“熱工過程控制系統(tǒng)”金課建設(shè)探索

陳志盛 王鴻懿

摘? ? 要：建設(shè)高水平的“熱工過程控制系統(tǒng)”課程對夯實(shí)熱工類專業(yè)學(xué)生的知識基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生具備一定專業(yè)視野、工程實(shí)踐能力、自我學(xué)習(xí)能力以及創(chuàng)新能力具有重要作用。文章基于當(dāng)前課程教學(xué)的瓶頸問題，挖掘與一流課程建設(shè)目標(biāo)的差距，從課程目標(biāo)、教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容和手段、師資建設(shè)方面，提出構(gòu)建“熱工過程控制系統(tǒng)”“金課”教學(xué)體系的主要思路。

關(guān)鍵詞：熱工過程控制系統(tǒng);“金課”建設(shè);實(shí)施路徑

中圖分類號：G642.4? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1002-4107（2021）10-0022-02

一、“熱工過程控制系統(tǒng)”課程建設(shè)現(xiàn)狀

“熱工過程控制系統(tǒng)”課程是面向自動化專業(yè)（熱工過程方向）高年級學(xué)生開設(shè)的一門核心課程，也是能源與動力工程等專業(yè)的選修課程，主要講述以電力生產(chǎn)過程中的主要設(shè)備（鍋爐、汽輪機(jī)和輔助設(shè)備等）為對象的熱工過程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理、一般的分析設(shè)計(jì)方法和基本實(shí)驗(yàn)技能[1]。建設(shè)高水平的“熱工過程控制系統(tǒng)”課程對于夯實(shí)熱工類專業(yè)學(xué)生的知識基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生具備初級專業(yè)視野以及工程實(shí)踐能力、自我學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力尤為重要。目前熱工過程控制系統(tǒng)課程建設(shè)與一流水平要求尚有差距，還存在以下突出問題。

（一）整個(gè)教學(xué)體系中課程間關(guān)聯(lián)度不足

自動控制類課程教學(xué)內(nèi)容存在知識點(diǎn)重復(fù)或脫節(jié)現(xiàn)象。比如學(xué)生反映“熱工過程控制系統(tǒng)”課程前半部分教學(xué)內(nèi)容與自動控制原理課程區(qū)分度不夠大，而工程中常用的PID控制器設(shè)計(jì)方法在兩門課程中都沒有重點(diǎn)講解，因此在針對具體對象進(jìn)行反饋控制設(shè)計(jì)時(shí)很難確定相關(guān)參數(shù)。

（二）實(shí)踐環(huán)節(jié)短板明顯

現(xiàn)有的“熱工過程控制系統(tǒng)”課程在期末安排兩周的課程設(shè)計(jì)。但總體而言，課程設(shè)計(jì)中“練”的成分還是有所欠缺，部分教師在指導(dǎo)過程中過于強(qiáng)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論分析，實(shí)踐環(huán)節(jié)僅以仿真為主，對學(xué)生實(shí)踐能力的提高幫助有限。

（三）課程考核方式簡單

隨著課程考核改革工作的推進(jìn)，只以期末考試作為考核依據(jù)的情況得以改變。不過，在沒有科學(xué)規(guī)劃和認(rèn)真監(jiān)督情況下，以論文和報(bào)告形式的考核方式有時(shí)也難以正確評價(jià)學(xué)生的知識習(xí)得，甚至容易讓部分學(xué)生養(yǎng)成抄襲、剽竊等學(xué)術(shù)不端的習(xí)慣。

當(dāng)前我國高等教育內(nèi)涵建設(shè)的核心任務(wù)是“打造‘金課，淘汰‘水課”[2-3]。符合現(xiàn)代教育形勢和教學(xué)規(guī)律的“金課”能夠從不同維度達(dá)成課程教學(xué)目標(biāo)，是實(shí)現(xiàn)“兩性一度”（高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度）要求的關(guān)鍵要素[4-5]。依托互聯(lián)網(wǎng)和即時(shí)通信工具的在線教育平臺的出現(xiàn)很大程度上改變了當(dāng)代高等教育的行為和方式，轉(zhuǎn)變了人們長期形成的基于課堂教學(xué)的知識傳授觀念。面對新興教育技術(shù)的影響和挑戰(zhàn)，有必要抓住機(jī)遇，在專業(yè)課程教學(xué)理念、方法和內(nèi)容、考核評價(jià)方式等各方面進(jìn)行有針對性的重構(gòu)和完善。

二、“金課”建設(shè)目標(biāo)和理念的重構(gòu)

（一）適應(yīng)“兩性一度”要求的教學(xué)目標(biāo)

