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中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)22-0205-02
《化工原理》是化学工程与工艺专业的必修专业课程之一,理论课之后国内大部分高校的本科人才培养计划中安排了实践教学环节――《化工原理》课程设计。我们学校的化学工程与工艺专业培养计划也如此。《化工原理》课程设计是培养化工专业学生综合运用所学的理论知识,树立正确的设计思想,解决常规化工设计中一些实际问题的一项重要的实践教学。其出发点是通过课程设计提高学生搜集资料、查阅文献、计算机辅助绘图、分析与思考解决实际生产问题等能力。笔者从事了3届的课程设计教学,从中总结了许多宝贵的经验和教学方法,以期提高教学效果。现将笔者的教学体会作一介绍。
一、课程设计题目应具有普遍性、代表性
我校化学工程与工艺专业的《化工原理》课程设计一般为二周时间。课程设计基本要求是通过这一设计过程使每个学生都受到一定程度的训练,使将来在不同岗位就业的学生都能受益,都能解决这类工程的实际问题,并可以举一反三。所以课程设计的选题需要我们指导老师慎重,尽量选择化工行业中最普遍且最具代表性的单元操作进行设计。根据以往的教学的经验,题目的选取应从以下几个方面考虑:
1.课程设计题目尽可能接近实际生产,截取现有的某化工项目中的某一操作单元为设计模型,比如某合成氨厂的传热单元的设计,流体输送过程中离心泵的设计,管壳式换热器等等。这样学生在课程设计过程中有参照体系,不至于出现不合理的偏差。
2.课程设计题目应该围绕着常见的化工操作单元进行展开,比如我们都知道在讲授《化工原理》理论知识时其中的单元操作有流体输送、传热、精馏、吸收、萃取等等。一个课程设计题目应该包括2~3个常见的单元操作,从而实现某一简单的化工任务。
3.课程设计题目中涉及的物质尽可能常见易得。因为完成虚拟的生产任务过程中需要这些物质的物性参数进行核算,常见易得的物质能够降低学生在查阅参数方面的工作量。比如,如果我们设计分离任务尽量选择苯-甲苯,或甲醇-水等这样的体系,因为这些混合体系的参数大部分工具书能够查到。
4.《化工原理》课程设计题目选择还要兼顾后续的《化工机械设备》设计。根据我校的本科人才培养计划,紧接《化工原理》课程设计是《化工机械设备》设计。这两次的教学实践紧密衔接,互相补充。《化工原理》课程设计的侧重点为工艺流程及流程参数的确定、主要设备及管线的布线及选择,而《化工机械设备》设计侧重点为典型设备的选型、设备的结构、材质的选用及操作参数范围的确定等。所以《化工原理》课程设计题目设置时保证每个题目中包含2~3个典型设备,以备学生后续的《化工机械设备》课程设计。
二、指导教师对学生的进行积极指导
根据多年的教学经验发现,大部分学生接触到课程设计课题题目的时候,犹如身置茫茫大海中,不知该如何开始。此时,我们指导教师的积极指导就起着相当重要的作用。指导教师的指导犹如指路明灯,为学生拨开疑雾,给学生指明方向,让学生知道如何顺利完成接下来的课程设计。
1.积极引导学生查阅资料,培养学生的工程思维。指导教师首先讲解一个完整的课程设计应该包括哪些主要内容,涉及哪些参数计算及相关文献查阅,怎样做才能更好地完成这些内容。指导学生学会正确使用标准和规范,从工艺和设备全方位考虑设计问题。“万事开头难”,学生克服了开始之初的茫然后在老师指引下很快进入角色。在设计过程中指导老师鼓励学生多做深层次思考,综合考虑经济性、实用性、安全可靠性和先进性,培养学生的工程思维和创新能力。
2.引导学生利用计算机软件辅助课程设计。计算机软件的发展,为各行各业的发展提供了便利。现如今的《化工原理》课程设计的要求和十几年前比有了很大的提高。所以设计的过程中不可避免地应用计算机对操作参数的计算、设备的绘制、工艺流程的绘制。这就要求学生在课程设计前就应该熟悉部分专业软件的学习如Chemoffice,AutoCAD,Mat Lab,Aspen Plus。考虑到后续的课程设计,《化工原理》理论授课的过程中授课老师要求学生课余学习课程涉及的相关软件,部分课后习题作业要求学生编程计算,比如精馏塔塔板的逐板计算法。经过一个学期的理论结合实际的学习后,大部分学生对相关计算机软件有了了解。进入课程设计阶段,指导老师引导学生把学过的软件应用到课程设计中。计算机软件辅助课程设计可以起到事半功倍的效果,帮助学生顺利完成课程设计。
