應用型本科院校《化工儀表自動化》課程教學探討

張孝杰，史洪偉，卓馨，謝永，周丹紅，李沙沙

(宿州學院化學與生命科學學院，安徽宿州234000)

0 引言

隨著現代工業生產的飛速發展，使得化工生產過程朝著大規模、高效率、連續生產、綜合利用方向迅速發展.進而對過程的在線檢測與即時控制技術的要求程度越來越高，因此，掌握化工生產過程中參數檢測與控制技術是化工專業學生從事生產與工藝技術開發是必不可少的.《化工儀表及自動化》即是順應這種發展需要而開設的一門課程［1，2］，旨在提高學生對化工過程控制的綜合應用能力.《化工儀表及自動化》是化學工程與工藝、應用化工技術等化工專業的一門專業基礎課，是一門應用性、實踐性很強的課程，該課程綜合了化工原理、電工學、電子技術及自控理論等多門學科，是應用型本科高校建設不可缺少的一門課程.它以自動化控制的基本理論為主線，并貫穿于所有章節，以常見的檢測儀表(如測壓力、流量、物位、溫度)、調節器的內部結構和工作原理等為重點，介紹幾種控制系統及其在化工生產過程中集散控制系統(DCS)控制方法;本課程在目的上，強調理論指導實踐，加強對各種檢測儀表、調節器、控制器及控制理論的使用和理解，加強實際操作能力、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、內容跨度較大等特點，由于化工類專業學生對有關電學、自動控制原理等方面的基礎知識了解較少，學習中難免會感到難度較大，加之教學課時較少，使得本課程的授課更是捉襟見肘.這就要求此課程的教學內容和方法都要做全面的調整，以適應教學與應用的需要［3］.

1 化工儀表教學內容體系存在的問題

《化工儀表及自動化》是我校應用化學專業、化學工程與工藝專業、應用化工技術專業的專業課，通過學習本課程，使學生能根據工藝要求，與自動控制設計人員共同討論以提出合理的自動控制方案;能在技術設計和技術改造中，與自控設計人員密切合作，綜合考慮工藝與控制的兩方面，并為自控設計人員提供正確的工藝條件和數據;能在生產控制、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;能正確發現、分析工業生產中出現的一些問題和現象，考慮各方面的相互聯系及提出正確的解決方法.

可見，化工生產過程自動化是一門綜合性的學科，內容體系上既有深度的理論介紹，又有工程實踐經驗的歸納，在教學過程中，如果教學內容體系不合理，就會使學生感到雜亂無章，不得要領.目前，該課程教學中普遍存在以下問題，對于剛升本應用型本科院校尤為顯著.

1.1 教學課時嚴重不足

隨著現代高等教育改革的進行，由于種種原因使得《化工儀表及自動化》課程的課時進一步被縮減.對于原本就緊缺的課時，再加上該課程的內容及知識點龐大而復雜，因此教學過程中難免會出現課時捉襟見肘的現象.為了達到教學目標，多數教師采用“滿堂灌”的教學方案，然而在如此短的時間內將如此大量的教學內容灌輸給學生難免使課堂質量下降、學生接受能力跟不上.

1.2 實踐教學條件匱乏

化工工藝專業是一門實踐性很強的專業，《化工儀表及自動化》更是一門以實驗或實踐為基礎的課程.目前，我校由于種種原因對該課程實驗課時較少，購買儀器數量不足，學生的動手與實踐能力就被剝奪，就無法提高大部分學生的感性認識，也很難加深學生對理性知識的理解.

1.3 與實際結合甚少

傳統模式下，《化工儀表及自動化》課程教學形式以理論教學為主、實驗教學為輔，進行的理論教學和實驗課程相互之間各自獨立實施［3］.因此造成了理論與實踐教學上產生分層的局面，理論課時講解較早，等到學生實驗時，理論知識已經忘記;或者是課程理論內容未講解，學生就已經開始實驗，造成學生接受和理解困難.而在實際實踐中，一般《化工儀表及自動化》課程也很少與化工實際生產的自控環節相結合，很少與化工設計相聯系.由此也導致了學生課程學習與工業實踐相互脫節，影響學生對知識的理解以及后續的綜合應用.

我們針對該課程課時較少、教學內容較多、理論抽象等矛盾，學生學習興趣不強等問題，在課堂教學、實驗教學、實習實訓等環節進行了積極的探討，以期取得良好的教學效果.

2 應用型本科院校《化工儀表及自動化》課程教學改革

2.1 教學內容的改革

2.1.1 根據不同專業篩選教學內容

由于課時的短缺和龐大的教學內容相矛盾，要在如此短的時間內講授完整個化工儀表及自動化內容顯然已不現實，再加上對不同專業的要求程度不盡相同，因此有必要對教學內容進行篩選.

