仿真教學(xué)課程設(shè)計(jì)行動(dòng)導(dǎo)向

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一、課程設(shè)計(jì)的改革思路

本課程遵循教育部“工學(xué)結(jié)合”的課程改革理念,積極探索,大膽創(chuàng)新,改革高職層次原理類課程的舊有理論教學(xué)模式,摒棄“自動(dòng)控制原理”課程中繁瑣的理論計(jì)算和公式推導(dǎo),以必須、夠用為原則,以火電廠大機(jī)組運(yùn)行過程中的實(shí)際控制任務(wù)為導(dǎo)向,以學(xué)院自主研制開發(fā)的300MW、600MW火電廠集控運(yùn)行仿真系統(tǒng)為載體,引入先進(jìn)的仿真控制技術(shù),采用先進(jìn)的仿真教學(xué)手段,將自動(dòng)控制原理的理論知識(shí)融入各種控制任務(wù)中,學(xué)習(xí)火電廠熱工自動(dòng)控制問題,使學(xué)生理論知識(shí)與實(shí)踐技能兼?zhèn)洹?/p>

1.“基于生產(chǎn)過程分析”的課程設(shè)計(jì)

根據(jù)企業(yè)調(diào)研及組織專家座談,結(jié)合“集控值班員”工種的職業(yè)標(biāo)準(zhǔn),把火電廠生產(chǎn)過程中所運(yùn)用熱工控制的知識(shí)點(diǎn)和能力點(diǎn)進(jìn)行分類羅列和分析,選取火電廠生產(chǎn)過程中對(duì)設(shè)備和生產(chǎn)流程進(jìn)行順序控制和自動(dòng)保護(hù)的開關(guān)量控制、運(yùn)行參數(shù)的模擬量調(diào)節(jié)等典型控制任務(wù),將完成這些控制任務(wù)所需的“自動(dòng)控制原理”中的控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型、控制系統(tǒng)時(shí)域分析等方法融入各個(gè)控制任務(wù)中。按照火電廠集控運(yùn)行整機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)的生產(chǎn)過程,即從輔助系統(tǒng)啟動(dòng)、鍋爐點(diǎn)火、升溫升壓、汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)升速到并網(wǎng)帶負(fù)荷以致單元機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行全過程,對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行重組,設(shè)計(jì)了7個(gè)學(xué)習(xí)情境。將鍋爐、汽輪機(jī)、泵與風(fēng)機(jī)等幾大專業(yè)課程相關(guān)知識(shí)互相融合,理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合起來,使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中能站在全局控制的高度進(jìn)行仿真運(yùn)行操作。7個(gè)學(xué)習(xí)情境的開展和深入,既符合從開關(guān)量的開環(huán)控制方式到模擬量的閉環(huán)控制方式;從火電廠輔助系統(tǒng)到鍋爐、汽機(jī)本體設(shè)備到單元機(jī)組整體控制;從簡(jiǎn)單到復(fù)雜,從單一到綜合,由易到難,由淺入深的認(rèn)知規(guī)律,同時(shí)符合運(yùn)行人員從輔崗到主崗的崗位認(rèn)知順序。

2.“以工作過程為導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的教學(xué)模式

以上學(xué)習(xí)情境中,采用“以工作過程為導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的教學(xué)模式,以能力培養(yǎng)為本位,強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為教學(xué)做的中心。按“由簡(jiǎn)單到復(fù)雜,由單一到綜合”的認(rèn)知規(guī)律,把課程內(nèi)容進(jìn)一步分解成接近于生產(chǎn)實(shí)際的18個(gè)教學(xué)單元,即控制任務(wù)單元,實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)實(shí)現(xiàn)一體化。在每個(gè)控制任務(wù)的教學(xué)設(shè)計(jì)中,以大量現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及系統(tǒng)的系統(tǒng)圖、視頻、FLASH動(dòng)畫、設(shè)備模型、運(yùn)行規(guī)程作資訊內(nèi)容,引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)現(xiàn)場(chǎng)的控制設(shè)備和控制對(duì)象,結(jié)合運(yùn)行要求分析并明確熱工自動(dòng)控制應(yīng)實(shí)現(xiàn)的控制任務(wù)。與學(xué)生一起進(jìn)行分析和討論后,引入相應(yīng)的控制技術(shù),補(bǔ)充所需的自動(dòng)控制原理的理論知識(shí),確定控制方案。由學(xué)生利用仿真軟件仿真實(shí)現(xiàn)控制功能。最后在所學(xué)的控制內(nèi)容的指導(dǎo)下,結(jié)合運(yùn)行操作規(guī)程完成仿真機(jī)上的運(yùn)行操作和控制。整個(gè)教學(xué)過程中,課堂和實(shí)訓(xùn)地點(diǎn)一體化。校內(nèi)自動(dòng)控制原理實(shí)訓(xùn)室和仿真實(shí)訓(xùn)室具備多媒體教學(xué)條件,并且設(shè)備臺(tái)套數(shù)充足,均配備所需的仿真軟件。教師在實(shí)訓(xùn)室采取基于行動(dòng)導(dǎo)向的教學(xué)方法,及時(shí)指導(dǎo)學(xué)生的“工作”,在仿真軟件上進(jìn)行訓(xùn)練,在仿真機(jī)上完成考核,使教、學(xué)、做、訓(xùn)、考有機(jī)地成為一個(gè)整體,教學(xué)過程銜接良好,實(shí)施流暢。教學(xué)考核采取過程考核的辦法,除依據(jù)學(xué)生所實(shí)現(xiàn)的控制功能仿真效果以及仿真機(jī)運(yùn)行操作的完成情況來評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)之外,更注重考核學(xué)生在真實(shí)任務(wù)的實(shí)施中表現(xiàn)出的態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)、工作踏實(shí)、團(tuán)結(jié)協(xié)作、做事積極認(rèn)真的精神風(fēng)貌和工作作風(fēng),以培養(yǎng)學(xué)生在計(jì)劃、做事、交流、表達(dá)、溝通、協(xié)作等方面的能力和素質(zhì),促進(jìn)關(guān)鍵能力的培養(yǎng)。學(xué)生每完成一項(xiàng)工作任務(wù),自豪感和自信心都得到進(jìn)一步提升,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。通過不斷積累知識(shí),提高技能,培養(yǎng)學(xué)生的綜合職業(yè)能力,形成良好的職業(yè)素養(yǎng),使學(xué)生畢業(yè)后能更快地適應(yīng)社會(huì)和企業(yè)的實(shí)際工作。

