提高學(xué)生實(shí)踐能力的過(guò)程設備設計教學(xué)改革研究分析的論文
過(guò)程設備設計是過(guò)程裝備與控制工程專(zhuān)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(mén)多學(xué)科交義融合的、綜合性的專(zhuān)業(yè)課。它包含壓力容器設計和過(guò)程設備設計兩大部分內容，所謂壓力容器設計主要包括中低壓容器常規設計、外壓容器設計、高壓、超高壓容器設計方法和壓力容器整體設計等部分內容;而過(guò)程設備設計則是在壓力容器設計的基礎上，進(jìn)一步研究典型過(guò)程設備的設計方法，如儲罐設備、換熱設備、塔設備和反應設備等。同時(shí)還涉及到GB 150, GB 151及化工部和化工設備的相關(guān)標準等。是一門(mén)直接面向工程實(shí)際，實(shí)踐性很強的課程。當今社會(huì )要求人才要具有較強的實(shí)踐能力和創(chuàng )新意識，本文以過(guò)程設備設計課程為依托建立一套適合自身特點(diǎn)的提高學(xué)生工程素質(zhì)和實(shí)踐能力、培養創(chuàng )新意識的過(guò)程設備設計課程教學(xué)改革方案。經(jīng)過(guò)了兒年的建設，探索出了注重培養學(xué)生創(chuàng )新實(shí)踐能力的教學(xué)改革思路，建立了多樣化、多層次的培養模式，使學(xué)生在牢固掌握基本理論知識的基礎上，具有較強的工程實(shí)踐能力和創(chuàng )新意識，以滿(mǎn)足社會(huì )發(fā)展的需要，實(shí)現具有本校特色過(guò)程專(zhuān)業(yè)應用創(chuàng )新型人才的培養目標。
一、從教學(xué)內容、教學(xué)方法和教學(xué)手段等教學(xué)體系進(jìn)行改革
在課堂教學(xué)過(guò)程中，根據講授內容的特點(diǎn)不同，采用不同的教學(xué)方法，以期拉近課堂與工程實(shí)踐的距離。本課程可分成壓力容器設計和典型設備設計兩大部分，這兩部分有這樣的關(guān)系。壓力容器一般是化工設備的外層殼體部分，而不同的化工設備也可看作壓力容器內部安裝不同的內構件所形成的，因而壓力容器是化工設備的基礎。對于壓力容器設計這部分內容，主要是第二章“壓力容器應力分析”和第四章“壓力容器設計”，這兩章是本門(mén)課程的核心理論。如厚壁圓筒應力分析，外壓圓筒應力分析，軸對稱(chēng)薄殼應力分析等。這部分內容主要是應用彈性力學(xué)理論和彈塑性理論建立的數學(xué)模型，推導出與工程實(shí)際相結合而產(chǎn)生經(jīng)驗數學(xué)公式。對于缺乏力學(xué)基礎的工科學(xué)生來(lái)說(shuō)，理解和消化這部分內容很困難。針對這種矛盾的現實(shí)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(jìn)行規律分析的教學(xué)方法。這個(gè)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、繁復的求解過(guò)程，則留給他們作為作業(yè)，在課后推導完成。這樣可以使學(xué)生在課堂學(xué)習過(guò)程中，抓住主要矛盾，對其在今后的生產(chǎn)實(shí)踐中加強應用和強化設計能力大有好處。對于理論性不強的教學(xué)內容，如第一章“壓力容器導言”之中的壓力容器的`組成部分、壓力容器的各種分類(lèi)和壓力容器相關(guān)標準規范等內容，我們主要采用實(shí)習、參觀(guān)現場(chǎng)的案例教學(xué)法。在教學(xué)過(guò)程中，充分利用實(shí)習基地和實(shí)驗條件，在生產(chǎn)實(shí)習和認識實(shí)習的過(guò)程中，使學(xué)生掌握壓力容器的組成、典型組件結構及組件與組件之間功能和結構聯(lián)系。
另外，還對過(guò)程設備設計教學(xué)大綱進(jìn)行了修訂，增加了培養設計、創(chuàng )新素質(zhì)方面的規定。如對每一教學(xué)章規定一個(gè)教學(xué)訓練環(huán)節，改變教學(xué)方法。教學(xué)中結合工程實(shí)例，采用理論和實(shí)際相結合的方法完成理論教學(xué)環(huán)節，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(shí)例圖片、動(dòng)畫(huà)。在內容上，不僅要滿(mǎn)足考試和考研要求，而且對實(shí)際設計和創(chuàng )新能力的培養也要有很好的促進(jìn)作用。