行動(dòng)導(dǎo)向法指導(dǎo)下的《過程裝備控制技術(shù)》在畢業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

鄭秀紅 張翠英 王洪濤 林楠 衛(wèi)明社

摘要：本文針對(duì)過程裝備與控制工程專業(yè)畢業(yè)學(xué)生在控制方面掌握的知識(shí)結(jié)構(gòu)不均衡，從而限制了其發(fā)展和就業(yè)等問題，對(duì)《過程裝備控制技術(shù)》課程采用行動(dòng)導(dǎo)向法教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)改革，提出了行動(dòng)導(dǎo)向法指導(dǎo)下的《過程裝備控制技術(shù)》在畢業(yè)設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)思路，并在本院的過程裝備與控制工程專業(yè)進(jìn)行了嘗試，結(jié)果表明行動(dòng)導(dǎo)向法教學(xué)模式有助于提高學(xué)生的綜合職業(yè)能力和就業(yè)競爭力。

關(guān)鍵詞：過程裝備控制技術(shù)；行動(dòng)導(dǎo)向法；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）30-0241-02

引言：

從企業(yè)對(duì)過程裝備與控制工程專業(yè)畢業(yè)學(xué)生在控制方面需掌握的知識(shí)結(jié)構(gòu)及發(fā)展需求來看，不僅需要設(shè)計(jì)設(shè)備本體，更需要設(shè)計(jì)機(jī)電一體化產(chǎn)品。但目前畢業(yè)生的現(xiàn)狀是，對(duì)設(shè)備本體設(shè)計(jì)尚可，但對(duì)機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)存在困難，主要原因是控制類課程理論程度高，與實(shí)際應(yīng)用有一定差距，所以對(duì)控制類課程進(jìn)行優(yōu)化，尤其是對(duì)過程裝備控制技術(shù)這門核心專業(yè)課程進(jìn)行教學(xué)改革，提高其教學(xué)質(zhì)量顯得尤為緊迫。通過實(shí)施教學(xué)改革，有望拓寬過程裝備與控制工程專業(yè)畢業(yè)學(xué)生就業(yè)范圍，使學(xué)生對(duì)設(shè)備本體設(shè)計(jì)及自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)兩方面都能得心應(yīng)手，大大提升畢業(yè)生的就業(yè)競爭力。

綜上所述，開展系統(tǒng)深入的研究，進(jìn)行《過程裝備控制技術(shù)》課程教學(xué)改革，確立新的人才培養(yǎng)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)過程裝備：化—機(jī)—電一體化的專業(yè)培養(yǎng)特色和模式，構(gòu)建“行動(dòng)導(dǎo)向”新的教學(xué)體系，創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式，是當(dāng)前迫在眉睫的任務(wù)。

一、行動(dòng)導(dǎo)向法

“行動(dòng)導(dǎo)向法”，是指教師不再按照傳統(tǒng)的學(xué)科體系來傳授教學(xué)內(nèi)容，而是按照行為或工作任務(wù)來確定學(xué)習(xí)內(nèi)容、目標(biāo)，設(shè)置學(xué)習(xí)情境，組織教學(xué)。教學(xué)內(nèi)容以職業(yè)活動(dòng)為核心，以學(xué)生為主體，以教師為學(xué)習(xí)過程的組織者與協(xié)調(diào)者，通過行動(dòng)來獲得實(shí)際職業(yè)環(huán)境中所需要的能力?！靶袨閷?dǎo)向”可以采用多種方式進(jìn)行課堂教學(xué)，主要的包括“635”教學(xué)法，“頭腦風(fēng)暴”教學(xué)法，“項(xiàng)目”教學(xué)法及其角色扮演法、情境教學(xué)法、實(shí)驗(yàn)法等。行動(dòng)導(dǎo)向法的引入，旨在改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，以更好地培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)技能。同時(shí)使學(xué)生具備綜合職業(yè)能力。本文旨在根據(jù)現(xiàn)代高等教育的培養(yǎng)目標(biāo)，將“行動(dòng)導(dǎo)向”教學(xué)法應(yīng)用于《過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用》課程的畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)中，并取得較好的效果。

二、《過程裝備控制技術(shù)》在過程裝備與控制工程專業(yè)中的地位

過程裝備與控制工程專業(yè)特色是基于專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)生能力的要求，將“過程”、“裝備”與“控制”這三個(gè)知識(shí)領(lǐng)域有機(jī)結(jié)合在一起，以機(jī)械為主，工藝與控制為輔的“一體兩翼”的復(fù)合型交叉專業(yè)。我院本專業(yè)控制方面的核心教材主要采用《過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用》，與以前的《過程控制及自動(dòng)化儀表》或與《自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》相比較，該書包含的內(nèi)容要廣，內(nèi)容較新。該書覆蓋了過程裝備傳感器檢測(cè)技術(shù)、氣動(dòng)和電動(dòng)儀表、計(jì)算機(jī)過程控制技術(shù)、可編程控制器及其應(yīng)用、典型過程控制系統(tǒng)等方面。從使用的情況來看，該書控制方面內(nèi)容涉及很寬，但是在講授時(shí)也存在一些問題，比如講解知識(shí)點(diǎn)較廣，但有些知識(shí)點(diǎn)感覺只是點(diǎn)到為止，并不深入，使學(xué)生在工作時(shí)不敢用。如何吃透它，改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式勢(shì)在必行。

