應(yīng)用型本科院校《化工儀表自動(dòng)化》課程教學(xué)探討

張孝杰，史洪偉，卓馨，謝永，周丹紅，李沙沙

(宿州學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，安徽宿州234000)

0 引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展，使得化工生產(chǎn)過程朝著大規(guī)模、高效率、連續(xù)生產(chǎn)、綜合利用方向迅速發(fā)展.進(jìn)而對過程的在線檢測與即時(shí)控制技術(shù)的要求程度越來越高，因此，掌握化工生產(chǎn)過程中參數(shù)檢測與控制技術(shù)是化工專業(yè)學(xué)生從事生產(chǎn)與工藝技術(shù)開發(fā)是必不可少的.《化工儀表及自動(dòng)化》即是順應(yīng)這種發(fā)展需要而開設(shè)的一門課程［1，2］，旨在提高學(xué)生對化工過程控制的綜合應(yīng)用能力.《化工儀表及自動(dòng)化》是化學(xué)工程與工藝、應(yīng)用化工技術(shù)等化工專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是一門應(yīng)用性、實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，該課程綜合了化工原理、電工學(xué)、電子技術(shù)及自控理論等多門學(xué)科，是應(yīng)用型本科高校建設(shè)不可缺少的一門課程.它以自動(dòng)化控制的基本理論為主線，并貫穿于所有章節(jié)，以常見的檢測儀表(如測壓力、流量、物位、溫度)、調(diào)節(jié)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理等為重點(diǎn)，介紹幾種控制系統(tǒng)及其在化工生產(chǎn)過程中集散控制系統(tǒng)(DCS)控制方法;本課程在目的上，強(qiáng)調(diào)理論指導(dǎo)實(shí)踐，加強(qiáng)對各種檢測儀表、調(diào)節(jié)器、控制器及控制理論的使用和理解，加強(qiáng)實(shí)際操作能力、分析問題和解決問題的能力.

該課程具有涉及知識面廣、理論比較抽象、內(nèi)容跨度較大等特點(diǎn)，由于化工類專業(yè)學(xué)生對有關(guān)電學(xué)、自動(dòng)控制原理等方面的基礎(chǔ)知識了解較少，學(xué)習(xí)中難免會(huì)感到難度較大，加之教學(xué)課時(shí)較少，使得本課程的授課更是捉襟見肘.這就要求此課程的教學(xué)內(nèi)容和方法都要做全面的調(diào)整，以適應(yīng)教學(xué)與應(yīng)用的需要［3］.

1 化工儀表教學(xué)內(nèi)容體系存在的問題

《化工儀表及自動(dòng)化》是我校應(yīng)用化學(xué)專業(yè)、化學(xué)工程與工藝專業(yè)、應(yīng)用化工技術(shù)專業(yè)的專業(yè)課，通過學(xué)習(xí)本課程，使學(xué)生能根據(jù)工藝要求，與自動(dòng)控制設(shè)計(jì)人員共同討論以提出合理的自動(dòng)控制方案;能在技術(shù)設(shè)計(jì)和技術(shù)改造中，與自控設(shè)計(jì)人員密切合作，綜合考慮工藝與控制的兩方面，并為自控設(shè)計(jì)人員提供正確的工藝條件和數(shù)據(jù);能在生產(chǎn)控制、管理等過程中正確選用和使用常見的測量儀表和控制裝置;能正確發(fā)現(xiàn)、分析工業(yè)生產(chǎn)中出現(xiàn)的一些問題和現(xiàn)象，考慮各方面的相互聯(lián)系及提出正確的解決方法.

可見，化工生產(chǎn)過程自動(dòng)化是一門綜合性的學(xué)科，內(nèi)容體系上既有深度的理論介紹，又有工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的歸納，在教學(xué)過程中，如果教學(xué)內(nèi)容體系不合理，就會(huì)使學(xué)生感到雜亂無章，不得要領(lǐng).目前，該課程教學(xué)中普遍存在以下問題，對于剛升本應(yīng)用型本科院校尤為顯著.

