“過程控制”課程一體化教學模式探索

張紅濤+李德偉

摘 要 依據(jù)“過程控制”課程的理論抽象、實踐性強等特點，探索了一體化教學模式的改革與實踐。通過建立多層次模塊化課程體系，實現(xiàn)課程內(nèi)容一體化，選取先進教材，整合各種教學資源，打造優(yōu)秀教學團隊，構(gòu)建和諧師生關(guān)系，建立科學的考核評價機制，提高教學質(zhì)量的體系保障，進一步增強了學生學習的主動性和積極性，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新精神與實踐能力，提高了教學效果。

關(guān)鍵詞 過程控制 一體化教學 教學資源 教學團隊 質(zhì)量保障

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.11.043

Abstract The reform and practice of the integrated teaching mode is explored according to the characteristics of the theory of the process control and the practice of the curriculum. Through the establishment of a multi-level modular curriculum system， the course content integration， selection of advanced materials， integration of various teaching resources， create excellent teaching team， build a harmonious teacher-student relationship， establish a scientific evaluation mechanism， improve the teaching quality guarantee system， and further enhance the students' learning initiative and enthusiasm， improve the students the spirit of innovation and practice ability， improve the teaching effect.

Keywords process control； integrated teaching； teaching resources； teaching team； quality assurance

“過程控制”是自動化專業(yè)的重要專業(yè)課之一，也是理論性與實踐性結(jié)合非常緊密的一門課程，在自動化專業(yè)課程體系中處于非常重要的地位。“過程控制”課程的內(nèi)容豐富，專業(yè)術(shù)語多，理論抽象，實踐性強，涉及面廣，采用傳統(tǒng)的教學模式收不到較好的教學效果。本文結(jié)合“過程控制”課程多年的授課經(jīng)驗，探索了該課程一體化教學模式的教學改革，以提升教學的效果，促進人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高。

1 建立多層次模塊化課程體系，實現(xiàn)課程內(nèi)容一體化

根據(jù)當前社會對自動化專業(yè)人才需求的變化，結(jié)合學校對自動化專業(yè)人才的培養(yǎng)目標和指導(dǎo)性教學計劃，在“過程控制”專業(yè)課的教學改革和實踐中，初步設(shè)計了基礎(chǔ)概念、理論方法、基本控制、復(fù)雜控制、先進控制五級模塊化課程體系，基本上形成了從簡單到復(fù)雜、從基礎(chǔ)到前沿，綜合能力培養(yǎng)逐級提高的多層次模塊化的課程新體系，如表1所示。為實現(xiàn)上述模塊所要求的能力，按照模塊化的教育理論，根據(jù)工科專業(yè)的特點，我們對項目驅(qū)動、現(xiàn)場教學、實踐性課程設(shè)計選題等不同的教學方法進行了深入的探索和實踐。

1.1 項目驅(qū)動方法的教學實踐

對于過程控制模塊中的過程控制系統(tǒng)設(shè)計，該模塊大部分內(nèi)容涉及的是控制系統(tǒng)構(gòu)建的步驟、方案及硬件選型，如果照本宣科，老師講起來比較抽象，學生聽起來非?？菰铮⑶也槐阌诶斫?，無助于提高工程能力。為此，我們采用項目驅(qū)動的教學方法，就是把學生置身于實訓室現(xiàn)場中，以一個典型項目為例，通過互動教學，以學生為主體，來完成該項目。①在液位、溫度等控制系統(tǒng)的設(shè)計中，都可采用項目驅(qū)動的教學方法，如雙容液位控制系統(tǒng)的設(shè)計、鍋爐出口溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計等。通過項目驅(qū)動方法的教學實踐，提高了學生學習的主動性，使學生真正理解和掌握過程控制系統(tǒng)的設(shè)計原則、設(shè)計方法、設(shè)計步驟等。

