“過程裝備控制技術及應用”新課程內容實驗教學改革研究

李 晶，王 妍，王春艷，付 強

(1.長春理工大學機電工程學院，吉林長春 130022；2.長春師范大學計算機科學與技術學院，吉林長春 130032)

我國建國初期借鑒前蘇聯的經驗，根據需要在不同地區的幾所高校設立了化工設備與機械這個融合了化工生產工藝與機械設計兩個學科的專業,經過近50多年的學科交叉、融合和信息化的改造，發展成為現在的過程裝備及控制工程專業。在這個過程中，“過程控制系統”和“過程檢測技術”兩門課成為本專業開設的必修主干專業課，將過程機械、自動測試、自動控制等方面的知識有機地結合在一起，培養學生成為掌握多學科知識與技能的復合型人才。

課題組對國內多所高校過程控制類課程的開設情況進行了調研,發現各高校對該類課程開設意義的理解不同，相關類別課程的設置學期、學時和性質也不相同。部分985、211和一些相關兄弟院校的設置情況如圖1所示，其對應理論課程的實驗教學在學時和內容上存在較大差異。課題組通過多年一線教學經驗的總結和對課程的理解，完成了“過程裝備控制技術及應用”課程新內容體系的編寫。同時,結合對兄弟院校的調研和對多門相關課程內容的學習，對新內容體系對應的實驗環節進行了優化改革研究。

圖1 國內各高校過程控制類課程開設情況

1 改革前實驗教學存在的問題

將兩門課程統籌結合成一門課程的過程中，相關實驗教學的改革需求是迫切的。研究發現，改革前實驗教學環節在多個方面存在不足。

1.1 課程目標和任務不清晰

教學改革前，授課教師對兩門不同課程的性質及任務沒有深刻的認識，所以開設的實驗課程并沒有明確的教學目標,對基于原實踐教學項目培養出的學生是否滿足畢業需求沒有相應的思考。實踐教學中所使用的實驗內容沒有根據教學需要進行更新,實驗設備陳舊、落后，實驗項目沒更新，阻礙了對學生創新性、自主性的培養。

1.2 課程教學體系不系統，欠缺完整性

課程體系由特定的課程觀、課程目標、課程內容、課程結構和課程活動方式組成。課題組任課教師對本專業各高校實踐課程調研發現，很多高校對實踐教學課程的開設并沒有形成一個系統、完整的教學體系，課程之間的教學目標和聯系不明確，無法體現本科教學的系統性和連續性。

1.3 實驗教學內容單一、不靈活，教學內容陳舊

實驗教學內容多以演示性和驗證性實驗為主，依然保留著教師為主、學生為輔的教學模式，無法提升學生對實踐動手環節的興趣，學生主動參與的積極性不高；陳舊的教學內容無法滿足科技進步對本專業人才的需求。

2 改革實驗教學目標

“過程控制系統”和“過程檢測技術”都是理論性強、實踐要求高的課程，將兩門課結合后的新課程內容的實驗教學環節有以下幾個改革方向。

2.1 與時俱進的實驗內容

所選內容要緊跟社會生產的發展，主要介紹過程控制領域所應用的理論和方法，培養學生在基礎的理論指導下完成實驗教學內容。

2.2 多元新穎的實驗方式

總結傳統教學方式的缺點，改變以教師為課堂主導的教學方式，將以驗證性、演示性為主的實驗方式轉化為以自主式、啟發式、綜合型、創新型、多元化為主的實驗方式。對于有能力的學生,還要引導他們多參與各項創新設計大賽和科研項目，鞏固基礎理論知識，提高對所學知識的綜合應用能力。

2.3 現代智能的技術設備

根據實驗需要，采用雙面多模塊檢測與控制創新實驗臺進行教學，并在教學環節中加入先進的模擬軟件，將抽象的控制過程轉變成直觀可見的形式，使學生更易理解，提高學習興趣。

2.4 科學合理的學時設置

將原來兩門課各8學時的實踐教學內容進行優化，縮減到兩門課一共8學時，但是其中包含的實驗內容卻更豐富，提高了授課效率和教學質量，符合教學改革中縮減學時數量的要求。

3 實驗教學改革內容

將實驗項目按學生是否可選的角度分為必做實驗和選做實驗兩類。必做實驗教學的目的是使學生消化在理論課上學習到的基本知識點，訓練基本的實驗操作能力，了解過程裝備中常用的控制類儀器儀表。選做實驗教學中，指導學生發揮自主性和創新性增加學生的實驗熱情。在必做實驗和選做實驗分類的基礎上，依據實驗的開放程度和創新要求，將實驗項目再次分為三個層次。