3.培养学生的团队合作能力。在《化工原理》课程设计过程中,学生是以分组的形式进行的,每组4~5人,并任命一名品学兼优的学生为组长。为了方便工作的进行,组长根据组员的特长进行适当的分工,比如有的同学负责查阅资料,编辑文档,有的同学编程计算,有的同学负责绘图。但是这并不意味着每个人的工作是独立的,课程设计的工作一环扣一环,相互关联,需要全组同学发挥出自己的特长,相互帮助,齐心协力合作完成。设计过程中每个同学都有自己的个性和特色,难免在处理一些问题的时候产生分歧。对同一个问题产生分歧的时候,作为指导老师要求大家采取公开讨论的方法,相互倾听对方的意见,然后对比各种方法,最后选择最适合本设计的最佳方法。通过课程设计,团队中的每一位成员都经历了一次合作锻炼,团队合作能力得到提高,这也是课程设计的另一宝贵收获。
4.撰写正规的课程设计说明书。为了达到锻炼的目的,我们在设计之初就要求每组学生按着设计院或者设计公司的标准,编制一份正规的设计说明书。说明书主要包括三大部分:设计的文字说明书、设计项目的流程图、2~3个关键设备的剖视图(A3图纸)。课程设计结束时,每一个小组课程设计说明书都要装订成册,之所以这样要求,其目的是锻炼学生严谨的工作态度。
三、鼓励表现突出的团队参加设计比赛
结合现今高等教育的培养计划,国内化工学会每年都组织大型的化工类的课程设计大赛,参赛对象来自全国各大高校的化工专业。根据这一情况,我们指导老师从设计之初就鼓励学生争取把自己优秀的作品展示给化工领域的专家和同龄人。到目前为止,我们指导的课程设计至少已经有三届学生参加过了国家级的设计大赛,并获得了奖项。这说明课程设计是对学生独立思考能力的一次综合训练。
《化工原理》课程设计中,学生不仅认识到了“扎实的基础理论知识,良好的工程设计思维”的重要性,也从中学习到了“理论与实际融会贯通”的精髓。从老师的角度来看课程设计不仅培养了学生综合运用知识的能力,同时也为学生后续专业课程的学习、生产实践及毕业设计打下了良好的基础。
参考文献:
化工课程设计是指全日制本科化工类专业学生在学习完化工类专业课程后,在专业老师指导下,由学生独立进行和完成的工程设计,是化工类专业学生非常重要的一个综合性实践教学环节。它以四大化学和化工原理课程所学理论知识为前提,以化工单元设计与计算、化工工艺制图、化工仪表自动化、化工设备机械基础等专业课程为基础进行的一项综合性实践训练和对所学专业基础知识的一次全面总结[1-2],也是对所修的专业课程实际教学效果的一次全面仿真检验。通过这一教学实践环节,可以最大程度培养和锻炼了学生以下3个方面的能力和素质:(1)培养和训练学生运用计算机和专用计算软件的工艺及设备计算技能、查阅筛选文献的能力,逐步树立和培养其工程意识;(2)拓宽学生的知识面,提高分析、解决实际问题的能力。培养学生解决工程实际问题的能力;(3)培养学生发挥自我独创独立思考能力,培养和训练学生良好的设计理念。在进行化工原理课程设计前,学生除了具备化工专业方面的理论知识外,还要求必须掌握工程技术人员所必需具备的基本技能和工程素质,例如能熟悉查阅文献资料、国家最新工程技术标准,会正确选用经验公式及处理数据[3],会用简练的文字和工程语言正确表述设计主题和结果等等。课程设计这一实践教学过程的开展,是学生理论联系实际的一次近距离、仿真的实战训练。也是对所学专业课程的全面综合运用和实践检验。根据本人几年来的指导经验和我校的实际开展情况的反馈情况来看,课程设计在提升化工原理教学质量中的作用非常明显,主要体现在以下4个方面的能力提升。
1加深学生对化工理论知识的理解
