制藥工程專業化工儀表及自動化專業課程教學改革探索

肖新敏　祁志軍

摘要：化工儀表及自動化是制藥工程專業的專業基礎課，本文根據制藥工程專業的培養目標和課程特點，提出要針對專業特性進行教學改革，并從教學內容、教學方法、實踐教學以及試題庫建設等方面進行了探索與實踐。

關鍵詞：制藥工程；化工儀表及自動化；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）47-0101-02

制藥工程專業是農藥學和工程學交叉發展的應用學科，主要應用農藥學、化學、工程學及相關學科的理論和技術手段解決農藥生產過程中的工程技術問題，具有很強的實踐性，要求學生具備農藥產品生產、工程設計、新農藥研制與開發的實際能力。化工儀表及自動化主要講解實際生產過程中工藝參數檢測、顯示和控制，是涉及化工生產過程、化工設備、儀器儀表及自動控制等多學科交叉的綜合性課程，是制藥工程專業的一門必修專業基礎課。由于缺乏實際生產實踐知識，因此在學習中，學生普遍反映該課程信息量大，內容龐雜、抽象，難以理解[1]。在課時有限的情況下，這個問題顯得尤為突出。如何根據制藥工程專業的培養目標和化工儀表及自動化的課程特點，使學生在有限時間內獲取最大的課程知識，完成理論知識與生產實踐的結合，教研組結合近幾年的教學實踐，從多個方面進行了教學措施改革。

一、合理安排教學內容

制藥工程專業使用的教材是厲玉鳴主編的《化工儀表及自動化》，主要包括儀表和控制系統兩大部分共七章的內容，理論教學內容較多，在36個課時內要詳細講授這些內容顯然很不現實。根據該專業的培養目標和農藥生產過程的實際需要，化工儀表及自動化的課程改革應以實際應用為指導，以滿足制藥工程專業學生在實際生產過程中涉及的參數檢測和自動控制的要求為原則，教學內容以學生畢業后的實際工作需要來選擇。

在有限的課時內，堅持“少而精”的原則，一般不詳細分析內部電路，但要講清儀表和控制系統的結構、工作原理和工作過程，重點講解如何正確選擇和使用儀表及控制系統，降低理論要求，增加實用內容。農藥生產過程主要涉及反應過程及傳熱、精餾、吸收、干燥、萃取等單元操作，因此在保持課程相對完整的基礎上，根據專業特點調整教學內容。把自動控制系統兩章內容和典型化工單元的控制方案進行融合，在自動控制系統講授中盡量選用這些單元操作進行討論講解，分析典型化工單元操作中若干具有代表性設備的自動控制系統，闡明設計控制方案的共同原則和方法。

例如，無相變的換熱器的溫度控制、載熱體進行冷凝的加熱器自動控制、冷卻劑進行氣化的冷卻器自動控制、精餾塔的溫度控制方案、釜式反應器和發酵罐的溫度控制等，通過案例分析，激發學生的學習興趣。隨著工業生產和自動化技術的發展以及新型儀表和控制理論的不斷更新，教學過程中，我們要順應控制技術發展規律，調整充實教學內容，讓學生了解檢測技術和控制技術的發展趨勢和最新發展動態，使教學內容的組織體現應用性和開放性[2]。這不但能激發學生的學習興趣和學習熱情，也能為他們以后的工作打下良好的基礎。

二、采用多種教學方法

化工儀表及自動化的教學內容與實際生產過程密切相關，涉及大量的工藝生產過程、單元操作及相關生產設備，對于從未接觸實際生產過程的學生來說，文字性質的描述或者圖示的方法不能有效地提供課程相關信息，致使他們對工藝參數的檢測和自動控制缺乏直觀的認識。教學實踐證明，使用多媒體教學課件，用圖形、圖像、文本、動畫、視頻等直觀、生動的形式描述知識形成過程的特點，能使學生的學習活動處于積極狀態，增強學習興趣，提高教學效果[3]。

例如，講到自動控制系統組成時，可進行液體貯槽液位自動控制的動畫演示，形象展現出液位自動控制系統所應用的測量元件、自動控制器、控制閥及對象等環節和控制過程；利用圖片進行典型控制單元的展示。另外，我們還將農藥原藥生產的實際生產過程、相關設備、參數檢測和控制視頻穿插在課程教學中，使學生有置身生產過程的感覺，提高教學效率。還可以將化工生產模擬仿真與傳統化工儀表及自動化教學相結合。利用Matlab軟件和Aspen Plus等仿真軟件，制作相應的化工儀表工作過程模擬仿真教學課件和典型化工控制系統控制過程的演示課件，將過程模擬方法和傳統化工儀表及自動化教學內容相結合。例如，模擬某農藥生產過程典型設備中各參數的控制過程，修改參數可看到不同的過渡過程曲線，從而理解PID參數的整定，進一步領會工藝過程與自動控制系統之間的關系。

