理實融合下“儀表與過程控制”課程的實驗教學改革

黃澤霞 邵春莉 李梅 董翔

摘要目前，實驗教學已成為創新型人才培養和“新工科”建設過程中的重要組成部分。為了提升學生的學習積極性與專業技能綜合素質，提高課程的實踐教學質量，“儀表與過程控制課程”采用理實一體化理念與實驗教學相融合的方式，對實驗的教學內容、考核評價方式以及思政文化建設等方面進行了改革。本課程結合專業發展實際提出的這一新的實驗教學模式，不僅解決了傳統實驗教學方式中存在的眾多問題，而且能夠激發學生參與實驗教學的熱情，提升學生自主學習的能力。不僅如此，還能有效培養學生的創造性思維，提升學生解決復雜工程問題的實踐能力。

關鍵詞 理實一體化；實踐教學；復雜工程問題

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.13.035

高校的實驗教學是踐行理實融合理念的重要一環，對于學生各項能力的培養和思想意識的提升具有重要作用，已成為眾多高校一流專業建設和“新工科”建設過程中不可或缺的重要組成部分。為了培養出更多富有自主創新與實踐能力的優秀人才，全國許多高校都在對課程的實驗教學環節進行改革與創新。比如，北京科技大學自動化專業將OBE理念與工程教育模式相融合，有效提升了學生獲取知識及知識應用的能力。江南大學提出了課內多層次與課外多方面相結合的創新性實驗教學體系，以此來提升實驗課程的教學質量。北京理工大學自動化專業把學生中心、產出導向等國際先進工程教育理念貫穿于人才培養的始終。

安徽大學自動化專業歷經多年的探討與實踐，以工程教育專業認證為契機，結合自身人才培養定位和自動化專業的特色，以產出為導向、強調理論與實踐相結合，在著力提高學生工程素質和工程實踐能力、培養學生創新意識與能力等方面進行了一系列大膽的教學改革與嘗試，并取得了一定的成效。

1“儀表與過程控制”課程實驗教學中存在的問題

1.1有限的教學資源與培養目標之間的矛盾

實驗室場地與實驗設備是完成實踐教學的重要載體，在提高學生綜合素質和實踐創新能力的過程中具有十分重要的作用。近年來學院雖然加大了對實踐教學的投入，但是隨著招生規模的不斷擴大，實踐教學中“設備少、人員多”的矛盾仍然日趨明顯。如何在有限的實驗教學資源下，滿足實踐教學要求，讓學生在實踐教學中有所收獲，提升實踐教學質量，培養創新型人才，成為實踐教學改革的主要內容。

1.2理實融合與實驗項目之間的矛盾

理實一體化的實驗教學模式有助于學生建立系統思維，注重實驗過程中理論知識與實驗環境相互結合，能夠靈活地運用整體結果與部分過程之間的相互作用。然而，目前許多高校理實融合的意識還不夠強烈。許多教師在制訂實驗項目時，都只從本課程教學內容和教學目的等角度進行考慮，而忽視了實驗項目的可實現性，導致理論與實際應用之間的關聯度低、承續性差，更未形成完整的體系。這樣的實驗教學使得學生面臨“什么都學，什么都不精”的尷尬局面，嚴重影響了高素質創新型人才的培養和行業的發展。

2理實一體化實驗教學的改革措施

2.1實驗教學內容的改革

理實一體化實驗教學模式是以探索性實踐項目設計為導向、創新能力培養為目標，在真實的實踐教學環境中，以學生為主體，借助某一實驗項目或核心任務，在師生互動和團隊合作的基礎上，訓練與提升學生的動手能力以及專業素養能力。

2.1.1基礎性實驗教學內容

為了深入夯實基礎，教師利用現有的實驗室資源和設備，安排了具有較強操作彈性和拓展空間的實驗項目。比如，雙容水箱液位定值控制實驗，教師會鼓勵學生從自我興趣和實情出發，選擇感興趣且適合自己的控制器進行實驗。此類實驗一方面能有效實現教學目的，讓學生在有效的時間內夯實專業基礎，提升各項專業能力；另一方面又能兼顧學生的個體差異以及未來規劃差異等，讓不同學生都能得到較好的培養與訓練。

2.1.2綜合性實驗教學內容

根據創新型人才培養的需求，教師可以針對性地設計一些專業性強、難度較大的綜合性實驗教學內容。這類綜合性實踐項目在內容選定、目標設計、實施方案、技術指導等方面都具有較高的要求，因此，一般會遵循“任務設計”“分析題目”“學生分組”“確定方案”“建模仿真”及“控制系統設計和實現”等一系列環節來實施。通過這一階段的培訓，意在鍛煉和培養學生的專業知識運用能力、實踐操作能力和創新能力等，同時培養學生的團隊合作精神和奉獻精神等，提升其撰寫技術報告和學術論文的能力。

2.1.3探索性實驗教學內容

探索性實驗教學是一種開放式的實驗教學模式，其核心思想是以科學的方法對實驗項目有關的未知問題進行研究與設計。在探索性實驗教學過程中，教師可先結合對應科研項目提出設計需求，以項目驅動設計任務，通過學生自主查閱資料和相互討論得出實驗項目的設計思路、方法以及步驟，并在任務結束后對實驗所得數據和結果進行分析和總結。

