成果導向的過程控制與自動化儀表課程教學設計

摘 要：成果導向理念代表了工程教育改革的主流方向。針對當前“過程控制與自動化儀表”課程教學過程中存在專業領域寬泛、教學內容抽象、動手能力培養不夠等問題，以成果導向理論為支撐，遵循反向設計原則和設計思路，明確該課程培養目標、優化教學內容。改革后的課程體系更適應國際工程教育認證的理念，對促進學生工程創新能力、工程設計能力和工程實踐能力和的提高具有積極作用。

關鍵詞：過程控制 自動化儀表 成果導向 教學設計

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）04（c）-0121-02

成果導向教育（Outcome Based Education，簡稱OBE）是以“教學成果”為導向，在激發學生學習意愿的基礎上，更重視學生自主學習能力的提升；在學習過程中不僅僅關注學生知識的量化增長，而重視學生取得成果的歷程；課程的教學設計強調圍繞職業范圍、專業設置、學習任務展開，加強學生適應社會和未來的綜合能力[1]。

“過程控制與自動化儀表”課程是自動化專業的重要專業課，其主要任務是以自動檢測技術、自動控制理論、計算機控制技術和自動化儀表為基礎，運用控制技術并結合過程機理以及硬件和軟件知識，進行控制系統的分析與工程設計。該課程具有實踐性強和工程背景強等特點，同時在教學過程中存在概念強、內容多、理論復雜等特點，近年來圍繞“過程控制與自動化儀表”教學改革提出了一些有效的方法[2-4]。針對國際專業認證的要求和卓越工程師培養目標，提出基于成果導向的“過程控制與自動化儀表”課程改革。課程評價的重點是學生學習“成果”，并遵循反向設計原則，不斷對教學內容進行優化；在教學方法上借助網絡平臺、信息化手段、團隊學習等多元化手段進行改革；增加多元化考核方式，通過多種手段對學習“成果”進行檢驗。

1 明確成果內涵

為深入了解成果導向教育，應首先明確成果內涵，Richard認為成果指特定情境中完成任務的能力[5]。成果導向教育模式，重視學生取得成果的歷程和在此歷程中所掌握的技能體現。從這個角度來講，成果更強調在激發學習意識和學生學習意愿的基礎上，提升自主學習的能力，進而做到對學生綜合教育和綜合發展的新型教育模式。結合“過程控制與自動化儀表”課程的實際，將課程目標分為“知識”“技能”和“態度”3個領域。

1.1 知識領域

“知識領域”的學習結果，是指學生通過學習以后，能了解、記憶、應用和分析相關知識，包括“過程控制與自動化儀表”的術語、基本知識點及控制系統的分析方法。具體包括概念知識，即過程控制系統組成及特點，過程控制系統分類及性能指標等基本概念知識；進一步通過比較各種控制系統的優缺點在更為廣闊的結構下建立彼此關系；程序知識，即如何對被控對象進行建模的知識，包括掌握典型過程的傳遞函數、機理建模方法、時域響應建模方法、頻域建模方法、最小二乘建模方法等；元認知知識，學習者借以調節感知、思維、記憶等內部心理過程的知識。知識領域是“核心能力”形成的重要組成，它不僅是一種重要的能力，也是進一步學習的條件。

1.2 技能領域

由于先決知識并不能直接轉化為“核心能力”，所以此時技能就成為聯絡知識的橋梁。在以成果為導向的教育模式中，技能是運用知識和經驗順利完成某種任務的主觀能力。“過程控制與自動化儀表”在技能領域方面更關注于培養學生的綜合實踐能力，包括方案設計能力、信息獲取能力、知識總結能力、實際操作能力和創新能力等，通過綜合設計、實驗來提高學生對知識的綜合應用能力和工程設計水平，滿足用人單位的需求。

1.3 態度領域

明確的目標、踏實的態度、強烈的責任心、積極的上進心，這些更是畢業生在職場中取得進步的關鍵因素。因此，在“知識領域”和“技能領域”成果達成的同時提出“態度領域”的具體目標，并通過各種手段完成目標的達成度將對學生的職業發展起到更大的推動作用。

將成果導向“過程控制與自動化儀表”課程目標劃分為“知識”“技能”和“態度”3個領域，有利于目標的具體化、操作化。進一步根據分解目標確定學習內容、完善學習方法、調整考核方式將有利于目標的最終實現。

