基于精細(xì)化任務(wù)分解《化工儀表及自動化》課程改革研究*

王香蘭

(武漢生物工程學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程系，湖北 武漢 430415)

隨著科技發(fā)展，信息技術(shù)及自動化在化工領(lǐng)域的發(fā)展逐漸取代人工，可以實現(xiàn)企業(yè)精細(xì)化、自動化、綠色化發(fā)展模式，并帶來可觀的經(jīng)濟效益[1]?；x表及自動化是應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的一門專業(yè)任選課程，該課程的教學(xué)內(nèi)容主要包括紹溫度、壓力、流量及物位等主要工藝參數(shù)的檢測方法及調(diào)節(jié)器、自動控制的基本概念、控制器、執(zhí)行器和典型化工單元的控制方案等部分。課程所涉及的知識面廣泛，理論相對比較抽象，內(nèi)容跨度較大。我校應(yīng)用化學(xué)專業(yè)學(xué)生對自動控制、儀器儀表學(xué)科知識較薄弱，化工儀表及自動化課程存在教學(xué)課時的不足、與實際生產(chǎn)結(jié)合少等難題。為培養(yǎng)適應(yīng)智能化及高精度化的化學(xué)工程發(fā)展，并具有分析較復(fù)雜的化工單元過程控制過程的能力的化學(xué)化工類人才，作者采用精細(xì)化任務(wù)分解的教學(xué)方式，對《化工儀表及自動化》課程的內(nèi)容和教學(xué)方法的改革作了一些初步的探索。

1 整合教學(xué)內(nèi)容，重點突出

《化工儀表及自動化》課程主要包含化工檢測儀表的基本知識及化工自動化基礎(chǔ)兩大版塊的內(nèi)容。化工檢測儀表的基本知識部分重點講授壓力、流量、物位、溫度的檢測原理及相應(yīng)的儀表結(jié)構(gòu)選用。化工自動化基礎(chǔ)主要涉及自動控制系統(tǒng)的組成，控制原理級具體的化工工藝過程和典型化工設(shè)備的控制方案。因此，在課程教學(xué)內(nèi)容方面，應(yīng)從專業(yè)崗位能力入手，精心設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，依據(jù)化工企業(yè)的生產(chǎn)實際，按照“少而精”的原則對化工儀表及自動化課程內(nèi)容進行精選，構(gòu)建“先總后分再總”的課程內(nèi)容主線[2]。內(nèi)容優(yōu)化過程應(yīng)適合化工行業(yè)應(yīng)用性人才培養(yǎng)特點的教學(xué)模式，突出行業(yè)的特殊性。教師在教學(xué)中應(yīng)遵循滿足實際生產(chǎn)對化學(xué)化工專業(yè)學(xué)生在儀表及自動化方面的要求，根據(jù)化工生產(chǎn)實際工藝增強實用內(nèi)容。如在《化工儀表及自動化》授課過程中，引入典型化工工藝流程圖的講解和對比，加深學(xué)生對管道及儀表流程圖的理解和應(yīng)用[3]?？膳囵B(yǎng)學(xué)生在工作過程中根據(jù)工藝的需要為自控設(shè)計提供正確的工藝條件和數(shù)據(jù)。

2 整合教學(xué)手段，積極互動

化工儀表種類及控制參數(shù)繁多，控制規(guī)律抽象，學(xué)生在日常生活中不易接觸到化工儀表，難以直觀了解其內(nèi)部構(gòu)造，學(xué)習(xí)難度大，課堂參與度不高。因此，教師授課過程中運用微課、微視頻等將傳統(tǒng)的抽象教學(xué)轉(zhuǎn)化為形象、具體、立體的過程演示，為學(xué)生提供針對性、及時性以及便捷性的教學(xué)資源，增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[4 ]。如在化工檢測儀表的知識版塊中，壓力檢測原理及相應(yīng)的儀表結(jié)構(gòu)選用中，單圈彈簧管式壓力表是最常用的壓力檢測儀器。其工作原理對于沒有實習(xí)實踐經(jīng)歷的學(xué)生來說，非常抽象難懂。教師可通過制作微視頻，flash等動態(tài)演示彈簧管壓力計的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理及運行過程，將抽象的知識具體化，增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。對結(jié)構(gòu)及工作原理貼近生活的的儀表，還可運用比喻教學(xué)法、情景教學(xué)提高課堂教學(xué)效果。如在實際化工生產(chǎn)過程中，常需要把壓力控制在某一范圍內(nèi)，這就用到電接點信號壓力表。它能在壓力偏離給定范圍時，及時發(fā)出信號，以提醒操作人員注意或通過中間繼電器實現(xiàn)壓力的自動控制，其結(jié)構(gòu)可運用生活中常見的鬧鐘設(shè)定響鈴，到位后釋放鬧鐘響鈴類比，通俗易通。整合教學(xué)手段，交叉融合多種教學(xué)方法的教學(xué)方式可有效激發(fā)學(xué)生的興趣。

