“过程控制工程”阶梯式项目教学法+联合导师制的教学实践与研究

2020-01-07孟祥毅

科学咨询 2020年10期

孟祥毅

(南京化工技师学院江苏南京 210048)

“过程控制工程”课程作为自动化类毕业设计的先导课程，主要涵盖仪表、自动控制原理、PLC及计算机控制、化工原理等课程。它以控制系统工程设计与实施为核心任务，是流程工业过程控制系统工程设计的综合性关键课程。教学任务有三个方面：学生通过学习，能够操作与控制现有的控制系统；对原有的系统进行重新设计及技术改造，能够按照实际的生产过程，设计一些常见、典型的控制系统；掌握安装、调试、运行维护与故障分析的能力，获得相应的职业技术等级证书。

一、实施阶梯式项目教学法，满足学生的就业需求

(一)以“立德树人”为宗旨，以服务地方为己任

始建于1935年，由民族化工先驱范旭东先生开创的永利宁(南京)化学公司，如今已发展成为超级密集工业企业集群。区内拥有冶金、电力、化工、石化、高科技电子，中国南车，汽车制造等高端装备制造的科技、技术、资金密集型企业。我校的前身是南京化学工业集团公司技工学校，创办于1961年，现已升级为国家级高级技工学校——江苏省重点技师学院。几十年来，我校为区内企业输送了大批的技术工人。

在这样的社会背景下，学生普遍具有明确的学习目标和就业心理预期。他们在掌握了一定的自动化技术专业知识和技能的基础上，由机电专业横向扩展到仪表自动化专业，拓宽了未来的就业渠道，增强了对社会的适应性。

学校教学面临很大的问题是教学内容与企业严重脱节。学生的就业企业为中石化南京化学工业集团公司、扬子石油化工有限公司检修维修及安装公司、南京钢铁股份有限公司等。这些企业对接纳学生下厂实习比较谨慎。这就造成了工学结合十分困难，使学生很难获得实际化工生产经验和有关的背景知识。于是，在江苏省及南京市人社局的大力支持下，我校建成占地50余亩以化工工艺和化工分析为骨干特色示范专业及相应的工厂车间化实训基地，为师生提供了优良的实训环境。

(二)理论联系企业的实际，项目教学与技术等级对接

“过程控制工程”课程教学的指导思想是培养学生具有初步的自动化工程实践能力。短期目标是完成自动化方向的毕业设计任务。我们选择CE2000仪表维修工竞技装置作为突破点，围绕“水”做文章，通过对其进行逆向工程设计，按照化工仪表维修工技能要素，从仪表接线调试、到回路设计控制，以通用流量、液位控制系统为基础，扩展到复杂控制系统的设计。学校按照工程设计流程，根据国家职业技术等级的专业要求，将任务有序分解到各个学期相关学科计划之中。[1]

教学中存在的一些问题：一些先期完成的理论和实践性课程，并没有在统一的专业规划下开展指导，有关教师仅仅是完成各自的过程性教学任务，教学内容关联性不强。例如，DCS和PLC教学模块与毕业设计脱节，形成了课程孤岛现象。如何在这些孤岛之间搭设桥梁，联结成为一个网络，让各个模块相对独立，各司其职。这就需要建立专业指导委员会，统一指挥、协调发展。

(三)提高技工院校职业教育质量的新思考

其一，我们在教研室实行主任导师制。其优点是在专业内能够调动各种资源，把专业做实、做厚，做出卓越成绩的领军人物。其出众的职业素养和业务能力，优秀的思想品德，高尚的职业操守，是作为团队凝聚力的核心价值体现；其二，我们开展专业内外的联合导师制。这是推进电修专业辅助方向有益的探索和拓展。

二、改进教学方法，培养学生关键的职业能力

(一)学生普遍存在的问题

笔者在进行该课程教学的同时，还指导一些学生进行仪表自动化毕业设计的初步设计阶段。在此过程中，笔者发现这些学生存在一些问题：一是在确定论文的设计选题之后，对教师布置的任务不积极，坐享其成的思想严重；二是探索科学知识的动力严重不足，忽视搜集阅读资料能力的自我培养；三是对于设计中用到的许多专业知识掌握得不够深入，能力不强。这就倒逼教师在教学中，在毕业设计中用到的知识就要多讲，讲透彻，注重学生自主学习、探究真理、勤于思考等关键专业能力的培养。其中，设计好教学模块是关键的环节。

