制藥工程專業(yè)化工儀表及自動化專業(yè)課程教學(xué)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(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，本文根據(jù)制藥工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和課程特點，提出要針對專業(yè)特性進(jìn)行教學(xué)改革，并從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實踐教學(xué)以及試題庫建設(shè)等方面進(jìn)行了探索與實踐。

關(guān)鍵詞：制藥工程；化工儀表及自動化；教學(xué)改革

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

制藥工程專業(yè)是農(nóng)藥學(xué)和工程學(xué)交叉發(fā)展的應(yīng)用學(xué)科，主要應(yīng)用農(nóng)藥學(xué)、化學(xué)、工程學(xué)及相關(guān)學(xué)科的理論和技術(shù)手段解決農(nóng)藥生產(chǎn)過程中的工程技術(shù)問題，具有很強的實踐性，要求學(xué)生具備農(nóng)藥產(chǎn)品生產(chǎn)、工程設(shè)計、新農(nóng)藥研制與開發(fā)的實際能力。化工儀表及自動化主要講解實際生產(chǎn)過程中工藝參數(shù)檢測、顯示和控制，是涉及化工生產(chǎn)過程、化工設(shè)備、儀器儀表及自動控制等多學(xué)科交叉的綜合性課程，是制藥工程專業(yè)的一門必修專業(yè)基礎(chǔ)課。由于缺乏實際生產(chǎn)實踐知識，因此在學(xué)習(xí)中，學(xué)生普遍反映該課程信息量大，內(nèi)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(jù)制藥工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和化工儀表及自動化的課程特點，使學(xué)生在有限時間內(nèi)獲取最大的課程知識，完成理論知識與生產(chǎn)實踐的結(jié)合，教研組結(jié)合近幾年的教學(xué)實踐，從多個方面進(jìn)行了教學(xué)措施改革。

一、合理安排教學(xué)內(nèi)容

制藥工程專業(yè)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(tǒng)兩大部分共七章的內(nèi)容，理論教學(xué)內(nèi)容較多，在36個課時內(nèi)要詳細(xì)講授這些內(nèi)容顯然很不現(xiàn)實。根據(jù)該專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和農(nóng)藥生產(chǎn)過程的實際需要，化工儀表及自動化的課程改革應(yīng)以實際應(yīng)用為指導(dǎo)，以滿足制藥工程專業(yè)學(xué)生在實際生產(chǎn)過程中涉及的參數(shù)檢測和自動控制的要求為原則，教學(xué)內(nèi)容以學(xué)生畢業(yè)后的實際工作需要來選擇。

在有限的課時內(nèi)，堅持“少而精”的原則，一般不詳細(xì)分析內(nèi)部電路，但要講清儀表和控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、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(tǒng)，降低理論要求，增加實用內(nèi)容。農(nóng)藥生產(chǎn)過程主要涉及反應(yīng)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(chǔ)上，根據(jù)專業(yè)特點調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。把自動控制系統(tǒng)兩章內(nèi)容和典型化工單元的控制方案進(jìn)行融合，在自動控制系統(tǒng)講授中盡量選用這些單元操作進(jìn)行討論講解，分析典型化工單元操作中若干具有代表性設(shè)備的自動控制系統(tǒng)，闡明設(shè)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(jìn)行冷凝的加熱器自動控制、冷卻劑進(jìn)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(yīng)器和發(fā)酵罐的溫度控制等，通過案例分析，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。隨著工業(yè)生產(chǎn)和自動化技術(shù)的發(fā)展以及新型儀表和控制理論的不斷更新，教學(xué)過程中，我們要順應(yīng)控制技術(shù)發(fā)展規(guī)律，調(diào)整充實教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生了解檢測技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展趨勢和最新發(fā)展動態(tài)，使教學(xué)內(nèi)容的組織體現(xiàn)應(yīng)用性和開放性[2]。這不但能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情，也能為他們以后的工作打下良好的基礎(chǔ)。

二、采用多種教學(xué)方法

化工儀表及自動化的教學(xué)內(nèi)容與實際生產(chǎn)過程密切相關(guān)，涉及大量的工藝生產(chǎn)過程、單元操作及相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備，對于從未接觸實際生產(chǎn)過程的學(xué)生來說，文字性質(zhì)的描述或者圖示的方法不能有效地提供課程相關(guān)信息，致使他們對工藝參數(shù)的檢測和自動控制缺乏直觀的認(rèn)識。教學(xué)實踐證明，使用多媒體教學(xué)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(xué)生的學(xué)習(xí)活動處于積極狀態(tài)，增強學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果[3]。

