導(dǎo)語：在新工科過程裝備與控制工程實(shí)踐的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了一篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。

1引言

21世紀(jì)以來，在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的雙重驅(qū)動(dòng)下，全球范圍內(nèi)掀起了新一輪的工程教育改革浪潮。隨著“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”等重大戰(zhàn)略政策的實(shí)施，教育部于2016年提出了建設(shè)與發(fā)展“新工科”，形成了“天大行動(dòng)”“復(fù)旦共識(shí)”和“北京指南”[1]?！靶鹿た啤苯ㄔO(shè)指明了我國高等工程教育的發(fā)展方向，也為實(shí)踐教學(xué)提出了新要求。2020年8月30日，柴天佑院士在全球工業(yè)智能峰會(huì)上指出，新形勢(shì)下，工業(yè)制造主要分為離散型智能制造和流程型智能制造。過程裝備與控制工程專業(yè)（簡(jiǎn)稱過控）作為傳統(tǒng)工科專業(yè)，是在化工設(shè)備與機(jī)械的基礎(chǔ)上融入自動(dòng)控制等技術(shù)而形成的，其研究對(duì)象不僅包括以過程裝備設(shè)計(jì)制造為代表的離散型智能制造，而且包括以石油化工為代表的生產(chǎn)工藝的流程型智能制造。目前我國是世界上門類最齊全、規(guī)模最龐大的流程工業(yè)制造大國。在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的雙重驅(qū)動(dòng)下，信息化技術(shù)的智能裝備、智能工廠正在引領(lǐng)流程工業(yè)的變革。高等工程教育作為新經(jīng)濟(jì)、新產(chǎn)業(yè)發(fā)展的智力保障和人才支撐[2]，為滿足我國流程工業(yè)未來工程科技人才需要，全國相關(guān)高校必須積極探索符合新技術(shù)與行業(yè)發(fā)展的工程教育發(fā)展之路。實(shí)踐教學(xué)作為人才工程素質(zhì)養(yǎng)成與基本技能建立的直接載體,對(duì)工程教育培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)有著重要的影響[3]。本文遵循立德樹人、工程教育專業(yè)認(rèn)證和協(xié)同育人等理念，針對(duì)新工科背景下過控專業(yè)的人才培目標(biāo)，指出了實(shí)踐教學(xué)改革必須處理好的幾個(gè)關(guān)系，圍繞核心課程，以貫穿學(xué)歷全程的實(shí)踐教學(xué)為支撐，初步構(gòu)建了新工科背景下過控專業(yè)“工程圖的繪制—裝備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造—測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)—綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)”四個(gè)能力層次的模塊化的實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)體系，結(jié)合目前實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀，提出了實(shí)踐教學(xué)改革的幾點(diǎn)建議。

2新工科背景下改革實(shí)踐教學(xué)必須處理好的幾個(gè)關(guān)系

2.1傳統(tǒng)實(shí)踐內(nèi)容與智能制造實(shí)踐內(nèi)容的關(guān)系

新工科背景下，過控專業(yè)在培養(yǎng)方案中勢(shì)必要引入人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、機(jī)器人等技術(shù)到傳統(tǒng)的過程裝備設(shè)計(jì)制造中，增加代表智能制造特點(diǎn)和方向的實(shí)踐內(nèi)容。一方面新工科專業(yè)人才培養(yǎng)不能偏離過程裝備這個(gè)“本”，尤其不能舍本逐末，簡(jiǎn)單堆砌一些信息技術(shù)和人工智能類的實(shí)踐內(nèi)容，擠占了必要的過控專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)，削弱了學(xué)生的工程基礎(chǔ)。另一方面也不能為了一味保留傳統(tǒng)的實(shí)踐內(nèi)容而忽視新技術(shù)與專業(yè)的融合，忽視新技術(shù)對(duì)行業(yè)的促進(jìn)與革新作用。在專業(yè)實(shí)踐教學(xué)設(shè)置上我們必須處理好傳統(tǒng)實(shí)踐內(nèi)容與新增智能制造實(shí)踐內(nèi)容的關(guān)系，在有限的學(xué)時(shí)和學(xué)制下，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)過程裝備實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容與智能制造實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的有機(jī)融合，充分體現(xiàn)新技術(shù)對(duì)行業(yè)的革新。