化工设计通常都安排在本科学习的第六学期末或第七学期,这一阶段,学生基本上已学完所学的专业课。近年由于科技的飞速发展,课堂教学模式手段越来越丰富,在教学中可通过多媒体教学、3D动画演示、专业实验、习题辅导等方面增强学生对专业知识的掌握,教学效果有了很大程度的提升,但由于工科专业课的理论知识较多,实践环节的安排较少,使得学生对工科专业课的学习比较抽象,加之学习任务繁重,学生自觉完成课程学习的动力明显不足,教学效果差强人意。本科教学中的化工课程设计,要求学生根据专业指导老师要求的设计题目,确定设计的已知条件和工艺参数要求,综合运用所学的专业知识,通过完整的物料和能量衡算来确定设备的类型、结构尺寸,并根据计算结果作出设备的装配图纸。同时撰写产品设计手册,并绘制工艺流程图(PID)、物料平衡流程图(PFD)和简单的车间布置图等。学生要在指定的时间完成这一任务,除对以往所学的专业知识融会贯通外,还需要大量的翻阅资料和与老师同学交流,在理论基础上进行大量实际计算,选择和比较,使用AutoCAD绘图软件绘图和采用计算软件辅助计算,最终完成任务。在这一实践教学环节的进行中,以前学习的专业课知识犹如一颗颗饱满的珍珠,被实践这双巧手串成一条光彩夺目的项链,学生既加强了对理论学习内容的了解和消化,同时由于学以致用,学生的学习动力和学习自觉性也得到了很大提升。
2培养实验设计和设备选型能力
实验设计能力和设备选型能力的培养是化工专业课程教学的基本目标之一。通过课堂上多种方式的学习,见习和实验等教学手段,学生熟悉了解了常用设备的基本操作规程,但在真实的实验设计和具体化工产品设备选型方面的能力较差。这一问题解决的唯一的途径就是加大实践训练,但由于高校中学生的实践经费有限,所以可采取课程设计这一理论与实践相结合的实践手段来解决。指导老师在确定课程设计题目时,可针对性地选用化工单元操作中常用的单元操作进行题目设置,明确设计任务,让学生围绕这一设计任务,在指定时间内完成具体的设计工作。例如,针对分离单元操作,可布置任务,要求学生独立设计一个精馏塔,设计的内容包括一个完整的工段,因此学生需要大量翻阅资料和比较,确定分离工艺实施方案,然后根据具体物料和能量衡算、实际化工生产经验进行精馏塔的结构设计,确定塔具体结构尺寸、进出料管口尺寸与安装方位,同时还要进行辅助设备的选型与计算,最后绘制精馏塔的设备图和带控制点的工艺流程图。这一实践性极强的课程设计结果反馈表明,学生的实验设计和设备选型能力得到了有效的培养。
3强化学生的计算机应用能力
近年来,随着计算机的普及和专用计算软件的开发,计算机在化工设计、化工生产、化工科研和教学等方面的应用越来越广泛,应用价值越来越被承认。因此对于培养应用型人才的高校而言,强化学生的计算机应用能力尤其重要[4-6]。化工课程设计的主要工作任务包括两方面:一是具体操作工艺计算和设备选型,由于工艺计算中许多物性数据比如密度、比热容要根据具体的工艺过程参数进行处理计算,计算过程中经常使用一些复杂的经验公式,部分公式需要反复试差计算,手算难度较大,准确性差,对于学生的设计计算结果是否正确,指导老师也很难判定,但采用专业的化工计算软件就非常容易判断和计算,且准确度非常高。例如精馏板式塔的设计计算,手工计算理论塔板数一般采用两种方法,简捷板法或逐板法。若采用逐板计算方法,需要用操作线方程和气液平衡方程两个公式交替进行多次的重复计算,才能获得最终结果,如果分离精度要求较高,理论塔板数数目就会非常多,手工计算工程量大且准确度差,计算难以完成和进行。利用CupTower软件进行计算,只要输入分离所需要达到的条件,运行软件后很快就得到全塔和精馏段理论板数,加料板的位置也会直接给出,同时还可以对参数进行优化和收敛。二是设备和工艺流程图的绘制。由于化工设计训练的时间一般仅为两周,留给绘图的时间非常紧迫,采用AutoCAD、CADWorx等软件绘图,不仅绘图速度和质量大大提高,而且图纸修改也非常方便,大大缩短了绘图时间,使学生有较为充裕的时间进行设计计算、方案论证,编印设计说明书等。通过本校近年来的设计结果表明,由于学生对计算机技术的掌握和应用,两周的设计时间越来越充裕,设计作品也越来越完善和优秀。每当学生手捧自己精心设计、亲手制作、装帧精美的设计说明书时,其喜悦之情溢于言表。教师亦分享着收获的喜悦。这使我们也意识到,计算机的使用特别是计算机绘图作为一种现代化的绘图工具确实是当代工程技术人员必备的基本技能,必须加强对学生这方面的培养。化工设计的进行在这方面的培养效果非常显著,极大的强化了学生的计算机应用能力。