例如，講到自動控制系統(tǒng)組成時，可進(jìn)行液體貯槽液位自動控制的動畫演示，形象展現(xiàn)出液位自動控制系統(tǒng)所應(yīng)用的測量元件、自動控制器、控制閥及對象等環(huán)節(jié)和控制過程；利用圖片進(jìn)行典型控制單元的展示。另外，我們還將農(nóng)藥原藥生產(chǎn)的實際生產(chǎn)過程、相關(guān)設(shè)備、參數(shù)檢測和控制視頻穿插在課程教學(xué)中，使學(xué)生有置身生產(chǎn)過程的感覺，提高教學(xué)效率。還可以將化工生產(chǎn)模擬仿真與傳統(tǒng)化工儀表及自動化教學(xué)相結(jié)合。利用Matlab軟件和Aspen Plus等仿真軟件，制作相應(yīng)的化工儀表工作過程模擬仿真教學(xué)課件和典型化工控制系統(tǒng)控制過程的演示課件，將過程模擬方法和傳統(tǒng)化工儀表及自動化教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合。例如，模擬某農(nóng)藥生產(chǎn)過程典型設(shè)備中各參數(shù)的控制過程，修改參數(shù)可看到不同的過渡過程曲線，從而理解PID參數(shù)的整定，進(jìn)一步領(lǐng)會工藝過程與自動控制系統(tǒng)之間的關(guān)系。

三、注重實踐課程教學(xué)

化工儀表及自動化課程教學(xué)以實際應(yīng)用為目的，因此進(jìn)行實踐教學(xué)是配合理論教學(xué)的必不可少的環(huán)節(jié)，缺乏實踐環(huán)節(jié)將嚴(yán)重影響教學(xué)效果[4]。然而，制藥工程專業(yè)的化工儀表及自動化課程已進(jìn)行的實驗，多是以模擬式儀表為基礎(chǔ)的儀表校驗和參數(shù)的測量。因此，實驗課的設(shè)置要按照教學(xué)計劃的要求，力爭在完成基本實驗內(nèi)容的基礎(chǔ)上，盡可能地增加一些有益的內(nèi)容。實驗可分為基礎(chǔ)驗證性實驗和綜合性實驗。基礎(chǔ)驗證性實驗是傳統(tǒng)實驗，主要是使學(xué)生掌握儀表的工作原理和使用方法，完成實驗操作、數(shù)據(jù)處理等基本訓(xùn)練；綜合性實驗主要培養(yǎng)學(xué)生調(diào)查研究、設(shè)計實驗方案及對實驗過程及結(jié)果獨立分析和判斷的能力[5]。

實習(xí)通常作為學(xué)生貫通專業(yè)知識和集合專業(yè)技能的重要教學(xué)實踐活動。制藥工程專業(yè)的課程教學(xué)要以農(nóng)藥生產(chǎn)的實際需要為目標(biāo)，不但強調(diào)對專業(yè)知識的掌握和應(yīng)用，更應(yīng)加強調(diào)與生產(chǎn)實際的結(jié)合，強調(diào)課堂講授與學(xué)生的生產(chǎn)實習(xí)相結(jié)合[6]。本課程的教學(xué)內(nèi)容與農(nóng)藥生產(chǎn)過程密切相關(guān)，涉及大量的參數(shù)檢測和控制的相關(guān)知識。因此，在課程進(jìn)行的第七周穿插一周針對該課程和化工設(shè)備機械基礎(chǔ)的農(nóng)藥廠認(rèn)識實習(xí)，有助于讓學(xué)生通過對啶蟲脒和霜霉威生產(chǎn)流程與生產(chǎn)設(shè)備的了解，進(jìn)一步認(rèn)識生產(chǎn)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(xí)報告中要求學(xué)生從這兩個工藝生產(chǎn)過程中，選取一個生產(chǎn)設(shè)備作為被控對象，設(shè)計一個簡單控制系統(tǒng)。設(shè)計內(nèi)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(jù)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(guī)律的分析和確定；控制閥的選擇；自動控制系統(tǒng)的控制過程分析。學(xué)生在完成實習(xí)報告的同時，就完成了對課程內(nèi)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(fù)習(xí)。更重要的是，它能促使學(xué)生主動理論聯(lián)系實際，將課程內(nèi)容與工藝過程中的參數(shù)控制聯(lián)系起來，鍛煉利用所學(xué)知識解決實際問題的能力。

四、進(jìn)行試題庫建設(shè)

化工儀表及自動化課程通常的出題方式是由經(jīng)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(fù)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(xiàn)教考分離，對學(xué)生全面達(dá)到教學(xué)大綱規(guī)定的要求不利。試題庫內(nèi)容擬覆蓋檢測儀表、顯示儀表、控制儀表、控制系統(tǒng)組成、簡單控制系統(tǒng)、復(fù)雜控制系統(tǒng)等章節(jié)，試題分為填空、判斷、分析、問答、計算等多種類型，著重考查學(xué)生對化工儀表及控制系統(tǒng)的基本原理、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用的了解，以及運用上述知識正確分析和解決生產(chǎn)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(tǒng)自動整理出符合要求的試題，并配有詳細(xì)的答案及評分標(biāo)準(zhǔn)。該題庫可以滿足學(xué)校制藥工程和林產(chǎn)化工等多專業(yè)的教學(xué)要求。

隨著高校教育的不斷改革和發(fā)展，為適應(yīng)綜合素質(zhì)人才的培養(yǎng)需要，我們不僅要從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實踐教學(xué)等方面進(jìn)一步給予完善，還要根據(jù)制藥工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和課程特點，探索和構(gòu)建適合本課程的教學(xué)模式，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和分析、解決生產(chǎn)實際問題的能力，提高教學(xué)效率和教學(xué)效果。

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