陶洪峰++謝莉++楊慧中++陳剛

摘 要 為滿足流程工業(yè)對(duì)自動(dòng)化人才在工程觀念、實(shí)踐與創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)方面的要求，提高學(xué)生的復(fù)合型素質(zhì)，就教學(xué)內(nèi)容整合、競(jìng)賽性實(shí)驗(yàn)改造、科研創(chuàng)新和項(xiàng)目孵化等問題進(jìn)行分析和研究，不僅強(qiáng)調(diào)多層次一體化的實(shí)踐教學(xué)模式，而且為開展卓越工程師教育計(jì)劃提供思路。

關(guān)鍵詞 過程控制系統(tǒng)；實(shí)踐教學(xué)；創(chuàng)新教育

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2016）24-0169-03

Research on Integration Practice Teaching Mode of Competition， Teaching， Research and Innovation in Process Control System//TAO Hongfeng， XIE Li， YANG Huizhong， CHEN Gang

Abstract In order to meet the requirements of the process industry on the engineering concept， practice innovation ability and the com-prehensive quality of automation specialty talents， and improve the

quality of students compound quality， this paper analyzes the pro-blem of integration of course content， reformation of competition experiment， research innovation and project incubation. It not only emphasizes the multi-level integrated practice teaching mode， but

also provides the access to carry out the excellent engineers educa-tion training plan.

Key words process control system； practice teaching； innovation education

1 前言

目前，新技術(shù)革命的迅猛發(fā)展使得社會(huì)對(duì)高質(zhì)量工程技術(shù)人才的需求更加迫切，世界各國(guó)無(wú)一不把培養(yǎng)一流的創(chuàng)新型工程技術(shù)人才放在突出的位置。特別是美國(guó)、德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，在培養(yǎng)人才的類型和要求上、教學(xué)思想上、課程體系結(jié)構(gòu)和教學(xué)方法上都進(jìn)行了重大的轉(zhuǎn)變，不斷加強(qiáng)工程實(shí)踐創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)，進(jìn)行課程的綜合與集成，以及更新教學(xué)手段與設(shè)施。美國(guó)康奈爾、斯坦福、加州伯克利等8所大學(xué)聯(lián)合進(jìn)行的工程教育改革計(jì)劃的核心思想就是“綜合實(shí)踐創(chuàng)新”，要求在培養(yǎng)人才過程中將工程知識(shí)與實(shí)際問題相結(jié)合[1]。美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）作為美國(guó)政府的聯(lián)邦機(jī)構(gòu)，持續(xù)推動(dòng)美國(guó)的工程教育改革，使得高等工科院校出現(xiàn)幾種變化：由科研優(yōu)先、注重研究生轉(zhuǎn)向重視本科生教育；開始重視與工業(yè)企業(yè)界的結(jié)合，重視工程實(shí)踐；師資隊(duì)伍由原來(lái)注重學(xué)術(shù)研究型開始轉(zhuǎn)向注重工程實(shí)踐型，并以此改革和修訂專業(yè)教學(xué)計(jì)劃[2]。

國(guó)內(nèi)最近一份調(diào)查表明，60.4%的受訪者認(rèn)為現(xiàn)在的創(chuàng)新教育不能給工科大學(xué)生提供充分的工程訓(xùn)練，工科學(xué)生對(duì)工程設(shè)計(jì)和動(dòng)用綜合知識(shí)解決實(shí)際問題的重要性普遍缺少理解。為此，國(guó)內(nèi)高校開始與企業(yè)聯(lián)手，啟動(dòng)一批合作培訓(xùn)項(xiàng)目和卓越工程師計(jì)劃，進(jìn)行一系列創(chuàng)新型工程人才的教育研究與實(shí)踐，加深學(xué)生對(duì)工程的理解，提高他們的創(chuàng)新意識(shí)和工程實(shí)踐能力。

過程控制系統(tǒng)是自動(dòng)化專業(yè)的一個(gè)主流方向，具有明顯的行業(yè)背景特色。它針對(duì)工藝原理，運(yùn)用自動(dòng)控制理論，采用計(jì)算機(jī)控制、可編程邏輯控制、自動(dòng)化儀器儀表、現(xiàn)場(chǎng)總線和檢測(cè)技術(shù)等實(shí)施流程工業(yè)的過程控制，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的安全、平穩(wěn)、節(jié)能降耗[3]。因此，過程控制系統(tǒng)是一門涉及眾多內(nèi)容、體現(xiàn)寬口徑知識(shí)體系的課程，具有綜合性、實(shí)踐性的特點(diǎn)，對(duì)于實(shí)施工程實(shí)踐教學(xué)和創(chuàng)新教育具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。