2.2虛擬仿真實(shí)踐與現(xiàn)實(shí)實(shí)踐教學(xué)之間的關(guān)系

過控專業(yè)主要服務(wù)于流程工業(yè)，流程工業(yè)涉及裝置龐大，一般為高溫、高壓、高速流動(dòng)等極端條件，設(shè)備安全性要求高，對(duì)校內(nèi)外實(shí)踐教學(xué)都造成一定的困難[4]。隨著信息技術(shù)和多媒體仿真技術(shù)的發(fā)展，很多高校利用虛擬仿真機(jī)技術(shù)和校內(nèi)科研資源，把工程現(xiàn)場(chǎng)、實(shí)驗(yàn)等搬進(jìn)教室和實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生通過室內(nèi)“實(shí)踐”去認(rèn)識(shí)工程，不僅可以解決校內(nèi)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所建設(shè)、校外實(shí)習(xí)單位聯(lián)系困難等問題，同時(shí)降低了教育培訓(xùn)成本。虛擬仿真實(shí)踐對(duì)于過控專業(yè)雖然有著天然的優(yōu)勢(shì)，但是虛擬仿真與真實(shí)的實(shí)訓(xùn)操作和企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)之間還是有差距的，企業(yè)的一線生產(chǎn)實(shí)踐永遠(yuǎn)是實(shí)踐性教學(xué)不斷改革、不斷獲取新內(nèi)容的重要源頭，絕對(duì)不能完全替代實(shí)物操作訓(xùn)練[3]。結(jié)合新工科背景下過控專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)好虛擬仿真實(shí)踐與現(xiàn)實(shí)實(shí)踐教學(xué)的分配與協(xié)同，將學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)落到實(shí)處。

2.3常規(guī)實(shí)踐教學(xué)與創(chuàng)新性實(shí)踐教學(xué)之間的關(guān)系

過控專業(yè)常規(guī)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容多以驗(yàn)證性和演示性為主，多為具體課程服務(wù)，可以幫助學(xué)生深入理解專業(yè)理論與知識(shí)。但各實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)相對(duì)獨(dú)立，實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容更新緩慢，實(shí)踐教學(xué)模式單一，行業(yè)敏感度不高，脫離科技發(fā)展和企業(yè)的需要，缺少探索性和銜接紐帶，不利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和解決復(fù)雜工程問題能力。創(chuàng)新性實(shí)踐教學(xué)有利于學(xué)生從被動(dòng)實(shí)踐變?yōu)橹鲃?dòng)實(shí)踐，有助于幫助學(xué)生提升應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。對(duì)于傳統(tǒng)的工科實(shí)踐教學(xué)，創(chuàng)新性和綜合性實(shí)踐內(nèi)容總體偏少，我們要充分挖掘老師的科研資源以及科技發(fā)展的成果，利用現(xiàn)代信息技術(shù)，在總學(xué)時(shí)有限的情況下，開發(fā)創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，調(diào)整常規(guī)實(shí)踐性教學(xué)課程的內(nèi)容，科學(xué)分配常規(guī)性實(shí)踐教學(xué)與創(chuàng)新性實(shí)踐教學(xué)在學(xué)時(shí)與內(nèi)容比例上的關(guān)系，充分挖掘?qū)W生的創(chuàng)新能力。

3新工科背景下實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建

3.1改革實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)，構(gòu)建以能力培養(yǎng)為驅(qū)動(dòng)的實(shí)踐教學(xué)體系

實(shí)踐教學(xué)體系是以人才培養(yǎng)目標(biāo)為核心構(gòu)建的完整體系，是人才培養(yǎng)方案中實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)具體實(shí)施過程的體系化[5]。傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)主要為課程服務(wù)，以幫助學(xué)生深入理解專業(yè)理論與知識(shí)。新工科背景下，過控專業(yè)需要融合新一代信息技術(shù)與人工智能技術(shù)，使之貫穿過程裝備設(shè)計(jì)制造、運(yùn)行控制、檢測(cè)維護(hù)、遠(yuǎn)程服務(wù)等全生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)，使過程裝備與上下游產(chǎn)業(yè)深度融合而形成裝備制造業(yè)與服務(wù)業(yè)融合發(fā)展的新業(yè)態(tài)[6]。結(jié)合過控專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)，圍繞核心課程，以貫穿學(xué)歷全程的實(shí)踐教學(xué)為支撐，構(gòu)建新工科背景下過控專業(yè)“工程圖的繪制—裝備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造—測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)—綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)”四個(gè)能力層次的模塊化的實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)體系。