1.1 教學(xué)課時(shí)嚴(yán)重不足

隨著現(xiàn)代高等教育改革的進(jìn)行，由于種種原因使得《化工儀表及自動(dòng)化》課程的課時(shí)進(jìn)一步被縮減.對于原本就緊缺的課時(shí)，再加上該課程的內(nèi)容及知識點(diǎn)龐大而復(fù)雜，因此教學(xué)過程中難免會(huì)出現(xiàn)課時(shí)捉襟見肘的現(xiàn)象.為了達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，多數(shù)教師采用“滿堂灌”的教學(xué)方案，然而在如此短的時(shí)間內(nèi)將如此大量的教學(xué)內(nèi)容灌輸給學(xué)生難免使課堂質(zhì)量下降、學(xué)生接受能力跟不上.

1.2 實(shí)踐教學(xué)條件匱乏

化工工藝專業(yè)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)，《化工儀表及自動(dòng)化》更是一門以實(shí)驗(yàn)或?qū)嵺`為基礎(chǔ)的課程.目前，我校由于種種原因?qū)υ撜n程實(shí)驗(yàn)課時(shí)較少，購買儀器數(shù)量不足，學(xué)生的動(dòng)手與實(shí)踐能力就被剝奪，就無法提高大部分學(xué)生的感性認(rèn)識，也很難加深學(xué)生對理性知識的理解.

1.3 與實(shí)際結(jié)合甚少

傳統(tǒng)模式下，《化工儀表及自動(dòng)化》課程教學(xué)形式以理論教學(xué)為主、實(shí)驗(yàn)教學(xué)為輔，進(jìn)行的理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)課程相互之間各自獨(dú)立實(shí)施［3］.因此造成了理論與實(shí)踐教學(xué)上產(chǎn)生分層的局面，理論課時(shí)講解較早，等到學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)，理論知識已經(jīng)忘記;或者是課程理論內(nèi)容未講解，學(xué)生就已經(jīng)開始實(shí)驗(yàn)，造成學(xué)生接受和理解困難.而在實(shí)際實(shí)踐中，一般《化工儀表及自動(dòng)化》課程也很少與化工實(shí)際生產(chǎn)的自控環(huán)節(jié)相結(jié)合，很少與化工設(shè)計(jì)相聯(lián)系.由此也導(dǎo)致了學(xué)生課程學(xué)習(xí)與工業(yè)實(shí)踐相互脫節(jié)，影響學(xué)生對知識的理解以及后續(xù)的綜合應(yīng)用.

我們針對該課程課時(shí)較少、教學(xué)內(nèi)容較多、理論抽象等矛盾，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不強(qiáng)等問題，在課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)等環(huán)節(jié)進(jìn)行了積極的探討，以期取得良好的教學(xué)效果.

2 應(yīng)用型本科院?！痘x表及自動(dòng)化》課程教學(xué)改革

2.1 教學(xué)內(nèi)容的改革

2.1.1 根據(jù)不同專業(yè)篩選教學(xué)內(nèi)容

由于課時(shí)的短缺和龐大的教學(xué)內(nèi)容相矛盾，要在如此短的時(shí)間內(nèi)講授完整個(gè)化工儀表及自動(dòng)化內(nèi)容顯然已不現(xiàn)實(shí)，再加上對不同專業(yè)的要求程度不盡相同，因此有必要對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行篩選.

根據(jù)化工生產(chǎn)的實(shí)際工藝設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)化工儀表及自動(dòng)控制的基礎(chǔ)和應(yīng)用;根據(jù)化工設(shè)計(jì)的要求，增強(qiáng)儀表的選型和典型控制方案的選擇.根據(jù)不同專業(yè)對于本課程使用程度，例如化學(xué)工程與工藝專業(yè)、應(yīng)用化學(xué)專業(yè)、應(yīng)用化工技術(shù)專業(yè)三個(gè)專業(yè)今后所從事的方向會(huì)有所不同，在內(nèi)容上就應(yīng)有所區(qū)別.如對應(yīng)用化工技術(shù)專業(yè)學(xué)生的要求應(yīng)該偏重于化工儀表的認(rèn)識、使用及自控方案的了解上，而對于化學(xué)工程與工藝專業(yè)的學(xué)生則應(yīng)要求其對原理部分也應(yīng)有一定程度的理解.