經(jīng)過(guò)兒年不斷地進(jìn)入企業(yè)實(shí)地調研和收集資料，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(guò)程設備設計課件中。又經(jīng)過(guò)較長(cháng)時(shí)間授課、驗證和多輪次的修改完善，目前已經(jīng)形成了一套高標準課件。該課件已具有集教師授課、學(xué)生自學(xué)、研究生考試復習等功能于一體，重點(diǎn)在于對知識點(diǎn)的學(xué)習與考察。新課件還具有實(shí)際工程問(wèn)題的分析與解決案例，通過(guò)對應章節的工程案例，將理論知識與工程實(shí)踐相結合，至少要在每章教學(xué)內容前演示或提出一些適當的應用實(shí)例，或提出一些實(shí)際設計問(wèn)題，讓學(xué)生帶著(zhù)問(wèn)題邊思考邊學(xué)習。在選擇例題方面，適當增加設計類(lèi)題目。在教學(xué)中，重點(diǎn)講授各種殼體結構及部件的應用場(chǎng)合、條件，結合實(shí)際應用研究各種殼體結構的設計方法，改變以前只注重書(shū)本理論知識、不注重實(shí)際應用的傳統教學(xué)方法，增強學(xué)生的工程實(shí)踐意識，在理論教學(xué)中逐漸培養學(xué)生的工程實(shí)踐能力及創(chuàng )新意識。
二、從實(shí)踐教學(xué)方面進(jìn)行改革
(一)完善實(shí)驗環(huán)節
過(guò)程設備設計課程實(shí)驗包含殼體應力測定、厚壁圓筒爆破和外壓殼體失穩實(shí)驗。此次改革在已有的過(guò)程設備實(shí)驗的基礎上，加設了常用殼體結構及其部件的認知實(shí)驗和常用動(dòng)設備的拆裝實(shí)驗，讓學(xué)生在實(shí)驗時(shí)，通過(guò)親身觀(guān)察常用壓力容器和組成部件的結構和區別、它們在過(guò)程設備中的具體應用目的、安裝位置以及工作過(guò)程，使過(guò)程專(zhuān)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(shí)對現有過(guò)程實(shí)驗教程進(jìn)行修訂，使之更適合學(xué)生實(shí)踐能力的培養，達到實(shí)驗教學(xué)的目的。
課程實(shí)驗也是一個(gè)檢驗學(xué)生實(shí)踐能力的重要環(huán)節。在實(shí)踐中結合課程內容、性質(zhì)，合理設定實(shí)驗項目、實(shí)驗內容，同時(shí)學(xué)時(shí)也能滿(mǎn)足課程大綱的要求，使學(xué)生在實(shí)驗中增強動(dòng)手能力、實(shí)踐能力及創(chuàng )新意識，且實(shí)驗類(lèi)型也很全面，如認知類(lèi)實(shí)驗、驗證型、綜合型和設計型實(shí)驗，并且不斷增加綜合型和設計型實(shí)驗比重，如增設浮閥塔盤(pán)結構創(chuàng )新設計實(shí)驗，管殼式換熱器導流方式創(chuàng )新設計實(shí)驗等，以提高學(xué)生的創(chuàng )新設計意識。在未來(lái)的計劃中，將增開(kāi)常用過(guò)程生產(chǎn)裝置操作運行實(shí)驗，使學(xué)生對整個(gè)過(guò)程設備和課程內容有一總體的了解和認知，調動(dòng)學(xué)生學(xué)習的積極性。
(二)對過(guò)程設備設計課程設計的改革
設計題目中大致包括動(dòng)設備、靜設備、設備控制系統三部分內容。設計內容應有以往課程設計要求的理論設計計算與結構設計內容，能體現綜合運用以前學(xué)過(guò)的專(zhuān)業(yè)課程知識的設計方法。即過(guò)程設備設計的課程設計題目，要包括各種典型過(guò)程設備的設計方法，如選擇板式精餾塔機械設計作為課設題目，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(guò)程所必要的傳質(zhì)要求。設計中還包含降液管的設計、溢流堰的設計、容器殼體材質(zhì)和壁厚的選擇以及內外壓強度校核等各種知識，題目綜合性較好，且靈活多變，可以較好地訓練學(xué)生應用理論知識，解決實(shí)際問(wèn)題的能力。鍛煉了學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng )新意識。在現有課程設計題目基礎上，盡量豐富課程設計的題目，嘗試將課程設計與機械創(chuàng )新大賽相結合，作為提高大學(xué)生創(chuàng )新能力的一個(gè)平臺，以提高學(xué)生對課程設計的興趣，并且根據學(xué)生的實(shí)際情況分層次進(jìn)行。依據題目的難易程度，把題目分成不同的等級，學(xué)生依據自己的能力選擇相應難度的題目，成績(jì)的劃定也跟難度有關(guān)。為了避免現有課程設計存在的弊端，提高學(xué)生學(xué)習興趣，加強學(xué)生獨立進(jìn)行過(guò)程設備設計的能力。
