过程装备与控制工程专业融创课程的建设与实践

中图分类号：G12 文献标识码：A

引言

过程装备与控制工程专业（以下简称“过控专业”）源于传统的“化工机械”专业，长期以来为我国石化、能源、制药、食品等流程工业输送了大量从事设计、制造、运行与管理的工程技术人才。然而，在全球范围内，工业4.0、中国制造2025 等战略的实施，正驱动流程工业向数字化、网络化、智能化方向跃迁。现代过程工业不再是单一的设备集群，而是集成了智能传感、工业大数据、人工智能、数字孪生、先进控制等技术的复杂巨系统。

1、过程装备与控制工程专业融创课程的内涵

过控专业的融创课程，并非简单地将几门课程内容拼凑在一起，而是一场系统性的、深层次的课程革命。课程内容超越单一学科范畴，围绕“智能过程装备”或“智慧工厂”等核心主题，将机械结构强度、流体动力学、传热传质、化学反应工程、传感器技术、自动控制原理、工业物联网（IIoT）、人工智能算法、项目管理等知识熔于一炉，形成全新的、系统化的知识模块。课程设计以复杂的实际工程问题或前沿科研项目为牵引，将理论知识的应用嵌入到完整的项目生命周期中（设计-仿真-制造-测试-控制-优化），使学生通过亲身实践，将分散的知识点串联成解决实际问题的能力链。广泛采用基于项目的学习（PBL）、案例教学、翻转课堂、协同设计等开放式教学方法。学习空间不再局限于教室，而是延伸至虚拟仿真实验室、校企联合实验室、创客空间乃至生产一线，实现产教深度融合。改变单一试卷考核的模式，建立多元、过程性的综合评价体系。评价内容涵盖理论知识掌握、实践技能运用、团队协作能力、创新思维体现、项目报告与答辩质量等多个维度，更加注重对学生成长过程和综合素养的评估。

2、过程装备与控制工程专业融创课程的建设路径分析

2.1、重构“模块化-项目式”的课程体系

基础通用模块：夯实数学、物理、力学、电路、编程等工科基础，为后续融合创新提供理论支撑。在此阶段，可开设《Python语言在工程中的应用》、《工程中的数据科学基础》等课程，提前植入 computationalthinking[1]。

专业融合模块：打破课程壁垒，设立跨学科的综合课程，例如智能过程装备系统设计与集成》：将传统的《过程设备设计》、《过程流体机械》与《控制工程基础》、《嵌入式系统》融合，要求学生不仅会设计一个储罐或压缩机，还要为其设计状态监测传感器、智能控制系统，并考虑其如何在系统中协同工作。又如《过程装备数字化设计与制造》：深度融合CAD、CAE、CAPP、CAM知识，讲授基于三维模型的设计、仿真、工艺规划与数控加工一体化技术，引入增材制造（3D打印）等先进制造内容。

创新实践模块：这是“融创”课程的集中体现。以项目式学习（PBL）贯穿始终，形成逐层递进的实践链，课程级项目依附于单门或少数几门课程的课程设计，如“基于CFD的换热器优化设计”；综合级项目在大三下学期或大四上学期，设立为期数周的《专业综合实训》，题目来源于教师科研或企业实际课题，如“小型智能物料分拣系统的设计与实现”、“基于数字孪生的反应釜监控系统开发”；创新级项目鼓励并全力支持学生参加“大创”项目、学科竞赛和毕业设计。毕业设计（论文）提倡“真刀真枪”，可以是产品设计、实验研究、软件开发等多种形式，期限可延长至一年，与综合实训、竞赛等结合

2.2、推行“学生中心、虚实结合”的教学方法

采用PBL与案例教学，将企业真实案例（如某炼油厂离心压缩机的故障诊断与改造）引入课堂，引导学生主动查阅资料、团队讨论、制定方案，教师角色转变为引导者和顾问；利用虚拟仿真技术，建设覆盖设备拆装、结构强度分析、流体流动、化学反应、控制逻辑等环节的虚拟仿真实验平台。学生可以在计算机上完成高风险、高成本、难以实现的实验（如大型反应器爆炸失效过程模拟），深化对复杂原理的理解；实施翻转课堂，将基础理论知识录制为微课视频，要求学生在课前自主学习。课堂时间则主要用于深度研讨、项目协作和难题攻关，提高教学效率[2]。

