“新工科”背景下《過程控制與智能儀表》教學改革研究

李伯群，范璇，張升琳

（遼寧科技大學 電子與信息工程學院，遼寧 鞍山）

一 引言

“新工科”建設是以新形勢、新產業為背景，以設置和發展新型工科專業、推動建設改革創新為目標的建設工程，是新時代工程教育改革的新方向，體現了我國在培養工程型人才方面的高標準和重視程度，其目的是在新背景、新理念、新思維、新模式、新體系下，打破傳統工科教育教學模式，深入研制一流人才培養標準，打造多元化、創新型、應用型的卓越工程人才。

《過程控制與智能儀表》課程是融合了“過程控制”與“智能儀表”兩個學術方向的課程。過程控制的主要目的是提出一系列較優的組合優化控制，并且將控制方案傳遞給下一級自動化控制系統，通過與檢測控制信號的智能儀表組合應用，實現智能工程控制。兩者都是控制系統的重要組成部分，并且具有較強的實用性和抗干擾性，《過程控制與智能儀表》課程為學生掌握工業生產過程控制系統中各種工藝流程、提高實踐能力打下了堅實基礎。本文將在“新工科”背景下，嚴格遵循人才培養標準和課程規律體系，從設置新的教學目標、打破傳統教學模式、更新教學內容、豐富教學考核方式等方面不斷探索、改革與完善，從而將本課程的理論知識與實踐環節相適應，形成一套成熟、適用、高質量、有實效的教學體系。

二 過程控制與智能儀表課程特點及教學情況

《過程控制與智能儀表》是自動化專業課程體系中一門重要專業課，是培養創新型實踐自動化專業人才的關鍵課程之一。該課程的重點是將工業制造自動化智能儀表、計算機及控制技術等一系列重要部分與《自動控制原理》中所學的控制理論和方法組合應用，在了解全面控制理論知識的基礎上要求做到熟悉生產工藝的特點并且能夠解決現實生產中的過程控制問題。該課程覆蓋知識面較廣，學習此課程前需具備一定的學科基礎，需熟練掌握控制方式、控制原理和控制流程，同時也要了解儀器儀表部分相關知識，由此會對該課程的順利進展和高質量教學效果帶來一定的沖擊，才能夠正確、快速、準確地制定出解決工程問題的方案。在具備良好的理論基礎上，要在仿真設備實驗室的實驗平臺上進行實物仿真訓練，通過發現問題、解決問題來提高自身的分析判斷能力，進而提高邏輯思維能力和實物實踐能力。該課程在早期就被列為培養我校學生專業能力的重要課程，但是傳統的教學模式形成固定式思維，已無法滿足當前社會對學生知識儲備及各方面能力的需求，目前課程存在以下幾方面問題：

（1）該課程的理論知識與專業基礎課聯系尤為密切，在知識點方面具有很強的關聯性和通用性，如果專業基礎課底子薄弱，那么對該課程的學習將造成很大程度上的困擾，由此，就要求教師能夠在有限的學時要求范圍內，既能夠對前期專業基礎課相關內容做好復習，又能夠完成《過程控制與智能儀表》課程的教學目標，這便對課堂知識的理解和運用能力提出更高的標準和要求。

（2）《過程控制與智能儀表》課程的綜合性很強，此課程的目標要求也與其他專業課存在很大的差異。該課程主要涉及控制系統設計、工程參數整定、軟件程序編程、理論算法計算、儀器儀表維護與使用等方面。在以往的課程學習中，我們通常以知識點的形式來講述課程，忽略了知識點之間的關聯度，若要求學生能夠掌握控制系統的實際解決辦法，則要求學生具備電路設計、軟件編程、整體系統設計等綜合能力，要能夠將知識點進行整合與應用，做到理論與實踐并行。目前針對學生解決問題能力的提升方面，我校有專門設置創新實踐課程，但實踐過程中受多方面因素影響使授課效果并不理想。

（3）目前，該課程教學方法有待創新，如采用傳統的按部就班的灌輸式教學方式，顯然已無法達到當今教學標準，更無法正確引導學生依據實際系統選用正確的控制策略，從而無法解決實際系統問題，則無法真正達到課程能力要求。

三 課程教學改革思路和策略

依據《過程控制與智能儀表》課程在實際授課過程中存在的問題，本文以打造多元化、創新型、應用型的卓越工程人才為出發點，從教學目標設置、教學內容優化、教學方法革新、教學效果考核等方面著手，提出符合該課程特點的改革思路和策略，以便使控制方向學生更好地掌握該課程知識，從而為卓越工程人才提供理論與實踐的強有力的保障，穩步提升課程教學效果和實用性。

（一） 重置課程目標，打造能力、知識、素質三重標準

《過程控制與智能儀表》課程目標設置，將打破以往的重難點設置方式，旨在要求學生掌握必要的基本控制理論和常用控制儀表使用方法的基礎上，重點培養職業素質和職業道德。

第一點，應用技術能力，通過對基本課程控制知識的講解，要求學生有基本的識圖繪圖的能力，在此基礎上通過對智能儀表的選型、連線和控制程序的編寫包括設置PID控制參數等，讓同學進一步學習過程控制技術，熟悉生產工藝的特點，并且根據現場的實際要求，能夠對溫度、壓力、流量等數字量和模擬量的控制要求，設計出一系列組合優化控制方案，并且合理運用智能化儀器儀表完成工程的信號采集和設計生產。第二點，知識目標，掌握各種符合實際應用的控制理論和方法，與新時代“新工程建設”相接軌，在當前的水平上爭取達到理論創新。第三點，素質目標，旨在鍛煉學生競爭、合作、領導、答辯等方面的素質，注重學生職業素質和職業道德的培養。

