制药工程专业化工仪表及自动化专业课程教学改革探索

肖新敏　祁志军

摘要：化工仪表及自动化是制药工程专业的专业基础课，本文根据制药工程专业的培养目标和课程特点，提出要针对专业特性进行教学改革，并从教学内容、教学方法、实践教学以及试题库建设等方面进行了探索与实践。

关键词：制药工程；化工仪表及自动化；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）47-0101-02

制药工程专业是农药学和工程学交叉发展的应用学科，主要应用农药学、化学、工程学及相关学科的理论和技术手段解决农药生产过程中的工程技术问题，具有很强的实践性，要求学生具备农药产品生产、工程设计、新农药研制与开发的实际能力。化工仪表及自动化主要讲解实际生产过程中工艺参数检测、显示和控制，是涉及化工生产过程、化工设备、仪器仪表及自动控制等多学科交叉的综合性课程，是制药工程专业的一门必修专业基础课。由于缺乏实际生产实践知识，因此在学习中，学生普遍反映该课程信息量大，内容庞杂、抽象，难以理解[1]。在课时有限的情况下，这个问题显得尤为突出。如何根据制药工程专业的培养目标和化工仪表及自动化的课程特点，使学生在有限时间内获取最大的课程知识，完成理论知识与生产实践的结合，教研组结合近几年的教学实践，从多个方面进行了教学措施改革。

一、合理安排教学内容

制药工程专业使用的教材是厉玉鸣主编的《化工仪表及自动化》，主要包括仪表和控制系统两大部分共七章的内容，理论教学内容较多，在36个课时内要详细讲授这些内容显然很不现实。根据该专业的培养目标和农药生产过程的实际需要，化工仪表及自动化的课程改革应以实际应用为指导，以满足制药工程专业学生在实际生产过程中涉及的参数检测和自动控制的要求为原则，教学内容以学生毕业后的实际工作需要来选择。

在有限的课时内，坚持“少而精”的原则，一般不详细分析内部电路，但要讲清仪表和控制系统的结构、工作原理和工作过程，重点讲解如何正确选择和使用仪表及控制系统，降低理论要求，增加实用内容。农药生产过程主要涉及反应过程及传热、精馏、吸收、干燥、萃取等单元操作，因此在保持课程相对完整的基础上，根据专业特点调整教学内容。把自动控制系统两章内容和典型化工单元的控制方案进行融合，在自动控制系统讲授中尽量选用这些单元操作进行讨论讲解，分析典型化工单元操作中若干具有代表性设备的自动控制系统，阐明设计控制方案的共同原则和方法。

例如，无相变的换热器的温度控制、载热体进行冷凝的加热器自动控制、冷却剂进行气化的冷却器自动控制、精馏塔的温度控制方案、釜式反应器和发酵罐的温度控制等，通过案例分析，激发学生的学习兴趣。随着工业生产和自动化技术的发展以及新型仪表和控制理论的不断更新，教学过程中，我们要顺应控制技术发展规律，调整充实教学内容，让学生了解检测技术和控制技术的发展趋势和最新发展动态，使教学内容的组织体现应用性和开放性[2]。这不但能激发学生的学习兴趣和学习热情，也能为他们以后的工作打下良好的基础。

二、采用多种教学方法

化工仪表及自动化的教学内容与实际生产过程密切相关，涉及大量的工艺生产过程、单元操作及相关生产设备，对于从未接触实际生产过程的学生来说，文字性质的描述或者图示的方法不能有效地提供课程相关信息，致使他们对工艺参数的检测和自动控制缺乏直观的认识。教学实践证明，使用多媒体教学课件，用图形、图像、文本、动画、视频等直观、生动的形式描述知识形成过程的特点，能使学生的学习活动处于积极状态，增强学习兴趣，提高教学效果[3]。

例如，讲到自动控制系统组成时，可进行液体贮槽液位自动控制的动画演示，形象展现出液位自动控制系统所应用的测量元件、自动控制器、控制阀及对象等环节和控制过程；利用图片进行典型控制单元的展示。另外，我们还将农药原药生产的实际生产过程、相关设备、参数检测和控制视频穿插在课程教学中，使学生有置身生产过程的感觉，提高教学效率。还可以将化工生产模拟仿真与传统化工仪表及自动化教学相结合。利用Matlab软件和Aspen Plus等仿真软件，制作相应的化工仪表工作过程模拟仿真教学课件和典型化工控制系统控制过程的演示课件，将过程模拟方法和传统化工仪表及自动化教学内容相结合。例如，模拟某农药生产过程典型设备中各参数的控制过程，修改参数可看到不同的过渡过程曲线，从而理解PID参数的整定，进一步领会工艺过程与自动控制系统之间的关系。