在授課時(shí)應(yīng)選擇化工生產(chǎn)中常用的儀表和自動(dòng)控制類型進(jìn)行講解，例如在“溫度檢測及儀表”章節(jié)講解時(shí)，重點(diǎn)講解熱電阻和熱電偶溫度計(jì)及其分度表的使用;避開一些已經(jīng)在現(xiàn)代工業(yè)中被淘汰的類型，如“DDZ－I型”控制器和即將退出工業(yè)實(shí)際應(yīng)用的“DDZ－II型”;對于與其他課程相互交叉的內(nèi)容，在確定其他課程中有詳細(xì)的講授后，對這部分內(nèi)容的講解應(yīng)采取簡化或者不講，如“流量檢測及儀表”中的節(jié)流式流量計(jì)與轉(zhuǎn)子流量計(jì)的部分內(nèi)容［4］.

刪減一些過于高端理論化知識章節(jié)，例如高級控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的部分內(nèi)容.該部分知識在化工企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，工藝類人員(非程序設(shè)計(jì)人員)的主要任務(wù)是面對控制界面，了解、掌握及會(huì)操作使用這些軟件程序，而不是去掌握這些計(jì)算機(jī)軟件的制作和核心原理，因此在企業(yè)實(shí)踐過程中即能接觸該部分軟件的說明書和操作程序，此時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生積極實(shí)踐和學(xué)習(xí)相關(guān)知識［1，5］.

2.1.2 改進(jìn)教學(xué)方法，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

首先聯(lián)系本學(xué)院開設(shè)的其他實(shí)驗(yàn)課程上所用到的與儀表及自動(dòng)化相關(guān)的儀器設(shè)備，讓同學(xué)們回憶或在做實(shí)驗(yàn)時(shí)特別留意所接觸到的有關(guān)檢測儀表與自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)物及其工作原理.

其次利用本學(xué)院最新配置的化工模擬軟件實(shí)驗(yàn)室，利用教學(xué)仿真軟件系統(tǒng)搭建的仿真平臺，在計(jì)算機(jī)模擬教學(xué)過程中，學(xué)生根據(jù)計(jì)算機(jī)軟件的提示，一步步求解問題，并發(fā)現(xiàn)和掌握規(guī)律.通過模擬環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)，可以將學(xué)習(xí)理論知識與增強(qiáng)實(shí)際應(yīng)用能力有機(jī)地統(tǒng)一起來，將信息交流與開發(fā)智能有機(jī)地統(tǒng)一起來，提高學(xué)生對化工儀表及自動(dòng)控制專業(yè)知識的理解能力，充分培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，這樣更符合現(xiàn)代教育的新思想、新觀念［6］.為應(yīng)用型、素質(zhì)型和創(chuàng)造型人才的培養(yǎng)提供一種理想的學(xué)習(xí)平臺.

再次設(shè)計(jì)出在實(shí)驗(yàn)室能夠?qū)嵤┑囊恍?shí)驗(yàn)，盡量做到實(shí)驗(yàn)與所學(xué)基本理論緊密結(jié)合，使學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)過程中能運(yùn)用所學(xué)的相關(guān)理論知識，學(xué)以致用并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步理解消化理論知識［7，8］.例如，鼓勵(lì)學(xué)生利用簡單熱電阻或熱電偶等器材自己動(dòng)手組裝和檢驗(yàn)超級恒溫水槽，通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，并提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而掌握所學(xué)知識.

2.1.3 應(yīng)用案例教學(xué)、培養(yǎng)學(xué)生能力和素質(zhì)

所謂案例教學(xué)法，就是教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)需要，選用典型案例為學(xué)生提供一個(gè)真實(shí)或者模擬的具體情形，通過對案例的閱讀、思考、分析和討論等，在具體的問題情境中，積極思考，主動(dòng)探討，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和素質(zhì).案例教學(xué)法的優(yōu)勢在于它應(yīng)用案例的真實(shí)性和實(shí)踐性，能夠讓學(xué)生真正的接觸到化工生產(chǎn)過程的真實(shí)情況，并通過結(jié)合所學(xué)習(xí)的理論知識去分析和解決生產(chǎn)過程中所遇見的實(shí)際問題，這樣往往能夠激發(fā)學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)和探知興趣，提高學(xué)生的實(shí)踐能力.

