制藥過程自動化與儀表實驗教學實踐與體會

呂品+李朋偉+岳麗麗

摘 要 制藥過程自動化與儀表是一門工程實踐性較強的專業課，注重培養學生的自動控制設計和自動化應用能力。為了提升該課程實驗教學的質量，結合教學實踐與經驗，提出一些建議。

關鍵詞 制藥過程自動化與儀表；實驗教學；制藥工程專業

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）06-0125-02

1 前言

制藥過程自動化與儀表是制藥工程專業的主干課程之一，其培養目標是使學生系統掌握制藥過程中儀表的工作原理、使用方法和自動控制系統參數變化等，使學生具備自主設計過程和檢測控制系統的能力[1]。該課程涵蓋的知識面較廣、內容抽象、應用性和綜合性較強，在理論教學過程中，學生感覺學習難度較大，知識點不易理解。其實驗教學相對于理論教學而言，更具有直觀性、實踐性、創新性等特點，能夠加深學生對抽象理論的理解，培養學生運用理論解決實際問題的能力，是課程教學中非常重要的環節[2]。為了提升制藥過程自動化與儀表實驗教學的質量，筆者根據課程特點和培養目標，結合自身教學實踐與經驗，提出以下幾點建議與體會。

2 做好課前準備工作，提高實驗質量和效率

河南中醫藥大學制藥過程自動化與儀表實驗課共12學時，實驗項目包括水箱液位PID控制、加熱水箱溫度PID控制、純滯后水箱溫度特性測試等。實驗設備使用CS4000型過程控制實驗裝置，該裝置體積較大，配備六個實驗水箱、主副管路系統、檢測執行元件等，對學生來說是一套較為復雜的實驗裝置。實驗課時有限，為了讓學生能盡快開展實驗，課前準備工作非常重要。因此，教學設計先在理論課上介紹實驗項目和設備，并播放圖片、視頻等，讓學生形成初步認識；然后利用課余時間，安排學生提前進入實驗室，對實驗裝置進行詳細講解，讓學生熟悉設備結構，理清管路流程。這樣在實驗課堂上，學生就能較快進入狀態，提高實驗效率。

加強預習也是提高實驗質量和效率的有效措施。在以往的教學中發現，多數學生忽視課前預習，到課堂上比較盲目，只會按照實驗步驟進行機械操作，一出現問題就問教師，沒有真正掌握實驗的原理和技能。教師應當引導學生養成良好的預習習慣，使學生主動參與實驗過程，如此才能提高實驗教學的質量。因此，要對學生提出預習要求，包括：課前必須閱讀實驗指導書，熟悉實驗內容，同時還要配合復習理論教材，明確實驗原理，如控制器控制規律的特點、控制參數對控制質量的影響等。這些知識學生需要事先掌握，才能在實驗中靈活運用。為了檢查學生預習情況，在實驗講解前要進行隨機提問，將學生回答情況列入其成績考評中。

3 采用提問式教學，發揮學生實驗的主動性

傳統實驗教學以“教”為主，實行程序化、灌輸式的訓練模式，學生只動手而很少動腦，實驗的積極性和主動性受到限制。實驗教學應當注重培養學生獨立思考和分析、解決問題的能力，引導學生主動參與實驗是能力培養的前提。在教學過程中，教師要抓住這個核心，轉變傳統教學方法，充分調動學生的積極性，發揮學生的主動性。筆者采用提問式教學法，激發學生的學習興趣，讓學生“全過程、全身心”地參與實驗，真正成為實驗的主體。

提問式教學是以學生為主體，教師充當學生的引導者。在本實驗教學中，基于學生已經提前熟悉實驗裝置，進行了較好的預習，實驗內容、相關原理等可以略講或不講，而是使用提問的方式請學生講。如加熱水箱溫度特性測試實驗，可以先請學生介紹管路流程，學生一般都會順著管道走向梳理：儲水箱—主管路循環泵—電磁流量計—進水閥—加熱水箱—排水閥。理清流程后，教師針對實驗裝置及對象特性提出幾個問題：加熱水箱中溢流管為什么設計得比較短？干燒報警的檢測元件是什么？檢測原理又是什么？對象的輸入量、輸出量分別指的是什么？問題提出后，學生開始思考、討論，教師鼓勵學生踴躍回答，再進行點評修正。如對象的輸入量、輸出量，很多學生將其與工藝過程的輸入輸出混淆，那么就要對該問題詳細講解。這樣不但能激發學生的學習興趣，還能發現學生掌握知識的薄弱點。

接著提出問題，引入本次實驗內容：在平衡狀態下，水箱中電加熱管功率突然改變，溫度會如何發生變化？環境溫度對實驗過程會有怎樣的影響？溫度系統與液位系統有哪些不同之處？讓學生帶著問題去做實驗，教師強調操作規范和注意事項，實驗過程少演示或者不演示，把更多時間交給學生，由學生自己全部動手完成，允許其出錯重做，這樣使學生實驗的積極性、主動性明顯提高。