4培养工程意识和创新思维
工程观念是指从工程实际的角度思考问题和解决问题[7]。化工设计是理论联系实际非常紧密的一门课程,在教学过程中应把书本知识与生产实际过程相结合,使学生在掌握基本理论知识的同时,学会应用理论知识解决实际问题。这符合工程观念培养化工人才的目的[6]。为了达到培养的目的,本校安排在学生见习和实习之后,使学生通过实习建立对工艺和设备的感性认识后,才开展了化工设计这一教学环节。同时,指导老师结合化工设计的要求和学生的专业特点,选定的化工课程设计的题目方向和内容都非常有针对性,设计的内容使学生既需要将理论课程上所学的知识进行综合运用,又能较好的体现工业背景和具有典型性、实用性的特点。极大的缩短了学生在专业方面理论与实际的距离。在学生经过大一、大二两年公共课、物理化学等四大化学和化工原理课程理论课的学习后,大三完成专业理论课学习和实验课的同时,针对部分专业能力表现优秀、学习能力强、且对化工知识有浓厚兴趣的学生,经老师和同学双方选择后,学院创造条件为其提供多样多方式的学习平台,进行更高层次的培养。比如鼓励和带领学生以小组形式参加全国大学生化工设计大赛、跨专业合作参加全国大学生制药工艺设计大赛、结合老师的科研方向和任务需要布置一定数量的课程设计题目等。
在这些实践活动的进行中,学生和老师,学生与学生,学校和学校,学校与企业之间需要经常要进行交流、总结和汇报。而最终的设计成果也要由小组全部成员用工程图纸、计算数据、详细图表、最终结论等工程术语来表述,同时,大多时候需要采用PPT在规定时间内讲解小组设计过程、结果、特点和设计的创新性及技术经济分析结果等。由于参加比赛,最终结果会有专家组进行合理评价,而专家组里的专家有许多来自于设计院、工厂和高校,他们掌握了大量的实践知识和最新动态,他们会对所设计的作品进行评价和提问,同时指出不足和改正意见。无论是指导老师还是参赛学生,都会从中获得许多书本上得不到的知识,由于设计题目都是专家根据目前化工行业实际存在的问题命题,一方面,学生通过作品的设计和完成,对所学所有专业课进行了一次彻底的融会贯通、综合运用和总结。从实际出发,提高了化工工艺设计的能力,拓宽学生的知识面,提高分析、解决实际问题的能力,有效地开拓了学生的设计思路和创新意识;另一方面,专业教师通过指导学生完成设计竞赛作品,积极展开校外交流,同时向企业技术人员学习,既丰富了自身的理论知识,也锻炼提高了实践能力和科研能力,达到促进双师型师资队伍建设的目的。
5结语
化工设计教学实践表明,课程设计不但提高了学生对理论知识的综合运用,发现问题和解决工程问题的能力、也培养学生的工程意识,增强了实践能力,同时大大提升了学生的学习动力和对理论课程的学习效果。另外通过课程设计,老师的教学方法、教学水平和科研能力也在实践中得到了大幅度提高。
参考文献
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1化工原理课程设计教学存在的问题
化工原理课程设计目前存在诸多问题:一般专业未开设大多软件课程,学生不能进行模拟计算,设计效率低;学生缺少查阅工具书意识,且工具书有限,生搬硬抄教材较重,无法提高学生分析和解决工程问题能力;青年教师缺乏设计经验,指导能力尚需提高;教师指导人数多,学生面临末考压力,影响师生沟通;选题面窄,验证性设计题目多;学生缺乏工程观念,与工厂现状关联少,难以培养学生创新思维和工程意识;设计时间紧、任务重,完成质量不高;考核简单,多以说明书和图纸为评判依据,不能真实反映学生设计能力。基于以上原因,利用课程设计环节培养学生创新精神和解决实际问题能力的目的未能较好达到[3]。
2化工原理课程设计指导流程改革
