摘 要：“化工仪表及自动化”作为化工专业的重要的专业课，具有多学科交叉性、发展快和应用性强等特点，针对该课程课时不断压缩、自动化技术日益发展和学生难以建立自动控制的概念等问题，文章对课程理论与实践方面的教学内容、教学方法、教学手段和实践环节进行了必要的探索和实践，并介绍了该门课程教学改革的若干做法。
关键词：化工仪表及自动化课程 化工仪表 化工自动化 实验环节 教学改革
中图分类号：G642.0 文献标识码：A
一、引言
《化工仪表及自动化》是化学工程和化工工艺等化工专业的一门专业基础课，该课程是一门综合了化工原理、检测学、电工学以及自控理论等多学科交叉课程。随着化工生产过程朝着大规模、高效率、连续生产、综合利用方向迅速发展，该门课程对化工专业学生的影响日益凸显。但这门课程教学内容多，课时少，学生的电路和控制理论知识薄弱，因此不少学生畏难而兴趣不高，难以掌握这门课程的精髓。以广东高校为例，该课程总学时约为30，其中实验约8学时，并且课时还有进一步压缩的趋势，如何在有限的学时获得最好的教学效果，使学生能掌握课程内容，并与专业的其他课程，例如化工合成、有机化学等融会贯通，是一项急需解决的问题。本文结合教研组多年的教改实践，介绍了“化工仪表及自动化”课程教改的若干做法。
二、精心编写教学课件
1 重视绪论的讲解
绪论是课程教学的开始，对学生建立学习本课程的兴趣有着重要的作用。笔者针对“化工仪表及自动化”课程的特点，选取了化工过程中的典型的控制系统——蒸汽加热温度控制系统为例，让学生初步建立了手动控制系统和自动控制系统的区别、构成自动控制系统的四个主要环节，以及自动化技术在化工工业生产中的重要意义，绪论的讲解让学生深刻体会到自动化技术广阔的应用前景以及各种检测仪表在自动化技术中的地位，使学生树立了积极的学习态度和信心。
2 多采用动画教学的方式
动画方式具有直观的特点，能加快学生对一些基本概念的理解。以控制规律对系统过渡过程的影响为例，由于大多数的学生是第一次接触控制规律，对双位控制、比例控制、比例积分等控制规律大都没有概念，针对这一特点，笔者在讲述双位控制规律时，对控制器中的关键元件——继电器采用动画的方式，描述了继电器的工作原理，及继电器的滞环的宽度对系统动态性能的影响进行了演示，深化了学生对这一控制规律的理解；此外，在讲解其他控制规律时，笔者采用Matlab中的Simulink模块现场对不同控制规律下的系统过渡过程进行了演示，帮助学生建立了各种控制规律的特点以及根据应用场合合理选择控制规律的观念。尽管学生对系统仿真的方法可能暂时是一知半解的，但现场动画演示的直观效果让学生很快地掌握了相关知识点。
3 多采用实物照片
这门课程大都开设于大三阶段，学生大多数还没有经历过生产实习，对生产中的各种仪表还没有具体概念，因此各种实物照片对学生联系实际生产过程不无裨益，在讲解各章节内容时，笔者选取了生产实践中常用的模拟、数字式仪表，并联系其他实验过程中应用的仪表进行对比分析，使学生能做到举一反三，大大增强了学生学习该门课程的兴趣。
4 尽量减少对电路知识的讲解
学习这门课程的学生大多数是化工专业的学生，他们仅仅是在大二时学习过“电工原理”，很难对各种仪表的工作原理及动态过程进行电路级的分析和理解。针对这一特点，笔者在教学过程中，尽可能地不进行详细的电路分析，只给出重要的结论，而对学有余力的同学进行课后单独讲解，这一做法使学生能集中主要精力来对系统进行详细的理解。
5 及时根据学生的反馈修改课件