2 國(guó)內(nèi)外教育現(xiàn)狀分析

在針對(duì)流程工業(yè)的自動(dòng)化專業(yè)過程控制方面，國(guó)外大學(xué)緊密結(jié)合實(shí)際流程工業(yè)對(duì)象，學(xué)習(xí)流程工業(yè)對(duì)象的工業(yè)問題，再通過化工、煉油項(xiàng)目和鍋爐、水箱等實(shí)物裝置培養(yǎng)學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力，不斷提煉實(shí)際對(duì)象和模擬工業(yè)環(huán)境下的具體控制科學(xué)和技術(shù)問題。一方面，通過工程獲取的化工過程數(shù)據(jù)和模擬軟件，用多個(gè)操作單元組成的過程控制流程模擬實(shí)際的生產(chǎn)過程，在理論學(xué)習(xí)的同時(shí)考慮過程控制方法在實(shí)際應(yīng)用狀況下的補(bǔ)償和實(shí)施問題；另一方面，通過生產(chǎn)過程現(xiàn)場(chǎng)或半實(shí)物仿真裝置訓(xùn)練學(xué)生的現(xiàn)場(chǎng)操作調(diào)試技能，再結(jié)合實(shí)際操作結(jié)果分析與理論結(jié)果不同的原因，完成“理論—實(shí)踐—理論”的過程控制系統(tǒng)人才培養(yǎng)的反饋學(xué)習(xí)過程。

在國(guó)內(nèi)，清華大學(xué)、浙江大學(xué)、北京化工大學(xué)、華東理工大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)等自動(dòng)化過程控制特色鮮明的高校開展了一些校內(nèi)與校外相結(jié)合的過程控制人才培養(yǎng)方式。在校內(nèi)將過程控制系統(tǒng)與其他學(xué)科其他專業(yè)課的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行相互補(bǔ)充，突出過程控制系統(tǒng)的流程工業(yè)背景；在校外聯(lián)合西門子、中國(guó)石化、浙大中控等企業(yè)，走進(jìn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，通過以熟悉工藝原理為基礎(chǔ)的方式，使得過程控制問題不再是簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模擬和仿真，提煉的問題從實(shí)踐中來(lái)，最終通過實(shí)踐來(lái)反饋學(xué)習(xí)，一定程度上也提升了學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)和實(shí)踐技能，走的是一條卓越工程師培養(yǎng)方案下的“校內(nèi)理論—校外實(shí)踐”的多層次學(xué)習(xí)方式[4]。

當(dāng)前，在自動(dòng)化專業(yè)的過程控制系統(tǒng)人才培養(yǎng)方面仍存在以下亟待解決的問題。

1）過程控制相關(guān)課程教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性不強(qiáng)，基礎(chǔ)課程、專業(yè)課程和實(shí)踐教學(xué)等教育方式未實(shí)現(xiàn)有效融合，多是單門單節(jié)課程的局部改造，缺乏整體性教學(xué)內(nèi)容的突破。

2）過程控制實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)并不完善，校內(nèi)多是小型獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，缺乏多個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的過程控制綜合實(shí)踐能力，校內(nèi)理論與校外實(shí)踐缺乏有效的過渡。

3）無(wú)論是在理論教學(xué)，還是實(shí)踐教學(xué)，過程控制的實(shí)踐創(chuàng)新內(nèi)容都偏重于傳統(tǒng)和經(jīng)典知識(shí)的訓(xùn)練，未能將目前較新的過程控制研究成果、方法和技術(shù)引入教學(xué)中，在知識(shí)點(diǎn)和個(gè)人能力上未能與后續(xù)的學(xué)術(shù)深造研究和社會(huì)實(shí)踐工作的最新應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行銜接。

