面向工程教育專業認證的課程教學改革——以《工業控制網絡》課程為例

劉光星 曹茜林

摘? 要：工程教育專業認證不僅是培養滿足行業企業需要的工程人才的認證標準，而且也是教育教學理念的轉變和革新。文章以西安石油大學自動化專業的專業基礎課《工業控制網絡》為例，分析了教學及實踐中存在的主要問題，提出了基于工程教育專業認證理念的課程教學改革目標和主要措施，更好地啟發學生思維，激發學生學習興趣，鍛煉工程能力，培養創新意識與創新能力，提高學生的綜合修養，促進專業建設的持續發展。

關鍵詞：工程教育專業認證;工業控制網絡;教學改革;持續改進

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：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

工程教育專業認證是指專業認證機構對工程技術領域相關專業的教育質量進行評價、認可并提出改進意見的過程[1]。工程教育專業認證的三大核心理念為：以學生為中心、結果導向（Outcomes-based Education，OBE）和持續改進[2]。2016年6月我國正式成為國際本科工程學位互認協議《華盛頓協議》的正式成員，這標志著我國工程教育人才培養質量標準與國際通用標準的實質等效，這為經濟全球化背景下工程技術人員獲得國際認可，進行跨國交流，走向世界打下了堅實的基礎[3-4]。

對我國來說，工程教育專業認證不僅是培養滿足行業企業需要的工程人才的認證標準，而且也是教育教學理念的轉變和革新。課程是實現專業培養目標和培養標準的主要載體，是培養目標得以實現的橋梁。為了保證培養目標、畢業要求以及課程體系的一致性，使課程能夠有效地支撐培養目標和畢業要求的實現，就必須要對原有的課程教學模式進行改革。目前，西安石油大學自動化專業正在進行工程教育專業認證，以此為契機，采用國際化標準，對《工業控制網絡》課程的教學改革就是一門基于工程教育專業認證理念的課程改革。

二、《工業控制網絡》課程教學現狀及存在的主要問題

《工業控制網絡》課程是西安石油大學自動化專業的一門專業基礎課，是一門應用性很強的課程。課程主要介紹現場總線的發展和應用概況、控制網絡的通信基礎、現場總線控制網絡的核心技術等。通過本課程的學習，學生能了解當今控制領域的前沿技術，掌握基于現場總線全分布式控制系統的技術。針對工程教育專業認證理念，《工業控制網絡》課程教學過程中存在的主要問題有：

1. 在課程教學中還是使用傳統的教學模式，即提出問題，講授理論，舉例說明。教學內容中原理抽象，需要介紹的概念名詞技術名詞太多，知識點之間的聯系不是特別緊密且相互分散。學生學到的是相互分離的學科知識點，覺得枯燥難懂。即使完成了本課程的學習，遇到真實的生產過程仍無從下手。

2. 在課程教學中還是以教師灌輸為主，學生只是知識的“輸入方”和課堂中被動的學習者，而不是主動的學習者與研究者。學生還不能相對獨立地進行知識探索和工程實踐活動，缺乏創新能力的培養。

3. 在課程教學中對多學科的融合做得還不夠，還沒有將智能制造、互聯網+、大數據、云計算、物聯網等新技術復合交融到教學過程中，對智能制造發展方向的工程人才培養目標還不明確，還不能培養和塑造學生多層次、多思維、多創新的能力。

4. 課程考核評價指標單一，造成了學生只是重視結課考試，而不重視平時學習;實踐環節的考核也只是反映在實驗報告上，忽略了對實踐過程的考核，造成了學生“工程性知識”的缺乏，學生學習自主性不夠;探究性教學比重過低，造成學生知識結構單一，創新思維得不到培養。