现有化工原理课程设计指导流程一般是指导教师集中开动员会,下达并讲解任务指导书,课程设计要求,按学号进行分组,后续集中指导交流机会少,学生有问题得不到及时解答,入手难,设计进度缓慢等问题,就此对课程设计指导流程进行了细化改革。
2.1了解学生情况
在课程设计分组前,对学生情况了解非常重要。需对学生进行归类,如组织领导才能、有一定威望、学习成绩好、学习比较欠缺、计算能力较强、办公软件使用熟练、模拟绘图软件熟练操作等方面进行了解,此可避免各小组间较大差距,可充分调动小组积极性和团结协作,分工协作进而可减少指导教师工作量。
2.2提前动员准备
教师可将设计题目、设计框架穿插在化工原理理论课教学中,介绍设计思路和实际经验,有意识让学生积累工程素材,要求学生利用课余时间根据设计题目搜集资料,培养学生文献资料检索和搜集能力,学习CAD绘图等技能,提前做好初步动员,积极引导学生复习和补充设计所需的有关知识和技能,可合理分配利用时间,解决课程设计时间紧、任务重的问题。
2.3选题
在进行课程设计开始时,结合理论知识的基础,把控好设计的难易程度,也可根据工厂情况涉及各种单元操作与生产一线联合选题,设计与生产实际贴近的合理设计题目,选题符合本科教育要求,难度适中;符合学生实际知识水平和能力,经过努力能顺利完成设计任务。
2.4分组及选组长
指导教师了解学生基本情况后进行分组,学生可在一定前提下自由组合。学生推举组织协调能力较强的组长,指导教师与组长交流讨论,组长选择副组长,余下的同学自行选择组长,教师再根据小组成员不同特点进行适当调整。每个小组成员最好有专长,如工程计算、CAD绘图或模拟软件使用等,利用各组员长处承担相应设计任务,团队协作完成设计。
2.5设计任务书
正式开始设计前,召开全体学生动员会,集中将设计内容和要求详细阐明,并对设计任务书进行详细讲解。设计任务书是课程设计的方向和依据,一般包括以下内容:设计题目、设计参数、设计目的及内容、设计说明书内容、进度计划、考核方法等。设计任务书应详尽具体,让学生对课程设计所有内容一目了然,且难易程度与学生水平应相当。
2.6集中交流与过程考核
开展有效的辅导交流,可加强各小组交流学习,了解每个学生在团队中的表现,能强加过程考核,并督促把握各小组设计进度,还可很好解决指导教师不足问题。各小组围绕设计思路及进度、存在问题、后期方略开展单独交流。由组长总体介绍,每个组员分管工作介绍,检查学生设计思考情况,指出设计中的不足,以利于以后改进,提出后期工作安排。
2.7正确指导和监督
教师首先对设计思路进行引导,设计过程中确实遇到问题,先由小组内开展讨论分析,确定无法解决后,教师再从旁协助,引导启发,并解决问题。除约定时间集中答疑外,还可通过电话、短信、QQ及微信等手段进行辅导答疑,记录学生提问积极性以用于监督和考核。教师要及时掌握学生设计进度和动态,对设计过程中表现积极地学生适当加分。
2.8考核与答辩
根据学生在设计中综合表现进行考核评定,采取教师审定、小组互评、过程表现与答辩相结合的方式,成绩评定按百分制记分。通过答辩,考核学生设计思路和设计态度,设计方法是否掌握,是否有抄袭现象,对知识掌握及运用情况,主要考核解决工程实际问题的能力。
3化工原理课程设计的改革与探索
3.1精心选题,加强工程实践性
设计题目要能综合应用所学知识,依据实习基地和个人科研项目而选择合适项目,紧密联系化工生产实际和学科前沿。选题时要结合学生专业特点,在给定物系要求、操作条件、设备要求等方面做到多样化,且有一定难度与深度。通过课堂和工厂现场教学,加强学生工程实践能力锻炼,使其对单元操作、生产工艺和设备等有初步认识,而利于设计顺利完成。
3.2改革指导过程,加强监督
辅导答疑坚持以学生讨论为主,教师从旁协助原则。遇到问题先组内讨论,无法解决时教师再引导启发至解决问题。集中辅导时,教师将设计共性难疑点详细讲解;小组单独交流时,围绕设计思路及进度、存在问题、后期方略交流,还可通过网络等进行实时辅导。指导教师应了解各学生表现,实行阶段性检查,辅导过程以学生为主,培养其分析解决问题能力。
3.3加大计算机应用,强化软件应用能力
