过程控制工程教学改革探讨

张晓玲

（山东石油化工学院，山东  东营  257061）

摘  要：过程控制工程是现代化工、炼油、电力、环保等领域不可或缺的重要学科，对培养创新型人才具有重要意义。然而，传统的过程控制工程教学模式在面对快速发展的科技和工业领域时已经显现出一些不足之处。为了满足社会对高素质工程人才的需求，本文探讨针对过程控制工程教学的改革路径，旨在培养具有创新能力和实践能力的工程人才，以适应未来社会的发展需求。

关键词：过程控制；教学改革；创新人才

过程控制工程是自动化专业重要的核心课程[1]，是以过程控制系统为主体，以控制理论为基础，以过程工艺学为一翼、自动化仪表和计算机技术为另一翼的应用型课程，是一门理论与实践紧密联系的课程，与现代产业密切相关。然而，随着科技的飞速发展和产业的不断更新换代，传统的教学模式已经不能满足培养创新型人才的需要。因此，对过程控制工程教学进行深入改革势在必行。

1  教学现状分析

传统的过程控制工程教学模式在过去的发展中积累了一定的优势，主要体现在：（1）传统教学模式已经经过多年的实践，具有较高的稳定性和成熟性，能够为学生提供相对可靠的知识体系；（2）传统模式注重学生对理论知识的学习，有利于掌握基本原理和概念，为进一步深入学习和研究奠定基础；（3）传统教学模式中，教师在教学过程中扮演着主导角色，能够较好地引导学生学习。

然而，传统教学模式也存在一些不足：（1）传统模式偏重理论，相对较少涉及实际工程应用场景，导致学生在面对实际问题时可能措手不及；（2）过程控制工程需要工程师具备创新能力，而传统教学模式往往忽视了培养学生的创新思维和解决问题的能力；（3）过程控制工程涉及多个学科领域，而传统模式较少进行跨学科融合，导致学生对相关领域的综合运用能力较弱。

2  教学改革的目标和原则

当前“新工科”背景下，过程控制工程教学改革的目标是为了更好地培养适应现代工业和科技发展需求的创新型人才，同时在实施教学改革时，应遵循一些原则，以确保教学改革的有效性和可持续性。

（1）培养学生的创新思维能力：过程控制工程需要工程师具备创新精神和解决问题的能力。教学改革的目标之一是培养学生的创新思维能力，激发学生的创新潜能，使他们能够在面对新问题和挑战时能够提出新的解决方案。为此，教学改革应该以学生为中心，关注学生的学习需求和个性化发展，采用多样化的教学方法和评估方式，激发学生学习的积极性和主动性。

（2）加强理论与实践相结合：过程控制工程是实践性学科，教学改革应该以实践导向为核心，将理论与实践相结合，促进学生在实践中学习和成长。传统的理论教学模式往往脱离实际应用，学生缺乏实际操作和解决实际问题的能力。为此，教学改革应加强理论与实践相结合的教学模式，使学生能够在实验室和工程实践中学以致用，将所学知识应用于真实场景，以提高学生的实践能力，更好地适应工程实际工作。

（3）强化跨学科交叉融合：过程控制工程综合应用多个学科的知识和技术，如化学工程、仪器仪表工程、自动控制、计算机技术等。跨学科融合是过程控制工程教学改革的重要原则，教学内容要贯穿不同学科的知识，帮助学生形成全面的学科素养，提高解决问题的综合能力。因此，强化跨学科交叉融合也成为教学改革的重要目标，使学生能够掌握多个学科的知识，形成综合运用的能力，更好地解决复杂的工程问题。

3  教学改革策略

3.1 优化课程设置与教材体系

为适应当前工程教育对人才培养提出的新要求，过程控制工程的教学内容应作出适当调整与改变，主要包括：（1）更新课程内容：结合工业和科技的最新发展，对课程内容进行更新和优化，使之紧跟行业发展潮流，提高教学的前瞻性和实用性。例如为适应国家“双碳”布局和可持续发展需要，在课程中引入智能化过程控制技术，比如在基础PID控制算法基础上，增加自适应PID控制器、神经网络PID控制器和模糊PID控制器等[2]，使学生掌握如何利用智能化技术优化工业生产过程的控制，最大程度地节省能源、减少碳排放。（2）强化理论与实践融合：将课程设置中的理论学习与实践环节有机结合，通过实验、案例分析、工程实训等方式，让学生在实际操作中巩固和运用所学知识。（3）建设教材资源库：鼓励教师编写和整理教材，建设教材资源库，提供多样化的教材供学生选择使用，满足不同学生的学习需求。