本文從過程裝備控制技術(shù)在畢業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用角度出發(fā)，采用行動(dòng)導(dǎo)向法教學(xué)模式從選題、方案的設(shè)計(jì)及各種儀表的選擇等方面做了闡述。希望能對(duì)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)有些幫助。

三、行動(dòng)導(dǎo)向法指導(dǎo)下的《過程裝備控制技術(shù)》在畢業(yè)設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)思想

1.通過選題確定職業(yè)崗位。對(duì)社會(huì)需求的調(diào)查與分析是教學(xué)設(shè)計(jì)的起點(diǎn)，以便確定專業(yè)崗位。畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題應(yīng)圍繞這些專業(yè)崗位并符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，難度要適宜。畢業(yè)生可以在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下根據(jù)自己實(shí)際情況自主選題，也可以結(jié)合畢業(yè)去向進(jìn)行選題。選題應(yīng)本著充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性的原則。

2.分析崗位職責(zé)，分解任務(wù)。通過對(duì)崗位職責(zé)分析，確定完成每一項(xiàng)工作任務(wù)所需的職業(yè)能力，從而進(jìn)行任務(wù)分解，建立設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的框架。下面以設(shè)計(jì)隔焰式隧道窯溫度控制系統(tǒng)這個(gè)項(xiàng)目為例進(jìn)行介紹。設(shè)計(jì)時(shí)主要包括：（1）控制系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)。在充分熟悉了隔焰式隧道窯生產(chǎn)工藝流程的基礎(chǔ)上，確定了窯道的燒成帶的燒結(jié)溫度為生產(chǎn)中的主要控制指標(biāo)后，對(duì)要控制的對(duì)象——隔焰式隧道窯進(jìn)行干擾因素分析，最后通過對(duì)各種控制方案優(yōu)劣的比較，確定采用串級(jí)控制的方案。（2）確定系統(tǒng)的被控變量和操作變量。被控變量是生產(chǎn)中需控制的關(guān)鍵性變量，操作變量則是起控制作用的變量。選擇時(shí)可根據(jù)被控變量和操作變量的基本選擇原則，從多個(gè)變量中選擇一個(gè)合適的變量作為被控變量或操作變量。該項(xiàng)目隔焰式隧道窯溫度串級(jí)控制系統(tǒng)中，學(xué)生通過對(duì)隔焰式隧道窯具體工藝及質(zhì)量指標(biāo)的分析，選定窯道燒成帶的溫度作為主被控變量，以燃燒室溫度為副被控變量，將燃料的流量作為操縱變量。（3）被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型的建立。建立被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型的目的是為了進(jìn)行控制器參數(shù)的整定和系統(tǒng)的調(diào)試以及利用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真研究。該項(xiàng)目學(xué)生采用實(shí)測(cè)建模在副對(duì)象（燃燒室）、主對(duì)象（隔焰板、燒成帶）的輸入端分別加上激勵(lì)信號(hào)，得到輸出的響應(yīng)曲線，然后利用先驗(yàn)知識(shí)分析曲線，根據(jù)曲線的特點(diǎn)用數(shù)學(xué)的方法歸納出主、副對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。（4）控制器控制規(guī)律的選擇?？刂破魇菍?duì)控制系統(tǒng)中信息經(jīng)過運(yùn)算處理發(fā)出控制信號(hào)，對(duì)控制質(zhì)量起決定性的作用。了解常用的幾種控制規(guī)律（位式、P、I、D）的選擇原則及其優(yōu)缺點(diǎn)是選擇適當(dāng)控制規(guī)律的前提。該項(xiàng)目隔焰式隧道窯溫度串級(jí)控制系統(tǒng)中有兩個(gè)控制器，一個(gè)主控制器，一個(gè)副控制器。因?yàn)橹髯兞繜蓭У臏囟裙に噷?duì)它的精度要求高，一般要求達(dá)到1300℃，偏差不得超過±5℃，且主對(duì)象容量滯后較大，所以主控制器選用PID控制規(guī)律；副調(diào)節(jié)器的任務(wù)是要快動(dòng)作以迅速抵消落在副環(huán)內(nèi)的二次擾動(dòng)，而且副變量燃燒室溫度并不要求無差，所以選了P調(diào)節(jié)器。（5）測(cè)量變送裝置及控制閥的選擇。測(cè)量變送裝置的作用是將工業(yè)生產(chǎn)過程的參數(shù)（如流量、壓力、溫度、物位和成分等）經(jīng)檢測(cè)并轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。對(duì)測(cè)量變送裝置的基本要求是準(zhǔn)確、迅速和可靠?？刂崎y的選擇包括：控制閥結(jié)構(gòu)形式的選擇；控制閥流量特性的選擇；氣開式與氣關(guān)式的選擇；控制閥口徑的選擇。選擇時(shí)要綜合考慮各方面，選擇出合適的測(cè)量變送裝置及控制閥。該項(xiàng)目隔焰式隧道窯溫度串級(jí)控制系統(tǒng)中，主、副變量的溫度均高于600℃，所以學(xué)生一般多選用熱電偶溫度變送器，熱電偶的型號(hào)為鉑銠30-鉑銠6；考慮到生產(chǎn)的安全，控制閥選擇“氣開”工作方式的直通單座閥。（6）控制系統(tǒng)整定方法的選擇。一旦系統(tǒng)按所設(shè)計(jì)的方案安裝就緒，對(duì)象的特性和干擾位置等因素基本固定下來，這時(shí)系統(tǒng)的質(zhì)量主要取決于控制器參數(shù)的整定。該項(xiàng)目隔焰式隧道窯溫度串級(jí)控制系統(tǒng)的整定學(xué)生們采用先副環(huán)后主環(huán)的兩步整定法，具體整定的方法上可用經(jīng)驗(yàn)湊試法。（7）通過系統(tǒng)仿真驗(yàn)證控制方案的成敗。計(jì)算機(jī)仿真在系統(tǒng)研究中的重要性在于它不僅經(jīng)濟(jì)而且安全可靠。如可使用MATLAB軟件里的Simulink仿真工具，構(gòu)造仿真模型，針對(duì)目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行仿真，得到仿真曲線來評(píng)價(jià)所設(shè)計(jì)控制方案的質(zhì)量。質(zhì)量完全滿足要求，則控制方案設(shè)計(jì)是合理的。該項(xiàng)目隔焰式隧道窯溫度串級(jí)控制系統(tǒng)學(xué)生們采用MATLAB軟件里的Simulink構(gòu)建仿真模型，得到的仿真曲線基本滿足工藝提出的品質(zhì)指標(biāo)的要求。