三、工程教育專業認證理念下《工業控制網絡》課程的教學改革研究

（一）優化課程目標，明確畢業要求和課程目標的關系

《工業控制網絡》課程將工程教育專業認證核心理念貫徹到專業教學之中。通過課程教學，使學生能系統理解控制網絡的基本概念和組網技術，具備工業控制網絡和現場總線控制系統的專業知識，能借助網絡平臺獲取專業文獻，通過分析、消化吸收、歸納總結，能按照具體的應用需求，提出恰當的工業網絡控制互聯與控制系統集成解決方案，或提出切合實際的合理化技術建議，為從事工業控制網絡集成設計打好理論與技術基礎;具有組織與實施工程項目的團隊合作和管理能力;具有自主學習的能力、終身學習的追求與創新意識，能夠適應技術、經濟與社會的持續發展。課程目標為：

1. 具有工業控制網絡的基礎理論知識，理解工業現場總線控制系統的類型和主要應用領域。

2. 借助網絡信息平臺和搜索工具，具備獲取專業信息的能力。

3. 能綜合應用專業文獻，為工業控制網絡系統集成提出解決方案或合理化建議。

明確課程目標對畢業要求的支撐關系，確定上述3個課程目標所對應的畢業要求指標點。課程目標對畢業要求的支撐關系如表1所示。

（二）教學內容和實踐環節的改革

課程教學模式的改變需要全方位的支撐，要做到知識課堂向能力課堂，封閉課堂向開放課堂，灌輸課堂向對話課堂，重學輕思向學思結合，重知輕行向知行合一的轉變。精心設計《工業控制網絡》課程的教學模式，充分利用“陜西省油氣井測控技術重點實驗室”這個平臺，以“工程案例”為主要形式，將依托重點實驗室平臺的工程案例貫徹于整個教學過程中，學生通過提出問題-討論解決方案-歸納總結核心概念和結論，將學習置于對工業控制網絡工程問題的解決過程之中。同時通過開發綜合實驗，進一步提高學生的工程實踐能力和創新能力。教學模式注重教學過程中的探索性、工程性、創新性，提升學生的主動地位，培養學生的實踐能力、工程能力和創新能力。課程的教學模式如圖1所示。

《工業控制網絡》課程是一門應用性技術性較強的課程，因此首先由教師對工程系統進行整體概述，然后讓學生組成研究小組，圍繞工程案例，追蹤最新科技成果，查詢文獻資料，進行研討、實踐、合作、探究性學習，真正讓學生做到學以致用，知行并進。

重點實驗室主要從事電動鉆機控制系統的理論研究和技術研發，而電動鉆機的電氣控制系統就是一種基于現場總線控制的系統。利用重點實驗室現有的實驗設備（西門子PLC、歐陸直流調速器、歐陸變頻器、ABB變頻器及電機等）進行綜合實驗的開發，設計一套以PLC為控制核心，以現場總線為傳輸信息的通道，基于現場總線控制系統架構的交直流調速控制系統。學生可以在這個平臺上進行綜合性實驗和研究性實驗開發，可使學生掌握工程設計的思想和應用現場總線控制的具體方法，了解要解決的關鍵技術及解決思路，為學生提供良好的科研訓練平臺，使學生得到更好地工程實踐鍛煉，提高學生的創新能力。

追蹤本課程相關的新技術、新文獻，注重本課程以及交叉學科的新動向，不斷推陳出新教學內容和教學手段。充分利用多媒體課件、慕課、微課、翻轉課堂等現代化教學手段，針對現場總線控制系統，將智能制造、互聯網+、大數據、云計算、物聯網等新技術復合交融到教學過程中，克服理論教學和生產實踐相脫節的問題，增強教與學的互動性，使教學從概念性、原理性向應用性、綜合性轉變，讓學生有創新機制和源泉。

（三）建立課程評價體系

課程評價體系針對課程目標進行設置，通過定量計算課程目標的達成度， 獲得本課程對畢業要求指標點達成的貢獻度。根據評價結果，定性分析教學過程所存在的問題，提出改進措施。課程目標和評價結果之間的關系如圖2所示。

課程考核采取大作業、綜合實驗相結合的考核方式，構成比例為：大作業50%、綜合實驗50%。大作業主要是借助網絡數據庫和搜索引擎等工具，進行自動化控制網絡領域的文獻檢索與網絡查詢，最終形成數篇檢索報告。通過完成大作業，增強學生對工業控制網絡的整體認知和具體應用，深入了解工業4.0和中國制造2025的發展對工業控制網絡的重要意義，培養學生的專業興趣，引導學生學會分析問題和新知識的獲取方法，逐步養成自主學習的習慣。