3.2 拓展实验教学与实践机会

拓展实验教学与实践机会是提高过程控制工程课程教学质量和学生综合能力的重要手段，可从以下方面实施：（1）实验室设施升级：投入资金和资源，对过程控制工程实验室进行升级和改造，引进先进的实验设备和控制系统，确保实验室设施符合现代工业实际，提供良好的实验条件，让学生能够接触到最新的技术和工程应用，并在实验中学习和实践。（2）多样化实验项目：设计多样化的实验项目，包括验证性实验、设计型实验和高阶性实验[3]，比如验证性实验可以是控制器参数整定实验，设计性实验可以是单回路控制实验，高阶性实验可以是工业现场的先进控制策略实验，既能用于学生巩固理论知识，又能与实际工程问题相关，让学生能够将所学知识应用到实际问题解决中。（3）实验课程设置：将实验教学融入课程体系，不仅可以设立单独的实验课程，还可以将实验内容融入到理论课程中，让学生在学习理论知识的同时，进行实验探索和应用实践。（4）实践项目合作：与工业企业、研究机构等合作，对企业的复杂工程案例进行转化，形成可以在学校开展的工程综合案例，开展实践项目[4]。让学生参与真实的工程项目，提高学生的实践能力和解决问题的能力，并促进产学研合作。实践项目合作也可以提供学生与实际工程师交流学习的机会。

3.3 引入科技手段促进教学效果

科技手段在教学中扮演着日益重要的角色，有助于促进学生主动学习和自主探索，提高教学效果和学生的学习体验，同时提高教师的教学效率和教学质量。以下是一些方法和科技手段的应用建议：（1）建立一个过程控制工程课程的在线学习平台，将课程教材、讲义、习题和实验指导等资源提供给学生。学生可以根据自己的学习进度自主学习，并通过在线讨论区与教师和同学交流。（2）构建虚拟实验平台，开发虚拟实验场景，通过虚拟实验平台，学生可以在计算机上模拟实际的实验操作，进行实验前的预习和实验过程的观察。虚拟实验平台可以提供更多的实验机会和实验体验，进一步辅助课堂教学，避免理论与实践分离，提高教学效果，增强学生知识结构[5]。（3）利用过程控制仿真软件，让学生在计算机上进行过程控制系统的仿真实验。学生可以通过调整参数和控制策略来观察过程的变化，加深对过程控制原理和方法的理解。（4）利用远程实验设备进行在线实验教学，学生可以远程控制实验设备，查看实验设备的实时状态和数据，进行实验参数设置和控制。远程实验设备通常配备远程摄像头和实时数据采集功能，以便学生可以观察实验过程和收集实验数据。

4  教学成果评估与质量保障

教学成果评估与质量保障是确保教学质量和有效改进教学的重要手段。教学成果评估需要综合考虑学生学习成绩、实践能力、创新能力等方面的表现，以及教学过程中的教师教学质量等因素。

4.1 设立科学合理的评估指标体系

设立科学合理的评估指标体系是确保评估的客观性、全面性和有效性的关键步骤。一个科学合理的评估指标体系应该包含以下几个方面：（1）明确评估目标：首先要明确评估的目标是什么。评估的目标可能是教学质量、学生学习成果、教学效果等。明确评估目标有助于确定评估的重点和关注点。（2）确定评估内容：根据评估目标，确定需要评估的具体内容。例如，如果评估目标是学生学习成果，评估内容可能包括学生知识掌握程度、技能运用能力等。（3）制定评估指标：在确定评估内容的基础上，制定相应的评估指标。评估指标可以分为不同的层次和多个维度。例如，对于学生学习成果的评估，可以分为知识层面、技能层面和应用层面，每个层面又可以有多个具体的指标。评估指标应该具有可衡量性和客观性，能够真实反映评估内容的情况。（4）确定评估方法：评估指标的确定需要结合具体的评估方法，不同的评估方法适用于不同的评估指标。例如，学生知识掌握程度可以通过考试或测验评估，而学生的实践能力可能需要通过实验或实习实训评估。（5）权重分配：对于多个评估指标，可以根据其重要性确定不同的权重。重要的指标赋予更高的权重，以确保评估结果更加准确和全面。（6）验证和修正：设立评估指标体系后，需要进行验证和修正。在实际评估过程中，可以根据评估结果的反馈信息，适时调整评估指标体系，使其更加科学和合理。

