過程裝備與控制工程專業課程體系改革初探

魏秀業　姚竹亭　黃晉英　唐莞洋

（中北大學機械與動力工程學院　山西太原　030051）

0　引言

高等工程教育的首要目標是培養能從事工程活動的工程師。高等工程教育主體和核心是本科工程教育。“過程裝備與控制工程”專業（以下簡稱“過控專業”）涉及的學科有化學工程、過程工程、機械工、控制工程、動力工程及工程熱物理，屬于一個典型的多學科背景的本科專業。如何合理構建多學科背景本科專業課程體系一直是高等工程教育工作者探討的重要課題。

“過控專業”主要以機械設計與制造為平臺，應用自動控制技術，研究和開發過程工業中先進的自動化、智能化成套裝備。“過控專業”是我校的特色專業之一，目前在高校就業形式嚴峻的形勢下，根據我校自身實際，確定專業的發展目標、改革不切實際的人才培養模式，突出辦學特色，才能提升我校高等教育的整體水平和競爭力。

1　我校過控專業現狀

我校“過控專業”起步較晚，是2004年由原機械工程系和自動控制系部分教師組建而成。由于專業籌建時間短，經驗不足，使得該專業在課程體系與教學內容、教學方法與教學手段以及實驗教學等方面存在不足，主要體現在以下幾個方面。

（1）課程之間銜接不好，有些課程內容之間重復的現象較嚴重。例如“過程設備設計”中的無力矩理論及平板彎曲分析理論與“過程裝備力學基礎”重復，“過程裝備監測與診斷”與“工程測試技術”以及“變送與檢測儀表”三門課在傳感器原理及有關內容上重復。

（2）由于本專業配套的實驗設備不完善和人員配置問題，某些專業基礎和專業課程的實踐環節都沒有很好的體現。

（3）在教學方法上，特別是傳統的課堂教學，通常是教師的“一言堂”“滿堂灌”或者“滿屏灌”，課堂氣氛缺乏活力，學生不能自由大膽地、隨時表達自己的不同想法與見解。學生的自立性、能動性和創造性未能得到有效發揮。

（4）目前所開展的課程建設只停留于教學計劃中一門門課程的自身建設，課程廣泛性或總量太少，“可拼裝性”低，難以在學科專業之間建立廣泛的聯系，也難以應對經常變化的社會需要。課程規劃缺乏有機統一，使培養計劃難以達到整體優化與協調，給優化課程結構帶來了一定的阻力，同時造成不必要的重復建設和教學資源的浪費。因此，優化“過控專業”的課程體系和結構的研究成為本專業課程改革的方向。

在《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》中明確提出“培養創新型人才，建設創新型國家”。依據教育部高等學校機械學科過程裝備與控制工程專業教學指導分委員會制訂的專業總體框架，我校過程裝備與控制工程專業建設的基本思路是以過、裝、控一體為總體構架，以高水平的師資隊伍為保證，以厚基礎、寬口徑為目標優化課程體系與內容，應用現代教學方法與手段，加強教學實踐與創新，突出特色，強調基本素質和能力的培養，增強專業適應性。

2　具體改革內容

2.1　深化專業內涵，明確專業培養的目標

“過程裝備與控制過程”是一個涉及多學科的跨學科專業，是一門綜合性的應用工程科學。其研究對象主要包括物料轉換規律、物料轉換裝備的工作原理、設計方法、制造工藝、集成控制及運行管理等。據統計，大約50％的工業產品是由過程裝備生產的，所涉及的工業分支如圖1所示。過程裝備與控制工程專業所涉及的主要知識領域為：機械工程、化學工程、生物工程、能源與動力工程、控制工程等。因此過程裝備與控制工程專業包括了更寬泛的專業內涵。

明確的專業培養目標是辦學成功的關鍵因素之一。本專業以裝備為主體，以過程與控制為兩翼，以裝備設計與過程控制為主要方向，培養具備過程裝備與控制的基礎知識及應用能力，能在化工、石油、能源、環保、機械及設備檢驗、勞動安全等部門從事過程裝備相關的設計制造、技術開發、科學研究及經營銷售等方面工作的基礎扎實、工程實踐能力和創新能力強的高級工程技術人才。

2.2　構建“跨學科構建專業基礎平臺，靈活設置專業方向但保持專業特色”的多學科背景本科專業課程體系

2.2.1　課程體系的設置

專業基礎平臺橫跨過程工程理論基礎、機械工程理論基礎和控制工程理論基礎。涉及過程工程（化學工程）理論基礎的課程：普通化學、工程熱力學、工程流體力學、化工原理、化工原理課程設計；涉及機械工程理論基礎的課程：工程力學、機械設計基礎、機械設計基礎課程設計、機械制造基礎；涉及控制工程理論基礎的課程：自動控制原理、自動檢測技術、微控制器應用技術、電氣控制技術。專業基礎平臺有三組課程，以形成學生“過程”、“裝備”和“控制”的知識體系。該專業的全體學生均需要學習和掌握。

