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摘 要：通过改变教学方式、优化教学流程、强化实践环节、应用翻转课堂、更新教学内容以及培养工匠精神等方式对化工仪表及自动化课程进行教学改革。
从参与式教学、启发式教学、案例化教学三个方面对教学方式的改变展开阐述，通过对课前、课上以及课后的流程进行细化完善，达到优化教学流程的目的，从培养学生创新能力出发强化实践环节，结合课程特点详化翻转课堂的应用内容，将新技术的发展引入教学以实现教学内容的更新，通过导学、督学、助学、促学开展学习支持服务，将工匠精神的培养融入到课程教学中。旨在提高学生的学习主动性， 培养学生的创新能力，以适应新工科的发展要求。
关键词：化工仪表及自动化；教学改革；教学方式
本文引用格式：吴允苗 . 新工科背景下化工仪表及自动化课程教学改革探索 [J]. 教育现代化 ,2021,8(41):73-76.
Exploration of Teaching Reform of Chemical Instrument and Automation Course
under the Background of New EngineeringWU Yunmiao（College of Chemical Engineering and Materials, Quanzhou normal University, Quanzhou Fujian)
Abstract: The teaching reform of chemical instrument and automation course is carried out through changing teaching methods, optimizing teaching procedures, strengthening practice links, applying flipped classrooms, updating teaching content, and cultivating the spirit of craftsmanship.
The changes in teaching methods are expounded from the aspects of participatory teaching, heuristic teaching, and case-based teaching; the goal of optimizing the teaching process is achieved through the refinement and improvement of the pre-class, in-class, and after-class processes; the practice link is strengthened from perspective of cultivating students’ innovative ability; the application content of flipped classroom is detailed based on the characteristics of the course; the development of new technology is introduced into teaching to update the teaching content; learning support services are carried out through tutoring, supervising, assisting and promoting learning; the cultivation of craftsmanship spirit is integrated into the course teaching. All these are done to improve students’ learning initiative and cultivate students’ innovative ability to meet the development requirements of new engineering.
Keywords: chemical instrument and automation; teaching reform; teaching method
一 引言
《化工仪表及自动化》课程是化工相关专业的一门专业基础课，通过该课程的学习，学生可以熟悉自动控制系统的组成 [1-2]，掌握自动控制系统的设计， 树立正确的设计思想。同时，该课程的学习与学生今后所从事的化工相关行业也密切相关，行业日新月异的发展也需要高校对应课程的教学与时俱进。目前，我国正在积极推进新工科建设，在其新工科建设的大背景下，《化工仪表及自动化》课程建设也亟需进一步完善以符合新工科的要求。
二 教学中存在的问题
化工仪表及自动化课程教学中存在以下问题需要解决。
（一） 学生主动性不足
在传统的教学模式中，学生经常是被动接受知识，缺乏自己的想法与主动性。在课堂教学中，教师与学生之间缺少互动环节，导致大部分学生没有表达自身观点的意愿，同时也没有养成发现问题、提出问题与解决问题的习惯。这方面的缺陷会导致今后学生在工作后，很难胜任知识更新较快的岗位。