3 注重工程實際問題分析，滲透工程觀念

《化工儀表及自動化》課程是一門實用性強的學(xué)科，課程教學(xué)中不光要有儀器儀表基本工作原理，還要加入實際操作和維護以及故障消除等內(nèi)容。以溫度測量儀表為例，溫度儀表系統(tǒng)的指示值突然變到最大或最小，一般為儀表系統(tǒng)故障。教師可在課堂講授過程中針對不同的溫度測量儀表具體說明，例如熱電偶、熱電阻補償導(dǎo)線斷線、短路或變送器失靈，也可能為溫度控制系統(tǒng)本身的故障，需檢查調(diào)節(jié)閥定位器。一般來說，儀表指示出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，可能為儀表真實準(zhǔn)確的反映出工藝異常情況，但也可能由于儀表(測量系統(tǒng))某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障而導(dǎo)致工藝參數(shù)指示與實際不符。因此，教師在授課過程中不僅要透徹地了解相關(guān)儀表系統(tǒng)，還要將與生產(chǎn)過程緊密相連的化工工藝學(xué)、化工原理等課程知識融會貫通，才能保證學(xué)生在工作過程中結(jié)合具體的生產(chǎn)過程、生產(chǎn)工藝情況做到對整個操作流程步驟準(zhǔn)確，對溫度、壓力、流量、液位、組分分析等參數(shù)精準(zhǔn)到位[5-6]。

另外，化工儀表及自動化內(nèi)容理論比較抽象、內(nèi)容跨度較大，這些理論內(nèi)容如果不建立在具體案例上，就會顯得很空洞，學(xué)生不好理解[7]。教師在教學(xué)過程中可采取讓學(xué)生分組查閱文獻資料、討論、設(shè)計自控方案的方式。項目設(shè)置必須涵蓋所要求的知識點，在方案的設(shè)計過程中不僅要對整個操作流程步驟準(zhǔn)確更要對溫度、壓力、流量、液位、組分分析等參數(shù)精準(zhǔn)到位，還要包括被控對象、被控變量的選取，測量變送裝置的確立、控制器及其控制規(guī)律的分析與選擇、執(zhí)行器的選取、操縱變量的確定，以及當(dāng)被控變量偏離給定值時，自動控制系統(tǒng)使其回復(fù)到給定值的控制過程分析。為了鍛煉學(xué)生綜合運用化工儀表及自動化理論課上各章節(jié)的內(nèi)容，提高其文獻查閱、總結(jié)概括及論文書寫能力，要求學(xué)生挑選自己較為熟悉的工藝流程選取一對象，設(shè)計一個簡單控制系統(tǒng)。由“全面教學(xué)”轉(zhuǎn)向“精細(xì)化任務(wù)分解教學(xué)”，教師還可結(jié)合化工典型單元操作或過程的自動化控制工程案例結(jié)合工程實際案例開展教學(xué)，有意識地引導(dǎo)學(xué)生運用所學(xué)的基礎(chǔ)知識分析問題，指出課程教學(xué)內(nèi)容與實際的區(qū)別[8]。教學(xué)過程中滲透工程觀念，讓學(xué)生做到 “學(xué)以致用”。

4 結(jié) 語

《化工儀表及自動化》是化學(xué)、化工類專業(yè)學(xué)生從事現(xiàn)代化化工生產(chǎn)、研究開發(fā)以及設(shè)計等工作不可或缺的重要理論基礎(chǔ)。針對課程涉及的知識面太寬等難題，筆者倡導(dǎo)通過增加工程案例、項目導(dǎo)向等教學(xué)模式來組織教學(xué)，讓學(xué)生在完成具體項目中學(xué)習(xí)掌握各種化工儀表及自動化設(shè)備；通過對《化工儀表及自動化》課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段的整合，采取案例教學(xué)與項目教學(xué)相結(jié)合、注重工程實際問題分析，滲透工程觀念等措施，達(dá)到《化工儀表及自動化》課程教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生獨立完成方案設(shè)計、故障分析、參數(shù)整定的創(chuàng)新意識以及分析和解決實際問題的能力。