3.將行動(dòng)領(lǐng)域轉(zhuǎn)換成學(xué)習(xí)內(nèi)容。以上是對(duì)一個(gè)完整的工作進(jìn)程中每個(gè)具體行為所需要的職業(yè)能力進(jìn)行了闡述和學(xué)習(xí)，從而將行動(dòng)領(lǐng)域轉(zhuǎn)換成學(xué)習(xí)內(nèi)容。具體采用行動(dòng)導(dǎo)向法的哪種教學(xué)方法應(yīng)根據(jù)教學(xué)設(shè)計(jì)內(nèi)容靈活選擇使用。

4.對(duì)項(xiàng)目結(jié)果的匯報(bào)、演示、評(píng)估。最后，通過畢業(yè)答辯，對(duì)該項(xiàng)目的結(jié)果進(jìn)行匯報(bào)、演示，由老師和學(xué)生聯(lián)合評(píng)估是否達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，項(xiàng)目實(shí)施過程中出現(xiàn)了什么問題，如何解決，結(jié)果中哪些好，哪些有待改進(jìn)等等。

四、結(jié)束語

總之，行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)法中學(xué)習(xí)是個(gè)體的行動(dòng)，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教師是學(xué)習(xí)行動(dòng)的組織者、引導(dǎo)者、咨詢者，為了“行動(dòng)”來學(xué)習(xí)并通過“行動(dòng)”來學(xué)習(xí)，從而達(dá)到教、學(xué)、做一體化。行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)法不強(qiáng)調(diào)知識(shí)的系統(tǒng)性，在教學(xué)中重視“案例”教學(xué)，重視“解決實(shí)際問題”及“自我管理式的學(xué)習(xí)”。這種教學(xué)方法的作用，不僅使學(xué)生更快地掌握了專業(yè)技能，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生解決工程實(shí)際問題的方法能力、與人協(xié)作共事的社會(huì)能力和創(chuàng)新精神。

參考文獻(xiàn)：

[1]王毅，張?jiān)缧?過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[2]徐兆軍，陸榮建，華潔.對(duì)過程裝備與控制工程專業(yè)控制課程內(nèi)容的思考[J].科教文匯，2010，06（下旬刊）：47轉(zhuǎn)84.

[3]邵澤波，宋樹波.過程裝備與控制工程專業(yè)培養(yǎng)模式的改革與實(shí)踐[J].吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，（6）：6-8.

[4]董想，閆龍岷.“行動(dòng)導(dǎo)向法”指導(dǎo)下的課程設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)信息，2010，（05）：168.

[5]嚴(yán)清華.提高過程裝備與控制工程專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)競爭力的幾點(diǎn)建議[J].廣西輕工業(yè)，2010，（11）：140-141.