行動導向法指導下的《過程裝備控制技術》在畢業設計中的應用

鄭秀紅 張翠英 王洪濤 林楠 衛明社

摘要：本文針對過程裝備與控制工程專業畢業學生在控制方面掌握的知識結構不均衡，從而限制了其發展和就業等問題，對《過程裝備控制技術》課程采用行動導向法教學模式進行教學改革，提出了行動導向法指導下的《過程裝備控制技術》在畢業設計中的設計思路，并在本院的過程裝備與控制工程專業進行了嘗試，結果表明行動導向法教學模式有助于提高學生的綜合職業能力和就業競爭力。

關鍵詞：過程裝備控制技術；行動導向法；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）30-0241-02

引言：

從企業對過程裝備與控制工程專業畢業學生在控制方面需掌握的知識結構及發展需求來看，不僅需要設計設備本體，更需要設計機電一體化產品。但目前畢業生的現狀是，對設備本體設計尚可，但對機電一體化產品設計存在困難，主要原因是控制類課程理論程度高，與實際應用有一定差距，所以對控制類課程進行優化，尤其是對過程裝備控制技術這門核心專業課程進行教學改革，提高其教學質量顯得尤為緊迫。通過實施教學改革，有望拓寬過程裝備與控制工程專業畢業學生就業范圍，使學生對設備本體設計及自動化控制設計兩方面都能得心應手，大大提升畢業生的就業競爭力。

綜上所述，開展系統深入的研究，進行《過程裝備控制技術》課程教學改革，確立新的人才培養目標，實現過程裝備：化—機—電一體化的專業培養特色和模式，構建“行動導向”新的教學體系，創新應用型人才培養模式，是當前迫在眉睫的任務。

一、行動導向法

“行動導向法”，是指教師不再按照傳統的學科體系來傳授教學內容，而是按照行為或工作任務來確定學習內容、目標，設置學習情境，組織教學。教學內容以職業活動為核心，以學生為主體，以教師為學習過程的組織者與協調者，通過行動來獲得實際職業環境中所需要的能力。“行為導向”可以采用多種方式進行課堂教學，主要的包括“635”教學法，“頭腦風暴”教學法，“項目”教學法及其角色扮演法、情境教學法、實驗法等。行動導向法的引入，旨在改變傳統的教學模式，以更好地培養學生的職業技能。同時使學生具備綜合職業能力。本文旨在根據現代高等教育的培養目標，將“行動導向”教學法應用于《過程裝備控制技術及應用》課程的畢業設計教學中，并取得較好的效果。

二、《過程裝備控制技術》在過程裝備與控制工程專業中的地位

過程裝備與控制工程專業特色是基于專業培養目標和畢業生能力的要求，將“過程”、“裝備”與“控制”這三個知識領域有機結合在一起，以機械為主，工藝與控制為輔的“一體兩翼”的復合型交叉專業。我院本專業控制方面的核心教材主要采用《過程裝備控制技術及應用》，與以前的《過程控制及自動化儀表》或與《自動檢測技術》相比較，該書包含的內容要廣，內容較新。該書覆蓋了過程裝備傳感器檢測技術、氣動和電動儀表、計算機過程控制技術、可編程控制器及其應用、典型過程控制系統等方面。從使用的情況來看，該書控制方面內容涉及很寬，但是在講授時也存在一些問題，比如講解知識點較廣，但有些知識點感覺只是點到為止，并不深入，使學生在工作時不敢用。如何吃透它，改變傳統的教學模式勢在必行。

本文從過程裝備控制技術在畢業設計中的應用角度出發，采用行動導向法教學模式從選題、方案的設計及各種儀表的選擇等方面做了闡述。希望能對學生的畢業設計有些幫助。

三、行動導向法指導下的《過程裝備控制技術》在畢業設計中的設計思想

1.通過選題確定職業崗位。對社會需求的調查與分析是教學設計的起點，以便確定專業崗位。畢業設計的選題應圍繞這些專業崗位并符合專業培養目標，難度要適宜。畢業生可以在指導教師的指導下根據自己實際情況自主選題，也可以結合畢業去向進行選題。選題應本著充分調動學生的積極性和主動性的原則。