3.2圍繞核心課程，融合現(xiàn)代信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)實(shí)踐

教學(xué)與智能制造實(shí)踐教學(xué)的有機(jī)融合核心課程是實(shí)踐教學(xué)的理論根本，現(xiàn)代信息技術(shù)是方法和手段。新工科背景下，一方面增加與新技術(shù)相關(guān)的如智能感知與控制、智能工廠綜合設(shè)計(jì)等信息技術(shù)類綜合設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，一方面在傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容中融入現(xiàn)代技術(shù)手段，如機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)在原來機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，增加流程工業(yè)典型裝備機(jī)構(gòu)故障與失效零部件展示環(huán)節(jié)（視頻、照片或者虛仿等形式），培養(yǎng)學(xué)生用理論知識(shí)分析工程問題的能力；過程原理實(shí)驗(yàn)調(diào)整為開放實(shí)驗(yàn)，增加部分實(shí)驗(yàn)的虛擬仿真和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分析等的程序設(shè)計(jì)；壓力容器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)增加Ansys或Abaqus等軟件對(duì)過程裝備典型構(gòu)件或者不規(guī)則部件進(jìn)行虛擬仿真模擬，觀察載荷及不同外部作用力下結(jié)構(gòu)的受力及破壞情況。過程設(shè)備設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)增加裝備典型零件的三維模型設(shè)計(jì)與仿真分析，增加積木式流程裝備設(shè)計(jì)制作動(dòng)畫仿真等等，將現(xiàn)代信息技術(shù)融入到傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生采用現(xiàn)代信息技術(shù)解決專業(yè)問題的能力。在集中型實(shí)踐環(huán)節(jié)，工程訓(xùn)練作為金工實(shí)習(xí)和電工實(shí)習(xí)的集成與拓展，除了完成鉗工、機(jī)械加工、鑄造、焊接、電工等工種的實(shí)訓(xùn)，增加電子制造、增材制造等內(nèi)容。認(rèn)知實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)，除了參觀流程裝備制造企業(yè)、生產(chǎn)企業(yè)，獲得對(duì)流程工業(yè)、智能工廠、智能制造等的感性認(rèn)識(shí)，了解典型過程裝備先進(jìn)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)在企業(yè)中的應(yīng)用、典型過程裝備在流程產(chǎn)線中的應(yīng)用外，增加將現(xiàn)場(chǎng)照片、視頻等，利用現(xiàn)代信息技術(shù)，構(gòu)成不同的“生產(chǎn)線”，形成流程工業(yè)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)[7]，或者利用現(xiàn)代信息技術(shù)完成某一典型過程裝備智能裝配等。課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，如：機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)、過程原理課程設(shè)計(jì)和過程設(shè)備設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)增加裝置或者零部件的三維模型設(shè)計(jì)與模擬計(jì)算，增加相關(guān)軟件的對(duì)比計(jì)算等。畢業(yè)設(shè)計(jì)在對(duì)過控專業(yè)基礎(chǔ)技能和綜合能力考察的基礎(chǔ)上，除了繪制規(guī)定工作量的過程裝備工程圖紙外，強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用、強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)仿真分析在過程裝備設(shè)計(jì)上的應(yīng)用。設(shè)計(jì)選題主要為企業(yè)工程典型過程裝備智能設(shè)計(jì)、典型流程過程的模擬優(yōu)化及數(shù)據(jù)挖掘（傳熱、流體輸送等）、典型過程裝備結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能模擬分析與壽命預(yù)測(cè)等。同時(shí)逐年增加人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人等高新技術(shù)在流程領(lǐng)域應(yīng)用的選題[5]。通過上述實(shí)踐環(huán)節(jié)，可以將所學(xué)知識(shí)集成以形成完整的知識(shí)鏈，以培養(yǎng)學(xué)生利用不同的知識(shí)解決工程問題的能力。