4.2 多元化的评估方法

多元化的评估是指在教育和学习过程中采用多种不同的方式和手段对学生的学习成果、教学效果和教学质量进行评估。多元化评估方法能够更全面地了解学生的学习情况和教学效果，提供更准确的反馈和指导。常见的评估方法有：（1）期中期末考试：传统的考试方式仍然重要，可以通过期中期末考试评估学生的知识掌握程度和理解能力。（2）实验报告：对于课程实验，学生完成实验后撰写实验报告，可以评估学生的实验操作、数据处理能力和问题解决能力。（3）课堂表现和小组讨论：通过课堂参与度、表现积极性以及小组讨论情况，评估学生的学习态度和团队合作能力。（4）课程项目和作业：布置与实际工程相关的项目和作业，评估学生的实际操作、应用能力和创造力。

4.3 教学质量监控与反馈

课程教学质量监控与反馈机制是确保课程教学质量的重要手段。通过监控和反馈机制，可以及时了解教学情况，发现问题并采取相应的措施进行改进。教学质量监控与反馈机制主要包括：（1）学生评价：定期进行学生评价调查，收集学生对课程的反馈意见和建议，帮助教师从学生角度了解课程的优势和不足，利于教师及时调整教学策略。（2）教师自我评估：教师可以进行自我评估，反思教学过程中的教学方法和效果。自我评估有助于发现问题，并主动采取措施进行改进。（3）同行评估：邀请其他教师或专家进行同行评估，从专业角度评估课程的教学质量。同行评估可以提供客观的第三方评价，帮助教师改进教学。（4）教学观摩：教师可以观摩其他同行的课程，学习借鉴优秀教学经验，并发现自身教学中可以改进的地方。（5）课程反馈会议：定期召开课程反馈会议，让教师、学生和管理者一起讨论课程的教学效果和存在的问题，共同制定改进措施。（6）教学数据分析：收集和分析学生的学习成绩、评估数据和课堂参与情况，从中发现潜在的问题和改进方向。

5  结论

过程控制工程课程的教学改革是顺应时代发展和行业需求的必然趋势，它不仅可以提高教学质量和学习效果，还可以培养更符合社会和行业要求的工程技术人才，推动过程控制工程领域的发展和创新。本文在分析过程控制工程课程教学现状基础上，明确了教学改革的目标和原则，探讨了可行的教学改革策略以及教学成果评估与反馈机制，为同行在进行过程控制工程课程教学改革提供了可行的实施方案。

参考文献

[1] 卢静雪,雷建和,王永秀等.自动化专业本科优质核心课程群建设[J].科技视界,2019,(31):54-55+26.

[2] 陈和洲.模糊PID控制在工业过程控制中的应用[J].无线互联科技,2022,19(18):43-45.

[3] 王宏伟,张继研,王海霞等.“过程控制”实验课程与虚拟仿真融合的实验教学建设[J].工业和信息化教育,2022,(10):17-22.

[4] 顾亚,高珏,刘继承.“过程控制技术”综合实训改革与探索[J].电气电子教学学报,2021,43(06):174-178.

[5] 徐芳萍，杨刚. 过程控制课程实验教学模式研究[J]. 中国多媒体与网络教学学报（上旬刊）, 2023, (05):64-67.

作者简历：

张晓玲，女，生于1982年3月，山东潍坊人，山东石油化工学院副教授，硕士，研究方向：工业过程故障诊断

项目资助：山东石油化工学院三大计划重点课程建设