机械课程设计化工论文

2022-09-21 16:12:56 来源:写作指导

摘要:化工设备机械基础课程设计综合性强,教学目标定位应准确;课程内容应面向实际工程问题,强调学生工程能力训练;教师应具有工程实践教学能力,注重课程设计过程中的主动引导作用;教学组织实施应科学可行,结合清晰的课程考核标准,培养和提高学生解决实际工程问题的能力。

关键词:化工设备;课程设计;教学实践

近年来,在推进全面工程教育、面向工程教育专业认证背景下,工科高校做好实践教学环节对提升大学生实践和创新能力具有重要意义[1]。化工设备机械基础课程设计是化工、能源等非机类专业开设的必修课程,具有极强的实践性。虽然众多高校在教学改革中进行了很多有益的探索与总结[2-4],但是目前化工设备机械基础课程设计依然面临一些问题,在教学质量提高上步步艰难。本文在近五年来的化工设备机械基础课程设计教学实践基础上,从教学目标、课程内容、教师队伍、教学实施、课程考核角度分析课程所面临的问题,尝试探讨如何提高课程设计质量。

一、教学目标

化工设备机械基础课程设计是一门综合性实践课程,涉及多门教学课程内容,可以直接或间接实现的教学目标较多。在巩固所学内容、培养学生工程意识和工程设计能力上,具体的课程设计教学目标定位不宜过泛,应更为具体、清晰。教学目标定位不清晰直接影响到课程内容组织、课程教学实施以及学生成绩考核。不同院校在化工设备机械基础课程设计教学目标制定上会不一样,不过一般都会涉及到以下四个方面。一是标准、规范和相关工程手册的查阅使用能力;二是面向工程实践的分析问题和解决问题能力;三是工程分析、设计、计算、制图和表达能力;四是职业道德和诚信教育[5]。有高校将创新能力直接纳入该课程设计的教学目标[4],然而从狭义的角度来看,该课程设计中的很多课程内容强调学生需要严格遵循设计标准或设计规范,即便课程设计课题为非标设计,这其中所涉及到的“创新”内容其实并不明显。另外有一些高校,在教学目标中着重强调团队协作能力的提高[5-7],这一做法值得商榷。目前,绝大部分高校里,该课程设计教学时长仅为一周,掐掉布置任务和最后答辩,学生实际完成课程设计仅仅只有4天左右时间,在这么短的时间内,强调提升“团队协作”能力是否会产生负面导向?

二、课程内容

课程内容不等同于课程任务书。绝大部分学生虽然完成了相关前期课程的学习,但对于设备设计的认识还是较为抽象的。虽然设计任务书中一般都包括了设计基本条件、详细的设计步骤和设计计划安排等[2,5],但学生对完成这些步骤所需要的知识并未系统掌握。指导教师需要站在设计步骤这一条线的上方,根据课程设计不同阶段需要做的工作,归纳出学生必须掌握的具体知识,按照课程设计计划安排主动逐步提前释放课程内容,引导学生一步一步往前走,这样才能有效控制课程设计进度和质量。课题应面向工程实际问题,且难度适宜。化工设备机械基础课程设计的课题一般包括塔设备、管壳式热交换器、反应釜和各类储罐等,这些课题可以来自于企业或设计所,设备设计条件应清晰、准确,不宜凭空捏造。在具体设备选择上,宜选择经典设备,慎用非标设备,这有利于学生巩固已学内容,且经典设备设计过程对学生的规范性训练更有益。绝大部分高校的化工设备机械基础课程设计课时仅为一周[3-5,7-8],要慎选难度较大的管壳式热交换器或塔设备,否则极易导致课程设计进度的失控。虽然立式储罐或卧室储罐结构较为简单,但从实际教学情况来看,学生基本能在一周时间内完成。课题宜一人一题,且覆盖整台设备设计全过程。为避免课题单一,或者强调“团队协作”,将一台设备,如管壳式热交换器,按部件分成多组设计课题,由学生共同完成。或将Aspen、SW6等软件使用结合到课程设计中,直接使用软件来代替繁琐的计算过程,这有利于提高学生参与课程设计的热情,且让学生在设计工具使用上得以锻炼。然而这两种方式或许都不太合适。课程设计本质是训练每一位学生根据设计条件,遵循相关标准和规范,按照严格的计算步骤,通过规范的制图训练,让一台设备从无到有呈现出来,从而培养学生相关能力。因此课程设计课题内容确定时,应合理使用各类设计软件,慎用软件代替必要的训练过程,重视一人一题,这有利于培养学生把握大工程和复杂工程的能力。

