“过程控制”课程一体化教学模式探索

张红涛+李德伟

摘 要 依据“过程控制”课程的理论抽象、实践性强等特点，探索了一体化教学模式的改革与实践。通过建立多层次模块化课程体系，实现课程内容一体化，选取先进教材，整合各种教学资源，打造优秀教学团队，构建和谐师生关系，建立科学的考核评价机制，提高教学质量的体系保障，进一步增强了学生学习的主动性和积极性，培养了学生的创新精神与实践能力，提高了教学效果。

关键词 过程控制 一体化教学 教学资源 教学团队 质量保障

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.11.043

Abstract The reform and practice of the integrated teaching mode is explored according to the characteristics of the theory of the process control and the practice of the curriculum. Through the establishment of a multi-level modular curriculum system， the course content integration， selection of advanced materials， integration of various teaching resources， create excellent teaching team， build a harmonious teacher-student relationship， establish a scientific evaluation mechanism， improve the teaching quality guarantee system， and further enhance the students' learning initiative and enthusiasm， improve the students the spirit of innovation and practice ability， improve the teaching effect.

Keywords process control； integrated teaching； teaching resources； teaching team； quality assurance

“过程控制”是自动化专业的重要专业课之一，也是理论性与实践性结合非常紧密的一门课程，在自动化专业课程体系中处于非常重要的地位。“过程控制”课程的内容丰富，专业术语多，理论抽象，实践性强，涉及面广，采用传统的教学模式收不到较好的教学效果。本文结合“过程控制”课程多年的授课经验，探索了该课程一体化教学模式的教学改革，以提升教学的效果，促进人才培养质量的提高。

1 建立多层次模块化课程体系，实现课程内容一体化

根据当前社会对自动化专业人才需求的变化，结合学校对自动化专业人才的培养目标和指导性教学计划，在“过程控制”专业课的教学改革和实践中，初步设计了基础概念、理论方法、基本控制、复杂控制、先进控制五级模块化课程体系，基本上形成了从简单到复杂、从基础到前沿，综合能力培养逐级提高的多层次模块化的课程新体系，如表1所示。为实现上述模块所要求的能力，按照模块化的教育理论，根据工科专业的特点，我们对项目驱动、现场教学、实践性课程设计选题等不同的教学方法进行了深入的探索和实践。

1.1 项目驱动方法的教学实践

对于过程控制模块中的过程控制系统设计，该模块大部分内容涉及的是控制系统构建的步骤、方案及硬件选型，如果照本宣科，老师讲起来比较抽象，学生听起来非常枯燥，并且不便于理解，无助于提高工程能力。为此，我们采用项目驱动的教学方法，就是把学生置身于实训室现场中，以一个典型项目为例，通过互动教学，以学生为主体，来完成该项目。①在液位、温度等控制系统的设计中，都可采用项目驱动的教学方法，如双容液位控制系统的设计、锅炉出口温度控制系统的设计等。通过项目驱动方法的教学实践，提高了学生学习的主动性，使学生真正理解和掌握過程控制系统的设计原则、设计方法、设计步骤等。

1.2 实训室现场教学方法的教学实践

本课程很多模块的实践性都很强，比如在调节阀流量特性测试的教学中，学生缺乏工业现场的实践经验，基本上都没有见过流量计、调节阀、数据转换模块等实物，对这些装置没有一个直观的认识，影响了教学效果。因此我们通过实训室现场教学方法来完成教学，首先带学生到实训室现场了解调节阀流量特性测试系统的基本组成模块，如流量计、调节阀、电磁阀、数据转换模块等装置；然后到教室设计调节阀流量特性测试系统，并分析其工作原理；利用课后时间对计算机控制的流量特性测试系统进行编程实现；最后学生分组到实训室对流量特性测试系统进行分析调试，以完成本模块的实践教学。实训室现场教学弥补了学生实践经验的不足，提高了学生的学习兴趣，加强了团队协作能力，提升了学生的工程能力。

1.3 实践性课程设计的选题实践

实际上，过程控制与实际工业被控对象结合非常紧密，且过控系统的被控对象是多样的。以往课程设计的选题大多偏重于理论，仅满足于公式推导，计算机仿真模拟，学生不知道自己的设计能否满足于生产实际的需要，这不利于培养学生的创新思维，而且也不能提高学生的设计能力。现在，学生在任课教师、实训室工程师的共同指导下，以实训装置为平台进行设计研发，并利用实训装置来检验设计的结果。这样学生不仅从理论上考虑设计问题的可行性，还要考虑实用、可靠、成本、效率等各方面的因素，更深入地理解和掌握了过程控制的原理及方法，为自己成为优秀工程师打下良好的基础。