（二） 学生缺乏创新精神
在以往的教学活动中，学生缺乏想象力和创新精神 [3]，难以理解内化所学的知识，缺乏将理论知识与实践相结合的能力，这很可能导致学生在今后的工作中缺乏这方面的技能，难以有效地管理自动化生产流程或合理地设计化工自动控制系统。
因此，在教学模式上应该改变传统观念，采取必要的教学改革措施以提高学生的学习主动性，培养高素质的创造性人才。具体而言，可通过改变教学方式、优化教学流程、强化实践环节、应用翻转课堂、更新教学内容 [4]、开展学习支持服务以及培养工匠精神等方式对该课程进行教学改革。
三 教学改革措施
（一） 改变教学方式
化工仪表及自动化课程将参与式教学、启发式教学、案例化教学引入到教学活动当中，增加了课程学习的趣味性和融入性，学生学习主动性、积极性显著提高。
（1）参与式教学
学生在参与式的学习过程中善于发现问题和解决问题 [5]，乐于分享自己的学习心得与体会。学生在与同学和老师的探讨交流过程中，对知识点逐步进行梳理，加强了学生对理论知识掌握的深度。例如， 化工仪表及自动化课程中可以挑选精馏塔塔釜温度串级控制系统的设计为主题，让学生分组讨论进行参与式学习，学习过程中学生可以熟悉串级控制系统的组成，了解主副变量之间的关联，掌握主回路和副回路的设计。这种参与式教学的方式不仅可以对知识点强化理解，而且可以提高学生的学习积极性和团队合作能力。
（2）启发式教学
在启发式教学的实践过程中，可以激发学生对一些典型问题的思考，加深对一些知识点的理解和掌握。在教学过程中，可以采用一些学生容易犯错的知识点进行问题情境的创设，从而引导学生的思维。例如，可以启发学生去思考被控变量和被控对象这两个概念有何区别，让学生从本质上去思考这个问题，从而加深对这两个概念的理解与掌握。
（3）案例化教学
对于案例化教学，该课程精选一些工程实际案例进行展示，强化学生对一些复杂控制系统的认识。例如，应用冷却器温度串级控制系统案例，帮助学生掌握串级控制系统的设计；应用丙烯冷却器控制案例、大型合成氨工厂的蒸汽锅炉案例讲解选择性控制系统的组成与控制原理；应用蒸汽减压系统分程控制案例、反应器分程控制系统案例、贮罐氮封分程控制案例对分程控制系统进行讲解，使学生对分程控制系统的控制原理与应用场合有了更为清晰的理解。
（二） 优化教学流程
课程学习环节分为课前、课上以及课后，其流程如图 1 所示，具体安排如下：
（1）课前
课前学生先利用泉州师范学院网络教学平台的微课视频进行预习，一方面，可以在课前先对课上讲解内容的整体框架有个预先的认识， 对知识脉络事先进行梳理；另一方面，可以及时发现一些疑问点， 有利于课上针对性地听讲，并且向老师提问。
（2）课上
课上老师利用一些工程案例或新闻素材引入主题，同时阐述学习目标，接着对学生进行前测，根据前测结果了解学生的预习情况。接着针对学生的预习情况对教学主题展开阐述， 并以学生参与式学习的方式进行深入研讨，进而巩固加深。然后对学生进行后测，了解学生对课程内容的掌握情况，最后进行总结提高。
主题的引入可以采用最新发生的热点新闻或者采用一些前沿领域的实际工程案例来引入， 这样有助于吸引学生的注意力，激发学生的学习热情和学习兴趣， 让学生产生想了解或者解决某些实际问题的欲望，进而有助于达到学习目标。前测环节可以采用一些较为基础的知识点进行考查，根据学生前测中所存在的问题，在后续的展开阐述环节中，可以针对性地详细讲解，做到有的放矢。
参与式学习可以采用小组的形式进行，学生针对某个教学主题进行小组讨论，学生在讨论过程中可以各抒己见，充分表达自己的观点，同时，可以针对某些难点共同研讨分析。例如，针对管式加热炉出口温度串级控制系统中， 如何确定主控制器与副控制器的正反作用这个问题，小组讨论形式的参与式学习就是一个很好的方式。
学生首先应对主控制器和副控制器的正反作用确定的原则要先有一个基本的认识；其次，要探讨副回路中执行器采用气开阀还是气关阀，副对象是正作用还是反作用等一系列问题，进而根据判断原则确定副控制器的正反作用； 最后，还要讨论假设主副变量都增加，为使主副变量都减小，控制阀的动作方向是否一致，从而判断主控制器的正反作用。以上可以看出，在整个参与式学习的过程中， 学生通过小组讨论的形式可以对这个知识有个深入的理解与掌握，而且以讨论的形式进行，有助于学生对该知识点加深印象，强化巩固。
后测环节可以采用一些理解性的知识点进行考查，可以提高考查内容的灵活性，从而了解学生经过课堂的学习与讨论后，是否对知识点能够理解内化。最后的总结提高环节，除了梳理该课堂的知识点，同时还要针对后测环节所存在的问题进一步强调，加强巩固。
以上各环节的开展，紧密连接，环环相扣，相辅相成，既可以提高课上教学的成效，使学生牢固掌握知识点，又可以提高学生学习的积极性，做到活学活用。
（3）课后
课后学生通过完成作业对知识点进行梳理并加以巩固。同时，根据老师的批阅意见进行订正，及时发现作业中存在的问题，并对知识点加深理解。此外，还可通过观看微课视频进行复习，反复观看有助于学生对知识点补缺补漏，特别是利于对课程知识的重难点内容进行深化理解与掌握。例如，被控对象数学模型的建立、串级控制系统的工作过程等课程难点可以利用微课视频的反复观看来达到掌握的目的。通过以上教学设计，学生可以取得良好的学习效果。
（三） 强化实践环节
对于化工仪表及自动化这门课程，实践环节可以帮助学生内化理论知识体系，提高实际操作能力 [6]。为了使学生好掌握化工仪表及自动化方面的基本知识、系统组建和实施方法，该课程安排了实践性教学环节，包括一阶单容水箱对象特性测试实验和单容水箱液位 PID 整定实验。
