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新工科背景下过程装备控制技术课程教学改革与实践

2024-08-29 121 上传者：管理员

摘要：随着过程工业向高端化、数字化、绿色化和安全化的转型升级，行业、产业变化快及职业要求高与学生起点低的矛盾日益显著。为此，课程团队围绕新工科建设理念，根据课程高阶性、创新性、挑战度的建设要求，以“理论实、实践强、技术新、工程用”等能力产出为培养目标，通过重构教学内容，打造具有工程实践背景的先导性、拓展性学习资源，搭建六阶递进式教学模式；借助项目驱动提升学生在教学中的参与度与学习兴趣，以智慧教学工具全方位动态监控并指导学生学习过程，助力提升学生的课程目标达成体验，提高课程教学质量和育人成效。

关键词：
教学改革
教学理念
教学资源
课程评价
过程装备控制技术
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随着《中国制造2025》战略实施，教育部将新工科建设确定为我国高等工程教育在新科技革命、新产业革命和新经济背景下工程教育改革的重大战略与部署，并先后发布了新工科建设复旦共识和新工科建设天大行动，要求高校深化工程教育改革，推进新工科的建设与发展，注重培养学科技术雄厚、工程能力强、综合素质高的工程技术人才，以服务于新技术、新业态、新产业和新模式为特点的新经济发展[1-2]。随着新工科教育教学改革的深入推进，新工科建设已经从理论探讨阶段进入了人才培养具体方案的实施阶段，无论是新工科背景下传统专业的转型升级，还是适应新产业需求的新专业建设，最终都落实到具体的课程教学。因此如何转变课程教学模式，提升新工科人才培养质量是目前亟需解决的问题[3-4]。

过程装备控制技术课程面向宁厦大学过程装备与控制工程专业大四年级开设，是过程装备与控制工程专业的专业核心课程之一，在先修专业核心课程的基础上，围绕过程工业对安全性、经济性、稳定性的基本要求，主要探讨如何根据控制工程基本原理设计控制系统，结合过程装备运行特点，合理配置过程装备控制装置以保障生产安全稳定运行。课程将过程工程原理、过程设备与机械、装备自动化等知识有机结合，突出理论与实践知识的融合，有力支撑过程装备与控制工程专业高素质工程技术人才的培养。课程自专业创设以来，伴随我国过程工业的发展及西北能源化工基地的建设，教学团队持续推进课程教学改革。本文对照新工科人才培养理念和新工科人才核心素养需求，对课程教学内容、教学资源、教学模式和考评方式等进行了探索实践。

一、教学问题分析

在多年的教学实践中，教学团队不断完善教学内容及教学手段，但是近几年学情调查分析表明，学生不能主动适应新技术、新产业、新经济发展，致使行业、产业变化快，职业要求高与学生起点低的矛盾日益显著。教学团队结合近几年的教学状态，对教学问题进行分析梳理，发现存在以下问题。

通过征集学生学习意见（如图1所示），发现学生对了解行业发展新技术、新动态愿望强烈，加强实践教学需求迫切。但是学生的实践能力培养缺乏行业/产业深度融合，传统实践育人平台、资源和实践教学模式难以满足新工科人才培养要求。因此如何使教学内容与行业发展同频共振，助力学生主动适应过程装备控制领域新技术、新产业、新经济发展是教学团队需要思考的问题之一。

图1 学生学习需求调查

查阅教务平台信息，反映出班级整体的课程绩点较低，近50%的同学平均成绩绩点在2以下。在2017级之前，学院未进行机械大类招生，学生入校即选定专业，班级生源稳定，在优秀学生的带领下班级的凝聚力和学习氛围较好。近几年专业实施机械大类招生后，选择过程装备与控制工程专业学生的成绩绩点普遍较低，班里缺乏“领头雁”“排头兵”，班级学风下降，致使学生在四年级时，成绩绩点较低。上述分析表明，学生自主学习能力和自我管理意识薄弱，学习基础差、学习能力薄弱的学生急需加强学习引导。因此要使项目式教学、智慧教学工具成为促进自主学习能力差、基础偏弱的学生有效学习的手段，助力提升学生的课程目标达成体验。

