广西广播电视大学学报

《化工自动化及仪表》课程教学的探讨

　　农光平

[摘要 ] 本文针对《化工自动化及仪表》课程教学中存在的一些问题，着重探讨如何激发学生学习的主动性、改进教学方法、加强实践环节三方面问题。

　　 [关键词 ] 主动性教学方法实践

　　 [中图分类号 ]G642.4 [文献标识码 ]A [文章编号 ]1008— 7656(2002)02— 0036－ 04

《化工自动化及仪表》课程是中央广播电视大学为化工、轻工工艺各专业开设的一门重要专业课程。课程内容以自动化控制的基本知识概念为主线，贯穿所有章节，以常见的检测仪表、调节器的工作原理及操作方法为重点，介绍几种控制系统及化工过程计算机控制方法；在深度上以定性为主，不作过多的理论推演和计算。在目的上，强调理论指导实践，加强对各种检测仪表、调节器的正确使用和了解计算机控制，加强实际操作能力和分析、解决问题能力的培养。教学大纲要求通过课程学习，使学生：一是掌握过程自控系统的基本概念，能对工艺过程提出合理的检测与控制要求，并配合自控人员确定过程控制方案；二是掌握常见自动化仪表选择、使用的基本知识，并能为自控设计提供必要的正确的工艺条件和数据；三是懂得单回路控制系统投运和调节器参数工程整定的方法。

　　本课程是一门实用性较强的专业课，学好该课程对培养和提高学生综合素质将起到重要的作用，对学生毕业后从事化工专业技术工作有很大的帮助。现谨借此文，谈一谈本人从事该课程教学的一些体会与各位同行交流。

　　1 提高学生对课程学习的兴趣，激发主动学习积极性

　　教学是教师和学生的双向互动过程，在这过程中，教师与学生是相互影响、相互促进的，教师能否发挥主导作用、培养学生的主体性、主动性，使学生产生浓厚的学习兴趣和强烈的学习欲望是教学能否成功的关键，学生对课程学习是否有兴趣，是决定所授的课程知识能否很好掌握的关键。所以教师在教学过程中，要善于发现学生在学习过程中存在的问题并及时找出问题的原因，采取灵活的教学方式和教学形式，让学生感悟到学好课程的重要所在，激发学生的学习兴趣。本人在讲授该门课程的过程中发现学生存在对课程的学习兴趣不浓，甚至有畏难情绪。针对存在的问题，为最大限度激发学生对课程的学习兴趣，本人除了讲解化工自动化及仪表在生产第一线的重要作用，还组织学生到化工厂实地参观化工生产自动化控制过程，通过听技术人员的讲解和亲眼目睹自动控制调节过程，使学生在感性上认识到课程的重要性和实用性，使之从疑到思再到对课程知识的求知欲望，激发学生对课程的兴趣。接着对教学大纲的要求进行说明，使学生清楚的意识到学习目标、学习对象和学习任务。

　　2 教学方式探讨

　　教学方式不能公式化，教师在教学过程中要对教材反复钻研，把握实质和内在联系，根据各章节特点发掘能较好理解和领会课程知识的传授最佳教学方式，引导学生对所学习的对象进行分析、综合、概括，以探求对象的本质属性，掌握概念的内涵和外延，进而应用概念进行分析和处理问题。在本课程教学中主要对以下三方面进行探讨。

　　2.1 抓基本概念的树立，提高学生逻辑分析能力

　　概念是思维最基本的形式，是构成判断、分析推理的要素。人的思维过程就是形成概念、运用概念的过程。基本概念的树立对课程各章节的学习是极为重要的，每一门课程的基本概念是决定每一章节内容分析正确与否的关键。没有基本概念的基本知识作为思维的根据和手段，就不可能找到分析和解决问题的途径，只有掌握了基本概念和知识，才能进一步培养思维能力，找到分析问题和解决问题的办法。本人在讲授第三章温度检测仪表及变送器中热电偶测温所涉及的热电效应、接触电势、温差电势、闭合回路总热电势、中间导体定律、补偿导线及参比端等概念时根据章节特点采用实物启发、揭示概念、归纳总结、作业讲评的教学方法进行教学，将单独黑板上的抽象化概念具体化，复杂问题简单化，避免了空洞繁琐的讲授。

　　2.1.1 实物启发：课堂设在实验室，在讲解概念前先让学生观看各种常用工业热电偶的结构及热电偶与检测仪表组成的测温系统，再结合图 1对照实物，对号入座。并简要介绍各单元的作用，使学生有初步的感性认识，为学习即将引出的新概念作好铺垫。

