以工程應(yīng)用能力為導(dǎo)向的《化工儀表及自動(dòng)化》課程改革實(shí)踐*

熊麗萍，甘桂亮，夏 至，戴冬燕

(1.浙江國(guó)際海運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 石油化工學(xué)院，浙江 舟山 316021；2.浙江石油化工有限公司，浙江 舟山 316000)

石化產(chǎn)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要的支柱產(chǎn)業(yè)和基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度高、帶動(dòng)性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)總量大、產(chǎn)品適用范圍廣，是具有傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)業(yè)。隨著現(xiàn)代科學(xué)的進(jìn)步，在化工生產(chǎn)過(guò)程中，人們通過(guò)自動(dòng)化裝置來(lái)管理生產(chǎn)，自動(dòng)化裝置與生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)設(shè)備已然構(gòu)成不可分割的整體。筆者所在學(xué)院目前開設(shè)的石化工藝類專業(yè)有石油化工技術(shù)和應(yīng)用化工技術(shù)，涉及的就業(yè)方向大多是化工生產(chǎn)過(guò)程操作與控制。對(duì)該類學(xué)生來(lái)說(shuō)，學(xué)習(xí)化工儀表和自動(dòng)化方面的知識(shí)及技能，對(duì)管理化工生產(chǎn)過(guò)程是十分重要的?，F(xiàn)階段大多數(shù)高職高專院?；ゎ悓I(yè)都設(shè)置了《化工儀表及自動(dòng)化》的學(xué)習(xí)，學(xué)院的石化類各專業(yè)將《化工儀表及自動(dòng)化》列為了專業(yè)核心課程，學(xué)時(shí)56。目前該課程理論授課居多，實(shí)踐環(huán)節(jié)較少，學(xué)生缺乏主動(dòng)思考的空間和動(dòng)手解決問(wèn)題的時(shí)間，教學(xué)質(zhì)量不高。

《化工儀表及自動(dòng)化》綜合了化工原理、化工制圖、檢測(cè)學(xué)、電工學(xué)、計(jì)算機(jī)，以及自控理論等學(xué)科，課程內(nèi)容多、知識(shí)面廣，是一門綜合實(shí)踐性很強(qiáng)的課程[1]。學(xué)院大部分學(xué)生文化基礎(chǔ)薄弱、電路和控制理論知識(shí)儲(chǔ)備低。如何讓復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化，讓枯燥的知識(shí)形象化；如何調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)此門課程的學(xué)習(xí)熱情，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣；進(jìn)一步提升學(xué)生儀表自動(dòng)化掌握程度，提高化工主控操作技能，都是亟需解決的問(wèn)題。致力于解決這些問(wèn)題，筆者所在教學(xué)團(tuán)隊(duì)對(duì)《化工儀表及自動(dòng)化》課程教學(xué)進(jìn)行了優(yōu)化提升。

改革立足高職化工類專業(yè)對(duì)《化工儀表及自動(dòng)化》的課程教學(xué)需求，從理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的結(jié)合，實(shí)訓(xùn)體系的完善，深入“引企入校”的思路，引導(dǎo)企業(yè)多種方式參與實(shí)踐教學(xué)等方面進(jìn)行研究實(shí)踐。

1 現(xiàn)狀分析

目前，該課程在教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題如下：

1)內(nèi)容多且全，但系統(tǒng)關(guān)聯(lián)度低。此門課程在高職化工類專業(yè)教學(xué)中教學(xué)內(nèi)容是豐富的，對(duì)儀表基礎(chǔ)知識(shí)及在化工控制自動(dòng)化方面都進(jìn)行了涵蓋。但對(duì)于化工工藝類專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，他們初次接觸自動(dòng)控制理論，在較少的課時(shí)下要把此門課的內(nèi)容講解的清楚透徹是不切實(shí)際的。通過(guò)實(shí)際教學(xué)過(guò)程與效果反饋發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)單個(gè)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度高，但是對(duì)于這些知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系認(rèn)知模糊，對(duì)如何使用這些知識(shí)去解決工程問(wèn)題能力缺乏，特別是在化工過(guò)程仿真操作中，對(duì)于控制邏輯的分析暴露出其應(yīng)用方面的短板。而且在傳統(tǒng)的教育模式下，學(xué)生所掌握的知識(shí)跟不上企業(yè)中生產(chǎn)技術(shù)的更新?lián)Q代。例如，現(xiàn)在石化企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)中多采用集散控制系統(tǒng)(DCS)，但在我們的教學(xué)中對(duì)此部分的內(nèi)容針對(duì)性不強(qiáng)，知識(shí)比較分散[2]。這一方面需要進(jìn)行以任務(wù)為導(dǎo)向的模塊化教學(xué)改革，將零散的知識(shí)點(diǎn)重新整合為企業(yè)中常見的化工控制單元，讓學(xué)生參與控制過(guò)程的選擇及設(shè)計(jì)，強(qiáng)化其對(duì)知識(shí)體系的連貫性掌握及應(yīng)用；另一方面需要根據(jù)合作企業(yè)的實(shí)際需求調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，在授課內(nèi)容的制定上獲得企業(yè)參與。