契合教育部關(guān)于“金課”高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度要求制定課程建設(shè)目標(biāo)是打造“熱工過程控制系統(tǒng)”一流課程的根基?！盁峁み^程控制系統(tǒng)”課程中的理論基礎(chǔ)可能在很長一段時(shí)間內(nèi)都不會有大幅改變，但新技術(shù)和新機(jī)組在能源電力行業(yè)中的應(yīng)用要求學(xué)生具備高階思維能力。我國高校部分工科專業(yè)學(xué)生仍保留應(yīng)試教育學(xué)習(xí)習(xí)慣，他們解決問題的思路基本遵循課本中描繪出來的框架路線，如果在課程教學(xué)中增加一定挑戰(zhàn)度的知識點(diǎn)，不僅可以有效改變學(xué)生思維固化的學(xué)習(xí)模式，讓學(xué)生了解熱工過程控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢和前沿技術(shù)，置身于工程背景中挖掘問題的解決方法，并且能在考慮經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境保護(hù)等多種約束條件下完成優(yōu)化設(shè)計(jì)。當(dāng)下科技日新月異，社會生產(chǎn)生活方式大變革對創(chuàng)新型人才需求迫切。盡管課程教學(xué)仍以知識傳授為主，但不妨礙有針對性的產(chǎn)教融合，在創(chuàng)新性實(shí)踐活動中給予學(xué)生更多的鍛煉機(jī)會。

（二）從教師中心到學(xué)生中心的理念重構(gòu)

在線教育技術(shù)的發(fā)展是真正破解從“教師為中心”到“學(xué)生為中心”難題的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)的教學(xué)方式往往很難脫離“傳者中心”模式，即使進(jìn)行以“受者中心”的教學(xué)模式改革，大多也流于形式——學(xué)生在課堂上積極發(fā)言的寥寥無幾，大部分人成了無所適從的旁觀者。在“熱工過程控制系統(tǒng)”線上線下混合式“金課”建設(shè)中，將微課在線教學(xué)與課堂研討教學(xué)相結(jié)合，讓學(xué)生通過彈幕這種年輕人喜愛的方式表達(dá)他們的意見，掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)狀態(tài)，實(shí)時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和手段，讓學(xué)生喜歡這門課，真正學(xué)到適應(yīng)未來工作崗位需要的知識和技能。

（三）從知識主體到價(jià)值主體的轉(zhuǎn)變

以往的課程教學(xué)一般以知識傳授為基線，著重培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能，盡管也有思政教育方面的考量，但大多浮于淺層，思政教育和專業(yè)教育看似融合，實(shí)則界限分明。事實(shí)證明，僅具備良好的專業(yè)能力難以滿足今后工作崗位的需求，良好的職業(yè)價(jià)值觀在學(xué)生畢業(yè)后的個(gè)人職業(yè)生涯中同樣至關(guān)重要。針對這種情況，我們在課程建設(shè)中強(qiáng)調(diào)思政引領(lǐng)，提出從知識主體到價(jià)值主體轉(zhuǎn)變的思路，要求通過本課程學(xué)習(xí)，學(xué)生達(dá)成以下思想品德和職業(yè)人文素質(zhì)：厚植愛國主義情懷和大國工匠精神，通曉能源電力行業(yè)規(guī)則和國際慣例，能承擔(dān)社會、知識和環(huán)境背景下的道德責(zé)任，自覺融入到實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的能源電力建設(shè)中去。

三、“金課”建設(shè)的主要策略與實(shí)踐

（一）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

通過對當(dāng)前課程教學(xué)不足之處進(jìn)行分析，教學(xué)團(tuán)隊(duì)對課程內(nèi)容進(jìn)行了適應(yīng)“兩性一度”要求的優(yōu)化調(diào)整。本課程知識點(diǎn)多，涵蓋了熱工對象建模、控制器動態(tài)特性分析、單回路控制系統(tǒng)、復(fù)雜控制系統(tǒng)理論、汽包鍋爐控制系統(tǒng)、直流鍋爐控制系統(tǒng)、單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)等內(nèi)容。在以往的教學(xué)過程中，常以課程知識架構(gòu)完整性組織教學(xué)內(nèi)容，結(jié)果陷入“處處是重點(diǎn)、處處吃不透”的怪圈。針對該問題，我們提出“實(shí)、新、德”的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)思路?！皩?shí)”指在教學(xué)過程中理論聯(lián)系實(shí)際，增強(qiáng)挑戰(zhàn)度，例如我們以某電廠電機(jī)軸承溫度測點(diǎn)進(jìn)水導(dǎo)致一次風(fēng)機(jī)跳閘案例來講解熱工控制系統(tǒng)測量裝置設(shè)計(jì)選型知識點(diǎn)?！靶隆敝纲N合新的工程背景進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整知識點(diǎn)，把跟不上技術(shù)發(fā)展的舊理論淘汰掉，比如講授大型火力發(fā)電機(jī)組的先進(jìn)控制技術(shù)應(yīng)用、云控制理論研究前沿等，帶領(lǐng)學(xué)生展開頭腦風(fēng)暴思維創(chuàng)新?！暗隆敝冈谥R傳授的同時(shí)用春風(fēng)化雨般的方式自然融入思政元素，例如把能源電力行業(yè)的大國工匠事跡植入課程導(dǎo)學(xué)案中，引領(lǐng)學(xué)生逐步樹立正確的價(jià)值追求和職業(yè)素養(yǎng)，讓學(xué)生明白高尚的人格在職業(yè)發(fā)展中的重要作用，要會做事、會做人，更要為中華民族的偉大復(fù)興奮力前行。

