水箱液位控制系統(tǒng)理實(shí)一體化教學(xué)設(shè)計(jì)*

李小玉，陳平清，谷雪賢，劉 敬，范 紅

(1 中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 中山 528436；2 茂名職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 茂名 525000；3 中山愛(ài)護(hù)日用化工有限公司，廣東 中山 528436)

為提升制造業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，我國(guó)提出了“更新技術(shù)，升級(jí)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、管理現(xiàn)代化”的發(fā)展的目標(biāo)。此外，人力資源成本、生產(chǎn)質(zhì)量保障等因素也促進(jìn)了化工、輕工等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化進(jìn)程。隨著生物化工類企業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線“數(shù)字化制造”技術(shù)的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)代生物化工類企業(yè)對(duì)既懂生產(chǎn)工藝又懂自動(dòng)化控制的高素質(zhì)綜合人才的需求日益旺盛?！痘z測(cè)及過(guò)程控制技術(shù)》對(duì)學(xué)生崗位職業(yè)能力培養(yǎng)和職業(yè)素養(yǎng)的形成起著明顯的支撐作用[1-2]。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，達(dá)到生物化工類企業(yè)生產(chǎn)操作類、基層管理類等崗位任職要求，并形成良好的職業(yè)素質(zhì)和職業(yè)道德[3-4]。學(xué)生能在掌握常用控制儀表知識(shí)和化工過(guò)程控制基本理論的基礎(chǔ)上，能熟練地選用與維護(hù)的檢測(cè)、控制儀表，熟練地調(diào)試、運(yùn)行與維護(hù)常用過(guò)程控制系統(tǒng)，掌握簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與組織實(shí)施[5]。

為使學(xué)生更容易接受并開(kāi)展各項(xiàng)實(shí)踐技能活動(dòng)，我拋開(kāi)以簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)知識(shí)傳授為主線的傳統(tǒng)教學(xué)，在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，根據(jù)學(xué)生的專業(yè)特色、基礎(chǔ)、愛(ài)好等實(shí)際情況，結(jié)合“化工儀表及自動(dòng)化大賽”對(duì)教材做了重新處理，積極創(chuàng)設(shè)貼近工作實(shí)際的教學(xué)項(xiàng)目，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法教學(xué)方式，在教學(xué)活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和合作互助的學(xué)習(xí)習(xí)慣，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情[6-8]。

1 傳統(tǒng)教學(xué)弊端

1.1 教學(xué)內(nèi)容抽象

該部分內(nèi)容主要是：自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成、初步設(shè)計(jì)、搭建組態(tài)、投運(yùn)、參數(shù)整定以及對(duì)控制質(zhì)量的理解。傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程是教師通過(guò)課堂講解，將知識(shí)和技能通過(guò)圖文的形式介紹給學(xué)生，即便是借助視頻、采用互動(dòng)式教學(xué)也難以將儀表及控制方案的有關(guān)知識(shí)和技能表達(dá)的很具體，讓學(xué)生易于接受。相比于看和聽(tīng)，高職學(xué)生更傾向于動(dòng)手做一遍，從實(shí)驗(yàn)獲得感性認(rèn)識(shí)。再順著實(shí)物操作過(guò)程，將有關(guān)概念和知識(shí)邏輯理解透徹。

1.2 實(shí)踐理論剝離

傳統(tǒng)教學(xué)分為理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)，在具體實(shí)施過(guò)程中又難以同步，更難做到細(xì)節(jié)上的工學(xué)結(jié)合，往往是理論講解枯燥，學(xué)生一個(gè)環(huán)節(jié)理解不到就影響下一個(gè)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，等一個(gè)章節(jié)學(xué)習(xí)完畢，學(xué)生還是對(duì)整個(gè)章節(jié)的學(xué)習(xí)理解云里霧里。當(dāng)一知半解的學(xué)生走入實(shí)驗(yàn)室，動(dòng)手操作的時(shí)候就布置如何下手了。教師只能再一次概括性的講一遍理論，然而概括性的講解并不能幫助學(xué)生快速進(jìn)入實(shí)驗(yàn)課程。究其原因，理論學(xué)習(xí)剛結(jié)束時(shí)已是概念不清、邏輯混沌，加之多數(shù)高職學(xué)生沒(méi)有課外復(fù)習(xí)習(xí)慣，因此理論和實(shí)踐教學(xué)呈現(xiàn)剝離狀態(tài)[9]。

