面向工程教育專業(yè)認證的課程教學改革——以《工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)》課程為例

劉光星 曹茜林

摘? 要：工程教育專業(yè)認證不僅是培養(yǎng)滿足行業(yè)企業(yè)需要的工程人才的認證標準，而且也是教育教學理念的轉(zhuǎn)變和革新。文章以西安石油大學自動化專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課《工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)》為例，分析了教學及實踐中存在的主要問題，提出了基于工程教育專業(yè)認證理念的課程教學改革目標和主要措施，更好地啟發(fā)學生思維，激發(fā)學生學習興趣，鍛煉工程能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力，提高學生的綜合修養(yǎng)，促進專業(yè)建設(shè)的持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：工程教育專業(yè)認證;工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò);教學改革;持續(xù)改進

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）25-0113-04

Abstract： Engineering education accreditation is not only the accreditation standard for training engineering talents to meet the needs of industry enterprises， but also the innovation of educational concepts. Taking the professional basic course of industrial control network for automation major of Xi'an Shiyou University as example， this paper analyzes the main problems existing in the teaching and practice， proposes the teaching reform goals and main measures based on the concept of engineering education accreditation. It can improve students' thinking， interest in learning and engineering ability， achieve the cultivation of students' innovative consciousness and ability， and promote the sustainable development of specialty construction.

Keywords： engineering education accreditation; industrial control network; teaching reform; continuous improvement

一、概述

工程教育專業(yè)認證是指專業(yè)認證機構(gòu)對工程技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)的教育質(zhì)量進行評價、認可并提出改進意見的過程[1]。工程教育專業(yè)認證的三大核心理念為：以學生為中心、結(jié)果導向（Outcomes-based Education，OBE）和持續(xù)改進[2]。2016年6月我國正式成為國際本科工程學位互認協(xié)議《華盛頓協(xié)議》的正式成員，這標志著我國工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量標準與國際通用標準的實質(zhì)等效，這為經(jīng)濟全球化背景下工程技術(shù)人員獲得國際認可，進行跨國交流，走向世界打下了堅實的基礎(chǔ)[3-4]。

對我國來說，工程教育專業(yè)認證不僅是培養(yǎng)滿足行業(yè)企業(yè)需要的工程人才的認證標準，而且也是教育教學理念的轉(zhuǎn)變和革新。課程是實現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標和培養(yǎng)標準的主要載體，是培養(yǎng)目標得以實現(xiàn)的橋梁。為了保證培養(yǎng)目標、畢業(yè)要求以及課程體系的一致性，使課程能夠有效地支撐培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求的實現(xiàn)，就必須要對原有的課程教學模式進行改革。目前，西安石油大學自動化專業(yè)正在進行工程教育專業(yè)認證，以此為契機，采用國際化標準，對《工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)》課程的教學改革就是一門基于工程教育專業(yè)認證理念的課程改革。

二、《工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)》課程教學現(xiàn)狀及存在的主要問題

《工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)》課程是西安石油大學自動化專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是一門應(yīng)用性很強的課程。課程主要介紹現(xiàn)場總線的發(fā)展和應(yīng)用概況、控制網(wǎng)絡(luò)的通信基礎(chǔ)、現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)等。通過本課程的學習，學生能了解當今控制領(lǐng)域的前沿技術(shù)，掌握基于現(xiàn)場總線全分布式控制系統(tǒng)的技術(shù)。針對工程教育專業(yè)認證理念，《工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)》課程教學過程中存在的主要問題有：

1. 在課程教學中還是使用傳統(tǒng)的教學模式，即提出問題，講授理論，舉例說明。教學內(nèi)容中原理抽象，需要介紹的概念名詞技術(shù)名詞太多，知識點之間的聯(lián)系不是特別緊密且相互分散。學生學到的是相互分離的學科知識點，覺得枯燥難懂。即使完成了本課程的學習，遇到真實的生產(chǎn)過程仍無從下手。

2. 在課程教學中還是以教師灌輸為主，學生只是知識的“輸入方”和課堂中被動的學習者，而不是主動的學習者與研究者。學生還不能相對獨立地進行知識探索和工程實踐活動，缺乏創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

3. 在課程教學中對多學科的融合做得還不夠，還沒有將智能制造、互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)復合交融到教學過程中，對智能制造發(fā)展方向的工程人才培養(yǎng)目標還不明確，還不能培養(yǎng)和塑造學生多層次、多思維、多創(chuàng)新的能力。

