行动导向法指导下的《过程装备控制技术》在毕业设计中的应用

郑秀红 张翠英 王洪涛 林楠 卫明社

摘要：本文针对过程装备与控制工程专业毕业学生在控制方面掌握的知识结构不均衡，从而限制了其发展和就业等问题，对《过程装备控制技术》课程采用行动导向法教学模式进行教学改革，提出了行动导向法指导下的《过程装备控制技术》在毕业设计中的设计思路，并在本院的过程装备与控制工程专业进行了尝试，结果表明行动导向法教学模式有助于提高学生的综合职业能力和就业竞争力。

关键词：过程装备控制技术；行动导向法；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）30-0241-02

引言：

从企业对过程装备与控制工程专业毕业学生在控制方面需掌握的知识结构及发展需求来看，不仅需要设计设备本体，更需要设计机电一体化产品。但目前毕业生的现状是，对设备本体设计尚可，但对机电一体化产品设计存在困难，主要原因是控制类课程理论程度高，与实际应用有一定差距，所以对控制类课程进行优化，尤其是对过程装备控制技术这门核心专业课程进行教学改革，提高其教学质量显得尤为紧迫。通过实施教学改革，有望拓宽过程装备与控制工程专业毕业学生就业范围，使学生对设备本体设计及自动化控制设计两方面都能得心应手，大大提升毕业生的就业竞争力。

综上所述，开展系统深入的研究，进行《过程装备控制技术》课程教学改革，确立新的人才培养目标，实现过程装备：化—机—电一体化的专业培养特色和模式，构建“行动导向”新的教学体系，创新应用型人才培养模式，是当前迫在眉睫的任务。

一、行动导向法

“行动导向法”，是指教师不再按照传统的学科体系来传授教学内容，而是按照行为或工作任务来确定学习内容、目标，设置学习情境，组织教学。教学内容以职业活动为核心，以学生为主体，以教师为学习过程的组织者与协调者，通过行动来获得实际职业环境中所需要的能力。“行为导向”可以采用多种方式进行课堂教学，主要的包括“635”教学法，“头脑风暴”教学法，“项目”教学法及其角色扮演法、情境教学法、实验法等。行动导向法的引入，旨在改变传统的教学模式，以更好地培养学生的职业技能。同时使学生具备综合职业能力。本文旨在根据现代高等教育的培养目标，将“行动导向”教学法应用于《过程装备控制技术及应用》课程的毕业设计教学中，并取得较好的效果。

二、《过程装备控制技术》在过程装备与控制工程专业中的地位

过程装备与控制工程专业特色是基于专业培养目标和毕业生能力的要求，将“过程”、“装备”与“控制”这三个知识领域有机结合在一起，以机械为主，工艺与控制为辅的“一体两翼”的复合型交叉专业。我院本专业控制方面的核心教材主要采用《过程装备控制技术及应用》，与以前的《过程控制及自动化仪表》或与《自动检测技术》相比较，该书包含的内容要广，内容较新。该书覆盖了过程装备传感器检测技术、气动和电动仪表、计算机过程控制技术、可编程控制器及其应用、典型过程控制系统等方面。从使用的情况来看，该书控制方面内容涉及很宽，但是在讲授时也存在一些问题，比如讲解知识点较广，但有些知识点感觉只是点到为止，并不深入，使学生在工作时不敢用。如何吃透它，改变传统的教学模式势在必行。

本文从过程装备控制技术在毕业设计中的应用角度出发，采用行动导向法教学模式从选题、方案的设计及各种仪表的选择等方面做了阐述。希望能对学生的毕业设计有些帮助。

三、行动导向法指导下的《过程装备控制技术》在毕业设计中的设计思想

1.通过选题确定职业岗位。对社会需求的调查与分析是教学设计的起点，以便确定专业岗位。毕业设计的选题应围绕这些专业岗位并符合专业培养目标，难度要适宜。毕业生可以在指导教师的指导下根据自己实际情况自主选题，也可以结合毕业去向进行选题。选题应本着充分调动学生的积极性和主动性的原则。

