“熱工過(guò)程控制系統(tǒng)”金課建設(shè)探索

陳志盛 王鴻懿

摘? ? 要：建設(shè)高水平的“熱工過(guò)程控制系統(tǒng)”課程對(duì)夯實(shí)熱工類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生具備一定專(zhuān)業(yè)視野、工程實(shí)踐能力、自我學(xué)習(xí)能力以及創(chuàng)新能力具有重要作用。文章基于當(dāng)前課程教學(xué)的瓶頸問(wèn)題，挖掘與一流課程建設(shè)目標(biāo)的差距，從課程目標(biāo)、教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容和手段、師資建設(shè)方面，提出構(gòu)建“熱工過(guò)程控制系統(tǒng)”“金課”教學(xué)體系的主要思路。

關(guān)鍵詞：熱工過(guò)程控制系統(tǒng);“金課”建設(shè);實(shí)施路徑

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.4? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1002-4107（2021）10-0022-02

一、“熱工過(guò)程控制系統(tǒng)”課程建設(shè)現(xiàn)狀

“熱工過(guò)程控制系統(tǒng)”課程是面向自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)（熱工過(guò)程方向）高年級(jí)學(xué)生開(kāi)設(shè)的一門(mén)核心課程，也是能源與動(dòng)力工程等專(zhuān)業(yè)的選修課程，主要講述以電力生產(chǎn)過(guò)程中的主要設(shè)備（鍋爐、汽輪機(jī)和輔助設(shè)備等）為對(duì)象的熱工過(guò)程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理、一般的分析設(shè)計(jì)方法和基本實(shí)驗(yàn)技能[1]。建設(shè)高水平的“熱工過(guò)程控制系統(tǒng)”課程對(duì)于夯實(shí)熱工類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生具備初級(jí)專(zhuān)業(yè)視野以及工程實(shí)踐能力、自我學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力尤為重要。目前熱工過(guò)程控制系統(tǒng)課程建設(shè)與一流水平要求尚有差距，還存在以下突出問(wèn)題。

（一）整個(gè)教學(xué)體系中課程間關(guān)聯(lián)度不足

自動(dòng)控制類(lèi)課程教學(xué)內(nèi)容存在知識(shí)點(diǎn)重復(fù)或脫節(jié)現(xiàn)象。比如學(xué)生反映“熱工過(guò)程控制系統(tǒng)”課程前半部分教學(xué)內(nèi)容與自動(dòng)控制原理課程區(qū)分度不夠大，而工程中常用的PID控制器設(shè)計(jì)方法在兩門(mén)課程中都沒(méi)有重點(diǎn)講解，因此在針對(duì)具體對(duì)象進(jìn)行反饋控制設(shè)計(jì)時(shí)很難確定相關(guān)參數(shù)。

（二）實(shí)踐環(huán)節(jié)短板明顯

現(xiàn)有的“熱工過(guò)程控制系統(tǒng)”課程在期末安排兩周的課程設(shè)計(jì)。但總體而言，課程設(shè)計(jì)中“練”的成分還是有所欠缺，部分教師在指導(dǎo)過(guò)程中過(guò)于強(qiáng)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論分析，實(shí)踐環(huán)節(jié)僅以仿真為主，對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的提高幫助有限。

（三）課程考核方式簡(jiǎn)單

隨著課程考核改革工作的推進(jìn)，只以期末考試作為考核依據(jù)的情況得以改變。不過(guò)，在沒(méi)有科學(xué)規(guī)劃和認(rèn)真監(jiān)督情況下，以論文和報(bào)告形式的考核方式有時(shí)也難以正確評(píng)價(jià)學(xué)生的知識(shí)習(xí)得，甚至容易讓部分學(xué)生養(yǎng)成抄襲、剽竊等學(xué)術(shù)不端的習(xí)慣。

