引入任务驱动法改革技工院校化工仪表及自动化课程教学模式-教育文档

1、引入任务驱动法改革技工院校化工仪表及自动化课 程教学模式化工仪表及自动化是一门主要针对化工类专业开设的专业 基础课程， 是一门集自动控制、 仪器及计算机为一体的综合性学 科。该课程具有涉及知识面广、理论比较抽象、内容跨度较大、 教学时数少等特点。由于化工类专业学生对有关电学、 自动控制原理等方面的基 础知识了解较少， 而传统的教学模式在内容上只注重化工仪表及 自动化知识的系统性， 忽视其在化工行业不同方向的应用， 教学 方法也是采用老师课堂讲授理论、 课后学生做练习， 所以教学模 式的陈旧和落后造成教学效果不好是目前该课程的主要问题。 这 大大削弱了化工仪表及自动化在化工专业中的作用。 因此，

2、改革 并探索新的教学模式势在必行。 1 本文将通过对目前化工仪表 及自动化课程教学中存在问题的分析， 探讨引入任务驱动教学法 优化本课程教学模式的思路及方法。1. 目前教学中存在的问题教学目标模糊，重点不突出 化工仪表及自动化既不同于工 艺专业的基础课， 又不同于专业课， 它实际上是工艺专业重要的 一门辅助课。 对其教学目标的一般描述是， 使学生掌握化工生产 中的检测技术和自动控制系统方面的知识， 培养学生分析和解决 工程实际问题的能力。 1厉玉鸣教授主编的化工仪表及自动化 （第三版）对教学 目标给出了更为具体的描述。 即“通过本课程的学习， 应能了解 化工自动化的基本知识， 理解自动控制系统

3、的组成、 基本原理及 各环节的作用； 能根据工艺要求， 与自控设计人员共同讨论和提 出合理的自动控制方案； 能在工艺设计或技术改造中， 与自控设 计人员密切合作， 综合考虑工艺与控制两个方面， 并为自控设计 人员提供正确的工艺条件与数据； 能了解化工对象的基本特性及 其对控制过程的影响； 能了解基本控制规律及其控制器参数与被 控过程的控制质量之间的关系；能了解主要工艺参数（温度、压 力、流量及物位）的基本测量方法和仪表的工作原理及其特点； 在生产控制、 管理和调度中， 能正确地选用和使用常见的测量仪 表和控制装置，使它们充分发挥作用；能在生产开停车过程中， 初步掌握自动控制系统的投运及控制器的

4、参数整定； 能在自动控 制系统运行过程中， 发现和分析出现的一些问题和现象， 以便提 出正确的解决办法； 能在处理各类技术问题时， 应用一些控制论、 系统论、信息论的观点来分析思考，寻求考虑整体条件、考虑事 物间相互关联的综合解决方法。” 2从上述对教学目标的典型描述中可以看出， 一方面， 目前所 注重的都是知识和技能方面的要求， 尤其是在知识目标上， 基本 上将自控专业的所有内容都浓缩在这一门课程中， 不分轻重。 另 一方面， 只考虑了自控专业的要求， 忽视了这是一门针对化工工 艺专业的课程， 没有将本课程的知识与工艺专业的其他课程结合 起来，影响了对学生实际应用能力的培养。 而且化工仪表的

5、品种 多，更新速度又快，自动控制理论也处于快速发展的过程中，如 果学生没能将理论与实际结合起来， 对其应用有较深的理解， 就 很难跟上其发展， 必然造成面对新型仪表和控制方式手足无措的 局面，难以适应生产实际的需要。而且理论知识的面面俱到，也 有违技工院校主要培养技能型人才的特点。教学内容庞杂，条理不清晰 教学目标的问题，表现在教学 内容上就是极度庞杂，求全而不求精，重理论而不重应用。由于 课程内容涵盖了自控专业几乎所有的知识， 又造成了教学顺序安 排的混乱， 不同的教材按不同的思路组织。 如厉玉鸣教授主编的 化工仪表及自动化（第三版）的目录是：绪论、第一章 自动系统基本概念、 第二章 被控对

