水箱液位控制系统理实一体化教学设计*

李小玉，陈平清，谷雪贤，刘 敬，范 红

(1 中山火炬职业技术学院，广东 中山 528436；2 茂名职业技术学院，广东 茂名 525000；3 中山爱护日用化工有限公司，广东 中山 528436)

为提升制造业的国际竞争力，我国提出了“更新技术，升级设备，实现生产、管理现代化”的发展的目标。此外，人力资源成本、生产质量保障等因素也促进了化工、轻工等工业生产过程自动化进程。随着生物化工类企业自动化生产线“数字化制造”技术的广泛应用，现代生物化工类企业对既懂生产工艺又懂自动化控制的高素质综合人才的需求日益旺盛。《化工检测及过程控制技术》对学生岗位职业能力培养和职业素养的形成起着明显的支撑作用[1-2]。通过本课程的学习，达到生物化工类企业生产操作类、基层管理类等岗位任职要求，并形成良好的职业素质和职业道德[3-4]。学生能在掌握常用控制仪表知识和化工过程控制基本理论的基础上，能熟练地选用与维护的检测、控制仪表，熟练地调试、运行与维护常用过程控制系统，掌握简单控制系统的开发与组织实施[5]。

为使学生更容易接受并开展各项实践技能活动，我抛开以简单控制系统知识传授为主线的传统教学，在教学实施过程中，根据学生的专业特色、基础、爱好等实际情况，结合“化工仪表及自动化大赛”对教材做了重新处理，积极创设贴近工作实际的教学项目，采用任务驱动法教学方式，在教学活动培养学生自主学习和合作互助的学习习惯，激发学生学习的热情[6-8]。

1 传统教学弊端

1.1 教学内容抽象

该部分内容主要是：自动控制系统的组成、初步设计、搭建组态、投运、参数整定以及对控制质量的理解。传统教学过程是教师通过课堂讲解，将知识和技能通过图文的形式介绍给学生，即便是借助视频、采用互动式教学也难以将仪表及控制方案的有关知识和技能表达的很具体，让学生易于接受。相比于看和听，高职学生更倾向于动手做一遍，从实验获得感性认识。再顺着实物操作过程，将有关概念和知识逻辑理解透彻。

1.2 实践理论剥离

传统教学分为理论教学和实践教学，在具体实施过程中又难以同步，更难做到细节上的工学结合，往往是理论讲解枯燥，学生一个环节理解不到就影响下一个环节的学习，等一个章节学习完毕，学生还是对整个章节的学习理解云里雾里。当一知半解的学生走入实验室，动手操作的时候就布置如何下手了。教师只能再一次概括性的讲一遍理论，然而概括性的讲解并不能帮助学生快速进入实验课程。究其原因，理论学习刚结束时已是概念不清、逻辑混沌，加之多数高职学生没有课外复习习惯，因此理论和实践教学呈现剥离状态[9]。

1.3 教学设计困难

高等职业院校侧重培养具有解决实际问题的技术技能型人才，显然对实验思维能力和动手能力提出了更具体的要求。因此，教学设计应突出行动导向，实践能力培养为核心，传统课堂很难实现。而理实一体化课堂的教学项目设计能天然的将实践教学作为教学设计的核心部分，基于实验过程设计若干教学任务，以任务驱动相关的教学活动，进而完成过程性考核[10-11]。

1.4 学习兴趣寡淡

传统课堂学生学习状态和学习活动难以监测和控制，导致部分学生习惯性坐在远离教师的位置。尽管教师在讲台上兴致盎然的授课，学生却因“听不懂、不想深入思考”等在低头玩手机，很难形成一个充分交流和互动的课堂，导致课堂效率低下。

2 内容设计

2.1 教学目标

本项目教学目标分为知识目标、技能目标、情感目标。知识目标是：①掌握简单控制系统的组成和工作原理。②了解DCS控制系统的组成和工作原理。③了解信号传递、控制周期等有关概念。④掌握控制质量评价的性能指标。技能目标是：①DCS控制系统特别是操作员站的操作。②手/自控制模式操作及其无扰切换。③过渡过程曲线的分析与简单计算。④PID参数选用与整定方法的运用。情感目标是：①严谨认真，规范操作的工作态度。②团队协作，沟通交流的职业能力。

2.2 学情分析

简单过程控制系统能解决化工生产过程中的80%以上的实际问题，液位是化工生产控制的四大参数之一，因此液位简单控制系统成为化工生产和相应专业教学的典型案例。液位控制系统广泛应用于化工各类储罐、中间缓冲罐、换热器、蒸馏塔、锅炉等设备中，以保障设备操作及物料供应的安全，是一类值得研究和推广应用的化工自动化系统。