當(dāng)前我國(guó)高等教育內(nèi)涵建設(shè)的核心任務(wù)是“打造‘金課，淘汰‘水課”[2-3]。符合現(xiàn)代教育形勢(shì)和教學(xué)規(guī)律的“金課”能夠從不同維度達(dá)成課程教學(xué)目標(biāo)，是實(shí)現(xiàn)“兩性一度”（高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度）要求的關(guān)鍵要素[4-5]。依托互聯(lián)網(wǎng)和即時(shí)通信工具的在線教育平臺(tái)的出現(xiàn)很大程度上改變了當(dāng)代高等教育的行為和方式，轉(zhuǎn)變了人們長(zhǎng)期形成的基于課堂教學(xué)的知識(shí)傳授觀念。面對(duì)新興教育技術(shù)的影響和挑戰(zhàn)，有必要抓住機(jī)遇，在專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)理念、方法和內(nèi)容、考核評(píng)價(jià)方式等各方面進(jìn)行有針對(duì)性的重構(gòu)和完善。

二、“金課”建設(shè)目標(biāo)和理念的重構(gòu)

（一）適應(yīng)“兩性一度”要求的教學(xué)目標(biāo)

契合教育部關(guān)于“金課”高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度要求制定課程建設(shè)目標(biāo)是打造“熱工過(guò)程控制系統(tǒng)”一流課程的根基。“熱工過(guò)程控制系統(tǒng)”課程中的理論基礎(chǔ)可能在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都不會(huì)有大幅改變，但新技術(shù)和新機(jī)組在能源電力行業(yè)中的應(yīng)用要求學(xué)生具備高階思維能力。我國(guó)高校部分工科專(zhuān)業(yè)學(xué)生仍保留應(yīng)試教育學(xué)習(xí)習(xí)慣，他們解決問(wèn)題的思路基本遵循課本中描繪出來(lái)的框架路線，如果在課程教學(xué)中增加一定挑戰(zhàn)度的知識(shí)點(diǎn)，不僅可以有效改變學(xué)生思維固化的學(xué)習(xí)模式，讓學(xué)生了解熱工過(guò)程控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)和前沿技術(shù)，置身于工程背景中挖掘問(wèn)題的解決方法，并且能在考慮經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境保護(hù)等多種約束條件下完成優(yōu)化設(shè)計(jì)。當(dāng)下科技日新月異，社會(huì)生產(chǎn)生活方式大變革對(duì)創(chuàng)新型人才需求迫切。盡管課程教學(xué)仍以知識(shí)傳授為主，但不妨礙有針對(duì)性的產(chǎn)教融合，在創(chuàng)新性實(shí)踐活動(dòng)中給予學(xué)生更多的鍛煉機(jī)會(huì)。

（二）從教師中心到學(xué)生中心的理念重構(gòu)

在線教育技術(shù)的發(fā)展是真正破解從“教師為中心”到“學(xué)生為中心”難題的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)的教學(xué)方式往往很難脫離“傳者中心”模式，即使進(jìn)行以“受者中心”的教學(xué)模式改革，大多也流于形式——學(xué)生在課堂上積極發(fā)言的寥寥無(wú)幾，大部分人成了無(wú)所適從的旁觀者。在“熱工過(guò)程控制系統(tǒng)”線上線下混合式“金課”建設(shè)中，將微課在線教學(xué)與課堂研討教學(xué)相結(jié)合，讓學(xué)生通過(guò)彈幕這種年輕人喜愛(ài)的方式表達(dá)他們的意見(jiàn)，掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)狀態(tài)，實(shí)時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和手段，讓學(xué)生喜歡這門(mén)課，真正學(xué)到適應(yīng)未來(lái)工作崗位需要的知識(shí)和技能。