实验的设计体现了以下原则：①理论性：通过实验加深学生对化工仪表及自动化相关理论知识的理解，可使学生对相关理论进行再认识；②系统性： 通过不同实验分别对设计与运行化工自动化系统所需要各项技能进行系统训练；③工程性：采用与工业生产实际相似的平台开设实验，增强学生工程实践能力和到工作岗位后的快速适应能力。
在实验操作的过程中，学生可以应用理论去解释所观察到的实验现象，培养学生理论与实际相结合的能力。同时，通过实践性教学环节的合理设计， 学生普遍对化工仪表及自动化课程有了浓厚的兴趣。学生在理论学习的基础上，对知识点进行理解变通， 自己设计实验环节，在实践操作中激发设计灵感， 提升创新能力。
此外，化工仪表及自动化实践环节主要通过团队合作的形式来进行，培养学生具有良好的职业道德作过程中，互相帮助、共同进步，发挥团队优势，培养责任心和社会责任感，建立团结协作的合作精神。
（四） 应用翻转课堂
根据化工仪表及自动化的课程特点，应用微课模式 [7-8] 有利于学生课前的预习与课后的补缺补漏。在微课视频录制的内容选择上，可以选择课程内容中的重点和难点。例如，可以选择控制系统的表达形式、仪表精度、压力计的选用、流量计的类型、零点迁移问题、热电偶温度计与热电阻温度计、气开式与气关式的选择、复杂控制系统等知识点进行短视频的录制。通过这些短视频的反复观看，学生可对课程的重难点内容加以巩固。在课堂中，老师则更侧重引导学生针对某些项目进行讨论，同时增加与学生的交流对话，使学生由之前的较为被动的学习转变为更为主动的学习，提高学生自主学习的能力，提升学生学习的积极性与热情。
（五） 更新教学内容
随着自动控制技术的发展，控制理论不断完善与更新，控制系统的应用领域也在不断拓展。在教学过程中应当顺应时代的发展，不断丰富学习资料， 将自动控制领域最新的发展动态引入教学内容当中， 使学生了解目前自动控制系统的发展趋势，增强学习内容的新鲜感。同时，可以让学生解决一些工程实践实例，做到学有所用，培养分析和解决实际问题的能力 [3]。将新人工智能、模糊控制理论、人工神经元网络和专家系统等科技前沿成果融入教学内容当中，创设教学情境，不仅可以拓宽学生的眼界， 有效地调动学生的课堂学习积极性，提高化工仪表及自动化课堂教学效果，而且可以激发学生的科学探究精神。
（六） 学习支持服务
（1）导学
开课前通过泉州师院学院网络教学平台公布该课程的教学大纲、授课计划、学习材料等资料，让学生提前了解该课程的学习要求、重点和难点，在开课前对该课程有一个整体的认识，以便学生在今后的学习中有的放矢。
（2）督学
在学习该课程的过程中，会定时对学生进行测验或提问，及时检查学生的学习情况，发现学生存在的不足。学生在回答问题的过程中，可以对涉及的知识点时进行梳理和掌握。对于个别学习滞后的学生，老师也会个别跟这些学生进行沟通交流，提供必要的指导和帮助。
（3）助学
学生在学习过程中如有疑问，除了在课上或者课间提问外，也可以通过泉州师范学院网络教学平台答疑区或者课程 QQ 群提问，老师都会给予解答。同时，老师每周也安排两次面授辅导，学生可在安排的时间段前往老师办公室进行学习交流。
（4）促学
泉州师范学院网络教学平台提供了很多该课程的课外参考资料和科技前沿成果材料，有利于增加学生的知识面，开拓学生的眼界。此外，化工仪表及自动化实验室课后也对学生开放。学生在上完化工仪表及自动化实验课后，如果想自己设计控制方案，并通过实验来强化巩固理论知识点，可预约时间在老师的指导下进行拓展性实验。化工仪表及自动化实验室为学生实验技能的培养和创新能力的提高，提供了一个很好的平台。
（七） 培养工匠精神
在教学过程中，引入思政教育，同时将课程思政与专业思政相结合，培养团队协作、吃苦耐劳的工作态度， 培养精益求精的工匠精神 [9]。化工仪表及自动化课程思政的教育可以润物细无声地融入在课堂教学过程中，潜移默化地对学生进行思政教育的熏陶。
例如，通过介绍我国的自动化发展历程与现状，培养学生的民族自豪感和爱国情怀；将仪表选用的原则以及安全注意事项融入常规检测仪表的介绍中，培养学生的安全防范意识；将行业标准引入执行器的介绍中，引导学生树立正确的职业规范意识；通过介绍简单控制系统的组成和设计，引导学生在工程设计上，要精益求精，一丝不苟；结合我国行业的发展介绍新型控制系统、计算机控制系统，鼓励学生勇于创新；通过实验操作，让学生对基础理论知识有了更深入的认识，同时在实验过程中学生团结合作，以此培养学生的团队合作意识。
四 结 语
化工仪表及自动化课程的改革可以解决学生目前存在的问题，激发学生的学习热情与兴趣，提高学生的学习主动性与能动性，培养学生的创新思维与创新能力。综合应用多种教学形式可以使学生更好地掌握化工仪表及自动化的知识，对于提高学生仪表及控制方面的专业技能大有裨益，为日后化工专业学生管理现代化工生产过程打下基础，同时对于培养适应新工科发展要求的高素质人才具有重要意义。
参考文献
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[9]陈福山 , 罗红 .STEaM 教育模式对地方高校化工专业人才“工匠精神”的塑造策略 [J]. 教育现代化 ,2019,6(85):15-16.
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