3 改革思路和舉措

針對(duì)上述問題，廣泛征求意見，總結(jié)教育教學(xué)方法，對(duì)于過程控制系統(tǒng)的實(shí)踐教育模型進(jìn)行一定的思考和探索。通過研究，根據(jù)流程工業(yè)對(duì)自動(dòng)化專業(yè)人才的能力和素質(zhì)要求，圍繞自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合江南大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)輕工過程控制教育的特點(diǎn)和學(xué)科優(yōu)勢(shì)，通過圖1所示的“競(jìng)教研創(chuàng)”一體化的綜合實(shí)踐創(chuàng)新“123N”模式，立足自動(dòng)化過程控制特色專業(yè)一條主線，構(gòu)建理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)兩大教學(xué)與實(shí)踐體系，依托“輕工過程先進(jìn)控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”“自動(dòng)化卓越工程師培養(yǎng)基地”和“大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新基地”三大創(chuàng)新平臺(tái)，通過教育部全國(guó)大學(xué)生自動(dòng)化過程控制仿真多個(gè)系列挑戰(zhàn)賽，提高學(xué)生在過程控制領(lǐng)域內(nèi)運(yùn)用專業(yè)知識(shí)解決各種實(shí)際問題的能力，滿足流程工業(yè)對(duì)自動(dòng)化工程人才在工程觀念、實(shí)踐與創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)方面的培養(yǎng)要求，提高復(fù)合型工程實(shí)踐創(chuàng)新人才素質(zhì)。

結(jié)合卓越工程師實(shí)踐創(chuàng)新計(jì)劃，整合過程控制相關(guān)課程教學(xué)內(nèi)容 從流程工業(yè)的行業(yè)特點(diǎn)出發(fā)，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)有自動(dòng)化專業(yè)卓越工程師實(shí)踐創(chuàng)新計(jì)劃和卓越工程師培養(yǎng)基地，調(diào)研、綜合和分析現(xiàn)有流程工業(yè)企業(yè)對(duì)自動(dòng)化工程師的知識(shí)結(jié)構(gòu)和專業(yè)能力的要求，將知識(shí)、技能、個(gè)人素質(zhì)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及管理能力等方面作為能力模型的輸入要素，研究建立合理的能力評(píng)價(jià)機(jī)制，進(jìn)而優(yōu)化整合自動(dòng)控制原理、過程控制系統(tǒng)、控制儀表與裝置等相關(guān)課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)計(jì)劃，采用多形式、多層次、多資源的人才培養(yǎng)方式，剔除重復(fù)性內(nèi)容，突出各門課程的重點(diǎn)內(nèi)容，提高課堂教學(xué)效率。

在校外，充分利用現(xiàn)有過程控制方向卓越工程師實(shí)踐基地，讓學(xué)生接觸最新的過程控制儀表和裝置；在校內(nèi)，在現(xiàn)有單容水箱液位數(shù)學(xué)模型的測(cè)定、閉環(huán)雙水箱液位串級(jí)控制等設(shè)備基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化整合，突破以往實(shí)踐教學(xué)只限于驗(yàn)證性和演示性的狀況，減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，多開設(shè)綜合性、設(shè)計(jì)性、應(yīng)用性強(qiáng)的實(shí)踐項(xiàng)目，構(gòu)建多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，進(jìn)而創(chuàng)建多形式的實(shí)踐能力培養(yǎng)模式和考核模式，將實(shí)際生產(chǎn)過程中的最新技術(shù)和裝備與理論教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行有效銜接。

參加過程控制領(lǐng)域的權(quán)威大學(xué)生技能競(jìng)賽，培養(yǎng)學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力 全國(guó)大學(xué)生自動(dòng)化控制仿真挑戰(zhàn)賽歷年由教育部、中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)過程控制委員會(huì)、系統(tǒng)仿真學(xué)會(huì)和國(guó)際知名的自動(dòng)化企業(yè)西門子公司聯(lián)合舉辦，是過程控制領(lǐng)域最權(quán)威的大學(xué)生競(jìng)賽。該競(jìng)賽不僅需要學(xué)生具有過程控制理論知識(shí)，更需要學(xué)生具備實(shí)踐操作和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)變能力，比賽公平公正，每年的競(jìng)賽題目和流程工業(yè)對(duì)象都會(huì)有所不同。江南大學(xué)每年帶領(lǐng)本科生參加該競(jìng)賽并獲得多次全國(guó)性獎(jiǎng)項(xiàng)，通過實(shí)踐環(huán)節(jié)的競(jìng)爭(zhēng)以及與全國(guó)學(xué)生和教師的交流，加深對(duì)過程控制專業(yè)知識(shí)的理解。同時(shí)進(jìn)一步對(duì)過程控制競(jìng)賽的題目進(jìn)行后續(xù)開發(fā)，將競(jìng)賽案例引入課堂和課程實(shí)驗(yàn)，鼓勵(lì)學(xué)生走上課堂講臺(tái)講授體驗(yàn)，答辯遇到的問題以及解決方法，從而培養(yǎng)學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力，最終達(dá)到以競(jìng)促教、競(jìng)教結(jié)合的目的。