課程設計是培養學(xué)生實(shí)踐創(chuàng )新能力的重要環(huán)節。在過(guò)程中，為了加強實(shí)踐環(huán)節，提高學(xué)生的工程設計能力，讓學(xué)生接觸工程實(shí)際，了解同類(lèi)系列產(chǎn)品的性能、結構特點(diǎn)及制造過(guò)程，使學(xué)生懂得過(guò)程設備設計與過(guò)程工藝是緊密不可分割的，獲得產(chǎn)品的有關(guān)工藝知識，我們在課程設計之前(或過(guò)程中)安排學(xué)生到相關(guān)工廠(chǎng)參觀(guān)或者以多媒體的方式觀(guān)看相關(guān)的工程案例，以此來(lái)開(kāi)闊學(xué)生的視野，拓展設計思路，使設計與工程實(shí)際接軌。這樣一來(lái)，既能擴大學(xué)生知識面，深化感性認識和理性認識，又使課程設計的效果上升到新的層次。在課設指導過(guò)程中，為了提高設計質(zhì)量并使學(xué)生獲得更好的設計素質(zhì)訓練，在設計過(guò)程中增加研討環(huán)節，即在設計的過(guò)程中，按照進(jìn)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(cháng)度利用效率問(wèn)題和夾套反應釜夾套加熱面積達不到工藝要求等問(wèn)題，讓學(xué)生提出解決方案或答案。注重培養學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng )造力和想象力，開(kāi)發(fā)創(chuàng )新意識，啟發(fā)和引導學(xué)生進(jìn)行思考，引導學(xué)生如何更好地完成課程設計這一重要環(huán)節。
依據以上改革措施，還應對課程設計的成績(jì)評定體系做必要調整。根據平時(shí)表現、設計能力、圖紙質(zhì)量、說(shuō)明書(shū)內容和答辯情況綜合評定成績(jì)，并在這些方面修訂教學(xué)大綱、教學(xué)指導大綱和質(zhì)量規范標準，以規范學(xué)生重要實(shí)踐環(huán)節的操作規程，提高課程設計教學(xué)質(zhì)量。從制度層面保證提高學(xué)生創(chuàng )新實(shí)踐能力訓練的嚴格落實(shí)。
(三)探索過(guò)程設備設計應用能力競賽新模式
為檢查學(xué)生應用知識解決工程實(shí)際的能力，學(xué)生完成過(guò)程設備設計課程的學(xué)習之后，舉行過(guò)程設備設計應用能力競賽，真正考察學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng )新能力。給出設計要求，讓學(xué)生充分發(fā)揮想象力，設計出滿(mǎn)足過(guò)程工藝要求的化工設備，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(shí)的基礎。如我們曾經(jīng)結合社會(huì )熱點(diǎn)問(wèn)題，提出設計熱力牛奶殺菌器為競賽設計題目，受到同學(xué)們的歡迎，征集了20多種設計方案并有三種方案還制作了透明設備模型。在實(shí)踐中不斷進(jìn)行總結、分析和完善，探究一種適合學(xué)生實(shí)踐能力培養和創(chuàng )新意識提高的新模式，從傳統的紙面試題形式向實(shí)際設備模型，微、小型過(guò)程設備的設計轉型，并建立起一系列的成績(jì)評定體系。使學(xué)生通過(guò)參加競賽，對實(shí)際工程產(chǎn)生興趣，并使學(xué)生的理論知識與實(shí)際問(wèn)題得到緊密的結合，使學(xué)生得到創(chuàng )新能力的鍛煉，從而滿(mǎn)足人才培養模式的需求。
依托過(guò)程設備設計課程教學(xué)，建立一套以提高學(xué)生工程素質(zhì)和實(shí)踐能力、培養創(chuàng )新意識為目標的教學(xué)改革方案。在各個(gè)教學(xué)環(huán)節中針對不同內容采取不同教學(xué)方式，有效地把課本知識具體化，各種實(shí)習目的明確化，設備設計實(shí)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 )新意識和設計能力的目的。
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