2)應(yīng)用性缺乏，教學(xué)模式落后。目前該課程的理論教學(xué)所占比例較大，大部分課程采用講授法為主的教學(xué)方法，不適應(yīng)現(xiàn)在的學(xué)情[3]，也與此課程是綜合應(yīng)用型課程的理念違背。化工儀表部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜、內(nèi)容抽象，高職類學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)比較枯燥，容易喪失興趣，同時(shí)自動(dòng)控制部分理論性強(qiáng)，學(xué)生難以理解。在教學(xué)中應(yīng)該強(qiáng)化實(shí)踐部分，同時(shí)注重理論與實(shí)踐內(nèi)容側(cè)重點(diǎn)的選擇，對(duì)于控制理論中晦澀難懂的內(nèi)容。例如，描述儀表的結(jié)構(gòu)原理時(shí)，讓學(xué)生進(jìn)行重點(diǎn)儀表的拆解及安裝，內(nèi)部構(gòu)造一目了然，同時(shí)可畫出其動(dòng)作原理圖。還可以利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的媒體資源，以圖片、音頻、視頻等直觀的方式表達(dá)抽象的內(nèi)容。在對(duì)象特性建模、控制規(guī)律等內(nèi)容的教學(xué)時(shí)，可以在理論授課中適當(dāng)弱化其數(shù)學(xué)推演過(guò)程，強(qiáng)調(diào)“理論儲(chǔ)備夠用為主”，把對(duì)該部分內(nèi)容的理解應(yīng)用延伸到實(shí)訓(xùn)中，重點(diǎn)突出學(xué)生對(duì)“對(duì)象特性”的認(rèn)知，掌握何種對(duì)象采用何種控制規(guī)律，能夠完成簡(jiǎn)單控制的參數(shù)整定及投用，實(shí)現(xiàn)學(xué)生從“學(xué)會(huì)、會(huì)做”到“會(huì)學(xué)、會(huì)思”的轉(zhuǎn)變。

2 實(shí)踐方法

2.1 更新教學(xué)內(nèi)容與手段

針對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容采用不同的教學(xué)方法，改變理論教學(xué)的現(xiàn)狀，減少課堂講授的占比，充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，做到“線上線下”混合式教學(xué)；對(duì)于儀表部分理實(shí)一體化的走進(jìn)情境、接觸實(shí)物；化工自動(dòng)化部分加大實(shí)訓(xùn)的廣度和深度。

2.2 優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)策略，增強(qiáng)實(shí)訓(xùn)條件

加大專職實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)教師的企業(yè)掛職鍛煉力度，加強(qiáng)對(duì)企業(yè)最新的儀表自控技術(shù)學(xué)習(xí)，增加企業(yè)導(dǎo)師對(duì)學(xué)生的實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)。進(jìn)一步完善化工儀表的實(shí)訓(xùn)條件，“以學(xué)導(dǎo)做、以做促學(xué)、層層深入”地將實(shí)訓(xùn)內(nèi)容分解填充到對(duì)應(yīng)的教學(xué)模塊中。

2.3 提升人才培養(yǎng)質(zhì)量

以工作任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，服務(wù)于人才培養(yǎng)主線，強(qiáng)化學(xué)生的職業(yè)技能，與化工總控工取證、現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試職業(yè)能力大賽及化工設(shè)計(jì)大賽[4]的相關(guān)模塊緊密結(jié)合，提煉出相關(guān)模塊中涉及到的課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，鼓勵(lì)學(xué)生取得“1+X”證書和參加職業(yè)能力大賽，做到“崗課賽證”融通的同時(shí)，也為今后崗位中的實(shí)際應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