教师对于参差不齐的学生予以区别对待，在典型案例及实训项目的学习中，理论结合实训，理论从实践中来，到实践中去，围绕实践出真知的教学原则，实事求是地按照专业学习的自身规律，一步一个台阶，让学生在自己的能力范围之内，由低到高、由简单到复杂，教会学生“学会学习”。这是教师贯穿于教学始终的头等大事。

(二)由传统课堂教学向一体化教学的转变

1.树立敬业爱岗精神，加强教师队伍建设

在专业教学方面，学校大力推行理论实践一体化教学。各个实训模块自编的实训讲义、教学大纲主要是由年轻教师担纲。然而，青年教师缺乏实践磨练，教学经验积累不够，授课过程多表现为验证性实验课。他们不少都是半路出家，非自动化科班出身，而聘请的企业退休师傅也没有充分发挥他们丰富的实践经验。这严重制约了专业教学水平的提高。锤炼一支朝气蓬勃、爱岗敬业、老中青团结协作的教师队伍，这是开展一体化教学、人才培养的保障。

2.深入企业实地调研，搭建校企合作平台

笔者考察过中，在石化南京化学工业集团公司某厂一个消防泵站里，看到的是6千伏高压电机和大功率水泵，双机冗余的变频器，规范、整齐有序的动力线路和仪表信号线路。我们把这些搬到学校是不现实的。校内的变频恒压供水系统实验装置定位于验证性实验，不具备工程教学的价值。我们可以借鉴国内一些高校的经验，自行设计，结合自己的办学需要，聘请企业、设计院的有关工程技术专家、本校教师积极参与设计建造一些具有工程价值的教学实训装置。

笔者近期考察了一家福建的上市国有大型联合制浆造纸企业。其烧碱回收炉热能利用锅炉的控制系统，既有技术等级较高的DCS控制系统，也有常规仪表组合式控制系统，传统的控制室有仪表盘，盘后有分类有序的信号线路。笔者从调查中得出一个结论：学校教学首先要根据企业的实际使用情况，从模拟仪表控制系统入手，由较为简单的基础性技术入手，培养学生掌握基本的成体系的工程设计、施工、调试与维护的基本能力。这个能力也是仪表技师必须掌握的看家本领。

据了解，该企业实行的学徒制还是传统意义上的，学徒工学习技术的积极性不高。其职业品质和劳动素养的培养是企业关注的问题。

3.明确共同奋斗目标，走联合导师制之路

检验教学成果的最佳方法就是把各有专长的教师扭成一股绳，参加国家级行业技能大赛。我校2019年1月5日至7日，参加了由全国化工教育协会化学工业职业技能鉴定指导中心主办，山东化工技师学院承办的第45届世界技能大赛。在化学实验技术项目化工行业全国选拔赛中，我校的2名参赛选手均获得了二等奖，成绩位列江苏省第一、二名。学校为此组建了导师组，在校长的统一指挥下，参与的指导教师目标一致、齐心协力、分工合作。这充分显现出了团队的力量。

笔者长期从事自动化教学，也是一个足球运动爱好者。这几年，笔者担任跨界足球教练，把控制理论的思想用于指导校足球队的训练和比赛。学校采用双导师指导模式，在去年的江苏省职业学校省长杯足球联赛中，我校获得了高职组亚军的好成绩。笔者指导的关键技术头球攻门和点球大战，也在比赛中发挥了关键作用，让2名主力同学随后也考取了国家足球教练员D级证书。

三、课程教学组织与实践

校企共同参与制定可行的教学大纲和专业培养计划，配置了适合化工技师学院一体化教学教材体系。学校选定余金寿、顾辛生编著的本科教材作为主教材；何衍庆，蒋蔚孙编著的《工业过程控制工程》为辅助教材；选配适合技工学校的项目式教学法教材，如《流量控制系统》《压力控制系统》等。学校选取的这些教材都是围绕企业工程实际、自动化系统的工程设计为教学主线开展教学的。

