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1引言

21世紀以來，在新一輪科技革命和產業革命的雙重驅動下，全球范圍內掀起了新一輪的工程教育改革浪潮。隨著“中國制造2025”“互聯網+”等重大戰略政策的實施，教育部于2016年提出了建設與發展“新工科”，形成了“天大行動”“復旦共識”和“北京指南”[1]。“新工科”建設指明了我國高等工程教育的發展方向，也為實踐教學提出了新要求。2020年8月30日，柴天佑院士在全球工業智能峰會上指出，新形勢下，工業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（簡稱過控）作為傳統工科專業，是在化工設備與機械的基礎上融入自動控制等技術而形成的，其研究對象不僅包括以過程裝備設計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工藝的流程型智能制造。目前我國是世界上門類最齊全、規模最龐大的流程工業制造大國。在新一輪科技革命和產業革命的雙重驅動下，信息化技術的智能裝備、智能工廠正在引領流程工業的變革。高等工程教育作為新經濟、新產業發展的智力保障和人才支撐[2]，為滿足我國流程工業未來工程科技人才需要，全國相關高校必須積極探索符合新技術與行業發展的工程教育發展之路。實踐教學作為人才工程素質養成與基本技能建立的直接載體,對工程教育培養目標的實現有著重要的影響[3]。本文遵循立德樹人、工程教育專業認證和協同育人等理念，針對新工科背景下過控專業的人才培目標，指出了實踐教學改革必須處理好的幾個關系，圍繞核心課程，以貫穿學歷全程的實踐教學為支撐，初步構建了新工科背景下過控專業“工程圖的繪制—裝備結構設計制造—測控系統的設計—綜合創新設計”四個能力層次的模塊化的實踐教學目標體系，結合目前實踐教學現狀，提出了實踐教學改革的幾點建議。

2新工科背景下改革實踐教學必須處理好的幾個關系

2.1傳統實踐內容與智能制造實踐內容的關系

新工科背景下，過控專業在培養方案中勢必要引入人工智能、物聯網、大數據、機器人等技術到傳統的過程裝備設計制造中，增加代表智能制造特點和方向的實踐內容。一方面新工科專業人才培養不能偏離過程裝備這個“本”，尤其不能舍本逐末，簡單堆砌一些信息技術和人工智能類的實踐內容，擠占了必要的過控專業的實踐教學，削弱了學生的工程基礎。另一方面也不能為了一味保留傳統的實踐內容而忽視新技術與專業的融合，忽視新技術對行業的促進與革新作用。在專業實踐教學設置上我們必須處理好傳統實踐內容與新增智能制造實踐內容的關系，在有限的學時和學制下，實現傳統過程裝備實踐教學內容與智能制造實踐教學內容的有機融合，充分體現新技術對行業的革新。

2.2虛擬仿真實踐與現實實踐教學之間的關系

過控專業主要服務于流程工業，流程工業涉及裝置龐大，一般為高溫、高壓、高速流動等極端條件，設備安全性要求高，對校內外實踐教學都造成一定的困難[4]。隨著信息技術和多媒體仿真技術的發展，很多高校利用虛擬仿真機技術和校內科研資源，把工程現場、實驗等搬進教室和實驗室，讓學生通過室內“實踐”去認識工程，不僅可以解決校內實驗實訓場所建設、校外實習單位聯系困難等問題，同時降低了教育培訓成本。虛擬仿真實踐對于過控專業雖然有著天然的優勢，但是虛擬仿真與真實的實訓操作和企業現場之間還是有差距的，企業的一線生產實踐永遠是實踐性教學不斷改革、不斷獲取新內容的重要源頭，絕對不能完全替代實物操作訓練[3]。結合新工科背景下過控專業人才培養目標，統籌協調好虛擬仿真實踐與現實實踐教學的分配與協同，將學生工程實踐能力的培養落到實處。