這種探索性實驗教學最大的特點在于實驗的主體角色發生了轉換，從傳統的教師安排實驗到學生主導實驗過程，最大程度上保證了學生在做實驗的過程中把所學知識轉化為能力，充分發揮他們的主觀能動性。而對于實驗過程中出現的問題，教師只負責提供相關技術支持，學生可進行組內討論解決，大大激發了學生的學習積極性和創新能力，為他們今后開展科學研究打下堅實基礎。

2.2實踐教學的評價方法和考核機制改革

課程評價與考核是理實一體化實踐教學的環節之一，在教學模式改革過程中起著舉足輕重的作用。因此，一體化教學模式下需要構建更加豐富的教學內容，更加多元化的教學評價方式，更加科學精細的評價細則，從而更加科學地實現考核目標。為有效凸顯“儀表與過程控制”課程的應用性、實踐性等特點，其實驗成績不應只取決于實驗報告，在學生完成各組實驗項目時，教師會從實驗理論知識、平時表現、實驗操作、對實驗垃圾的處理等多方面因素進行綜合考慮并計入成績。根據這樣的評價方式得到的成績自然能有效反映學生的學習情況，如對實驗知識點的掌握程度，對實驗操作的熟練情況，既定能力的鍛煉與培養情況等。

考核的目的并不僅僅是獲得一個量化的分數，而應該是檢測學生的專業知識掌握情況和能力培養情況，實現知識、能力、情操三位一體的有效考核。只有這樣的考核，才是客觀公正和科學全面的，也才是更有意義的。

2.3實踐教學中的思政文化建設

習近平總書記強調：“思想政治工作是學校各項工作的生命線，各級黨委、各級教育主管部門、學校黨組織都必須緊緊抓在手上”。由此可見，通過將課程思政元素融入專業課程中，充分發揮課程的育人功能，已成為高校培養人才的首要任務。

以本實驗課程為例，教師在實驗教學過程中需考慮多方面、多角度、自然地融入思政元素，讓學生感受和領悟實驗中體現出的科學精神和人文情懷，在潤物無聲中實現價值塑造。

①傳承科學家精神，培養學生實事求是的科學作風。“至誠至堅，博學篤行”作為安徽大學的校訓，突出了學校對實踐和成才獨特的道德要求。“誠”強調的是誠實的人生修養過程，突出的是實事求是的科學作風要求。面對擅自修改數據、抄襲實驗報告的部分學生，教師可以講述一些經典名人故事，如大科學家愛因斯坦勇于承認自己的失誤判斷、錢學森發現公式推導有誤時及時聲明并糾正、徐悲鴻承認畫鴨失誤等，讓學生從中獲得教育，培養學生的誠信意識和實事求是的作風。

②深入挖掘中國元素，培養學生愛國情懷和文化自信。將中華傳統文化精髓與當下新型專業人才培養相結合，充分發揮本課程在立德樹人方面的重要功能。如錢學森在新中國成立后毅然從國外歸國，在控制領域和儀器儀表行業做出突出貢獻的故事；李四光摘掉我國“貧油”帽子的事跡。通過這些事例，使學生知曉當今我國在各行各業取得重大進步和成功的來之不易，使其樹立民族自豪感和責任心。

③利用行業相關知識，引導學生樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀。每個人都有長處，也有不足，在為人、處事、學習、生活上，學會和別人配合，優勢互補，形成一個整體和團隊，可能會獲得更好的成果。例如，通過控制系統PID算法中比例、積分和微分環節相關參數的整定，以潤物細無聲的方式向學生傳遞，大到國家，小到單位甚至個人都是一個閉環系統，最終控制系統的運行取決于各個參數指標以及系統中的每一個環節，只有相互配合，重視每個環節，才能發揮各自的優勢，獲得最佳的效果。

3理實一體化實驗教學改革的實施效果

第一，通過實踐教學模式的改革，引導學生對前序課程中所學過的內容進行比較系統的復習，提升了學生對本課程涵蓋知識的理解和掌握，實現了從單純對理論知識的學習向工程實際應用的轉變。另外，在實踐項目的設計過程中，增加了與教師科研相結合的探索性實驗，通過一個項目將大部分的知識點連接在一起，提高了項目之間的關聯性，使學生在學習過程中構建起整體規劃和思維的能力。

第二，將課程思政有效地融入實驗課程教學過程中，提升了立德樹人之功效。立德是樹人之本，將課程思政融于實驗課程教學之中，有助于學生樹立正確的三觀，端正學習態度和人生態度，培養學生精益求精的工匠精神和不屈不撓的探索精神，有效地實現了實驗教學過程中的“三全”育人。在項目實施過程中，雖然遇到了許多突發情況與困難，但學生依然能保持初心，努力尋求解決問題的方案，體現出了堅韌不拔的優秀品質。

4結語

面對當今社會的需求，開拓創新、理實融合是培養創新型人才必須堅持的教學模式。相比傳統的實踐教學模式，該模式將實驗的重點從教師手把手教轉換到學生積極自主學，突出了學生的主體地位。經過一輪改革后，調研表明新的實踐教學模式有效激發了學生的學習熱情，增強了學生獲取知識的能力。使得學生“實”有所獲，“驗”有所悟，收益滿滿，專心用志之時，碩果累累。

基金項目：安徽省質量工程項目（2021JYXM0091）；安徽省質量工程項目（2021JYXM0085）；安徽省質量工程項目（2021JYXM0079）；安徽省質量工程項目（2020JYXM0091）。

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