应用型本科院校《化工仪表自动化》课程教学探讨

张孝杰，史洪伟，卓馨，谢永，周丹红，李沙沙

(宿州学院化学与生命科学学院，安徽宿州234000)

0 引言

随着现代工业生产的飞速发展，使得化工生产过程朝着大规模、高效率、连续生产、综合利用方向迅速发展.进而对过程的在线检测与即时控制技术的要求程度越来越高，因此，掌握化工生产过程中参数检测与控制技术是化工专业学生从事生产与工艺技术开发是必不可少的.《化工仪表及自动化》即是顺应这种发展需要而开设的一门课程［1，2］，旨在提高学生对化工过程控制的综合应用能力.《化工仪表及自动化》是化学工程与工艺、应用化工技术等化工专业的一门专业基础课，是一门应用性、实践性很强的课程，该课程综合了化工原理、电工学、电子技术及自控理论等多门学科，是应用型本科高校建设不可缺少的一门课程.它以自动化控制的基本理论为主线，并贯穿于所有章节，以常见的检测仪表(如测压力、流量、物位、温度)、调节器的内部结构和工作原理等为重点，介绍几种控制系统及其在化工生产过程中集散控制系统(DCS)控制方法;本课程在目的上，强调理论指导实践，加强对各种检测仪表、调节器、控制器及控制理论的使用和理解，加强实际操作能力、分析问题和解决问题的能力.

该课程具有涉及知识面广、理论比较抽象、内容跨度较大等特点，由于化工类专业学生对有关电学、自动控制原理等方面的基础知识了解较少，学习中难免会感到难度较大，加之教学课时较少，使得本课程的授课更是捉襟见肘.这就要求此课程的教学内容和方法都要做全面的调整，以适应教学与应用的需要［3］.

1 化工仪表教学内容体系存在的问题

《化工仪表及自动化》是我校应用化学专业、化学工程与工艺专业、应用化工技术专业的专业课，通过学习本课程，使学生能根据工艺要求，与自动控制设计人员共同讨论以提出合理的自动控制方案;能在技术设计和技术改造中，与自控设计人员密切合作，综合考虑工艺与控制的两方面，并为自控设计人员提供正确的工艺条件和数据;能在生产控制、管理等过程中正确选用和使用常见的测量仪表和控制装置;能正确发现、分析工业生产中出现的一些问题和现象，考虑各方面的相互联系及提出正确的解决方法.

可见，化工生产过程自动化是一门综合性的学科，内容体系上既有深度的理论介绍，又有工程实践经验的归纳，在教学过程中，如果教学内容体系不合理，就会使学生感到杂乱无章，不得要领.目前，该课程教学中普遍存在以下问题，对于刚升本应用型本科院校尤为显著.

1.1 教学课时严重不足

随着现代高等教育改革的进行，由于种种原因使得《化工仪表及自动化》课程的课时进一步被缩减.对于原本就紧缺的课时，再加上该课程的内容及知识点庞大而复杂，因此教学过程中难免会出现课时捉襟见肘的现象.为了达到教学目标，多数教师采用“满堂灌”的教学方案，然而在如此短的时间内将如此大量的教学内容灌输给学生难免使课堂质量下降、学生接受能力跟不上.

1.2 实践教学条件匮乏

化工工艺专业是一门实践性很强的专业，《化工仪表及自动化》更是一门以实验或实践为基础的课程.目前，我校由于种种原因对该课程实验课时较少，购买仪器数量不足，学生的动手与实践能力就被剥夺，就无法提高大部分学生的感性认识，也很难加深学生对理性知识的理解.

1.3 与实际结合甚少

传统模式下，《化工仪表及自动化》课程教学形式以理论教学为主、实验教学为辅，进行的理论教学和实验课程相互之间各自独立实施［3］.因此造成了理论与实践教学上产生分层的局面，理论课时讲解较早，等到学生实验时，理论知识已经忘记;或者是课程理论内容未讲解，学生就已经开始实验，造成学生接受和理解困难.而在实际实践中，一般《化工仪表及自动化》课程也很少与化工实际生产的自控环节相结合，很少与化工设计相联系.由此也导致了学生课程学习与工业实践相互脱节，影响学生对知识的理解以及后续的综合应用.

我们针对该课程课时较少、教学内容较多、理论抽象等矛盾，学生学习兴趣不强等问题，在课堂教学、实验教学、实习实训等环节进行了积极的探讨，以期取得良好的教学效果.

2 应用型本科院校《化工仪表及自动化》课程教学改革

2.1 教学内容的改革

2.1.1 根据不同专业筛选教学内容

由于课时的短缺和庞大的教学内容相矛盾，要在如此短的时间内讲授完整个化工仪表及自动化内容显然已不现实，再加上对不同专业的要求程度不尽相同，因此有必要对教学内容进行筛选.

