浅谈地方院校化工仪表及自动化课程的教学改革

赵丹丹，陈盛余,2

(1.百色学院，广西 百色 533000；2.广西师范大学 化学与药学学院，广西 桂林 541004)

化工仪表及自动化是化工类专业的一门专业选修课。虽然该课程是选修课，但由于现代化工生产大多数是规模化、自动化、因此大部分高校的化工类专业都开设了该课程。化工仪表及自动化属于交叉学科课程，涉及化工仪表设备、自动化控制理论、计算机科学等内容。在当今教学中，由于其内容涉及面广，课时少，因此课程教学往往难以达到预期效果。对于地方院校而言，其主要是以培养应用型人才为导向，侧重培养动手和实践能力。而化工仪表及自动化课程理论性较强，如何在有限的课时内提高学生的实践能力显得更为迫切。项目化教学是当前能够有效提高学生实践能力的教学模式之一[1]，并在多个课程教学中得到应用[2-3]。下面以笔者所在学校—百色学院的化工仪表及自动化课程为例谈谈项目化教学在该课程中的改革，以期为化工类专业的教学改革提供一些实践参考。

目前，百色学院是在化学工程与工艺专业开设化工仪表及自动化课程，教材使用的是厉玉鸣主编的《化工仪表及自动化》第五版[4]。该教材主要以理论为主，无实践内容。该课程原来的教学模式主要是老师讲授为主。经过笔者教学探索研究，目前在课程中笔者尝试了项目化教学，并取得了一定效果，具体教学改革如下。

1 优化项目教学内容

教材第一章主要对自动化控制系统进行了介绍，让学生对控制系统有个总体认识；第二章介绍过程特性及其数学模型；第三章介绍检测仪表与传感器 。接下来的第四章至第九章节主要介绍不同的控制系统；最后第十章举例介绍。从内容设置来看，课程理论较多，学生学习非常困难。因为学生没有进行过工业化生产，没有接触过相关的控制仪表和装置，所以如果只是按照书本进行介绍，学生非常难进行理解。因此，在进行教学的时候要对相关内容进行优化。不能完全按照书本内容进行讲解，要有针对性和有所侧重。该教材虽然设计内容多，学生不容易理解，但是可以从学生容易理解的内容引导学生进行学习。比如该教材第三章的检测仪表与传感器 内容主要是化工仪表，在实验室可以找到相关的部分产品，方便学生找到实物进行学习。学生可以从感性到理性步步深入进行学习，从而提高学生学习兴趣。所以该内容可以将作为重点内容之一，这与教学大纲相符。这也就是所讲的内容优化。

2 教学内容的项目化实施

2.1 老师设置具体项目内容

第三章的检测仪表与传感器内容也是较多，也需要有其重点内容，因此还要对这一章内容进行具体设置，避免学生盲目选择。第三章的检测仪表主要是检测化工生产的工艺参数，比如流量、压力、物位、温度等。为了让学生更好更快的进行项目化内容，一般选择的内容不能太多。因此在这里可以选择每一种工艺参数里面的一种仪表作为一个子项目进行教学。

检测压力的仪表一般有压力表，在实验室的各种钢瓶就有这些表，比如氮气瓶、氢气瓶、氦气瓶。这些气瓶在使用前需要降压，因此都会安装减压阀，减压阀上就有压力表用于指示气瓶内外压力。因此可以选择压力检测仪表作为项目化教学的实施项目之一。选择此项目进行实施可以有实物作为教学工具进行实践，学生的动手能力将迅速提升。在传统教学中，书本内容只有压力表的图片，学生可能根本不清楚仪表是什么样。当老师讲授仪表工作原理的时，由于从来没有接触过该仪表，学生会更加迷茫和困惑。因为学生没有接触过，对仪表的结构组成都不一定完全清楚，更谈不上理解其工作原理。如果实验室有真实的仪表，教师可以将其提供给学生进行对照参考学习，必要的话可以拿出一些容易拆装的仪表给学生拆卸，以便学生了解其内部构造。这样学生可以与书本的内容进行比对，更好地掌握相关知识。学生从实际的仪表学习仪表的工作原理，学生对知识的掌握就非常牢固。对于流量参数可以选择液体的转子流量计作为例子进行说明。因为液体可以采用自来水作为液体流动介质，经济简便，液体转子流量计安装也方便，因此选择其作为第三章的子项目进行教学也是比较合理。液位测量可以寻找的仪器也很多，最好的就是储液罐外的液位计，这是最常用的，工厂进行工业用的此类仪表也较多，主要是由于这种液位装置操作方便，成本低，易于实现。温度检测有水银温度计，热电阻，热电偶等，水银温度计比较简单，其原理在中学就进行了学习，大部分学生都完全掌握。因此需要选择一种具有探索内容的温度检测仪器。在项目化教学时，教师选择热电阻或者热电偶比较合适，其内容难度适中。比如恒温水浴锅种就有热电阻检测器，这个仪器和相关工作原理可以用来引导学生作为项目化内容进行学习。大部分学生对其工作原理是不完全清楚的，该内容具备进一步探索的可行性，具有开展项目化教学的基础。

