提高学生实践能力的过程设备设计教学改革研究分析的论文
时间：2021-08-31提高学生实践能力的过程设备设计教学改革研究分析的论文
过程设备设计是过程装备与控制工程专业的重要核心主干课。该课程涉及到工程材料、理论力学、材料腐蚀与防护、化工原理和机械制图等学科知识，是一门多学科交义融合的、综合性的专业课。它包含压力容器设计和过程设备设计两大部分内容，所谓压力容器设计主要包括中低压容器常规设计、外压容器设计、高压、超高压容器设计方法和压力容器整体设计等部分内容;而过程设备设计则是在压力容器设计的基础上，进一步研究典型过程设备的设计方法，如储罐设备、换热设备、塔设备和反应设备等。同时还涉及到GB 150, GB 151及化工部和化工设备的相关标准等。是一门直接面向工程实际，实践性很强的课程。当今社会要求人才要具有较强的实践能力和创新意识，本文以过程设备设计课程为依托建立一套适合自身特点的提高学生工程素质和实践能力、培养创新意识的过程设备设计课程教学改革方案。经过了儿年的建设，探索出了注重培养学生创新实践能力的教学改革思路，建立了多样化、多层次的培养模式，使学生在牢固掌握基本理论知识的基础上，具有较强的工程实践能力和创新意识，以满足社会发展的需要，实现具有本校特色过程专业应用创新型人才的培养目标。
一、从教学内容、教学方法和教学手段等教学体系进行改革
在课堂教学过程中，根据讲授内容的特点不同，采用不同的教学方法，以期拉近课堂与工程实践的距离。本课程可分成压力容器设计和典型设备设计两大部分，这两部分有这样的关系。压力容器一般是化工设备的外层壳体部分，而不同的化工设备也可看作压力容器内部安装不同的内构件所形成的，因而压力容器是化工设备的基础。对于压力容器设计这部分内容，主要是第二章“压力容器应力分析”和第四章“压力容器设计”，这两章是本门课程的核心理论。如厚壁圆筒应力分析，外压圆筒应力分析，轴对称薄壳应力分析等。这部分内容主要是应用弹性力学理论和弹塑性理论建立的数学模型，推导出与工程实际相结合而产生经验数学公式。对于缺乏力学基础的工科学生来说，理解和消化这部分内容很困难。针对这种矛盾的现实情况，我们采用了注重力学模型的建立及对力学模型的解析解进行规律分析的教学方法。这个方法既强化了学生理论建模能力，又有效地提高学生对解析解的物理意义和工程意义理解程度。而把那些不易引起学生兴趣的、繁复的求解过程，则留给他们作为作业，在课后推导完成。这样可以使学生在课堂学习过程中，抓住主要矛盾，对其在今后的生产实践中加强应用和强化设计能力大有好处。对于理论性不强的教学内容，如第一章“压力容器导言”之中的压力容器的组成部分、压力容器的各种分类和压力容器相关标准规范等内容，我们主要采用实习、参观现场的案例教学法。在教学过程中，充分利用实习基地和实验条件，在生产实习和认识实习的过程中，使学生掌握压力容器的组成、典型组件结构及组件与组件之间功能和结构联系。
另外，还对过程设备设计教学大纲进行了修订，增加了培养设计、创新素质方面的规定。如对每一教学章规定一个教学训练环节，改变教学方法。教学中结合工程实例，采用理论和实际相结合的方法完成理论教学环节，改变粉笔黑板单一教学模式为课件加粉笔黑板模式，利用课件补充、增加工程实例图片、动画。在内容上，不仅要满足考试和考研要求，而且对实际设计和创新能力的培养也要有很好的促进作用。经过儿年不断地进入企业实地调研和收集资料，并查阅收集大量的工程案例，把它们合理地加入所编制的过程设备设计课件中。又经过较长时间授课、验证和多轮次的修改完善，目前已经形成了一套高标准课件。该课件已具有集教师授课、学生自学、研究生考试复习等功能于一体，重点在于对知识点的学习与考察。新课件还具有实际工程问题的分析与解决案例，通过对应章节的工程案例，将理论知识与工程实践相结合，至少要在每章教学内容前演示或提出一些适当的'应用实例，或提出一些实际设计问题，让学生带着问题边思考边学习。在选择例题方面，适当增加设计类题目。在教学中，重点讲授各种壳体结构及部件的应用场合、条件，结合实际应用研究各种壳体结构的设计方法，改变以前只注重书本理论知识、不注重实际应用的传统教学方法，增强学生的工程实践意识，在理论教学中逐渐培养学生的工程实践能力及创新意识。
二、从实践教学方面进行改革
(一)完善实验环节
过程设备设计课程实验包含壳体应力测定、厚壁圆筒爆破和外压壳体失稳实验。此次改革在已有的过程设备实验的基础上，加设了常用壳体结构及其部件的认知实验和常用动设备的拆装实验，让学生在实验时，通过亲身观察常用压力容器和组成部件的结构和区别、它们在过程设备中的具体应用目的、安装位置以及工作过程，使过程专业学生都能对工程中常用压力容器及其部件的作用和工作原理有所了解，掌握相关的基本知识，增强对压力容器及其零部件的感性认识。同时对现有过程实验教程进行修订，使之更适合学生实践能力的培养，达到实验教学的目的。
