面向工程教育专业认证的课程教学改革——以《工业控制网络》课程为例

刘光星 曹茜林

摘  要：工程教育专业认证不仅是培养满足行业企业需要的工程人才的认证标准，而且也是教育教学理念的转变和革新。文章以西安石油大学自动化专业的专业基础课《工业控制网络》为例，分析了教学及实践中存在的主要问题，提出了基于工程教育专业认证理念的课程教学改革目标和主要措施，更好地启发学生思维，激发学生学习兴趣，锻炼工程能力，培养创新意识与创新能力，提高学生的综合修养，促进专业建设的持续发展。

关键词：工程教育专业认证;工业控制网络;教学改革;持续改进

中图分类号：G642      文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2020）25-0113-04

Abstract： Engineering education accreditation is not only the accreditation standard for training engineering talents to meet the needs of industry enterprises， but also the innovation of educational concepts. Taking the professional basic course of industrial control network for automation major of Xi'an Shiyou University as example， this paper analyzes the main problems existing in the teaching and practice， proposes the teaching reform goals and main measures based on the concept of engineering education accreditation. It can improve students' thinking， interest in learning and engineering ability， achieve the cultivation of students' innovative consciousness and ability， and promote the sustainable development of specialty construction.

Keywords： engineering education accreditation; industrial control network; teaching reform; continuous improvement

一、概述

工程教育专业认证是指专业认证机构对工程技术领域相关专业的教育质量进行评价、认可并提出改进意见的过程[1]。工程教育专业认证的三大核心理念为：以学生为中心、结果导向（Outcomes-based Education，OBE）和持续改进[2]。2016年6月我国正式成为国际本科工程学位互认协议《华盛顿协议》的正式成员，这标志着我国工程教育人才培养质量标准与国际通用标准的实质等效，这为经济全球化背景下工程技术人员获得国际认可，进行跨国交流，走向世界打下了坚实的基础[3-4]。

对我国来说，工程教育专业认证不仅是培养满足行业企业需要的工程人才的认证标准，而且也是教育教学理念的转变和革新。课程是实现专业培养目标和培养标准的主要载体，是培养目标得以实现的桥梁。为了保证培养目标、毕业要求以及课程体系的一致性，使课程能够有效地支撑培养目标和毕业要求的实现，就必须要对原有的课程教学模式进行改革。目前，西安石油大学自动化专业正在进行工程教育专业认证，以此为契机，采用国际化标准，对《工业控制网络》课程的教学改革就是一门基于工程教育专业认证理念的课程改革。

二、《工业控制网络》课程教学现状及存在的主要问题

《工業控制网络》课程是西安石油大学自动化专业的一门专业基础课，是一门应用性很强的课程。课程主要介绍现场总线的发展和应用概况、控制网络的通信基础、现场总线控制网络的核心技术等。通过本课程的学习，学生能了解当今控制领域的前沿技术，掌握基于现场总线全分布式控制系统的技术。针对工程教育专业认证理念，《工业控制网络》课程教学过程中存在的主要问题有：

1. 在课程教学中还是使用传统的教学模式，即提出问题，讲授理论，举例说明。教学内容中原理抽象，需要介绍的概念名词技术名词太多，知识点之间的联系不是特别紧密且相互分散。学生学到的是相互分离的学科知识点，觉得枯燥难懂。即使完成了本课程的学习，遇到真实的生产过程仍无从下手。

2. 在课程教学中还是以教师灌输为主，学生只是知识的“输入方”和课堂中被动的学习者，而不是主动的学习者与研究者。学生还不能相对独立地进行知识探索和工程实践活动，缺乏创新能力的培养。

3. 在课程教学中对多学科的融合做得还不够，还没有将智能制造、互联网+、大数据、云计算、物联网等新技术复合交融到教学过程中，对智能制造发展方向的工程人才培养目标还不明确，还不能培养和塑造学生多层次、多思维、多创新的能力。

4. 课程考核评价指标单一，造成了学生只是重视结课考试，而不重视平时学习;实践环节的考核也只是反映在实验报告上，忽略了对实践过程的考核，造成了学生“工程性知识”的缺乏，学生学习自主性不够;探究性教学比重过低，造成学生知识结构单一，创新思维得不到培养。

三、工程教育专业认证理念下《工业控制网络》课程的教学改革研究

（一）优化课程目标，明确毕业要求和课程目标的关系

《工业控制网络》课程将工程教育专业认证核心理念贯彻到专业教学之中。通过课程教学，使学生能系统理解控制网络的基本概念和组网技术，具备工业控制网络和现场总线控制系统的专业知识，能借助网络平台获取专业文献，通过分析、消化吸收、归纳总结，能按照具体的应用需求，提出恰当的工业网络控制互联与控制系统集成解决方案，或提出切合实际的合理化技术建议，为从事工业控制网络集成设计打好理论与技术基础;具有组织与实施工程项目的团队合作和管理能力;具有自主学习的能力、终身学习的追求与创新意识，能够适应技术、经济与社会的持续发展。课程目标为：