1.2 實訓室現(xiàn)場教學方法的教學實踐

本課程很多模塊的實踐性都很強，比如在調(diào)節(jié)閥流量特性測試的教學中，學生缺乏工業(yè)現(xiàn)場的實踐經(jīng)驗，基本上都沒有見過流量計、調(diào)節(jié)閥、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊等實物，對這些裝置沒有一個直觀的認識，影響了教學效果。因此我們通過實訓室現(xiàn)場教學方法來完成教學，首先帶學生到實訓室現(xiàn)場了解調(diào)節(jié)閥流量特性測試系統(tǒng)的基本組成模塊，如流量計、調(diào)節(jié)閥、電磁閥、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊等裝置；然后到教室設(shè)計調(diào)節(jié)閥流量特性測試系統(tǒng)，并分析其工作原理；利用課后時間對計算機控制的流量特性測試系統(tǒng)進行編程實現(xiàn)；最后學生分組到實訓室對流量特性測試系統(tǒng)進行分析調(diào)試，以完成本模塊的實踐教學。實訓室現(xiàn)場教學彌補了學生實踐經(jīng)驗的不足，提高了學生的學習興趣，加強了團隊協(xié)作能力，提升了學生的工程能力。

1.3 實踐性課程設(shè)計的選題實踐

實際上，過程控制與實際工業(yè)被控對象結(jié)合非常緊密，且過控系統(tǒng)的被控對象是多樣的。以往課程設(shè)計的選題大多偏重于理論，僅滿足于公式推導(dǎo)，計算機仿真模擬，學生不知道自己的設(shè)計能否滿足于生產(chǎn)實際的需要，這不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，而且也不能提高學生的設(shè)計能力?，F(xiàn)在，學生在任課教師、實訓室工程師的共同指導(dǎo)下，以實訓裝置為平臺進行設(shè)計研發(fā)，并利用實訓裝置來檢驗設(shè)計的結(jié)果。這樣學生不僅從理論上考慮設(shè)計問題的可行性，還要考慮實用、可靠、成本、效率等各方面的因素，更深入地理解和掌握了過程控制的原理及方法，為自己成為優(yōu)秀工程師打下良好的基礎(chǔ)。

2 選取先進教材，整合各種教學資源

由于受到傳統(tǒng)教學模式和教育資源的限制，學生往往會喪失對過程控制基礎(chǔ)理論的興趣，并且不能使用過程控制中的基礎(chǔ)理論知識解決現(xiàn)實存在的問題。因此想要解決此問題，在選取先進教材的同時，我們應(yīng)用現(xiàn)代教育技術(shù)開發(fā)了豐富的多元化教學資源，為學生構(gòu)建高水平的網(wǎng)絡(luò)學習平臺和實踐教學平臺，激發(fā)學生的積極性，達到創(chuàng)新能力培養(yǎng)的目的。

2.1 選取先進教材

教材是多元化教學資源中的重要一環(huán)，它集中體現(xiàn)了專家、學者的專業(yè)知識和水平，是專家學者知識的結(jié)晶，是課程標準的代言人。我們選擇了國家精品課程“過程控制與集散系統(tǒng)”建設(shè)的主教材《過程控制系統(tǒng)》，該教材由方康玲教授主編，武漢理工大學出版社出版，全書體系合理，內(nèi)容豐富，專業(yè)知識系統(tǒng)和先進，并有很多過程控制的典型案例，便于學生的學習與理解，可使學生更好地理論聯(lián)系實際。

2.2 構(gòu)建課程網(wǎng)絡(luò)教學平臺

為了加深學生對課堂內(nèi)容的理解與掌握，我們開發(fā)了“過程控制”課程的網(wǎng)絡(luò)教學平臺，該平臺涵蓋了教學大綱、課堂教學課件、過程控制仿真庫、實驗大綱、教學視頻、復(fù)習試題等。該網(wǎng)絡(luò)平臺可提供教學資源的學習、下載，及相關(guān)教學網(wǎng)站的鏈接等，可供學生開展自主探究學習和課后復(fù)習。同時網(wǎng)絡(luò)平臺還提供了往屆學生的優(yōu)秀學習成果供學生學習和參考，同時也激勵學生以往屆的優(yōu)秀學生為榜樣，早日達到學習目標。②其中，過程控制課程仿真庫包含了數(shù)字PID控制、串級控制、比值控制、前饋控制等近60個仿真實例，這些仿真實例全部采用Matlab語句編程實現(xiàn)，可把控制系統(tǒng)的動態(tài)性能 “動態(tài)”逼真地展現(xiàn)出來，使原本一些不可見的動態(tài)響應(yīng)過程及響應(yīng)指標（如超調(diào)量、上升時間、余差等）得以“可視化”，使抽象、陌生、深奧的問題變得具體、熟悉、淺顯，大大激發(fā)了學生的學習興趣和主觀能動性。

