“化工儀表及自動(dòng)化”課程教學(xué)改革與人才培養(yǎng)模式的思考與探索

摘"要：本文探討了“化工儀表及自動(dòng)化”本科生課程在培養(yǎng)高素質(zhì)化工專(zhuān)業(yè)人才過(guò)程中的關(guān)鍵作用，分析了如何通過(guò)創(chuàng)新的課程改革和實(shí)踐教學(xué)的緊密結(jié)合全面提升大學(xué)生的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)和技術(shù)應(yīng)用能力，探索了高素質(zhì)、應(yīng)用型、復(fù)合型人才培養(yǎng)的新路徑。本文分析了傳統(tǒng)教學(xué)模式的若干不足，提出了針對(duì)性的教學(xué)改革措施，并將情緒價(jià)值與實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行融合，培養(yǎng)大學(xué)生的家國(guó)情懷和創(chuàng)新意識(shí)。本文強(qiáng)調(diào)了理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要性，同時(shí)提倡將行業(yè)最新技術(shù)有機(jī)地融入課程之中，以滿(mǎn)足社會(huì)對(duì)應(yīng)用型、復(fù)合型人才的需求。這些教學(xué)改革措施有助于提高學(xué)生們的綜合素質(zhì)和競(jìng)爭(zhēng)力，培養(yǎng)出具備扎實(shí)理論基礎(chǔ)、擁有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、兼具強(qiáng)烈社會(huì)責(zé)任感和高度創(chuàng)新精神的工科專(zhuān)業(yè)人才，為我國(guó)化工相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供強(qiáng)有力的人力資源保障。

關(guān)鍵詞：化工儀表及自動(dòng)化；教學(xué)改革與實(shí)踐；應(yīng)用型人才培養(yǎng)

1"概述

“化工儀表及自動(dòng)化”課程是應(yīng)用化學(xué)、環(huán)境工程、安全工程、機(jī)械制造及自動(dòng)化、控制科學(xué)等工科專(zhuān)業(yè)的必修課，是溝通實(shí)驗(yàn)室研究和工業(yè)放大的重要橋梁，是實(shí)現(xiàn)化工產(chǎn)品規(guī)模化生產(chǎn)的必由路徑，是培養(yǎng)高素質(zhì)、應(yīng)用型、復(fù)合型人才的重要抓手［1］。該課程在化工、制藥、分析化學(xué)、環(huán)境化學(xué)等眾多學(xué)科中發(fā)揮著橋梁和紐帶的作用，在化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中，從原材料的選擇到產(chǎn)品的最終成型，從安全生產(chǎn)的監(jiān)控到產(chǎn)品質(zhì)量的控制，都離不開(kāi)這門(mén)課程所涵蓋的知識(shí)和技能。該門(mén)課程的主要教學(xué)內(nèi)容是化工儀器儀表的基本工作原理和自動(dòng)控制理論，涉及軟件和硬件的多個(gè)層面，同時(shí)還需要學(xué)生掌握儀器儀表與化工工藝流程之間的關(guān)聯(lián)和匹配。隨著科技的不斷進(jìn)步和工業(yè)的快速發(fā)展，當(dāng)前社會(huì)對(duì)掌握這門(mén)課程的專(zhuān)業(yè)人才需求量越來(lái)越大［2］。因此，該課程的地位和重要性愈發(fā)凸顯，尤其需要關(guān)注其課堂教學(xué)效果。

2"課程教學(xué)難點(diǎn)

在講授“化工儀表及自動(dòng)化”這門(mén)課程的過(guò)程中，教師們常常面臨以下教學(xué)難點(diǎn)，這些問(wèn)題需要給予特別的重視，并形成良性的教學(xué)反饋［34］。

2.1"學(xué)科重視程度存在差異

化學(xué)、化工等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，對(duì)主干課程（如“無(wú)機(jī)化學(xué)”“有機(jī)化學(xué)”“化工原理”）通常較為重視，因?yàn)槠渑c考研升學(xué)緊密相關(guān)。但對(duì)于“化工儀表”“自動(dòng)控制”等偏向工程應(yīng)用的課程，學(xué)生們的重視程度較低。

