理實(shí)融合下“儀表與過程控制”課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

黃澤霞 邵春莉 李梅 董翔

摘要目前，實(shí)驗(yàn)教學(xué)已成為創(chuàng)新型人才培養(yǎng)和“新工科”建設(shè)過程中的重要組成部分。為了提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與專業(yè)技能綜合素質(zhì)，提高課程的實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量，“儀表與過程控制課程”采用理實(shí)一體化理念與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相融合的方式，對(duì)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容、考核評(píng)價(jià)方式以及思政文化建設(shè)等方面進(jìn)行了改革。本課程結(jié)合專業(yè)發(fā)展實(shí)際提出的這一新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，不僅解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式中存在的眾多問題，而且能夠激發(fā)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的熱情，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。不僅如此，還能有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞 理實(shí)一體化；實(shí)踐教學(xué)；復(fù)雜工程問題

中圖分類號(hào)：G424文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.13.035

高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是踐行理實(shí)融合理念的重要一環(huán)，對(duì)于學(xué)生各項(xiàng)能力的培養(yǎng)和思想意識(shí)的提升具有重要作用，已成為眾多高校一流專業(yè)建設(shè)和“新工科”建設(shè)過程中不可或缺的重要組成部分。為了培養(yǎng)出更多富有自主創(chuàng)新與實(shí)踐能力的優(yōu)秀人才，全國(guó)許多高校都在對(duì)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行改革與創(chuàng)新。比如，北京科技大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)將OBE理念與工程教育模式相融合，有效提升了學(xué)生獲取知識(shí)及知識(shí)應(yīng)用的能力。江南大學(xué)提出了課內(nèi)多層次與課外多方面相結(jié)合的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，以此來提升實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量。北京理工大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)把學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向等國(guó)際先進(jìn)工程教育理念貫穿于人才培養(yǎng)的始終。

安徽大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)歷經(jīng)多年的探討與實(shí)踐，以工程教育專業(yè)認(rèn)證為契機(jī)，結(jié)合自身人才培養(yǎng)定位和自動(dòng)化專業(yè)的特色，以產(chǎn)出為導(dǎo)向、強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐相結(jié)合，在著力提高學(xué)生工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)與能力等方面進(jìn)行了一系列大膽的教學(xué)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(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題

1.1有限的教學(xué)資源與培養(yǎng)目標(biāo)之間的矛盾

實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)地與實(shí)驗(yàn)設(shè)備是完成實(shí)踐教學(xué)的重要載體，在提高學(xué)生綜合素質(zhì)和實(shí)踐創(chuàng)新能力的過程中具有十分重要的作用。近年來學(xué)院雖然加大了對(duì)實(shí)踐教學(xué)的投入，但是隨著招生規(guī)模的不斷擴(kuò)大，實(shí)踐教學(xué)中“設(shè)備少、人員多”的矛盾仍然日趨明顯。如何在有限的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源下，滿足實(shí)踐教學(xué)要求，讓學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)中有所收獲，提升實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，成為實(shí)踐教學(xué)改革的主要內(nèi)容。

1.2理實(shí)融合與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之間的矛盾

理實(shí)一體化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式有助于學(xué)生建立系統(tǒng)思維，注重實(shí)驗(yàn)過程中理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)環(huán)境相互結(jié)合，能夠靈活地運(yùn)用整體結(jié)果與部分過程之間的相互作用。然而，目前許多高校理實(shí)融合的意識(shí)還不夠強(qiáng)烈。許多教師在制訂實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，都只從本課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目的等角度進(jìn)行考慮，而忽視了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的可實(shí)現(xiàn)性，導(dǎo)致理論與實(shí)際應(yīng)用之間的關(guān)聯(lián)度低、承續(xù)性差，更未形成完整的體系。這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)使得學(xué)生面臨“什么都學(xué)，什么都不精”的尷尬局面，嚴(yán)重影響了高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)和行業(yè)的發(fā)展。

2理實(shí)一體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革措施

2.1實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的改革

理實(shí)一體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是以探索性實(shí)踐項(xiàng)目設(shè)計(jì)為導(dǎo)向、創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標(biāo)，在真實(shí)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)境中，以學(xué)生為主體，借助某一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目或核心任務(wù)，在師生互動(dòng)和團(tuán)隊(duì)合作的基礎(chǔ)上，訓(xùn)練與提升學(xué)生的動(dòng)手能力以及專業(yè)素養(yǎng)能力。

2.1.1基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

為了深入夯實(shí)基礎(chǔ)，教師利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室資源和設(shè)備，安排了具有較強(qiáng)操作彈性和拓展空間的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。比如，雙容水箱液位定值控制實(shí)驗(yàn)，教師會(huì)鼓勵(lì)學(xué)生從自我興趣和實(shí)情出發(fā)，選擇感興趣且適合自己的控制器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。此類實(shí)驗(yàn)一方面能有效實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的，讓學(xué)生在有效的時(shí)間內(nèi)夯實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)，提升各項(xiàng)專業(yè)能力；另一方面又能兼顧學(xué)生的個(gè)體差異以及未來規(guī)劃差異等，讓不同學(xué)生都能得到較好的培養(yǎng)與訓(xùn)練。