根據化工生產的實際工藝設計，強調化工儀表及自動控制的基礎和應用;根據化工設計的要求，增強儀表的選型和典型控制方案的選擇.根據不同專業對于本課程使用程度，例如化學工程與工藝專業、應用化學專業、應用化工技術專業三個專業今后所從事的方向會有所不同，在內容上就應有所區別.如對應用化工技術專業學生的要求應該偏重于化工儀表的認識、使用及自控方案的了解上，而對于化學工程與工藝專業的學生則應要求其對原理部分也應有一定程度的理解.

在授課時應選擇化工生產中常用的儀表和自動控制類型進行講解，例如在“溫度檢測及儀表”章節講解時，重點講解熱電阻和熱電偶溫度計及其分度表的使用;避開一些已經在現代工業中被淘汰的類型，如“DDZ－I型”控制器和即將退出工業實際應用的“DDZ－II型”;對于與其他課程相互交叉的內容，在確定其他課程中有詳細的講授后，對這部分內容的講解應采取簡化或者不講，如“流量檢測及儀表”中的節流式流量計與轉子流量計的部分內容［4］.

刪減一些過于高端理論化知識章節，例如高級控制系統和計算機控制系統的部分內容.該部分知識在化工企業實際生產應用中，工藝類人員(非程序設計人員)的主要任務是面對控制界面，了解、掌握及會操作使用這些軟件程序，而不是去掌握這些計算機軟件的制作和核心原理，因此在企業實踐過程中即能接觸該部分軟件的說明書和操作程序，此時鼓勵學生積極實踐和學習相關知識［1，5］.

2.1.2 改進教學方法，提高學生學習興趣

首先聯系本學院開設的其他實驗課程上所用到的與儀表及自動化相關的儀器設備，讓同學們回憶或在做實驗時特別留意所接觸到的有關檢測儀表與自動控制系統的實物及其工作原理.

其次利用本學院最新配置的化工模擬軟件實驗室，利用教學仿真軟件系統搭建的仿真平臺，在計算機模擬教學過程中，學生根據計算機軟件的提示，一步步求解問題，并發現和掌握規律.通過模擬環境下的實驗，可以將學習理論知識與增強實際應用能力有機地統一起來，將信息交流與開發智能有機地統一起來，提高學生對化工儀表及自動控制專業知識的理解能力，充分培養學生的創新能力，這樣更符合現代教育的新思想、新觀念［6］.為應用型、素質型和創造型人才的培養提供一種理想的學習平臺.

再次設計出在實驗室能夠實施的一些實驗，盡量做到實驗與所學基本理論緊密結合，使學生在做實驗過程中能運用所學的相關理論知識，學以致用并通過實驗進一步理解消化理論知識［7，8］.例如，鼓勵學生利用簡單熱電阻或熱電偶等器材自己動手組裝和檢驗超級恒溫水槽，通過設計實驗增強學生的實際動手能力，并提高學生的學習興趣，進而掌握所學知識.

2.1.3 應用案例教學、培養學生能力和素質

所謂案例教學法，就是教師根據教學目標需要，選用典型案例為學生提供一個真實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，主動探討，進而培養學生的綜合能力和素質.案例教學法的優勢在于它應用案例的真實性和實踐性，能夠讓學生真正的接觸到化工生產過程的真實情況，并通過結合所學習的理論知識去分析和解決生產過程中所遇見的實際問題，這樣往往能夠激發學生濃厚的學習和探知興趣，提高學生的實踐能力.

例如在第一節課開始時，為了使同學們了解什么是自動化技術以及自動化技術在日常生活中的實際應用，可以列舉生活中使用的自動電熱水壺、冰箱等案例分析其控制原理，進而使同學們對自動控制技術有初步的認識.在教學過程中，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、化學反應器的控制、精餾塔的控制、空氣壓縮機的控制等等.以精餾塔的自動控制為例來講，首先讓同學們去實驗室和實訓室了解精餾塔(板式塔、填料塔)的模型，然后讓同學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，最后由老師總結比較各種方案的優缺點［4，9］.這樣就大大提高了同學們的參與率，并且鍛煉了同學們分析問題、解決問題的能力，同時也強化了同學所學到的理論知識，可謂一舉多得.

2.2 充分利用有限的實驗室資源

在實驗室做實驗是化學與化工專業日常教學中必不可少的一個重要環節.實驗室教學是一種敞開式的教學形式，在教學過程中更加注重的是學生的主體、主動精神，開發學生獨立思考問題的潛能，讓學生主動的去學習.《化工儀表及自動化》是一門更加注重實用性和實踐性的課程，主要體現在常見的測量儀表的認識和使用、自動控制系統的條件原理上.

首先聯系本學院開設的其他實驗課程上所用到的與儀表及自動化相關的儀器設備，讓同學們回憶或在做實驗時特別留意所接觸到的有關檢測儀表與自動控制系統的實物及其工作原理.

