“过程装备控制技术及应用”新课程内容实验教学改革研究

李 晶，王 妍，王春艳，付 强

(1.长春理工大学机电工程学院，吉林长春 130022；2.长春师范大学计算机科学与技术学院，吉林长春 130032)

我国建国初期借鉴前苏联的经验，根据需要在不同地区的几所高校设立了化工设备与机械这个融合了化工生产工艺与机械设计两个学科的专业,经过近50多年的学科交叉、融合和信息化的改造，发展成为现在的过程装备及控制工程专业。在这个过程中，“过程控制系统”和“过程检测技术”两门课成为本专业开设的必修主干专业课，将过程机械、自动测试、自动控制等方面的知识有机地结合在一起，培养学生成为掌握多学科知识与技能的复合型人才。

课题组对国内多所高校过程控制类课程的开设情况进行了调研,发现各高校对该类课程开设意义的理解不同，相关类别课程的设置学期、学时和性质也不相同。部分985、211和一些相关兄弟院校的设置情况如图1所示，其对应理论课程的实验教学在学时和内容上存在较大差异。课题组通过多年一线教学经验的总结和对课程的理解，完成了“过程装备控制技术及应用”课程新内容体系的编写。同时,结合对兄弟院校的调研和对多门相关课程内容的学习，对新内容体系对应的实验环节进行了优化改革研究。

图1 国内各高校过程控制类课程开设情况

1 改革前实验教学存在的问题

将两门课程统筹结合成一门课程的过程中，相关实验教学的改革需求是迫切的。研究发现，改革前实验教学环节在多个方面存在不足。

1.1 课程目标和任务不清晰

教学改革前，授课教师对两门不同课程的性质及任务没有深刻的认识，所以开设的实验课程并没有明确的教学目标,对基于原实践教学项目培养出的学生是否满足毕业需求没有相应的思考。实践教学中所使用的实验内容没有根据教学需要进行更新,实验设备陈旧、落后，实验项目没更新，阻碍了对学生创新性、自主性的培养。

1.2 课程教学体系不系统，欠缺完整性

课程体系由特定的课程观、课程目标、课程内容、课程结构和课程活动方式组成。课题组任课教师对本专业各高校实践课程调研发现，很多高校对实践教学课程的开设并没有形成一个系统、完整的教学体系，课程之间的教学目标和联系不明确，无法体现本科教学的系统性和连续性。

1.3 实验教学内容单一、不灵活，教学内容陈旧

实验教学内容多以演示性和验证性实验为主，依然保留着教师为主、学生为辅的教学模式，无法提升学生对实践动手环节的兴趣，学生主动参与的积极性不高；陈旧的教学内容无法满足科技进步对本专业人才的需求。

2 改革实验教学目标

“过程控制系统”和“过程检测技术”都是理论性强、实践要求高的课程，将两门课结合后的新课程内容的实验教学环节有以下几个改革方向。

2.1 与时俱进的实验内容

所选内容要紧跟社会生产的发展，主要介绍过程控制领域所应用的理论和方法，培养学生在基础的理论指导下完成实验教学内容。

2.2 多元新颖的实验方式

总结传统教学方式的缺点，改变以教师为课堂主导的教学方式，将以验证性、演示性为主的实验方式转化为以自主式、启发式、综合型、创新型、多元化为主的实验方式。对于有能力的学生,还要引导他们多参与各项创新设计大赛和科研项目，巩固基础理论知识，提高对所学知识的综合应用能力。

2.3 现代智能的技术设备

根据实验需要，采用双面多模块检测与控制创新实验台进行教学，并在教学环节中加入先进的模拟软件，将抽象的控制过程转变成直观可见的形式，使学生更易理解，提高学习兴趣。

2.4 科学合理的学时设置

将原来两门课各8学时的实践教学内容进行优化，缩减到两门课一共8学时，但是其中包含的实验内容却更丰富，提高了授课效率和教学质量，符合教学改革中缩减学时数量的要求。

3 实验教学改革内容

将实验项目按学生是否可选的角度分为必做实验和选做实验两类。必做实验教学的目的是使学生消化在理论课上学习到的基本知识点，训练基本的实验操作能力，了解过程装备中常用的控制类仪器仪表。选做实验教学中，指导学生发挥自主性和创新性增加学生的实验热情。在必做实验和选做实验分类的基础上，依据实验的开放程度和创新要求，将实验项目再次分为三个层次。