2.1.2綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需求，教師可以針對(duì)性地設(shè)計(jì)一些專業(yè)性強(qiáng)、難度較大的綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。這類綜合性實(shí)踐項(xiàng)目在內(nèi)容選定、目標(biāo)設(shè)計(jì)、實(shí)施方案、技術(shù)指導(dǎo)等方面都具有較高的要求，因此，一般會(huì)遵循“任務(wù)設(shè)計(jì)”“分析題目”“學(xué)生分組”“確定方案”“建模仿真”及“控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)”等一系列環(huán)節(jié)來實(shí)施。通過這一階段的培訓(xùn)，意在鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)知識(shí)運(yùn)用能力、實(shí)踐操作能力和創(chuàng)新能力等，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和奉獻(xiàn)精神等，提升其撰寫技術(shù)報(bào)告和學(xué)術(shù)論文的能力。

2.1.3探索性實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

探索性實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一種開放式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，其核心思想是以科學(xué)的方法對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有關(guān)的未知問題進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)。在探索性實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教師可先結(jié)合對(duì)應(yīng)科研項(xiàng)目提出設(shè)計(jì)需求，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)任務(wù)，通過學(xué)生自主查閱資料和相互討論得出實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思路、方法以及步驟，并在任務(wù)結(jié)束后對(duì)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)和結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)。

這種探索性實(shí)驗(yàn)教學(xué)最大的特點(diǎn)在于實(shí)驗(yàn)的主體角色發(fā)生了轉(zhuǎn)換，從傳統(tǒng)的教師安排實(shí)驗(yàn)到學(xué)生主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)過程，最大程度上保證了學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)的過程中把所學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力，充分發(fā)揮他們的主觀能動(dòng)性。而對(duì)于實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題，教師只負(fù)責(zé)提供相關(guān)技術(shù)支持，學(xué)生可進(jìn)行組內(nèi)討論解決，大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)新能力，為他們今后開展科學(xué)研究打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2.2實(shí)踐教學(xué)的評(píng)價(jià)方法和考核機(jī)制改革

課程評(píng)價(jià)與考核是理實(shí)一體化實(shí)踐教學(xué)的環(huán)節(jié)之一，在教學(xué)模式改革過程中起著舉足輕重的作用。因此，一體化教學(xué)模式下需要構(gòu)建更加豐富的教學(xué)內(nèi)容，更加多元化的教學(xué)評(píng)價(jià)方式，更加科學(xué)精細(xì)的評(píng)價(jià)細(xì)則，從而更加科學(xué)地實(shí)現(xiàn)考核目標(biāo)。為有效凸顯“儀表與過程控制”課程的應(yīng)用性、實(shí)踐性等特點(diǎn)，其實(shí)驗(yàn)成績(jī)不應(yīng)只取決于實(shí)驗(yàn)報(bào)告，在學(xué)生完成各組實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，教師會(huì)從實(shí)驗(yàn)理論知識(shí)、平時(shí)表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)操作、對(duì)實(shí)驗(yàn)垃圾的處理等多方面因素進(jìn)行綜合考慮并計(jì)入成績(jī)。根據(jù)這樣的評(píng)價(jià)方式得到的成績(jī)自然能有效反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，如對(duì)實(shí)驗(yàn)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的熟練情況，既定能力的鍛煉與培養(yǎng)情況等。

考核的目的并不僅僅是獲得一個(gè)量化的分?jǐn)?shù)，而應(yīng)該是檢測(cè)學(xué)生的專業(yè)知識(shí)掌握情況和能力培養(yǎng)情況，實(shí)現(xiàn)知識(shí)、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(xué)全面的，也才是更有意義的。

2.3實(shí)踐教學(xué)中的思政文化建設(shè)

習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)：“思想政治工作是學(xué)校各項(xiàng)工作的生命線，各級(jí)黨委、各級(jí)教育主管部門、學(xué)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(yè)課程中，充分發(fā)揮課程的育人功能，已成為高校培養(yǎng)人才的首要任務(wù)。

以本實(shí)驗(yàn)課程為例，教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中需考慮多方面、多角度、自然地融入思政元素，讓學(xué)生感受和領(lǐng)悟?qū)嶒?yàn)中體現(xiàn)出的科學(xué)精神和人文情懷，在潤(rùn)物無聲中實(shí)現(xiàn)價(jià)值塑造。

