提高學(xué)生實踐能力的過程設(shè)備設(shè)計教學(xué)改革研究分析的論文
過程設(shè)備設(shè)計是過程裝備與控制工程專業(yè)的重要核心主干課。該課程涉及到工程材料、理論力學(xué)、材料腐蝕與防護、化工原理和機械制圖等學(xué)科知識，是一門多學(xué)科交義融合的、綜合性的專業(yè)課。它包含壓力容器設(shè)計和過程設(shè)備設(shè)計兩大部分內(nèi)容，所謂壓力容器設(shè)計主要包括中低壓容器常規(guī)設(shè)計、外壓容器設(shè)計、高壓、超高壓容器設(shè)計方法和壓力容器整體設(shè)計等部分內(nèi)容;而過程設(shè)備設(shè)計則是在壓力容器設(shè)計的基礎(chǔ)上，進一步研究典型過程設(shè)備的設(shè)計方法，如儲罐設(shè)備、換熱設(shè)備、塔設(shè)備和反應(yīng)設(shè)備等。同時還涉及到GB 150, GB 151及化工部和化工設(shè)備的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等。是一門直接面向工程實際，實踐性很強的課程。當(dāng)今社會要求人才要具有較強的實踐能力和創(chuàng)新意識，本文以過程設(shè)備設(shè)計課程為依托建立一套適合自身特點的提高學(xué)生工程素質(zhì)和實踐能力、培養(yǎng)創(chuàng)新意識的過程設(shè)備設(shè)計課程教學(xué)改革方案。經(jīng)過了兒年的建設(shè)，探索出了注重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的教學(xué)改革思路，建立了多樣化、多層次的培養(yǎng)模式，使學(xué)生在牢固掌握基本理論知識的基礎(chǔ)上，具有較強的工程實踐能力和創(chuàng)新意識，以滿足社會發(fā)展的需要，實現(xiàn)具有本校特色過程專業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。
一、從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段等教學(xué)體系進行改革
在課堂教學(xué)過程中，根據(jù)講授內(nèi)容的特點不同，采用不同的教學(xué)方法，以期拉近課堂與工程實踐的距離。本課程可分成壓力容器設(shè)計和典型設(shè)備設(shè)計兩大部分，這兩部分有這樣的關(guān)系。壓力容器一般是化工設(shè)備的外層殼體部分，而不同的化工設(shè)備也可看作壓力容器內(nèi)部安裝不同的內(nèi)構(gòu)件所形成的，因而壓力容器是化工設(shè)備的基礎(chǔ)。對于壓力容器設(shè)計這部分內(nèi)容，主要是第二章“壓力容器應(yīng)力分析”和第四章“壓力容器設(shè)計”，這兩章是本門課程的核心理論。如厚壁圓筒應(yīng)力分析，外壓圓筒應(yīng)力分析，軸對稱薄殼應(yīng)力分析等。這部分內(nèi)容主要是應(yīng)用彈性力學(xué)理論和彈塑性理論建立的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)出與工程實際相結(jié)合而產(chǎn)生經(jīng)驗數(shù)學(xué)公式。對于缺乏力學(xué)基礎(chǔ)的工科學(xué)生來說，理解和消化這部分內(nèi)容很困難。針對這種矛盾的現(xiàn)實情況，我們采用了注重力學(xué)模型的建立及對力學(xué)模型的解析解進行規(guī)律分析的教學(xué)方法。這個方法既強化了學(xué)生理論建模能力，又有效地提高學(xué)生對解析解的物理意義和工程意義理解程度。而把那些不易引起學(xué)生興趣的、繁復(fù)的求解過程，則留給他們作為作業(yè)，在課后推導(dǎo)完成。這樣可以使學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)過程中，抓住主要矛盾，對其在今后的生產(chǎn)實踐中加強應(yīng)用和強化設(shè)計能力大有好處。對于理論性不強的教學(xué)內(nèi)容，如第一章“壓力容器導(dǎo)言”之中的壓力容器的`組成部分、壓力容器的各種分類和壓力容器相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等內(nèi)容，我們主要采用實習(xí)、參觀現(xiàn)場的案例教學(xué)法。在教學(xué)過程中，充分利用實習(xí)基地和實驗條件，在生產(chǎn)實習(xí)和認識實習(xí)的過程中，使學(xué)生掌握壓力容器的組成、典型組件結(jié)構(gòu)及組件與組件之間功能和結(jié)構(gòu)聯(lián)系。
