劉曉玉

摘要：本文探討采用OBE（成果導(dǎo)向）模式開展控制工程專業(yè)課程《工業(yè)過程高級控制》案例庫建設(shè)的若干要點，包括從控制工程專業(yè)培養(yǎng)成果出發(fā)的課程教學(xué)成果的界定、案例庫素材的選擇、設(shè)問環(huán)節(jié)的設(shè)計以及案例庫的實施等。

關(guān)鍵詞：OBE；案例庫；專業(yè)碩士；控制工程；工業(yè)過程高級控制

中圖分類號：G642.41 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）33-0037-02

《工業(yè)過程高級控制》是控制工程專業(yè)碩士的必修課，主要講授對流程工業(yè)中的各種過程參量的控制。依據(jù)具體生產(chǎn)工藝和工況條件的不同，過程對象的特性及相應(yīng)采用的控制方法各異[1]。由此，該課程的特點是內(nèi)容繁雜，且對學(xué)生理論基礎(chǔ)及綜合實踐能力均要求較高。目前，控制工程專業(yè)碩士分全日制和非全日制兩種。其中全日制生源多為應(yīng)屆畢業(yè)生，普遍缺乏對工業(yè)領(lǐng)域的感性認(rèn)識；非全日制碩士多來自工礦企業(yè)，實踐經(jīng)驗豐富，但理論知識偏薄弱；其共性則為獨立科研能力的不足。引入案例教學(xué)，將過程控制理論知識從實際生產(chǎn)中引出，又運用到實際生產(chǎn)中，有利于兼顧兩類專業(yè)碩士對該課程的學(xué)習(xí)需求，從而改善課程教學(xué)效果。但僅以提升單門課程教學(xué)效果為目的的案例庫建設(shè)實屬狹隘。采用OBE（成果導(dǎo)向）思想，從專業(yè)碩士培養(yǎng)的最終成果出發(fā)，以能力培養(yǎng)為目的的課程案例庫建設(shè)則更有意義。OBE教學(xué)模式是以預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出為中心來組織、實施和評價教育的結(jié)構(gòu)模式。目前很多高校都開展了OBE教學(xué)模式下的單科課程或課程群的教學(xué)改革研究與實踐[2，3]，但對OBE模式下有關(guān)課程案例庫建設(shè)的研究則較少。本文即探討OBE模式在控制工程專業(yè)碩士課程《工業(yè)過程高級控制》案例庫建設(shè)中的應(yīng)用要點。

一、《工業(yè)過程高級控制》案例庫建設(shè)成果的界定

若以O(shè)BE模式開展《工業(yè)過程高級控制》案例庫建設(shè)，首先需要分析授課對象——控制工程專業(yè)碩士的培養(yǎng)出口。控制工程專業(yè)培養(yǎng)的是智能控制技術(shù)、自動控制與自動化裝置、過程控制與優(yōu)化、智能檢測與信息處理等方面的應(yīng)用型、復(fù)合型高層次工程技術(shù)和管理人才[4]。由此，對于該專業(yè)主干課程之一《工業(yè)過程高級控制》教學(xué)成果，乃至案例庫建設(shè)成果的界定，除學(xué)生對課程內(nèi)容的掌握外，還應(yīng)包括學(xué)生在“應(yīng)用型”“復(fù)合型”“高層次”等方面能力的提升。其中，結(jié)合課程特點，“應(yīng)用型”能力具體為學(xué)生對過程控制理論從實踐中來到實踐中去的應(yīng)用能力；“復(fù)合型”能力表現(xiàn)為學(xué)生運用自己的知識體系和技能獨立或集體完成針對具體過程控制任務(wù)的綜合設(shè)計能力；“高層次”能力則為針對復(fù)雜工業(yè)環(huán)境下控制系統(tǒng)的新任務(wù)和高要求開展研究，提出創(chuàng)新性技術(shù)和理論的能力。

二、《工業(yè)過程高級控制》案例庫素材的選擇

工業(yè)過程的案例很多，比如熱電廠的鍋爐系統(tǒng)，為實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、節(jié)能環(huán)保的生產(chǎn)目標(biāo)，會涵蓋燃燒系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)等多個相互有關(guān)聯(lián)的過程控制系統(tǒng)。從提升學(xué)生應(yīng)用型、復(fù)合型、高能力的角度出發(fā)，對這些案例要精心挑選和設(shè)計。其中，既要包含體現(xiàn)實際工程研發(fā)過程的案例，又要有反映開展科學(xué)研究所需思路模式的案例[5]。例如，可將對鍋爐生產(chǎn)工藝、控制目標(biāo)和過程對象特點等的介紹作為課程概述部分的案例，引導(dǎo)學(xué)生從實際出發(fā)，訓(xùn)練其從實踐中提煉理論的能力。又比如，可設(shè)計以鍋爐汽包水位系統(tǒng)為背景的仿真案例，在預(yù)設(shè)的鍋爐蒸汽流量波動、進水流量波動、“假水位”等模擬工況下實現(xiàn)對鍋爐汽包水位的控制。此案例要求學(xué)生在學(xué)習(xí)完單回路控制、串級控制等理論知識后獨立完成系統(tǒng)設(shè)計和仿真實驗，從而提升學(xué)生的系統(tǒng)分析、設(shè)計、算法軟件編寫、控制參數(shù)調(diào)試等復(fù)合型能力。再比如，針對環(huán)境和被控對象復(fù)雜性所涌現(xiàn)的各種高級過程控制方法，在實際應(yīng)用中尚需推廣，故實用案例偏少，這些文獻資料便可作為案例庫素材，而且此類素材的科研特性明顯。在對此類案例素材的整理和設(shè)計中，應(yīng)突出科研工作中對實際工程問題的提煉、綜述、分析、解決、驗證和總結(jié)等基本邏輯節(jié)點，并強調(diào)科學(xué)、規(guī)范的表述方法的重要性，從而通過此類案例的教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生走上科學(xué)研究之路。