①傳承科學(xué)家精神，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)作風(fēng)?！爸琳\(chéng)至堅(jiān)，博學(xué)篤行”作為安徽大學(xué)的校訓(xùn)，突出了學(xué)校對(duì)實(shí)踐和成才獨(dú)特的道德要求。“誠(chéng)”強(qiáng)調(diào)的是誠(chéng)實(shí)的人生修養(yǎng)過程，突出的是實(shí)事求是的科學(xué)作風(fēng)要求。面對(duì)擅自修改數(shù)據(jù)、抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告的部分學(xué)生，教師可以講述一些經(jīng)典名人故事，如大科學(xué)家愛因斯坦勇于承認(rèn)自己的失誤判斷、錢學(xué)森發(fā)現(xiàn)公式推導(dǎo)有誤時(shí)及時(shí)聲明并糾正、徐悲鴻承認(rèn)畫鴨失誤等，讓學(xué)生從中獲得教育，培養(yǎng)學(xué)生的誠(chéng)信意識(shí)和實(shí)事求是的作風(fēng)。

②深入挖掘中國(guó)元素，培養(yǎng)學(xué)生愛國(guó)情懷和文化自信。將中華傳統(tǒng)文化精髓與當(dāng)下新型專業(yè)人才培養(yǎng)相結(jié)合，充分發(fā)揮本課程在立德樹人方面的重要功能。如錢學(xué)森在新中國(guó)成立后毅然從國(guó)外歸國(guó)，在控制領(lǐng)域和儀器儀表行業(yè)做出突出貢獻(xiàn)的故事；李四光摘掉我國(guó)“貧油”帽子的事跡。通過這些事例，使學(xué)生知曉當(dāng)今我國(guó)在各行各業(yè)取得重大進(jìn)步和成功的來之不易，使其樹立民族自豪感和責(zé)任心。

③利用行業(yè)相關(guān)知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀。每個(gè)人都有長(zhǎng)處，也有不足，在為人、處事、學(xué)習(xí)、生活上，學(xué)會(huì)和別人配合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，形成一個(gè)整體和團(tuán)隊(duì)，可能會(huì)獲得更好的成果。例如，通過控制系統(tǒng)PID算法中比例、積分和微分環(huán)節(jié)相關(guān)參數(shù)的整定，以潤(rùn)物細(xì)無聲的方式向?qū)W生傳遞，大到國(guó)家，小到單位甚至個(gè)人都是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，最終控制系統(tǒng)的運(yùn)行取決于各個(gè)參數(shù)指標(biāo)以及系統(tǒng)中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，只有相互配合，重視每個(gè)環(huán)節(jié)，才能發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，獲得最佳的效果。

3理實(shí)一體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)施效果

第一，通過實(shí)踐教學(xué)模式的改革，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)前序課程中所學(xué)過的內(nèi)容進(jìn)行比較系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，提升了學(xué)生對(duì)本課程涵蓋知識(shí)的理解和掌握，實(shí)現(xiàn)了從單純對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)向工程實(shí)際應(yīng)用的轉(zhuǎn)變。另外，在實(shí)踐項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過程中，增加了與教師科研相結(jié)合的探索性實(shí)驗(yàn)，通過一個(gè)項(xiàng)目將大部分的知識(shí)點(diǎn)連接在一起，提高了項(xiàng)目之間的關(guān)聯(lián)性，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中構(gòu)建起整體規(guī)劃和思維的能力。

第二，將課程思政有效地融入實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)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(shí)驗(yàn)課程教學(xué)之中，有助于學(xué)生樹立正確的三觀，端正學(xué)習(xí)態(tài)度和人生態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的工匠精神和不屈不撓的探索精神，有效地實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中的“三全”育人。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，雖然遇到了許多突發(fā)情況與困難，但學(xué)生依然能保持初心，努力尋求解決問題的方案，體現(xiàn)出了堅(jiān)韌不拔的優(yōu)秀品質(zhì)。

4結(jié)語(yǔ)

面對(duì)當(dāng)今社會(huì)的需求，開拓創(chuàng)新、理實(shí)融合是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才必須堅(jiān)持的教學(xué)模式。相比傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)模式，該模式將實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)從教師手把手教轉(zhuǎn)換到學(xué)生積極自主學(xué)，突出了學(xué)生的主體地位。經(jīng)過一輪改革后，調(diào)研表明新的實(shí)踐教學(xué)模式有效激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，增強(qiáng)了學(xué)生獲取知識(shí)的能力。使得學(xué)生“實(shí)”有所獲，“驗(yàn)”有所悟，收益滿滿，專心用志之時(shí)，碩果累累。

基金項(xiàng)目：安徽省質(zhì)量工程項(xiàng)目（2021JYXM0091）；安徽省質(zhì)量工程項(xiàng)目（2021JYXM0085）；安徽省質(zhì)量工程項(xiàng)目（2021JYXM0079）；安徽省質(zhì)量工程項(xiàng)目（2020JYXM0091）。

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