目前,课程设计手工计算较多,耗时费力,准确性不好,使用计算机辅助设计显得尤为重要。可利用Excel、Origin和Matlab等对数据选取、核算和绘图;利用Aspen、ChemCAD等对物性参数、热负荷等选取和计算;利用CAD、ChemCAD等绘制流程图、人流物流等;利用Plant、CADWorx等进行配管、三维图绘制等。对于工艺计算和绘图软件,教师应在课程设计前一学期介绍,学生平时加强自学练习,可充分发挥学生自主学习和独立思考精神,提高计算机运用技能和专业知识综合运用能力[4]。
3.4提高教师水平,锻炼指导能力
化工原理课程设计水平与指导教师直接相关,教师的实践教学能力是提高设计环节教学质量的关键。年轻教师工程实际训练少,教学经验不足,对工艺流程、设备结构、车间布置等不熟悉,故提高青年教师指导水平尤为重要,可利用暑期实践活动到学生实习化工企业进行历练,参加实践基地建设及校企项目合作,精选部分具有企业工作背景或设计经验的教师和优秀校友开展双导师制课程设计,不断提高教师的指导能力和水平。
3.5改革评价体系,体现公正
将小组互评、学生自评和教师审定相结合,平时讨论表现和答辩相结合,考核贯穿设计过程始终,最终成绩需考核学生知识掌握情况、分析解决问题能力、计算机应用及文字组织能力等。采取平时表现(5%)+过程考核(15%)+说明书(15%)+图纸质量(20%)+难度和创新性(5%)+答辩表现(40%)来评定学生成绩。从设计态度、考勤、学习表现、提问释疑情况,交流表现、资料掌握,说明书质量、图纸绘制及软件应用等审定。答辩时要求组员对自己工作做出说明,结合小组成绩和个人表现,给每位同学评定成绩,做到合理公平。
3.6鼓励参加设计大赛,以赛促教
关键词:化工设备机械基础;课程设计;教学改革
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)52-0113-02
化工设备机械基础是我校林产化工专业必修的一门专业基础课程,包括工程力学基础、化工设备设计基础以及机械传动三部分内容[1],各部分相对独立,涉及到力学、材料学、化工生产过程、生产设备和机器、工程制图等内容,具有很强的综合性和实践性。其课程设计是林产化工专业在其理论课结束后以学生为主体进行的第一次实践设计课程,它起到融合几门重要专业基础理论知识、架起理论与工程实际、基础与专业技术之间桥梁的作用,是培养林产品加工工程技术人才、训练林产化工学生设计能力必不可少的环节[2],是提高学生搜集与应用资料、绘图、运算、计算机、独立分析与思维等能力的一次实践训练[3]。目的是使学生从化工设备的理论计算、结构设计、材料及加工工艺选择到设备制造、检验和验收有一个全面的训练[4]。
一、理论教学与课程设计有机结合
按照林产化工专业的教学计划,化工设备机械基础课程理论教学在第十周结束,课程设计一般安排在第18、19周,共两周时间。除了教师集中讲解、辅导、分配设计任务和设计期间学生考核汇报及查找资料等必要的准备工作,要在8―9天时间内完成全部设计,包括总体设计方案确定、设备及附件的强度、刚度、稳定性计算和结构设计,编写设计说明书和绘制设备的零件图、装备图,比较紧张[5]。而且第18、19周又是学校的考试周,林产化工专业这段时间的考试较多,学生根本就不可能把大部分时间和精力放在课程设计上,所以可以在授课过程中就把设计任务书分配下去,让学生根据课堂进度提前按照课程设计的相关参数进行设计计算。例如,讲压力容器时,就可以让学生根据自己的设计参数确定容器内径和筒体壁厚;讲完容器封头设计就可以确定封头形式和尺寸;讲完容器零部件,就要求学生们为他们设计的容器正确选择法兰类型和具体尺寸、确定容器支座及其他容器附件;讲完带传动后,就可以确定减速器V带的截型、根数及带轮的结构尺寸;讲完齿轮传动,就可以选择齿轮材料、进行齿轮结构设计,等等。教学实践表明,把课堂授课与课程设计有机结合在一起,不仅能加强课堂讲授内容的侧重点,激发学生的学习热诚,同时学生也能有时间、有目的性地复习回顾其他先修课程和查找设计资料,为课程设计做好前期准备工作。