2.2"實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)缺乏

在日常的生活和學(xué)習(xí)中，大學(xué)生對(duì)工業(yè)大型儀器設(shè)備的認(rèn)知和操作方面往往接觸很少，缺乏經(jīng)驗(yàn)。這會(huì)阻礙他們對(duì)該課程內(nèi)容的深入理解和應(yīng)用，不利于工程系統(tǒng)思維的培養(yǎng)。

2.3"數(shù)理基礎(chǔ)薄弱

“化工儀表及自動(dòng)化”課程涉及較多的數(shù)學(xué)和物理知識(shí)，尤其是一些數(shù)學(xué)公式和物理模型的推導(dǎo)。部分學(xué)生的數(shù)理基礎(chǔ)較為薄弱，導(dǎo)致他們?cè)诶斫夂蛻?yīng)用這些知識(shí)時(shí)感到困難，從而缺乏深入學(xué)習(xí)該課程的信心。

2.4"編程能力不足

自動(dòng)控制理論和計(jì)算機(jī)編程能力是該課程的兩個(gè)重要組成部分。然而，部分學(xué)生在這些方面存在不足，難以掌握相關(guān)知識(shí)和技能，在學(xué)習(xí)自動(dòng)控制理論和實(shí)踐操作方面存在障礙。

為了克服上述這些教學(xué)難點(diǎn)，需要任課教師有針對(duì)性地采取多種教學(xué)策略，并通過(guò)與學(xué)生們進(jìn)行個(gè)別溝通，了解他們的學(xué)習(xí)需求和困難，持續(xù)調(diào)整教學(xué)方法和技術(shù)手段。

3"課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)及建議

經(jīng)過(guò)對(duì)“化工儀表及自動(dòng)化”課程多年的教學(xué)，針對(duì)以上論述的傳統(tǒng)教學(xué)模式中存在的問(wèn)題和不足，筆者積累了一些教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上提出了以下幾個(gè)課程改革方向和建議。

3.1"融入情緒價(jià)值，強(qiáng)化課程價(jià)值觀

為了增強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程重要性的認(rèn)識(shí)并培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感和職業(yè)道德，有必要在課堂教學(xué)中融入情緒價(jià)值元素［5］。教師通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生們關(guān)注與該課程教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題、參與社會(huì)實(shí)踐等方式，尤其是涉及芯片制造、光刻膠、高端化工新材料、精密機(jī)床加工、傳感器、航空航天等技術(shù)難題，并結(jié)合人工智能AI與人類(lèi)的互動(dòng)從而帶給當(dāng)代人的便利，突出課程的廣泛涉及領(lǐng)域、工業(yè)應(yīng)用狀況以及情緒價(jià)值，并分析了該課程在化工工程師等證書(shū)的獲取方面的促進(jìn)作用。這種教學(xué)方式不僅激發(fā)了學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，還幫助他們樹(shù)立了“科技報(bào)國(guó)、奮發(fā)有為”的崇高理念，使其認(rèn)識(shí)到自身在國(guó)家和社會(huì)發(fā)展過(guò)程中的重要角色和責(zé)任，增強(qiáng)其為社會(huì)做貢獻(xiàn)的意愿和能力。