1.3 教學(xué)設(shè)計(jì)困難

高等職業(yè)院校側(cè)重培養(yǎng)具有解決實(shí)際問(wèn)題的技術(shù)技能型人才，顯然對(duì)實(shí)驗(yàn)思維能力和動(dòng)手能力提出了更具體的要求。因此，教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)突出行動(dòng)導(dǎo)向，實(shí)踐能力培養(yǎng)為核心，傳統(tǒng)課堂很難實(shí)現(xiàn)。而理實(shí)一體化課堂的教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)能天然的將實(shí)踐教學(xué)作為教學(xué)設(shè)計(jì)的核心部分，基于實(shí)驗(yàn)過(guò)程設(shè)計(jì)若干教學(xué)任務(wù)，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)相關(guān)的教學(xué)活動(dòng)，進(jìn)而完成過(guò)程性考核[10-11]。

1.4 學(xué)習(xí)興趣寡淡

傳統(tǒng)課堂學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)和學(xué)習(xí)活動(dòng)難以監(jiān)測(cè)和控制，導(dǎo)致部分學(xué)生習(xí)慣性坐在遠(yuǎn)離教師的位置。盡管教師在講臺(tái)上興致盎然的授課，學(xué)生卻因“聽(tīng)不懂、不想深入思考”等在低頭玩手機(jī)，很難形成一個(gè)充分交流和互動(dòng)的課堂，導(dǎo)致課堂效率低下。

2 內(nèi)容設(shè)計(jì)

2.1 教學(xué)目標(biāo)

本項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)分為知識(shí)目標(biāo)、技能目標(biāo)、情感目標(biāo)。知識(shí)目標(biāo)是：①掌握簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的組成和工作原理。②了解DCS控制系統(tǒng)的組成和工作原理。③了解信號(hào)傳遞、控制周期等有關(guān)概念。④掌握控制質(zhì)量評(píng)價(jià)的性能指標(biāo)。技能目標(biāo)是：①DCS控制系統(tǒng)特別是操作員站的操作。②手/自控制模式操作及其無(wú)擾切換。③過(guò)渡過(guò)程曲線的分析與簡(jiǎn)單計(jì)算。④PID參數(shù)選用與整定方法的運(yùn)用。情感目標(biāo)是：①嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真，規(guī)范操作的工作態(tài)度。②團(tuán)隊(duì)協(xié)作，溝通交流的職業(yè)能力。

2.2 學(xué)情分析

簡(jiǎn)單過(guò)程控制系統(tǒng)能解決化工生產(chǎn)過(guò)程中的80%以上的實(shí)際問(wèn)題，液位是化工生產(chǎn)控制的四大參數(shù)之一，因此液位簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)成為化工生產(chǎn)和相應(yīng)專業(yè)教學(xué)的典型案例。液位控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于化工各類儲(chǔ)罐、中間緩沖罐、換熱器、蒸餾塔、鍋爐等設(shè)備中，以保障設(shè)備操作及物料供應(yīng)的安全，是一類值得研究和推廣應(yīng)用的化工自動(dòng)化系統(tǒng)。

水箱液位控制系統(tǒng)教學(xué)項(xiàng)目是學(xué)生在學(xué)習(xí)溫度、壓力、流量、物位等檢測(cè)儀表、執(zhí)行器及控制器等控制儀表之后，學(xué)生期望是能實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用。具體而言就是將各類儀表應(yīng)用于具體過(guò)程控制，進(jìn)一步提出控制方案，完成控制系統(tǒng)的搭建、投入、運(yùn)行。本項(xiàng)目以“實(shí)踐能力為核心”的技術(shù)技能性很強(qiáng)的一個(gè)學(xué)習(xí)內(nèi)容，其學(xué)習(xí)效果直接影響到學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及對(duì)前后學(xué)習(xí)內(nèi)容的融會(huì)貫通能力養(yǎng)成。

