摘要：“集散控制系统”是热工过程自动化专业的核心专业课程，“集散控制系统”教学直接影响到该专业毕业生的专业素养。为了培养热工过程自动化工程师，根据热工过程自动化专业学生的就业形势及未来工作特点，有必要建立具有热工过程特色的“集散控制系统”教学体系。为此，对“集散控制系统”课程教学体系、“集散控制系统课程设计”教学体系以及强化课程设计教学与专业课教学的联系进行了改革探索，并在教学实践中取得了良好的效果。
关键词：集散控制系统；课程设计；教学体系；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）23-0072-02
“集散控制系统”是一类分散控制、集中管理的共用控制、共用显示的开放的仪表计算机控制系统，综合了计算机、通信、显示与控制等（4C）技术，并随4C技术的发展而不断发展。自20世纪70年代中期第一套集散控制系统诞生以来，已在国内外工业控制领域得到广泛应用。[1]“集散控制系统”是自动化类专业（尤其是热工过程自动化专业）的核心专业课，其教学分为课程教学与课程设计教学两部分。从系统科学视野来看，课程教学与课程设计教学是DCS教学体系中的两大元素，相互作用形成有机结构，根据系统科学整体性原理，1+1>2，即整体功能大于两元素功能之和，[2]因此要提高“集散控制系统”教学效果有以下两个途径：一是分别改进课程教学体系与课程设计教学体系；二是加强两者的相互作用，形成有机结构，派生出更多新功能，从而提升教学效果。为了培养符合新形势下发电行业对热工过程自动化专业毕业生的就业要求，本文以长沙理工大学热工过程自动化专业为例，探讨了“集散控制系统”教学体系的改革。
一、“集散控制系统”课程教学体系改革
1.修订教学大纲
教学大纲是课程的教学纲要。经过课程教研组多次讨论，结合热工过程自动化专业的最新培养计划，依据拓宽基础、加强素质教育、培养创新能力和工程能力的培养思路修订了“集散控制系统”的教学大纲，进一步明确了“集散控制系统”在整个专业课程体系中的地位和作用，指出了教学目标与期望值，规定了基本教学任务和要求。
2.编写教案讲义
教案是教师实施教学计划与组织课程教学的方案，即为教学程序。课程教研组在教学中选用过两种参考教材，所选课程教材内容比较全面。但是由于集散控制系统的不断发展，所选教材的部分内容已跟不上技术的更新发展。为此，根据最新修订的教学大纲，参考国内外有关火力发电机组最新技术和集散控制系统相关教材，结合课程组近几年形成的教学与科研成果，编写了“集散控制系统”课程的教案与内部讲义。
3.更新教学内容
“集散控制系统”课程的内容涉及到热工过程自动化专业的几乎所有专业基础课程及专业课程知识。随着集散控制系统的迅速发展，知识与技术日新月异，要适应社会发展与需求，就必须在教学过程中关注新型集散控制系统的特点与优势，[5]比较各厂家产品的优缺点，更新教师的知识体系。课程教学结束后召开总结讨论会，根据学生学习情况及教学过程中反馈的信息，反思教学内容编排的合理性与先进性，推陈出新，保持教学内容的前沿性。同时要做到内容的开放式，注意衔接其他专业课程相关内容，将检测技术与控制仪表、热工过程控制系统、锅炉原理、汽轮机原理、计算机控制技术、智能控制技术与控制系统仿真技术等课程相关知识融入到具体的集散控制系统分析和设计中，从而提高学生集散控制系统的分析与综合能力。
4.改进教学方法与教学方式
针对具有不同特点的知识点，采取不同的教学方式方法。在对集散控制系统的基本概念与结构进行分析时，结合PPT、Flash等多媒体课件，以讲授为主、讨论为辅开展课堂教学，尽量活跃课程气氛，把知识点讲解的浅显易懂，做到重点难点突出，在关键处设置问题，启发学生思考。针对算法组态与人机界面内容，需要实践动手的较多，考虑到实验课时的有限性，安排学生自己安装好组态王与DCS教学仿真软件，课堂教师结合实例一边讲解一边示范，学生一边听讲一边学习组态。在讲授数据通信时，结合某电厂科研课题，分析与DCS通信遇到的问题及其解决方案，激发了学生的学习热情。积极探索开发并充分利用网络教学平台，为学生提供灵活自主的第二课堂，拓宽了学生的视野，改善了师生的交流途径。[3]
5.实验教学改革
“集散控制系统”课程的所有实验都在集散控制系统实验教室进行，以前由实验室教师单独承担，为了实现理论教学与实践教学的无缝对接，现由实验室教师与任课教师联合承担，共同编写了实验室指导书，指导学生独立完成实验。根据集散控制系统教学大纲，由于教学时间的限制，安排学生利用课外时间进行六个验证性实验，在和利时MACS系统上开设了四个设计综合性实验，[4]包括一阶单容水箱对象特性测试实验、单容水箱液位PID控制实验、双容水箱液位控制系统设计实验及煤燃烧控制系统设计实验。
二、“集散控制系统课程设计”教学体系改革
