以工程应用能力为导向的《化工仪表及自动化》课程改革实践*
时间：2023-06-20 16:00:05 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
熊丽萍，甘桂亮，夏 至，戴冬燕
(1.浙江国际海运职业技术学院 石油化工学院，浙江 舟山 316021；
2.浙江石油化工有限公司，浙江 舟山 316000)
石化产业是国民经济重要的支柱产业和基础产业，产业关联度高、带动性强、经济总量大、产品适用范围广，是具有传统优势的产业。随着现代科学的进步，在化工生产过程中，人们通过自动化装置来管理生产，自动化装置与生产工艺和生产设备已然构成不可分割的整体。笔者所在学院目前开设的石化工艺类专业有石油化工技术和应用化工技术，涉及的就业方向大多是化工生产过程操作与控制。对该类学生来说，学习化工仪表和自动化方面的知识及技能，对管理化工生产过程是十分重要的。现阶段大多数高职高专院校化工类专业都设置了《化工仪表及自动化》的学习，学院的石化类各专业将《化工仪表及自动化》列为了专业核心课程，学时56。目前该课程理论授课居多，实践环节较少，学生缺乏主动思考的空间和动手解决问题的时间，教学质量不高。
《化工仪表及自动化》综合了化工原理、化工制图、检测学、电工学、计算机，以及自控理论等学科，课程内容多、知识面广，是一门综合实践性很强的课程[1]。学院大部分学生文化基础薄弱、电路和控制理论知识储备低。如何让复杂的问题简单化，让枯燥的知识形象化；
如何调动学生学习此门课程的学习热情，激发他们的学习兴趣；
进一步提升学生仪表自动化掌握程度，提高化工主控操作技能，都是亟需解决的问题。致力于解决这些问题，笔者所在教学团队对《化工仪表及自动化》课程教学进行了优化提升。
改革立足高职化工类专业对《化工仪表及自动化》的课程教学需求，从理论教学与实践教学的结合，实训体系的完善，深入“引企入校”的思路，引导企业多种方式参与实践教学等方面进行研究实践。
目前，该课程在教学过程中存在的问题如下：
1)内容多且全，但系统关联度低。此门课程在高职化工类专业教学中教学内容是丰富的，对仪表基础知识及在化工控制自动化方面都进行了涵盖。但对于化工工艺类专业的学生来说，他们初次接触自动控制理论，在较少的课时下要把此门课的内容讲解的清楚透彻是不切实际的。通过实际教学过程与效果反馈发现，学生对单个知识点的掌握程度高，但是对于这些知识点之间的联系认知模糊，对如何使用这些知识去解决工程问题能力缺乏，特别是在化工过程仿真操作中，对于控制逻辑的分析暴露出其应用方面的短板。而且在传统的教育模式下，学生所掌握的知识跟不上企业中生产技术的更新换代。例如，现在石化企业的实际生产中多采用集散控制系统(DCS)，但在我们的教学中对此部分的内容针对性不强，知识比较分散[2]。这一方面需要进行以任务为导向的模块化教学改革，将零散的知识点重新整合为企业中常见的化工控制单元，让学生参与控制过程的选择及设计，强化其对知识体系的连贯性掌握及应用；
另一方面需要根据合作企业的实际需求调整教学内容，在授课内容的制定上获得企业参与。
2)应用性缺乏，教学模式落后。目前该课程的理论教学所占比例较大，大部分课程采用讲授法为主的教学方法，不适应现在的学情[3]，也与此课程是综合应用型课程的理念违背。化工仪表部分结构复杂、内容抽象，高职类学生学习起来比较枯燥，容易丧失兴趣，同时自动控制部分理论性强，学生难以理解。在教学中应该强化实践部分，同时注重理论与实践内容侧重点的选择，对于控制理论中晦涩难懂的内容。例如，描述仪表的结构原理时，让学生进行重点仪表的拆解及安装，内部构造一目了然，同时可画出其动作原理图。还可以利用网络教学平台的媒体资源，以图片、音频、视频等直观的方式表达抽象的内容。在对象特性建模、控制规律等内容的教学时，可以在理论授课中适当弱化其数学推演过程，强调“理论储备够用为主”，把对该部分内容的理解应用延伸到实训中，重点突出学生对“对象特性”的认知，掌握何种对象采用何种控制规律，能够完成简单控制的参数整定及投用，实现学生从“学会、会做”到“会学、会思”的转变。