其次利用本學院最新配置的化工模擬軟件實驗室，利用教學仿真軟件搭建系統的仿真平臺，在網絡教學中，學生根據計算機的提示，一步步求解問題，并發現和掌握規律.通過模擬環境下的實驗，可以將學習知識與增強能力有機地統一起來，將信息交流與開發智能有機地統一起來，提高學生對化工儀表及自動控制專業知識的理解能力，充分培養學生的創新能力，這樣更符合現代教育的新思想、新觀念.可為素質型和創造型人才的培養提供一種理想的教學環境.

再次設計出在實驗室能夠實施的一些實驗，盡量做到實驗與理論緊密結合，使學生在實驗過程中能應用所學的理論知識，學以致用并通過實驗進一步理解消化理論知識.例如，鼓勵學生利用簡單熱電阻或熱電偶等器材自己動手組裝和檢驗超級恒溫水槽，通過實驗增強學生的實際動手能力，并提高學生的學習興趣.

2.3 與化工課程設計結合

近年來興起的全國性化學工業設計大賽，給學生對《化工儀表及自動化》的學習帶來直接的好處，利用化工設計軟件參與化工課程的設計，將所學的化工儀表與自動控制原理及知識應用于化工設計中.通過化工課程的設計，進一步了解和提高化工儀表和自動控制原理及知識，為以后工作中的應用打下堅實的基礎.

2.4 強化實踐教學

化工專業學生學習《化工儀表及自動化》主要是為了畢業后在化工企業工作中的實際應用，或者為了成為一個優秀的化工設計人員做準備.隨著現代工業的飛速發展，化工自動化的水平也在不斷的提高，對化工專業學生而言，要求化工專業自動控制的專業知識也越來越高.為進一步提高化工專業學生對實際知識應用和動手能力，本課程的實踐教學不應僅僅局限課堂和實驗室教學，更應該走出課堂甚至校園.

走進實訓室，利用精細化工實訓設備，可以使同學們參與有關精細化工產品的研究與開發，如日化產品配制及產品質量控制、涂料產品的配方探討和性能測試等實訓項目.通過實訓操作，使學生掌握化工儀表、自動控制技術和多學科知識的綜合運用，使同學們學校連續自動化模擬控制操作，并熟悉各種檢測技術的原理等知識，使同學們參與具體的化工生產實訓中，讓他們了解化工儀表及自動控制技術在化工生產中的具體作用，加深同學們對所學知識的認識與理解.

2.5 改革課程考核體系

大學所培養的不僅是使學生具有扎實的基礎知識，同時還應具備很強的獲取新知識、新事物的能力以及創新能力.但是，目前教學效果和學生能力的評價考核體系還大多是采取規范的卷面考核方式，顯然此方式已不能適應現代化化工復合人才培養的需要.為了提高學生的學習興趣及主動性，激發學生的創新能力，必須對考核方式進行改革.采取變單一的考核形式為多種形式的考核方式，主要考查學生對課程基本內容的掌握，結合實驗及實踐等環節進行綜合成績評定.通過考核方式的改變，旨在調動學生學習的主動性，改變以往平時不學習，期末突擊復習的現象，加深學生對基本知識的掌握.

因此，加強學生實驗及實踐教學的硬件建設，學校最近引進化工儀表自動控制裝置及精細化工實訓裝置各一套，提高學生的感性認識，以便學生對理性知識的掌握和理解.

3 結語

隨著科學技術的迅速發展，綜合國力的激烈競爭，國家都把人才的培養放在首要的位置，尤其是應用型技術人才的培養.應用型本科高校作為培養優秀技術人才的搖籃，正面臨著教育改革的艱巨任務.在《化工儀表及自動化》的教學改革過程中，只有不斷進行教學改革，與市場接軌，完善教學內容、方法和手段，才能為快速發展的社會培養出符合市場要求的人才.

［1］ 厲玉明.化工儀表及自動化(第5版)［M］.北京:化學工業出版社，2011.27－121.

［2］ 徐雪麗，宋偉.化工工藝專業儀表及自動化教學改革探討［J］.科技創新導報，2011，32:143－145.

［3］ 張春勇，徐曉娟，鄭純智，文穎穎.化工儀表及自動化教學改革探討［J］.江蘇技術師范學院學報，2010，16(12):98－100.

［4］ 劉鴻雁，李金紅，居萌軒.化工儀表及自動化中的教學改革與實踐［J］.河北工業大學成人教育學院學報，2007，22(1):9－11.

［5］ 陳俊英.化工儀表及自動化教學中工程觀念的培養［J］.教育教學論壇，2012，9:54－55.

［6］ 孫自強.化工自動化及儀表課程教學改革與實踐［J］.化工高等教育，2012，124(2):51－54.

［7］ 俞金壽，孫自強.過程自動化及儀表(第二版)［M］.北京:化學工業出版社，2007.

［8］ 王樹江，尹麗，王承學.化工儀表及自動化互動式教學的探索與實踐［J］.廣東化工，2012，39(2):209－210.

［9］ 旭華.適應教改形勢，培育精品教材，打造化工復合型人才——淺談化工自動化及儀表課程設置的重要性及配套教材建設［J］.化工高等教育，2007(6):99－102.