2.3、打造“一体化、开放式”的实践教学环境

升级传统实验室，配备3D打印机、激光扫描仪、小型数控机床等快速原型制造设备，以及先进的数据采集系统、PLC/DCS实训装置、工业机器人等，支持学生的创意设计与快速实现；建设跨学科实验平台，整合资源，建立“智能过程装备综合实训平台”，该平台应包含一套小型的、模块化的连续流程实验装置（如微型精馏、反应系统），并配备完整的传感器网络、执行机构、数据采集卡和上位机监控系统，可供不同模块的学生进行交叉实验和创新实践；搭建云端协作平台，利用云计算和协同设计软件，构建线上学习社区和项目协作空间，支持学生随时随地开展跨时空的协同设计与学习交流。

2.4、建立“多元化、过程性”的考核机制

建立注重过程、多元多维的评价体系。不仅评价知识掌握程度，更评价学生在项目中的创新能力、协作精神、文档质量、答辩表现等。将教学改革成果纳入教师职称评定和绩效考核，激发教师投入教改的内生动力。综合运用项目报告、设计图纸、程序代码、口头答辩、团队互评、实验操作、专利申请、论文写作等多种形式，全面评估学生能力。加大平时成绩在总评中的比重，关注学生在项目各个阶段（立项、中期、结题）的表现、贡献度及进步情况，激励持续投入[3]。

2.5、建设“虚实结合、软硬兼施”的实践创新平台

强大的平台是支撑“融创”实践教学的物质保障，对传统的过程装备实验装置（如离心泵性能实验台、换热器实验台）进行智能化改造，加装传感器、数据采集卡和上位机监控系统，使其不仅能做传统实验，更能成为工业物联网的微缩节点。引进或自主开发大型过程工业的虚拟仿真软件（如Aspen Plus, PRO/II用于工艺仿真，ANSYS、COMSOL用于设备仿真），建设“过程装备数字孪生实验室”。学生可以在虚拟环境中进行高风险、高成本、高耗时的工艺模拟和设备优化，再将最优方案在物理设备上验证。建设一个开放式的创客空间，配备3D打印机、激光切割机、小型数控机床、电工工具、常用传感器和控制器（如Arduino, Raspberry Pi, PLC）等，为学生进行原型制作、电子组装和调试提供自由开放的场地和设备支持[4]。

结束语

过程装备与控制工程专业“融创”课程的建设与实践，是一场深刻的自我革命，是从知识灌输向能力培养、从单一学科向交叉融合、从封闭校园向开放生态的战略转型。它旨在培养的，不再是传统的“设备工程师”或“控制工程师”，而是能够驾驭智能装备、精通系统集成、善于数据决策、具备创新精神的“新一代过程工程师”。我们必须保持开放的心态，持续探索，不断迭代，将过程装备与控制工程专业建设成为引领未来工业发展的前沿阵地，为国家培养更多堪当民族复兴大任的卓越工程人才。

参考文献：

[1]李翔,管锋,李美求,等. 新形势下过程装备与控制工程专业课程体系的探讨[J].广州化工,2020,48(23):208-209.

[2]贲宗友,孙啸,朱双杰,等. 基于工程教育专业认证的课程体系构建研究——以过程装备与控制工程专业为例[J].洛阳师范学院学报,2020,39(09):78-81+84.DOI:10.16594/j.cnki.41-1302/g4.2020.09.018.

[3]窦东阳,王启立,李小川,等. 工程教育背景下过程装备与控制工程专业核心课程建设实践[J].大学教育,2020,(07):45-47.

[4]林国庆,高艳,时黛,等. 过程装备与控制工程专业“工程热力学”课程教学改革探讨[J].吉林化工学院学报,2020,37(06):41-44.DOI:10.16039/j.cnki.cn22-1249.2020.06.011.