提高學生實踐能力的過程設備設計教學改革研究分析的論文
過程設備設計是過程裝備與控制工程專業的重要核心主干課。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、綜合性的專業課。它包含壓力容器設計和過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;而過程設備設計則是在壓力容器設計的基礎上，進一步研究典型過程設備的設計方法，如儲罐設備、換熱設備、塔設備和反應設備等。同時還涉及到GB 150, GB 151及化工部和化工設備的相關標準等。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新意識，本文以過程設備設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和實踐能力、培養創新意識的過程設備設計課程教學改革方案。經過了兒年的建設，探索出了注重培養學生創新實踐能力的教學改革思路，建立了多樣化、多層次的培養模式，使學生在牢固掌握基本理論知識的基礎上，具有較強的工程實踐能力和創新意識，以滿足社會發展的需要，實現具有本校特色過程專業應用創新型人才的培養目標。
一、從教學內容、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，根據講授內容的特點不同，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計和典型設備設計兩大部分，這兩部分有這樣的關系。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，軸對稱薄殼應力分析等。這部分內容主要是應用彈性力學理論和彈塑性理論建立的數學模型，推導出與工程實際相結合而產生經驗數學公式。對于缺乏力學基礎的工科學生來說，理解和消化這部分內容很困難。針對這種矛盾的現實情況，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、繁復的求解過程，則留給他們作為作業，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，對其在今后的生產實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和壓力容器相關標準規范等內容，我們主要采用實習、參觀現場的案例教學法。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、典型組件結構及組件與組件之間功能和結構聯系。
另外，還對過程設備設計教學大綱進行了修訂，增加了培養設計、創新素質方面的規定。如對每一教學章規定一個教學訓練環節，改變教學方法。教學中結合工程實例，采用理論和實際相結合的方法完成理論教學環節，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。在內容上，不僅要滿足考試和考研要求，而且對實際設計和創新能力的培養也要有很好的促進作用。經過兒年不斷地進入企業實地調研和收集資料，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程設備設計課件中。又經過較長時間授課、驗證和多輪次的修改完善，目前已經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，通過對應章節的工程案例，將理論知識與工程實踐相結合，至少要在每章教學內容前演示或提出一些適當的應用實例，或提出一些實際設計問題，讓學生帶著問題邊思考邊學習。在選擇例題方面，適當增加設計類題目。在教學中，重點講授各種殼體結構及部件的應用場合、條件，結合實際應用研究各種殼體結構的設計方法，改變以前只注重書本理論知識、不注重實際應用的傳統教學方法，增強學生的工程實踐意識，在理論教學中逐漸培養學生的工程實踐能力及創新意識。
二、從實踐教學方面進行改革
(一)完善實驗環節
過程設備設計課程實驗包含殼體應力測定、厚壁圓筒爆破和外壓殼體失穩實驗。此次改革在已有的過程設備實驗的基礎上，加設了常用殼體結構及其部件的認知實驗和常用動設備的拆裝實驗，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構和區別、它們在過程設備中的具體應用目的、安裝位置以及工作過程，使過程專業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，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節。在實踐中結合課程內容、性質，合理設定實驗項目、實驗內容，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、綜合型和設計型實驗，并且不斷增加綜合型和設計型實驗比重，如增設浮閥塔盤結構創新設計實驗，管殼式換熱器導流方式創新設計實驗等，以提高學生的創新設計意識。在未來的計劃中，將增開常用過程生產裝置操作運行實驗，使學生對整個過程設備和課程內容有一總體的了解和認知，調動學生學習的積極性。
(二)對過程設備設計課程設計的改革
設計題目中大致包括動設備、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過的專業課程知識的設計方法。即過程設備設計的課程設計題目，要包括各種典型過程設備的設計方法，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、舌形等各種傳質的組合，以完成過程所必要的傳質要求。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，可以較好地訓練學生應用理論知識，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新大賽相結合，作為提高大學生創新能力的一個平臺，以提高學生對課程設計的興趣，并且根據學生的實際情況分層次進行。依據題目的難易程度，把題目分成不同的等級，學生依據自己的能力選擇相應難度的題目，成績的劃定也跟難度有關。為了避免現有課程設計存在的弊端，提高學生學習興趣，加強學生獨立進行過程設備設計的能力。
課程設計是培養學生實踐創新能力的重要環節。在過程中，為了加強實踐環節，提高學生的工程設計能力，讓學生接觸工程實際，了解同類系列產品的性能、結構特點及制造過程，使學生懂得過程設備設計與過程工藝是緊密不可分割的，獲得產品的有關工藝知識，我們在課程設計之前(或過程中)安排學生到相關工廠參觀或者以多媒體的方式觀看相關的工程案例，以此來開闊學生的視野，拓展設計思路，使設計與工程實際接軌。這樣一來，既能擴大學生知識面，深化感性認識和理性認識，又使課程設計的效果上升到新的層次。在課設指導過程中，為了提高設計質量并使學生獲得更好的設計素質訓練，在設計過程中增加研討環節，即在設計的過程中，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。注重培養學生的動手能力、創造力和想象力，開發創新意識，啟發和引導學生進行思考，引導學生如何更好地完成課程設計這一重要環節。
依據以上改革措施，還應對課程設計的成績評定體系做必要調整。根據平時表現、設計能力、圖紙質量、說明書內容和答辯情況綜合評定成績，并在這些方面修訂教學大綱、教學指導大綱和質量規范標準，以規范學生重要實踐環節的操作規程，提高課程設計教學質量。從制度層面保證提高學生創新實踐能力訓練的嚴格落實。
(三)探索過程設備設計應用能力競賽新模式
為檢查學生應用知識解決工程實際的能力，學生完成過程設備設計課程的學習之后，舉行過程設備設計應用能力競賽，真正考察學生的工程實踐能力和創新能力。給出設計要求，讓學生充分發揮想象力，設計出滿足過程工藝要求的化工設備，以達到鍛煉學生的能力和素質，并為學生參加省級以上各種大賽打下了堅實的基礎。如我們曾經結合社會熱點問題，提出設計熱力牛奶殺菌器為競賽設計題目，受到同學們的歡迎，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。在實踐中不斷進行總結、分析和完善，探究一種適合學生實踐能力培養和創新意識提高的新模式，從傳統的紙面試題形式向實際設備模型，微、小型過程設備的設計轉型，并建立起一系列的成績評定體系。使學生通過參加競賽，對實際工程產生興趣，并使學生的理論知識與實際問題得到緊密的結合，使學生得到創新能力的鍛煉，從而滿足人才培養模式的需求。
依托過程設備設計課程教學，建立一套以提高學生工程素質和實踐能力、培養創新意識為目標的教學改革方案。在各個教學環節中針對不同內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，設備設計實際化，充分發揮學生自身的潛在能力，從而達到學以致用，提高學生創新意識和設計能力的目的。
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