溫度控制課程中項(xiàng)目對(duì)象的設(shè)計(jì)及項(xiàng)目化教學(xué)的實(shí)施

邱文棣

摘要：項(xiàng)目教學(xué)法已得到眾多職業(yè)院校老師的認(rèn)可，但如果教學(xué)時(shí)選擇的項(xiàng)目是不切實(shí)際的，那項(xiàng)目化教學(xué)就難以完成原定的教學(xué)目標(biāo)，一個(gè)可操作的項(xiàng)目對(duì)象是項(xiàng)目化教學(xué)能否有效開展的前提和保證。本文詳細(xì)介紹了溫度控制課程中項(xiàng)目對(duì)象實(shí)訓(xùn)裝置的設(shè)計(jì)方案及項(xiàng)目化教學(xué)實(shí)施的情況。

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目教學(xué) 溫度控制 實(shí)訓(xùn)裝置 教學(xué)有效性

化工儀表及自動(dòng)化專業(yè)核心內(nèi)容是四大參數(shù)——壓力、液位、流量及溫度的檢測(cè)與自動(dòng)控制，以往在自動(dòng)控制專業(yè)的教學(xué)方案設(shè)計(jì)和實(shí)施過程中，通常是以過程檢測(cè)技術(shù)、過程控制裝置和過程控制技術(shù)三門課程的經(jīng)典設(shè)計(jì)來構(gòu)成專業(yè)課程教學(xué)平臺(tái)，課程內(nèi)容主要以傳統(tǒng)的學(xué)科體系安排。

為了體現(xiàn)中等職業(yè)教育的特征，2016年全國(guó)化工中職儀電專委會(huì)對(duì)這些課程的內(nèi)容按四大參數(shù)重新進(jìn)行整合，形成了溫度控制、流量控制、液位控制和壓力控制四門核心課程。

1、溫度控制課程的重要性

整合后的溫度控制課程主要介紹溫度的概念、溫度的測(cè)量原理、測(cè)溫元件的安裝和顯示；溫度控制系統(tǒng)的組成、基本控制原理、系統(tǒng)控制方案的確定、繪制和識(shí)讀帶控制點(diǎn)的工藝流程圖；簡(jiǎn)單溫度控制系統(tǒng)和復(fù)雜溫度控制系統(tǒng)的組成、儀表選用和投運(yùn)、參數(shù)整定等。

溫度的檢測(cè)與控制在化工生產(chǎn)過程中占有極其重要的地位，在許多化工生產(chǎn)過程中溫度控制是否精準(zhǔn)和穩(wěn)定將直接影響產(chǎn)品質(zhì)量能否合格，但要做到溫度的精準(zhǔn)、穩(wěn)定控制又是比較困難的。所以對(duì)化工儀表及自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生來說，學(xué)好這門課就顯得尤為重要。

但近年來中等職業(yè)學(xué)校生源質(zhì)量逐步下降，任課老師普遍感到采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法難以有效開展課堂教學(xué)。為此，必須針對(duì)當(dāng)前中職學(xué)生的特點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)方法改革，以提高課程教學(xué)的有效性。

二、項(xiàng)目教學(xué)法可以提高課程教學(xué)的有效性

基于上述分析，要提高溫度控制等課程課堂教學(xué)有效性，必須進(jìn)行大刀闊斧的改革。為此，我們召集儀表自動(dòng)化專業(yè)的老師進(jìn)行了討論，最后確定選擇項(xiàng)目教學(xué)法作為改革突破口。

項(xiàng)目教學(xué)法是通過實(shí)施一個(gè)完整的項(xiàng)目而進(jìn)行的教學(xué)活動(dòng)，其目的是在課堂教學(xué)中把理論與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來，充分發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的綜合能力。

傳統(tǒng)教學(xué)方法注重教師的講授，學(xué)生只是聽課，因此信息的傳遞是單向的；項(xiàng)目教學(xué)法不僅重視知識(shí)的傳授，而且更重視知識(shí)的應(yīng)用。

項(xiàng)目教學(xué)法把學(xué)生作為教學(xué)的中心，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在教學(xué)中發(fā)揮主觀能動(dòng)作用，注意調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)自覺性和主動(dòng)性，教師和學(xué)生之間的活動(dòng)是互動(dòng)式的。