2.3 構(gòu)建開放式實踐教學平臺

過程控制的被控過程大多屬于連續(xù)工業(yè)的慢過程，因此過程控制的實驗時間較長，一般每做一個實驗需要花費幾個小時。另外過程控制實驗裝置的價格比較高，一般學校購置的套數(shù)有限。因此，為了切實保證實驗效果，需要創(chuàng)造開放式實驗環(huán)境，構(gòu)建過程控制實踐教育平臺。首先，對實驗教學內(nèi)容進行優(yōu)化調(diào)整，適當增加實驗學時，適量減少驗證性的實驗項目，對部分綜合性實驗及設(shè)計性實驗，如前饋-反饋計算機控制，水箱液位與流量串級計算機控制等進行開放式教學。其次，對過程控制實驗室實行開放式管理，制定開放式實驗的具體實施辦法和相應(yīng)的配套措施，明確開放式實驗的預(yù)約辦法、成績認定辦法、工作量計算辦法等，以激勵學生以及任課教師和實驗教師參與開放實驗的積極性。再者，鼓勵學生利用實驗室的條件進行課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等，切實提高實驗設(shè)備的利用率，提升學生的動手能力和學習能力。

3 打造優(yōu)秀教學團隊，構(gòu)建和諧師生關(guān)系

3.1 打造優(yōu)秀的教學團隊

優(yōu)秀的師資隊伍是“過程控制”課程教學資源的基本保障，同時也是教學質(zhì)量的決定因素。為構(gòu)建優(yōu)秀的過程控制教學團隊，實現(xiàn)教學團隊建設(shè)的一體化，可采用外部引進和內(nèi)部培養(yǎng)相結(jié)合的方式，全面提升教師的教學水平和指導(dǎo)能力，為學生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)提供保障。對于教師的引進，應(yīng)從政治素質(zhì)、基本技能、科研能力等多方面進行考察，通過試講、面試等環(huán)節(jié)考核把關(guān)，確保教師具有本學科的基本技能、理論聯(lián)系實際的科學作風、愛崗敬業(yè)的奉獻精神。同時，教師應(yīng)改進教學方法和手段，提高教學效果。教師應(yīng)根據(jù)專業(yè)方向的不同和學生水平的不同，任意選擇、組合教學模塊，提高教學的靈活性，建立科學合理的課程體系。再者，教師在課堂上應(yīng)合理利用現(xiàn)代教育資源，如多媒體課件、教學錄像、模擬實驗和模擬現(xiàn)場等多種教學資源激發(fā)學生的學習興趣，使學生更容易理解基本的理論知識。③另外，教師還需從教育理念上進行轉(zhuǎn)變，強調(diào)學生的自主意識，激發(fā)學生的自主創(chuàng)新能力，在以學生為本協(xié)調(diào)發(fā)展的教學理念指導(dǎo)下，逐步形成引領(lǐng)和推動教學方法改革的優(yōu)秀教學團隊。

3.2 構(gòu)建和諧師生關(guān)系

根據(jù)多元智能理論的人際關(guān)系智能可知，教學過程中師生之間存在著非常緊密的關(guān)系，這種關(guān)系的和諧度直接影響了教學效果。首先，和諧師生關(guān)系的構(gòu)建是優(yōu)良教學效果的基礎(chǔ)和保障。在和諧的師生關(guān)系中，師生間相互尊重，教師尊重學生的個性發(fā)揮，學生的個體智能將得到釋放和提升。其次，在教學中師生應(yīng)該是多角色的。在具體的教學活動中，學生作為主體，教師起主導(dǎo)作用，教學資源起保障作用，教師不再僅僅是講授者，更是導(dǎo)學者、參與者和學習者。例如，對于液位測量中的擴散硅壓力變送器的使用，教師首先要進行必要的講授和示范，特別需要指出該變送器調(diào)零和調(diào)量程的方法，幫助學生盡快掌握它的使用方法，并避免不必要的儀器損壞。在教學過程中，教師要主動學習相關(guān)知識和技術(shù)，并積極參與到學生的研討學習中，這樣才能更加有效地進行指導(dǎo)。在這樣的教學過程中，師生形成了平等合作的關(guān)系，學生由以往的被動學習變得更加主動和自覺。④在學習流量的自動測量方法時，要求學生利用已經(jīng)學習過的物理學知識，思考流體流量的自動測量方法。當學生提出新的測量方法時，應(yīng)鼓勵學生說出自己的思路，并主動和學生一起研究完善測量方案。