　　2.1.2 揭示概念：按照学生看过的测温系统，循序渐进的引出、揭示测温到仪表显示温度过程所涉及到的概念。

　　2.1.2.1按图 2到图 4逐一解释概念含义。

　　2.1.2.2引出闭合回路的总热电势 EAB(t、 t0)的表达式； EAB(t、 t0)=eAB(t)－ eAB(t0)或 EAB(t1、 t0)=eAB(t)＋ eBA(t0)

　　2.1.2.3引出热电偶实际测温的基本关系式 EAB(t1、 t0)=eAB(t)－ C=f(t)

　　式中 C－已知的常数

　　到此，对照图 1说明上式的概念只说明热电偶能根据温度 (t)的变化，输出不同的热电势值，要显示温度值还要接仪表，接着引出 “ 中间导体定律 ” ，并示图 5解释，只要保持第三导体 C两端温度相同，就不会影响回路总热电势。表达式为：

　　EABC(t， t0)=EAB(t)－ EAB(t0)=EAB(t， t0)

　　式中 EAB(t0)=－ [EBC(t0)－ ECA(t0)]

　　最后解释补偿导线的作用，介绍参比端及查分度号的方法，就完成了测温系统各单元所涉及的概念传授。

　　2.1.3 归纳总结：这一环节是课堂教学的重要环节，对学生加深概念的理解，将所学知识提炼出来，形成结构，并纳入自己的认知系统起到积极的作用。在完成 1、 2教学前提下采用倒序提问法，从为什么仪表能显示被测温度值 ?到热电偶为什么能测温 ?逐一倒序提问再简明扼要重述所讲的概念，并重复说明应用概念的充分必要条件及不同概念之间的联系，最后归纳如下：

　　2.1.3.1热电偶产生热电势必须具备两个条件：

　　热电偶必须用两种不同的热电极构成；热电偶的两接点必须具有不同的温度。

　　2.1.3.2在热电偶回路中加入第三导体，只要导体两端温度相同，则对回路的热电势没有影响 (即在热电偶冷端可接入显示仪表 )。

　　2.1.3.3补偿导线必须是和热电偶的热电性质相同，它起延长热电偶的作用。

　　2.1.3.4参比端不是 0℃ 时，必须先根据式 EAB(t、 0)=EAB(t、 t1)＋ EAB(t1、 0)求出 EAB(t、 0)值，才能查对应的分度号。

　　2.1.4作业讲评：讲评的本身就是帮助学生反思、评估学习过程，是对学习中的问题进行补救，进而培养学生逻辑思维能力，正确运用概念分析、解决问题。第三章讲授完后布置习题的第 13题，用镍铬一康铜热电偶测温，当参比端温度为 0℃ 时，测得热电势为 37． 727mV，问被测温度是多少度 ?若参比端温度为 20℃ 时，测得热电势仍为 37． 727mV，被测温度应为多少 ?学生解第一问都会直接查分度号为 E的分度表得 509度，但第二问有学生答错，答错的有三种答案：一是直接用 37． 627mV查 E分度表得 509度减去 20度结果是 489度；二是用 509度加上 20度结果得 529度；三是查错分度号 K，分度号为 K的 20度对应的 EAB(20． 0)=0． 793mV，依式 E(t、 0)=37． 727＋ 0． 793=38． 520mV，查分度号 K得 930度。正确答案是先查分度号 E表得 EAB(20． 0)=1． 192mV；依据式 EAB(t、 0)=EAB(t、 t1)＋ E(t1、 0)=37． 727＋ 1． 192=38． 919mV再查分度号 E表得被测温度为 523度。这题并不难解，但为什么有学生答错，并答错有三种答案 ?经分析错误的主要原因是； l、对参比端的概念和式 EAB(t、 t0)=EAB(t、 t1)＋ EAB(t1、 0)的用法模糊不清； 2、对查分度号必须是热电偶参比端为 0℃ 这一必要条件不清楚； 3、对分度号的含义模糊。

　　经作详细的作业批改和课堂讲评，加深了学生对概念的理解和运用，并掌握了解题的方法。

　　2.2 采用启发性教学方式

　　照本宣科的课堂教学方式，是不能获得教学好效果的，应根据课程各章节内容、特点、采用不同的教学方式，该课程的第 3、 4、 5章节的内容是相对独立的讲授各种实用的检测仪表、执行器、调节器工作原理和使用方法，所以不要拘泥于单一教学方式，应以方便学生掌握各章节内容的工作原理和使用方法为出发点，采用启发性教学方式，增加仪表实际使用中可能出现的故障来分析仪表的工作原理，使学生通过如何应用所学理论知识，分析故障原因，加深对工作原理的理解。如本人在讲授电子自动平衡电桥时，在讲授仪表的组成及工作原理和测量桥路各元件的作用后给学生介绍仪表在实际使用中可能出现的 6个故障，并自问自答，使学生在跟着解答的思路中获得归纳性的提示启发，最终达到较快掌握电子自动平衡电桥平衡原理的目的。具体作法参看图 6。