項(xiàng)目教學(xué)法的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)和制定一個(gè)項(xiàng)目的工作任務(wù)，一個(gè)由學(xué)員組成的小組有一項(xiàng)確定的工作，他們可以自己計(jì)劃并且完成工作。這樣的教學(xué)法肯定會(huì)受到學(xué)生們的認(rèn)可，只要任課老師能遵循項(xiàng)目教學(xué)法的教學(xué)流程組織教學(xué)，想必會(huì)收到較好的教學(xué)效果。

三、溫度控制課程項(xiàng)目化教學(xué)實(shí)施過程中存在的問題

開展項(xiàng)目化教學(xué)需要一定條件的支撐。一方面是老師要具備這方面的素質(zhì)，另一方面要有合適的教材。在老師方面，儀表自動(dòng)化專業(yè)的老師經(jīng)過前期的培訓(xùn)，大部分都取得了高級(jí)工或技師職業(yè)資格證書，同時(shí)也參與過項(xiàng)目教學(xué)法的理論學(xué)習(xí)，基本能勝任這一工作；在教材方面，我們選用了化工出版社出版的《溫度控制系統(tǒng)》一書。

該教材是一本項(xiàng)目化教材，圍繞圓筒爐的溫度控制任務(wù)展開，分為幾個(gè)子任務(wù)。把這幾個(gè)子任務(wù)完成了，也就實(shí)現(xiàn)了溫度控制這門課程的教學(xué)目標(biāo)。

但在實(shí)施過程中發(fā)現(xiàn)其最大的問題是項(xiàng)目難以落實(shí)。書中的項(xiàng)目是圍繞圓筒爐的溫度控制任務(wù)展開，項(xiàng)目對(duì)象是圓筒爐。工藝過程大致是：燃料在爐膛里燃燒后產(chǎn)生1000～1500℃的高溫?zé)煔猓谳椛涫覂?nèi)主要以輻射傳熱的方式將一部分熱量傳送給管內(nèi)流體。煙道氣沿著輻射室上升到對(duì)流室，溫度約降到600～800℃。在對(duì)流室內(nèi)煙氣主要以對(duì)流方式將熱量傳給了管內(nèi)流體。其控制任務(wù)是要求設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制系統(tǒng)能快速、準(zhǔn)確地克服干擾對(duì)加熱爐物料出口溫度的影響，以保持管內(nèi)流體出口溫度穩(wěn)定在指定（設(shè)定）值上。

編者總體思路順應(yīng)當(dāng)前職業(yè)教育教學(xué)改革，打破了傳統(tǒng)的學(xué)科體系，通過項(xiàng)目引領(lǐng)把相關(guān)的知識(shí)和技能由一個(gè)個(gè)子項(xiàng)目或小任務(wù)加以消化、理解、掌握及提高。看似是一個(gè)很好的項(xiàng)目化教材，通過一個(gè)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)溫度控制系統(tǒng)這門課程的基本教學(xué)要求，設(shè)想是很好的。但學(xué)校的同事在使用此教材進(jìn)行教學(xué)的過程中，發(fā)現(xiàn)它只能停留在理論層面——可以按項(xiàng)目來組織理論教學(xué)，卻無法真正實(shí)施。原因之一是學(xué)校不可能有這樣的一個(gè)圓筒爐，原因之二是這樣高的溫度對(duì)學(xué)生實(shí)訓(xùn)來說既危險(xiǎn)又不現(xiàn)實(shí)，這樣的項(xiàng)目化教學(xué)只能是偽項(xiàng)目化教學(xué)。顯然，要在溫度控制等課程中開展項(xiàng)目化教學(xué)，前提是要有一個(gè)合理的項(xiàng)目對(duì)象，即可以讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)訓(xùn)的裝置。

四、項(xiàng)目對(duì)象實(shí)訓(xùn)裝置的設(shè)計(jì)