4. 課程考核評價指標單一，造成了學生只是重視結(jié)課考試，而不重視平時學習;實踐環(huán)節(jié)的考核也只是反映在實驗報告上，忽略了對實踐過程的考核，造成了學生“工程性知識”的缺乏，學生學習自主性不夠;探究性教學比重過低，造成學生知識結(jié)構(gòu)單一，創(chuàng)新思維得不到培養(yǎng)。

三、工程教育專業(yè)認證理念下《工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)》課程的教學改革研究

（一）優(yōu)化課程目標，明確畢業(yè)要求和課程目標的關(guān)系

《工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)》課程將工程教育專業(yè)認證核心理念貫徹到專業(yè)教學之中。通過課程教學，使學生能系統(tǒng)理解控制網(wǎng)絡(luò)的基本概念和組網(wǎng)技術(shù)，具備工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的專業(yè)知識，能借助網(wǎng)絡(luò)平臺獲取專業(yè)文獻，通過分析、消化吸收、歸納總結(jié)，能按照具體的應(yīng)用需求，提出恰當?shù)墓I(yè)網(wǎng)絡(luò)控制互聯(lián)與控制系統(tǒng)集成解決方案，或提出切合實際的合理化技術(shù)建議，為從事工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)集成設(shè)計打好理論與技術(shù)基礎(chǔ);具有組織與實施工程項目的團隊合作和管理能力;具有自主學習的能力、終身學習的追求與創(chuàng)新意識，能夠適應(yīng)技術(shù)、經(jīng)濟與社會的持續(xù)發(fā)展。課程目標為：

1. 具有工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)理論知識，理解工業(yè)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的類型和主要應(yīng)用領(lǐng)域。

2. 借助網(wǎng)絡(luò)信息平臺和搜索工具，具備獲取專業(yè)信息的能力。

3. 能綜合應(yīng)用專業(yè)文獻，為工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成提出解決方案或合理化建議。

明確課程目標對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系，確定上述3個課程目標所對應(yīng)的畢業(yè)要求指標點。課程目標對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系如表1所示。

（二）教學內(nèi)容和實踐環(huán)節(jié)的改革

課程教學模式的改變需要全方位的支撐，要做到知識課堂向能力課堂，封閉課堂向開放課堂，灌輸課堂向?qū)υ捳n堂，重學輕思向?qū)W思結(jié)合，重知輕行向知行合一的轉(zhuǎn)變。精心設(shè)計《工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)》課程的教學模式，充分利用“陜西省油氣井測控技術(shù)重點實驗室”這個平臺，以“工程案例”為主要形式，將依托重點實驗室平臺的工程案例貫徹于整個教學過程中，學生通過提出問題-討論解決方案-歸納總結(jié)核心概念和結(jié)論，將學習置于對工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)工程問題的解決過程之中。同時通過開發(fā)綜合實驗，進一步提高學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。教學模式注重教學過程中的探索性、工程性、創(chuàng)新性，提升學生的主動地位，培養(yǎng)學生的實踐能力、工程能力和創(chuàng)新能力。課程的教學模式如圖1所示。

《工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)》課程是一門應(yīng)用性技術(shù)性較強的課程，因此首先由教師對工程系統(tǒng)進行整體概述，然后讓學生組成研究小組，圍繞工程案例，追蹤最新科技成果，查詢文獻資料，進行研討、實踐、合作、探究性學習，真正讓學生做到學以致用，知行并進。

重點實驗室主要從事電動鉆機控制系統(tǒng)的理論研究和技術(shù)研發(fā)，而電動鉆機的電氣控制系統(tǒng)就是一種基于現(xiàn)場總線控制的系統(tǒng)。利用重點實驗室現(xiàn)有的實驗設(shè)備（西門子PLC、歐陸直流調(diào)速器、歐陸變頻器、ABB變頻器及電機等）進行綜合實驗的開發(fā)，設(shè)計一套以PLC為控制核心，以現(xiàn)場總線為傳輸信息的通道，基于現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)架構(gòu)的交直流調(diào)速控制系統(tǒng)。學生可以在這個平臺上進行綜合性實驗和研究性實驗開發(fā)，可使學生掌握工程設(shè)計的思想和應(yīng)用現(xiàn)場總線控制的具體方法，了解要解決的關(guān)鍵技術(shù)及解決思路，為學生提供良好的科研訓練平臺，使學生得到更好地工程實踐鍛煉，提高學生的創(chuàng)新能力。