2.2 学生实施项目

学生实施项目前，首先进行分组。对于子项目，一般2位学生作为一组比较合理，这样可以相互讨论。对于学习能力强，基础比较好的学生可以单独作为一个小组。这个可以由学生自己决定。但是必须完成项目的任务。学生接到项目后要自己查阅资料，了解知识背景和相关原理。比如转子流量计的使用，这是流量检测的内容。学生要学习流量计的概念、工作原理，这些在教材中有介绍。但是并不是说教材中的有学生所有的知识。学生在教材中查阅到的是共性内容，还有一些是书本没有的内容。比如液体密度不一样时，转子流量计具体流量需要换算。这些换算依据在哪里，如何证明，教材中就没有详细说明。所以对于实施项目的学生来说，学生需要通过网络、图书馆等资料库、电子数据库等查阅更多知识。如果学生没有去查阅这些知识，那么得到的结果可能是错误的。因为转子流量计一般只显示一个流量值，当液体流经时会有一个值，而不同的液体其质量流量是不同的。比如水作为测量对象时，流量计会有一个读数，当对象变为乙醇时如果也显示同样的流量值，其质量流量就得进行校正，因为两种物质的密度是不一样的。那如何校正就是学生具体要去分析的，而不是随便记录个数据而已，这样促使学生继续查阅相关知识。资料查阅完毕，学生需要对流量计进行安装试验，如何安装又成为学生需要去解决的另外一个问题。教材中有介绍流量计是如何安装，但是都是内容介绍相对简单，学生根据书本学习完毕也没有完全清楚。对于仪表的安装其实有专门的工具书，如果学生仅仅停留在书本还远远不够，因为流量计安装也有很多情况，需要根据实际具体分析。当然如果只是简单的管路倒不是很大问题。在这里学生就可以根据项目实施中的问题一个一个去解决，学到更多知识。

此外，还可以以热电偶的使用再进行说明一下学生的项目化实施。当学生以此为项目进行实施的时候，学生就会疑惑，检测温度一般都使用温度计，为什么使用热电偶。所以需要去查资料了。平时使用的温度计一般测量温度都不是很高。在马弗炉中，温度可以达到1000度以上，学生在日常生活中是很少接触1000度以上的高温的，所以一开始对该温度检测装置有点陌生。这些需要学生自己去寻找答案。热电偶是如何工作的？这是一个新的知识点，学生没有学习过。学生需要查阅资料，教材中有简单说明。热电偶是工作原理主要是由于温差导致金属两端或者不同金属之间有电势差，一般称为热电势，当形成回路时就有微弱的电流，这个电流跟温差大小有关。根据电流信号大小可以指示其温差值，进而反算出其具体温度。如果学生学生需要了解热电势如何产生那就需要进一步查资料了。在这里学生最基本的工作是把热电偶的工作原理理解清楚，否则就无法正确使用热电偶。资料查阅完毕，热电偶可以进行安装试验。如何安装又是要去继续学习的一个内容。马弗炉是商品化仪器，仪器已经安装好，并固定好。如果在工业生产中我们自己安装，这个装置应该安装在哪里？虽然教材也有一些内容介绍，但是其内容并不是很详细，因此想掌握全面，学生还得继续查阅课外资料。当学生把这些任务都做完的时候，学生的知识面和动手能力都会得到极大的提高。当然在项目实施过程中，老师也要进行指导，指出一些明显不可行的做法。其它项目的实施都可以参考这种模式进行。

2.3 项目实施效果评价和反思

项目实施完毕实施者要对项目实施效果进行评价和反思。项目实施效果的评价首先由学生自己进行评价，学生相互之间进行评价。比如转子流量计的使用，其工作原来是否弄清楚了？这个需要各个实施小组进行说明，分别介绍自己查阅到的资料。这时候就可以分辨出那个小组查阅的资料比较齐全。同时，相互之间的知识可以得到相互交流和讨论。转子流量计的安装是否正确也可以进行评价，各个小组可以把不同类型的转子流量计安装方法进行讨论，然后评价自己的安装是否达到要求。通过这些，学生自己总结是否已经学会的转子流量计的使用，还差哪些还不是很清楚，那么下一步该怎么改进。还有热电偶的使用实施效果评价，学生首先要评价是否清楚其工作原理。其实热电势的产生机理是比较复杂的一个过程，目前很多内在机制还不是完全清楚，所以只要学生将自己查阅到的知识进行交流就可以了。对于热电偶的安装，一般要求在安装在一定位置，否则就会有误差和滞后，影响整个控制系统。学生如果没有按照要求进行安装会出现什么后果？这个可以让学生试验一下，真实体验一下，这样可以对比不同小组检测的的数据，让学生有一个验证过程，并对相关知识充分理解。而不是简单的按照书本的要求做。只要在保证安全的情况下，可以让学生大胆地试验一下，再来评价效果。这样有时候可以达到意想不到的效果。在评价时，指导老师也要参与，老师要指出各个小组的优点和存在的不足。老师要对学生查阅的资料给予肯定，鼓励学生，这样可以促使学生进一步改进。存在的一些不足，老师主要是给建议改进，毕竟学生自主学习很不容易，不可能做到完美。学生知识面相对较窄，需要老师进行引导。老师在说明缺点时要注意语气，以免打击学生学习积极性和主动性。

3 小结

在化工仪表及自动化实施项目化教学是教学改革的一种尝试。通过此次项目化实施，可以极大地提高学生的自主学习能力。学生在项目实施过程中可以学习很多跟专业相关但教材又没有的知识。通过项目实施，学生的自主学习能力得到极大提高。但是在项目实施过程也存在一些问题，比如基础较差的学生对于这种教学模式无从下手，相对被动。虽然学生在项目实施过程中可以进行自主学习，但是项目花费的时间较多。这些需要老师在项目实施过程进行引导，提高效率。课程项目化教学的实践证明，这种模式教学为教学改革的提供了一种新模式，可以适当选取一部分内容作为长期实施，以进一步推动应用型人才培养的发展。