二、多重仿真、虛擬技術(shù)做教學(xué)支撐

本課程大量使用實(shí)用、先進(jìn)的仿真教學(xué)手段,各種類型的控制任務(wù)均有相應(yīng)的仿真技術(shù)做支撐。學(xué)生能很快熟悉機(jī)組運(yùn)行過程及其對(duì)自動(dòng)控制的要求,使生產(chǎn)過程自動(dòng)控制與運(yùn)行人員集控操作有機(jī)結(jié)合起來。多元化的仿真教學(xué),有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,教學(xué)效果明顯得到增強(qiáng)。

1.數(shù)字仿真技術(shù)的應(yīng)用,化抽象為具體

火電廠順序控制和自動(dòng)保護(hù)采用的是開關(guān)量邏輯控制系統(tǒng),大量復(fù)雜、抽象的邏輯關(guān)系難以理解,分析較困難,因而設(shè)備動(dòng)作之間的關(guān)系和順序僅憑簡(jiǎn)單記憶,難以把握。針對(duì)此問題,我們創(chuàng)新引入ElectronicsWorkbench(EWB,現(xiàn)multiSIM)專用于電子線路仿真的軟件工具,如圖2。該軟件仿真功能強(qiáng)大、直觀的圖形化界面與電廠分散控制系統(tǒng)中的邏輯功能圖非常接近,仿真儀器、元器件的選擇、仿真的手段等均與實(shí)際控制相符,因而模擬開關(guān)量的邏輯控制有效而實(shí)用,使得復(fù)雜、抽象、難以理解的邏輯關(guān)系能通過過程仿真具體地反映出來,設(shè)備動(dòng)作順序及條件直觀可見,有效地解決了順控和保護(hù)中邏輯實(shí)現(xiàn)的問題。并且該軟件簡(jiǎn)單易學(xué)、學(xué)生軟件操作上手快、不增加學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān),在增強(qiáng)學(xué)生分析控制邏輯及邏輯設(shè)計(jì)能力的基礎(chǔ)上,從實(shí)現(xiàn)機(jī)組穩(wěn)定、安全及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的角度進(jìn)一步理解設(shè)備操作的條件和順序,使學(xué)生能站在全局控制的高度完成對(duì)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行啟、停和開、關(guān)的準(zhǔn)確操作,而不是簡(jiǎn)單背誦操作規(guī)程的機(jī)械操作,有效指導(dǎo)學(xué)生在機(jī)組運(yùn)行中碰到的大量設(shè)備順控操作的問題,教學(xué)效果非常好。針對(duì)模擬量參數(shù)閉環(huán)控制,我們采用MATLAB仿真軟件,利用該軟件在數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)分析、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真方面的強(qiáng)大功能,完成自動(dòng)控制原理中控制對(duì)象數(shù)學(xué)模型分析以及控制系統(tǒng)的時(shí)域分析,實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)調(diào)節(jié)的各種控制方案。

2.大型火電機(jī)組仿真系統(tǒng),與企業(yè)零距離接軌

針對(duì)集控運(yùn)行專業(yè)對(duì)電廠進(jìn)行集控運(yùn)行操作的要求,我們以學(xué)院自主研制開發(fā)的300MW、600MW火電廠集控運(yùn)行仿真系統(tǒng)為載體,作為集控專業(yè)講練一體化教學(xué)和運(yùn)行操作綜合訓(xùn)練的多功能教培實(shí)訓(xùn)基地。學(xué)生在仿真機(jī)上可真實(shí)模擬集控運(yùn)行值班員的全過程操作。仿真系統(tǒng)中一臺(tái)仿真機(jī)可對(duì)應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)一臺(tái)操作員站,可以根據(jù)教學(xué)需要選取所需運(yùn)行工況,結(jié)合教學(xué)內(nèi)容完成特定仿真操作,參加仿真運(yùn)行考核。并能采用角色扮演的教學(xué)方法體驗(yàn)運(yùn)行崗位職責(zé)和管理模式,與企業(yè)實(shí)現(xiàn)零距離接軌。