3.2"引入先進(jìn)技術(shù)，更新教學(xué)手段

隨著科技的不斷發(fā)展，化工儀表及自動(dòng)化涉及的領(lǐng)域也在不斷更新和拓展。為了使學(xué)生們能夠了解并掌握最前沿的知識(shí)，教師應(yīng)及時(shí)引入先進(jìn)技術(shù)、更新教學(xué)內(nèi)容。筆者采用視頻教學(xué)、動(dòng)畫(huà)、AI虛擬場(chǎng)景等數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行教學(xué)，同學(xué)們可以對(duì)工業(yè)儀器儀表具有直觀、深刻、全面的認(rèn)識(shí)，避免了教材和PPT文件中簡(jiǎn)單的文字描述帶來(lái)的枯燥感受［6］。這些技術(shù)為學(xué)生們提供了生動(dòng)、形象的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，使他們能夠更加深刻地理解該課程的相關(guān)概念和基本科學(xué)原理。與此同時(shí)，筆者通過(guò)日常生活中的自動(dòng)開(kāi)關(guān)路燈、移動(dòng)手機(jī)和固定電話(huà)、工業(yè)機(jī)器人等電子設(shè)備，將儀器儀表和工業(yè)傳感器的知識(shí)融入其中，增強(qiáng)了課程的趣味性和實(shí)用性。通過(guò)關(guān)注行業(yè)動(dòng)態(tài)和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，將24小時(shí)不間斷進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作的機(jī)器人、人造皮膚、柔性電子技術(shù)等最新的科研成果恰當(dāng)?shù)厝谌胝n堂教學(xué)中，學(xué)生們能夠了解并掌握最新的技術(shù)和知識(shí)。此外，通過(guò)引入實(shí)際案例、組織實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)等方式，學(xué)生能夠更直觀地理解理論知識(shí)及其在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用，提高其實(shí)踐能力和解決問(wèn)題的能力。

3.3"加強(qiáng)師生交流，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力

教師第一次上課時(shí)需簡(jiǎn)要復(fù)習(xí)大一階段學(xué)習(xí)的高等數(shù)學(xué)和物理的主干內(nèi)容以及與該課程相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，方便同學(xué)們?cè)诤罄m(xù)的學(xué)習(xí)過(guò)程中能夠?qū)W以致用，在課間休息時(shí)與同學(xué)們交流學(xué)習(xí)心得，了解學(xué)生們的數(shù)理基礎(chǔ)、專(zhuān)業(yè)能力水平和職業(yè)規(guī)劃，幫助其樹(shù)立學(xué)習(xí)信心。為了增強(qiáng)學(xué)生們的參與度和理解力，教師在課堂上采用黑板和粉筆推導(dǎo)方程式的方式，通過(guò)層層深入的啟發(fā)式教學(xué)方法，避免了單獨(dú)使用PPT展示可能帶來(lái)的學(xué)生課堂參與度不高的問(wèn)題。此外，自主學(xué)習(xí)是提高學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的重要途徑。在課程教學(xué)中，教師可通過(guò)提供多樣化的學(xué)習(xí)資源和平臺(tái)，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)探索、自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)其獨(dú)立思考和解決問(wèn)題的能力［7］。通過(guò)組織課堂討論和小組合作，激發(fā)同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣和參與成就感，提高其主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

3.4"構(gòu)建知識(shí)體系，掌握先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)

為了幫助學(xué)生們更好地掌握教材中的自動(dòng)控制理論，筆者將該部分內(nèi)容進(jìn)行分類(lèi)和總結(jié)（圖1），采用思維導(dǎo)圖的形式展示，學(xué)生們可以據(jù)此建立自己的知識(shí)框架體系［8］。結(jié)合錢(qián)學(xué)森先生的《工程控制論》以及近年來(lái)控制理論的發(fā)展?fàn)顩r，學(xué)生們還可以深入了解并掌握更多關(guān)于控制理論的知識(shí)體系（圖2）。與此同時(shí)，結(jié)合學(xué)生們大一階段學(xué)習(xí)的Python計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言以及計(jì)算機(jī)二級(jí)考試的內(nèi)容要求，筆者強(qiáng)調(diào)學(xué)生們需要掌握基本的計(jì)算機(jī)編程能力和數(shù)據(jù)軟件處理能力。此外，還需要教授學(xué)生們PLC、DCS工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的編寫(xiě)、運(yùn)行、維護(hù)、程序升級(jí)等技能，使他們能夠在以后的實(shí)際工作中熟練運(yùn)用這些技術(shù)。

圖1"課程的知識(shí)框架體系總結(jié)

圖2"先進(jìn)自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展歷程導(dǎo)圖

3.5"加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，強(qiáng)化理論與實(shí)踐的結(jié)合