“集散控制系统课程设计”是热工自动化专业继“集散控制系统”课程之后一个至关重要的工程实践教学环节，是将书本知识转化为实际运用能力的关键步骤，其学时为两周。其目的在于培养学生运用所学的集散控制系统的分析与设计理论知识解决工程实际问题的能力，进一步发掘和培养学生的创新精神与工程实践能力，即加深学生对热工自动化工作的认识，提升毕业入职后的工作能力。这里主要从教学大纲、课程设计指导书、课程设计选题、指导教师的团队化等方面探索“集散控制系统课程设计”教学体系的改革。
1.教学大纲修订
根据热工过程自动化专业的培养方案，在修订“集散控制系统”教学大纲的同时，修订“集散控制系统课程设计”的教学大纲。修订过程中，密切联系“集散控制系统”知识点，明确课程设计目的是力争全面应用课程所学知识进行现代电厂控制系统的设计，使得学生熟练掌握集散控制系统设计方法与基本技能。大纲规定了设计的基本要求、设计时间、选题原则、考核方式。
2.课程设计指导书与选题优化
“集散控制系统课程设计”主要围绕当前火力发电厂主流容量机组的锅炉自动控制系统设计，给出了炉膛压力控制系统设计、燃烧过程控制系统设计、过热蒸汽温度控制系统设计、再热蒸汽温度控制系统设计、除氧器水位控制系统设计、除氧器压力控制系统设计、汽包水位控制系统设计与磨煤机解耦控制系统设计等八个设计课题。且这些题目会根据电厂自动化的发展适时更新，尽量遴选能激发学生兴趣具有挑战性或前沿性的课题。一般安排5～7名学生为一课题小组，要求各小组选出一名学生任组长，将课题设计分解成若干部分，小组成员分工协作。各小组分别完成总体方案设计、硬件选型、确定软件需求、组态图设计、SAMA图绘制、算法组态、编写设计说明书和答辩等任务，进一步提升学生的综合应用能力、独立分析与解决问题的能力、团队合作精神及创新能力。
3.指导教师团队建设探索
课程设计教学过程中要体现素质教育的实施，必须强化指导教师的主导作用。因而，组建一个优秀的指导教师团队势在必行。指导教师必须有丰富的DCS设计经验，对电厂自动化领域有解决实际问题的工作积累，富有创新意识、创新精神，更应具备高度的责任心。加强“集散控制系统课程设计”指导教师团队建设，一方面组织任课教师与试验指导教师到电厂进行工程化培训，主要目的在于丰富教师的集散控制系统工程实践经验；另一方面聘请实习基地或有合作关系的电厂中的热工自动化工程师担任辅助指导教师。同时注重青年教师科研能力的培养，通过参与相关科研项目，把科研成果凝练成案例指导学生开展课程设计。[5]指导教师中既有理论功底深厚的任课教师、实验知识丰富的实验指导教师，又有工程实践经验丰富的热工自动化工程师，从而逐步组建一支奋发有为的指导教师团队。
三、强化课程设计教学与专业课教学的联系
“集散控制系统”教学主要围绕培养学生的工程实践能力而展开。因而“集散控制系统”课程教学必须与“集散控制系统”课程设计教学有机融合。在课程教学阶段，根据课程教研小组统一安排，把“集散控制系统”课程设计的题目及设计指导书下发给学生，从而使得课程教学基本围绕课程设计进行。在原本枯燥的专业课教学中引进了类似“案例教学”的方式，增强了学生学习的针对性，激发了学生的学习兴趣与目的，使理论与实践能够适时地统一起来，提高了教学效果。[6]因此，学生在理论教学阶段即可基本完成“集散控制系统”课程设计的建模与算法设计部分内容，大大节省了课程设计时间，让学生腾出宽裕的时间挖掘创造性设计潜能。通过强化“集散控制系统”课程设计教学体系与专业课教学体系的联系，不仅可以使理论教学与实践教学相得益彰，也促进了集散控制系统教学效果的提升。
四、总结
在近几年的教学过程中，课程教研小组对“集散控制系统”教学体系改革进行了探索。通过集散控制系统专业课程及其课程设计教学，加深了学生对集散控制系统分析与设计理论知识的整体认识，理论知识和工程实践实现了有机融合，提高了学生的工程实践能力与团队精神，提升了整体教学效果。
参考文献：
[1]罗永刚.“集散控制系统”教学改革和实践[J].中国电力教育，
2013，（11）：54-55.
[2]宋燕.系统科学视域下的课堂教学改革探讨[J].广西教育，2010，
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[3]王轶卿，张湜，赵英凯.“集散控制系统”课程教学改革与实践[J].中国电力教育，2009，（1）：92-93.
[4]谢又成，周育才，任萍，等.集散控制系统实验室的建设[J].实验室研究与探索，2007，26（5）：119-121.
[5]刘寅东，曹生现，陈杰春.《集散控制系统》课程教学改革与实践[J].中国科技信息，2011，（20）：180.
[6]刘晓燕，刘立君，宫克勤.课程设计教学模式改革探讨[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2007，（7，8）：94-95.
（责任编辑：孙晴）