追蹤本課程相關(guān)的新技術(shù)、新文獻，注重本課程以及交叉學科的新動向，不斷推陳出新教學內(nèi)容和教學手段。充分利用多媒體課件、慕課、微課、翻轉(zhuǎn)課堂等現(xiàn)代化教學手段，針對現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，將智能制造、互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)復合交融到教學過程中，克服理論教學和生產(chǎn)實踐相脫節(jié)的問題，增強教與學的互動性，使教學從概念性、原理性向應(yīng)用性、綜合性轉(zhuǎn)變，讓學生有創(chuàng)新機制和源泉。

（三）建立課程評價體系

課程評價體系針對課程目標進行設(shè)置，通過定量計算課程目標的達成度， 獲得本課程對畢業(yè)要求指標點達成的貢獻度。根據(jù)評價結(jié)果，定性分析教學過程所存在的問題，提出改進措施。課程目標和評價結(jié)果之間的關(guān)系如圖2所示。

課程考核采取大作業(yè)、綜合實驗相結(jié)合的考核方式，構(gòu)成比例為：大作業(yè)50%、綜合實驗50%。大作業(yè)主要是借助網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫和搜索引擎等工具，進行自動化控制網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的文獻檢索與網(wǎng)絡(luò)查詢，最終形成數(shù)篇檢索報告。通過完成大作業(yè)，增強學生對工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的整體認知和具體應(yīng)用，深入了解工業(yè)4.0和中國制造2025的發(fā)展對工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的重要意義，培養(yǎng)學生的專業(yè)興趣，引導學生學會分析問題和新知識的獲取方法，逐步養(yǎng)成自主學習的習慣。

綜合實驗的考核不能只是針對實驗報告，應(yīng)該讓學生以實驗小組的方式進行考核，由各實驗小組對完成的實驗項目進行展示和答辯，教師對每個小組的項目進行專業(yè)點評，指導學生追本溯源，掌握原理，擴展思路，使學生的實踐能力得到進一步的提升。不能用小組的成績作為每個學生的成績，這樣容易造成綜合實驗由組長和幾個能力較強的學生主要完成，其他學生蒙混糊弄的現(xiàn)象。因此要對每個學生的成績進行單獨評定，每個學生的成績根據(jù)實驗小組的成績和學生在實驗項目中所承擔的工作量綜合得出，這樣既可以培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作精神和有效的溝通能力，又可以促進每個學生積極主動地去完成自己所承擔的工作。

課程結(jié)課后教師針對課程目標進行達成度分析。課程總結(jié)報告包括每個課程目標的達成情況，與上年教學效果的比較，總結(jié)教學中存在的問題以及持續(xù)改進措施。針對課程評價所暴露的問題，建立課程目標、課程評價和持續(xù)改進的閉環(huán)質(zhì)量提高機制。教學質(zhì)量的動態(tài)改進以教師的自我修正為主，通過調(diào)整和改變授課計劃，在課程教學大綱規(guī)定的范疇之內(nèi)，適時適當調(diào)整教學內(nèi)容、教學組織和教學方法，以期獲得更好的教學效果。

四、結(jié)束語

在工程教育專業(yè)認證的理念下，培養(yǎng)不僅掌握基礎(chǔ)知識，而且還具有獨立思考能力、動手能力、創(chuàng)新能力的學生成為了新的教學目標。本文以西安石油大學自動化專業(yè)《工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)》課程為例，對原有的課程教學模式進行了改革和研究，突出工程應(yīng)用，引入案例教學方式，將學校教育與社會需求緊密的結(jié)合在一起，培養(yǎng)學生的工程實踐能力、問題分析能力、相互溝通能力、團隊協(xié)作能力、終身學習能力等，全面提升學生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力。同時建立課程目標達成評價機制，對課程的主要教學環(huán)節(jié)提出明確的質(zhì)量要求和考核標準，對課程教學體系和教學質(zhì)量進行評價，依據(jù)評價結(jié)果對教學過程進行持續(xù)改進，形成教學質(zhì)量提升的計劃-執(zhí)行-評價-改進循環(huán)，從而確保畢業(yè)要求和培養(yǎng)目標的達成與實現(xiàn)。因此，本文提出的基于工程教育專業(yè)認證理念的教學模式有一定的推廣價值，對其它課程也有一定的借鑒意義。

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