新工科背景下現場總線技術課程應用型“金課”建設的探索

趙新蕖，張士磊

（1. 河南工學院電氣工程與自動化學院，河南新鄉453003；2.新鄉市工業控制網絡技術重點實驗室，河南新鄉453003）

現場總線技術是20 世紀90年代興起的一種先進的工業控制技術，是連接智能現場設備和自動化系統的數字式、全雙工、多節點的通信總線，它的出現促進了傳統DCS 系統與PLC 系統的融合，由此產生的現場總線控制系統FCS 也成為新一代的自動控制系統，是當前自動化技術發展的熱點之一。 隨著 《中國制造2025》 的不斷推進，現場總線技術的應用領域越來越廣，現場總線技術課程也逐漸發展為成為眾多工科專業重要的綜合性應用型技能課程。

同時，在新工科背景下，“自動化+”培養體系[1]正成為自動化專業課程教學體系優化的趨勢，自動化專業領域的總線技術也在不斷演進發展。 如何更合理地設置教學目標，更科學地構建教學內容，更有效地開展教學活動，更客觀地評價學生知識技能的訓練效果，使本課程更好地服務于專業人才培養目標，是每個教師應該深入思考的問題。

本文以河南工學院（下文簡稱我校）自動化專業為實踐背景，針對現場總線技術課程在新工科背景下的“金課”建設進行教學改革和實踐探索。

1 現場總線技術課程教學現狀分析

1.1 缺少通用性強的示范性教材

現場總線技術是一門學科交叉性強、內容豐富、實踐性強、偏重于系統集成的課程，所涉及的專業知識極其廣泛。 現行的現場總線技術教材大致可以分為綜合型現場總線教材和單一型現場總線教材兩大類。

綜合型現場總線技術教材的結構，通常是先介紹數據通信和控制網絡的基礎知識，再介紹各種國際主流的現場總線技術[2]。但受限于教材篇幅和編寫團隊的實際從業情況，存在面面俱到但又不夠深入的問題，一些涉及總線標準的核心技術和實際應用方法的關鍵問題描述得不夠深入。同時，這種面面俱到的教材也在一定程度上抹殺了教材的專業特色。 單一型現場總線技術教材雖然有較強的技術針對性，但也存在對現場總線的基礎知識描述過度的問題。

因此，如何從自動化專業人才培養目標出發，合理選擇并利用教材，科學構建教學內容，是一線教師需要考慮的首要問題。

1.2 傳統教學方法無法適應新時代學生群體的要求

學生是教育教學活動的受體，也是教育教學過程中的主體，要真正把學生從“要我學”的被動學習狀態激發為“我要學”的主動學習狀態，就需要教師先認真研判學情特點，做到對癥下藥、因材施教。

目前，“00 后”學生已成為在校大學生的主體。 他們出生、成長在互聯網時代，這使得他們形成了獨特的互聯網思維和學習習慣。同時，按照我校自動化專業人才培養方案的課程教學進度，現場總線技術課程通常被安排在第6 學期，學生面臨即將就業或考研的問題，加之課程本身內容晦澀、能力提升的周期較長，難免會對課程學習產生一定的負面影響。 從以往的教學經驗看，學生很容易出現學習上的虎頭蛇尾，課堂教學的配合度和效果隨著課程的推進和深入越來越差。

因此，如果仍然采用傳統的課堂2.0（PPT+粉筆）教學模式，顯然難以適應“00 后”學生的感官需求，無法保證學習效果。要想提高學生的課堂體驗滿意度，激發學生主動參與課堂教學活動的熱情，需要教師更科學地設計課堂教學環節，提高課堂教學的情景體驗，豐富教學手段和知識表現形式，才能更好地抓住學生的注意力，提升課堂教學效果。

1.3 傳統的考核評價方式無法真正反映學生的實際學習效果

目前，過程性評價和期末測試相結合的課程考核方式已成為主流，相較以前單憑期末測試的方式評價學生，評價結果的客觀性已經有所提高。 但是，過程性評價的具體形式仍主要以平時作業、 階段性測驗和實驗報告等書面考核的形式體現，而期末測試大多也采用筆試形式。 這種明顯偏重筆頭的考核形式顯然無法真正反映出學生的實際能力和學習效果，更無法完全避免學生在學習過程中相互之間的過度依賴、 重理論輕實踐，進而出現高分低能的問題，這顯然不利于培養學生的獨立思考意識和能力，不利于培養學生自行分析解決工程問題的能力，無法很好地達成應用型人才的培養目標。

2 新工科背景下現場總線技術課程應用型“金課”建設的總體設想

新工科建設“復旦共識”中指出我國高校要加快建設和發展新工科[3]，樹立創新型、綜合化、全周期工程教育“新理念”，探索實施工程教育人才培養的“新模式”，為傳統工科專業的人才培養模式改革和人才培養方案的修訂指明了大方向。

2018年11月，教育部高教司司長吳巖提出了建設中國“金課”[4]的新要求，并明確了“金課”要滿足“高階性、創新性和挑戰度”的標準，為解決教師如何將人才培養模式改革落實到課程教學中的問題提供了思路和方法。