3 教學(xué)舉措

3.1 重組教學(xué)內(nèi)容，整合課程體系

現(xiàn)有的《化工儀表及自動(dòng)化》教材內(nèi)容理論性較強(qiáng)，內(nèi)容編寫上與化工類本科教材沒(méi)有太大的區(qū)別。我們結(jié)合現(xiàn)有的教學(xué)基礎(chǔ)，與企業(yè)儀表工程師一起探索，強(qiáng)調(diào)把授課內(nèi)容進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和安排，設(shè)計(jì)出適用于符合自身教育特色的化工類高職學(xué)生的授課內(nèi)容和實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，把課程所要求的知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)、素質(zhì)目標(biāo)融入到相應(yīng)的課程中去，分模塊的組織實(shí)施課程內(nèi)容。

《化工儀表及自動(dòng)化》由原來(lái)的48課時(shí)增加為56課時(shí)，在教學(xué)過(guò)程中強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)于基本概念、基本原理的掌握度和對(duì)自動(dòng)化設(shè)計(jì)基本步驟及其在化工生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用的熟練度。課程體系重構(gòu)后分為四大教學(xué)模塊：儲(chǔ)罐的液位控制；加熱爐溫度控制；精餾塔壓力控制；泵的流量控制。將相應(yīng)的檢測(cè)儀表知識(shí)代入到具體的化工控制單元進(jìn)行學(xué)習(xí)，能夠?qū)x表的選擇、安裝、校準(zhǔn)、投用和相應(yīng)的控制系統(tǒng)運(yùn)用及參數(shù)整定進(jìn)行整體化學(xué)習(xí)。

儲(chǔ)罐的液位控制模塊設(shè)計(jì)的教學(xué)思維導(dǎo)圖見圖1。課程教學(xué)依托儲(chǔ)罐的液位控制為學(xué)習(xí)任務(wù)，從自動(dòng)化對(duì)于化工生產(chǎn)的意義入手，以簡(jiǎn)單自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖為邏輯主線完成教學(xué)任務(wù)：讓學(xué)生自己去找到人工操作與自動(dòng)控制的區(qū)別；討論對(duì)比人工操作，自動(dòng)化在化工生產(chǎn)中的優(yōu)勢(shì)；總結(jié)自動(dòng)控制替代的是人哪部分的勞動(dòng)；理順自動(dòng)控制所包含的環(huán)節(jié)、每個(gè)環(huán)節(jié)之間的信號(hào)聯(lián)系、每個(gè)信號(hào)的內(nèi)涵實(shí)質(zhì)；從而完成以任務(wù)為導(dǎo)向的課程學(xué)習(xí)。在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中通過(guò)“儲(chǔ)罐液位控制”這樣典型的化工控制單元強(qiáng)調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)里每個(gè)環(huán)節(jié)的因果關(guān)系，讓看似凌亂繁多的知識(shí)點(diǎn)能夠連貫整合。

3.2 探索“眼→腦→手”的行動(dòng)式“立體教學(xué)”內(nèi)容

1)眼：能讀懂會(huì)識(shí)別。依據(jù)知識(shí)目標(biāo)，課程有些內(nèi)容，例如檢測(cè)元件與變送器知識(shí)點(diǎn)，對(duì)于化工儀表的結(jié)構(gòu)原理部分，借助觀察儀表實(shí)物等手段，讓學(xué)生感官體驗(yàn)，同時(shí)利用儀表拆裝實(shí)訓(xùn)單元，讓學(xué)生動(dòng)手拆裝有關(guān)儀器儀表，畫出結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)圖，在實(shí)踐中總結(jié)歸納相關(guān)儀表的使用及安裝要點(diǎn)，這比教師直接講授更有益于學(xué)生的知識(shí)掌握。在儲(chǔ)罐的液位控制、加熱爐溫度控制、精餾塔壓力控制、泵的流量控制這四個(gè)教學(xué)模塊中，分別以典型的差壓式液位計(jì)、熱電偶溫度計(jì)、彈簧管壓力計(jì)、差壓式流量計(jì)的學(xué)習(xí)來(lái)帶動(dòng)其他類型儀表的學(xué)習(xí)，側(cè)重于引導(dǎo)學(xué)生“漁技”的掌握，而非教師主導(dǎo)性地對(duì)學(xué)生“贈(zèng)魚”。

