“新工科”背景下《过程控制与智能仪表》教学改革研究

李伯群，范璇，张升琳

（辽宁科技大学 电子与信息工程学院，辽宁 鞍山）

一 引言

“新工科”建设是以新形势、新产业为背景，以设置和发展新型工科专业、推动建设改革创新为目标的建设工程，是新时代工程教育改革的新方向，体现了我国在培养工程型人才方面的高标准和重视程度，其目的是在新背景、新理念、新思维、新模式、新体系下，打破传统工科教育教学模式，深入研制一流人才培养标准，打造多元化、创新型、应用型的卓越工程人才。

《过程控制与智能仪表》课程是融合了“过程控制”与“智能仪表”两个学术方向的课程。过程控制的主要目的是提出一系列较优的组合优化控制，并且将控制方案传递给下一级自动化控制系统，通过与检测控制信号的智能仪表组合应用，实现智能工程控制。两者都是控制系统的重要组成部分，并且具有较强的实用性和抗干扰性，《过程控制与智能仪表》课程为学生掌握工业生产过程控制系统中各种工艺流程、提高实践能力打下了坚实基础。本文将在“新工科”背景下，严格遵循人才培养标准和课程规律体系，从设置新的教学目标、打破传统教学模式、更新教学内容、丰富教学考核方式等方面不断探索、改革与完善，从而将本课程的理论知识与实践环节相适应，形成一套成熟、适用、高质量、有实效的教学体系。

二 过程控制与智能仪表课程特点及教学情况

《过程控制与智能仪表》是自动化专业课程体系中一门重要专业课，是培养创新型实践自动化专业人才的关键课程之一。该课程的重点是将工业制造自动化智能仪表、计算机及控制技术等一系列重要部分与《自动控制原理》中所学的控制理论和方法组合应用，在了解全面控制理论知识的基础上要求做到熟悉生产工艺的特点并且能够解决现实生产中的过程控制问题。该课程覆盖知识面较广，学习此课程前需具备一定的学科基础，需熟练掌握控制方式、控制原理和控制流程，同时也要了解仪器仪表部分相关知识，由此会对该课程的顺利进展和高质量教学效果带来一定的冲击，才能够正确、快速、准确地制定出解决工程问题的方案。在具备良好的理论基础上，要在仿真设备实验室的实验平台上进行实物仿真训练，通过发现问题、解决问题来提高自身的分析判断能力，进而提高逻辑思维能力和实物实践能力。该课程在早期就被列为培养我校学生专业能力的重要课程，但是传统的教学模式形成固定式思维，已无法满足当前社会对学生知识储备及各方面能力的需求，目前课程存在以下几方面问题：

（1）该课程的理论知识与专业基础课联系尤为密切，在知识点方面具有很强的关联性和通用性，如果专业基础课底子薄弱，那么对该课程的学习将造成很大程度上的困扰，由此，就要求教师能够在有限的学时要求范围内，既能够对前期专业基础课相关内容做好复习，又能够完成《过程控制与智能仪表》课程的教学目标，这便对课堂知识的理解和运用能力提出更高的标准和要求。

（2）《过程控制与智能仪表》课程的综合性很强，此课程的目标要求也与其他专业课存在很大的差异。该课程主要涉及控制系统设计、工程参数整定、软件程序编程、理论算法计算、仪器仪表维护与使用等方面。在以往的课程学习中，我们通常以知识点的形式来讲述课程，忽略了知识点之间的关联度，若要求学生能够掌握控制系统的实际解决办法，则要求学生具备电路设计、软件编程、整体系统设计等综合能力，要能够将知识点进行整合与应用，做到理论与实践并行。目前针对学生解决问题能力的提升方面，我校有专门设置创新实践课程，但实践过程中受多方面因素影响使授课效果并不理想。

（3）目前，该课程教学方法有待创新，如采用传统的按部就班的灌输式教学方式，显然已无法达到当今教学标准，更无法正确引导学生依据实际系统选用正确的控制策略，从而无法解决实际系统问题，则无法真正达到课程能力要求。

三 课程教学改革思路和策略

依据《过程控制与智能仪表》课程在实际授课过程中存在的问题，本文以打造多元化、创新型、应用型的卓越工程人才为出发点，从教学目标设置、教学内容优化、教学方法革新、教学效果考核等方面着手，提出符合该课程特点的改革思路和策略，以便使控制方向学生更好地掌握该课程知识，从而为卓越工程人才提供理论与实践的强有力的保障，稳步提升课程教学效果和实用性。

（一） 重置课程目标，打造能力、知识、素质三重标准

《过程控制与智能仪表》课程目标设置，将打破以往的重难点设置方式，旨在要求学生掌握必要的基本控制理论和常用控制仪表使用方法的基础上，重点培养职业素质和职业道德。

第一点，应用技术能力，通过对基本课程控制知识的讲解，要求学生有基本的识图绘图的能力，在此基础上通过对智能仪表的选型、连线和控制程序的编写包括设置PID控制参数等，让同学进一步学习过程控制技术，熟悉生产工艺的特点，并且根据现场的实际要求，能够对温度、压力、流量等数字量和模拟量的控制要求，设计出一系列组合优化控制方案，并且合理运用智能化仪器仪表完成工程的信号采集和设计生产。第二点，知识目标，掌握各种符合实际应用的控制理论和方法，与新时代“新工程建设”相接轨，在当前的水平上争取达到理论创新。第三点，素质目标，旨在锻炼学生竞争、合作、领导、答辩等方面的素质，注重学生职业素质和职业道德的培养。

