“模块化”教学助力化工仪表及自动化课程的实践应用
山东化工技师学院，山东 ·滕州 277500
【摘要】化工产业快速发展下，仪表自动化人才需求有所提升，面对当前仪表自动化、智能化的发展，采用先进的教学方法能够有助于课堂教学有效性。下面论文就对化工仪表及自动化课程教学中模块化实践教学展开探讨。
Abstract: With the rapid development of the chemical industry, the demand for instrument automation talents has been improved. In the face of the current development of instrument automation and intelligence, adopting advanced teaching methods can contribute to the effectiveness of classroom teaching. The following paper discusses the modular practical teaching of chemical instrument and automation course.
【关键词】模块化；化工仪表；自动化；课程实践
Keywords: modular; chemical instrument; automation; course practice
1 引言
基于新工科的理念出发，以促进多学科交叉融合的教学理念的践行为具体导向，探讨了环境专业《化工仪表及自动化》的教学内容安排及其教学模式的尝试。以化工原理实验室相关仪器设备为实体背景，以控制器优化模拟软件为拓展，通过相关教学内容和教学模式的优化，开拓其专业视野，增进和提高学习效果，以培养能够适应未来工程需求的人才。
2 模块化教学的重要性
化工仪表及自动化是化工工业专业学生的一门重要化工的专业课，也是我国各行各业提高市场竞争力、提高生产效率与产品质量的有力工具。纵观古今，仪表及自动化技术早在18世纪便成功应用在了蒸汽机工作中。现今，随着现代化信息技术的迅猛发展，尤其是计算机、虚拟网络、半导体、微电子等技术的提升，仪表自动化技术已进入了人工智能的控制时代[1]。仪表及自动化技术的快速发展推动了化工相关单元过程朝着自动化、连续化、规模化、高效化的方向飞速发展。但是由于化工仪表及自动化课程的综合性非常强，不仅涵盖化工、电学、数学、检测学、控制技术、计算机等多学科知识，致使课程非常抽象难懂，同时在新型仪表与控制方案不断涌现、旧式笨重仪表及控制方案不断过时的情况下，仪表与自动化控制方案则必须时时关注现实发展动向以便及时跟进。鉴于此，结合实践与教学中多年积累的教学经验，综合过程装备与控制工程专业学生的化工基础知识较差、相关的机械电学知识点和基本的实验技能欠缺，同时不勤于归纳总结与思考，不善于复习预习等情况，欲将“模块化”教学思路引入到该课的教学中，结合教材与实践应用特点将相关知识点整理为三大模块，依次为基础知识积累、实验操作强化、实践应用启发，以期增强学生对该课程的学习效率与兴趣。
3 课程的基本特点
首先该课程在进行教学时，它所包括的内容十分的广泛，涉及到化工原理以及化学反应工程等等，理论较多的一门学科，这就要求学生对每一门的相关学科知识都有一定的了解和掌握，否则会影响整个课程的学习质量和水平，除此之外，该课程在进行具体教学过程当中，它的实践性十分强，课程涉及大量检测的内容和控制仪器的基本结构，这些内容较为抽象，在对设备有较少的理解情况之下，学生很难树立起直观的印象，更加难以理解具体的工作原理，教学当中务必要将实践与理论相结合，增加教学实践的比例。
4 “模块化”教学助力化工仪表及自动化课程的实践应用
4.1 热量传递教学
化工原理中遵循热量传递基本规律的单元操作：包括加热、冷却、冷凝、蒸发等。以化工原理实验装置的检测仪表与传感器相关知识的介绍为例，从实验装置上出现过的某一种或某一个仪表展开来由点及面介绍，介绍检测仪表与传感器主要有压力、流量、物位和温度检测及仪表等，除了可分别介绍各类检测仪表与传感器的特点及工作原理和适用场合外，还可以跟学生讨论以下实际生产中主要监控这几类参数的客观原因。我们化工原理实验中代表性的实验项目是空气-水蒸汽对流给热系数测定，该实验会涉及到水蒸气的温度、压力测量，冷凝液的温度、流量测量等，对水蒸气这样的介质，选择什么类型的温度测量表，压力表的安装形式如何考虑，都可以作为学习温度测量和压力测量的案例[2]。
4.2 气动薄膜调节阀教学