例如在第一節(jié)課開始時(shí)，為了使同學(xué)們了解什么是自動(dòng)化技術(shù)以及自動(dòng)化技術(shù)在日常生活中的實(shí)際應(yīng)用，可以列舉生活中使用的自動(dòng)電熱水壺、冰箱等案例分析其控制原理，進(jìn)而使同學(xué)們對自動(dòng)控制技術(shù)有初步的認(rèn)識.在教學(xué)過程中，我們通常選取最常見的化工單元操作作為案例分析，如加熱鍋爐的控制、離心泵的控制、化學(xué)反應(yīng)器的控制、精餾塔的控制、空氣壓縮機(jī)的控制等等.以精餾塔的自動(dòng)控制為例來講，首先讓同學(xué)們?nèi)?shí)驗(yàn)室和實(shí)訓(xùn)室了解精餾塔(板式塔、填料塔)的模型，然后讓同學(xué)們分組討論影響其精餾過程中的主要干擾因素有哪些，確定我們要保證正常的生產(chǎn)需要對塔的控制提出怎樣的要求，通過分析篩選出比較合理的控制方案，最后由老師總結(jié)比較各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)［4，9］.這樣就大大提高了同學(xué)們的參與率，并且鍛煉了同學(xué)們分析問題、解決問題的能力，同時(shí)也強(qiáng)化了同學(xué)所學(xué)到的理論知識，可謂一舉多得.

2.2 充分利用有限的實(shí)驗(yàn)室資源

在實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)是化學(xué)與化工專業(yè)日常教學(xué)中必不可少的一個(gè)重要環(huán)節(jié).實(shí)驗(yàn)室教學(xué)是一種敞開式的教學(xué)形式，在教學(xué)過程中更加注重的是學(xué)生的主體、主動(dòng)精神，開發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考問題的潛能，讓學(xué)生主動(dòng)的去學(xué)習(xí).《化工儀表及自動(dòng)化》是一門更加注重實(shí)用性和實(shí)踐性的課程，主要體現(xiàn)在常見的測量儀表的認(rèn)識和使用、自動(dòng)控制系統(tǒng)的條件原理上.

首先聯(lián)系本學(xué)院開設(shè)的其他實(shí)驗(yàn)課程上所用到的與儀表及自動(dòng)化相關(guān)的儀器設(shè)備，讓同學(xué)們回憶或在做實(shí)驗(yàn)時(shí)特別留意所接觸到的有關(guān)檢測儀表與自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)物及其工作原理.

其次利用本學(xué)院最新配置的化工模擬軟件實(shí)驗(yàn)室，利用教學(xué)仿真軟件搭建系統(tǒng)的仿真平臺，在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中，學(xué)生根據(jù)計(jì)算機(jī)的提示，一步步求解問題，并發(fā)現(xiàn)和掌握規(guī)律.通過模擬環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)，可以將學(xué)習(xí)知識與增強(qiáng)能力有機(jī)地統(tǒng)一起來，將信息交流與開發(fā)智能有機(jī)地統(tǒng)一起來，提高學(xué)生對化工儀表及自動(dòng)控制專業(yè)知識的理解能力，充分培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，這樣更符合現(xiàn)代教育的新思想、新觀念.可為素質(zhì)型和創(chuàng)造型人才的培養(yǎng)提供一種理想的教學(xué)環(huán)境.

再次設(shè)計(jì)出在實(shí)驗(yàn)室能夠?qū)嵤┑囊恍?shí)驗(yàn)，盡量做到實(shí)驗(yàn)與理論緊密結(jié)合，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中能應(yīng)用所學(xué)的理論知識，學(xué)以致用并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步理解消化理論知識.例如，鼓勵(lì)學(xué)生利用簡單熱電阻或熱電偶等器材自己動(dòng)手組裝和檢驗(yàn)超級恒溫水槽，通過實(shí)驗(yàn)增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，并提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