根据化工生产的实际工艺设计，强调化工仪表及自动控制的基础和应用;根据化工设计的要求，增强仪表的选型和典型控制方案的选择.根据不同专业对于本课程使用程度，例如化学工程与工艺专业、应用化学专业、应用化工技术专业三个专业今后所从事的方向会有所不同，在内容上就应有所区别.如对应用化工技术专业学生的要求应该偏重于化工仪表的认识、使用及自控方案的了解上，而对于化学工程与工艺专业的学生则应要求其对原理部分也应有一定程度的理解.

在授课时应选择化工生产中常用的仪表和自动控制类型进行讲解，例如在“温度检测及仪表”章节讲解时，重点讲解热电阻和热电偶温度计及其分度表的使用;避开一些已经在现代工业中被淘汰的类型，如“DDZ－I型”控制器和即将退出工业实际应用的“DDZ－II型”;对于与其他课程相互交叉的内容，在确定其他课程中有详细的讲授后，对这部分内容的讲解应采取简化或者不讲，如“流量检测及仪表”中的节流式流量计与转子流量计的部分内容［4］.

删减一些过于高端理论化知识章节，例如高级控制系统和计算机控制系统的部分内容.该部分知识在化工企业实际生产应用中，工艺类人员(非程序设计人员)的主要任务是面对控制界面，了解、掌握及会操作使用这些软件程序，而不是去掌握这些计算机软件的制作和核心原理，因此在企业实践过程中即能接触该部分软件的说明书和操作程序，此时鼓励学生积极实践和学习相关知识［1，5］.

2.1.2 改进教学方法，提高学生学习兴趣

首先联系本学院开设的其他实验课程上所用到的与仪表及自动化相关的仪器设备，让同学们回忆或在做实验时特别留意所接触到的有关检测仪表与自动控制系统的实物及其工作原理.

其次利用本学院最新配置的化工模拟软件实验室，利用教学仿真软件系统搭建的仿真平台，在计算机模拟教学过程中，学生根据计算机软件的提示，一步步求解问题，并发现和掌握规律.通过模拟环境下的实验，可以将学习理论知识与增强实际应用能力有机地统一起来，将信息交流与开发智能有机地统一起来，提高学生对化工仪表及自动控制专业知识的理解能力，充分培养学生的创新能力，这样更符合现代教育的新思想、新观念［6］.为应用型、素质型和创造型人才的培养提供一种理想的学习平台.

再次设计出在实验室能够实施的一些实验，尽量做到实验与所学基本理论紧密结合，使学生在做实验过程中能运用所学的相关理论知识，学以致用并通过实验进一步理解消化理论知识［7，8］.例如，鼓励学生利用简单热电阻或热电偶等器材自己动手组装和检验超级恒温水槽，通过设计实验增强学生的实际动手能力，并提高学生的学习兴趣，进而掌握所学知识.

2.1.3 应用案例教学、培养学生能力和素质

所谓案例教学法，就是教师根据教学目标需要，选用典型案例为学生提供一个真实或者模拟的具体情形，通过对案例的阅读、思考、分析和讨论等，在具体的问题情境中，积极思考，主动探讨，进而培养学生的综合能力和素质.案例教学法的优势在于它应用案例的真实性和实践性，能够让学生真正的接触到化工生产过程的真实情况，并通过结合所学习的理论知识去分析和解决生产过程中所遇见的实际问题，这样往往能够激发学生浓厚的学习和探知兴趣，提高学生的实践能力.

例如在第一节课开始时，为了使同学们了解什么是自动化技术以及自动化技术在日常生活中的实际应用，可以列举生活中使用的自动电热水壶、冰箱等案例分析其控制原理，进而使同学们对自动控制技术有初步的认识.在教学过程中，我们通常选取最常见的化工单元操作作为案例分析，如加热锅炉的控制、离心泵的控制、化学反应器的控制、精馏塔的控制、空气压缩机的控制等等.以精馏塔的自动控制为例来讲，首先让同学们去实验室和实训室了解精馏塔(板式塔、填料塔)的模型，然后让同学们分组讨论影响其精馏过程中的主要干扰因素有哪些，确定我们要保证正常的生产需要对塔的控制提出怎样的要求，通过分析筛选出比较合理的控制方案，最后由老师总结比较各种方案的优缺点［4，9］.这样就大大提高了同学们的参与率，并且锻炼了同学们分析问题、解决问题的能力，同时也强化了同学所学到的理论知识，可谓一举多得.

2.2 充分利用有限的实验室资源

在实验室做实验是化学与化工专业日常教学中必不可少的一个重要环节.实验室教学是一种敞开式的教学形式，在教学过程中更加注重的是学生的主体、主动精神，开发学生独立思考问题的潜能，让学生主动的去学习.《化工仪表及自动化》是一门更加注重实用性和实践性的课程，主要体现在常见的测量仪表的认识和使用、自动控制系统的条件原理上.

首先联系本学院开设的其他实验课程上所用到的与仪表及自动化相关的仪器设备，让同学们回忆或在做实验时特别留意所接触到的有关检测仪表与自动控制系统的实物及其工作原理.