　　故障：

2.2.1输入信号线 a线断开，仪表指针运行情况：往终端靠死。原因是：根据测量电路平衡有 RB－ C× R3=RB－ 4× RC－ 3即 (Rt＋ R1＋ Ra＋ R6＋ r6＋ RB－ 6)× R3=(RB－ 5＋ R4)× (R1＋ Rb＋ R2)， (注： Ra、 Rb和 Rc为输入线电阻 )，当 a线断开即 Ra变为无穷大电阻，为了使测量电路达到平衡 RB－ 6必须很快下降为零电阻，即指针很快往终端靠死。

　　2.2.2输入信号线 b线断开，仪表指针运行情况：往始端靠死。原因是：当 b线断开即 Rb变为无穷大电阻，为了使测量电路达到平衡， RB－ 6电阻值必须很快上升为最大，即指针很快往始端靠死。

2.2.3输入信号线 C线断开，即 Rc阻值变为无穷大，仪表指针运行情况：停在原来的位置。原因是输入信号线 C线断开不影响桥路原来的平衡。

　　2.2.4桥路电阻 R2断开，仪表指针运行情况：往始端靠死。原因是： R2增至无穷大为了使测量电路平衡致使 RB－ 6电阻值也要快速增至最大。

　　2.2.5桥路电阻 R6断开，仪表指针运行情况：往终端靠死。原因是： R6增至无穷大，为了使电路平衡致使 RB－ 6电阻值快速减小至零。

　　2.2.6桥路电源断开，仪表指针运行情况：停在原来位置。原因是：测量桥路不工作。桥路电流为零，不能再用平衡原理分析。

　　2.3 重视实践性教学环节，培养学生分析、解决问题的能力，提高学生的综合素质

　　对学生来说，理论是基础，应用是根本。理论知识和应用技能是相辅相成、相互促进的，实验教学不只是使学生通过实验完成获取实验指导书规定测试的几组数据，而是通过实验验证课本知识的原理和定律，达到加深对理论知识的理解和应用，同时在独立的操作过程中培养良好的科学工作方法和习惯。通过实验，独立操作所使用的仪器、设备，熟悉其正确的操作方法和掌握书本上没有的技术操作技巧，为以后进行教学实习、生产实习、毕业实习和毕业后工作打下良好的基础。所以教师要重视实验课这一重要的实践性教学环节，在学生进行实验的过程中，指导教师除了要求学生必须按 “ 实验须知 ” 和 “ 实验指导书 ” 的要求进行实验和认真指导学生进行实验外，还要根据教师广猎书本没有的但很实用的技术操作技巧传授给学生，使学生通过实验不仅完成了实验内容，还学到书本上没有的实用技术技能，提高学生主动参与实验的兴趣。本人在指导实验过程中，注意传授实用的技术技能，如在指导热电偶的校验实验中，使用中的 XCT－ 111型动圈仪表指针在低区与中区的交点形成温度来回波动，引起接触器频繁吸放，出现三位式调节失灵的温度指示 “ 振荡 ” 现象。本人介绍了书本上没有的，采用两只接触器消除指针 “ 振荡 ” 的方法，使学生获取技巧知识的同时，对实验更感兴趣。电路如图 7所示：

　　还给学生介绍了仪表抗干扰措施的图 8、图 9和介绍确定故障在仪表内部后的检查方法。

　　总之，理论课和实践性教学方式不是千篇一律，只要从学生容易掌握为出发点，钻研教材、广猎知识、善于整合、归纳总结再根据学生特点采用多种多样的教学方式，就会获得良好的教学效果。

　　[参考文献 ]

　　1.汪寿基 .化工自动化及仪表 [M].北京：中央广播电视大学出版社 .

　　2.周生国 .工程检测技术 [M].北京：北京工业学院出版社 .

　　3.自动化仪表 [M].中国仪器仪表学会过程检测控制仪表学会 .

　　4.杜效荣 .化工仪表及自动化 [M].化学工业出版社 .

　　[作者简介 ] 农光平，广西电大附属中专校副校长。广西南宁，邮编： 530022。

　　[责任编辑梁创勋 ]