三、师资队伍

教育部长陈宝生在今年两会期间说到:要孩子做到的,家长首先要做到。放到课程设计上是同样的道理:要求学生做到的,指导教师首先要能做到。虽然课程设计一般都安排在了大三,然而绝大部分学生对设备设计依然茫然,要在一周时间内完成一台设备的选型、设计计算到出图,客观上讲,设计任务是较重的。这就对课程设计指导教师的能力提出了很高的要求。指导教师要有丰富的工程实践教学能力。目前绝大部分高校中的教师,大部分都直接来源于国内外院校中相关专业毕业的博士,虽然具有较强的科研能力,但是缺乏足够的工程实践背景,缺乏严格系统的工程训练[9,10]。作为该课程设计指导教师,尤其是青年教师,至少应具备以下两项基本能力:一是熟悉设备设计相关标准、规范和工程设计手册,要清晰了解设备设计过程中所涉及到的相关具体内容;二是要能从实际工程角度出发分析问题和解决问题。这两项基本能力若不能达到,一方面指导教师不能站在一定高度上,从课程内容角度完成教学,导致整个课程设计进度被学生的工作进展拖累;另一方面指导教师难以胜任课程设计中具体指导工作,甚至出现无法解答学生问题的尴尬现象。指导教师需要足够的责任心。由于课程设计时间短、任务重,学生基础知识整体偏薄弱,在整个课程设计过程中,绝大部分学生基本都是白天夜晚连续做,个别同学到最后甚至需要通宵赶工。而且一般高校都将课程设计安排在期末,恰值专业教师工作最为繁忙的阶段。因此,课程设计不仅仅要求指导教师科学组织教学进度,更需要有较强的工作责任心,能积极主动融入到学生中去,有预见性地及时通过各种方式指导学生,避免学生在课程设计过程中出现工作停顿或走弯路。

四、教学实施

教学实施是化工设备机械基础课程设计的核心部分,然而目前绝大部分高校的课程设计课时仅为1周时间。为了延长课时,部分高校[2,8]“拆东墙补西墙”,在《化工设备机械基础》课程教学过程中就下发课程设计任务书,将部分课程设计内容分散到了对应课程教学中,课程设计阶段简化为学生的实践过程和教师的生问师答式指导,这一方式值得商榷。很多高校在教学改革中,《化工设备机械基础》课程教学时长从48学时或40学时缩短到了32学时[5],而这32学时的教学包括了力学基础、工程材料、设备设计基本知识、典型化工设备介绍,本身教学任务相对较重,对于课程设计的教学也只能蜻蜓点水。何况有些院校的课程设计与《化工设备机械基础》课程并未安排在同一学期,甚至相隔1个学期[7]。从本质上说,提高课程设计质量还是需要给予科学的教学时长,要想在1周时间内完成课程设计,指导教师必须对课程设计的实施进行精心组织。课程设计应选择固定设计室,并配有教学投影设施,以便于有效开展课程内容教学和集中问题解答。设计过程一般至少分为三个阶段:设计计算与撰写计算说明书、制图和出图、答辩,指导教师需要及时控制每一个环节的进度和质量。以本校的课程设计为例,要求学生最终提交纸质手写计算说明书和AutoCAD出图,学生的设计计算草稿、结构设计草图必须经过指导教师认可后,才可以开始CAD制图。在课程设计教学过程中,课程内容应根据设计步骤逐步释放,不宜一次性集中讲授。部分指导教师由于时间和精力限制,习惯于在课程设计开始的第一天就把所有相关内容讲授完成,剩下的时间交给学生,寄希望于学生主动边自学边实践。指导教师在随后的课程设计中只是巡查指导、答疑和督促。这一方式将课程设计进度变成了学生的设计进度,容易产生两种负面现象:一是指导教师的提前引导成了被动答疑;二是学生出现严重分化,一部分主动性较强的学生能及时完成设计内容,而另一部分学生受自觉性和个人能力影响,出现工作停顿和观望现象。最终导致课程设计拖延,甚至变相“逼迫”学生抄袭。课程设计内容实施方案必须细化。以本校实践为例,将设备设计全过程分解为以下具体内容:介质物性和设计参数的确定、总体结构尺寸确定、材料选择、强度设计与校核、设备质量分析计算、附件及支座选型、装备图草图绘制、CAD制图、编写计算说明书。根据设计内容,严格细化指导教师和学生在课程设计每一个半天里需要做的工作。每日上午的前2小时都安排为指导教师教学讲授,课程内容围绕学生当日所需完成工作的必备知识,以起到了引导作用。随后的时间主要是巡查和答疑,发现的共性问题集中解答。答疑过程中一般不直接给出答案,而是引导学生在相关标准规范或设计手册中查阅。同时指导学生每一天白天尽量开展进展性工作,遇到问题可以及时和指导教师沟通,而重复性工作可以安排在晚上独立完成。有必要说明的是课程设计计算说明的提交形式,一些学校[2]要求学生采用word版打印后提交,而本校依然要求采用纸质版手写。相对于电子版计算说明书,手写计算说明书至少有三个方面的优势:一是更能强化学生设计计算能力,在演算草稿到计算说明书的重复劳动中,学生的工程思维得到了训练;二是纸质版手写计算说明书的质量能直接反映出学生课程设计的态度;三是在防止学生抄袭方面有一定的作用。