（三）從知識(shí)主體到價(jià)值主體的轉(zhuǎn)變

以往的課程教學(xué)一般以知識(shí)傳授為基線，著重培養(yǎng)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)技能，盡管也有思政教育方面的考量，但大多浮于淺層，思政教育和專(zhuān)業(yè)教育看似融合，實(shí)則界限分明。事實(shí)證明，僅具備良好的專(zhuān)業(yè)能力難以滿(mǎn)足今后工作崗位的需求，良好的職業(yè)價(jià)值觀在學(xué)生畢業(yè)后的個(gè)人職業(yè)生涯中同樣至關(guān)重要。針對(duì)這種情況，我們?cè)谡n程建設(shè)中強(qiáng)調(diào)思政引領(lǐng)，提出從知識(shí)主體到價(jià)值主體轉(zhuǎn)變的思路，要求通過(guò)本課程學(xué)習(xí)，學(xué)生達(dá)成以下思想品德和職業(yè)人文素質(zhì)：厚植愛(ài)國(guó)主義情懷和大國(guó)工匠精神，通曉能源電力行業(yè)規(guī)則和國(guó)際慣例，能承擔(dān)社會(huì)、知識(shí)和環(huán)境背景下的道德責(zé)任，自覺(jué)融入到實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的能源電力建設(shè)中去。

三、“金課”建設(shè)的主要策略與實(shí)踐

（一）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

通過(guò)對(duì)當(dāng)前課程教學(xué)不足之處進(jìn)行分析，教學(xué)團(tuán)隊(duì)對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行了適應(yīng)“兩性一度”要求的優(yōu)化調(diào)整。本課程知識(shí)點(diǎn)多，涵蓋了熱工對(duì)象建模、控制器動(dòng)態(tài)特性分析、單回路控制系統(tǒng)、復(fù)雜控制系統(tǒng)理論、汽包鍋爐控制系統(tǒng)、直流鍋爐控制系統(tǒng)、單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)等內(nèi)容。在以往的教學(xué)過(guò)程中，常以課程知識(shí)架構(gòu)完整性組織教學(xué)內(nèi)容，結(jié)果陷入“處處是重點(diǎn)、處處吃不透”的怪圈。針對(duì)該問(wèn)題，我們提出“實(shí)、新、德”的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)思路。“實(shí)”指在教學(xué)過(guò)程中理論聯(lián)系實(shí)際，增強(qiáng)挑戰(zhàn)度，例如我們以某電廠電機(jī)軸承溫度測(cè)點(diǎn)進(jìn)水導(dǎo)致一次風(fēng)機(jī)跳閘案例來(lái)講解熱工控制系統(tǒng)測(cè)量裝置設(shè)計(jì)選型知識(shí)點(diǎn)。“新”指貼合新的工程背景進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整知識(shí)點(diǎn)，把跟不上技術(shù)發(fā)展的舊理論淘汰掉，比如講授大型火力發(fā)電機(jī)組的先進(jìn)控制技術(shù)應(yīng)用、云控制理論研究前沿等，帶領(lǐng)學(xué)生展開(kāi)頭腦風(fēng)暴思維創(chuàng)新。“德”指在知識(shí)傳授的同時(shí)用春風(fēng)化雨般的方式自然融入思政元素，例如把能源電力行業(yè)的大國(guó)工匠事跡植入課程導(dǎo)學(xué)案中，引領(lǐng)學(xué)生逐步樹(shù)立正確的價(jià)值追求和職業(yè)素養(yǎng)，讓學(xué)生明白高尚的人格在職業(yè)發(fā)展中的重要作用，要會(huì)做事、會(huì)做人，更要為中華民族的偉大復(fù)興奮力前行。

（二）創(chuàng)新教學(xué)方法

“熱工過(guò)程控制系統(tǒng)”課程的內(nèi)容涵蓋了自動(dòng)控制原理、熱工理論基礎(chǔ)、熱力設(shè)備及運(yùn)行等選修課程知識(shí)，理論復(fù)雜，實(shí)踐環(huán)節(jié)多，課堂講授難。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們提出了“教—學(xué)—練”模式：“教”是以重點(diǎn)難點(diǎn)串成線上—線下知識(shí)傳授的骨架，同時(shí)將網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)、社交APP等交互式信息工具應(yīng)用于課堂教學(xué)，通過(guò)虛擬建模和交互式技術(shù)將主要熱力設(shè)備結(jié)構(gòu)和運(yùn)行過(guò)程呈現(xiàn)出來(lái)，解決設(shè)備接觸難的問(wèn)題，用數(shù)字仿真平臺(tái)演示控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)，解決實(shí)驗(yàn)難的問(wèn)題;“學(xué)”突出以學(xué)生為主導(dǎo)的理念，教學(xué)過(guò)程強(qiáng)調(diào)線上和線下教學(xué)內(nèi)容的連貫性和有機(jī)融合，分為課前引導(dǎo)自學(xué)、課中研討釋疑、課后拓展實(shí)踐三部分;“練”是以學(xué)院實(shí)踐平臺(tái)為依托，聯(lián)系實(shí)際工程案例制定練習(xí)題、設(shè)計(jì)題和實(shí)踐題，結(jié)合課內(nèi)實(shí)驗(yàn)和虛擬仿真深度把握知識(shí)要點(diǎn)，錘煉基本的實(shí)踐技能。

