新工科背景下化工儀表及自動化課程改革與實踐

鄧進軍 劉達 宋宏明 何丹鳳 姜洪濤

[摘 要] 新工科背景下，結合本校培養應用型人才的需求，我院針對化學工程與工藝專業化工儀表及自動化課程，從教材、教學內容、教學模式、考核方式等方面進行了創新和改革。通過創新和改革實踐，增強了學生上課的積極性和自主學習能力，加深了學生對理論知識的理解，培養了學生的分析解決問題的能力、實踐能力和創新能力，提高了教學質量，促進了教師教學水平的提高，實現了適應現代化工行業發展要求的應用型人才的培養目標。

[關鍵詞] 應用型人才；化工儀表及自動化；課程教學；改革；新工科

[中圖分類號] G642 [文獻標志碼] A [文章編號] 1008-2549（2018） 05-0069-03

“新工科”已成為教育界家喻戶曉的新名詞，它的出現無疑將成為我國教育史上一次重大改革。“新工科”作為改革的方向標在眾多雙一流院校的帶動下快速發展。2017年2月18日，在復旦大學召開的綜合性高校會議，發布了關于“新工科”的“復旦共識”；2017年4月8日，在天津大學召開工科優勢組高校會議，發布了關于“新工科”的“天大行動”；2017年6月9日，在北京召開專家組會議，發布了關于“新工科”的“北京指南”；2017年8月21日，工科優勢高校工作組成立。隨著“新工科”項目改革的不斷推進，全國高校都表現出了積極的態度，各省市也給予一定的經費支持。

工程改變世界，行動創造未來，改革呼喚創新，新工科建設勢在必行。我們要發展新工科，重塑具有未來持續競爭力的新型工業體系，借此增強綜合國力，爭奪未來世界主導權。新工科的發展將培養造就一大批多樣化、創新型卓越工程科技人才，為我國產業發展和國際競爭提供智力和人才支撐，因此探索實施工程教育人才培養的“新模式”顯得尤為重要。

我校已逐步轉型為“應用型”本科院校，在人才培養方面也不斷改革，更加注重培養學生的實踐動手能力，很多課程進行了以培養學生實踐能力和創新能力為目標的教學改革。新工科的出現，加快了化工儀表及自動化課程改革的步履，該門課程作為一門改革課程的典型代表，首先打破了常規的理論教學，由單人授課轉型為校企聯合授課、由單一的理論教學轉變為理論授課與實踐操作相結合、由以教師為中心轉向以學生為中心、由單一開卷考核改革為多元化靈活考核模式。其次，組建了校企聯合、學科交叉融合的教學團隊，在團隊的努力下，我們更新與優化了教學內容：教學中增加了現場實踐、集散控制（DCS）和可編程邏輯控制（PLC）仿真模擬操作訓練，增添了一項能力訓練考核與成果考核相結合的靈活考核模式，著力培養具有創新意識的應用技術型人才，切實提升學生的實踐能力、就業能力和創新能力。

一 化工儀表及自動化課程的地位與存在的問題

化工儀表及自動化已經成為現代工業發展的重要支撐，更是推進我國信息化發展的有力保障，契合了新時期我國社會發展的需求，在高校工科類專業人才培養方案中占有非常重要的地位。該門課程綜合了化工原理、檢測儀表以及自動化控制等理論知識，具有涵蓋領域廣、技術更新速度快、專業性強、應用性與實踐性強等特點，然而，諸多問題都未得到解決，長期存在于各高校的教學中。

（一）教材知識陳舊，內容與現實脫節

在化工儀表自動化的發展過程中化工工藝過程的自動化程度越來越高，儀表的種類及測量方式等更新速度越來越快，自動控制系統中DCS與PLC穩穩地占據著化工自動化的市場，二者的控制能力、兼容能力及軟硬件的集成程度都在飛速提升。但是，化工儀表及自動化教材內容的更新速度太慢，新裝置、新系統、新理論等前沿知識不能及時寫入教材，使授課知識與現實應用脫節。

