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摘 要: 本文从教学内容、教学方法、考试手段、课程设计四个方面就《化工设备机械基础》这门课的改革进行了探究。
关键词: 《化工设备机械基础》 基础教学 教学改革
随着高等教育专业的调整和改革的深入,《化工设备机械基础》课程由原来的100学时减少到64学时,在学时减少、知识点零散、工程概念多、实践性强的情况下,要提高学生的综合能力,保证教学质量和重点教学内容,培养复合型人才,就必须对传统的教学方法、教学手段与教学内容等方面作全面的改革。
一、教学内容改革
教师如果按传统的教学方法讲授,则学生很难有足够的自我思考空间,减少了他们创新思考的机会,这也对化工设备与维修技术专业的培养目标(有效地进行化工新工艺和新设备的开发)起了禁锢作用。因此组织课堂教学时,我们必须打破传统的知识体系,注重知识的横向联系,以化学工程实例为背景,提出用力学解决工程问题的思路和方法,培养学生解决工程实际问题的能力。例如:在讲解力学基础时,教师可结合化工生产中的卧式储罐、直立的塔器、搅拌反应釜中的搅拌浆等实例,提出力学模型,建立平衡方程求解,这样可让学生不断建立工程概念,培养学生理论联系实际的能力;在讲授化工设备设计内容时,应突出整体设计的概念,由筒体、封头等主要受压部件的设计、制造,到法兰、支座、垫片、人孔、手孔等零部件的选用,时刻提醒学生整体设计的思路,从而为即将进行的课程设计和以后将要进行的毕业设计积累工程设计的经验;在讲解内压容器设计时,可以将几种封头的壁厚计算一起对比,分析相应的力学模型,得出相应的计算公式,从中可省略大量冗长的推导过程,从而节省课堂时间。这样处理使学生能将理论力学、材料力学、金属材料等内容有机地联系起来,进一步强化学生应用力学知识解决工程问题的能力。本课程在教学课时大幅度减少的情况下,教学内容的精简势在必行。在精简教学内容的过程中,我们充分注意体现了以下几点。
1.内容实用,注重应用,浓缩以往课程的精华又适当补充新的前沿知识。例如:在教学内容的整改过程中,删除掉了挤压变形,将复杂应力状态与强度理论的学时减少,只简单介绍强度理论及其应用,为后续要讲的压力容器提供必要的理论基础。
2.在压力容器内容中,删除了热应力,精讲了压力容器的开孔补强计算,省略了原来复杂的不切实际的计算过程。
3.根据化工设备与维修技术专业的特点结合生产实际的需要,适当补充压力容器中的焊接结构与压力容器的使用与管理。
4.在讲解压力容器常用材料时,以实用为原则,精讲金属材料中的碳钢和合金钢,将非金属材料、铜及其合金、铝及其合金等内容作为学生自学内容。
二、教学方法改革
1.教学手段改革。
《化工设备机械基础》既包括材料力学、理论力学、金属材料等内容,又包括压力容器的强度和刚度的计算、零部件的选择,以及典型的化工设备,如换热器、反应釜等,知识点多,特别是压力容器这一篇,与工厂实际联系非常紧密,如果学生没有一定感性认识,单纯靠粉笔加黑板的授课方式在有限的时间内很难将大量的图形、表格等内容清楚地表达出来,影响教学效果。为此,我们决定开发CAI课件,利用多媒体课件,在课堂教学上,将传统讲课的二维图形变为动态的三维图形,学生可以从全方位清楚地观察设备和零部件的结构及工作原理,从而快速理解传统讲授中难以理解的内容,如法兰密封失效的过程;在讲解回转壳体的基本特性及内力分析时,运用多媒体教学,生动形象,直观准确,学生在短时间内获得大量信息,效果很好。但是,多媒体教学也存在矛盾:其一,课堂教学的灵活多样性和多媒体教学不可预见性的矛盾;其二,多媒体在演示方面的优越性和推理过程相对劣势的矛盾;其三,课堂上的情感交流和图文电视之间的矛盾。因此,在教学过程中,教师应当坚持传统教学中的合理部分,引进多媒体的现代教学手段,力求收到最好的教学效果。
2.加强实践环节,提高学生的感性认识。
《化工设备机械基础》课程的大多数内容涉及化工设备的结构,因学生实践经验不足,空间想象力不强,对大多数结构很难理解。所以,在教学过程中教师必须注重理论联系实践,把教学和实践紧密结合起来。认识实习、生产实习是学生真正认识工厂、接触工厂、了解工厂各种设备的一个重要环节,属工程实践环节。传统的教学模式是实习与教学独立进行,生产实习安排在《化工设备机械基础》课程结束后,实践证明这样的教学模式由于理论教学与实践教学之间存在着一定的时间错位,学生在实习时还要拿出部分时间复习理论课程,致使本来就有限的课时又浪费掉一些。因此,我们将生产实习穿插于《化工设备机械基础》的教学中,生产实习安排在学期中的第8—10周,将理论教学与实践过程真正地联系在一起,加深学生对化工设备结构的理解,培养他们对本课程的学习兴趣。