綜合實驗的考核不能只是針對實驗報告，應該讓學生以實驗小組的方式進行考核，由各實驗小組對完成的實驗項目進行展示和答辯，教師對每個小組的項目進行專業點評，指導學生追本溯源，掌握原理，擴展思路，使學生的實踐能力得到進一步的提升。不能用小組的成績作為每個學生的成績，這樣容易造成綜合實驗由組長和幾個能力較強的學生主要完成，其他學生蒙混糊弄的現象。因此要對每個學生的成績進行單獨評定，每個學生的成績根據實驗小組的成績和學生在實驗項目中所承擔的工作量綜合得出，這樣既可以培養學生的團隊協作精神和有效的溝通能力，又可以促進每個學生積極主動地去完成自己所承擔的工作。

課程結課后教師針對課程目標進行達成度分析。課程總結報告包括每個課程目標的達成情況，與上年教學效果的比較，總結教學中存在的問題以及持續改進措施。針對課程評價所暴露的問題，建立課程目標、課程評價和持續改進的閉環質量提高機制。教學質量的動態改進以教師的自我修正為主，通過調整和改變授課計劃，在課程教學大綱規定的范疇之內，適時適當調整教學內容、教學組織和教學方法，以期獲得更好的教學效果。

四、結束語

在工程教育專業認證的理念下，培養不僅掌握基礎知識，而且還具有獨立思考能力、動手能力、創新能力的學生成為了新的教學目標。本文以西安石油大學自動化專業《工業控制網絡》課程為例，對原有的課程教學模式進行了改革和研究，突出工程應用，引入案例教學方式，將學校教育與社會需求緊密的結合在一起，培養學生的工程實踐能力、問題分析能力、相互溝通能力、團隊協作能力、終身學習能力等，全面提升學生的綜合素質，培養學生的創新思維與創新能力。同時建立課程目標達成評價機制，對課程的主要教學環節提出明確的質量要求和考核標準，對課程教學體系和教學質量進行評價，依據評價結果對教學過程進行持續改進，形成教學質量提升的計劃-執行-評價-改進循環，從而確保畢業要求和培養目標的達成與實現。因此，本文提出的基于工程教育專業認證理念的教學模式有一定的推廣價值，對其它課程也有一定的借鑒意義。

參考文獻：

[1]何秋生，趙志誠.OBE理念下的“單片機應用技術”實驗案例設計[J].實驗技術與管理，2018，35（11）：203-207.

[2]王玉高，盛清濤，申峻，等.基于工程教育專業認證的“煤化學”教學改革[J].教育理論與實踐，2018，38（30）：55-57.

[3]王保建，陳花玲，楊立娟，等.工程教育認證標準下的課程教學設置[J].實驗室研究與探索，2018，37（8）：162-166，298.

[4]彭莉峻，韓行.工程教育專業認證下電工電子技術綜合性實驗項目改革[J].實驗室研究與探索，2018，37（7）：178-181，290.

[5]余勤，曾曉東，王建，等.新工程教育認證標準下課程教學的探索與實踐[J].實驗技術與管理，2019，36（4）：183-187.

[6]王永泉，胡改玲，段玉崗，等.產出導向的課程教學：設計、實施與評價[J].高等工程教育研究，2019（3）：62-68.

[7]李然，于樂，楊光儀，等.面向工程教育專業認證背景下的《電力電子技術》課程教學模式改革與思考[J].高教學刊，2019（12）：135-137.

[8]梅林，楊麗君，孫玲玲，等.基于OBE模式的電力系統綜合實驗教學改革[J].實驗技術與管理，2018，35（1）：218-220，237.

[9]吳昌東，陳永強，江樺.基于工程教育專業認證的電子技術實驗教學改革實踐[J].實驗技術與管理，2018，35（2）：169-173.

[10]晏涌，劉學君，亢勇，等.“電子工程設計”實踐教學評價體系的建立與實施[J].實驗技術與管理，2018，35（10）：166-169，180.