2.1 更新教学内容与手段
针对不同的教学内容采用不同的教学方法，改变理论教学的现状，减少课堂讲授的占比，充分利用网络教学平台，做到“线上线下”混合式教学；
对于仪表部分理实一体化的走进情境、接触实物；
化工自动化部分加大实训的广度和深度。
2.2 优化实践教学策略，增强实训条件
加大专职实训指导教师的企业挂职锻炼力度，加强对企业最新的仪表自控技术学习，增加企业导师对学生的实训指导。进一步完善化工仪表的实训条件，“以学导做、以做促学、层层深入”地将实训内容分解填充到对应的教学模块中。
2.3 提升人才培养质量
以工作任务为驱动，服务于人才培养主线，强化学生的职业技能，与化工总控工取证、现代电气控制系统安装与调试职业能力大赛及化工设计大赛[4]的相关模块紧密结合，提炼出相关模块中涉及到的课程相关知识点，鼓励学生取得“1+X”证书和参加职业能力大赛，做到“岗课赛证”融通的同时，也为今后岗位中的实际应用打下基础。
3.1 重组教学内容，整合课程体系
现有的《化工仪表及自动化》教材内容理论性较强，内容编写上与化工类本科教材没有太大的区别。我们结合现有的教学基础，与企业仪表工程师一起探索，强调把授课内容进行合理的设计和安排，设计出适用于符合自身教育特色的化工类高职学生的授课内容和实训内容，把课程所要求的知识目标、能力目标、素质目标融入到相应的课程中去，分模块的组织实施课程内容。
《化工仪表及自动化》由原来的48课时增加为56课时，在教学过程中强调学生对于基本概念、基本原理的掌握度和对自动化设计基本步骤及其在化工生产过程中应用的熟练度。课程体系重构后分为四大教学模块：储罐的液位控制；
加热炉温度控制；
精馏塔压力控制；
泵的流量控制。将相应的检测仪表知识代入到具体的化工控制单元进行学习，能够将仪表的选择、安装、校准、投用和相应的控制系统运用及参数整定进行整体化学习。
储罐的液位控制模块设计的教学思维导图见图1。课程教学依托储罐的液位控制为学习任务，从自动化对于化工生产的意义入手，以简单自动控制系统方块图为逻辑主线完成教学任务：让学生自己去找到人工操作与自动控制的区别；
讨论对比人工操作，自动化在化工生产中的优势；
总结自动控制替代的是人哪部分的劳动；
理顺自动控制所包含的环节、每个环节之间的信号联系、每个信号的内涵实质；
从而完成以任务为导向的课程学习。在整个教学过程中通过“储罐液位控制”这样典型的化工控制单元强调自动控制系统里每个环节的因果关系，让看似凌乱繁多的知识点能够连贯整合。
3.2 探索“眼→脑→手”的行动式“立体教学”内容
1)眼：能读懂会识别。依据知识目标，课程有些内容，例如检测元件与变送器知识点，对于化工仪表的结构原理部分，借助观察仪表实物等手段，让学生感官体验，同时利用仪表拆装实训单元，让学生动手拆装有关仪器仪表，画出结构原理简图，在实践中总结归纳相关仪表的使用及安装要点，这比教师直接讲授更有益于学生的知识掌握。在储罐的液位控制、加热炉温度控制、精馏塔压力控制、泵的流量控制这四个教学模块中，分别以典型的差压式液位计、热电偶温度计、弹簧管压力计、差压式流量计的学习来带动其他类型仪表的学习，侧重于引导学生“渔技”的掌握，而非教师主导性地对学生“赠鱼”。
2)脑：能思考会表达。整门课程的学习采用O-AMAS有效教学模型组织教学实施，例如液位控制教学模块中，以储罐液位控制作为课程学习任务目标，课堂实施遵循“课堂激活-多元学习-有效测评-简要总结”4个环节[5]。教学方法上从“句号、感叹号”向“问号、省略号”进行变革，在液位控制器控制规律的选择时，基本控制规律知识点的学习采用“自探→认知→实践→总结→评价”的递进式思路开展，课前线上发布预习任务点，放置“双位控制、比例控制、积分控制”的液位控制实例图片，设置小组讨论“查找实例对应的液位操作可能产生的现象”。课中检测预习效果，小组演示汇报自己的调查成果，组间评论问答，快速调动学习主动性；