（二）缺少學科交叉的教師團隊

化工儀表及自動化課程是一門多學科交叉、融合的，具有較強實踐性的專業課，知識涵蓋面廣、跨度大。同時，授課教師隊伍多數以本單位教師為主，專業單一，很難實現多學科交叉，在授課過程中采用大量文字來描述儀表的結構和各種儀表的種類，部分內容表現出專業性不強，導致學生對課程的抵觸情緒，難以調動他們的積極性和學習熱情，無法掌握該課程知識的應用與操作技能。

（三）無實訓與實踐環節

化工儀表及自動化具有很強的實訓性和實踐性。當前，我校化工儀表方面的小型裝置和常用儀表等設備數量較少，基本以展示為主，不足以讓所有學生獨自操作和實踐練習，出現了儀器少、無實訓和實踐課時等情況。因此，學生模擬實訓聯系和實踐操作的機會較少，實踐動手能力也就得不到提高，從而影響學生對知識的理解和應用。

（四）考核方式單一

本課程的教學主要是理論課程的講授，因此課堂上學生的參與程度較低。另一方面，由于缺少必要的實驗、仿真、實習實訓等環節的配合，導致學生對于該課程知識的掌握僅僅停留在理論層面，不能達到用人單位對畢業生的要求。由于這些原因，在課程考核中，對概念性知識的考核一般結果較好，但一旦涉及綜合應用及分析的內容，大部分學生就會無從下手了。

二 化工儀表及自動化課程改革措施

（一）自編校企合作教材，優化教學內容

由于企業新技術、新工藝沒有出現在教學內容中，而學生所必需新知識、新產品和新應用等資源嚴重不足，不能適應科學技術飛速發展的形勢，不能滿足新興工業和技術發展的需要，部分專業知識體系的發展甚至滯后于產業技術的發展。化工儀表及自動化是個飛速發展的行業，單一的示范教材已經不能滿足當今社會的需求，并且，現有教材中幾乎大同小異，缺少一個“新”，還缺少一個“用”。因此，校企合作教材的建設勢在必行。

校企合編教材主要體現在三個方面，一是對原有基礎理論知識修訂與完善，精簡教學理論知識，對于部分過于高深的理論知識進行刪減，壓縮理論授課學時，為上機模擬訓練和實踐操作預留足夠的學時。二是在儀表知識部分增添儀表案例分析，包括儀表的選型、故障處理、簡單的現場調試等，刪減部分已經在實際應用中被淘汰掉的儀表類型，使書本知識與企業現場應用儀表相結合，強化儀表的應用性。三是自動控制系統中加強PLC輔助教學內容，引入一部分計算機模擬訓練環節，提高學生對自動化知識和儀表相關知識的理解和掌握。

（二）改變教學手段，改進教學模式

教學過程中，如何把知識傳達給學生，并讓學生“接收”到是十分必要的，那就需要教師在授課時靈活運用教學方法，提高學生的學習興趣。化工儀表及自動化課程教學從教學手段和教學模式上做了很大的改變，由最初的一位老師授課改革多位老師分章節授課，由原來本校老師授課改變校、企業教師聯合授課，由原來單一的理論教學變為理論、上機、動手操作于一體的新的教學模式。實現了以授課內容為導向轉變為以學生為中心、以學會和掌握知識為目標的培養模式。

（三）突出工程應用，注重現場操作實踐

現場操作實踐是提高學生的動手能力的重要手段，但是由于經費投入問題，多數地方院校減少了這一教學環節。我校的化工儀表及自動化課程實現了校企聯合授課，利用企業培訓基地實現了該門課程的現場操作鍛煉，將工程中的檢測儀表、閥門、控制點等集中于實訓裝置，通過學生組隊動手操作強化所學知識。

