理实融合下“仪表与过程控制”课程的实验教学改革

黄泽霞 邵春莉 李梅 董翔

摘要目前，实验教学已成为创新型人才培养和“新工科”建设过程中的重要组成部分。为了提升学生的学习积极性与专业技能综合素质，提高课程的实践教学质量，“仪表与过程控制课程”采用理实一体化理念与实验教学相融合的方式，对实验的教学内容、考核评价方式以及思政文化建设等方面进行了改革。本课程结合专业发展实际提出的这一新的实验教学模式，不仅解决了传统实验教学方式中存在的众多问题，而且能够激发学生参与实验教学的热情，提升学生自主学习的能力。不仅如此，还能有效培养学生的创造性思维，提升学生解决复杂工程问题的实践能力。

关键词 理实一体化；实践教学；复杂工程问题

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.13.035

高校的实验教学是践行理实融合理念的重要一环，对于学生各项能力的培养和思想意识的提升具有重要作用，已成为众多高校一流专业建设和“新工科”建设过程中不可或缺的重要组成部分。为了培养出更多富有自主创新与实践能力的优秀人才，全国许多高校都在对课程的实验教学环节进行改革与创新。比如，北京科技大学自动化专业将OBE理念与工程教育模式相融合，有效提升了学生获取知识及知识应用的能力。江南大学提出了课内多层次与课外多方面相结合的创新性实验教学体系，以此来提升实验课程的教学质量。北京理工大学自动化专业把学生中心、产出导向等国际先进工程教育理念贯穿于人才培养的始终。

安徽大学自动化专业历经多年的探讨与实践，以工程教育专业认证为契机，结合自身人才培养定位和自动化专业的特色，以产出为导向、强调理论与实践相结合，在着力提高学生工程素质和工程实践能力、培养学生创新意识与能力等方面进行了一系列大胆的教学改革与尝试，并取得了一定的成效。

1“仪表与过程控制”课程实验教学中存在的问题

1.1有限的教学资源与培养目标之间的矛盾

实验室场地与实验设备是完成实践教学的重要载体，在提高学生综合素质和实践创新能力的过程中具有十分重要的作用。近年来学院虽然加大了对实践教学的投入，但是随着招生规模的不断扩大，实践教学中“设备少、人员多”的矛盾仍然日趋明显。如何在有限的实验教学资源下，满足实践教学要求，让学生在实践教学中有所收获，提升实践教学质量，培养创新型人才，成为实践教学改革的主要内容。

1.2理实融合与实验项目之间的矛盾

理实一体化的实验教学模式有助于学生建立系统思维，注重实验过程中理论知识与实验环境相互结合，能够灵活地运用整体结果与部分过程之间的相互作用。然而，目前许多高校理实融合的意识还不够强烈。许多教师在制订实验项目时，都只从本课程教学内容和教学目的等角度进行考虑，而忽视了实验项目的可实现性，导致理论与实际应用之间的关联度低、承续性差，更未形成完整的体系。這样的实验教学使得学生面临“什么都学，什么都不精”的尴尬局面，严重影响了高素质创新型人才的培养和行业的发展。

2理实一体化实验教学的改革措施

2.1实验教学内容的改革

理实一体化实验教学模式是以探索性实践项目设计为导向、创新能力培养为目标，在真实的实践教学环境中，以学生为主体，借助某一实验项目或核心任务，在师生互动和团队合作的基础上，训练与提升学生的动手能力以及专业素养能力。

2.1.1基础性实验教学内容

为了深入夯实基础，教师利用现有的实验室资源和设备，安排了具有较强操作弹性和拓展空间的实验项目。比如，双容水箱液位定值控制实验，教师会鼓励学生从自我兴趣和实情出发，选择感兴趣且适合自己的控制器进行实验。此类实验一方面能有效实现教学目的，让学生在有效的时间内夯实专业基础，提升各项专业能力；另一方面又能兼顾学生的个体差异以及未来规划差异等，让不同学生都能得到较好的培养与训练。

2.1.2综合性实验教学内容

根据创新型人才培养的需求，教师可以针对性地设计一些专业性强、难度较大的综合性实验教学内容。这类综合性实践项目在内容选定、目标设计、实施方案、技术指导等方面都具有较高的要求，因此，一般会遵循“任务设计”“分析题目”“学生分组”“确定方案”“建模仿真”及“控制系统设计和实现”等一系列环节来实施。通过这一阶段的培训，意在锻炼和培养学生的专业知识运用能力、实践操作能力和创新能力等，同时培养学生的团队合作精神和奉献精神等，提升其撰写技术报告和学术论文的能力。

2.1.3探索性实验教学内容

探索性实验教学是一种开放式的实验教学模式，其核心思想是以科学的方法对实验项目有关的未知问题进行研究与设计。在探索性实验教学过程中，教师可先结合对应科研项目提出设计需求，以项目驱动设计任务，通过学生自主查阅资料和相互讨论得出实验项目的设计思路、方法以及步骤，并在任务结束后对实验所得数据和结果进行分析和总结。