2.3 與化工課程設(shè)計(jì)結(jié)合

近年來興起的全國性化學(xué)工業(yè)設(shè)計(jì)大賽，給學(xué)生對《化工儀表及自動(dòng)化》的學(xué)習(xí)帶來直接的好處，利用化工設(shè)計(jì)軟件參與化工課程的設(shè)計(jì)，將所學(xué)的化工儀表與自動(dòng)控制原理及知識應(yīng)用于化工設(shè)計(jì)中.通過化工課程的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步了解和提高化工儀表和自動(dòng)控制原理及知識，為以后工作中的應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

2.4 強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)

化工專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)《化工儀表及自動(dòng)化》主要是為了畢業(yè)后在化工企業(yè)工作中的實(shí)際應(yīng)用，或者為了成為一個(gè)優(yōu)秀的化工設(shè)計(jì)人員做準(zhǔn)備.隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，化工自動(dòng)化的水平也在不斷的提高，對化工專業(yè)學(xué)生而言，要求化工專業(yè)自動(dòng)控制的專業(yè)知識也越來越高.為進(jìn)一步提高化工專業(yè)學(xué)生對實(shí)際知識應(yīng)用和動(dòng)手能力，本課程的實(shí)踐教學(xué)不應(yīng)僅僅局限課堂和實(shí)驗(yàn)室教學(xué)，更應(yīng)該走出課堂甚至校園.

走進(jìn)實(shí)訓(xùn)室，利用精細(xì)化工實(shí)訓(xùn)設(shè)備，可以使同學(xué)們參與有關(guān)精細(xì)化工產(chǎn)品的研究與開發(fā)，如日化產(chǎn)品配制及產(chǎn)品質(zhì)量控制、涂料產(chǎn)品的配方探討和性能測試等實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目.通過實(shí)訓(xùn)操作，使學(xué)生掌握化工儀表、自動(dòng)控制技術(shù)和多學(xué)科知識的綜合運(yùn)用，使同學(xué)們學(xué)校連續(xù)自動(dòng)化模擬控制操作，并熟悉各種檢測技術(shù)的原理等知識，使同學(xué)們參與具體的化工生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)中，讓他們了解化工儀表及自動(dòng)控制技術(shù)在化工生產(chǎn)中的具體作用，加深同學(xué)們對所學(xué)知識的認(rèn)識與理解.

2.5 改革課程考核體系

大學(xué)所培養(yǎng)的不僅是使學(xué)生具有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識，同時(shí)還應(yīng)具備很強(qiáng)的獲取新知識、新事物的能力以及創(chuàng)新能力.但是，目前教學(xué)效果和學(xué)生能力的評價(jià)考核體系還大多是采取規(guī)范的卷面考核方式，顯然此方式已不能適應(yīng)現(xiàn)代化化工復(fù)合人才培養(yǎng)的需要.為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，必須對考核方式進(jìn)行改革.采取變單一的考核形式為多種形式的考核方式，主要考查學(xué)生對課程基本內(nèi)容的掌握，結(jié)合實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐等環(huán)節(jié)進(jìn)行綜合成績評定.通過考核方式的改變，旨在調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，改變以往平時(shí)不學(xué)習(xí)，期末突擊復(fù)習(xí)的現(xiàn)象，加深學(xué)生對基本知識的掌握.

因此，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐教學(xué)的硬件建設(shè)，學(xué)校最近引進(jìn)化工儀表自動(dòng)控制裝置及精細(xì)化工實(shí)訓(xùn)裝置各一套，提高學(xué)生的感性認(rèn)識，以便學(xué)生對理性知識的掌握和理解.

3 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，綜合國力的激烈競爭，國家都把人才的培養(yǎng)放在首要的位置，尤其是應(yīng)用型技術(shù)人才的培養(yǎng).應(yīng)用型本科高校作為培養(yǎng)優(yōu)秀技術(shù)人才的搖籃，正面臨著教育改革的艱巨任務(wù).在《化工儀表及自動(dòng)化》的教學(xué)改革過程中，只有不斷進(jìn)行教學(xué)改革，與市場接軌，完善教學(xué)內(nèi)容、方法和手段，才能為快速發(fā)展的社會(huì)培養(yǎng)出符合市場要求的人才.

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