1.項(xiàng)目對(duì)象實(shí)訓(xùn)裝置設(shè)計(jì)基本思想

一個(gè)可操作的項(xiàng)目對(duì)象是項(xiàng)目化教學(xué)能否有效開展的前提和保證。結(jié)合溫度控制這門課程，該項(xiàng)目對(duì)象實(shí)訓(xùn)裝置應(yīng)能實(shí)現(xiàn)如下基本要求：溫度的不同測(cè)量方法、測(cè)溫元件的安裝；溫度的測(cè)量和顯示；簡(jiǎn)單溫度控制系統(tǒng)和串級(jí)溫度控制系統(tǒng)的創(chuàng)建、系統(tǒng)的安裝、調(diào)試、投運(yùn)、調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律和參數(shù)整定；系統(tǒng)故障的分析和排除；安全聯(lián)鎖控制等。

2.項(xiàng)目對(duì)象裝置設(shè)計(jì)方案

根據(jù)上面的設(shè)計(jì)思想，本著安全、可行、節(jié)能和環(huán)保的意識(shí)，結(jié)合工廠鍋爐熱能的回收，構(gòu)思了一個(gè)烘干加熱循環(huán)溫度實(shí)訓(xùn)裝置。

為了保證鍋爐熱效率，提高經(jīng)濟(jì)性，通常是把鍋爐上方的熱空氣通過一個(gè)喇叭形狀的集氣罩，經(jīng)過管道接入送風(fēng)機(jī)的入口，與直接進(jìn)入的冷空氣混合。通過這種方法來達(dá)到節(jié)能的目的。

本項(xiàng)目對(duì)象裝置就是以工業(yè)鍋爐燃燒的送風(fēng)系統(tǒng)為模型而設(shè)計(jì)的，它主要包括設(shè)備部分、測(cè)量部分、儀表控制柜和聯(lián)鎖系統(tǒng)等四大部分。

（1）設(shè)備部分。主要由風(fēng)機(jī)、加熱器、電動(dòng)執(zhí)行器、蝶閥、送風(fēng)管道、烘干塔、電磁閥、手動(dòng)旁路閥等組成。

工藝流程是經(jīng)風(fēng)機(jī)后的進(jìn)口空氣通過蝶閥送到加熱器，加熱后的熱風(fēng)經(jīng)過送風(fēng)管道送到烘干器內(nèi)，用于加熱干燥劑（再生變色硅膠）并消耗一部分熱量，另一部分熱量由循環(huán)風(fēng)管道送回風(fēng)機(jī)入口二次利用，再循環(huán)達(dá)到節(jié)能的目的。

此外還增加兩個(gè)附設(shè)裝置，一是恒溫加熱水槽，其上可裝熱電阻、熱電偶，用作熱電阻、熱電偶比對(duì)校驗(yàn)；二是安裝管段，其上可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫?zé)犭娮琛犭娕肌㈦p金屬溫度計(jì)等常用溫度測(cè)量?jī)x表的不同安裝方式的實(shí)訓(xùn)。

（2）測(cè)量部分。主要有空氣進(jìn)口溫度、加熱器表面溫度、加熱器出口溫度、送風(fēng)管道夾套溫度、循環(huán)風(fēng)管溫度、烘干塔頂部溫度、烘干塔中心溫度、烘干塔內(nèi)部溫度的溫度測(cè)量?jī)x表等組成，如圖所示（圖中附設(shè)裝置省略了測(cè)量?jī)x表標(biāo)記）。

（3）控制系統(tǒng)部分。控制系統(tǒng)部分主要包括：多種智能數(shù)字顯示儀表（用于各個(gè)測(cè)量點(diǎn)溫度顯示）、多個(gè)智能數(shù)字顯示控制儀表（可做主調(diào)節(jié)器和副調(diào)節(jié)器）、報(bào)警器聲音試驗(yàn)按鈕和消除按鈕、閃光報(bào)警器等。

有了這些儀表設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)多種溫度控制方案，如烘干器中心溫度控制子系統(tǒng)；烘干器中心溫度與進(jìn)口溫度串級(jí)控制子系統(tǒng)等，便于學(xué)生自主發(fā)揮。

（4）安全儀表系統(tǒng)。安全儀表系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱SIS），又稱為安全聯(lián)鎖系統(tǒng)。對(duì)應(yīng)工廠控制系統(tǒng)中報(bào)警和聯(lián)鎖部分，對(duì)控制系統(tǒng)中檢測(cè)的結(jié)果實(shí)施報(bào)警動(dòng)作、聯(lián)鎖控制，是工廠企業(yè)自動(dòng)控制中的重要組成部分。

