邱文棣

摘要：項目教學法已得到眾多職業(yè)院校老師的認可，但如果教學時選擇的項目是不切實際的，那項目化教學就難以完成原定的教學目標，一個可操作的項目對象是項目化教學能否有效開展的前提和保證。本文詳細介紹了溫度控制課程中項目對象實訓裝置的設(shè)計方案及項目化教學實施的情況。

關(guān)鍵詞：項目教學 溫度控制 實訓裝置 教學有效性

化工儀表及自動化專業(yè)核心內(nèi)容是四大參數(shù)——壓力、液位、流量及溫度的檢測與自動控制，以往在自動控制專業(yè)的教學方案設(shè)計和實施過程中，通常是以過程檢測技術(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)計來構(gòu)成專業(yè)課程教學平臺，課程內(nèi)容主要以傳統(tǒng)的學科體系安排。

為了體現(xiàn)中等職業(yè)教育的特征，2016年全國化工中職儀電專委會對這些課程的內(nèi)容按四大參數(shù)重新進行整合，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、溫度的測量原理、測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、繪制和識讀帶控制點的工藝流程圖；簡單溫度控制系統(tǒng)和復(fù)雜溫度控制系統(tǒng)的組成、儀表選用和投運、參數(shù)整定等。

溫度的檢測與控制在化工生產(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、穩(wěn)定控制又是比較困難的。所以對化工儀表及自動化專業(yè)的學生來說，學好這門課就顯得尤為重要。

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

二、項目教學法可以提高課程教學的有效性

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

項目教學法是通過實施一個完整的項目而進行的教學活動，其目的是在課堂教學中把理論與實踐教學有機地結(jié)合起來，充分發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能，提高學生解決實際問題的綜合能力。

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

項目教學法把學生作為教學的中心，強調(diào)學生在教學中發(fā)揮主觀能動作用，注意調(diào)動學生的學習自覺性和主動性，教師和學生之間的活動是互動式的。

項目教學法的關(guān)鍵是設(shè)計和制定一個項目的工作任務(wù)，一個由學員組成的小組有一項確定的工作，他們可以自己計劃并且完成工作。這樣的教學法肯定會受到學生們的認可，只要任課老師能遵循項目教學法的教學流程組織教學，想必會收到較好的教學效果。

三、溫度控制課程項目化教學實施過程中存在的問題

開展項目化教學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，儀表自動化專業(yè)的老師經(jīng)過前期的培訓，大部分都取得了高級工或技師職業(yè)資格證書，同時也參與過項目教學法的理論學習，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。

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

但在實施過程中發(fā)現(xiàn)其最大的問題是項目難以落實。書中的項目是圍繞圓筒爐的溫度控制任務(wù)展開，項目對象是圓筒爐。工藝過程大致是：燃料在爐膛里燃燒后產(chǎn)生1000～1500℃的高溫煙氣，在輻射室內(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流室，溫度約降到600～800℃。在對流室內(nèi)煙氣主要以對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)計的自動控制系統(tǒng)能快速、準確地克服干擾對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)當前職業(yè)教育教學改革，打破了傳統(tǒng)的學科體系，通過項目引領(lǐng)把相關(guān)的知識和技能由一個個子項目或小任務(wù)加以消化、理解、掌握及提高。看似是一個很好的項目化教材，通過一個項目實現(xiàn)溫度控制系統(tǒng)這門課程的基本教學要求，設(shè)想是很好的。但學校的同事在使用此教材進行教學的過程中，發(fā)現(xiàn)它只能停留在理論層面——可以按項目來組織理論教學，卻無法真正實施。原因之一是學校不可能有這樣的一個圓筒爐，原因之二是這樣高的溫度對學生實訓來說既危險又不現(xiàn)實，這樣的項目化教學只能是偽項目化教學。顯然，要在溫度控制等課程中開展項目化教學，前提是要有一個合理的項目對象，即可以讓學生進行實訓的裝置。