水箱液位控制系统教学项目是学生在学习温度、压力、流量、物位等检测仪表、执行器及控制器等控制仪表之后，学生期望是能实现学以致用。具体而言就是将各类仪表应用于具体过程控制，进一步提出控制方案，完成控制系统的搭建、投入、运行。本项目以“实践能力为核心”的技术技能性很强的一个学习内容，其学习效果直接影响到学生学习兴趣及对前后学习内容的融会贯通能力养成。

2.3 教学内容

以上水箱液位简单过程控制系统为主线，我们将自动控制系统组成、控制质量评价、控制器操作、控制系统搭建和运行等知识和技能进行排序和重新组合，最终分解成4个子任务依次展开，任务是以能力递进式呈现给学习者，具体安排。

表1 教学内容序化及设计

由表1可知，简单过程控制系统教学项目依托水箱液位DCS简单过程控制实验，以控制系统的“组建组态投入运行质量评价参数优化”为序，基于工作过程循序渐进、由易到难地分解为4个子任务，子任务教学内容依据高职学生认知规律序化后由浅入深地呈现，技能遵循高职学生能力养成规律螺旋上升地锻炼。

3 教学设计

3.1 教学策略

采用理实一体化教学策略，以“教师为主导，学生为中心”，使用“项目导向、任务驱动”教学方法，将学生分成8个“学习小组”，旨在引导学生通过“自主探究”、“团队协作”的方法进行学习。创设企业工作情境、安排学生担任“总工、工程师、操作员1、操作员2、观察员、测评员”等角色分组展开4个子任务的教学。采用小组自评和互评，以操作结果为导向，将实操过程考核与实验记录表考核相结合，形成该小组的项目成绩。

3.2 教学过程

课前学生通过手机、电脑登陆学习平台自主学习，观看“4个子任务实操微课”，根据网上发布的学习指南和学习分组情况进行预习并完成相应的任务，在线自测以检验自己是否达到上课要求。

课堂中首先，任务导入，播放生产现场视频，下发本次子任务“任务单”、“实操手册”和“实验记录单”，让学生明确学习任务，任务单的设计务必有相关的知识罗列，具有一定的学习指南功能。实操手册设计应要简洁明了、步骤清晰，具有实操性。实验记录单设计应与教学环节和实验步骤紧密结合，具有一定的指引功能。

第二步，明确任务，创设学习情境，小组划分并分配学习角色，结合现场仪器设备向学生简单介绍子任务有关的知识和细节、允许学生拍照和录音，做好小组记录。采用问题讨论以检验学生知识储备与仪器仪表认知情况，并向学生宣布小组学习目标。

第三步，制定计划，依据学习目标，各小组召开实验实施前碰头会，以教师子任务“任务单”、“实操手册”和“实验记录单”为主要材料，结合自己网上搜索材料，讨论实践过程技能点、操作步骤、可能出现的情况及应对策略。对操作过程、注意事项和目标达成有一个清晰的认识，制定本小组实操计划。

第四步，实施计划，领取相关材料和实验装置，按规范对设备管路、仪器仪表线路、DCS控制柜、操作员站进行复位，经教师复查后。依据小组制定的计划完成相应图纸或控制方案图的绘制，进行管路阀门的开关、仪表通电、DCS通电、操作员站的开机等操作。依据制定的实验步骤和参数，进行实验操作，并将实验结果记录在实验记录单上。

第五步，检查控制，教师和从各小组中推选的1名观察员组成项目过程考核小组，对项目小组实操成果进行验收，如有错误应及时指导和纠正该小组的学习进程。

第六步，评价反馈，各组先进行项目展示，并对本组学习和实操进行自评，结合小组互评和教师点评，得到该组项目成绩。教师应对各组表现特别是操作过程中存在的问题进行细节点评，给出合理建议。

课后引导学生继续阅读相关小论文和企业实施案例，布置梯度化的作业，完成子任务相关等拓展任务。将所学知识应用到实际产品中，培养学生学以致用的能力。

4 教学反思

理实一体化教学设计，信息化教学手段的应用，项目引领，任务驱动的教学方法为学生提供了一个以“教师为主导，以学生为主体”课堂教学和学习的大舞台。避免了传统传授式教学的枯燥、抽象，使教学内容变得形象、生动，改变了学生懈怠、被动的学习状态，极大地调动了专业学生学习积极性和学习热情，提高了学生课堂参与度。以上是我们针对新形势下的任务和要求，对《化工检测及过程控制》课程进行的教学设计与实践。当前新时代对技能人才质量要求高，我们还需要进一步努力，培养学生审慎的思辨能力、扎实的实践技能和深厚的人文素养，能将国家发展需要，与自身条件和自身兴趣相结合，做好职业生涯规划。