2 學習內容的確定

對上述目標進行分解，并據此對教學內容進行優化。此次授課選用的教材是厲玉鳴主編，化學工業出版社出版的《化工儀表及自動化》第5版[6]。該教材是“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材，同時榮獲中國石油和化學工業優秀教材獎一等獎，綜合了編者多年的教學經驗和多個高等院校的意見反饋，在內容和章節安排上突出了重點、分散了難點、將理論與實際緊密結合起來。該教材還配有《化工儀表及自動化例題習題集》，利于學生的自主學習和檢測。針對目標達成度的要求和學時要求，需要對教學內容進行調整和精化。

2.1 理論教學內容

伴隨著科學技術的迅猛發展，生產過程也日趨連續化、大型化和復雜化，對過程控制的新要求、新知識的不斷涌現。因此，需要對教學內容進行優化和篩選，在保留基本知識和精髓的原則上給學生留出自主學習的空間。“過程控制與自動化儀表”課程以自動檢測技術、自動控制理論、計算機控制技術和自動化儀表為基礎，在了解過程機理的基礎上結合軟硬件知識，運用控制技術對控制系統進行分析和設計，實現對工業生產過程的自動控制。其選修課程主要包括：“電力電子技術”“電機及拖動基礎”“檢測技術”“自動控制原理”“電氣與PLC控制”和“微機原理及接口技術”等。在教材的基礎上考慮課程之間的內在關系，避免在相關課程之間出現內容大量重復，將教學內容進行優化和精簡，整合為四個模塊：基礎知識、控制系統分析、計算機過程控制系統、典型過程控制系統分析。通過上述四個模塊的學習完成知識領域的目標。（如表1）

由于現代生產過程也日趨連續化、大型化和復雜化，現代控制系統都離不開計算機和網絡通訊技術，所以在講解計算機過程控制系統模塊時注重對PLC、DCS、IPC和FieldBus等計算機和通訊技術方面知識的介紹。而在典型過程控制系統分析模塊中更是增加了國內外最新技術成果的介紹，如：預測控制、多變量解耦控制、推理控制等。

2.2 實踐教學內容

過程控制與工程的實踐教學依托浙江天煌科技實業有限公司研發的TKGK-1型過程控制實驗裝置以及北京華晟高科教學儀器有限公司的A3000過程控制實驗系統來實施。TKGK-1型過程控制實驗裝置設備是根據自動化專業及相關專業教學的特點，吸收了國外同類實驗裝置的特點和長處，經過精心設計，多次實驗和反復論證，向廣大師生推出一套全新的實驗設備。它的特點在于集成了實際生產過程中進行過程控制的四大參數：溫度、壓力、液位、流量的檢測；控制方式多樣，能實現位式控制、模擬PID控制、智能儀表控制、單片機控制、PLC控制、計算機控制等；使學生對控制儀表和實際對象有一個直觀認識。A3000過程控制實驗系統的特點是構建了資源能夠共享的工控機板卡測控系統、基于PC機的集散控制系統（PC-DCS）和現場總線控制系統。工業控制對象采用真實典型的工業器件，系統在控制柜面板上引出標準AI/AO接口，為做各類單回路控制、復雜控制以及高等控制實驗提供條件。

為了增加學生綜合設計能力，注重對實驗室的二次開發利用，在教學中安排《基于PLC和組態王的過程控制系統》實訓課程和專業認知實習。一方面使學生講PLC、組態軟件、過程控制等知識融合在一起進行綜合系統的設計；另一方面組織學生到企業（如：生物發酵、化工、冶金、造紙等行業） 參觀實習，通過工程實際使學生體驗到過程控制的強大作用和魅力。

參考文獻

[1]李智.成果導向式學習——信息管理專業課程規劃新思維[J].教育進展，2013（3）：1-8.

[2]張勇，王玉昆.“過程控制及儀表”課程的卓越工程師培養模式教學[J].遼寧科技大學學報，2012，35（5）：550-553.

[3]薄翠梅，李俊，林錦國.過程控制工程課程教學改革與實踐[J].化工高等教育，2006（5）：29-32.

[4]張利輝，李靜.“過程控制”課程建設與教學改革[J].教育教學論壇，2015（5）：126-127.

[5]Richard.運動技能學習與控制[M].張忠秋，譯.北京：中國輕工業出版社，2006：43.

[6]厲玉鳴.化工儀表及自動化[M].5版.北京：化工出版社，2016.