2.分析崗位職責，分解任務。通過對崗位職責分析，確定完成每一項工作任務所需的職業能力，從而進行任務分解，建立設計控制系統的框架。下面以設計隔焰式隧道窯溫度控制系統這個項目為例進行介紹。設計時主要包括：（1）控制系統方案的設計。在充分熟悉了隔焰式隧道窯生產工藝流程的基礎上，確定了窯道的燒成帶的燒結溫度為生產中的主要控制指標后，對要控制的對象——隔焰式隧道窯進行干擾因素分析，最后通過對各種控制方案優劣的比較，確定采用串級控制的方案。（2）確定系統的被控變量和操作變量。被控變量是生產中需控制的關鍵性變量，操作變量則是起控制作用的變量。選擇時可根據被控變量和操作變量的基本選擇原則，從多個變量中選擇一個合適的變量作為被控變量或操作變量。該項目隔焰式隧道窯溫度串級控制系統中，學生通過對隔焰式隧道窯具體工藝及質量指標的分析，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）被控對象數學模型的建立。建立被控對象數學模型的目的是為了進行控制器參數的整定和系統的調試以及利用數學模型進行仿真研究。該項目學生采用實測建模在副對象（燃燒室）、主對象（隔焰板、燒成帶）的輸入端分別加上激勵信號，得到輸出的響應曲線，然后利用先驗知識分析曲線，根據曲線的特點用數學的方法歸納出主、副對象的數學模型。（4）控制器控制規律的選擇。控制器是對控制系統中信息經過運算處理發出控制信號，對控制質量起決定性的作用。了解常用的幾種控制規律（位式、P、I、D）的選擇原則及其優缺點是選擇適當控制規律的前提。該項目隔焰式隧道窯溫度串級控制系統中有兩個控制器，一個主控制器，一個副控制器。因為主變量燒成帶的溫度工藝對它的精度要求高，一般要求達到1300℃，偏差不得超過±5℃，且主對象容量滯后較大，所以主控制器選用PID控制規律；副調節器的任務是要快動作以迅速抵消落在副環內的二次擾動，而且副變量燃燒室溫度并不要求無差，所以選了P調節器。（5）測量變送裝置及控制閥的選擇。測量變送裝置的作用是將工業生產過程的參數（如流量、壓力、溫度、物位和成分等）經檢測并轉換為標準信號。對測量變送裝置的基本要求是準確、迅速和可靠。控制閥的選擇包括：控制閥結構形式的選擇；控制閥流量特性的選擇；氣開式與氣關式的選擇；控制閥口徑的選擇。選擇時要綜合考慮各方面，選擇出合適的測量變送裝置及控制閥。該項目隔焰式隧道窯溫度串級控制系統中，主、副變量的溫度均高于600℃，所以學生一般多選用熱電偶溫度變送器，熱電偶的型號為鉑銠30-鉑銠6；考慮到生產的安全，控制閥選擇“氣開”工作方式的直通單座閥。（6）控制系統整定方法的選擇。一旦系統按所設計的方案安裝就緒，對象的特性和干擾位置等因素基本固定下來，這時系統的質量主要取決于控制器參數的整定。該項目隔焰式隧道窯溫度串級控制系統的整定學生們采用先副環后主環的兩步整定法，具體整定的方法上可用經驗湊試法。（7）通過系統仿真驗證控制方案的成敗。計算機仿真在系統研究中的重要性在于它不僅經濟而且安全可靠。如可使用MATLAB軟件里的Simulink仿真工具，構造仿真模型，針對目標知識點進行仿真，得到仿真曲線來評價所設計控制方案的質量。質量完全滿足要求，則控制方案設計是合理的。該項目隔焰式隧道窯溫度串級控制系統學生們采用MATLAB軟件里的Simulink構建仿真模型，得到的仿真曲線基本滿足工藝提出的品質指標的要求。

3.將行動領域轉換成學習內容。以上是對一個完整的工作進程中每個具體行為所需要的職業能力進行了闡述和學習，從而將行動領域轉換成學習內容。具體采用行動導向法的哪種教學方法應根據教學設計內容靈活選擇使用。

4.對項目結果的匯報、演示、評估。最后，通過畢業答辯，對該項目的結果進行匯報、演示，由老師和學生聯合評估是否達到了預期目標，項目實施過程中出現了什么問題，如何解決，結果中哪些好，哪些有待改進等等。

四、結束語

總之，行動導向教學法中學習是個體的行動，學生是學習的主體，教師是學習行動的組織者、引導者、咨詢者，為了“行動”來學習并通過“行動”來學習，從而達到教、學、做一體化。行動導向教學法不強調知識的系統性，在教學中重視“案例”教學，重視“解決實際問題”及“自我管理式的學習”。這種教學方法的作用，不僅使學生更快地掌握了專業技能，同時培養學生解決工程實際問題的方法能力、與人協作共事的社會能力和創新精神。

參考文獻：

[1]王毅，張早校.過程裝備控制技術及應用[M].北京：化學工業出版社，2007.

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

[3]邵澤波，宋樹波.過程裝備與控制工程專業培養模式的改革與實踐[J].吉林化工學院學報，2015，（6）：6-8.

[4]董想，閆龍岷.“行動導向法”指導下的課程設計[J].現代經濟信息，2010，（05）：168.

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