三、《工業(yè)過程高級控制》案例庫設(shè)問環(huán)節(jié)的設(shè)計

案例庫建設(shè)并非只是案例的簡單羅列。在案例庫中加入設(shè)問環(huán)節(jié)，適宜地引導(dǎo)學(xué)生主動思考，激發(fā)其主動性和創(chuàng)造性，是比教會學(xué)生一兩點知識更有意義的事情。具體到《工業(yè)過程高級控制》案例庫的設(shè)計，當(dāng)前的教學(xué)大多只以案例作為理論教學(xué)的輔助素材，使學(xué)生形成此控制問題的解決方案“必然如此”的思維定式。但實際的過程控制工程，即便控制問題相同，所采用的控制方法也會因解決思路的差異、實際工況和硬件條件等的限制而千差萬別，需要設(shè)計者靈活應(yīng)變。故在OBE模式下，從培養(yǎng)學(xué)生研究能力的角度出發(fā)，將實際的工程案例作為教學(xué)案例時，除對案例本身的陳述外，還可在對案例問題的分析、控制目標(biāo)和控制難點的明確，以及隨后的控制變量和控制方案的選擇、驗證乃至最終確定等各個環(huán)節(jié)設(shè)問，引導(dǎo)學(xué)生通過查閱資料、獨立思考、團隊討論等給出自己的答案，而非簡單接納老師給出的“標(biāo)準(zhǔn)”答案。而且答案并非唯一，正如實際的控制系統(tǒng)千差萬別。即便給出參考答案，也最好同時給出可能的其他思路。比如，針對大延遲系統(tǒng)控制，除了Smith預(yù)估補償方法，預(yù)測控制同樣在做預(yù)估，能否用于同樣的案例呢？如果可以，兩種方法優(yōu)劣如何？各自適用場景有區(qū)別否？研究思路間有否互為借鑒之處？如此開放性的設(shè)問沒有標(biāo)準(zhǔn)答案的案例，方可真正激勵學(xué)生的發(fā)散思維和創(chuàng)新精神，從而通過課程教學(xué)助其成為“高層次”人才。

四、《工業(yè)過程高級控制》案例庫的實施

以能力培養(yǎng)為目標(biāo)，案例庫建設(shè)中實施環(huán)節(jié)的設(shè)計必不可少。相比靜態(tài)的案例文本，案例的實施是動態(tài)的，需要課堂上教師和學(xué)生的互動來完成。盡管每屆上課的學(xué)生基礎(chǔ)相當(dāng)，教學(xué)內(nèi)容變化不大，又有案例教學(xué)來使抽象的理論內(nèi)容生動化，但在案例實施中仍可結(jié)合當(dāng)代時事，從學(xué)生的身邊事引入話題，從而首先將學(xué)生的學(xué)習(xí)激情和關(guān)注力調(diào)動起來。比如，在介紹神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論及其在過程控制領(lǐng)域的應(yīng)用時，教師可從機器人AlphaGo戰(zhàn)勝圍棋大師李世石的故事開始，略過其中復(fù)雜的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論，僅強調(diào)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)能力，然后引出同樣具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)能力的基礎(chǔ)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以及如何利用基礎(chǔ)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的這些優(yōu)點解決實際過程控制的案例，最后反問學(xué)生深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為什么目前這么火？能否利用該技術(shù)解決過程控制中的哪些問題？由此激發(fā)學(xué)生去關(guān)注科學(xué)前沿，并時刻注意新理論和新技術(shù)與自己專業(yè)的聯(lián)系，為其在課程學(xué)習(xí)后開展科學(xué)研究與實踐活動進行啟蒙教育。教師在案例教學(xué)中的精心設(shè)計和實施，還需學(xué)生的主動配合。一方面要求教師的引導(dǎo)和鼓勵，營造輕松的討論氛圍，一方面則要求學(xué)生積極主動的思考，并能大膽提出自己的想法或困惑。無論是想法還是困惑，都是對案例教學(xué)效果的反饋，案例設(shè)置的廣度和深度是否合適，學(xué)生的接受程度如何，學(xué)生的能力和科研意識是否由此有所提高，這些都是在案例實施后需要總結(jié)的經(jīng)驗，有必要記錄在案，以供后期案例庫內(nèi)容和形式的調(diào)整。此乃案例庫實施動態(tài)性的另一層含義。案例庫通過實施、反饋而來的不斷改進和完善，使學(xué)生在理論研究和實際應(yīng)用等方面的能力得以提升。

五、結(jié)束語

本文以控制工程專業(yè)碩士課程《工業(yè)過程高級控制》案例庫建設(shè)為背景，針對目前該專業(yè)學(xué)生在理論、應(yīng)用及研究等方面能力的不足，以及案例庫僅用于輔助理論教學(xué)、未能在學(xué)生培養(yǎng)能力上充分發(fā)揮作用等問題，提出采用OBE模式開展課程案例庫建設(shè)的思路。并就應(yīng)用型、復(fù)合型高層次控制類人才培養(yǎng)目標(biāo)，以及以該目標(biāo)為導(dǎo)向的案例素材選擇、案例設(shè)問及實施環(huán)節(jié)的設(shè)計等要點，對《工業(yè)過程高級控制》案例庫建設(shè)中的具體措施進行探討并給出相關(guān)示例。

參考文獻：

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