五、课程考核

课程设计成绩考核应重过程、轻结果。课程设计的成绩考核一般包含四个部分组成:平时成绩、计算说明书成绩、图纸成绩、答辩成绩[7]。根据专业和学生具体情况,可以在这四个方面成绩考核比重上有所侧重。课程设计成绩考核标准应在布置任务时就向学生公开,让学生知道课程设计的每一个环节都需要认真对待。平时成绩的评定不是简单的考勤,还应包括学生和指导教师之间的交流频次和质量,重在学生对课程设计的投入程度,以及在课程设计过程中表现出的持续改进、不断提高的成长度。计算说明书的成绩评定应包含计算结果是否正确、标准规范应用是否准确,设计内容是否全面、计算说明书格式是否规范,以及语言表达(含专业术语)和书写质量。图纸成绩评定应至少包含以下三个方面:一是图纸表达是否完整,如明细栏、技术要求、标题栏、结构视图、各类标注等;二是图纸内容是否正确,如视图表达、线性选择、标准引用等;三是图面质量如何,如视图比例、视图布局、字体大小等。答辩环节中,指导教师可以采用提前准备好的问题进行,也可以根据学生提交的计算说明书和图纸有针对性地提问,考察学生对整个设计过程中涉及到的内容掌握程度。

六、实践中的一些问题

课程设计配套课程和实践环节应完备。学生对设备的认知在前修课程、其它实践课程中应有重视。要尽量做到学生在开始课程设计之前,已经通过校外企业参观、实验教学、视频教学、仿真教学等方式接触过各类化工设备。另外前修课程体系必须完整,曾接触过教学班级《工程制图》虽为必修课,CAD制图课程却为选修课,而该课程设计又是必修课,最终导致课程设计过程中制图环节困难重重。课程设计资料及相关内容。早期课程设计资料采用纸质版供学生查阅的情况较多,然而一方面纸质资料数量有限,难以做到人手一份,另一方面各类标准规范更新较快,这就要求指导教师做好设计资料的准备工作。宜采用电子版资料,通过课程设计QQ群形式共享给学生使用。由于课程设计课时较短,部分设计资料内容可打印后粘贴在设计室,便于学生查阅。抄袭。课程设计抄袭基本上包括三种方式:一是学生抄袭同学;二是学生抄袭学长;三是学生寻找代工(一般为网络购买)。这就要求指导教师在以下三个方面做好工作:一是多一些时间走进设计室,在巡查过程中跟踪和督促每一位学生的工作进度,甚至在制图环节可以要求学生每日提供不同时间段的电脑屏幕截图;二是课程设计的课题选择要多样;三是要有方法能辨别出学生疑似抄袭情况,如计算说明书或图纸中一模一样的错误、图纸图面质量所反映出的制图能力与学生能力不符,甚至在一张图中表现出的制图习惯不一致。

七、结束语

化工设备机械基础课程设计不仅仅是对前修课程所学知识的巩固与综合应用,更是学生工程实践能力的一次规范性训练。毫无疑问,提高化工设备机械基础课程设计质量需要做的工作还很多,这要求指导教师面向工程,明确教学目标,科学规划课程内容,精心组织教学实施,让课程设计成为“有深度”、“有难度”、“有挑战”、学生有“获得感”的“金课”。

参考文献:

[1]高铁红,张争艳,孙立新,等.面向工程教育认证的机械专业综合性实践教学新模式[J].高教学刊,2016(20):170-171.

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[4]杨梅,吴菊,金俊成,等.应用型本科院校化工类课程设计学生能力培养[J].广州化工,2015(3):180-181+199.

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[9]刘敏,王慧锋,毛庆峰,等.工程教育认证视域中高校青年教师工程实践教学能力培养体系的构建与实践[J].化工高等教育,2017(4):17-22.

[10]陈彬,潘艺林.实施全面工程教育改革工科教师非工化趋向[J].化工高等教育,2008(1):1-4.

作者:诸士春 刘文明 陆怡 单位:常州大学 江苏省绿色过程装备重点实验室