二、结合工程实际,建立设计题目库
以前林产化工专业的化工设备机械基础课程设计基本上是压力容器或减速器的设计。设计题目单比较单一,而且现有这两个方面的设计资料很多,学生大多按着资料上的步骤进行计算、设计及绘图就能轻而易举地完成设计任务。在整个课程设计过程中,学生独立运用所学先修课程知识、设计理论并结合生产实际的知识,综合地分析和解决生产实际问题的能力得不到提高。课程设计的选题应紧密结合工程实际,选用生产实际中的典型题目,搜集了生产实践中的各类设计参数,建立塔器、容器、换热器、反应釜、减速器等几组设计题目的题目库。另外,课程设计选题也可以与合作的化工企业的相关设计任务相结合,根据企业需求和实际参数进行选题,直接贴近生产实际,企业可能更加注重设计方案的工艺可行性和经济效益,能提供许多计算相应生产成本的原始性资料,这样学生也能获得好的实战设计训练,使工程意识和工程设计能力得到提升[6]。同时,为照顾到学生设计计算能力以及理论知识水平的差别,设计题目又要成组具有相近性,以便学生间相互学习和帮助,提高课程设计的效率。题目设计好后,引导学生根据自己的兴趣分组、分类进行合理选题,保证一人一题,题目各不相同。确保设计只能在独立的基础上完成,初步培养学生的独立设计能力,树立正确的设计思想,掌握化工设备机械设计的基本方法和步骤,为今后从事工程设计打下良好的基础。
三、加强与生产过程的结合,提高学生的工程意识和工程设计能力
林产化工专业教学要以实际生产过程需要为总体目标,不但强调对所学专业知识的熟练掌握和应用,更加强调与生产过程的结合,强调课程教学与生产实际相结合[7]。本课程设计与工业生产设备、机器、材料及加工工艺等密切相关,因此在课程进行的第七周穿插了一周针对化工设备机械基础课程和化工仪表及自动化的工厂认识参观实习。在此实习过程中,指导教师要现场结合实际生产工艺,分析某些关键性设备在流程中的作用和具体结构,介绍这些化工设备的设计原则及注意事项,使学生了解设计与制造工艺是紧密结合不可分割的,获得设备的有关制造工艺知识,加深同学们对所学知识的理解,以便在设计过程中能灵活应用。例如,在杨凌馥稷生物科技有限公司实习时就重点为学生介绍反应釜、干燥器、再沸器、冷凝器、精馏塔、液体贮槽、气体储罐和减速器等的作用和结构,加深学生对这些设备和机器的感性认识。指导教师在指导中强化对学生工程意识的影响,使学生能够熟悉和运用设计资料,如有关国家标准、手册、图册、规范等,以完成作为工程技术人员在设计方面所必备的基本训练。
四、改革考核方式,激发学生学习热诚
考核是课程教学中重要的内容,公正合理的考核方式是提高课程设计水平直接有效的措施。为了真实、合理地反映实际设计水平,一方面要力求设计题目、设计参数多样化,另一方面就需要加强现场答疑,增加阶段性的学生汇报和抽查考核。并建立课程设计QQ群,学生有问题可以随时讨论,老师也可在群里对一些带普遍性的问题进行指导解答,并可随时随机检查学生的设计情况和设计进度,这样学生在课程设计中出现的问题就能及时的得到指正和总结。将学生在设计过程中汇报、抽查成绩、设计说明书质量、零件图和装配图质量、答辩情况等作为主要的考核依据。另外,要求学生尽可能地使用AutoCAD绘图,强化学生计算机绘图能力。而设计说明书要求手工书写,这样可以有效避免课程设计中出现抄袭现象。这些考核方式可以在一定程度上激发学生的学习热诚,提高实践教学效果。
作为实践性和综合性非常强的化工设备机械基础课程设计是培养学生工程意识和工程设计能力的重要实践性教学环节,是林产化工专业必不可少的专业教学内容。本文提出从理论教学与课程设计的有机结合、题目库建立、加强实习实践环节和改革考核方式等几个方面来进行课程设计教学改革探索,以期达到课程设计训练的目的。实践表明,通过化工设备机械基础课程设计,初步树立了学生正确的设计思想,培养了积极主动的学习态度和严肃负责的工作作风,为后继工程设计的学习奠定了基础,为培养工程类应用型人才发挥了积极的作用。
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