“材料成型计算机控制”课程教学改革

2022-09-10

我校材料成型及控制专业为特色专业, 原来的专业教学计划主要涉及轧制成型的相关内容, 包括轧制理论、工艺和设备, 而对控制理论特别是计算机控制系统涉及较少。而轧制过程中的计算机控制系统是20世纪60年代发展起来的一门新技术, 历史虽短, 却发展迅速。我国自从20世纪70年代末从国外引进了计算机控制的带钢热连轧机后, 现在几乎所有的轧制生产方式都实现了计算机控制。因此, 了解和掌握轧制过程中的计算机控制系统, 对于从事轧制工艺的技术人员来说是非常必要的, 一方面由于计算机技术在轧制过程中的广泛应用, 特别是新工艺、新设备的不断涌现, 传统工艺的改进和老设备的改造, 已开发出许多计算机控制方面的新功能;另一方面计算机技术应用已深入到生产过程的各个环节, 不仅要求从事计算机及自动控制方面的工程技术人员提高技术水平, 而且也要求从事轧制工艺的非电非计算机专业的工程技术人员了解轧制过程的计算机控制技术。现代工业的发展需要跨专业、跨学科的工程技术人员。从工程实践来看, 只有促进跨学科、跨专业的相互联合, 才能培养与形成更强的、更好的技术队伍, 才能充分发挥技术进步的“二次效益倍增器”的作用[1]。

1 课程特点

材料成型计算机控制是冶金轧钢专业的一门主干必修技术课, 该课程阐述了过程控制计算机的基本知识以及过程的输入及输出技术、总线技术、物料的跟踪、轧机预设定、自动位置控制、自动厚度控制、自动宽度控制及自动板型控制技术, 是轧制过程自动化的主要内容。本课程需要较强的计算机应用能力, 特别强调基础知识与专业知识之间的衔接, 注重理论与实践的结合, 强调如何应用计算机控制解决工程问题。通过本课程的学习, 应使学生获得较宽广和巩固的过程控制的基础知识, 具备分析轧钢厂过程控制调度中的基本能力, 掌握生产工艺、机械设备、电气自动化三者间相互联系, 并学习某些典型的板带轧制过程的计算机自动控制方法, 结合过程控制问题编制计算机应用软件, 通过学习提高计算机的实际应用能力, 从而为今后技术管理、问题分析做好知识的储备。

2 精心组织课堂教学

在本课程授课过程中, 根据教学大纲的要求, 为了培养学生对工业自动化过程的硬件和软件知识框架系统掌握, 以及解决问题和分析问题能力, 我们采用了灵活多样的教学方法, 充分调动了学生的积极性, 发挥他们的主动性和创造性, 取得了良好的教学效果。具体为。

2.1 采用启发式教学, 提高课堂效果

课程组根据专业和课程的特点, 在教学方法上, 改革了传统的以课堂教学和教师为中心, 重教有余、重学不足的教学方法, 将生硬刻板的传统教学模式变更为教学互动的现代授课方式。注重因材施教, 积极实行启发式、讨论式、教学做相结合以及现场教学等多种教学方式。鼓励学生独立思考, 激发学生学习兴趣。把原来“满堂灌”的过程改为在教师引导下师生共同探索的过程, 真正做到了教学相辅相长。使学生在掌握知识的同时获得学习知识的思维和方法, 培养了学生的科学精神和创新意识。比如对课程中有些内容进行专门讨论, 老师只是指明大概的方向, 具体的内容由学生查相关的文献资料, 选择一个可行的方案后, 上讲台介绍给其他同学, 每介绍一个方法后集中同学进行讨论。讨论各种方案的可行性, 经济性等, 判断那种方法将来会杯广泛推广。这样在大量查阅文献资料的基础上, 学生既能够了解目前轧制工艺制度, 又锻炼了学生的口头表达能力, 并使学生体会到教师讲课之不易, 更加珍惜现有的学习机会, 激发其学习积极性。主动性, 寓素质教育于专业教育中[2]。

2.2 工程案例、实践归纳教学法

教学过程中将教师的科研工作结合到教学中是理论联系实际最好的方法, 也是该课程教学的特色之一, 这种结合有利于学生理解和知道如何将学到的知识应用到具体的生产实践中。由于任课教师从事该领域的科研工作多年, 有丰富的实践经验, 为这种教学的方式奠定基础。利用课题组开发的冷轧计算机指导操作系统, 在课堂教学过程中, 展示有关实物模型 (如PCL812、PCL731、PCL836等接口模板) , 并结合实物模型讲解其接口功能、编程方法及操作说明。