四、項目對象實訓裝置的設(shè)計

1.項目對象實訓裝置設(shè)計基本思想

一個可操作的項目對象是項目化教學能否有效開展的前提和保證。結(jié)合溫度控制這門課程，該項目對象實訓裝置應(yīng)能實現(xiàn)如下基本要求：溫度的不同測量方法、測溫元件的安裝；溫度的測量和顯示；簡單溫度控制系統(tǒng)和串級溫度控制系統(tǒng)的創(chuàng)建、系統(tǒng)的安裝、調(diào)試、投運、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.項目對象裝置設(shè)計方案

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

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

本項目對象裝置就是以工業(yè)鍋爐燃燒的送風系統(tǒng)為模型而設(shè)計的，它主要包括設(shè)備部分、測量部分、儀表控制柜和聯(lián)鎖系統(tǒng)等四大部分。

（1）設(shè)備部分。主要由風機、加熱器、電動執(zhí)行器、蝶閥、送風管道、烘干塔、電磁閥、手動旁路閥等組成。

工藝流程是經(jīng)風機后的進口空氣通過蝶閥送到加熱器，加熱后的熱風經(jīng)過送風管道送到烘干器內(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)風管道送回風機入口二次利用，再循環(huán)達到節(jié)能的目的。

此外還增加兩個附設(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、熱電偶比對校驗；二是安裝管段，其上可實現(xiàn)測溫熱電阻、熱電偶、雙金屬溫度計等常用溫度測量儀表的不同安裝方式的實訓。

（2）測量部分。主要有空氣進口溫度、加熱器表面溫度、加熱器出口溫度、送風管道夾套溫度、循環(huán)風管溫度、烘干塔頂部溫度、烘干塔中心溫度、烘干塔內(nèi)部溫度的溫度測量儀表等組成，如圖所示（圖中附設(shè)裝置省略了測量儀表標記）。

（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（用于各個測量點溫度顯示）、多個智能數(shù)字顯示控制儀表（可做主調(diào)節(jié)器和副調(diào)節(jié)器）、報警器聲音試驗按鈕和消除按鈕、閃光報警器等。

有了這些儀表設(shè)備，可以實現(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口溫度串級控制子系統(tǒng)等，便于學生自主發(fā)揮。

（4）安全儀表系統(tǒng)。安全儀表系統(tǒng)（簡稱SIS），又稱為安全聯(lián)鎖系統(tǒng)。對應(yīng)工廠控制系統(tǒng)中報警和聯(lián)鎖部分，對控制系統(tǒng)中檢測的結(jié)果實施報警動作、聯(lián)鎖控制，是工廠企業(yè)自動控制中的重要組成部分。

本裝置中的聯(lián)鎖主要包括兩個部分；一是送電順序聯(lián)鎖。在操作順序錯誤的情況下，送電不通（加熱系統(tǒng)正常送電順序：送風機通電使風機運行，然后才能接通電加熱器電源），以保護設(shè)備的安全。二是加熱器本體溫度報警聯(lián)鎖功能。即在送風機因故障不能運行時加熱器本體溫度升高到設(shè)定值時將自動切斷加熱器電源，以保護人身和設(shè)備安全。

利用這一部分可實施安全聯(lián)鎖方面的實訓操作，以提高學生對安全操作方面的認識。

本實訓裝置方案在全國化工儀表教學研討會上進行了介紹，得到了與會代表的積極評價，對存在的一些不足他們也提出了寶貴的意見。參會的企業(yè)行家對該實訓裝置的方案也給予了肯定，一年之后他們就把項目裝置設(shè)計方案的模型變成了現(xiàn)實。

之后企業(yè)還以我們這些有參與實訓裝置設(shè)計和討論的人員為發(fā)明人，于2016年2月向中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局申請了“溫度控制系統(tǒng)安裝實訓裝置”的實用新型專利，同年7月正式獲得了此項專利證書。

五、利用此套實訓裝置實施項目化教學的過程

2014年全國化工中等職業(yè)學校、化工技師學校以及化工高職院校相繼向廠家訂購此套實訓裝置，筆者學校也以優(yōu)惠的價格采購了一批，并于2015年投入使用，同時筆者親自嘗試以此實訓裝置為項目對象實施項目化教學。