6、象的数学 模型、第三章 检测仪表与传感器、 第四章 显示仪表、 第五章 自 动控制仪表、第六章 执行器、第七章 简单控制系统、 第八章 复 杂控制系统新型控制系统、 第九章 计算机控制系统、 第十章 典 型化工单元的控制方案 2 。而乐建波主编的化工仪表及自动化 （第三版）的顺序安 排却是：绪论、第一章 化工测量仪表、第二章 自动成分分析仪表、 第三章 自动控制仪表、第四章 执行器、第五章 化工自动化基 础、第六章 新型控制系统与智能仪表 3 。上述两种是目前教材编排的典型顺序。 其主要区别是， 前者 先介绍化工自动化的基础知识， 以理论为基础，从自动控制系统 的组成出发，分别讲解各组成部分的

7、具体仪表， 然后再回到自动 化的内容，介绍控制工程的相关内容， 最后以典型化工单元的控 制方案，即实际应用结尾。后者则先介绍各类具体的仪表， 再到理论知识，即化工自动 化的基础知识和控制工程的相关内容等， 并将实际应用包括在控 制工程的相关内容中，最后以新技术介绍结尾。但现状是，无论哪种安排，都不能完全做到按知识的先后顺 序进行。这是因为同一专业的知识是有相关性的，彼此交叉，在 本专业学习时，这个问题可以通过几门课程同时开设来解决。 但 现在所有的内容都在同一门课程中，必然造成在学习过程中， 需要用到后面知识的困境，并且在没有对相关知识有较多了解的情 况下，很难真正理解当前所学的内容。教师在教

8、学过程中，只能 一会儿前面，一会儿后面，无法做到条理清晰、流畅地进行。而 学生也会感觉迷惑，往往在还没能将知识串起来以供应用时，就已失去学习的兴趣和信心。教学方法陈旧，效果不理想 教学目标的模糊，以及由此引 起的教学内容的庞杂，使得教师在教学过程中只能依赖于“教师 讲，学生听”的满堂灌的教学方法， 因为只有这样才能在有限的 教学时数内完成教学任务。这样就进一步增加了学生学习的困 难。另外，化工仪表及自动化是一门与生产实践密切结合的课 程，理论上应该开设一些实验。但实际情况是，由于仪表普遍价 格较高，而技工院校的办学条件往往都不太好，所以，能开设实 验并让学生真正动手操作的很少。 多数情况下，

9、都是黑板加粉笔 的教学方法。 这对于缺乏实际工作经验、 甚至连工厂是什么样都 没见过的技校生而言，会造成在学习时，很快就失去兴趣，而在 毕业后需要实际应用时， 又完全不能将学过的知识与实际联系起 来的现象。 因此，探索一种更适应此类综合性学科的教 学模式，以获得更好的教学效果，并真正体现技工院校的特色， 已经势在必行、 不得不为了。 而引入任务驱动教学法就是对本课 程教学模式改革的一种尝试。2. 任务驱动教学法任务驱动教学法的内涵 任务驱动教学法是基于建构主义学 习理论的一种教学方法。 其基本含义是： 任务驱动教学法是以解 决问题、 完成任务为主的多维互动式的教学理念； 将再现式教学 转变为探

10、究式学习， 使学生处于积极的学习状态， 每一位学生都 能根据自己对当前问题的理解， 运用共有的知识和自己特有的经 验提出方案，解决问题。 42.1 任务驱动教学法的教学过程。 第一步：任务引入。教师通过创设情景、温习旧知等方式引 入任务。第二步：任务研究。师生一起分析任务，教师讲解任务中需 要用到的新知识。 然后教师再根据分析结果分解任务， 并分配给 学生。第三步：任务实施。学生分组完成自己的任务，教师巡回指 导，遇到带有共性的疑难问题时，可集中讲解。第四步：任务交流。各小组向大家展示自己完成的结果，并 对自己的思路和方法进行说明。第五步：任务评价。对各小组完成的结果进行评价。可采用 自评、互