2.3 多媒体教学和网络教学

在传统的课堂教学中, 一般采用的是“教师—黑板—学生”的教学模式, 比较单调和枯燥, “教”与“学”很难在课堂中得到良好的协调, 因而也就难以对教学内容进行及时而有效的消化, 影响了教学效果[3]。目前实际教学中使用的是传统教学方式与多媒体教学方法相结合, 以多媒体教学为主的教学方式。为便于学生学习该课程, 课题组按照新课程体系的内容, 运用Powerpoint和三维动画技术将讲课内容制作成幻灯片, 开发出多媒体课件。如:把轧制过程的设定方法用于解决轧制生产中的实际问题的例子用多媒体课件形象地表现出来, 这样不仅可使学生加深理解且可大大提高学生的学习兴趣和学习掌握知识要点的自觉性。此外, 课题组利用网络和多媒体技术, 努力建设精品课程网站, 为教师开展教学以及学生课后自学、复习提供有益的帮助。

2.4 定期开展教学研讨活动

教学小组定期开展教学研讨活动, 密切注视国内外在该领域科技与教育方面的进展, 讨论教学方法, 回馈授课信息, 并交流教学经验, 注重教学与科研的有机结合, 保持教学内容的系统性、先进性和新颖性。

3 重视实践教学

该课程覆盖的知识面广, 理论较为深奥和抽象, 要使学生能够巩固、掌握和应用计算机知识, 达到专业级的水平, 必须加强实践性环节的教学, 理论与实践相结合, 通过实践教学来帮助学生验证和巩固所学的理论知识, 并培养学生养成严谨的科学态度, 提高学生实际动手能力、分析问题和解决问题能力。为此, 我们在课程结构体系设计中加强了实践教学的比重, 对实践教学时间、内容做了合理安排, 使学生的实践性教学环节收到了较好的效果[4]。主要途径包括。

3.1 建立“材料成型计算机控制系统”教学实验室

近几年, 本课程教学队伍得到了较好的完善和提高, 授课教师包括教授2名, 副教授1名, 高工1名, 讲师2名。建立“材料成型计算机控制系统”教学实验室, 对相关实验教学设备进行更新和改造, 使实验手段和条件得到了较大程度的改善。比如, 针对实验室原先的可逆二辊轧机进行过程检测自动化改造, 对输入输出、轧机设定进行手动操作, 方便学生在实验时自己动手操作;并在实验室针对新安装的16辊冷轧机控制系统进行现场调试, 对轧制过程中轧件的跟踪、数据的传输、数学模型的选择及PLC编程进行现场讲解。另外, 结合教材的内容, 有针对性地安排了:计算机及工业控制机硬件;输入输出接口软件编程;轧机设定;PLC等实验。学生在学习了理论课程内容后, 通过在实验室自己动手做课程教学实验, 加深了对相关内容的理解和掌握。此外, 我们还配备了开放实验和设计型实验, 针对性地安排实验内容, 实验教学不但能培养学生的动手能力, 提高学生观察和发现问题、分析和解决问题的能力, 还能使学生加深理解和记忆书本上的知识。保证学生能扎实掌握专业技术和应用能力, 使学生获得实践的机会, 并可根据自身的爱好和兴趣或用人单位的需求, 自行设计、选择相关实践项目, 掌握真才实学。以“计算机控制”作为设计要点, 将“系统”最优运行作为实验目的, 建立综合性和创新性实验平台。

3.2 建立校外实习基地

认识实习和生产实习是本课程加强实践性教学环节的重要途径, 目前, 我系有多个校外实习基地, 包括武钢大型、轧板厂和冷轧厂等, 学生在参加企业的实习过程中, 除了了解生产工艺流程、原料及产品、生产设备及主要技术经济指标, 获得材料成型工艺和设备基本知识外, 也针对性让学生对主控室、调度室和主操室里的操作过程有一个粗步的感知认识, 对工艺参数的设定、修改、数据的传输和备份以及对控制过程有一个大致的了解。

3.3 上机实验

本课程安排8个学时上机实验, 要求学生利用面向对象开发平台独立编写热连轧带钢预设定程序, 通过课堂教学和上机相结合, 使学生的计算机应用能力进一步提高。

4 结语

通过增设实践环节、采用先进的多媒体教学和网络教学, 改变了该门课传统的“一张嘴、一支粉笔、一块黑板”的落后教学模式。学生普遍反映该模式可以激发他们的学习兴趣, 培养了积极提出问题和解决问题的习惯;同时, 也提高了学生实际动手能力、分析问题和解决问题能力, 为学生从事毕业设计以及毕业后步入工作岗位打下了坚实的基础。

摘要：本文结合作者的教学改革实践, 对“材料成型计算机控制”课程的目的与要求、课程内容体系、实验教学体系等进行了归纳和总结。

关键词：材料成型,计算机控制,课程,教改