(一)慢工出细活，培养关键能力

教师的具体教学要做到“慢”：基础知识准备要慢，不能操之过急，急于求成；收集资料、分析加工要慢，要去粗取精，细致入微；关键环节要慢，要不断地从实践中来，到实践中去，精益求精。教师要从会使用常用的仪器仪表，简单控制系统的投运、调试、故障判断和解决，到能够进行现场仪表的调试与维护，逐步培养学生具有从事基本的工程实践能力。

学生重要的专业能力主要有工程设计说明书写作，控制方案的选择，仪表的选型及参数数据，仪表流程图的识读和绘制；熟悉技术规程，仪表检定规程、操作技术规程，能够进行规范的操作。

(二)扎实基础教学，做好协同配合

教学过程以具体的、典型工艺实例为基本路线，教学内容组织及其展开都围绕这条主线索。各个知识要素就是在这个主链上，每一个环节环环相扣。知识链条和技能链条组成的知识脉络，构成了中级仪表维修工的主体框架和轮廓。

学生探索创新精神的培养、工程实践能力的培养，都是在师徒的共同努力下，逐步累积、循序渐进，由易到难，由少到多。工程实践教育是贯穿于整个学习过程的。教师用学生熟悉的活动和语言，激发学生的学习兴趣，打好知识基础，然后再延伸到实验、课程设计、工学实习、毕业设计。这样既有横向延伸递进，也有纵向梯次发展的立体金字塔结构，[2]由塔尖向下分为四个层次。

第一个层次：职业兴趣的引导和基础能力的培养；第二个层次，专业理论和课程实验的有机结合，突出专业能力训练和岗位技能；第三个层次，学生通过具有工程性的实践环节的学习，掌握必要的工程应用能力；第四层次，学生进行综合能力的训练。从整体考虑，第二层次的专业理论和专业实验的专业动手能力是极为关键的环节。这个层次的相关课程、实验内容，实训装置的配置和设计定位都是至关重要的，将会影响后续工程实践能力的培养。

四、加强与企业的沟通，推进现代学徒制

学校通过联合导师形式“专业指导委员会按照仪表维修中级工(高级工)的职业标准”，从常规仪表到智能仪表；从简单控制系统到复杂系统，专业知识和能力按照阶梯式由低到高循序渐进地进行培养。

就毕业设计而言，学生只有在掌握了单回路简单控制系统工程设计的基础上，才能从事更为复杂的控制系统的设计。因此，学生掌握单回路系统的总体设计是至关重要的。

(一)课程教学与毕业设计任务的对接

1.做好学校指导教师与企业师傅的任务划分

毕业设计和顶岗实习阶段，学生进行初步设计和详细设计，在工艺的基础上要进行以下设计。首先，通过项目所涉及的化工原理、化工生产安全等课程的学习，完成初步设计首要任务“设计说明书”。其次，在说明书任务中设立一系列的子任务：一是主要说明，包括生产任务、主要工序和工艺流程的组成及环境特性的说明；二是确定工程项目的控制方式和自动化水平，说明仪表的选型原则，控制方式确定原则，控制方案的确定、说明工艺参数的检测方法和检测仪表的选型原则；三是说明自动调节系统的工作原理，主要工艺参数的信号报警及传动设备连锁装置的动作原理，工艺过程控制系统的设置原则。

2.发挥现代通信技术的优势，全时空开展远程教育

军人在战争中学习战争，运动员在比赛中学习比赛，学生过硬的技术只有在企业实际工作环境中锤炼而成。可是，不同的企业环境，学生在没有充分熟知企业生产环境、掌握必要的职业安全意识的前提下，贸然进入，存在着较多的风险。为此，我们可以充分利用现代移动通信5G技术，充分发挥社交软件直播视频优势。教师、师傅自己就是主持人，可以把现场工作人员的工作过程进行实时的远程教学解说；也可以把精心制作的微视频，提供给学生反复收看，并通过QQ、微信等互动平台及专门定制的教育APP，让学生随时随地进行在线互动交流。[3]