2 选取先进教材，整合各种教学资源

由于受到传统教学模式和教育资源的限制，学生往往会丧失对过程控制基础理论的兴趣，并且不能使用过程控制中的基础理论知识解决现实存在的问题。因此想要解决此问题，在选取先进教材的同时，我们应用现代教育技术开发了丰富的多元化教学资源，为学生构建高水平的网络学习平台和实践教学平台，激发学生的积极性，达到创新能力培养的目的。

2.1 选取先进教材

教材是多元化教学资源中的重要一环，它集中体现了专家、学者的专业知识和水平，是专家学者知识的结晶，是课程标准的代言人。我们选择了国家精品课程“过程控制与集散系统”建设的主教材《过程控制系统》，该教材由方康玲教授主编，武汉理工大学出版社出版，全书体系合理，内容丰富，专业知识系统和先进，并有很多过程控制的典型案例，便于学生的学习与理解，可使学生更好地理论联系实际。

2.2 构建课程网络教学平台

为了加深学生对课堂内容的理解与掌握，我们开发了“过程控制”课程的网络教学平台，该平台涵盖了教学大纲、课堂教学课件、过程控制仿真库、实验大纲、教学视频、复习试题等。该网络平台可提供教学资源的学习、下载，及相关教学网站的链接等，可供学生开展自主探究学习和课后复习。同时网络平台还提供了往届学生的优秀学习成果供学生学习和参考，同时也激励学生以往届的优秀学生为榜样，早日达到学习目标。②其中，过程控制课程仿真库包含了数字PID控制、串级控制、比值控制、前馈控制等近60个仿真实例，这些仿真实例全部采用Matlab语句编程实现，可把控制系统的动态性能 “动态”逼真地展现出来，使原本一些不可见的动态响应过程及响应指标（如超调量、上升时间、余差等）得以“可视化”，使抽象、陌生、深奥的问题变得具体、熟悉、浅显，大大激发了学生的学习兴趣和主观能动性。

2.3 构建开放式实践教学平台

过程控制的被控过程大多属于连续工业的慢过程，因此过程控制的实验时间较长，一般每做一个实验需要花费几个小时。另外过程控制实验装置的价格比较高，一般学校购置的套数有限。因此，为了切实保证实验效果，需要创造开放式实验环境，构建过程控制实践教育平台。首先，对实验教学内容进行优化调整，适当增加实验学时，适量减少验证性的实验项目，对部分综合性实验及设计性实验，如前馈-反馈计算机控制，水箱液位与流量串级计算机控制等进行开放式教学。其次，对过程控制实验室实行开放式管理，制定开放式实验的具体实施办法和相应的配套措施，明确开放式实验的预约办法、成绩认定办法、工作量计算办法等，以激励学生以及任课教师和实验教师参与开放实验的积极性。再者，鼓励学生利用实验室的条件进行课程设计、毕业设计等，切实提高实验设备的利用率，提升学生的动手能力和学习能力。

3 打造优秀教学团队，构建和谐师生关系

3.1 打造优秀的教学团队

优秀的师资队伍是“过程控制”课程教学资源的基本保障，同时也是教学质量的决定因素。为构建优秀的过程控制教学团队，实现教学团队建设的一体化，可采用外部引进和内部培养相结合的方式，全面提升教师的教学水平和指导能力，为学生创新实践能力培养提供保障。对于教师的引进，应从政治素质、基本技能、科研能力等多方面进行考察，通过试讲、面试等环节考核把关，确保教师具有本学科的基本技能、理论联系实际的科学作风、爱岗敬业的奉献精神。同时，教师应改进教学方法和手段，提高教学效果。教师应根据专业方向的不同和学生水平的不同，任意选择、组合教学模块，提高教学的灵活性，建立科学合理的课程体系。再者，教师在课堂上应合理利用现代教育资源，如多媒体课件、教学录像、模拟实验和模拟现场等多种教学资源激发学生的学习兴趣，使学生更容易理解基本的理论知识。③另外，教师还需从教育理念上进行转变，强调学生的自主意识，激发学生的自主创新能力，在以学生为本协调发展的教学理念指导下，逐步形成引领和推动教学方法改革的优秀教学团队。