專業課階段通過構建專業模塊課程體系，靈活設置專業方向，并保持專業特色。側重過程裝備的專業方向模塊課程體系為：過程設備設計、過程流體機械、過程控制工程、過程裝備成套技術、過程裝備CAD、過程裝備制造與檢測、裝備密封技術、過程設備圖等，可強化學生在“過程”和“裝備”方面的知識和能力。側重過程控制的專業方向模塊課程體系為：過程設備設計、過程流體機械、過程控制工程、測量與控制儀表、電機與拖動、現代控制理論、計算機控制系統等，可強化學生“過程”和“控制”方面的知識和能力。

但是，無論過程裝備方向還是過程控制方向均開設過程裝備與控制工程專業特色課程過程設備設計、過程流體機械、過程控制工程，實現了靈活的專業方向與保持專業特色的統一。

2.2.2　課程培養方案

課程體系設置如表1所示，按照三個培養方向即過程裝備、過程工業、過程控制分別設置共修的主干課程和分專業特色的典型課程。本專業總學分最低210學分，課內總學時為2456學時，集中實踐環節周數為46周，包括公益勞動、軍事訓練、金工實習、生產/畢業實習、電子課程設計、過程設備設計課程設計、過程控制課程設計、大型實驗周、畢業設計等。各類課程的學時分配如圖2所示。其中過程原理及技術類占30％、機械工程類占30％、控制工程類占20％、原理類和動力類各占10％。

專業課程體系的主要特點是：體現了本專業的新的內涵，突出“化、機、電”一體化的復合型人才培養模式；重視力學基礎，強調化工過程；專業方向設置體現流程工業發展主流及對人才的需求特點；開設專業綜合課程設計，以一個流程工業生產裝置為模擬設計對象，提高專業綜合素質。

2.3　課程體系的運行

2.3.1　以本專業學術基層組織為依托，強化課程建設，提高課程質量

專業建設的關鍵之一是課程建設，為此我們以本專業學術基層組織為依托，對相關課程都確定課程建設負責人。目前過控專業成立了五個學術基層組織，分別是機電系統辨識與生產過程檢測診斷、車輛動力學與檢測控制技術、機電系統建模、仿真與控制技術、過程裝備液壓傳動與控制研究、過程裝備健壯性設計及智能檢測技術，課程建設負責人可由學術基層組織帶頭人擔任，負責相關課程的建設、檢查、監督，及課程的協調與銜接，確保課程的質量。

2.3.2　依據三個專業基礎平臺進行課程整合，實現教學內容整合與優化

依據過程工業、機械工程、控制工程三個專業基礎平臺，對課程和教學內容進行整合，構建基礎課群、專業課群、素質課群和新技術課群。

（1）基礎課群：公共基礎課和專業基本知識課程，強調工具性和應用性。

（2）專業課群：專業基礎課、專業必修課和選修課、專業活動，注重實用性、時代性。

（3）素質課群：素質必修課程和選修課、文化活動、社會實踐，注重綜合性。

（4）新技術課群：將現代企業新工藝、新技術、新知識引入課堂，注重先進性和前瞻性。

2.3.3　教學方法與教學手段改革

（1）多媒體課件開發：力學類、控制類課程群的一個特點是圖多、公式多，偏重理論分析多。結合實際教學情況對相關課程開發出多媒體課件，用于課堂輔助教學。

（2）雙語教學：進行部分課程的雙語教學，探索有效的教學方法和模式，提高大學生的專業英語水平和直接使用英語從事科研的能力。

（3）建立試題庫：在收集大量習題、試題以及多年的教學積累基礎上，組織建立各課群類課程的試題庫，實現手動和自動出試卷，滿足教學要求。

（4）開發教學網站：在建立教育目標模型的基礎上，開發教學網站，不僅可以實現網絡教學，為教師教學和學生學習帶來極大方便。教師可以把教學計劃、教案、多媒體課件等掛在網上，學生可通過網站答疑、下載課件、提交作業等，實現交互式教學。

2.3.4　教材體系建設

課程體系正常運行，教材質量保障體系，對課程所用教材質量與適用性進行評估，確保因材施教。同時著手編寫適合本專業背景和領域的講義和教材，在教材編寫上力求能夠提出改革思想，提出新觀點，追蹤前沿技術的發展，滿足本專業師生的要求。

2.3.5　實踐教學改革

為使實踐教學體系科學合理，有利于提高學生的科學素質、工程素質和綜合實踐能力和初步的科研能力，在實踐教學體系、模式和內容上進行了一些調整和改進。在實驗教學運行模式上，承擔各類課程的實驗室逐步實現開放式管理，達到教學時間、教學內容和教學設備的開放。

3　總結

結合我學院“過控專業”的實際情況，以“定位準確，目標明確、加強建設，發揮優勢，辦出特色”的專業建設指導思想，重構專業的知識結構和課程體系，培養具有創新意識的高級專門人才，把過程裝備與控制工程專業建設成為涵蓋學科領域寬、柔性大、適應性強，適應21世紀經濟和社會發展需要的專業，成為全省及至全國過程裝備與控制工程高級人才的培養基地。

參考文獻

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