锻炼表达能力。
  (3)实物教学模式。实物教学模式就是将实物拿到教学现场给学生传授知识。例如给学生讲温度测量部分,就可将热电偶温度计实物拿到课堂上。这种教学模式直观、形象、不空洞,学生很容易掌握热工测量仪表的结构和工作原理,实物教学模式的优点是显而易见的。
  3.重视课内实验和实践环节,培养学生独立思考与实际动手能力
  “自控与热工仪表”课程是一门实践性很强的课程,重视课内实验和实践环节有利于加强对课堂讲授内容的理解。课内实验和实践环节可分两个部分:理论知识点的实践和热工测试仪器仪表的设计制作。理论知识点的实践是针对各个理论教学中的知识点,如一些热工测量控制的技术、方法、工具等,让学生应用这些知识点的理论来分析解决热工参数测量控制中的相关问题,同时撰写文档,完成后让学生分组演示和讨论,使他们也有机会发表自己的看法。测试仪器仪表的设计制作主要是制作简单的仪表,学生自己制作简单测试仪表的过程,实际上就是一种创新过程,有助于学生提出新见解、培养学生独立思考与实际动手能力。
  4.采用多种形式的考核方式,保障课程教学和实践质量
  学生学习效果是通过考核直接体现的。考核方式单一或不当,课程教学和实践质量就不能很好地体现。理论考核固然重要,但不应该作为重点,应注重课内实验考核和实践环节的考核,增加学生课内实验和实践环节成绩的比重,这有利于培养创新性人才、培养综合能力强的人才。
  四、结论
  本文介绍了课程的地位和特点。结合教学经验本文分析了该课程教学与实践存在的问题。重点从优化课程内容、突出重点、注重知识的更新;创新课堂教学方式和方法、倡导多模式教学;重视课内实验和实践环节,培养学生独立思考与实际动手能力;采用多种形式的考核方式,保障课程教学和实践质量这四个方面探讨了改革课程教学与实践的措施。
  
  参考文献:
  [1]张子彗.热工测量与自动控制[M].北京:中国建筑工业出版社,1996.
  [2]刘自放,刘春蕾.热工检测与自动控制[M].北京:中国电力出版社,2007.
  [3]付景枝.信息系统工程专业《信息系统分析与设计》课程教学与实践[J].科技信息,2009,(5):118-119.
  (責任编辑:麻剑飞)
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