这种探索性实验教学最大的特点在于实验的主体角色发生了转换，从传统的教师安排实验到学生主导实验过程，最大程度上保证了学生在做实验的过程中把所学知识转化为能力，充分发挥他们的主观能动性。而对于实验过程中出现的问题，教师只负责提供相关技术支持，学生可进行组内讨论解决，大大激发了学生的学习积极性和创新能力，为他们今后开展科学研究打下坚实基础。

2.2实践教学的评价方法和考核机制改革

课程评价与考核是理实一体化实践教学的环节之一，在教学模式改革过程中起着举足轻重的作用。因此，一体化教学模式下需要构建更加丰富的教学内容，更加多元化的教学评价方式，更加科学精细的评价细则，从而更加科学地实现考核目标。为有效凸显“仪表与过程控制”课程的应用性、实践性等特点，其实验成绩不应只取决于实验报告，在学生完成各组实验项目时，教师会从实验理论知识、平时表现、实验操作、对实验垃圾的处理等多方面因素进行综合考虑并计入成绩。根据这样的评价方式得到的成绩自然能有效反映学生的学习情况，如对实验知识点的掌握程度，对实验操作的熟练情况，既定能力的锻炼与培养情况等。

考核的目的并不仅仅是获得一个量化的分数，而应该是检测学生的专业知识掌握情况和能力培养情况，实现知识、能力、情操三位一体的有效考核。只有这样的考核，才是客观公正和科学全面的，也才是更有意义的。

2.3实践教学中的思政文化建设

习近平总书记强调：“思想政治工作是学校各项工作的生命线，各级党委、各级教育主管部门、学校党组织都必须紧紧抓在手上”。由此可见，通过将课程思政元素融入专业课程中，充分发挥课程的育人功能，已成为高校培养人才的首要任务。

以本实验课程为例，教师在实验教学过程中需考虑多方面、多角度、自然地融入思政元素，让学生感受和领悟实验中体现出的科学精神和人文情怀，在润物无声中实现价值塑造。

①传承科学家精神，培养学生实事求是的科学作风。“至诚至坚，博学笃行”作为安徽大学的校训，突出了学校对实践和成才独特的道德要求。“诚”强调的是诚实的人生修养过程，突出的是实事求是的科学作风要求。面对擅自修改数据、抄袭实验报告的部分学生，教师可以讲述一些经典名人故事，如大科学家爱因斯坦勇于承认自己的失误判断、钱学森发现公式推导有误时及时声明并纠正、徐悲鸿承认画鸭失误等，让学生从中获得教育，培养学生的诚信意识和实事求是的作风。

②深入挖掘中国元素，培养学生爱国情怀和文化自信。将中华传统文化精髓与当下新型专业人才培养相结合，充分发挥本课程在立德树人方面的重要功能。如钱学森在新中国成立后毅然从国外归国，在控制领域和仪器仪表行业做出突出贡献的故事；李四光摘掉我国“贫油”帽子的事迹。通过这些事例，使学生知晓当今我国在各行各业取得重大进步和成功的来之不易，使其树立民族自豪感和责任心。

③利用行业相关知识，引导学生树立正确的世界观、人生观、价值观。每个人都有长处，也有不足，在为人、处事、学习、生活上，学会和别人配合，优势互补，形成一个整体和团队，可能会获得更好的成果。例如，通过控制系统PID算法中比例、积分和微分环节相关参数的整定，以润物细无声的方式向学生传递，大到国家，小到单位甚至个人都是一个闭环系统，最终控制系统的运行取决于各个参数指标以及系统中的每一个环节，只有相互配合，重视每个环节，才能发挥各自的优势，获得最佳的效果。

3理实一体化实验教学改革的实施效果

第一，通过实践教学模式的改革，引导学生对前序课程中所学过的内容进行比较系统的复习，提升了学生对本课程涵盖知识的理解和掌握，实现了从单纯对理论知识的学习向工程实际应用的转变。另外，在实践项目的设计过程中，增加了与教师科研相结合的探索性实验，通过一个项目将大部分的知识点连接在一起，提高了项目之间的关联性，使学生在学习过程中构建起整体规划和思维的能力。

第二，将课程思政有效地融入实验课程教学过程中，提升了立德树人之功效。立德是树人之本，将课程思政融于实验课程教学之中，有助于学生树立正确的三观，端正学习态度和人生态度，培养学生精益求精的工匠精神和不屈不挠的探索精神，有效地实現了实验教学过程中的“三全”育人。在项目实施过程中，虽然遇到了许多突发情况与困难，但学生依然能保持初心，努力寻求解决问题的方案，体现出了坚韧不拔的优秀品质。

4结语

面对当今社会的需求，开拓创新、理实融合是培养创新型人才必须坚持的教学模式。相比传统的实践教学模式，该模式将实验的重点从教师手把手教转换到学生积极自主学，突出了学生的主体地位。经过一轮改革后，调研表明新的实践教学模式有效激发了学生的学习热情，增强了学生获取知识的能力。使得学生“实”有所获，“验”有所悟，收益满满，专心用志之时，硕果累累。

基金项目：安徽省质量工程项目（2021JYXM0091）；安徽省质量工程项目（2021JYXM0085）；安徽省质量工程项目（2021JYXM0079）；安徽省质量工程项目（2020JYXM0091）。

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