三、注重實踐課程教學

化工儀表及自動化課程教學以實際應用為目的，因此進行實踐教學是配合理論教學的必不可少的環節，缺乏實踐環節將嚴重影響教學效果[4]。然而，制藥工程專業的化工儀表及自動化課程已進行的實驗，多是以模擬式儀表為基礎的儀表校驗和參數的測量。因此，實驗課的設置要按照教學計劃的要求，力爭在完成基本實驗內容的基礎上，盡可能地增加一些有益的內容。實驗可分為基礎驗證性實驗和綜合性實驗。基礎驗證性實驗是傳統實驗，主要是使學生掌握儀表的工作原理和使用方法，完成實驗操作、數據處理等基本訓練；綜合性實驗主要培養學生調查研究、設計實驗方案及對實驗過程及結果獨立分析和判斷的能力[5]。

實習通常作為學生貫通專業知識和集合專業技能的重要教學實踐活動。制藥工程專業的課程教學要以農藥生產的實際需要為目標，不但強調對專業知識的掌握和應用，更應加強調與生產實際的結合，強調課堂講授與學生的生產實習相結合[6]。本課程的教學內容與農藥生產過程密切相關，涉及大量的參數檢測和控制的相關知識。因此，在課程進行的第七周穿插一周針對該課程和化工設備機械基礎的農藥廠認識實習，有助于讓學生通過對啶蟲脒和霜霉威生產流程與生產設備的了解，進一步認識生產過程中較為典型的控制單元，畫出帶控制點的工藝流程圖。

并且，在實習報告中要求學生從這兩個工藝生產過程中，選取一個生產設備作為被控對象，設計一個簡單控制系統。設計內容包括：分析工藝過程，找出工藝的影響因素；確定被控對象，分析對象特性及在工藝流程中的作用；根據被控變量和操縱變量的選擇原則，選擇被控變量和操縱變量；選擇測量元件；控制器及其控制規律的分析和確定；控制閥的選擇；自動控制系統的控制過程分析。學生在完成實習報告的同時，就完成了對課程內容的理解和融會貫通，也就完成了對化工儀表及自動化課程的全面復習。更重要的是，它能促使學生主動理論聯系實際，將課程內容與工藝過程中的參數控制聯系起來，鍛煉利用所學知識解決實際問題的能力。

四、進行試題庫建設

化工儀表及自動化課程通常的出題方式是由經驗豐富的教師手工組卷，且是AB兩卷，一次組卷只能用于一次考試，重復勞動量較大。而且，人工組卷的出卷人一般是教授此課的教師，不能實現教考分離，對學生全面達到教學大綱規定的要求不利。試題庫內容擬覆蓋檢測儀表、顯示儀表、控制儀表、控制系統組成、簡單控制系統、復雜控制系統等章節，試題分為填空、判斷、分析、問答、計算等多種類型，著重考查學生對化工儀表及控制系統的基本原理、結構、應用的了解，以及運用上述知識正確分析和解決生產實際問題的能力。本題庫將具有較高的智能性、靈活度和開放性，由主考教師自行指定考試范圍、題目難度和知識點，系統自動整理出符合要求的試題，并配有詳細的答案及評分標準。該題庫可以滿足學校制藥工程和林產化工等多專業的教學要求。

隨著高校教育的不斷改革和發展，為適應綜合素質人才的培養需要，我們不僅要從教學內容、教學方法、實踐教學等方面進一步給予完善，還要根據制藥工程專業的培養目標和課程特點，探索和構建適合本課程的教學模式，進而培養學生的工程意識和分析、解決生產實際問題的能力，提高教學效率和教學效果。

參考文獻：

[1]姚干兵.工儀表及自動化課程教學改革探討[J].技資訊，008，（5）：62-163.

[2]周冬菊，董鐵有.案例教學模教式學在化工儀表及自動化中的應用[J].黑龍江教育，2012，（11）：9-10.

[3]曾珞亞，李學聰，馮燕.《化工儀表及自動化》跨專業跨學科教學特點研究[J].高教論壇，2009，（5）：75-77.

[4]蘇國棟.化工儀表及自動化實踐教學的研究[J].職業教育.2007，（8）：16-18.

[5]陳俊英.化工儀表及自動化教學中工程觀念的培養[J].教法研究，2012，（03）：54-55.

[6]楊基和，王車禮.化學工程與工藝專業“大工程觀”課程體系的構建[J].江蘇工業學院學報，2007，8（3）：100-102.