基于OBE理念的过程控制技术课程教学改革探索

2021-12-16西南石油大学机电工程学院于春雨

亚太教育 2021年6期

西南石油大学机电工程学院徐倩于春雨

一、目前教学存在的问题

过程控制技术是我校过程装备与控制工程专业的核心专业课之一，课程主要分为两大部分，一是自动化仪器仪表，主要介绍检测仪表、执行器、控制器等；二是过程控制系统，主要介绍简单控制系统、复杂控制系统以及先进控制系统。过程控制技术这门课程属于理论与实践高度结合的一门课程，既要求学生掌握一定的理论知识，又要将理论结合实际，解决实际的工程问题。在目前的教学中，主要存在以下问题。

（一）课堂教学

目前，课堂教学还是采用比较传统的教学方式，即PPT结合板书。但是由于相关的理论知识比较抽象，一些仪器仪表即使结合视频或动画介绍，学生学习起来还是不够直观。最后的考核则是以教科书上的理论知识为主，基本上通过死记硬背记住理论知识或是控制系统的基本结构，就可以得到中等甚至良好的成绩，但实际上，学生一到现场根本无法将记忆的理论知识与现场实际情况结合起来，无法解决实际的工程问题。

（二）实验教学

实验课程是帮助学生将理论知识与实践相结合的重要手段之一，目前我校过程控制技术课程总学时48学时，实验学时6学时，实验学时偏少。设置实验课程的目的是让学生能将理论知识与工程实际相结合，但传统的实验教学模式却无法达到这个目的。绝大部分的实验都是学生根据实验指导书按部就班地进行操作、记录数据、进行计算，最后进行简单的分析，而对实验原理没有理解透彻，更谈不上进行工程应用。同时，实验类型大多是验证型实验，无法激发学生的探索欲。再加上实验设备无法快速更新换代，配套数量也有限，让学生感觉实验效果不佳，甚至觉得实验课就是走过场。

教学中的这些问题，使得学生在学习了课程的相关知识后，在工作中却感觉到理论和实际是脱节的，用人单位也因学生无法快速适应工作岗位而不满意。为改变这种状况，我们在过程控制技术的教学中引入OBE理念，从课堂教学和实验教学两方面进行了课程教学改革。

二、OBE理念的引入

OBE是成果导向教育（Outcome based education）的简称，与传统的学科导向在教学设计中更注重学科的需要不同，OBE在教学设计中是从需求开始，由需求决定培养目标，由培养目标决定毕业要求，再由毕业要求决定课程体系。

（一）成果导向的课堂教学

我校为一所石油院校，虽然近年来在石油石化行业就业的学生比例有所下降，但还是有相当大的一部分学生最终在石油石化行业就业。从往届毕业生的反馈来看，我专业在各大油田气田或石化厂就业后，刚开始很多从事的是仪器仪表的巡检工作，按照同学们的说法，就是“整天都在和那些仪器仪表打交道”。而在原来的教学设计中，仪器仪表是作为控制系统设计的基础进行介绍的，仪器仪表部分的学时数为19学时，学时数较少，而且在教学时主要是按照教材的内容以介绍仪器仪表的原理为主。引入OBE理念后，根据行业及用人单位的需要和学生的就业情况，我们做了以下改进。

1.调整课程教学大纲，增加仪器仪表部分学时数

重视仪器仪表相关知识，增加仪器仪表部分的学时数，将仪器仪表部分的学时数由19学时增加到22学时。其中检测仪表部分增加4学时，而将显示仪表作为自学部分，由原来的1学时变为不占学时数，过程特性一章由2学时调整为1学时，过程控制系统部分减少2学时，由19学时调整为17学时，绪论学时数维持原来的2学时不变。