11、评、师评等方式进行。第五步：任务总结。教师总结本次任务情况。布置下一次任 务。 52.2 任务驱动教学法的特点。 任务驱动教学法要求在教学过 程中，以完成一个个具体的任务为线索， 把教学内容巧妙地隐含 在每个任务之中， 让学生自己提出问题， 并经过思考和教师的点 拨，自己解决问题。它强调学生要在真实情景中的任务驱动下， 在探索任务和完成任务的过程中，在自主学习和协作的环境下， 在讨论和对话的氛围中， 进行学习活动。 这样学生不仅学到了知 识、提高了技能，还培养了独立思考的能力，提高了学生的探索 创新精神。 学生在完成任务的过程中始终处于主体地位。 教师的 角色是学习情景的创设者、 学习任务的设

12、计者、 学习资源的提供 者、学习活动的组织者和学习方法的指导者。因此，任务驱动教学法的显著特点就是给了学生充分的自 由，成了学习的主体，改变了传统的“教师讲、学生听”的以教 定学的教学模式，创造了以学定教、学生主动参与、自主合作、探索创新的新型学习方式。 6任务驱动教学法的这种用一个个的任务将教学内容串联起 来，以及以学生为主导的教学模式， 正是克服化工仪表及自动化 课程目前教学中存在问题的良药。3. 优化教学模式的思路及方法 明确以培养学生继续学习能力为教学目的 职业学校教育是 定向教育的基础环节， 是受教育者结束基础教育后终身不断接受 定向教育的起始阶段，既是走上职业岗位以前的职业准备教育

13、， 也是为终身不断接受继续教育做准备的基础性定向教育。 职业学 校教育是面向一个职业群甚至几个职业群的学校教育， 不但要使 受教育者达到某种职业资格标准， 具有熟练的职业技能， 而且要 有在一个职业群甚至相关职业群中择业、 转岗的基础； 不但是把 学习者转化为劳动者的教育， 而且要使学生具有“适应职业变化 的能力”，是为受教育者奠定不断更新知识和技能基础的教育， 更是通过对受教育者全面素质和综合职业能力的培养， 全面提高 以创新精神和实践能力为重点的劳动者素质教育。 7我国基础教育课程改革也对课程目标提出了新的要求。即， 课程目标应具有完整性， 强调学生的全面发展， 即全人教育目标。 虽然职业

14、学校教育与基础教育有一定的区别， 但同样也应该与时 俱进，更新教育理念，尤其是在进行全人教育方面，应该是与基 础教育一致的。作为一门具有实际应用意义的专业课， 化工仪表及自动化除 需要数学、物理等基础知识外，还牵涉到机械、电子、计算机、 化工等学科。这些学科，尤其是计算机知识，更新极快，基本上 三、五年就会有新产品出现。因此，即使教师都能掌握最新的技 术，学校也具备最新的仪器设备， 也不可能教会学生在工作中所 需的全部知识。所以，教会学生学习才是最重要的，只有具备了 继续学习的能力，才能真正胜任实际工作。引入任务驱动教学法，用实际应用方案串起课程内容由于化工仪表及自动化课程的内容涵盖了自控专业

15、的所有内容，因而造成内容庞杂，且无法完全解决前后内容交叉的问题，加之课时数有限，所以合理安排教学内容和顺序， 是本课程研究的一个重 要课题。虽然已有很多这方面的研究和探究， 但到目前为止似乎 还是没有找到很好的解决方法。 本文试图依据技工院校的培养目 标，从应用的角度，以培养学生继续学习能力为目标，引入任务 驱动教学法，对本课程的教学内容和安排做一个全新的尝试。首先，减少自控专业理论知识的比例，以够用为原则，以教 会学生学习、思考方法为目标。如教授化工仪表时，各类只介绍 一到两种常用且在结构和原理上有代表意义的品种即可， 而且不 必对电路原理等纯理论知识做要求。其次，以综合应用为抓手，引入任务