1. 具有工业控制网络的基础理论知识，理解工业现场总线控制系统的类型和主要应用领域。

2. 借助网络信息平台和搜索工具，具备获取专业信息的能力。

3. 能综合应用专业文献，为工业控制网络系统集成提出解决方案或合理化建议。

明确课程目标对毕业要求的支撑关系，确定上述3个课程目标所对应的毕业要求指标点。课程目标对毕业要求的支撑关系如表1所示。

（二）教学内容和实践环节的改革

课程教学模式的改变需要全方位的支撑，要做到知识课堂向能力课堂，封闭课堂向开放课堂，灌输课堂向对话课堂，重学轻思向学思结合，重知轻行向知行合一的转变。精心设计《工业控制网络》课程的教学模式，充分利用“陕西省油气井测控技术重点实验室”这个平台，以“工程案例”为主要形式，将依托重点实验室平台的工程案例贯彻于整个教学过程中，学生通过提出问题-讨论解决方案-归纳总结核心概念和结论，将学习置于对工业控制网络工程问题的解决过程之中。同时通过开发综合实验，进一步提高学生的工程实践能力和创新能力。教学模式注重教学过程中的探索性、工程性、创新性，提升学生的主动地位，培养学生的实践能力、工程能力和创新能力。课程的教学模式如图1所示。

《工业控制网络》课程是一门应用性技术性较强的课程，因此首先由教师对工程系统进行整体概述，然后让学生组成研究小组，围绕工程案例，追踪最新科技成果，查询文献资料，进行研讨、实践、合作、探究性学习，真正让学生做到学以致用，知行并进。

重点实验室主要从事电动钻机控制系统的理论研究和技术研发，而电动钻机的电气控制系统就是一种基于现场总线控制的系统。利用重点实验室现有的实验设备（西门子PLC、欧陆直流调速器、欧陆变频器、ABB变频器及电机等）进行综合实验的开发，设计一套以PLC为控制核心，以现场总线为传输信息的通道，基于现场总线控制系统架构的交直流调速控制系统。学生可以在这个平台上进行综合性实验和研究性实验开发，可使学生掌握工程设计的思想和应用现场总线控制的具体方法，了解要解决的关键技术及解决思路，为学生提供良好的科研训练平台，使学生得到更好地工程实践锻炼，提高学生的创新能力。

追踪本课程相关的新技术、新文献，注重本课程以及交叉学科的新动向，不断推陈出新教学内容和教学手段。充分利用多媒体课件、慕课、微课、翻转课堂等现代化教学手段，针对现场总线控制系统，将智能制造、互联网+、大数据、云计算、物联网等新技术复合交融到教学过程中，克服理论教学和生产实践相脱节的问题，增强教与学的互动性，使教学从概念性、原理性向应用性、综合性转变，让学生有创新机制和源泉。

（三）建立课程评价体系

课程评价体系针对课程目标进行设置，通过定量计算课程目标的达成度， 获得本课程对毕业要求指标点达成的贡献度。根据评价结果，定性分析教学过程所存在的问题，提出改进措施。课程目标和评价结果之间的关系如图2所示。

课程考核采取大作业、综合实验相结合的考核方式，构成比例为：大作业50%、综合实验50%。大作业主要是借助网络数据库和搜索引擎等工具，进行自动化控制网络领域的文献检索与网络查询，最终形成数篇检索报告。通过完成大作业，增强学生对工业控制网络的整体认知和具体应用，深入了解工业4.0和中国制造2025的发展对工业控制网络的重要意义，培养学生的专业兴趣，引导学生学会分析问题和新知识的获取方法，逐步养成自主学习的习惯。

综合实验的考核不能只是针对实验报告，应该让学生以实验小组的方式进行考核，由各实验小组对完成的实验项目进行展示和答辩，教师对每个小组的项目进行专业点评，指导学生追本溯源，掌握原理，扩展思路，使学生的实践能力得到进一步的提升。不能用小组的成绩作为每个学生的成绩，这样容易造成综合实验由组长和几个能力较强的学生主要完成，其他学生蒙混糊弄的现象。因此要对每个学生的成绩进行单独评定，每个学生的成绩根据实验小组的成绩和学生在实验项目中所承担的工作量综合得出，这样既可以培养学生的团队协作精神和有效的沟通能力，又可以促进每个学生积极主动地去完成自己所承担的工作。

课程结课后教师针对课程目标进行达成度分析。课程总结报告包括每个课程目标的达成情况，与上年教学效果的比较，总结教学中存在的问题以及持续改进措施。针对课程评价所暴露的问题，建立课程目标、课程评价和持续改进的闭环质量提高机制。教学质量的动态改进以教师的自我修正为主，通过调整和改变授课计划，在课程教学大纲规定的范畴之内，适时适当调整教学内容、教学组织和教学方法，以期获得更好的教学效果。

四、结束语

在工程教育专业认证的理念下，培养不仅掌握基础知识，而且还具有独立思考能力、动手能力、创新能力的学生成为了新的教学目标。本文以西安石油大学自动化专业《工业控制网络》课程为例，对原有的课程教学模式进行了改革和研究，突出工程应用，引入案例教学方式，将学校教育与社会需求紧密的结合在一起，培养学生的工程实践能力、问题分析能力、相互溝通能力、团队协作能力、终身学习能力等，全面提升学生的综合素质，培养学生的创新思维与创新能力。同时建立课程目标达成评价机制，对课程的主要教学环节提出明确的质量要求和考核标准，对课程教学体系和教学质量进行评价，依据评价结果对教学过程进行持续改进，形成教学质量提升的计划-执行-评价-改进循环，从而确保毕业要求和培养目标的达成与实现。因此，本文提出的基于工程教育专业认证理念的教学模式有一定的推广价值，对其它课程也有一定的借鉴意义。

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