新工科背景下化工仪表及自动化课程改革与实践

邓进军 刘达 宋宏明 何丹凤 姜洪涛

[摘 要] 新工科背景下，结合本校培养应用型人才的需求，我院针对化学工程与工艺专业化工仪表及自动化课程，从教材、教学内容、教学模式、考核方式等方面进行了创新和改革。通过创新和改革实践，增强了学生上课的积极性和自主学习能力，加深了学生对理论知识的理解，培养了学生的分析解决问题的能力、实践能力和创新能力，提高了教学质量，促进了教师教学水平的提高，实现了適应现代化工行业发展要求的应用型人才的培养目标。

[关键词] 应用型人才；化工仪表及自动化；课程教学；改革；新工科

[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 1008-2549（2018） 05-0069-03

“新工科”已成为教育界家喻户晓的新名词，它的出现无疑将成为我国教育史上一次重大改革。“新工科”作为改革的方向标在众多双一流院校的带动下快速发展。2017年2月18日，在复旦大学召开的综合性高校会议，发布了关于“新工科”的“复旦共识”；2017年4月8日，在天津大学召开工科优势组高校会议，发布了关于“新工科”的“天大行动”；2017年6月9日，在北京召开专家组会议，发布了关于“新工科”的“北京指南”；2017年8月21日，工科优势高校工作组成立。随着“新工科”项目改革的不断推进，全国高校都表现出了积极的态度，各省市也给予一定的经费支持。

工程改变世界，行动创造未来，改革呼唤创新，新工科建设势在必行。我们要发展新工科，重塑具有未来持续竞争力的新型工业体系，借此增强综合国力，争夺未来世界主导权。新工科的发展将培养造就一大批多样化、创新型卓越工程科技人才，为我国产业发展和国际竞争提供智力和人才支撑，因此探索实施工程教育人才培养的“新模式”显得尤为重要。

我校已逐步转型为“应用型”本科院校，在人才培养方面也不断改革，更加注重培养学生的实践动手能力，很多课程进行了以培养学生实践能力和创新能力为目标的教学改革。新工科的出现，加快了化工仪表及自动化课程改革的步履，该门课程作为一门改革课程的典型代表，首先打破了常规的理论教学，由单人授课转型为校企联合授课、由单一的理论教学转变为理论授课与实践操作相结合、由以教师为中心转向以学生为中心、由单一开卷考核改革为多元化灵活考核模式。其次，组建了校企联合、学科交叉融合的教学团队，在团队的努力下，我们更新与优化了教学内容：教学中增加了现场实践、集散控制（DCS）和可编程逻辑控制（PLC）仿真模拟操作训练，增添了一项能力训练考核与成果考核相结合的灵活考核模式，着力培养具有创新意识的应用技术型人才，切实提升学生的实践能力、就业能力和创新能力。

一 化工仪表及自动化课程的地位与存在的问题

化工仪表及自动化已经成为现代工业发展的重要支撑，更是推进我国信息化发展的有力保障，契合了新时期我国社会发展的需求，在高校工科类专业人才培养方案中占有非常重要的地位。该门课程综合了化工原理、检测仪表以及自动化控制等理论知识，具有涵盖领域广、技术更新速度快、专业性强、应用性与实践性强等特点，然而，诸多问题都未得到解决，长期存在于各高校的教学中。

（一）教材知识陈旧，内容与现实脱节

在化工仪表自动化的发展过程中化工工艺过程的自动化程度越来越高，仪表的种类及测量方式等更新速度越来越快，自动控制系统中DCS与PLC稳稳地占据着化工自动化的市场，二者的控制能力、兼容能力及软硬件的集成程度都在飞速提升。但是，化工仪表及自动化教材内容的更新速度太慢，新装置、新系统、新理论等前沿知识不能及时写入教材，使授课知识与现实应用脱节。

（二）缺少学科交叉的教师团队

化工仪表及自动化课程是一门多学科交叉、融合的，具有较强实践性的专业课，知识涵盖面广、跨度大。同时，授课教师队伍多数以本单位教师为主，专业单一，很难实现多学科交叉，在授课过程中采用大量文字来描述仪表的结构和各种仪表的种类，部分内容表现出专业性不强，导致学生对课程的抵触情绪，难以调动他们的积极性和学习热情，无法掌握该课程知识的应用与操作技能。

（三）无实训与实践环节

化工仪表及自动化具有很强的实训性和实践性。当前，我校化工仪表方面的小型装置和常用仪表等设备数量较少，基本以展示为主，不足以让所有学生独自操作和实践练习，出现了仪器少、无实训和实践课时等情况。因此，学生模拟实训联系和实践操作的机会较少，实践动手能力也就得不到提高，从而影响学生对知识的理解和应用。

（四）考核方式单一

本课程的教学主要是理论课程的讲授，因此课堂上学生的参与程度较低。另一方面，由于缺少必要的实验、仿真、实习实训等环节的配合，导致学生对于该课程知识的掌握仅仅停留在理论层面，不能达到用人单位对毕业生的要求。由于这些原因，在课程考核中，对概念性知识的考核一般结果较好，但一旦涉及综合应用及分析的内容，大部分学生就会无从下手了。