16、驱动教学法，打破章节 的顺序，将课程内容重新组合排列，用一个个的典型应用串起所 有内容。比如，以典型化工单元的控制方案为主线，将每一个控 制方案作为一个任务，可以每次课完成一个任务， 也可以将一个 任务再分解为几个子任务， 每次课完成一个子任务。 以离心泵的 控制方案为例，将其作为一个任务， 并安排在绪论后的第一次课， 用以教授自动控制系统的组成及控制过程。第一步：任务引入。请学生回忆前一学期刚刚学过的化工 原理 中有关离心泵的知识， 其中关于离心泵常用的流量控制方 法有：（1）控制离心泵出口阀的开度； （2）改变叶轮转速； （ 3） 改变叶轮直径。 然后提出问题， 如何实现这些控制方案？根据

17、学 过的知识， 只能回答如何改变叶轮直径， 即一个基本型号的泵配 备几个直径大小不同的叶轮。 8 这样，就引入了本次课的任务， 如何实现另两种控制方案？第二步：任务研究。 教师讲解自动控制系统的组成及控制过 程。由于已将任务植入学生大脑，因而会提起他们的兴趣，也会 使他们在听课时更加集中。但要注意，讲课时间不可过长，不必 面面俱到，等学生在完成任务过程遇到困难，再细讲，所谓“不 愤不启，不悱不发”，会起到更好的效果。 第三步：任 务实施。基本内容讲完后，将学生分为四组，每两组完成一种控 制方案的编制。 如在完成过程中有困难， 教师可就共性问题进行 讲解，直至完成任务。需要注意的是，在任务实施的

18、过程中，最 好放手让学生独立完成， 即使出错也不必立刻指正， 错误会给学 生更深的印象。 并且允许所完成的任务带有瑕疵， 因为刚开始学 习的学生不可能完美地实现所有的控制方案， 留有遗憾可以作为 作业，或下一次任务的引入。第四步：任务交流。组织各小组将自己的成果向大家展示， 并介绍完成任务的过程，解说思路和方法。第五步：任务评价。任务评价应包括两个方面的内容，一是 对完成的方案进行评价； 二是对完成任务的过程进行评价。 这两 方面都可以采取自评、互评和师评的方法进行。至此，学生不但 会对自动控制系统的组成及控制过程有深刻的理解， 而且也从开 始就了解了自动控制在化工生产中的实际应用。 并将本课

19、程与以 前所学的知识有机地结合起来，做到知识的完整性。第六步：任务总结。 对本次课的知识以及学生在完成任务过 程中的表现进行总结。 并可根据存在的问题布置作业， 让学生在 课后进一步对本次课的内容进行探究。下次课可以从构建的方案中所用的仪表出发， 引入各类仪表 的讲解。这样，通过一个个的控制方案，就可以将本课程的所有 内容都串起来。 不但可以让学生从应用的角度学习， 而且训练了 学生的思维，当他们将来在工作中遇到问题时，不会手足无措， 从而培养了学生继续学习的能力。4. 改进教学方法，优化教学效果4.1 多种教学手段并用。化工仪表及自动化是一门实用的专业课程， 因此， 要想使学 生真正掌握所学

20、的内容，还要注意理论联系实际。所以，多开设 实验课会取得较好的效果。但目前的实际情况是， 一般的技工院校条件有限， 无论是课 时、师资、还是仪器设备，都很难满足要求。在这种情况下，可 以通过多种教学手段并用的方式， 尽量在现有的条件下， 取得较 好的教学效果。比如，无法完成的实验，可以利用多媒体教学， 通过图片、动画和演示运行来替代；有条件的话，还有以带学生 到生产现场观摩实习， 即使只是简单地参观现场， 也会起到很好 的效果。这样的活动最好能多次进行，第一次在绪论之后，然后 每过一段时间就到现场， 用生产现场的实际验证所学的知识； 而 计算机控制部分的内容最好能配合计算机仿真实验。4.2 多种教学方法并用。引入任务驱动教学法， 可以优化化工仪表及自动化课程的教 学模式， 但并不等于只能囿于这一种教学方法。 在实际