（二）創(chuàng)新教學(xué)方法

“熱工過程控制系統(tǒng)”課程的內(nèi)容涵蓋了自動控制原理、熱工理論基礎(chǔ)、熱力設(shè)備及運(yùn)行等選修課程知識，理論復(fù)雜，實(shí)踐環(huán)節(jié)多，課堂講授難。針對這個(gè)問題，我們提出了“教—學(xué)—練”模式：“教”是以重點(diǎn)難點(diǎn)串成線上—線下知識傳授的骨架，同時(shí)將網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺、社交APP等交互式信息工具應(yīng)用于課堂教學(xué)，通過虛擬建模和交互式技術(shù)將主要熱力設(shè)備結(jié)構(gòu)和運(yùn)行過程呈現(xiàn)出來，解決設(shè)備接觸難的問題，用數(shù)字仿真平臺演示控制系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)，解決實(shí)驗(yàn)難的問題;“學(xué)”突出以學(xué)生為主導(dǎo)的理念，教學(xué)過程強(qiáng)調(diào)線上和線下教學(xué)內(nèi)容的連貫性和有機(jī)融合，分為課前引導(dǎo)自學(xué)、課中研討釋疑、課后拓展實(shí)踐三部分;“練”是以學(xué)院實(shí)踐平臺為依托，聯(lián)系實(shí)際工程案例制定練習(xí)題、設(shè)計(jì)題和實(shí)踐題，結(jié)合課內(nèi)實(shí)驗(yàn)和虛擬仿真深度把握知識要點(diǎn)，錘煉基本的實(shí)踐技能。

（三）改革考核方式

傳統(tǒng)的“熱工過程控制系統(tǒng)”課程考核方法是期末筆試考試決定學(xué)生的成績，這種方法對于學(xué)習(xí)過程和綜合學(xué)習(xí)效果的綜合考核程度不高。在本課程“金課”建設(shè)中，我們圍繞過程質(zhì)量監(jiān)測為中心優(yōu)化課程考核方式，考試和考察結(jié)合，線上與線下并重，多層次促進(jìn)學(xué)生在整個(gè)教學(xué)過程中的主動性和學(xué)習(xí)深度。比如課程最終成績由以下幾個(gè)模塊組成：課前預(yù)習(xí)效果（占比20%），主要包括學(xué)習(xí)任務(wù)清單完成度、先導(dǎo)自測題評分、組內(nèi)研討情況等考察內(nèi)容;課堂學(xué)習(xí)效果（占比30%），包括到課率、課堂研討參與程度、創(chuàng)新思維評價(jià)等;課后拓展實(shí)踐（占比20%），包括專業(yè)文獻(xiàn)閱讀與分析、軟件工具應(yīng)用與開發(fā)、控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)賽、團(tuán)隊(duì)工作總結(jié)與報(bào)告等;期末考試（占比30%）。考察環(huán)節(jié)我們重點(diǎn)監(jiān)督學(xué)生養(yǎng)成良好的品質(zhì)，杜絕抄襲和剽竊現(xiàn)象。

（四）打磨教學(xué)團(tuán)隊(duì)

師資團(tuán)隊(duì)是“熱工過程控制系統(tǒng)”金課建設(shè)的主力軍。首先，參與到課程教學(xué)中的每位教師都應(yīng)兼具深厚的學(xué)術(shù)水平和高尚的師德師風(fēng)，教師在課內(nèi)外展現(xiàn)出來的治學(xué)境界、敬業(yè)程度在無形中為學(xué)生樹立了很好的職業(yè)價(jià)值觀典范。其次，教學(xué)團(tuán)隊(duì)還應(yīng)積極吸納有不同課程教學(xué)經(jīng)歷或豐富工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的骨干教師參與進(jìn)來?！盁峁み^程控制系統(tǒng)”課程是一門面向高年級本科生的專業(yè)課程，盡管這些學(xué)生已經(jīng)先修了其他專業(yè)課程，但是還不能很好地梳理清楚整個(gè)專業(yè)課程體系的脈絡(luò)。比如在介紹控制系統(tǒng)的構(gòu)成時(shí)，需要引導(dǎo)學(xué)生思考測量和控制裝置在信號產(chǎn)生和收發(fā)過程中的同步性，此時(shí)教師要對“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程的相關(guān)知識點(diǎn)理解透徹才能為學(xué)生闡釋清楚。再次，課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)要定期組織研討，總結(jié)分析教學(xué)過程中遇到的各種問題，形成迭代優(yōu)化課程設(shè)計(jì)的良好模式，特別是要針對課程設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行產(chǎn)教融合改革，多維度達(dá)成“兩性一度”的一流課程建設(shè)目標(biāo)。

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