另外，還對過程設(shè)備設(shè)計教學(xué)大綱進行了修訂，增加了培養(yǎng)設(shè)計、創(chuàng)新素質(zhì)方面的規(guī)定。如對每一教學(xué)章規(guī)定一個教學(xué)訓(xùn)練環(huán)節(jié)，改變教學(xué)方法。教學(xué)中結(jié)合工程實例，采用理論和實際相結(jié)合的方法完成理論教學(xué)環(huán)節(jié)，改變粉筆黑板單一教學(xué)模式為課件加粉筆黑板模式，利用課件補充、增加工程實例圖片、動畫。在內(nèi)容上，不僅要滿足考試和考研要求，而且對實際設(shè)計和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)也要有很好的促進作用。經(jīng)過兒年不斷地進入企業(yè)實地調(diào)研和收集資料，并查閱收集大量的工程案例，把它們合理地加入所編制的過程設(shè)備設(shè)計課件中。又經(jīng)過較長時間授課、驗證和多輪次的修改完善，目前已經(jīng)形成了一套高標(biāo)準(zhǔn)課件。該課件已具有集教師授課、學(xué)生自學(xué)、研究生考試復(fù)習(xí)等功能于一體，重點在于對知識點的學(xué)習(xí)與考察。新課件還具有實際工程問題的分析與解決案例，通過對應(yīng)章節(jié)的工程案例，將理論知識與工程實踐相結(jié)合，至少要在每章教學(xué)內(nèi)容前演示或提出一些適當(dāng)?shù)膽?yīng)用實例，或提出一些實際設(shè)計問題，讓學(xué)生帶著問題邊思考邊學(xué)習(xí)。在選擇例題方面，適當(dāng)增加設(shè)計類題目。在教學(xué)中，重點講授各種殼體結(jié)構(gòu)及部件的應(yīng)用場合、條件，結(jié)合實際應(yīng)用研究各種殼體結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，改變以前只注重書本理論知識、不注重實際應(yīng)用的傳統(tǒng)教學(xué)方法，增強學(xué)生的工程實踐意識，在理論教學(xué)中逐漸培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力及創(chuàng)新意識。
二、從實踐教學(xué)方面進行改革
(一)完善實驗環(huán)節(jié)
過程設(shè)備設(shè)計課程實驗包含殼體應(yīng)力測定、厚壁圓筒爆破和外壓殼體失穩(wěn)實驗。此次改革在已有的過程設(shè)備實驗的基礎(chǔ)上，加設(shè)了常用殼體結(jié)構(gòu)及其部件的認知實驗和常用動設(shè)備的拆裝實驗，讓學(xué)生在實驗時，通過親身觀察常用壓力容器和組成部件的結(jié)構(gòu)和區(qū)別、它們在過程設(shè)備中的具體應(yīng)用目的、安裝位置以及工作過程，使過程專業(yè)學(xué)生都能對工程中常用壓力容器及其部件的作用和工作原理有所了解，掌握相關(guān)的基本知識，增強對壓力容器及其零部件的感性認識。同時對現(xiàn)有過程實驗教程進行修訂，使之更適合學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)，達到實驗教學(xué)的目的。
課程實驗也是一個檢驗學(xué)生實踐能力的重要環(huán)節(jié)。在實踐中結(jié)合課程內(nèi)容、性質(zhì)，合理設(shè)定實驗項目、實驗內(nèi)容，同時學(xué)時也能滿足課程大綱的要求，使學(xué)生在實驗中增強動手能力、實踐能力及創(chuàng)新意識，且實驗類型也很全面，如認知類實驗、驗證型、綜合型和設(shè)計型實驗，并且不斷增加綜合型和設(shè)計型實驗比重，如增設(shè)浮閥塔盤結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計實驗，管殼式換熱器導(dǎo)流方式創(chuàng)新設(shè)計實驗等，以提高學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計意識。在未來的計劃中，將增開常用過程生產(chǎn)裝置操作運行實驗，使學(xué)生對整個過程設(shè)備和課程內(nèi)容有一總體的了解和認知，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。
(二)對過程設(shè)備設(shè)計課程設(shè)計的改革
設(shè)計題目中大致包括動設(shè)備、靜設(shè)備、設(shè)備控制系統(tǒng)三部分內(nèi)容。設(shè)計內(nèi)容應(yīng)有以往課程設(shè)計要求的理論設(shè)計計算與結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容，能體現(xiàn)綜合運用以前學(xué)過的專業(yè)課程知識的設(shè)計方法。即過程設(shè)備設(shè)計的課程設(shè)計題目，要包括各種典型過程設(shè)備的設(shè)計方法，如選擇板式精餾塔機械設(shè)計作為課設(shè)題目，該題目可選擇篩板、浮閥、舌形等各種傳質(zhì)的組合，以完成過程所必要的傳質(zhì)要求。設(shè)計中還包含降液管的設(shè)計、溢流堰的設(shè)計、容器殼體材質(zhì)和壁厚的選擇以及內(nèi)外壓強度校核等各種知識，題目綜合性較好，且靈活多變，可以較好地訓(xùn)練學(xué)生應(yīng)用理論知識，解決實際問題的能力。鍛煉了學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新意識。在現(xiàn)有課程設(shè)計題目基礎(chǔ)上，盡量豐富課程設(shè)計的題目，嘗試將課程設(shè)計與機械創(chuàng)新大賽相結(jié)合，作為提高大學(xué)生創(chuàng)新能力的一個平臺，以提高學(xué)生對課程設(shè)計的興趣，并且根據(jù)學(xué)生的實際情況分層次進行。依據(jù)題目的難易程度，把題目分成不同的等級，學(xué)生依據(jù)自己的能力選擇相應(yīng)難度的題目，成績的劃定也跟難度有關(guān)。為了避免現(xiàn)有課程設(shè)計存在的弊端，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，加強學(xué)生獨立進行過程設(shè)備設(shè)計的能力。