在与企业用人单位走访调研中，用人单位反映企业在过程装备安全运维方面有较大用人潜力，但新入职学生工程意识和工程师职业素养尚未养成，胜任岗位需求有差距，建议在本专业教学中强化相关知识和能力的训练，并强化工程意识和职业道德教育，注重培养学生的家国情怀和工匠精神，践行社会主义核心价值观教育。因此应提升学生的工程实践能力和职业素养，使学生入职后快速完成角色转换，胜任岗位能力需求。

二、教学改革举措

（一）落实以学生为中心的教学理念

围绕新工科人才核心素养，落实以学生为中心的理念。通过课前查阅教务平台信息、调研班级同学们的整体学习情况，并精准掌握每位同学的学业情况和学习状态。在教学中建立到课席签制，并根据不同的学情实际，进行个性化的学习成长记录和全程学业跟踪指导，实现对课程教学的精细管理，在时刻关注学生成长的同时，做到基于学情实际、以人为本、全面发展，落实以学生为中心的新工科理念。

（二）重构教学内容

根据过程工业发展和装备控制领域对人才的需求，围绕“理论实、实践强、技术新、工程用”等能力产出培养目标，重构“理论与实践”5大模块内容（如图2所示），打造理论与实践、课程思政与专业知识相融合的内容体系。在理论知识讲授环节，强调重点知识讲解、实践应用问题的讨论、工程扩展问题的分析与讨论，根据理论教学同步安排实践教学，以理论指导实践，用实践检验理论、探究理论，通过教师现场指导与小组自主实践相结合的方式，做到理论与实践相融合，落实理论实、实践强的培养目标。

同时，在教学内容中融合课程思政素材与团队项目训练（如图3所示），通过开放性项目选题、课下自由组队、课堂汇报展示，完成课程教学难点突破，并注重培养学生的创新意识、家国情怀、工匠精神和工程伦理意识，践行社会主义核心价值观教育。同时遵循新工科人才核心素养要求，梳理每节课的课程思政素材与思政元素，注重培养设计思维、工程思维和工程实践能力，强化工科学生的工程伦理意识、大国工匠精神、法治意识和生态意识，提升自主终身学习和沟通协商能力，有效落实课程思政育人目标。

（三）优化教学资源

依托学院建成的新工科校企协同育人教学云平台、智能制造协同创新中心，将企业生产现场、生产技术、高端技术人才及智能制造等产业和技术的最新发展、行业对人才培养的最新要求引入教学过程，建成满足行业发展需要的课程内容和教材资源，打通“最后一公里”；并将团队研究成果及时转化为教学内容，向学生介绍学科研究新进展、实践发展新经验，提高课程兴趣度、学业挑战度，落实新工科根据技术发展改进内容的建设目标。在教学资源建设上，在以传统教学资源为基础建成的教学课件基础上，通过实验室建设、自制教具、课程网站、大学慕课、学科竞赛案例库、创新设计案例库和企业生产实践等数字化资源库的建设，将传统教学资源与数字化教学资源相融合，在扎实基础的同时，拓展知识领域与技术前沿，落实技术新、工程用的培养目标。

图2 重构教学内容

图3 课程思政与专业知识融合

（四）改进教学组织

为提升课堂学习成效，按照阶梯分层、递进上升的教学组织，教学团队设计了知识回顾、情景引入、反问解惑、逐步解析、知识拓展和总结归纳六个教学环节，同时细化课前、课中、课后的教师活动和学生活动。在具体的教学过程中，教师重在设计规划，指导学习过程，以课前严谨的教学设计、课中教学方法的实施、课后总结反馈实现教学能力提升。具体到每节课的教学，通过课前发布预习资源、线上学习任务和要求，课中利用案例法、讨论法、板书等进行重难点问题分析，结合课堂答题检测知识点掌握，课后对教学过程及教学效果进行反思，分析存在的不足及后续教学中的改进方向。在教学全过程中，有效落实习近平总书记对高校教师的要求“有言为士则、行为世范的自觉……做学生为学、为事、为人的大先生”。