课程实验也是一个检验学生实践能力的重要环节。在实践中结合课程内容、性质，合理设定实验项目、实验内容，同时学时也能满足课程大纲的要求，使学生在实验中增强动手能力、实践能力及创新意识，且实验类型也很全面，如认知类实验、验证型、综合型和设计型实验，并且不断增加综合型和设计型实验比重，如增设浮阀塔盘结构创新设计实验，管壳式换热器导流方式创新设计实验等，以提高学生的创新设计意识。在未来的计划中，将增开常用过程生产装置操作运行实验，使学生对整个过程设备和课程内容有一总体的了解和认知，调动学生学习的积极性。
(二)对过程设备设计课程设计的改革
设计题目中大致包括动设备、静设备、设备控制系统三部分内容。设计内容应有以往课程设计要求的理论设计计算与结构设计内容，能体现综合运用以前学过的专业课程知识的设计方法。即过程设备设计的课程设计题目，要包括各种典型过程设备的设计方法，如选择板式精馏塔机械设计作为课设题目，该题目可选择筛板、浮阀、舌形等各种传质的组合，以完成过程所必要的传质要求。设计中还包含降液管的设计、溢流堰的设计、容器壳体材质和壁厚的选择以及内外压强度校核等各种知识，题目综合性较好，且灵活多变，可以较好地训练学生应用理论知识，解决实际问题的能力。锻炼了学生的实践能力和创新意识。在现有课程设计题目基础上，尽量丰富课程设计的题目，尝试将课程设计与机械创新大赛相结合，作为提高大学生创新能力的一个平台，以提高学生对课程设计的兴趣，并且根据学生的实际情况分层次进行。依据题目的难易程度，把题目分成不同的等级，学生依据自己的能力选择相应难度的题目，成绩的划定也跟难度有关。为了避免现有课程设计存在的弊端，提高学生学习兴趣，加强学生独立进行过程设备设计的能力。
课程设计是培养学生实践创新能力的重要环节。在过程中，为了加强实践环节，提高学生的工程设计能力，让学生接触工程实际，了解同类系列产品的性能、结构特点及制造过程，使学生懂得过程设备设计与过程工艺是紧密不可分割的，获得产品的有关工艺知识，我们在课程设计之前(或过程中)安排学生到相关工厂参观或者以多媒体的方式观看相关的工程案例，以此来开阔学生的视野，拓展设计思路，使设计与工程实际接轨。这样一来，既能扩大学生知识面，深化感性认识和理性认识，又使课程设计的效果上升到新的层次。在课设指导过程中，为了提高设计质量并使学生获得更好的设计素质训练，在设计过程中增加研讨环节，即在设计的过程中，按照进度依次提出一些议题，如换热器壳程气体出入口管直径较大，影响管束长度利用效率问题和夹套反应釜夹套加热面积达不到工艺要求等问题，让学生提出解决方案或答案。注重培养学生的动手能力、创造力和想象力，开发创新意识，启发和引导学生进行思考，引导学生如何更好地完成课程设计这一重要环节。
依据以上改革措施，还应对课程设计的成绩评定体系做必要调整。根据平时表现、设计能力、图纸质量、说明书内容和答辩情况综合评定成绩，并在这些方面修订教学大纲、教学指导大纲和质量规范标准，以规范学生重要实践环节的操作规程，提高课程设计教学质量。从制度层面保证提高学生创新实践能力训练的严格落实。
(三)探索过程设备设计应用能力竞赛新模式
为检查学生应用知识解决工程实际的能力，学生完成过程设备设计课程的学习之后，举行过程设备设计应用能力竞赛，真正考察学生的工程实践能力和创新能力。给出设计要求，让学生充分发挥想象力，设计出满足过程工艺要求的化工设备，以达到锻炼学生的能力和素质，并为学生参加省级以上各种大赛打下了坚实的基础。如我们曾经结合社会热点问题，提出设计热力牛奶杀菌器为竞赛设计题目，受到同学们的欢迎，征集了20多种设计方案并有三种方案还制作了透明设备模型。在实践中不断进行总结、分析和完善，探究一种适合学生实践能力培养和创新意识提高的新模式，从传统的纸面试题形式向实际设备模型，微、小型过程设备的设计转型，并建立起一系列的成绩评定体系。使学生通过参加竞赛，对实际工程产生兴趣，并使学生的理论知识与实际问题得到紧密的结合，使学生得到创新能力的锻炼，从而满足人才培养模式的需求。
依托过程设备设计课程教学，建立一套以提高学生工程素质和实践能力、培养创新意识为目标的教学改革方案。在各个教学环节中针对不同内容采取不同教学方式，有效地把课本知识具体化，各种实习目的明确化，设备设计实际化，充分发挥学生自身的潜在能力，从而达到学以致用，提高学生创新意识和设计能力的目的。
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