随后再由老师播放不同液位控制实例视频，点拨学生讨论结果与实际现象的差异，引导学生共同分析产生偏差的原因，探究控制规律的实质内涵，画出不同控制规律对应的控制过程，随后总结控制规律及其特点，通过“组内评价、组间互评、教师赋分”给每位同学和每个小组进行积分，为课程考评提供数据支持。而特性参数对过渡过程的影响可以在紧接着的实训练习中探索验证，进一步巩固认知，课后利用网络学习平台提交各种控制规律的特点及适用场合的归纳总结，同时还可以进行课后的线上讨论，促进能力目标的达成。
3)手：能执行会操作。教学中比起学生学会多少，更重要的是教会学生怎么去学，注重的是能力的培养和价值观的重塑，能执行会操作的不仅仅是某个具体任务点，而是更加强调触类旁通，例如在自动控制系统方块图知识点学习时，不仅仅要求学生掌握此知识点，更要培养他们化繁为简、举一反三的能力，在遇到复杂问题时有一种抽丝剥茧的思路，同时结合综合实践内容，强化学生达成素质目标。例如，能以储罐液位的简单控制为指导，分析换热器温度自动控制系统，甚至是分析加热炉温度串级控制等系统的控制逻辑；
能以简单自动控制的理解指导其他复杂控制系统的分析，引导学生优化工程案例中的控制系统；
更是能够用方块图的思路把生活工作中遇到的难题进行环节分解、逐个击破。
图1 课程模块教学思维导图
3.3 丰富实训体系
《化工仪表及自动化》的学习导向是掌握学习内容，最终将所学导入到生产实际。而实训是达成这一培养目的的有效媒介，实训构建分为三个阶段：基础实训、能力实训、综合实训[6]。基础实训包括化工仪表的认知、拆装和使用，目的是使学生熟悉仪表的结构特点、工作原理、使用与安装，能够根据工艺要求选择合适的仪表，并完成拆装、更换和投用。能力实训借助化工仪表维修工技能大赛实操装置设计出“一阶单容上水箱对象特性测试实验；
锅炉内胆温度二位式控制实验；
上水箱液位PID整定实验；
串上水箱液位和孔板流量串级控制实验”等13个实训项目，配合“压力控制、温度控制、液位控制、流量控制”这些不同的教学模块进行选择，教师参与指导，保障学生在整个实训中的主体性；
同时利用化工总控工取证实操软件让学生熟悉泵、精馏塔、反应器等化工单元的DCS仿真操作。综合实训依托校外实训基地，企业导师指导学生亲临现场，观摩生产；
并分组通过实训教师的指导，带领学生参与“聚乙烯生产装置”OTS练习，从而提升化工装置的操作技能和熟悉化工装置的开停车、各种事故的应急处理等过程。“化工仪表基础→自动控制基础→化工操作员培训系统练习”这样分层次、层层递进的实训体系模式正好符合专业学生“校企共育、工学结合”的分段递进式人才培养模式，达到课程建设与专业建设的统一。
3.4 完善课程评价体系
明确过程性考核和终结性考核的作用及配比，综合考虑课程的参与度，侧重点由分数向掌握度进行转移，同时注重动手能力、团队协作能力、创新能力的综合评价。进行考核方式多样化的尝试，从“纸考”到“机考”，实现与职业能力鉴定和职业技能鉴定的无缝对接。考核评价中职业素养10%，评团队合作、评学习态度、评岗位技能；
课堂表现40%，评过程、评参与度；
成果评价40%，评课前探究、评自我收获、评小组展现；
拓展任务10%，评实践延伸，评拓展研学。
3.5 强化课程思政
为企业输送的具备仪表自动化操作技能的高素质新时代建设者，不仅要专业素养和本领过硬，更要有社会责任感、创新精神和实践能力[7]。在课程实施的过程中，笔者所在教学团队将思政教育贯穿教学全过程，制定了“培养学生掌握化工检测仪表的结构、原理及化工自动化的操作，强调专业知识的学习，同时让学生了解自动化的发展，理解以改革创新为核心的时代精神是激发社会创造活力的强大力量，培养学生的社会责任感”的课程思政实施内容，将思政内涵在“课程标准→教学方案→课堂教学→课后提升”全过程展现。
《化工仪表及自动化》的改革探究和实践对教学效果有重要促进作用。我们通过重组教学内容，探索立体化教学，改革教学方式方法，校企合作开发实训项目等途径，让教学过程更加生动具体，教学层次分明，提高了学生的学习兴趣，其动手和思考的能力也得到强化，真正实现知识向能力的转化。
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