3.1 演示性实验和验证性实验

这类实验为必做类实验，上课时间确定,上课人员为全体过程装备及控制工程专业学生。这类实验设置的目的是使学生首先对实验设备有一个感性认识，然后根据教师在实验课上的引导，将课内所介绍的关于检测类机器仪表及自动控制各组成部分的元件与实物对接，并巩固理论课学习的基本理论与常规自动化类的实验方法。

3.2 设计性实验

这类实验为必做实验，上课时间确定，上课人员固定，实验题目由实验教师给出，其中规定了实验任务，其他实验流程由学生自行设计完成。命题教师可以选择实际中的应用案例作为实验项目题目，学生在设计过程中充分掌握工程中关于控制方案的设计流程。

3.3 综合性实验

这类实验属于选择性实验，授课教师只针对此类实验特点选择合适的实验方向，并不给学生设定任何实验设施、实验方案、实验步骤，学生可以依照自己的想法应用学校现有的开放设备进行实验。在实验过程中，学生通过对整个实验的全程把握，能够系统、全面地学习相关理论知识。然后调研论证并确定设计方案，进入设计阶段。最后进行系统测试,并形成技术文件。此类项目为选做内容，采用开放式教学模式，整个过程在教师监督指导下独立完成。

将实验分层次，使学生接触到的实践教学内容是由简单到复杂、由抽象到具体、由特殊到一般、由接受到创新的。在实验内容设计上，不同知识点对应着多个可做的实验，学生可以自行选择有兴趣的实验内容完成实验课程。

4 拓展实验创新教学平台

实践教学环节不应该仅局限在传统的实验课堂上，应为学生提供更广阔的可施展创新能力的平台，为学生创造更多参加创新项目的机会。目前，大学生能够参与的创新项目模式主要是在带队教师的指导下，根据所参加的比赛主题由学生自由选择参赛内容、拟定参赛题目、独立完成比赛作品的制作、完成比赛需要的文字性材料等，整个过程中教师只起到点拨性的指导作用，全部作品几乎都由学生团队自主完成。可见，创新项目既有利于发挥学生的自主性、参与性和创造性，又可激发学生的创新思维和创新意识；既可以巩固学生所学的现有知识，又能够训练学生的动手能力；既可培养学生的独立思考能力、独立创造性分析和解决问题的能力，又可有效地训练学生在未知领域的探索精神。

“过程装备控制技术及应用”课程大多被安排在教学计划的第六或第七学期，学生的基本知识、基本技能、创新意识等已逐步形成。如果只从这个时间才开始让学生开始接触不同类型的创新项目，无法满足对学生创新能力的培养要求。鉴于此，本专业教师从学生入学开始就要做好让学生参加各类创新活动的动员工作，并且从大二开始组织有潜力和有兴趣的学生接受相关培训。在2017年全国大学生过程装备与控制工程设计大赛中，我校过程装备与控制工程专业参赛项目“管道探伤机器人”获得了国家一等奖。传统的在确定的时间和地点、用固定的实验仪器进行固定的实验项目，可作为培训学生基本功的一个必要环节。同时,还可结合学校和专业情况采用实验室开放的模式，增加学生自主选择和自由创新能力。

5 结语

在高校课程改革要求的大前提下，针对“过程控制系统”和“过程检测技术”课程的教学改革是必要的。本课题组结合十几年的教学实践，有机地将两门课合并成一门，形成新的课程内容体系，改革相应实验教学内容。改革的主体思想是既要注重理论知识,又要结合工程实践。合理配置的实践教学内容，会使理论课程和实验教学科学合理地组合成全部的教学内容。改革后的实践教学环节是在以学生为主导的基础上，配以丰富的实验内容、多元的实验过程，发挥每一个学生的潜能，激发学生的自主性、创造性和积极性。