在学习过程中，有些同学对书本上的知识非常难以理解，例如智能仪表等。为加深学生对该知识点的掌握，笔者及时地补充了微处理器、A/D环节和网络的相关知识，使学生建立了相关的概念，加深了对知识点的理解。另外，及时地向同学们推荐教师和学生收集到的有关化工仪表及自动化方面的文章和资料也是对课件内容进行调整的重要方法。
三、以化工典型的自动化过程贯穿全课程及自主分析自动化过程
1 以液位、温度控制自动化过程贯穿全课程
液位控制和温度控制是化工过程中两个最典型的简单控制系统，也是学生非常熟悉的两个控制系统。通过液位控制系统的讲解能方便地综合自动控制系统的特点、被控对象的建模方法、液位检查传感器的概念、控制阀的气开、气关形式以及控制系统的过渡过程，如果进一步强调流入、流出液体的控制的概念，则可以引申出化工过程中常用的流量检测和控制的方法；通过温度控制系统能方便引入检查温度的两种方法一热电阻和热电偶检测方法、电流电压变送器、DDZ系列控制仪表的特点、惠氏电桥的工作原理以及显示环节的功能。可以看出，采用这两个典型的控制系统不仅能涵盖“化工仪表及自动化”这门课程的绝大多数知识点，而且能帮助学生建立控制系统的整体概念。
2 以两者结合来讲解复杂控制系统
复杂控制是学生非常难以深入理解的一个概念，为加深学生对这个概念的理解，笔者结合化工工艺原理，提出一个既需要控制温度又需要控制液位的一个控制系统，通过该控制系统的讲解，使学生明白了如何由简单控制构成复杂控制的原则，串级控制的应用场合和特点、理解了根据不同的应用场合需要改变内外环的结构以及其他复杂控制的特点。
3 提倡自主分析自动化过程
在教学过程中发现，很多同学书本上和笔者列出的实例虽然能够较好地归纳这门课程的主要内容，但与实际的化工自动化还有较大的距离。基于这一点，笔者要求学生以其他相关课程中有关的化工自动化实验为基础进行适当扩展或者利用实验室的其他设备进行组合式实验设计，提交出初步的设计依据、具体元件选择和控制系统构成方案，并采用互动的环节进行探讨。实践表明，采用自主分析自动化过程后的方法，由于其鲜明的背景及理论联系实践的特性，特别能激发学生的研究兴趣和探索热情。
四、重视实验环节
1 精选实验内容。并与化工工艺过程联系
实验是理论联系实践的重要手段，要加深学生对课程的理解，首先就应该精选实验内容，实验的内容最好能覆盖大部分教学内容，根据这一原则，本教研组选择了由热电偶和热电阻构成的自动温度控制系统、光纤测位仪、电流变送器等实验环节，通过实验大部分学生理解了化工仪表及自动化装置的作用原理、构成、自动控制控制方法、各种在生产实践中广泛使用的传感器的操作方法以及完成实验操作、数据处理、仪表的使用等基本训练，加深了对理论知识的理解。此外，笔者在实验后还要求学生采用实验中使用的各种仪表构成的典型化工工艺过程控制，并给出控制方法，通过这一环节，启发了学生创造性思维，提高其根据具体情况，运用不同方法，解决实际问题的能力。
2 增加智能仪器比例。拓宽学生的知识面
根据目前化工过程的自动化程度越来越高的特点，本教研组还增加了基于微处理器的智能型温度控制仪表的实验，通过该实验，学生明白了智能仪表具有能够任意设定给定值、控制精确和数字显示等特点，使学生能与教材上有关智能仪表的内容紧密联系起来，掌握了控制仪表发展的趋势，又能使学生了解和掌握了智能仪表的构成、功能、调试及使用方法。
五、结束语
在“化工仪表及自动化”课程教学中。笔者采取了上述做法并积极思考和实践，使学生能较快地掌握该课程的主要知识点，并在分析、解决问题和理论联系实践的能力上有了较大进步。总之，教师除了自身应努力学习新知识外，还应根据学生的特点和知识体系，及时对教学方法进行适当的调整，探索新的教学模式和规律，尽力做到“教学相长”，使学生能长时间保持学习主动性。
(文字编辑、责任校对：王丽华)