基于项目教学法的过程工程基础课程教学实践

摘要：过程工程基础是一门应用性基础课程，涉及知识面广，采用传统教学方法往往达不到理想的教学效果。以项目教学法为指导思想，详细介绍了项目教学法在过程工程基础课程理论与实践教学中的实践过程。

关键词：过程工程基础 项目教学法 实践

过程工程基础是电气工程及自动化的一门重要专业基础课，具有基础性、应用性、综合性强的特点。该课程涉及多学科综合技术，以自动控制原理、自动检测技术、传感器技术等基础知识为核心内容，结合信息时代特点，将数字检测、数字控制仪表与计算机控制贯穿整个课程，与工程实际结合密切，具有涉及知识面广、技术更新快、理论教学与实践教学并重等特点。传统的教学分课堂讲授和实践操作两部分，教学方法单一，理论讲授与实践操作往往在时间上存在脱节现象，教学效果不理想。目前由于专业调整人才培养计划，缩短了本课程的学时数，注重实践教学以及学生综合能力的培养，所以，通过分析传统教学存在的问题，在项目教学法思想的指引下，合理安排课程的理论与实践教学，提高学生的知识和技能，对过程工程基础课程教学进行了一系列的改革实践。

1 传统的过程工程基础课程教学存在的问题

2006年至今，笔者负责我校电气工程与自动化专业3个班级约120人的过程工程基础课程理论教学，通常安排在1～8周，每周2次课，实验课程6学时，通常安排在9～11周，由本专业的1名实验教师负责。

本课程理论知识分为4部分：过程建模、过程检测控制仪表、简单控制算法、简单过程自动控制系统，课程开展过程缺乏一些实际的工程对象实例作为主线以贯穿本课程的知识和技能。理论教学教师通常以“满堂灌”的方式讲授，单靠教师的讲述，学生难以深入理解实际对象、实际仪器仪表、实际系统运行的情况，再加上学生和教师之间缺乏必要的沟通，往往造成学生只理解部分内容，而对整个课程内容无法形成完整的知识链，难以达到预期的教学要求。目前的实践部分，由2个设计性实验和1个综合性实验组成，为了实验的顺利开展，实际上设计内容均已给定，学生只需在仿真软件上调节几个参数，观察一下运行结果；在实际对象上连接几条线，测量几个数据，就草草收工。这样的实践环节存在对实际过程认识不足，对该课程涉及的知识和实际应用难以结合的缺点，无法真正形成一体化的理论和实践教学。因此，本专业的学生普遍感觉该课程难学，学习效果不理想。

2 项目教学法

在传统的教学模式下，教学强调识记，注重学科知识的科学性与系统性。教材成为授课内容的载体，教师采用满堂灌输的方法授课，这样的教学方法难以发挥学生学习的积极主动性，难以培养出社会需求的高素质、实践能力强、具有创新能力的工程技术人才。

而作为行动导向教学法中的项目教学法，将教学内容融入到一个个具体的项目中，用实际项目进行新知识的引入。学生作为教学过程的主体直接参与项目全过程，在完成指定项目的同时，学习和应用已有的知识，在实践一线培养解决问题的能力。在项目实践过程中，理解和把握课程要求的知识和技能，体验创新的艰辛与乐趣，培养分析问题、解决问题的能力以及团队协作精神。

3 项目教学法在理论教学中的实施方法

过程工程基础是一门工程实践性很强的课程，教学过程应该让学生真正明白学习这门课究竟有什么用，学完后究竟能干些什么，因此理论教学不仅要让学生掌握所讲的内容，更重要的是要让学生了解各章节之间的联系和应用场合。为此，笔者选择了一个经典的教学项目“锅炉内胆水温控制系统的设计”为例，说明完成本项目所需要的知识与本课程所讲述内容的对应关系。图1为锅炉内胆水温控制系统的方框图。

过程控制的被控过程是指正在运行中各种各样生产工艺设备被控制的过程，本项目中的锅炉内胆水温系统就是该自动控制系统的被控过程，在过程控制系统的分析、设计、整定时都是以被控过程的数学模型为依据，它是极其重要的基础资料。因此，被控过程数学模型的建立是本门课程的重要内容，继而引出学习过程建模的方法和要点。一个系统是否正常运行，通常是以该过程的某重要变量运行值来表征，如何实现对过程变量的准确测量，及时了解工艺设备的运行状况，为自动化装置提供测量信号，取决于控制系统中测量变送器的选择和使用，在本项目的介绍中及时引入温度检测变送器相关知识概要。过程调节器通常有单元组合式、有以微处理器为核心的可编程调节器，它们根据偏差的大小及方向产生控制信号，指导执行器的开度进而使得被控参数趋近给定值，此时可简要引出简单控制算法软件实现、硬件实现，提高学生的学习兴趣。控制信号直接或间接作用于执行器，它是过程控制中的一个重要组成环节，如何选择执行器，使其工作特性与被控过程的特性相融合，达到良好的控制效果？将问题抛向学生，为他们的学习以及项目的完成提供了明确方向。