本裝置中的聯(lián)鎖主要包括兩個(gè)部分；一是送電順序聯(lián)鎖。在操作順序錯(cuò)誤的情況下，送電不通（加熱系統(tǒng)正常送電順序：送風(fēng)機(jī)通電使風(fēng)機(jī)運(yùn)行，然后才能接通電加熱器電源），以保護(hù)設(shè)備的安全。二是加熱器本體溫度報(bào)警聯(lián)鎖功能。即在送風(fēng)機(jī)因故障不能運(yùn)行時(shí)加熱器本體溫度升高到設(shè)定值時(shí)將自動(dòng)切斷加熱器電源，以保護(hù)人身和設(shè)備安全。

利用這一部分可實(shí)施安全聯(lián)鎖方面的實(shí)訓(xùn)操作，以提高學(xué)生對(duì)安全操作方面的認(rèn)識(shí)。

本實(shí)訓(xùn)裝置方案在全國(guó)化工儀表教學(xué)研討會(huì)上進(jìn)行了介紹，得到了與會(huì)代表的積極評(píng)價(jià)，對(duì)存在的一些不足他們也提出了寶貴的意見。參會(huì)的企業(yè)行家對(duì)該實(shí)訓(xùn)裝置的方案也給予了肯定，一年之后他們就把項(xiàng)目裝置設(shè)計(jì)方案的模型變成了現(xiàn)實(shí)。

之后企業(yè)還以我們這些有參與實(shí)訓(xùn)裝置設(shè)計(jì)和討論的人員為發(fā)明人，于2016年2月向中華人民共和國(guó)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局申請(qǐng)了“溫度控制系統(tǒng)安裝實(shí)訓(xùn)裝置”的實(shí)用新型專利，同年7月正式獲得了此項(xiàng)專利證書。

五、利用此套實(shí)訓(xùn)裝置實(shí)施項(xiàng)目化教學(xué)的過程

2014年全國(guó)化工中等職業(yè)學(xué)校、化工技師學(xué)校以及化工高職院校相繼向廠家訂購(gòu)此套實(shí)訓(xùn)裝置，筆者學(xué)校也以優(yōu)惠的價(jià)格采購(gòu)了一批，并于2015年投入使用，同時(shí)筆者親自嘗試以此實(shí)訓(xùn)裝置為項(xiàng)目對(duì)象實(shí)施項(xiàng)目化教學(xué)。

依據(jù)溫度控制系統(tǒng)課程的教學(xué)大綱要求，結(jié)合本項(xiàng)目對(duì)象實(shí)訓(xùn)裝置，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了重新整合，把本課程內(nèi)容由淺入深分解成以下相對(duì)獨(dú)立又前后關(guān)聯(lián)的任務(wù)。任務(wù)一，溫度的測(cè)量和顯示；任務(wù)二：烘干加熱循環(huán)溫度的簡(jiǎn)單控制；任務(wù)三：烘干加熱循環(huán)溫度的串級(jí)系統(tǒng)。

每個(gè)任務(wù)又由若干小任務(wù)組成，每個(gè)小任務(wù)一般用時(shí)4個(gè)課時(shí)。任務(wù)分小組進(jìn)行，每個(gè)小組成員為4～5人，設(shè)一名小組長(zhǎng)，分配一套設(shè)備。