依托學(xué)院輕工過程先進(jìn)控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，開展科技創(chuàng)新 學(xué)院輕工過程先進(jìn)控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)具有大量實(shí)際和模擬的流程工業(yè)對(duì)象和控制裝置，以研究流程工業(yè)中的一系列理論與工程問題為研究重點(diǎn)。積極引導(dǎo)專業(yè)學(xué)生投身科研并轉(zhuǎn)化為實(shí)踐能力，通過將學(xué)生的普適教育和優(yōu)秀本科生提前進(jìn)實(shí)驗(yàn)室相結(jié)合的方法，注重把過程控制研究的前沿科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使學(xué)生與導(dǎo)師和優(yōu)秀研究生接觸，在感受科研氛圍的同時(shí)，提前接受嚴(yán)格的基本科研訓(xùn)練，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，達(dá)到傳授知識(shí)、培養(yǎng)能力、提高素質(zhì)的一體化模式，擺脫一般本科教育學(xué)科型教育模式的束縛，構(gòu)建高層次“實(shí)踐—理論—科研”型科教結(jié)合的實(shí)踐創(chuàng)新模式。

立足大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐基地，鼓勵(lì)自主科研申請(qǐng)和創(chuàng)新項(xiàng)目孵化 針對(duì)部分學(xué)有余力的學(xué)生特點(diǎn)，開展因材施教，依托以自主性、開放性、科學(xué)性、層次性為主要特點(diǎn)的大學(xué)生創(chuàng)新基地，鼓勵(lì)學(xué)生自主申請(qǐng)參加學(xué)院和學(xué)校的大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目，將他們引入一些實(shí)際的過程控制方面的創(chuàng)新項(xiàng)目中，通過過程控制類項(xiàng)目來(lái)提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力。同時(shí)，對(duì)這些大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目并不是簡(jiǎn)單地指導(dǎo)，而是進(jìn)一步孵化其中一些優(yōu)秀的創(chuàng)新項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，開展創(chuàng)業(yè)評(píng)比，豐富學(xué)生的實(shí)踐領(lǐng)域和感受。目標(biāo)是讓學(xué)生通過參加這些項(xiàng)目，增強(qiáng)工程實(shí)踐思維能力、團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，為今后走向社會(huì)打下扎實(shí)的工程實(shí)踐基礎(chǔ)。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)流程工業(yè)對(duì)自動(dòng)化專業(yè)人才的能力和素質(zhì)要求，圍繞自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)的總體目標(biāo)，結(jié)合學(xué)院的輕工過程特色和學(xué)科優(yōu)勢(shì)，重點(diǎn)優(yōu)化整合過程控制相關(guān)課程中的實(shí)踐內(nèi)容，有序引入過程控制系統(tǒng)前沿科研成果與現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)開發(fā)新的過程控制綜合性實(shí)驗(yàn)，將競(jìng)賽和科研中的研究問題轉(zhuǎn)化為適應(yīng)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)裝置的綜合性實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，結(jié)合流程工業(yè)特點(diǎn)和專業(yè)學(xué)生現(xiàn)有知識(shí)體系，選擇合適的企業(yè)，研討制訂合理的綜合實(shí)踐能力培養(yǎng)方案和需求。通過這些舉措，提高了學(xué)生在過程控制領(lǐng)域內(nèi)運(yùn)用專業(yè)知識(shí)解決各種實(shí)際問題的能力，滿足流程工業(yè)對(duì)自動(dòng)化工程人才在工程觀念、實(shí)踐與創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)方面的培養(yǎng)要求，最終提高學(xué)生的工程實(shí)踐創(chuàng)新素質(zhì)。

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