2)腦：能思考會(huì)表達(dá)。整門課程的學(xué)習(xí)采用O-AMAS有效教學(xué)模型組織教學(xué)實(shí)施，例如液位控制教學(xué)模塊中，以儲(chǔ)罐液位控制作為課程學(xué)習(xí)任務(wù)目標(biāo)，課堂實(shí)施遵循“課堂激活-多元學(xué)習(xí)-有效測(cè)評(píng)-簡(jiǎn)要總結(jié)”4個(gè)環(huán)節(jié)[5]。教學(xué)方法上從“句號(hào)、感嘆號(hào)”向“問(wèn)號(hào)、省略號(hào)”進(jìn)行變革，在液位控制器控制規(guī)律的選擇時(shí)，基本控制規(guī)律知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)采用“自探→認(rèn)知→實(shí)踐→總結(jié)→評(píng)價(jià)”的遞進(jìn)式思路開展，課前線上發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)點(diǎn)，放置“雙位控制、比例控制、積分控制”的液位控制實(shí)例圖片，設(shè)置小組討論“查找實(shí)例對(duì)應(yīng)的液位操作可能產(chǎn)生的現(xiàn)象”。課中檢測(cè)預(yù)習(xí)效果，小組演示匯報(bào)自己的調(diào)查成果，組間評(píng)論問(wèn)答，快速調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)主動(dòng)性；隨后再由老師播放不同液位控制實(shí)例視頻，點(diǎn)撥學(xué)生討論結(jié)果與實(shí)際現(xiàn)象的差異，引導(dǎo)學(xué)生共同分析產(chǎn)生偏差的原因，探究控制規(guī)律的實(shí)質(zhì)內(nèi)涵，畫出不同控制規(guī)律對(duì)應(yīng)的控制過(guò)程，隨后總結(jié)控制規(guī)律及其特點(diǎn)，通過(guò)“組內(nèi)評(píng)價(jià)、組間互評(píng)、教師賦分”給每位同學(xué)和每個(gè)小組進(jìn)行積分，為課程考評(píng)提供數(shù)據(jù)支持。而特性參數(shù)對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響可以在緊接著的實(shí)訓(xùn)練習(xí)中探索驗(yàn)證，進(jìn)一步鞏固認(rèn)知，課后利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)提交各種控制規(guī)律的特點(diǎn)及適用場(chǎng)合的歸納總結(jié)，同時(shí)還可以進(jìn)行課后的線上討論，促進(jìn)能力目標(biāo)的達(dá)成。

3)手：能執(zhí)行會(huì)操作。教學(xué)中比起學(xué)生學(xué)會(huì)多少，更重要的是教會(huì)學(xué)生怎么去學(xué)，注重的是能力的培養(yǎng)和價(jià)值觀的重塑，能執(zhí)行會(huì)操作的不僅僅是某個(gè)具體任務(wù)點(diǎn)，而是更加強(qiáng)調(diào)觸類旁通，例如在自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)時(shí)，不僅僅要求學(xué)生掌握此知識(shí)點(diǎn)，更要培養(yǎng)他們化繁為簡(jiǎn)、舉一反三的能力，在遇到復(fù)雜問(wèn)題時(shí)有一種抽絲剝繭的思路，同時(shí)結(jié)合綜合實(shí)踐內(nèi)容，強(qiáng)化學(xué)生達(dá)成素質(zhì)目標(biāo)。例如，能以儲(chǔ)罐液位的簡(jiǎn)單控制為指導(dǎo)，分析換熱器溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)，甚至是分析加熱爐溫度串級(jí)控制等系統(tǒng)的控制邏輯；能以簡(jiǎn)單自動(dòng)控制的理解指導(dǎo)其他復(fù)雜控制系統(tǒng)的分析，引導(dǎo)學(xué)生優(yōu)化工程案例中的控制系統(tǒng)；更是能夠用方塊圖的思路把生活工作中遇到的難題進(jìn)行環(huán)節(jié)分解、逐個(gè)擊破。