課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生實踐創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。在過程中，為了加強實踐環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的工程設(shè)計能力，讓學(xué)生接觸工程實際，了解同類系列產(chǎn)品的性能、結(jié)構(gòu)特點及制造過程，使學(xué)生懂得過程設(shè)備設(shè)計與過程工藝是緊密不可分割的，獲得產(chǎn)品的有關(guān)工藝知識，我們在課程設(shè)計之前(或過程中)安排學(xué)生到相關(guān)工廠參觀或者以多媒體的方式觀看相關(guān)的工程案例，以此來開闊學(xué)生的視野，拓展設(shè)計思路，使設(shè)計與工程實際接軌。這樣一來，既能擴大學(xué)生知識面，深化感性認識和理性認識，又使課程設(shè)計的效果上升到新的層次。在課設(shè)指導(dǎo)過程中，為了提高設(shè)計質(zhì)量并使學(xué)生獲得更好的設(shè)計素質(zhì)訓(xùn)練，在設(shè)計過程中增加研討環(huán)節(jié)，即在設(shè)計的過程中，按照進度依次提出一些議題，如換熱器殼程氣體出入口管直徑較大，影響管束長度利用效率問題和夾套反應(yīng)釜夾套加熱面積達不到工藝要求等問題，讓學(xué)生提出解決方案或答案。注重培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、創(chuàng)造力和想象力，開發(fā)創(chuàng)新意識，啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生進行思考，引導(dǎo)學(xué)生如何更好地完成課程設(shè)計這一重要環(huán)節(jié)。
依據(jù)以上改革措施，還應(yīng)對課程設(shè)計的成績評定體系做必要調(diào)整。根據(jù)平時表現(xiàn)、設(shè)計能力、圖紙質(zhì)量、說明書內(nèi)容和答辯情況綜合評定成績，并在這些方面修訂教學(xué)大綱、教學(xué)指導(dǎo)大綱和質(zhì)量規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，以規(guī)范學(xué)生重要實踐環(huán)節(jié)的操作規(guī)程，提高課程設(shè)計教學(xué)質(zhì)量。從制度層面保證提高學(xué)生創(chuàng)新實踐能力訓(xùn)練的嚴格落實。
(三)探索過程設(shè)備設(shè)計應(yīng)用能力競賽新模式
為檢查學(xué)生應(yīng)用知識解決工程實際的能力，學(xué)生完成過程設(shè)備設(shè)計課程的學(xué)習(xí)之后，舉行過程設(shè)備設(shè)計應(yīng)用能力競賽，真正考察學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。給出設(shè)計要求，讓學(xué)生充分發(fā)揮想象力，設(shè)計出滿足過程工藝要求的化工設(shè)備，以達到鍛煉學(xué)生的能力和素質(zhì)，并為學(xué)生參加省級以上各種大賽打下了堅實的基礎(chǔ)。如我們曾經(jīng)結(jié)合社會熱點問題，提出設(shè)計熱力牛奶殺菌器為競賽設(shè)計題目，受到同學(xué)們的歡迎，征集了20多種設(shè)計方案并有三種方案還制作了透明設(shè)備模型。在實踐中不斷進行總結(jié)、分析和完善，探究一種適合學(xué)生實踐能力培養(yǎng)和創(chuàng)新意識提高的新模式，從傳統(tǒng)的紙面試題形式向?qū)嶋H設(shè)備模型，微、小型過程設(shè)備的設(shè)計轉(zhuǎn)型，并建立起一系列的成績評定體系。使學(xué)生通過參加競賽，對實際工程產(chǎn)生興趣，并使學(xué)生的理論知識與實際問題得到緊密的結(jié)合，使學(xué)生得到創(chuàng)新能力的鍛煉，從而滿足人才培養(yǎng)模式的需求。
依托過程設(shè)備設(shè)計課程教學(xué)，建立一套以提高學(xué)生工程素質(zhì)和實踐能力、培養(yǎng)創(chuàng)新意識為目標(biāo)的教學(xué)改革方案。在各個教學(xué)環(huán)節(jié)中針對不同內(nèi)容采取不同教學(xué)方式，有效地把課本知識具體化，各種實習(xí)目的明確化，設(shè)備設(shè)計實際化，充分發(fā)揮學(xué)生自身的潛在能力，從而達到學(xué)以致用，提高學(xué)生創(chuàng)新意識和設(shè)計能力的目的。
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