依據(jù)溫度控制系統(tǒng)課程的教學大綱要求，結(jié)合本項目對象實訓裝置，對教學內(nèi)容進行了重新整合，把本課程內(nèi)容由淺入深分解成以下相對獨立又前后關(guān)聯(lián)的任務(wù)。任務(wù)一，溫度的測量和顯示；任務(wù)二：烘干加熱循環(huán)溫度的簡單控制；任務(wù)三：烘干加熱循環(huán)溫度的串級系統(tǒng)。

每個任務(wù)又由若干小任務(wù)組成，每個小任務(wù)一般用時4個課時。任務(wù)分小組進行，每個小組成員為4～5人，設(shè)一名小組長，分配一套設(shè)備。

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

老師提出任務(wù)后先對任務(wù)進行操作演示（明確任務(wù)、激發(fā)興趣）；學生們觀看、閱讀老師提供的相關(guān)素材并進行小組討論，老師巡堂以了解學生們討論的情況，并回答他們提出的問題；老師簡單介紹熱電偶的測溫原理，再對本任務(wù)中要用到的數(shù)字顯示儀表的功能、接線端、安裝注意事項和操作使用進行講解、演示；小組成員確定實現(xiàn)任務(wù)的方案，與此同時老師對存在的問題給予點撥（在此過程，組員要互相表述基本思路，以提高學生的表達能力）；方案審核通過的小組就可以動手實施，需要通電的在通電之前務(wù)必先由老師（實驗員）進行檢查；小組觀察、自查任務(wù)實施效果，再由老師進行檢查，也可由其他小組互查；最后老師考核點評。點評時往往對任務(wù)完成好的和相對差的各選一組進行，同時對實訓過程中存在的問題、基本的概念和知識點加以歸納。

在項目和任務(wù)的實施過程中，過程性評價貫穿整個教學過程，也推動了教學評價的改革。

每個小任務(wù)完成后一般另外安排2個課時進行知識點的概括、總結(jié)以及知識和技能的延伸，此過程也是以探究的方式進行。還是以上述任務(wù)為例，概括、總結(jié)環(huán)節(jié)可以讓學生探究不同環(huán)境下的熱電偶的選用、不同安裝方式對測溫的影響、為何要使用補償導線、為什么要進行熱電偶的冷端溫度補償?shù)葐栴}，同時還可以通過實例和實驗進行驗證，以加深學生們的理解。

六、教學效果與體會

通過一個學期幾個任務(wù)的實現(xiàn)，所教班級的學生在對溫度控制課程基本知識和基本技能目標要求進行考核時，達到優(yōu)等的學生比例約為20%，良好的學生比例約為40%，合格的學生比例約為35%，不合格學生比例不到6%。同時在安全、規(guī)范、節(jié)能、環(huán)保、協(xié)作以及責任、細心、表達能力等職業(yè)素養(yǎng)方面，學生們也都得到了鍛煉，綜合能力得到了提升。

實踐證明利用所設(shè)計的新型溫度控制實訓裝置作為項目教學的項目對象，在實際教學中收到了明顯的成效，提高了課堂教學的有效性，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

第一，可以把項目教學落到實處，體現(xiàn)了職業(yè)教育“學中做、做中學”的現(xiàn)代理念，做到了認識一實踐一再認識的這一螺旋上升的過程，教學效果明顯提升。

第二，項目對象實訓裝置可以實現(xiàn)控制方案的多種選擇，這有利于學生們的自由發(fā)揮，可以培養(yǎng)他們的獨立性和創(chuàng)新意識。

第三，可以培養(yǎng)學生關(guān)于工程的概念和思想。方案設(shè)計、繪制帶控制點的工藝流程圖、按信號呼應(yīng)法進行接線、系統(tǒng)投運（手動-自動無攏動）、調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇和參數(shù)整定、完成實訓報告書等。

按照此過程實施的教學基本上遵循了基于建構(gòu)主義的項目教學法，能使學生的創(chuàng)新能力和實踐能力得到極大的提升。當然整個流程還有待進一步完善。

在實訓裝置方面今后還需進一步的改造。如加熱器部分可增加一個晶閘管控制，這樣就可以實現(xiàn)更多控制方案的選擇。