圖1 課程模塊教學(xué)思維導(dǎo)圖

3.3 豐富實(shí)訓(xùn)體系

《化工儀表及自動(dòng)化》的學(xué)習(xí)導(dǎo)向是掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容，最終將所學(xué)導(dǎo)入到生產(chǎn)實(shí)際。而實(shí)訓(xùn)是達(dá)成這一培養(yǎng)目的的有效媒介，實(shí)訓(xùn)構(gòu)建分為三個(gè)階段：基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)、能力實(shí)訓(xùn)、綜合實(shí)訓(xùn)[6]?；A(chǔ)實(shí)訓(xùn)包括化工儀表的認(rèn)知、拆裝和使用，目的是使學(xué)生熟悉儀表的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理、使用與安裝，能夠根據(jù)工藝要求選擇合適的儀表，并完成拆裝、更換和投用。能力實(shí)訓(xùn)借助化工儀表維修工技能大賽實(shí)操裝置設(shè)計(jì)出“一階單容上水箱對(duì)象特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)；鍋爐內(nèi)膽溫度二位式控制實(shí)驗(yàn)；上水箱液位PID整定實(shí)驗(yàn)；串上水箱液位和孔板流量串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)”等13個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，配合“壓力控制、溫度控制、液位控制、流量控制”這些不同的教學(xué)模塊進(jìn)行選擇，教師參與指導(dǎo)，保障學(xué)生在整個(gè)實(shí)訓(xùn)中的主體性；同時(shí)利用化工總控工取證實(shí)操軟件讓學(xué)生熟悉泵、精餾塔、反應(yīng)器等化工單元的DCS仿真操作。綜合實(shí)訓(xùn)依托校外實(shí)訓(xùn)基地，企業(yè)導(dǎo)師指導(dǎo)學(xué)生親臨現(xiàn)場(chǎng)，觀摩生產(chǎn)；并分組通過(guò)實(shí)訓(xùn)教師的指導(dǎo)，帶領(lǐng)學(xué)生參與“聚乙烯生產(chǎn)裝置”O(jiān)TS練習(xí)，從而提升化工裝置的操作技能和熟悉化工裝置的開停車、各種事故的應(yīng)急處理等過(guò)程?！盎x表基礎(chǔ)→自動(dòng)控制基礎(chǔ)→化工操作員培訓(xùn)系統(tǒng)練習(xí)”這樣分層次、層層遞進(jìn)的實(shí)訓(xùn)體系模式正好符合專業(yè)學(xué)生“校企共育、工學(xué)結(jié)合”的分段遞進(jìn)式人才培養(yǎng)模式，達(dá)到課程建設(shè)與專業(yè)建設(shè)的統(tǒng)一。

3.4 完善課程評(píng)價(jià)體系

明確過(guò)程性考核和終結(jié)性考核的作用及配比，綜合考慮課程的參與度，側(cè)重點(diǎn)由分?jǐn)?shù)向掌握度進(jìn)行轉(zhuǎn)移，同時(shí)注重動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、創(chuàng)新能力的綜合評(píng)價(jià)。進(jìn)行考核方式多樣化的嘗試，從“紙考”到“機(jī)考”，實(shí)現(xiàn)與職業(yè)能力鑒定和職業(yè)技能鑒定的無(wú)縫對(duì)接?？己嗽u(píng)價(jià)中職業(yè)素養(yǎng)10%，評(píng)團(tuán)隊(duì)合作、評(píng)學(xué)習(xí)態(tài)度、評(píng)崗位技能；課堂表現(xiàn)40%，評(píng)過(guò)程、評(píng)參與度；成果評(píng)價(jià)40%，評(píng)課前探究、評(píng)自我收獲、評(píng)小組展現(xiàn)；拓展任務(wù)10%，評(píng)實(shí)踐延伸，評(píng)拓展研學(xué)。

3.5 強(qiáng)化課程思政

為企業(yè)輸送的具備儀表自動(dòng)化操作技能的高素質(zhì)新時(shí)代建設(shè)者，不僅要專業(yè)素養(yǎng)和本領(lǐng)過(guò)硬，更要有社會(huì)責(zé)任感、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力[7]。在課程實(shí)施的過(guò)程中，筆者所在教學(xué)團(tuán)隊(duì)將思政教育貫穿教學(xué)全過(guò)程，制定了“培養(yǎng)學(xué)生掌握化工檢測(cè)儀表的結(jié)構(gòu)、原理及化工自動(dòng)化的操作，強(qiáng)調(diào)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，同時(shí)讓學(xué)生了解自動(dòng)化的發(fā)展，理解以改革創(chuàng)新為核心的時(shí)代精神是激發(fā)社會(huì)創(chuàng)造活力的強(qiáng)大力量，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感”的課程思政實(shí)施內(nèi)容，將思政內(nèi)涵在“課程標(biāo)準(zhǔn)→教學(xué)方案→課堂教學(xué)→課后提升”全過(guò)程展現(xiàn)。

4 小結(jié)

《化工儀表及自動(dòng)化》的改革探究和實(shí)踐對(duì)教學(xué)效果有重要促進(jìn)作用。我們通過(guò)重組教學(xué)內(nèi)容，探索立體化教學(xué)，改革教學(xué)方式方法，校企合作開發(fā)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目等途徑，讓教學(xué)過(guò)程更加生動(dòng)具體，教學(xué)層次分明，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，其動(dòng)手和思考的能力也得到強(qiáng)化，真正實(shí)現(xiàn)知識(shí)向能力的轉(zhuǎn)化。