2.改变教学内容，以教材内容为主变为教材和补充知识相结合

由于客观原因，教材一般存在滞后性。如今科学技术发展迅猛，新的检测技术和新的仪器仪表层出不穷，因此，如果只介绍教材内容，有可能让学生在工作后发现很多仪器仪表都从未听说过，更未见过，从而产生学校学的知识已经过时的想法，这也不利于学生尽快地投入到工作中去。由此，在仪器仪表部分，我们在介绍了教材中仪器仪表的基本原理之后，补充介绍了当下比较新的检测方法及检测仪表。此外，结合用人单位的实际需求，对仪器仪表的教学重点也从原来的工作原理转移到仪器仪表的结构，以及仪器仪表的选择、使用以及简单的故障排除。

3.改革教学模式，增加小组讨论

传统的教学模式是教师讲、学生听，课堂教学以教师为主体，这样的方式使得学生被动地接受知识，缺乏自主思考训练。为了使学生能主动学习，在介绍“现代传感器技术的发展”这一节以及“先进控制系统”这一章时，我们采用分组讨论的模式，先给每个小组布置任务，学生通过自行查阅资料学习相关内容后，每人写出一份小报告。经过小组讨论总结任务，每组再选一代表汇报小组成果。

4.优化考核方式

以前本课程的考核是由结业考试（70%）+平时成绩（20%）+实验成绩（10%）构成，其中平时成绩由考勤和平时作业构成。改革后，将成绩考核的比例调整为结业考试（55%）+平时成绩（30%）+实验成绩（15%），其中平时成绩由考勤、课堂表现、平时作业以及完成学习通的学习任务点四项构成。

增加实践环节的占比，主要是让学生重视动手能力的培养。原来的平时成绩所占比例较少，成绩构成也较单一，不能有效反映学生学习的真实情况。为此，我们制定了更能有效反映学生实际水平的平时成绩考核标准，即提高平时成绩的比例，改变原来平时成绩的构成，增加完成学习通学习任务点的考核。同时，将课堂表现纳入评分体系之中，希望能促使学生在课堂上积极思考，提高课堂学习效率。

（二）成果导向的实验教学

基于OBE理念的过程控制技术实验教学体系的建设，主要是从实验教学大纲的修订、建设多层次多模块教学体系、制定达成性评价机制、开展虚拟仿真教学四个方面进行。

1.修订实验大纲，制定符合专业特色的过程控制技术实验教学大纲

基于OBE理念，结合行业需求，强调以学生为中心，加强理论与工程实际的结合，根据现有过程装备与控制专业特点制定相应的实验教学大纲。

2.建设多层次多模块的过程控制技术实验教学体系，实现以学生为中心的自主式教学

利用实验室现有CS4000高级过程控制实验装置，将实验教学分为基础阶段、进阶阶段和成果导向阶段三部分。基础阶段主要进行原理及操作简单的验证性实验，例如“一阶单容水箱液位特性测试实验”“一阶单容水箱液位PID控制实验”等，主要目的是使学生熟悉实验设备、掌握实验基本操作方法，为后续的实验打基础。进阶阶段将进行难度系数较大的实验项目，如“二阶双容水箱液位特性测试试验”等，主要目的是让学生掌握常规编程软件，能够独立进行实验硬件的连接及调试，解决工程实际中的简单问题。成果导向阶段则由学生根据工程实际的需要，自主命题、编程、硬件调试、参数调整，并在实验装置上实现实验过程，完成实验内容探究。

3.制定OBE理念下的实验达成性评价机制

传统的实验考核由实验报告+实验操作构成，改革后的实验评价机制将大学生创新创业大赛、课外开放实验、教师科研项目及其他相关类竞赛作为评价体系的补充，以成果为导向，培养服务社会、服务企业的卓越人才。

4.开展仿真实验，实现信息技术与实验教学的融合

由于课内实验学时数少，实验设备台套数不多，在课内无法让每个学生都能充分地利用实验设备完成各项实验。因此，我们鼓励学生利用课余时间，将信息技术与实验教学相结合，利用WinCC、Matlab等开展PID控制系统仿真研究、比值控制系统仿真研究、串级控制系统仿真研究等，既可以解决实验设备紧缺的实际问题，又能培养学生多学科融合能力。