首先從認知實踐開始，回顧以前課堂教學內容，以聯系本專業其他實驗課程上所用到的與儀表及自動化相關的儀器設備，讓同學們回憶或在做實驗時特別留意所接觸到的有關檢測儀表與自動控制系統的實物及其工作原理。

然后進入現場實踐操作階段，利用校企合作單位化工集團培訓中心的培訓基地，對學生進行分組，統一培訓。分組操作閘閥、截止閥、流量控制儀表、離心泵等設備，現場由專業崗位工程師講解與指導，學生交替操作，爭取做到人人都能動手去調控現場的實訓裝置，增強學生的實際動手能力，提高學生的學習興趣，進而掌握所學知識。

（四）加強學科交叉，校企聯合教學

一般來說，高校相對重理論、輕實踐能力的教學方式使得培養出來的學生不足以完全適應社會，實踐和動手能力不強，理論知識在社會中脫節嚴重，導致很多畢業生的工作與書本知識幾乎無聯系，需要重新學習和培訓上崗。同時，企業也很難招到非常吻合的人才，很大程度上造成了高等教育資源的浪費。學科交叉、校企聯合教學是改變這一現狀最有效辦法。

學科交叉可進一步提高學生的專業水平和素養，校企聯合教學融入了企業的規范、要求，可利用企業的實際現場和工程操作案例來為學生進行實踐教學，有利于將理論與實踐相結合。我校與大慶油田化工有限公司簽訂了校企合作協議，教師要在校企聯合教學中不斷修正方向，加強與企業的交流，培養學生創新創造意識、激發他們解決實際問題的潛能。

（五）多元化考核，綜合評定

為了適應應用型轉型下的課程要求，提高學生的學習興趣及主動性，激發學生的創新能力，必須對考核方式進行改革。采取多種形式的 “2 + 3 + 3+ 2”模式即“隨堂測驗 + 上機模擬 + 實踐操作 + 平時表現”考核方式，通過考核方式的改變，旨在調動學生學習的主動性，改變以往平時不學習、期末突擊復習的現象，加深學生對基本知識的掌握。

為了驗證課堂上基礎知識的掌握情況，仍需對課程必要的知識進行考核，采用隨堂測驗的形式，題量及占用比重減少，同時增加實踐環節的考核和占用比重。這種考核方式能促使學生主動理論聯系實際，將課程與工藝過程聯系起來，培養良好工程意識。

三 教學改革效果

通過對我院化學工程與工藝專業化工儀表及自動化課程的改革實踐，學生學習的積極性、實踐動手能力以及教師的教學效果等方面都有較大提升。第一，提高了學生的積極主動性和學習興趣，使學生對理論知識的掌握更加牢固，能夠對化工生產使用儀表的選型、安裝以及自動化控制方案進行分析、設計。第二，大大提升了學生分析問題、解決問題的能力，能夠根據實驗設備和實驗目的，獨立設計實驗方案，分析實驗方案的優缺點，并且獨立完成實驗項目。第三，鍛煉了學生的工程實踐經驗，模擬、練習了化工生產仿真實訓，能夠獨立、正確的完成簡單操作，以及解決化工生產中的部分問題。第四，化工儀表及自動化課程團隊的工程實踐經驗得以豐富，在課堂教學中能夠將理論知識和化工生產實際相結合，活躍了課堂氛圍和提升了教學效果。

化工儀表及自動化課程通過教學團隊建設、校企合作教材建設、教學方法和教學模式等多層面、多角度的改革，取得了非常好的教學效果，對普通高校向應用技術型大學轉型起到了積極的推動作用。在新工科背景下，培養適應社會和用人單位需要的應用型人才是高校的重要任務，更是地方院校進行轉型的方向。改革的道路艱辛而長遠，只有通過連續不斷的改革，才能促使學生真正掌握化工儀表及自動化的理論知識，提高學生理論聯系實際的能力和實際動手能力，成為現代、連續化、大型化、復雜化化工生產需要的人才，為國家的現代化建設服務。

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