明确了本课程理论知识的模块化，在对各模块重点、难点的解析过程，时刻以项目为线，引导学生学习相关知识点，阐述项目任务，研究解决难点的方法，这些工作大大激发了学生的学习兴趣，为理论知识的学习和掌握提供了保障。

4 项目教学法在实践教学中的实施方法

由于过程工程基础是一门基础性综合课程，课程内容涉及其他专业课，在教师的引导下，学生基本具有独立完成该门课程知识学习的能力，因此基于项目教学法的教学可以大大缩短理论授课学时数，增加以学生为主体的项目实践学时数。教师只需精心选择项目，引导学生进行信息收集、方案设计与实施，甚至项目完成后的评价，通过项目的实施和任务的完成，使学生能够了解和把握项目每一环节的基本要求与整个过程的重点与难点，既掌握一般操作技能，又使相关理论知识在实践中得到拓展。

4.1　优选项目

项目是项目教学法的核心，也是教学任务的载体。项目的选择要以教学内容为依据，遵守学生学习认知规律为前提，既要与书本知识紧密结合，又要充分体现当前的工程实际情况。笔者通过对以往教学实践、企业生产实践和学生接受能力的调查研究、分析、总结，确定了一些知识综合性强、覆盖面广、理论与实践结合紧密又可实现的项目作为课程实施对象。如：锅炉内胆水温控制系统的设计、双容水箱水位控制系统设计、流量控制系统设计、温度滞后控制系统设计等。

4.2　布置项目任务

首先利用1～2次理论教学，通过项目“锅炉内胆水温控制系统的设计”的介绍，为学生引入本课程要学习的完整知识内容框架，然后布置项目任务到各个小组，每个项目按照班级人数的不同分为若干组，考虑到本专业总人数较多，每组人数定为4人左右。首先以学生为主体完成该项目所需各模块知识的学习，并且以抽签方式确定学生汇报学习的内容及分析项目任务，本过程为学生理论学习提供了明确的方向和积极的动力。

4.3　项目的实施

任务确定后，每组学生根据项目要求，明确项目要解决的关键问题，收集项目涉及的相关知识点。组内成员分工协作共同制订完成项目的方案设计、选择合适的过程建模方法、完成工程设计、工程安装和仪表调校、调节器参数整定等，最终完成项目的所有要求。项目教学法的实施过程中学生边学习边设计，边设计边实践，他们主动吸收知识，主动分析和解决问题，成了教学中的主角，而教师则转换为引导者和服务者。

4.4　汇报项目实施结果

学生完成整个项目的设计后，召开项目汇报大会，每组以PPT形式汇报设计的思路、关键环节的实现方法、存在的问题和改进措施等，并当场演示自己设计的系统。然后由指导教师根据项目评分标准与细则对项目进行考核，并对每组学生在实施项目过程中存在的问题以及需要注意的事项进行点评，其他学生一起观看项目的运行结果，讨论修改方案。最后教师对本项目所涉及的关键理论知识进行深入归纳总结，并对实践中的拓展应用进行简单介绍，鼓励学生进行深入的实践应用研究。

4.5　项目执行结果评价

科学的考核方案可以调动学生的学习积极性，培养学生的自主学习能力，改善学习风气，促进教学。项目教学法注重的不是最终结果，而是完成项目的过程。为此，课程考核由三部分组成：理论知识考核占20%，项目质量考核占65%，平时成绩考核15%。其中理论知识考核采用闭卷笔试考查学生应掌握的基础知识；项目质量考核着重学生参与项目实验的过程情况，考查学生分析问题、解决问题和团结协作的能力，并且参考实验结果情况，如项目的创新性以及达到预期效果的程度等；平时成绩考核学生的考勤、课堂纪律、平时表现（积极提问、回答问题等）等。

5 结束语

基于项目的过程工程基础教学方法，突破了传统的教学模式，使学习过程成为一个人人参与的创造实践活动，学生在项目实践过程中，理解和掌握了课程要求的知识和技能，体验了实践的艰辛与乐趣，培养了分析问题和解决问题的能力以及团结协作的精神，提高了创新思维。项目教学法在实施过程中，还存在一些问题，需要我们每一位一线教学工作者进一步发现和解决。让我们一起行动起来，积极探索适合各专业课程更多更好的教学方法，切实提高教育教学水平，为中国的教育发展而努力奋斗！

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