4 重視實驗操作過程，培養學生的綜合能力

實驗的過程就是學生動手能力、分析問題和解決問題的能力、創新能力等的培養過程，是實驗教學中的重要環節。教師不僅要關注實驗的結果，更要關注學生操作實驗的過程，多與學生交流互動，注重引導與啟發，才能使學生的綜合能力獲得提升。對于學生在實驗中出現的問題，不是直接告訴學生“怎樣做”，而是給予提示，讓學生認真思考、積極討論，運用所學知識去分析和解決問題，加深學生對理論的深刻理解和應用體會。同時，教師也參與學生的討論中，適時進行指導和講解。

如加熱水箱溫度PID控制實驗，關于控制器正、反作用的選擇問題，這是一個小難點，學生不太容易理解。可以采用由淺入深、層層推進的方法，先提出一個簡單問題：自動控制系統的基本組成有哪些？學生很快答出：被控對象、測量元件及變送器、控制器、執行器。接著讓學生從溫度控制系統中找出與上述組成相對應的設備元件。學生在實驗裝置中尋找：被控對象是加熱水箱，測量元件是熱電阻溫度傳感器……確定對應的設備元件后，教師與學生共同分析、討論各元件的作用方向，根據自動控制系統具有負反饋的特性，從而推導出控制器的正、反作用。這樣通過教師逐步引導與啟發，讓學生學會將理論知識與實際問題相結合，鍛煉學生獨立思考和分析、解決問題的能力。

實驗操作以分組形式進行，每組自行設定實驗參數、對實驗過程和結果進行分析，這樣既能發揮學生的主動性，加強學生的團隊意識，又能避免出現數據雷同、相互抄襲的現象。如在PID控制實驗中，由學生設置給定值和控制器的控制規律，并對控制參數進行整定，讓學生在實際操作過程中學會對控制過程進行分析和判斷，運用所學理論對控制參數進行調整，最終使控制質量達到預期的要求。在學生實驗期間，教師要勤于走動、仔細觀察，及時糾正學生的不規范操作。整個實驗過程，從實驗參數的設置、實驗數據的測定與記錄、實驗過程的分析到得出結論，每一步都由學生自主進行，這大大激發了學生的學習興趣，鍛煉了學生的思考能力和動手能力，有利于學生綜合能力的培養。

5 提升實驗報告質量，對學生進行全面考評

實驗報告是對實驗工作的全面總結和系統概括，是實驗教學的重要內容之一，能夠鍛煉學生的歸納總結能力、綜合分析能力以及寫作能力等。在以往批閱過程中發現，一些學生對實驗報告應付了事，書寫的報告格式不規范、內容不完整，有的看似寫好多頁，但大多是抄襲實驗指導書的內容，對實驗結果的分析和討論寫得很少。這樣的實驗報告僅僅流于形式，沒有起到實際作用。

為了提高實驗報告的質量，筆者結合本實驗課程特點，制定實驗報告的書寫規范，要求學生按照規范認真完成。如強調分析和討論部分的寫作，該部分是實驗報告的核心，可以反映出學生對實驗的掌握程度；實驗原理、方法步驟等做好課前預習，實驗報告就可以少寫、揀主要的寫，但不允許照抄教材上內容，要用概述性的語言描述；由于實驗測定的數據較多，需要用圖示法描述實驗結果，在實驗報告中要求學生使用Excel軟件作圖，提高學生的數據處理能力和計算機應用能力。教師還要對每次實驗報告存在的問題進行總結和歸納，并及時向學生反饋信息，從而使學生實驗報告的完成質量越來越好。

合理的實驗考評能夠促進學生積極的學習態度，獲得良好的實驗教學效果。本實驗課程考評由課前預習、實驗操作、實驗態度、實驗報告以及學生的自評互評組成。通過課堂提問，檢查學生對實驗內容和相關理論的預習情況；在實驗過程中，對學生的實驗操作技能進行綜合考核，包括學生的動手能力、分析和解決問題能力、團隊協作能力等，該部分是考評的重要組成部分；同時還要觀察學生的實驗態度，能否做到科學嚴謹、實事求是、認真細心等；實驗報告按照是否符合書寫規范進行評分，不單看實驗結果的好壞，以實驗結果的分析和討論為關注重點；自評互評由學生自己給自己打分、相互打分，讓學生學會自我檢查、自我促進，也有利于學生之間進行相互督促。

6 結語

制藥過程自動化與儀表課程的實踐應用性很強，其實驗教學是課程教學的重要組成部分。筆者通過對課前準備、教學方法、實驗過程、實驗報告、實驗考評等各個環節進行強化，有效地提高了實驗教學的質量。今后，筆者還需不斷進行實驗教學的探索與嘗試，以促進學生理論知識、實踐能力和工程素質的更好發展。

參考文獻

[1]李朋偉，殷鵬輝，張景亞，等.制藥過程自動化與儀表課程教學方法改革[J].中國西部科技，2014，13（4）：107-108.

[2]相玉琳，王立鵬，焦玉榮.化工儀表及自動化實驗教學探索與實踐[J].榆林學院學報，2015，25（4）：93-95.