二 化工仪表及自动化课程改革措施

（一）自编校企合作教材，优化教学内容

由于企业新技术、新工艺没有出现在教学内容中，而学生所必需新知识、新产品和新应用等资源严重不足，不能适应科学技术飞速发展的形势，不能满足新兴工业和技术发展的需要，部分专业知识体系的发展甚至滞后于产业技术的发展。化工仪表及自动化是个飞速发展的行业，单一的示范教材已经不能满足当今社会的需求，并且，现有教材中几乎大同小异，缺少一个“新”，还缺少一个“用”。因此，校企合作教材的建设势在必行。

校企合编教材主要体现在三个方面，一是对原有基础理论知识修订与完善，精简教学理论知识，对于部分过于高深的理论知识进行删减，压缩理论授课学时，为上机模拟训练和实践操作预留足够的学时。二是在仪表知识部分增添仪表案例分析，包括仪表的选型、故障处理、简单的现场调试等，删减部分已经在实际应用中被淘汰掉的仪表类型，使书本知识与企业现场应用仪表相结合，强化仪表的应用性。三是自动控制系统中加强PLC辅助教学内容，引入一部分计算机模拟训练环节，提高学生对自动化知识和仪表相关知识的理解和掌握。

（二）改变教学手段，改进教学模式

教学过程中，如何把知识传达给学生，并让学生“接收”到是十分必要的，那就需要教师在授课时灵活运用教学方法，提高学生的学习兴趣。化工仪表及自动化课程教学从教学手段和教学模式上做了很大的改变，由最初的一位老师授课改革多位老师分章节授课，由原来本校老师授课改变校、企业教师联合授课，由原来单一的理论教学变为理论、上机、动手操作于一体的新的教学模式。实现了以授课内容为导向转变为以学生为中心、以学会和掌握知识为目标的培养模式。

（三）突出工程应用，注重现场操作实践

现场操作实践是提高学生的动手能力的重要手段，但是由于经费投入问题，多数地方院校减少了这一教学环节。我校的化工仪表及自动化课程实现了校企联合授课，利用企业培训基地实现了该门课程的现场操作锻炼，将工程中的检测仪表、阀门、控制点等集中于实训装置，通过学生组队动手操作强化所学知识。

首先从认知实践开始，回顾以前课堂教学内容，以联系本专业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。

然后进入现场实践操作阶段，利用校企合作单位化工集团培训中心的培训基地，对学生进行分组，统一培训。分组操作闸阀、截止阀、流量控制仪表、离心泵等设备，现场由专业岗位工程师讲解与指导，学生交替操作，争取做到人人都能动手去调控现场的实训装置，增强学生的实际动手能力，提高学生的学习兴趣，进而掌握所学知识。

（四）加强学科交叉，校企联合教学

一般来说，高校相对重理论、轻实践能力的教学方式使得培养出来的学生不足以完全适应社会，实践和动手能力不强，理论知识在社会中脱节严重，导致很多毕业生的工作与书本知识几乎无联系，需要重新学习和培训上岗。同时，企业也很难招到非常吻合的人才，很大程度上造成了高等教育资源的浪费。学科交叉、校企联合教学是改变这一现状最有效办法。

学科交叉可进一步提高学生的专业水平和素养，校企联合教学融入了企业的规范、要求，可利用企业的实际现场和工程操作案例来为学生进行实践教学，有利于将理论与实践相结合。我校与大庆油田化工有限公司签订了校企合作协议，教师要在校企联合教学中不断修正方向，加强与企业的交流，培养学生创新创造意识、激发他们解决实际问题的潜能。

（五）多元化考核，综合评定

为了适应应用型转型下的课程要求，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。采取多种形式的 “2 + 3 + 3+ 2”模式即“随堂测验 + 上机模拟 + 实践操作 + 平时表现”考核方式，通过考核方式的改变，旨在調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。

为了验证课堂上基础知识的掌握情况，仍需对课程必要的知识进行考核，采用随堂测验的形式，题量及占用比重减少，同时增加实践环节的考核和占用比重。这种考核方式能促使学生主动理论联系实际，将课程与工艺过程联系起来，培养良好工程意识。

三 教学改革效果

通过对我院化学工程与工艺专业化工仪表及自动化课程的改革实践，学生学习的积极性、实践动手能力以及教师的教学效果等方面都有较大提升。第一，提高了学生的积极主动性和学习兴趣，使学生对理论知识的掌握更加牢固，能够对化工生产使用仪表的选型、安装以及自动化控制方案进行分析、设计。第二，大大提升了学生分析问题、解决问题的能力，能够根据实验设备和实验目的，独立设计实验方案，分析实验方案的优缺点，并且独立完成实验项目。第三，锻炼了学生的工程实践经验，模拟、练习了化工生产仿真实训，能够独立、正确的完成简单操作，以及解决化工生产中的部分问题。第四，化工仪表及自动化课程团队的工程实践经验得以丰富，在课堂教学中能够将理论知识和化工生产实际相结合，活跃了课堂氛围和提升了教学效果。

化工仪表及自动化课程通过教学团队建设、校企合作教材建设、教学方法和教学模式等多层面、多角度的改革，取得了非常好的教学效果，对普通高校向应用技术型大学转型起到了积极的推动作用。在新工科背景下，培养适应社会和用人单位需要的应用型人才是高校的重要任务，更是地方院校进行转型的方向。改革的道路艰辛而长远，只有通过连续不断的改革，才能促使学生真正掌握化工仪表及自动化的理论知识，提高学生理论联系实际的能力和实际动手能力，成为现代、连续化、大型化、复杂化化工生产需要的人才，为国家的现代化建设服务。

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