3.3利用現(xiàn)代技術(shù)，構(gòu)建虛擬仿真與現(xiàn)實(shí)實(shí)踐有機(jī)結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容

將現(xiàn)代信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)引入實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)模式。針對(duì)流程工業(yè)的行業(yè)特點(diǎn)，在實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)中利用動(dòng)畫、視頻、仿真模擬等多媒體和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將有一定的危險(xiǎn)性的、學(xué)生不便動(dòng)手操作的，如高溫高壓裝備；實(shí)習(xí)中不易看到的裝備的內(nèi)件結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵部件的受力狀況，如換熱器和塔器的內(nèi)構(gòu)件，容器的支座處的局部受力情況等；裝備內(nèi)流體的運(yùn)行狀況，如管道和設(shè)備內(nèi)部的流體流動(dòng)、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞狀況等等，可以采用虛擬技術(shù)在模擬環(huán)境中演練、再現(xiàn)，讓學(xué)生通過室內(nèi)實(shí)習(xí)認(rèn)識(shí)工程，開闊視野，獲取經(jīng)驗(yàn)，提高專業(yè)素養(yǎng)。

3.4提升實(shí)踐教學(xué)理念，實(shí)現(xiàn)常規(guī)實(shí)踐教學(xué)與創(chuàng)新性實(shí)踐教學(xué)有機(jī)協(xié)同

新工科背景下，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)不再單純依附于課堂理論教學(xué)和服務(wù)于具體課程，堅(jiān)持產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的理念，重視“研究性教學(xué)”對(duì)實(shí)踐教學(xué)的作用，重視學(xué)生工程能力的培養(yǎng)和工程素質(zhì)的養(yǎng)成。按照新工科人才的培養(yǎng)要求和工程教育專業(yè)認(rèn)證的理念，從學(xué)生知識(shí)體系的構(gòu)建和專業(yè)技能的養(yǎng)成出發(fā)，重新構(gòu)建“專業(yè)基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)”和“專業(yè)課實(shí)驗(yàn)”以及相應(yīng)的實(shí)踐環(huán)節(jié)；從提高學(xué)生科研能力、創(chuàng)新實(shí)踐能力出發(fā)，重新構(gòu)建綜合創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)節(jié)。增加不同層次的學(xué)生科研訓(xùn)練和各級(jí)學(xué)科競(jìng)賽，不同層次的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)有效協(xié)同，強(qiáng)化對(duì)學(xué)生分析問題和解決問題能力以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。如增開了開放實(shí)驗(yàn)和智能工廠綜合設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，其中智能工廠綜合設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)由3~5名同學(xué)組成一個(gè)團(tuán)隊(duì)，綜合應(yīng)用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)和現(xiàn)代技術(shù)手段，基于實(shí)驗(yàn)室已有的零部件，或者利用網(wǎng)絡(luò)或者現(xiàn)場(chǎng)收集的設(shè)備實(shí)物圖片，按照“設(shè)計(jì)-構(gòu)思-實(shí)施-運(yùn)行”的過程完成流程單元/系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)。并利用動(dòng)畫技術(shù)模擬工質(zhì)、物料信息或者能量的流動(dòng)過程，開展產(chǎn)線設(shè)備集成與PLC控制以及生產(chǎn)過程的優(yōu)化控制，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)解決工程問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

4結(jié)論

針對(duì)新工科背景下過控專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，本文指出實(shí)踐教學(xué)改革必須處理好的幾個(gè)關(guān)系，圍繞核心課程，以貫穿學(xué)歷全程的實(shí)踐教學(xué)為支撐，初步構(gòu)建了新工科背景下過控專業(yè)“工程圖的繪制—裝備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造—測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)—綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)”四個(gè)能力層次的模塊化的實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)體系，結(jié)合目前實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀，提出了在規(guī)劃實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容時(shí)，需要貫徹產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的理念，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)與人工智能等新技術(shù)相融合、虛擬仿真與現(xiàn)實(shí)實(shí)踐相結(jié)合，將學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)落到實(shí)處，以期為相關(guān)地方院校開展實(shí)踐教學(xué)提供一定的參考與借鑒。

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作者:劉紅姣 王小雨 晉梅 閔珉 單位:江漢大學(xué)智能制造學(xué)院