其次利用本学院最新配置的化工模拟软件实验室，利用教学仿真软件搭建系统的仿真平台，在网络教学中，学生根据计算机的提示，一步步求解问题，并发现和掌握规律.通过模拟环境下的实验，可以将学习知识与增强能力有机地统一起来，将信息交流与开发智能有机地统一起来，提高学生对化工仪表及自动控制专业知识的理解能力，充分培养学生的创新能力，这样更符合现代教育的新思想、新观念.可为素质型和创造型人才的培养提供一种理想的教学环境.

再次设计出在实验室能够实施的一些实验，尽量做到实验与理论紧密结合，使学生在实验过程中能应用所学的理论知识，学以致用并通过实验进一步理解消化理论知识.例如，鼓励学生利用简单热电阻或热电偶等器材自己动手组装和检验超级恒温水槽，通过实验增强学生的实际动手能力，并提高学生的学习兴趣.

2.3 与化工课程设计结合

近年来兴起的全国性化学工业设计大赛，给学生对《化工仪表及自动化》的学习带来直接的好处，利用化工设计软件参与化工课程的设计，将所学的化工仪表与自动控制原理及知识应用于化工设计中.通过化工课程的设计，进一步了解和提高化工仪表和自动控制原理及知识，为以后工作中的应用打下坚实的基础.

2.4 强化实践教学

化工专业学生学习《化工仪表及自动化》主要是为了毕业后在化工企业工作中的实际应用，或者为了成为一个优秀的化工设计人员做准备.随着现代工业的飞速发展，化工自动化的水平也在不断的提高，对化工专业学生而言，要求化工专业自动控制的专业知识也越来越高.为进一步提高化工专业学生对实际知识应用和动手能力，本课程的实践教学不应仅仅局限课堂和实验室教学，更应该走出课堂甚至校园.

走进实训室，利用精细化工实训设备，可以使同学们参与有关精细化工产品的研究与开发，如日化产品配制及产品质量控制、涂料产品的配方探讨和性能测试等实训项目.通过实训操作，使学生掌握化工仪表、自动控制技术和多学科知识的综合运用，使同学们学校连续自动化模拟控制操作，并熟悉各种检测技术的原理等知识，使同学们参与具体的化工生产实训中，让他们了解化工仪表及自动控制技术在化工生产中的具体作用，加深同学们对所学知识的认识与理解.

2.5 改革课程考核体系

大学所培养的不仅是使学生具有扎实的基础知识，同时还应具备很强的获取新知识、新事物的能力以及创新能力.但是，目前教学效果和学生能力的评价考核体系还大多是采取规范的卷面考核方式，显然此方式已不能适应现代化化工复合人才培养的需要.为了提高学生的学习兴趣及主动性，激发学生的创新能力，必须对考核方式进行改革.采取变单一的考核形式为多种形式的考核方式，主要考查学生对课程基本内容的掌握，结合实验及实践等环节进行综合成绩评定.通过考核方式的改变，旨在调动学生学习的主动性，改变以往平时不学习，期末突击复习的现象，加深学生对基本知识的掌握.

因此，加强学生实验及实践教学的硬件建设，学校最近引进化工仪表自动控制装置及精细化工实训装置各一套，提高学生的感性认识，以便学生对理性知识的掌握和理解.

3 结语

随着科学技术的迅速发展，综合国力的激烈竞争，国家都把人才的培养放在首要的位置，尤其是应用型技术人才的培养.应用型本科高校作为培养优秀技术人才的摇篮，正面临着教育改革的艰巨任务.在《化工仪表及自动化》的教学改革过程中，只有不断进行教学改革，与市场接轨，完善教学内容、方法和手段，才能为快速发展的社会培养出符合市场要求的人才.

［1］ 厉玉明.化工仪表及自动化(第5版)［M］.北京:化学工业出版社，2011.27－121.

［2］ 徐雪丽，宋伟.化工工艺专业仪表及自动化教学改革探讨［J］.科技创新导报，2011，32:143－145.

［3］ 张春勇，徐晓娟，郑纯智，文颖颖.化工仪表及自动化教学改革探讨［J］.江苏技术师范学院学报，2010，16(12):98－100.

［4］ 刘鸿雁，李金红，居萌轩.化工仪表及自动化中的教学改革与实践［J］.河北工业大学成人教育学院学报，2007，22(1):9－11.

［5］ 陈俊英.化工仪表及自动化教学中工程观念的培养［J］.教育教学论坛，2012，9:54－55.

［6］ 孙自强.化工自动化及仪表课程教学改革与实践［J］.化工高等教育，2012，124(2):51－54.

［7］ 俞金寿，孙自强.过程自动化及仪表(第二版)［M］.北京:化学工业出版社，2007.

［8］ 王树江，尹丽，王承学.化工仪表及自动化互动式教学的探索与实践［J］.广东化工，2012，39(2):209－210.

［9］ 旭华.适应教改形势，培育精品教材，打造化工复合型人才——浅谈化工自动化及仪表课程设置的重要性及配套教材建设［J］.化工高等教育，2007(6):99－102.