2.3常規實踐教學與創新性實踐教學之間的關系

過控專業常規實踐教學內容多以驗證性和演示性為主，多為具體課程服務，可以幫助學生深入理解專業理論與知識。但各實踐教學環節相對獨立，實踐教學內容更新緩慢，實踐教學模式單一，行業敏感度不高，脫離科技發展和企業的需要，缺少探索性和銜接紐帶，不利于培養學生創新能力和解決復雜工程問題能力。創新性實踐教學有利于學生從被動實踐變為主動實踐，有助于幫助學生提升應用所學知識解決實際問題的能力。對于傳統的工科實踐教學，創新性和綜合性實踐內容總體偏少，我們要充分挖掘老師的科研資源以及科技發展的成果，利用現代信息技術，在總學時有限的情況下，開發創新實踐教學內容，調整常規實踐性教學課程的內容，科學分配常規性實踐教學與創新性實踐教學在學時與內容比例上的關系，充分挖掘學生的創新能力。

3新工科背景下實踐教學體系的構建

3.1改革實踐教學培養目標，構建以能力培養為驅動的實踐教學體系

實踐教學體系是以人才培養目標為核心構建的完整體系，是人才培養方案中實踐教學環節具體實施過程的體系化[5]。傳統的實踐教學環節主要為課程服務，以幫助學生深入理解專業理論與知識。新工科背景下，過控專業需要融合新一代信息技術與人工智能技術，使之貫穿過程裝備設計制造、運行控制、檢測維護、遠程服務等全生命周期的各個環節，使過程裝備與上下游產業深度融合而形成裝備制造業與服務業融合發展的新業態[6]。結合過控專業的人才培養目標，圍繞核心課程，以貫穿學歷全程的實踐教學為支撐，構建新工科背景下過控專業“工程圖的繪制—裝備結構設計制造—測控系統的設計—綜合創新設計”四個能力層次的模塊化的實踐教學目標體系。

3.2圍繞核心課程，融合現代信息技術，實現傳統實踐

教學與智能制造實踐教學的有機融合核心課程是實踐教學的理論根本，現代信息技術是方法和手段。新工科背景下，一方面增加與新技術相關的如智能感知與控制、智能工廠綜合設計等信息技術類綜合設計環節，一方面在傳統的實踐教學內容中融入現代技術手段，如機械設計實驗在原來機械原理與機械設計基礎上，增加流程工業典型裝備機構故障與失效零部件展示環節（視頻、照片或者虛仿等形式），培養學生用理論知識分析工程問題的能力；過程原理實驗調整為開放實驗，增加部分實驗的虛擬仿真和實驗數據處理和結果分析等的程序設計；壓力容器設計實驗增加Ansys或Abaqus等軟件對過程裝備典型構件或者不規則部件進行虛擬仿真模擬，觀察載荷及不同外部作用力下結構的受力及破壞情況。過程設備設計實驗增加裝備典型零件的三維模型設計與仿真分析，增加積木式流程裝備設計制作動畫仿真等等，將現代信息技術融入到傳統實踐教學中，培養學生采用現代信息技術解決專業問題的能力。在集中型實踐環節，工程訓練作為金工實習和電工實習的集成與拓展，除了完成鉗工、機械加工、鑄造、焊接、電工等工種的實訓，增加電子制造、增材制造等內容。認知實習、生產實習和畢業實習，除了參觀流程裝備制造企業、生產企業，獲得對流程工業、智能工廠、智能制造等的感性認識，了解典型過程裝備先進設計與制造技術在企業中的應用、典型過程裝備在流程產線中的應用外，增加將現場照片、視頻等，利用現代信息技術，構成不同的“生產線”，形成流程工業準現場[7]，或者利用現代信息技術完成某一典型過程裝備智能裝配等。課程設計環節，如：機械原理課程設計、過程原理課程設計和過程設備設計課程設計增加裝置或者零部件的三維模型設計與模擬計算，增加相關軟件的對比計算等。畢業設計在對過控專業基礎技能和綜合能力考察的基礎上，除了繪制規定工作量的過程裝備工程圖紙外，強調虛擬現實技術的應用、強調計算機仿真分析在過程裝備設計上的應用。設計選題主要為企業工程典型過程裝備智能設計、典型流程過程的模擬優化及數據挖掘（傳熱、流體輸送等）、典型過程裝備結構的力學性能模擬分析與壽命預測等。同時逐年增加人工智能、物聯網、大數據、云計算、移動互聯網、機器人等高新技術在流程領域應用的選題[5]。通過上述實踐環節，可以將所學知識集成以形成完整的知識鏈，以培養學生利用不同的知識解決工程問題的能力。