具體到現場總線技術這門課程，要想全面落實創新型、綜合化和全周期工程教育的“新理念”，真正打造出滿足“兩性一度”的“金課”，就必須認真研讀自動化專業的人才培養方案，結合學校的實際情況，合理制定課程的教學目標，并按照OBE 理念[5]科學設置課程內容、 積極探索新的課堂教學模式和更加貼近學生學情的課程評價方法，對課程做一次全面改革。

3 課程教學改革的具體做法

3.1 緊貼人才培養方案制定“三級進階式”能力培養目標

現場總線技術在不同專業領域對人才培養目標的貢獻不同，在認真研究我校自動化本科人才培養方案的基礎上，結合我校本課程教學資源的實際情況，將現場總線技術課程的知識目標、 能力目標和素質目標進行重新整合凝練，并最終確定了本課程的“三級進階式”能力培養目標。

以培養學生閱讀并理解現場總線的協議/規范/標準、初步設計一般設備的以太網/現場總線通信接口為初級能力目標； 以培養學生獨立從事工業通信系統運行、管理與維護的基本能力為中級能力目標；以培養學生有較強的學習能力，能跟蹤技術發展前沿，并具備一定的創新能力為高級能力目標。

3.2 基于OBE 理念以“三元融合”模式重組課程內容

按照以“應用型能力培養”為落腳點的OBE 教學理念，依據三級進階式能力培養目標，從理論與實踐兩部分綜合考量，最終確定了以我校的新鄉市工業控制網絡技術重點實驗室為依托，以循序漸進的能力培養模式為原則，將課程內容分解為基礎知識模塊、知識融合模塊和工程實戰模塊三部分。

“基礎知識模塊”主要用來解決學生在前期學習過程中基礎知識掌握情況層次不一的問題，使每個學生在課堂開始之初的十幾分鐘內，基本達到“向知識基礎看齊”的目的；“知識融合模塊”主要用來幫助學生實現重要知識點的融合，以典型現場總線的基礎能力培養為主，輔以具有時代特點的新知識，在開闊學生視野的同時，幫助學生在融合中提升駕馭知識、解決問題的能力，逐步形成自己的知識能力，基本達到“變知識為能力”的目的；“工程實戰模塊”從傳統實驗項目出發，開發具有一定前沿性的、貼近工程實際的實驗項目，并提出符合學情，又兼有一定挑戰性的實驗要求，基本達到“知識能力進階”的目的。

3.3 “PDPS+學生主導”的教學模式探索

為了提高課堂教學環節的效率，充分凸顯學生在課堂教學活動中的主體地位，我們將面授教學的教學活動分解為： 課前預熱 （Preheating）+學生討論（Discussing）+教師講解（Presentation）+學生總結（Summary）四個環節，以掌握重要知識點為出發點，以突出應用型能力培養為導向，以項目模塊化為依托，通過“生-師-生”的角色互換，充分調動學生參與的積極性、主動性，真正做到在充分發揮學生主體作用的同時，提高課堂教學效率和質量。

互聯網技術的發展為靈活多樣的現代教育技術的實現提供了保障，同時也更加適合“00”后學生的信息獲取習慣。 為了充分發揮網絡化教學多種媒體形式融合的優勢，合理安排知識點與授課方式，我們充分利用互聯網技術開展教學，并建設了能夠覆蓋本課程主要知識點、兼顧相關專業課程的網絡課程體系，彌補傳統教學系統的不足。 對于每節課的基礎知識點，主要以PPT 課件為依托，充分發揮其信息量大的優勢，讓學生在自學和討論中學習。對于每節課的重點和難點，則主要以短視頻、 微課的形式呈現，發揮其生動形象的優勢，通過學生的看和聽，加上教師的講，促進學生對課程重難點知識的理解和掌握。 網絡資源課程的線上討論板塊，主要用來輔助提高課堂教學的內涵和外延，教師通過提出有一定深度的討論主題來激發學生的深度學習，學生也可以針對課堂教學內容做進一步的交流，以此來保障每個學生在學習中都能跟上教學節奏。

3.4 凸顯課堂實效的形成性考核評價機制

以學生為核心的考核是對學生課程學習掌握程度的評價，科學合理有效的考核評價方案是“金課”建設質量的檢驗標準[6]。 為了更加及時、客觀地評價學生的實際學習情況，在形成性評價機制中充分體現學生在課堂教學中主體作用的發揮情況，參照行動導向法[7]對過程性評價機制進行了改革，除了保留平時作業、階段性測驗和實驗考核外，還加入了課堂活動這一環節，占過程性評價的20%。

課堂活動評價的具體形式會根據教學內容的特點進行調整，力爭做到合理、可信、可操作。考慮到初級能力培養的內容相對簡單，在教學中課堂活動多體現為課堂提問、搶答或隨堂小測等形式；對于中級能力培養的內容，課堂活動則會采用課堂討論、 分組任務等形式；對于高級能力培養的內容，課堂活動則較多地采用你問我答的方式，重點培養學生獨立思考、敢問會問、敢于嘗試的能力和勇氣。

4 結語

實踐證明，我校在自動化專業的現場總線技術課程教學中，以培養學生的工程應用能力為導向，以應用型“金課”建設為目標，以OBE 理念為指導，科學構建了教學目標、重組了教學內容、改革了教學方法和評價機制，取得了較好的教學效果，較好地達成了課程的教學要求。