2.分析岗位职责，分解任务。通过对岗位职责分析，确定完成每一项工作任务所需的职业能力，从而进行任务分解，建立设计控制系统的框架。下面以设计隔焰式隧道窑温度控制系统这个项目为例进行介绍。设计时主要包括：（1）控制系统方案的设计。在充分熟悉了隔焰式隧道窑生产工艺流程的基础上，确定了窑道的烧成带的烧结温度为生产中的主要控制指标后，对要控制的对象——隔焰式隧道窑进行干扰因素分析，最后通过对各种控制方案优劣的比较，确定采用串级控制的方案。（2）确定系统的被控变量和操作变量。被控变量是生产中需控制的关键性变量，操作变量则是起控制作用的变量。选择时可根据被控变量和操作变量的基本选择原则，从多个变量中选择一个合适的变量作为被控变量或操作变量。该项目隔焰式隧道窑温度串级控制系统中，学生通过对隔焰式隧道窑具体工艺及质量指标的分析，选定窑道烧成带的温度作为主被控变量，以燃烧室温度为副被控变量，将燃料的流量作为操纵变量。（3）被控对象数学模型的建立。建立被控对象数学模型的目的是为了进行控制器参数的整定和系统的调试以及利用数学模型进行仿真研究。该项目学生采用实测建模在副对象（燃烧室）、主对象（隔焰板、烧成带）的输入端分别加上激励信号，得到输出的响应曲线，然后利用先验知识分析曲线，根据曲线的特点用数学的方法归纳出主、副对象的数学模型。（4）控制器控制规律的选择。控制器是对控制系统中信息经过运算处理发出控制信号，对控制质量起决定性的作用。了解常用的几种控制规律（位式、P、I、D）的选择原则及其优缺点是选择适当控制规律的前提。该项目隔焰式隧道窑温度串级控制系统中有两个控制器，一个主控制器，一个副控制器。因为主变量烧成带的温度工艺对它的精度要求高，一般要求达到1300℃，偏差不得超过±5℃，且主对象容量滞后较大，所以主控制器选用PID控制规律；副调节器的任务是要快动作以迅速抵消落在副环内的二次扰动，而且副变量燃烧室温度并不要求无差，所以选了P调节器。（5）测量变送装置及控制阀的选择。测量变送装置的作用是将工业生产过程的参数（如流量、压力、温度、物位和成分等）经检测并转换为标准信号。对测量变送装置的基本要求是准确、迅速和可靠。控制阀的选择包括：控制阀结构形式的选择；控制阀流量特性的选择；气开式与气关式的选择；控制阀口径的选择。选择时要综合考虑各方面，选择出合适的测量变送装置及控制阀。该项目隔焰式隧道窑温度串级控制系统中，主、副变量的温度均高于600℃，所以学生一般多选用热电偶温度变送器，热电偶的型号为铂铑30-铂铑6；考虑到生产的安全，控制阀选择“气开”工作方式的直通单座阀。（6）控制系统整定方法的选择。一旦系统按所设计的方案安装就绪，对象的特性和干扰位置等因素基本固定下来，这时系统的质量主要取决于控制器参数的整定。该项目隔焰式隧道窑温度串级控制系统的整定学生们采用先副环后主环的两步整定法，具体整定的方法上可用经验凑试法。（7）通过系统仿真验证控制方案的成败。计算机仿真在系统研究中的重要性在于它不仅经济而且安全可靠。如可使用MATLAB软件里的Simulink仿真工具，构造仿真模型，针对目标知识点进行仿真，得到仿真曲线来评价所设计控制方案的质量。质量完全满足要求，则控制方案设计是合理的。该项目隔焰式隧道窑温度串级控制系统学生们采用MATLAB软件里的Simulink构建仿真模型，得到的仿真曲线基本满足工艺提出的品质指标的要求。

3.将行动领域转换成学习内容。以上是对一个完整的工作进程中每个具体行为所需要的职业能力进行了阐述和学习，从而将行动领域转换成学习内容。具体采用行动导向法的哪种教学方法应根据教学设计内容灵活选择使用。

4.对项目结果的汇报、演示、评估。最后，通过毕业答辩，对该项目的结果进行汇报、演示，由老师和学生联合评估是否达到了预期目标，项目实施过程中出现了什么问题，如何解决，结果中哪些好，哪些有待改进等等。

四、结束语

总之，行动导向教学法中学习是个体的行动，学生是学习的主体，教师是学习行动的组织者、引导者、咨询者，为了“行动”来学习并通过“行动”来学习，从而达到教、学、做一体化。行动导向教学法不强调知识的系统性，在教学中重视“案例”教学，重视“解决实际问题”及“自我管理式的学习”。这种教学方法的作用，不仅使学生更快地掌握了专业技能，同时培养学生解决工程实际问题的方法能力、与人协作共事的社会能力和创新精神。

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