3.1 演示性實驗和驗證性實驗

這類實驗為必做類實驗，上課時間確定,上課人員為全體過程裝備及控制工程專業學生。這類實驗設置的目的是使學生首先對實驗設備有一個感性認識，然后根據教師在實驗課上的引導，將課內所介紹的關于檢測類機器儀表及自動控制各組成部分的元件與實物對接，并鞏固理論課學習的基本理論與常規自動化類的實驗方法。

3.2 設計性實驗

這類實驗為必做實驗，上課時間確定，上課人員固定，實驗題目由實驗教師給出，其中規定了實驗任務，其他實驗流程由學生自行設計完成。命題教師可以選擇實際中的應用案例作為實驗項目題目，學生在設計過程中充分掌握工程中關于控制方案的設計流程。

3.3 綜合性實驗

這類實驗屬于選擇性實驗，授課教師只針對此類實驗特點選擇合適的實驗方向，并不給學生設定任何實驗設施、實驗方案、實驗步驟，學生可以依照自己的想法應用學校現有的開放設備進行實驗。在實驗過程中，學生通過對整個實驗的全程把握，能夠系統、全面地學習相關理論知識。然后調研論證并確定設計方案，進入設計階段。最后進行系統測試,并形成技術文件。此類項目為選做內容，采用開放式教學模式，整個過程在教師監督指導下獨立完成。

將實驗分層次，使學生接觸到的實踐教學內容是由簡單到復雜、由抽象到具體、由特殊到一般、由接受到創新的。在實驗內容設計上，不同知識點對應著多個可做的實驗，學生可以自行選擇有興趣的實驗內容完成實驗課程。

4 拓展實驗創新教學平臺

實踐教學環節不應該僅局限在傳統的實驗課堂上，應為學生提供更廣闊的可施展創新能力的平臺，為學生創造更多參加創新項目的機會。目前，大學生能夠參與的創新項目模式主要是在帶隊教師的指導下，根據所參加的比賽主題由學生自由選擇參賽內容、擬定參賽題目、獨立完成比賽作品的制作、完成比賽需要的文字性材料等，整個過程中教師只起到點撥性的指導作用，全部作品幾乎都由學生團隊自主完成。可見，創新項目既有利于發揮學生的自主性、參與性和創造性，又可激發學生的創新思維和創新意識；既可以鞏固學生所學的現有知識，又能夠訓練學生的動手能力；既可培養學生的獨立思考能力、獨立創造性分析和解決問題的能力，又可有效地訓練學生在未知領域的探索精神。

“過程裝備控制技術及應用”課程大多被安排在教學計劃的第六或第七學期，學生的基本知識、基本技能、創新意識等已逐步形成。如果只從這個時間才開始讓學生開始接觸不同類型的創新項目，無法滿足對學生創新能力的培養要求。鑒于此，本專業教師從學生入學開始就要做好讓學生參加各類創新活動的動員工作，并且從大二開始組織有潛力和有興趣的學生接受相關培訓。在2017年全國大學生過程裝備與控制工程設計大賽中，我校過程裝備與控制工程專業參賽項目“管道探傷機器人”獲得了國家一等獎。傳統的在確定的時間和地點、用固定的實驗儀器進行固定的實驗項目，可作為培訓學生基本功的一個必要環節。同時,還可結合學校和專業情況采用實驗室開放的模式，增加學生自主選擇和自由創新能力。

5 結語

在高校課程改革要求的大前提下，針對“過程控制系統”和“過程檢測技術”課程的教學改革是必要的。本課題組結合十幾年的教學實踐，有機地將兩門課合并成一門，形成新的課程內容體系，改革相應實驗教學內容。改革的主體思想是既要注重理論知識,又要結合工程實踐。合理配置的實踐教學內容，會使理論課程和實驗教學科學合理地組合成全部的教學內容。改革后的實踐教學環節是在以學生為主導的基礎上，配以豐富的實驗內容、多元的實驗過程，發揮每一個學生的潛能，激發學生的自主性、創造性和積極性。