（三）改革考核方式

傳統(tǒng)的“熱工過(guò)程控制系統(tǒng)”課程考核方法是期末筆試考試決定學(xué)生的成績(jī)，這種方法對(duì)于學(xué)習(xí)過(guò)程和綜合學(xué)習(xí)效果的綜合考核程度不高。在本課程“金課”建設(shè)中，我們圍繞過(guò)程質(zhì)量監(jiān)測(cè)為中心優(yōu)化課程考核方式，考試和考察結(jié)合，線上與線下并重，多層次促進(jìn)學(xué)生在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中的主動(dòng)性和學(xué)習(xí)深度。比如課程最終成績(jī)由以下幾個(gè)模塊組成：課前預(yù)習(xí)效果（占比20%），主要包括學(xué)習(xí)任務(wù)清單完成度、先導(dǎo)自測(cè)題評(píng)分、組內(nèi)研討情況等考察內(nèi)容;課堂學(xué)習(xí)效果（占比30%），包括到課率、課堂研討參與程度、創(chuàng)新思維評(píng)價(jià)等;課后拓展實(shí)踐（占比20%），包括專(zhuān)業(yè)文獻(xiàn)閱讀與分析、軟件工具應(yīng)用與開(kāi)發(fā)、控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)賽、團(tuán)隊(duì)工作總結(jié)與報(bào)告等;期末考試（占比30%）。考察環(huán)節(jié)我們重點(diǎn)監(jiān)督學(xué)生養(yǎng)成良好的品質(zhì)，杜絕抄襲和剽竊現(xiàn)象。

（四）打磨教學(xué)團(tuán)隊(duì)

師資團(tuán)隊(duì)是“熱工過(guò)程控制系統(tǒng)”金課建設(shè)的主力軍。首先，參與到課程教學(xué)中的每位教師都應(yīng)兼具深厚的學(xué)術(shù)水平和高尚的師德師風(fēng)，教師在課內(nèi)外展現(xiàn)出來(lái)的治學(xué)境界、敬業(yè)程度在無(wú)形中為學(xué)生樹(shù)立了很好的職業(yè)價(jià)值觀典范。其次，教學(xué)團(tuán)隊(duì)還應(yīng)積極吸納有不同課程教學(xué)經(jīng)歷或豐富工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的骨干教師參與進(jìn)來(lái)。“熱工過(guò)程控制系統(tǒng)”課程是一門(mén)面向高年級(jí)本科生的專(zhuān)業(yè)課程，盡管這些學(xué)生已經(jīng)先修了其他專(zhuān)業(yè)課程，但是還不能很好地梳理清楚整個(gè)專(zhuān)業(yè)課程體系的脈絡(luò)。比如在介紹控制系統(tǒng)的構(gòu)成時(shí)，需要引導(dǎo)學(xué)生思考測(cè)量和控制裝置在信號(hào)產(chǎn)生和收發(fā)過(guò)程中的同步性，此時(shí)教師要對(duì)“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)理解透徹才能為學(xué)生闡釋清楚。再次，課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)要定期組織研討，總結(jié)分析教學(xué)過(guò)程中遇到的各種問(wèn)題，形成迭代優(yōu)化課程設(shè)計(jì)的良好模式，特別是要針對(duì)課程設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行產(chǎn)教融合改革，多維度達(dá)成“兩性一度”的一流課程建設(shè)目標(biāo)。

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