三、采用基于“行動(dòng)導(dǎo)向”的教學(xué)

為突破傳統(tǒng)的職業(yè)教育方法,注重理論知識(shí)的傳授和操作技能的訓(xùn)練,對(duì)實(shí)踐能力、解決問題的能力、合作能力以及創(chuàng)新能力等方面的培養(yǎng)不足,我們采用基于“行動(dòng)導(dǎo)向”的教學(xué)。大量使用案例教學(xué)法、模擬仿真教學(xué)法、頭腦風(fēng)暴法、角色扮演法等,以學(xué)生為學(xué)習(xí)過程的中心,教師是學(xué)習(xí)過程的組織者和咨詢者,在教學(xué)中與學(xué)生互動(dòng),讓學(xué)生在做中學(xué)、在學(xué)中做。學(xué)生在自己動(dòng)手的實(shí)踐中,學(xué)到專業(yè)知識(shí),掌握職業(yè)技能,獲得職業(yè)能力,構(gòu)建自己的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)體系。

1.案例教學(xué)法

在具有典型意義的控制任務(wù)上,采用案例教學(xué)方法。如在輔助系統(tǒng)并列運(yùn)行設(shè)備的順序控制中,我們選取典型凝結(jié)水泵的控制做案例分析,引入開關(guān)量控制技術(shù),并結(jié)合運(yùn)行中如何防止水泵出現(xiàn)汽蝕來進(jìn)行正確的順序控制。以此為案例學(xué)習(xí)可指導(dǎo)其它水泵的控制和操作,具有一定的普遍性。

2.仿真教學(xué)法

仿真教學(xué)法使抽象的控制理論和控制邏輯變得直觀、易懂、可操作,為教師展示新知識(shí)時(shí)提供多樣化的呈現(xiàn)方法,使原理學(xué)習(xí)、邏輯分析不再枯燥無味、艱澀難懂,增強(qiáng)教學(xué)的有效性。選擇使用的仿真軟件功能強(qiáng)大,使用簡(jiǎn)單,學(xué)生易掌握,在加深知識(shí)理解的基礎(chǔ)上,對(duì)提高學(xué)生的控制功能的設(shè)計(jì)能力提供了有效的訓(xùn)練手段。

3.角色扮演法

在各控制任務(wù)的仿真機(jī)運(yùn)行操作中,采用角色扮演,由同學(xué)們分別擔(dān)任機(jī)組運(yùn)行的值長(zhǎng)、機(jī)長(zhǎng)、主控、副控、司爐、司機(jī)等角色,分工合作,明確工作職責(zé)和任務(wù),熟悉電廠運(yùn)行崗位的要求,加強(qiáng)學(xué)生職業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)。

四、總結(jié)

通過集控專業(yè)06211班的教學(xué)中,實(shí)施“自動(dòng)控制原理及系統(tǒng)”課程工學(xué)結(jié)合的課程改革,“基于生產(chǎn)過程分析”的教學(xué)模式很好的契合了現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過程的運(yùn)行實(shí)際,教學(xué)目標(biāo)結(jié)合職業(yè)技能的培養(yǎng)要求,課程內(nèi)容重新得到整合選取,相關(guān)專業(yè)知識(shí)技能得到融合,理論知識(shí)與實(shí)踐能力有機(jī)結(jié)合,突出了高職教育的職業(yè)性、實(shí)踐性和開放性教學(xué)特點(diǎn)。采用實(shí)用、先進(jìn)的仿真技術(shù),更新教學(xué)手段,極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性,增強(qiáng)了教學(xué)效果。集控專業(yè)學(xué)生能快速熟悉機(jī)組運(yùn)行過程中自動(dòng)控制的要求,將生產(chǎn)過程自動(dòng)控制與運(yùn)行人員集控操作有機(jī)結(jié)合起來,在學(xué)習(xí)的過程中才能站在全局高度、整體的控制角度去進(jìn)行仿真運(yùn)行操作,該班學(xué)生在2009年學(xué)院第一屆技能運(yùn)動(dòng)會(huì)華科能源杯火電機(jī)組仿真運(yùn)行技能大賽上獲得了優(yōu)異成績(jī)。同時(shí),為完善該課程的教學(xué)改革,專業(yè)教師還需拓寬專業(yè)知識(shí),增強(qiáng)仿真機(jī)教學(xué)能力,加強(qiáng)行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)的實(shí)踐能力,將行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)中各種教學(xué)活動(dòng)扎實(shí)而細(xì)致地組織到位。