3.3利用現代技術，構建虛擬仿真與現實實踐有機結合的實踐教學內容

將現代信息技術和計算機仿真技術引入實踐教學環節，構建虛實結合的實踐教學模式。針對流程工業的行業特點，在實踐環節教學中利用動畫、視頻、仿真模擬等多媒體和虛擬現實技術，將有一定的危險性的、學生不便動手操作的，如高溫高壓裝備；實習中不易看到的裝備的內件結構及關鍵部件的受力狀況，如換熱器和塔器的內構件，容器的支座處的局部受力情況等；裝備內流體的運行狀況，如管道和設備內部的流體流動、熱量傳遞和質量傳遞狀況等等，可以采用虛擬技術在模擬環境中演練、再現，讓學生通過室內實習認識工程，開闊視野，獲取經驗，提高專業素養。

3.4提升實踐教學理念，實現常規實踐教學與創新性實踐教學有機協同

新工科背景下，實踐教學環節不再單純依附于課堂理論教學和服務于具體課程，堅持產學研相結合的理念，重視“研究性教學”對實踐教學的作用，重視學生工程能力的培養和工程素質的養成。按照新工科人才的培養要求和工程教育專業認證的理念，從學生知識體系的構建和專業技能的養成出發，重新構建“專業基礎課實驗”和“專業課實驗”以及相應的實踐環節；從提高學生科研能力、創新實踐能力出發，重新構建綜合創新實踐環節。增加不同層次的學生科研訓練和各級學科競賽，不同層次的實踐教學環節有效協同，強化對學生分析問題和解決問題能力以及創新能力的培養。如增開了開放實驗和智能工廠綜合設計等環節，其中智能工廠綜合設計環節由3~5名同學組成一個團隊，綜合應用所學的專業知識和現代技術手段，基于實驗室已有的零部件，或者利用網絡或者現場收集的設備實物圖片，按照“設計-構思-實施-運行”的過程完成流程單元/系統的開發設計。并利用動畫技術模擬工質、物料信息或者能量的流動過程，開展產線設備集成與PLC控制以及生產過程的優化控制，培養學生綜合應用知識解決工程問題的能力，培養學生的工程實踐能力和創新能力。

4結論

針對新工科背景下過控專業人才培養目標，本文指出實踐教學改革必須處理好的幾個關系，圍繞核心課程，以貫穿學歷全程的實踐教學為支撐，初步構建了新工科背景下過控專業“工程圖的繪制—裝備結構設計制造—測控系統的設計—綜合創新設計”四個能力層次的模塊化的實踐教學目標體系，結合目前實踐教學現狀，提出了在規劃實踐教學內容時，需要貫徹產學研相結合的理念，實現傳統實踐教學與人工智能等新技術相融合、虛擬仿真與現實實踐相結合，將學生工程實踐能力和創新能力的培養落到實處，以期為相關地方院校開展實踐教學提供一定的參考與借鑒。

參考文獻

[1]教育部高教司.教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知(教高司函[2017]6號)[Z].2017.

[2]施曉秋,趙燕,李校堃.融合、開放、自適應的地方院校新工科體系建設思考[J].高等工程教育研究,2017(4):10-15.

[3]劉世平,駱漢賓,孫峻,等.關于智能建造本科專業實踐教學方案設計的思考[J].高等工程教育研究,2020(1):20-24.

[4]姜寶成,劉輝,張昊春,等.面向新工科人才培養的能源動力類專業實驗教學體系建設[J].高等工程教育研究,2019(增1):43-44.

[5]江帆,張春良,王一軍,等.機械專業學生主動實踐能力培養體系構建[J].高等工程教育研究,2016(1):187-192.

[6]王柏村,徐忠斌.過程裝備與控制工程創新發展探討[J].化工高等教育,2021(2):34-37.

[7]孔繁森,王瑞.實踐教學體系的框架模型研究[J].高等工程教育研究,2017(5):135-139.

作者:劉紅姣 王小雨 晉梅 閔珉 單位:江漢大學智能制造學院