4 建立考核評價機制，完善教學質(zhì)量保障體系

4.1 建立科學的考核和評價機制

科學的考核和評價機制是培養(yǎng)人才的重要環(huán)節(jié)之一，可評價課程的教學質(zhì)量，評判學生的學習水平。建立客觀合理的考核和評價機制，對教學模式一體化的建設(shè)和實施具有尤為關(guān)鍵?？茖W的考核機制應(yīng)充分考慮學生素質(zhì)、能力和創(chuàng)新意識，在成績考核方面我們采用了平時作業(yè)、主動回答問題、基礎(chǔ)實驗、開放式實驗、期終考試等相結(jié)合的綜合考核評定方法，避免了只以期終考試定成績的弊端。⑤

為規(guī)范評價主體的打分行為、簡化績效整合計算過程，并結(jié)合“過程控制”課程的特點，這里采用李克特量表（Likert scale）法設(shè)計一體化教學系統(tǒng)的評價表格。每一葉結(jié)點的指標，設(shè)置了“很理想”、“理想”、“一般”、“不理想”和“很不理想”五級量表，依據(jù)評價主體對評價指標體系的各個葉結(jié)點的評價，直接將評價得分逐級向上匯總，以得到一級指標“一體化教學綜合評價效果”。為了客觀反映指標間的貢獻差異和評價主體的結(jié)構(gòu)變化，我們采用權(quán)重配置機制，以得到更為細膩的評價區(qū)分效果，避免評價的“粗糙”現(xiàn)象，從而更好地指導(dǎo)教學工作。

4.2 完善教學質(zhì)量的保障體系

建立自我完善、自我約束的教學質(zhì)量保障體系，是實現(xiàn)科學管理的前提，是人才培養(yǎng)工作自我評價的首要條件，是提高教學質(zhì)量的重要體系保障。首先，從教學運行管理、教學質(zhì)量管理、實踐教學管理等方面，逐步完善管理制度體系，使教學管理做到有章可循，有據(jù)可依。其次，建立健全教學督導(dǎo)工作制度，對課堂教學、實驗教學、考試考查等環(huán)節(jié)進行監(jiān)控，充分發(fā)揮“督教、督學、督管”作用。再者，建立并及時更新該課程的試題庫，嚴肅考試環(huán)節(jié)，評卷過程實行“教考分離”。另外，還制定了切實可行的教學研討、青年教師觀摩學習、網(wǎng)絡(luò)教學評價、獎勵制度等各項制度，逐步形成多種機制的一體化，切實保證教學效果的提高，使人才培養(yǎng)的質(zhì)量與人才培養(yǎng)的目標更加協(xié)調(diào)一致。

5 小結(jié)

結(jié)合“過程控制”課程的特點，通過建立多層次模塊化課程體系，實現(xiàn)課程內(nèi)容一體化，選取先進教材，整合各種教學資源，打造優(yōu)秀教學團隊，構(gòu)建和諧師生關(guān)系，建立考核評價機制，完善教學質(zhì)量保障體系等幾方面的教學改革及實踐，激發(fā)了學生的學習主動性，提升了教學質(zhì)量，達到了較好的教學效果。

資助項目：1. 華北水利水電大學2015年教育教學研究與改革立項項目（2015237）；2. 華北水利水電大學教學名師培育項目（2014108）

注釋

① 何冀軍，左兵，潘潔珠.項目驅(qū)動的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程教學改革與實踐[J].合肥師范學院學報，2015.33（6）：86-88.

② 黃德群.基于高校網(wǎng)絡(luò)教學平臺的混合學習模式應(yīng)用研究[J].遠程教育雜志，2013.2（3）：64-70.

③ 盧俊.CAD/CAM應(yīng)用課程“教、學、做”一體化改革探索與實踐[J].長江工程職業(yè)技術(shù)學院學報，2015.32（3）：63-65.

④ 羅文廣.電氣信息類專業(yè)多元化實踐教學模式的構(gòu)建[J].實驗室研究與探索，2013.32（5）：138-141.

⑤ 賀超凱.如何加強高?？己斯芾?，完善學業(yè)評價體系[J].吉林省教育學院學報，2013.29（5）：86-87.