3.2 构建和谐师生关系

根据多元智能理论的人际关系智能可知，教学过程中师生之间存在着非常紧密的关系，这种关系的和谐度直接影响了教学效果。首先，和谐师生关系的构建是优良教学效果的基础和保障。在和谐的师生关系中，师生间相互尊重，教师尊重学生的个性发挥，学生的个体智能将得到释放和提升。其次，在教学中师生应该是多角色的。在具体的教学活动中，学生作為主体，教师起主导作用，教学资源起保障作用，教师不再仅仅是讲授者，更是导学者、参与者和学习者。例如，对于液位测量中的扩散硅压力变送器的使用，教师首先要进行必要的讲授和示范，特别需要指出该变送器调零和调量程的方法，帮助学生尽快掌握它的使用方法，并避免不必要的仪器损坏。在教学过程中，教师要主动学习相关知识和技术，并积极参与到学生的研讨学习中，这样才能更加有效地进行指导。在这样的教学过程中，师生形成了平等合作的关系，学生由以往的被动学习变得更加主动和自觉。④在学习流量的自动测量方法时，要求学生利用已经学习过的物理学知识，思考流体流量的自动测量方法。当学生提出新的测量方法时，应鼓励学生说出自己的思路，并主动和学生一起研究完善测量方案。

4 建立考核评价机制，完善教学质量保障体系

4.1 建立科学的考核和评价机制

科学的考核和评价机制是培养人才的重要环节之一，可评价课程的教学质量，评判学生的学习水平。建立客观合理的考核和评价机制，对教学模式一体化的建设和实施具有尤为关键。科学的考核机制应充分考虑学生素质、能力和创新意识，在成绩考核方面我们采用了平时作业、主动回答问题、基础实验、开放式实验、期终考试等相结合的综合考核评定方法，避免了只以期终考试定成绩的弊端。⑤

为规范评价主体的打分行为、简化绩效整合计算过程，并结合“过程控制”课程的特点，这里采用李克特量表（Likert scale）法设计一体化教学系统的评价表格。每一叶结点的指标，设置了“很理想”、“理想”、“一般”、“不理想”和“很不理想”五级量表，依据评价主体对评价指标体系的各个叶结点的评价，直接将评价得分逐级向上汇总，以得到一级指标“一体化教学综合评价效果”。为了客观反映指标间的贡献差异和评价主体的结构变化，我们采用权重配置机制，以得到更为细腻的评价区分效果，避免评价的“粗糙”现象，从而更好地指导教学工作。

4.2 完善教学质量的保障体系

建立自我完善、自我约束的教学质量保障体系，是实现科学管理的前提，是人才培养工作自我评价的首要条件，是提高教学质量的重要体系保障。首先，从教学运行管理、教学质量管理、实践教学管理等方面，逐步完善管理制度体系，使教学管理做到有章可循，有据可依。其次，建立健全教学督导工作制度，对课堂教学、实验教学、考试考查等环节进行监控，充分发挥“督教、督学、督管”作用。再者，建立并及时更新该课程的试题库，严肃考试环节，评卷过程实行“教考分离”。另外，还制定了切实可行的教学研讨、青年教师观摩学习、网络教学评价、奖励制度等各项制度，逐步形成多种机制的一体化，切实保证教学效果的提高，使人才培养的质量与人才培养的目标更加协调一致。

5 小结

结合“过程控制”课程的特点，通过建立多层次模块化课程体系，实现课程内容一体化，选取先进教材，整合各种教学资源，打造优秀教学团队，构建和谐师生关系，建立考核评价机制，完善教学质量保障体系等几方面的教学改革及实践，激发了学生的学习主动性，提升了教学质量，达到了较好的教学效果。

资助项目：1. 华北水利水电大学2015年教育教学研究与改革立项项目（2015237）；2. 华北水利水电大学教学名师培育项目（2014108）

注释

① 何冀军，左兵，潘洁珠.项目驱动的物联网专业课程教学改革与实践[J].合肥师范学院学报，2015.33（6）：86-88.

② 黄德群.基于高校网络教学平台的混合学习模式应用研究[J].远程教育杂志，2013.2（3）：64-70.

③ 卢俊.CAD/CAM应用课程“教、学、做”一体化改革探索与实践[J].长江工程职业技术学院学报，2015.32（3）：63-65.

④ 罗文广.电气信息类专业多元化实践教学模式的构建[J].实验室研究与探索，2013.32（5）：138-141.

⑤ 贺超凯.如何加强高校考核管理，完善学业评价体系[J].吉林省教育学院学报，2013.29（5）：86-87.