2.3 教學(xué)內(nèi)容

以上水箱液位簡(jiǎn)單過(guò)程控制系統(tǒng)為主線，我們將自動(dòng)控制系統(tǒng)組成、控制質(zhì)量評(píng)價(jià)、控制器操作、控制系統(tǒng)搭建和運(yùn)行等知識(shí)和技能進(jìn)行排序和重新組合，最終分解成4個(gè)子任務(wù)依次展開(kāi)，任務(wù)是以能力遞進(jìn)式呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者，具體安排。

表1 教學(xué)內(nèi)容序化及設(shè)計(jì)

由表1可知，簡(jiǎn)單過(guò)程控制系統(tǒng)教學(xué)項(xiàng)目依托水箱液位DCS簡(jiǎn)單過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)，以控制系統(tǒng)的“組建組態(tài)投入運(yùn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)參數(shù)優(yōu)化”為序，基于工作過(guò)程循序漸進(jìn)、由易到難地分解為4個(gè)子任務(wù)，子任務(wù)教學(xué)內(nèi)容依據(jù)高職學(xué)生認(rèn)知規(guī)律序化后由淺入深地呈現(xiàn)，技能遵循高職學(xué)生能力養(yǎng)成規(guī)律螺旋上升地鍛煉。

3 教學(xué)設(shè)計(jì)

3.1 教學(xué)策略

采用理實(shí)一體化教學(xué)策略，以“教師為主導(dǎo)，學(xué)生為中心”，使用“項(xiàng)目導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動(dòng)”教學(xué)方法，將學(xué)生分成8個(gè)“學(xué)習(xí)小組”，旨在引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)“自主探究”、“團(tuán)隊(duì)協(xié)作”的方法進(jìn)行學(xué)習(xí)。創(chuàng)設(shè)企業(yè)工作情境、安排學(xué)生擔(dān)任“總工、工程師、操作員1、操作員2、觀察員、測(cè)評(píng)員”等角色分組展開(kāi)4個(gè)子任務(wù)的教學(xué)。采用小組自評(píng)和互評(píng)，以操作結(jié)果為導(dǎo)向，將實(shí)操過(guò)程考核與實(shí)驗(yàn)記錄表考核相結(jié)合，形成該小組的項(xiàng)目成績(jī)。

3.2 教學(xué)過(guò)程

課前學(xué)生通過(guò)手機(jī)、電腦登陸學(xué)習(xí)平臺(tái)自主學(xué)習(xí)，觀看“4個(gè)子任務(wù)實(shí)操微課”，根據(jù)網(wǎng)上發(fā)布的學(xué)習(xí)指南和學(xué)習(xí)分組情況進(jìn)行預(yù)習(xí)并完成相應(yīng)的任務(wù)，在線自測(cè)以檢驗(yàn)自己是否達(dá)到上課要求。

課堂中首先，任務(wù)導(dǎo)入，播放生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)視頻，下發(fā)本次子任務(wù)“任務(wù)單”、“實(shí)操手冊(cè)”和“實(shí)驗(yàn)記錄單”，讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)任務(wù)，任務(wù)單的設(shè)計(jì)務(wù)必有相關(guān)的知識(shí)羅列，具有一定的學(xué)習(xí)指南功能。實(shí)操手冊(cè)設(shè)計(jì)應(yīng)要簡(jiǎn)潔明了、步驟清晰，具有實(shí)操性。實(shí)驗(yàn)記錄單設(shè)計(jì)應(yīng)與教學(xué)環(huán)節(jié)和實(shí)驗(yàn)步驟緊密結(jié)合，具有一定的指引功能。