（二） 优化课程体系，转变教学模式

随着时代发展的要求，教学内容在不断发生变化，《过程控制与智能仪表》课程的传统教学方式也将不再适用，改变传统授课方式，增加过程授课环节，是本次教学方式改革的关键所在。主要体现在实施“以学生为中心”的教学过程，从“听中学”的模式变为“做中学”，将“灌输式”教学模式转变为“实时指导”，以双线培养学生工程能力和创新能力。

1.任务引领

打破“三段式”学科课程模式，实施根本性“任务引领式课程”教学改革，以培养实际应用型技术人才为目标，按照实际社会对技术型人才的需求，合理规划教学课程，专项提高个人水平。

为了达到理论与实践相结合的目的，为学生提供相应的实验平台，以实物仿真的形式模拟现实的工业环境。让学生将学到的知识转化为实际应用，不仅验证了理论知识，还重点培养了动手实践能力，逐步实现了理论到实践的方式转换。通过这样的教学方法，不仅由于教学内容直观、具体、生动形象，教学效果好，进一步调动了学生的学习兴趣，提高了教学质量。同时，由于项目的选择来源于工作实际并符合课程内容要求，可明显提升学生分析与处理实际问题的能力。

2.“教、学、做”一体化

《过程控制与智能仪表》是一门注重实践能力的工程技术，并且和现实生活息息相关，如图1、图2场景。

图1 日常生活应用领域

图2 工业生产应用领域

本学科采用“先教后学再实践，实践反馈学习”的教学方法。通过学生在实物平台上的实践，来达到“内化知识，完善知识”的目的，以此来提高自身实际水平。例如，在给学生讲解控制系统结构时，传统教学方式通常是花费大量时间从理论上讲述PID应用技术，用简单的仿真曲线或生硬的文字来对不同调节器的优缺点进行描述，此种教学方式将无法带给学生直观的实践体验，往往只能对PID调节原理一知半解，很难在今后的工作过程中得以很好的应用。反之，如能够将PID调节器通过实物进行实践分析与求证，将理论与工程实际紧密联系，学生则不仅可以快速掌握课本知识，更能够学会如何在项目中运用所学知识解决实际工程问题。

3.合作学习

过程控制是一项综合性强、应用面广的技术，实际项目实施需要多人协作完成，为达到满意的学习效果，将采用班级内合理分组练习策略，锻炼学生之间的沟通能力，又提高了趣味性，更主要的是避免了学生因与老师的陌生感而导致想问而不敢问的事件发生。小组成员之间各司其职，通过相互探讨、合作完成课后组内任务，为后续进行实际案例学习时，可有效沟通和相互信任奠定基础，以达到积极培养学生的合作、沟通、信任等职业素质能力的目标。

4.工学结合

实施“理论结合实践”的教学改革，对工作环境进行模拟，让学生提前适应，实现毕业生零距离接触就业，具有重要的意义。为此，我们坚持工学结合、校企联合的始终，融入企业指导学校，利用企业对市场的实际需求对所学专业课程进行调整和实践。利用企业生产的过程进行教学，以企业现场实践和真实环境开展工作模拟训练。例如：将电加热锅炉自动控制系统为背景，将过程控制理论与智能仪表相结合，从初始的理论知识、仪表选型、控制设计到最后的设备实施，充分实行工学结合，调动学生学习积极性、主动性，使学生在实习中获得一定程度的创业能力教育、综合素质拓展教育、主动服务社会的教育，学有所用，提高学生专业对口就业率。

（三） 丰富教学手段，制定多种考核方式

传统的笔试模式更倾向于考察单个理论知识点的掌握程度，对于《过程控制与智能仪表》这样综合性和实用性较强的科目，“一张试卷定终身”的评价形式，因无法真正考查学生对所学课程的理解层次和预期效果而被淘汰。本课程考核方案实行以能力引导理论的考核方式，参照应用型工程人才的培养要求，主要进行以下几方面改进：全程化考核，考核形式多样化。根据课堂表现、作业完成情况、实践教学的表现等情况，对各个部分的总成绩进行加权处理，即平时考核、项目考核、期末考试各占总成绩的20%、30%、50%。为达到以能力为引领的新型考察方式，这就要求考核范围开放、考核方式开放、考试标准开放、考核知识点与技能点开放，将作为能力考察的依据，将日常考核和项目考核在合作学习过程中进行，从而以独立解决实际工程问题能力为依据进行打分，从而带动理论知识点的学习与巩固。

四 结语

《过程控制与智能仪表》这门课程在本次的教学改革中，理论教学是基础，实践教学是主体，并通过多年教学经验的反复思考与总结，教学团队的不断磨合与调整，现已将课程培养教学的新方法、新方案引入到该门课程中，真正达到了应用型教学的目的。今后，针对具有相似特点的课程进行改革时，则可借鉴本课程改革经验，更好地对实践环节做到连贯性和实用性的设计，专注当今社会所需，打造符合工程型人才培养标准的课程体系建构，切实做好“新工科”背景下工程应用型人才培养的标志性成果项目。