下面以任務(wù)一中的子任務(wù)2——“熱電偶測(cè)量烘干器頂部溫度”作為示例簡(jiǎn)介每個(gè)子任務(wù)的實(shí)施過程。

老師提出任務(wù)后先對(duì)任務(wù)進(jìn)行操作演示（明確任務(wù)、激發(fā)興趣）；學(xué)生們觀看、閱讀老師提供的相關(guān)素材并進(jìn)行小組討論，老師巡堂以了解學(xué)生們討論的情況，并回答他們提出的問題；老師簡(jiǎn)單介紹熱電偶的測(cè)溫原理，再對(duì)本任務(wù)中要用到的數(shù)字顯示儀表的功能、接線端、安裝注意事項(xiàng)和操作使用進(jìn)行講解、演示；小組成員確定實(shí)現(xiàn)任務(wù)的方案，與此同時(shí)老師對(duì)存在的問題給予點(diǎn)撥（在此過程，組員要互相表述基本思路，以提高學(xué)生的表達(dá)能力）；方案審核通過的小組就可以動(dòng)手實(shí)施，需要通電的在通電之前務(wù)必先由老師（實(shí)驗(yàn)員）進(jìn)行檢查；小組觀察、自查任務(wù)實(shí)施效果，再由老師進(jìn)行檢查，也可由其他小組互查；最后老師考核點(diǎn)評(píng)。點(diǎn)評(píng)時(shí)往往對(duì)任務(wù)完成好的和相對(duì)差的各選一組進(jìn)行，同時(shí)對(duì)實(shí)訓(xùn)過程中存在的問題、基本的概念和知識(shí)點(diǎn)加以歸納。

在項(xiàng)目和任務(wù)的實(shí)施過程中，過程性評(píng)價(jià)貫穿整個(gè)教學(xué)過程，也推動(dòng)了教學(xué)評(píng)價(jià)的改革。

每個(gè)小任務(wù)完成后一般另外安排2個(gè)課時(shí)進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的概括、總結(jié)以及知識(shí)和技能的延伸，此過程也是以探究的方式進(jìn)行。還是以上述任務(wù)為例，概括、總結(jié)環(huán)節(jié)可以讓學(xué)生探究不同環(huán)境下的熱電偶的選用、不同安裝方式對(duì)測(cè)溫的影響、為何要使用補(bǔ)償導(dǎo)線、為什么要進(jìn)行熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償?shù)葐栴}，同時(shí)還可以通過實(shí)例和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，以加深學(xué)生們的理解。

六、教學(xué)效果與體會(huì)

通過一個(gè)學(xué)期幾個(gè)任務(wù)的實(shí)現(xiàn)，所教班級(jí)的學(xué)生在對(duì)溫度控制課程基本知識(shí)和基本技能目標(biāo)要求進(jìn)行考核時(shí)，達(dá)到優(yōu)等的學(xué)生比例約為20%，良好的學(xué)生比例約為40%，合格的學(xué)生比例約為35%，不合格學(xué)生比例不到6%。同時(shí)在安全、規(guī)范、節(jié)能、環(huán)保、協(xié)作以及責(zé)任、細(xì)心、表達(dá)能力等職業(yè)素養(yǎng)方面，學(xué)生們也都得到了鍛煉，綜合能力得到了提升。

實(shí)踐證明利用所設(shè)計(jì)的新型溫度控制實(shí)訓(xùn)裝置作為項(xiàng)目教學(xué)的項(xiàng)目對(duì)象，在實(shí)際教學(xué)中收到了明顯的成效，提高了課堂教學(xué)的有效性，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

第一，可以把項(xiàng)目教學(xué)落到實(shí)處，體現(xiàn)了職業(yè)教育“學(xué)中做、做中學(xué)”的現(xiàn)代理念，做到了認(rèn)識(shí)一實(shí)踐一再認(rèn)識(shí)的這一螺旋上升的過程，教學(xué)效果明顯提升。

第二，項(xiàng)目對(duì)象實(shí)訓(xùn)裝置可以實(shí)現(xiàn)控制方案的多種選擇，這有利于學(xué)生們的自由發(fā)揮，可以培養(yǎng)他們的獨(dú)立性和創(chuàng)新意識(shí)。

第三，可以培養(yǎng)學(xué)生關(guān)于工程的概念和思想。方案設(shè)計(jì)、繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖、按信號(hào)呼應(yīng)法進(jìn)行接線、系統(tǒng)投運(yùn)（手動(dòng)-自動(dòng)無攏動(dòng)）、調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇和參數(shù)整定、完成實(shí)訓(xùn)報(bào)告書等。

按照此過程實(shí)施的教學(xué)基本上遵循了基于建構(gòu)主義的項(xiàng)目教學(xué)法，能使學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力得到極大的提升。當(dāng)然整個(gè)流程還有待進(jìn)一步完善。

在實(shí)訓(xùn)裝置方面今后還需進(jìn)一步的改造。如加熱器部分可增加一個(gè)晶閘管控制，這樣就可以實(shí)現(xiàn)更多控制方案的選擇。