第二步，明確任務(wù)，創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，小組劃分并分配學(xué)習(xí)角色，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)儀器設(shè)備向?qū)W生簡(jiǎn)單介紹子任務(wù)有關(guān)的知識(shí)和細(xì)節(jié)、允許學(xué)生拍照和錄音，做好小組記錄。采用問(wèn)題討論以檢驗(yàn)學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備與儀器儀表認(rèn)知情況，并向?qū)W生宣布小組學(xué)習(xí)目標(biāo)。

第三步，制定計(jì)劃，依據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)，各小組召開(kāi)實(shí)驗(yàn)實(shí)施前碰頭會(huì)，以教師子任務(wù)“任務(wù)單”、“實(shí)操手冊(cè)”和“實(shí)驗(yàn)記錄單”為主要材料，結(jié)合自己網(wǎng)上搜索材料，討論實(shí)踐過(guò)程技能點(diǎn)、操作步驟、可能出現(xiàn)的情況及應(yīng)對(duì)策略。對(duì)操作過(guò)程、注意事項(xiàng)和目標(biāo)達(dá)成有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)，制定本小組實(shí)操計(jì)劃。

第四步，實(shí)施計(jì)劃，領(lǐng)取相關(guān)材料和實(shí)驗(yàn)裝置，按規(guī)范對(duì)設(shè)備管路、儀器儀表線路、DCS控制柜、操作員站進(jìn)行復(fù)位，經(jīng)教師復(fù)查后。依據(jù)小組制定的計(jì)劃完成相應(yīng)圖紙或控制方案圖的繪制，進(jìn)行管路閥門的開(kāi)關(guān)、儀表通電、DCS通電、操作員站的開(kāi)機(jī)等操作。依據(jù)制定的實(shí)驗(yàn)步驟和參數(shù)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄在實(shí)驗(yàn)記錄單上。

第五步，檢查控制，教師和從各小組中推選的1名觀察員組成項(xiàng)目過(guò)程考核小組，對(duì)項(xiàng)目小組實(shí)操成果進(jìn)行驗(yàn)收，如有錯(cuò)誤應(yīng)及時(shí)指導(dǎo)和糾正該小組的學(xué)習(xí)進(jìn)程。

第六步，評(píng)價(jià)反饋，各組先進(jìn)行項(xiàng)目展示，并對(duì)本組學(xué)習(xí)和實(shí)操進(jìn)行自評(píng)，結(jié)合小組互評(píng)和教師點(diǎn)評(píng)，得到該組項(xiàng)目成績(jī)。教師應(yīng)對(duì)各組表現(xiàn)特別是操作過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行細(xì)節(jié)點(diǎn)評(píng)，給出合理建議。

課后引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)閱讀相關(guān)小論文和企業(yè)實(shí)施案例，布置梯度化的作業(yè)，完成子任務(wù)相關(guān)等拓展任務(wù)。將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際產(chǎn)品中，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用的能力。

4 教學(xué)反思

理實(shí)一體化教學(xué)設(shè)計(jì)，信息化教學(xué)手段的應(yīng)用，項(xiàng)目引領(lǐng)，任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法為學(xué)生提供了一個(gè)以“教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體”課堂教學(xué)和學(xué)習(xí)的大舞臺(tái)。避免了傳統(tǒng)傳授式教學(xué)的枯燥、抽象，使教學(xué)內(nèi)容變得形象、生動(dòng)，改變了學(xué)生懈怠、被動(dòng)的學(xué)習(xí)狀態(tài)，極大地調(diào)動(dòng)了專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)熱情，提高了學(xué)生課堂參與度。以上是我們針對(duì)新形勢(shì)下的任務(wù)和要求，對(duì)《化工檢測(cè)及過(guò)程控制》課程進(jìn)行的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐。當(dāng)前新時(shí)代對(duì)技能人才質(zhì)量要求高，我們還需要進(jìn)一步努力，培養(yǎng)學(xué)生審慎的思辨能力、扎實(shí)的實(shí)踐技能和深厚的人文素養(yǎng)，能將國(guó)家發(fā)展需要，與自身?xiàng)l件和自身興趣相結(jié)合，做好職業(yè)生涯規(guī)劃。