提高學生實踐能力的過程設(shè)備設(shè)計教學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、材料腐蝕與防護、化工原理和機械制圖等學科知識，是一門多學科交義融合的、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)標準等。是一門直接面向工程實際，實踐性很強的課程。當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)計課程教學改革方案。經(jīng)過了兒年的建設(shè)，探索出了注重培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力的教學改革思路，建立了多樣化、多層次的培養(yǎng)模式，使學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。
一、從教學內(nèi)容、教學方法和教學手段等教學體系進行改革
在課堂教學過程中，根據(jù)講授內(nèi)容的特點不同，采用不同的教學方法，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)用彈性力學理論和彈塑性理論建立的數(shù)學模型，推導出與工程實際相結(jié)合而產(chǎn)生經(jīng)驗數(shù)學公式。對于缺乏力學基礎(chǔ)的工科學生來說，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模型的建立及對力學模型的解析解進行規(guī)律分析的教學方法。這個方法既強化了學生理論建模能力，又有效地提高學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)，在課后推導完成。這樣可以使學生在課堂學習過程中，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內(nèi)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和壓力容器相關(guān)標準規(guī)范等內(nèi)容，我們主要采用實習、參觀現(xiàn)場的案例教學法。在教學過程中，充分利用實習基地和實驗條件，在生產(chǎn)實習和認識實習的過程中，使學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。如對每一教學章規(guī)定一個教學訓練環(huán)節(jié)，改變教學方法。教學中結(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環(huán)節(jié)，改變粉筆黑板單一教學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)形成了一套高標準課件。該課件已具有集教師授課、學生自學、研究生考試復(fù)習等功能于一體，重點在于對知識點的學習與考察。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，至少要在每章教學內(nèi)容前演示或提出一些適當?shù)膽?yīng)用實例，或提出一些實際設(shè)計問題，讓學生帶著問題邊思考邊學習。在選擇例題方面，適當增加設(shè)計類題目。在教學中，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)教學方法，增強學生的工程實踐意識，在理論教學中逐漸培養(yǎng)學生的工程實踐能力及創(chuàng)新意識。
二、從實踐教學方面進行改革
(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，使之更適合學生實踐能力的培養(yǎng)，達到實驗教學的目的。
課程實驗也是一個檢驗學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，同時學時也能滿足課程大綱的要求，使學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，管殼式換熱器導流方式創(chuàng)新設(shè)計實驗等，以提高學生的創(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)動學生學習的積極性。
(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，可以較好地訓練學生應(yīng)用理論知識，解決實際問題的能力。鍛煉了學生的實踐能力和創(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，作為提高大學生創(chuàng)新能力的一個平臺，以提高學生對課程設(shè)計的興趣，并且根據(jù)學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，提高學生學習興趣，加強學生獨立進行過程設(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)，提高學生的工程設(shè)計能力，讓學生接觸工程實際，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)指導過程中，為了提高設(shè)計質(zhì)量并使學生獲得更好的設(shè)計素質(zhì)訓練，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，讓學生提出解決方案或答案。注重培養(yǎng)學生的動手能力、創(chuàng)造力和想象力，開發(fā)創(chuàng)新意識，啟發(fā)和引導學生進行思考，引導學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大綱、教學指導大綱和質(zhì)量規(guī)范標準，以規(guī)范學生重要實踐環(huán)節(jié)的操作規(guī)程，提高課程設(shè)計教學質(zhì)量。從制度層面保證提高學生創(chuàng)新實踐能力訓練的嚴格落實。
(三)探索過程設(shè)備設(shè)計應(yīng)用能力競賽新模式
為檢查學生應(yīng)用知識解決工程實際的能力，學生完成過程設(shè)備設(shè)計課程的學習之后，舉行過程設(shè)備設(shè)計應(yīng)用能力競賽，真正考察學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。給出設(shè)計要求，讓學生充分發(fā)揮想象力，設(shè)計出滿足過程工藝要求的化工設(shè)備，以達到鍛煉學生的能力和素質(zhì)，并為學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。使學生通過參加競賽，對實際工程產(chǎn)生興趣，并使學生的理論知識與實際問題得到緊密的結(jié)合，使學生得到創(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，建立一套以提高學生工程素質(zhì)和實踐能力、培養(yǎng)創(chuàng)新意識為目標的教學改革方案。在各個教學環(huán)節(jié)中針對不同內(nèi)容采取不同教學方式，有效地把課本知識具體化，各種實習目的明確化，設(shè)備設(shè)計實際化，充分發(fā)揮學生自身的潛在能力，從而達到學以致用，提高學生創(chuàng)新意識和設(shè)計能力的目的。
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