气动薄膜调节阀是化工生产当中使用十分普遍的一种结构，该章节在进行教学时，要求学生掌握该结构的基本原理和基本结构，能够正确的对该执行机构进行使用，并且能够达到良好的这种效果，明确开关的特性选择与判断依据，该节在学习的时候重点在于掌握该执行机构的工作原理，学习的难点是，气动薄膜调节阀的开关性能的选择和判断，该工作原理需要教师领导学生，对具体的工作原理进行讲解，如果原理了解不清，那么后面的学习也将会变得十分的困难，然而工作原则讲解又依赖于学生对整个基本结构的认识。由于该结构是十分复杂的一个结构，单纯的通过教师的讲解和图片了解很难，让学生了解真正的结构，因此，在进行气动薄膜调节阀学习时，可以将该课程制作成微课视频，以更加全面的形象讲解执行器的基本结构和使用方法，可以让学生在学习前进行充分的预习，能够更加全面和深刻的认识到机构内外的状态，能够更好的进行学习。学生通过视频了解完后不仅仅可以了解气动薄膜调节阀的基本结构，进一步的进行学习之后，大多数学生还可以总结出它的工作原理，这就大大降低了教师在讲课时的难度，课堂效率将会变的大大提升。
4.3 实践启发模块教学
实践应用启发模块主要针对精馏塔控制方面。这里结合实际过程中精馏塔在生产中的控制要求与控制回路方面，主要将该模块分为两个模块：一、精馏塔在生产中的控制要求。二、控制回路的设计。首先，精馏塔主要用来分离，在操作过程中，要明确产品质量与产量、能耗、安全性等控制目标，在保证生产安全与产品质量的基础上，尽可能提高产品产量、降低能耗，提高化工自动化控制的整体效益。此外，在精馏塔控制中，要全面考虑被控变量的干扰因素，正确选择控制方案，使干扰因素影响降到最低。然后，设计精馏塔回路控制。在精馏过程中，常常控制的主要参数就是温度，控制回路主要有塔釜液位控制、塔釜进料量控制、塔顶采出量控制、塔顶回流量控制、塔侧线采出量控制等。通常在生产没有达到平稳状态时，要使控制器状态处于手动，通过手动调节使各项指标达到平稳，然后将控制器设为自动控制状态。各个控制回路要按照一定顺序进行操作，使各个控制回路均能有效进行自动化控制。
4.4 自动化数据处理分析
结合现阶段化工仪表行业的发展状况，就能够有效的了解到工程自动化技术水平在化工领域工程中的使用范围一直都处于扩展状态。然而在应用的时候要紧抓各个流程的工作实施情况，使电气自动化技术的运用频率呈现出不断增长的趋势，进而对自动化技术所需要的开放式平台的功能配置具有非常良好的促进作用。而在具有开放式功能的平台上进行技术的开发和优化，将会对技术开发过程中调整对应系统结构组成非常有帮助，若是在功能效率较高的接口保障下工作，便可以有效提升化工仪表的工作效率。在化工自动化的过程操作控制工作时，要对化工产品进行合理的数据分析和计算，控制过程中出现比较繁杂的数据计算工作时，计算的难度非常大，运用人工去计算的方法会使数据结果受到人工计算的局限，因此而无法保障计算结果的精确性。所以应用计算机自身较强的计算功能，进而把它运用到产品数值的分析和计算过程中，就能够在提高计算速率的基础之上，进而节约计算时间和人力资源[3]。
4.5 增加动手环节，完善知识体系
理论知识学习完成后，为加深学生对理论知识的掌握，培养动手能力，将学生分组进行气动执行机构的组装工作。将气动执行机构的零件按顺序摆放好，学生需要根据所学的知识，将其组装起来，这既检验了学生对气动执行机构结构的理解程度，又培养了学生的动手能力。当组装工作遇到困难，无法进行时，学生可以求助于教学资源库中的演示视频，反复观看，直到问题的解决。比如，当用到压缩空气、电气信号、流体性质等其他学科的知识时，学生也可以在教学资源库中找到相关的讲解视频。这既节省了学生学习的时间，又避免了教师的重复劳动，提高了学生学习的主动性。
5 结语
综上所述，对“模块化”教学助力化工仪表及自动化课程的实践应用进行了全面的剖析，希望能够给予大家一些启发。随着化工仪表及自动化技术的不断发展，自动化程度已成为今后企业是否能生存下去的重要因素，这也奠定了化工仪表及自动化课程的重要性。通过对化工仪表及自动化课程进行了有效的模块化划分（基础知识积累、实验操作强化、实践应用启发），并且对每个模块的教学内容与学习方法进行了细致地阐述，使学生在学习过程中不至于因为知识的过于抽象与综合繁杂而厌烦该课程，提高学生学习的积极性，从而培养更加优秀的化工仪表自动化人才。
参考文献
[1]时建伟,腾晓旭,徐建华等.以培养学生工程实践能力为目的的化工仪表及自动化教学改革与实践[J].化工高等教育,2014(05).
[2]刘红梅.以翻转课堂为背景的大学数学微课教学研究[J].山西能源学院学报,2018(06).
[3]刘锐,王海燕.基于微课的“翻转课堂”教学模式设计和实践[J].现代教育技术,2014(5).