（二） 優化課程體系，轉變教學模式

隨著時代發展的要求，教學內容在不斷發生變化，《過程控制與智能儀表》課程的傳統教學方式也將不再適用，改變傳統授課方式，增加過程授課環節，是本次教學方式改革的關鍵所在。主要體現在實施“以學生為中心”的教學過程，從“聽中學”的模式變為“做中學”，將“灌輸式”教學模式轉變為“實時指導”，以雙線培養學生工程能力和創新能力。

1.任務引領

打破“三段式”學科課程模式，實施根本性“任務引領式課程”教學改革，以培養實際應用型技術人才為目標，按照實際社會對技術型人才的需求，合理規劃教學課程，專項提高個人水平。

為了達到理論與實踐相結合的目的，為學生提供相應的實驗平臺，以實物仿真的形式模擬現實的工業環境。讓學生將學到的知識轉化為實際應用，不僅驗證了理論知識，還重點培養了動手實踐能力，逐步實現了理論到實踐的方式轉換。通過這樣的教學方法，不僅由于教學內容直觀、具體、生動形象，教學效果好，進一步調動了學生的學習興趣，提高了教學質量。同時，由于項目的選擇來源于工作實際并符合課程內容要求，可明顯提升學生分析與處理實際問題的能力。

2.“教、學、做”一體化

《過程控制與智能儀表》是一門注重實踐能力的工程技術，并且和現實生活息息相關，如圖1、圖2場景。

圖1 日常生活應用領域

圖2 工業生產應用領域

本學科采用“先教后學再實踐，實踐反饋學習”的教學方法。通過學生在實物平臺上的實踐，來達到“內化知識，完善知識”的目的，以此來提高自身實際水平。例如，在給學生講解控制系統結構時，傳統教學方式通常是花費大量時間從理論上講述PID應用技術，用簡單的仿真曲線或生硬的文字來對不同調節器的優缺點進行描述，此種教學方式將無法帶給學生直觀的實踐體驗，往往只能對PID調節原理一知半解，很難在今后的工作過程中得以很好的應用。反之，如能夠將PID調節器通過實物進行實踐分析與求證，將理論與工程實際緊密聯系，學生則不僅可以快速掌握課本知識，更能夠學會如何在項目中運用所學知識解決實際工程問題。

3.合作學習

過程控制是一項綜合性強、應用面廣的技術，實際項目實施需要多人協作完成，為達到滿意的學習效果，將采用班級內合理分組練習策略，鍛煉學生之間的溝通能力，又提高了趣味性，更主要的是避免了學生因與老師的陌生感而導致想問而不敢問的事件發生。小組成員之間各司其職，通過相互探討、合作完成課后組內任務，為后續進行實際案例學習時，可有效溝通和相互信任奠定基礎，以達到積極培養學生的合作、溝通、信任等職業素質能力的目標。

4.工學結合

實施“理論結合實踐”的教學改革，對工作環境進行模擬，讓學生提前適應，實現畢業生零距離接觸就業，具有重要的意義。為此，我們堅持工學結合、校企聯合的始終，融入企業指導學校，利用企業對市場的實際需求對所學專業課程進行調整和實踐。利用企業生產的過程進行教學，以企業現場實踐和真實環境開展工作模擬訓練。例如：將電加熱鍋爐自動控制系統為背景，將過程控制理論與智能儀表相結合，從初始的理論知識、儀表選型、控制設計到最后的設備實施，充分實行工學結合，調動學生學習積極性、主動性，使學生在實習中獲得一定程度的創業能力教育、綜合素質拓展教育、主動服務社會的教育，學有所用，提高學生專業對口就業率。

（三） 豐富教學手段，制定多種考核方式

傳統的筆試模式更傾向于考察單個理論知識點的掌握程度，對于《過程控制與智能儀表》這樣綜合性和實用性較強的科目，“一張試卷定終身”的評價形式，因無法真正考查學生對所學課程的理解層次和預期效果而被淘汰。本課程考核方案實行以能力引導理論的考核方式，參照應用型工程人才的培養要求，主要進行以下幾方面改進：全程化考核，考核形式多樣化。根據課堂表現、作業完成情況、實踐教學的表現等情況，對各個部分的總成績進行加權處理，即平時考核、項目考核、期末考試各占總成績的20%、30%、50%。為達到以能力為引領的新型考察方式，這就要求考核范圍開放、考核方式開放、考試標準開放、考核知識點與技能點開放，將作為能力考察的依據，將日?？己撕晚椖靠己嗽诤献鲗W習過程中進行，從而以獨立解決實際工程問題能力為依據進行打分，從而帶動理論知識點的學習與鞏固。

四 結語

《過程控制與智能儀表》這門課程在本次的教學改革中，理論教學是基礎，實踐教學是主體，并通過多年教學經驗的反復思考與總結，教學團隊的不斷磨合與調整，現已將課程培養教學的新方法、新方案引入到該門課程中，真正達到了應用型教學的目的。今后，針對具有相似特點的課程進行改革時，則可借鑒本課程改革經驗，更好地對實踐環節做到連貫性和實用性的設計，專注當今社會所需，打造符合工程型人才培養標準的課程體系建構，切實做好“新工科”背景下工程應用型人才培養的標志性成果項目。