三、注重实践课程教学

化工仪表及自动化课程教学以实际应用为目的，因此进行实践教学是配合理论教学的必不可少的环节，缺乏实践环节将严重影响教学效果[4]。然而，制药工程专业的化工仪表及自动化课程已进行的实验，多是以模拟式仪表为基础的仪表校验和参数的测量。因此，实验课的设置要按照教学计划的要求，力争在完成基本实验内容的基础上，尽可能地增加一些有益的内容。实验可分为基础验证性实验和综合性实验。基础验证性实验是传统实验，主要是使学生掌握仪表的工作原理和使用方法，完成实验操作、数据处理等基本训练；综合性实验主要培养学生调查研究、设计实验方案及对实验过程及结果独立分析和判断的能力[5]。

实习通常作为学生贯通专业知识和集合专业技能的重要教学实践活动。制药工程专业的课程教学要以农药生产的实际需要为目标，不但强调对专业知识的掌握和应用，更应加强调与生产实际的结合，强调课堂讲授与学生的生产实习相结合[6]。本课程的教学内容与农药生产过程密切相关，涉及大量的参数检测和控制的相关知识。因此，在课程进行的第七周穿插一周针对该课程和化工设备机械基础的农药厂认识实习，有助于让学生通过对啶虫脒和霜霉威生产流程与生产设备的了解，进一步认识生产过程中较为典型的控制单元，画出带控制点的工艺流程图。

并且，在实习报告中要求学生从这两个工艺生产过程中，选取一个生产设备作为被控对象，设计一个简单控制系统。设计内容包括：分析工艺过程，找出工艺的影响因素；确定被控对象，分析对象特性及在工艺流程中的作用；根据被控变量和操纵变量的选择原则，选择被控变量和操纵变量；选择测量元件；控制器及其控制规律的分析和确定；控制阀的选择；自动控制系统的控制过程分析。学生在完成实习报告的同时，就完成了对课程内容的理解和融会贯通，也就完成了对化工仪表及自动化课程的全面复习。更重要的是，它能促使学生主动理论联系实际，将课程内容与工艺过程中的参数控制联系起来，锻炼利用所学知识解决实际问题的能力。

四、进行试题库建设

化工仪表及自动化课程通常的出题方式是由经验丰富的教师手工组卷，且是AB两卷，一次组卷只能用于一次考试，重复劳动量较大。而且，人工组卷的出卷人一般是教授此课的教师，不能实现教考分离，对学生全面达到教学大纲规定的要求不利。试题库内容拟覆盖检测仪表、显示仪表、控制仪表、控制系统组成、简单控制系统、复杂控制系统等章节，试题分为填空、判断、分析、问答、计算等多种类型，着重考查学生对化工仪表及控制系统的基本原理、结构、应用的了解，以及运用上述知识正确分析和解决生产实际问题的能力。本题库将具有较高的智能性、灵活度和开放性，由主考教师自行指定考试范围、题目难度和知识点，系统自动整理出符合要求的试题，并配有详细的答案及评分标准。该题库可以满足学校制药工程和林产化工等多专业的教学要求。

随着高校教育的不断改革和发展，为适应综合素质人才的培养需要，我们不仅要从教学内容、教学方法、实践教学等方面进一步给予完善，还要根据制药工程专业的培养目标和课程特点，探索和构建适合本课程的教学模式，进而培养学生的工程意识和分析、解决生产实际问题的能力，提高教学效率和教学效果。

参考文献：

[1]姚干兵.工仪表及自动化课程教学改革探讨[J].技资讯，008，（5）：62-163.

[2]周冬菊，董鐵有.案例教学模教式学在化工仪表及自动化中的应用[J].黑龙江教育，2012，（11）：9-10.

[3]曾珞亚，李学聪，冯燕.《化工仪表及自动化》跨专业跨学科教学特点研究[J].高教论坛，2009，（5）：75-77.

[4]苏国栋.化工仪表及自动化实践教学的研究[J].职业教育.2007，（8）：16-18.

[5]陈俊英.化工仪表及自动化教学中工程观念的培养[J].教法研究，2012，（03）：54-55.

[6]杨基和，王车礼.化学工程与工艺专业“大工程观”课程体系的构建[J].江苏工业学院学报，2007，8（3）：100-102.