為了彌補(bǔ)學(xué)生缺乏實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)這一缺陷，筆者增加了一次實(shí)踐課程，注重將理論與實(shí)踐相結(jié)合。在業(yè)余時(shí)間，筆者帶領(lǐng)學(xué)生參觀了自動(dòng)化程度較高的化工企業(yè)，通過(guò)實(shí)地參觀工廠園區(qū)、儀器設(shè)備和DCS中控室，并親身體驗(yàn)和實(shí)踐操作，學(xué)生們得以直觀地感受化工儀表及自動(dòng)化的實(shí)際應(yīng)用情況（圖3），深入地了解化工行業(yè)對(duì)該課程的實(shí)際需求和具體要求。筆者還邀請(qǐng)了企業(yè)工程師進(jìn)行微課堂講解，分享他們對(duì)化工儀器儀表和中央控制系統(tǒng)的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)和操作技巧，拓寬了學(xué)生的視野和知識(shí)面，進(jìn)一步增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐操作能力。此外，教師積極鼓勵(lì)學(xué)生參加浙江省以及國(guó)家級(jí)的大學(xué)生化工競(jìng)賽，以賽促教，產(chǎn)教融合。通過(guò)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生們能夠親身感受和操作化工儀表及自動(dòng)化設(shè)備，加深了對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握，極大地提高了學(xué)習(xí)熱情。同時(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中的問(wèn)題解決和創(chuàng)新實(shí)踐，學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)得到了顯著提高。

圖3"教學(xué)案例：簡(jiǎn)單PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖

綜上所述，通過(guò)挖掘情緒價(jià)值、利用數(shù)字化技術(shù)、加強(qiáng)師生交流、構(gòu)建知識(shí)體系、強(qiáng)化理論與實(shí)踐結(jié)合等措施，任課教師可以有效地提高“化工儀表及自動(dòng)化”課程的教學(xué)效果，激發(fā)同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉其化工專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)和實(shí)踐動(dòng)手能力，為未來(lái)職業(yè)生涯的上升打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

結(jié)語(yǔ)

總結(jié)來(lái)說(shuō)，“化工儀表及自動(dòng)化”這門(mén)課程作為化工相關(guān)專(zhuān)業(yè)的核心課程之一，不僅是實(shí)現(xiàn)化工產(chǎn)品安全、高效生產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一，也是培養(yǎng)具備化工專(zhuān)業(yè)技能的高素質(zhì)人才的重要途徑。隨著大數(shù)據(jù)模型、人工智能以及先進(jìn)自動(dòng)控制理論的快速發(fā)展，目前掌握該課程內(nèi)容的人才缺口較大。本文從課程教學(xué)和應(yīng)用型人才培養(yǎng)的角度出發(fā)，分析和探討了課程改革與實(shí)踐教學(xué)的融合策略，通過(guò)將情緒價(jià)值有機(jī)融入課堂教學(xué)、強(qiáng)化理論與實(shí)踐的緊密結(jié)合、緊跟行業(yè)最新科技發(fā)展步伐、注重學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)以及加強(qiáng)校企合作育人等課程改革措施的實(shí)施，可以全面地培育同學(xué)們的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)和實(shí)踐能力。同時(shí)，教師們也應(yīng)繼續(xù)探索和創(chuàng)新教學(xué)方法和策略，推動(dòng)“化工儀表及自動(dòng)化”課程的教學(xué)水平和人才培養(yǎng)質(zhì)量的提升，以適應(yīng)不斷變化的社會(huì)需求和行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。

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項(xiàng)目基金資助：國(guó)家自然科學(xué)基金（鈮基復(fù)合氧化物的可控合成及其對(duì)含氯有機(jī)污染物的催化燃燒性能研究，項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)：21906106）；浙江省基礎(chǔ)公益研究計(jì)劃（鎢基固體超強(qiáng)酸的合成及對(duì)含氯VOCs的吸附/催化燃燒性能研究，項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)：LQ19B030004）；校企合作項(xiàng)目（浙江恒豐新材料有限公司：結(jié)構(gòu)型阻燃劑三聚氰胺類(lèi)聚醚多元醇的研發(fā)，二氧化碳系列共聚物可降解材料的關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)）

作者簡(jiǎn)介：楊鵬（1988—"），男，漢族，河南平頂山人，化學(xué)博士，副教授，碩士研究生導(dǎo)師，研究方向：功能材料的控制合成、表征分析及工業(yè)應(yīng)用。