学生在学习过程中明确任务，落实学习成效，通过课前的线上学习和预习，课中的问题反馈，思考答题等做到知识内化和能力培养；借助课后的项目实践、协作探究实现拓展提升。利用项目汇报、生讲生评、质疑讨论和实验探究等多样化的课堂形式，注重培养学生的团队合作能力、思辨能力、自主学习能力和发现问题解决问题能力，在学习过程中注重家国情怀、创新创业、批判性思维等素质培养，实践面向2030年的工程师核心质量标准。

（五）转变教学方式，实施项目驱动教学

利用小组项目任务、小组讨论、小组实训，转变教学方法，增强师生互动，形成以学习者为中心的工程教育模式。针对工科课程知识点单一，思政教育与工程教育缺乏有机结合，学生应用知识的能力不足，实施新工科项目式教学。以控制系统设计为主线，将对象分析、传感器、变送器、调节器和执行器等知识点融合，通过项目任务驱动，先实践，后理论，在实践中以点带面，带动理论学习，注重培养学生高级思维和团队协作精神，以及实践应用能力。

（六）完善课程达成评价方法

以“考核能力+促进学习”为目的，打造“多元化”考核形式。课程考核将项目设计、学习过程、实验实践和期末考核等计入课程考核评价，并细化各项考核的具体考核点和考核占比。例如项目设计明确选题论证、方案分析、设计成果和汇报展示四个考核点；学习过程明确线上资源学习、雨课堂答题、课堂讨论参与及章节测验四个考核点。同时，在教学中注重反馈与反思，应用信息化教学手段、智慧教学工具，开展学情调研分析，建立全程学习跟踪与反馈。为了实现教学过程的持续改进，在每次课程教学结束后，认真总结教学中存在的问题，针对不足提出后续教学中的改进举措；在学期中召开师生教学座谈会，听取同学们的意见，实时调整教学方式方法；在学期末，请同学们提交课程教学问题总结，并在课程结束后发布调查问卷，对课程教学目标达成情况、教师教学方法、能力获得等方面进行调查反馈。根据学生们写的教学问题总结，发现教学问题，找准改进空间。通过上述措施，不断完善课程教学达成情况分析，实现持续反馈改进。

三、结束语

通过教学创新提升了教学效果，助力“理论实、实践强、技术新、工程用”培养目标达成。2018—2022年的成绩统计表明，学习基础弱的同学学习成效提升显著，不及格人数显著降低，成绩两极分化现象减少，成绩稳中提升；以项目训练为基础，团队成员指导学生积极参加大学生创新创业项目及各类学科竞赛获多次奖励；对企业的调研表明，学生就业质量及用人单位满意度较好。

建立到课席签制与开展全程学业跟踪指导，实现课堂精细管理；创新方法与项目训练融合教学，激发学生学习兴趣；多元化考核方式促进学生自主学习能力；课程思政贯穿全教学环节注重育人功能。

课程教学改革得到了学生、督导、同行等的高度肯定。学生反馈，通过项目驱动培养了他们将理论知识应用到实践的能力，结合项目汇报和讨论提升了沟通能力、自我展现能力和团队协作能力；课程中的思政教育元素对培养社会主义核心价值观发挥了积极作用；QQ群答疑讨论便于及时解答他们的疑惑，缩短师生距离并增进了感情，课程育人成效显著提升。

参考文献:

[1]韩建海,仲志丹,王晓强,等.地方高校机械类专业新工科建设特色发展与实现路径研究[J].高教学刊,2023(10):52-55.

[2]陆国栋,李拓宁.新工科建设与发展的路径思考[J].高等工程教育研究,2017(3):20-26.

[3]文春明,李尚平,黄天星.新工科背景下提升自动化专业人才培养质量的策略[J].高教论坛,2021(3):65-67.

[4]熊伟丽,陶洪峰,刘艳君,等.新工科背景下自动化专业工程实践教学体系的建设与思考[J].高教学刊,2019(12):62-64.

基金资助:宁夏回族自治区教育厅2022年自治区级本科教育教学改革与实践项目“以‘四会导向’为核心,面向产出的过程装备控制专业人才培养模式研究与实践”(宁夏大学本科生院2022-55号);

文章来源:李宏燕,丁文捷.新工科背景下过程装备控制技术课程教学改革与实践[J].高教学刊,2024,10(26):140-143.