三、考试手段改革
考试是对学生学习结果的全面检验,对指导学生学习起到指挥棒的作用,应用得好,可以激发学生学习的积极性和学习潜能;应用不当,将影响学生的学习信心和学习兴趣。以前《化工设备机械基础》课程实行的是由任课老师命题的闭卷考试,不同的专业、相同专业的平行班级由于任课教师不同,试卷的难易程度、分量、考查重点等无法统一,导致不同专业、相同专业的平行班级考试分数相差很大,考试成绩偏低班级的学生意见很大。为此,我们对考试手段进行了大胆的改革。其一,根据不同专业的教学时数和教学大纲要求,编写了相应的试题库供其参考使用,这样,就将不同专业学生的考试标准相对统一起来,对参加考试的学生也更加公平、公正。其二,根据试卷的内容不同,考试采用开、闭卷结合的方式进行,从而避免了学生考前突击死记硬背,考后立即遗忘的情况发生;试卷命题的自由度也大为增加,使得在过去考试试卷中不敢出现的需要应用复杂公式计算的许多重要知识点可以在现在的考卷中出现,使考查的范围大大扩展;将过去对有限的知识点考查,转化到知识和能力并重的全面素质考查上来,使得考试结果更加真实可信,最后达到加强对学生平时成绩考查的目的。期末考试由于时间有限,不可能全面涉及化工设备设计的整体内容,通过平时大作业,就可以重点考查学生阅读、绘制化工设备零件图和装备图的能力。学生的平时成绩一般占课程总成绩的30%。
四、课程设计改革
课程设计是工科教学中十分重要的环节,其目的是通过课程设计,使学生对所学知识融会贯通,培养学生综合分析问题和解决工程实际问题的能力。按照教学计划要求,化工设备与维修技术专业应在《化工设备机械基础》课程讲授结束后进行为期一周的课程设计。课程设计一般安排在学期末或安排在同学期的《化工原理》课程设计一起进行。以前,这两个课程设计是相互独立的,学生做完《化工设备机械基础》课程设计后再做《化工原理》课程设计,这两门课程的课程设计毫无关联。现在,我们将这两个课程设计有机结合起来进行。在完成《化工原理》课程设计后再做《化工设备机械基础》课程设计,这样使学生更能掌握化工设计的一般规律。例如精馏塔的设计,以前《化工原理》课程设计只确定精馏塔的塔板数的计算,而具体的精馏塔强度计算、零部件的选择、塔板数的布置等在《化工原理》课程设计中并没有涉及到,将这两门课的课程设计结合后,学生在《化工原理》课程设计中通过工艺计算将《化工设备机械基础》课程设计所需要的设计参数通过工艺计算计算出来;然后接着一周《化工设备机械基础》课程设计,根据《化工原理》课程设计提供的条件选择材料,进行强度计算,选择零部件,以及塔板数的布置,等等,使学生掌握非标设备设计的全过程,这样更接近工程实际,对学生的综合能力和工程素质培养都非常有益。
五、结语
在《化工设备机械基础》教学过程中,我尝试从教学内容、教学方法、考试手段、课程设计进行改革,积极探索符合该课程的教学方法,实践证明这些方法达到了如下目的。
1.提高了该课程的教学质量,将该课程的不及格率由原来的15%降到3%。
2.开阔了学生视野,培养了学生综合运用所学知识、理论联系实际、分析并解决工程实践问题的能力。
3.培养了学生工程设计计算、绘图,熟练查阅设计标准、手册、图册、规范,搜集设计所需数据的能力,为学生的毕业设计打下了良好的基础。
关键词: 《化工设备机械基础》 基础教学 教学改革
随着高等教育专业的调整和改革的深入,《化工设备机械基础》课程由原来的100学时减少到64学时,在学时减少、知识点零散、工程概念多、实践性强的情况下,要提高学生的综合能力,保证教学质量和重点教学内容,培养复合型人才,就必须对传统的教学方法、教学手段与教学内容等方面作全面的改革。
一、教学内容改革
教师如果按传统的教学方法讲授,则学生很难有足够的自我思考空间,减少了他们创新思考的机会,这也对化工设备与维修技术专业的培养目标(有效地进行化工新工艺和新设备的开发)起了禁锢作用。因此组织课堂教学时,我们必须打破传统的知识体系,注重知识的横向联系,以化学工程实例为背景,提出用力学解决工程问题的思路和方法,培养学生解决工程实际问题的能力。例如:在讲解力学基础时,教师可结合化工生产中的卧式储罐、直立的塔器、搅拌反应釜中的搅拌浆等实例,提出力学模型,建立平衡方程求解,这样可让学生不断建立工程概念,培养学生理论联系实际的能力;在讲授化工设备设计内容时,应突出整体设计的概念,由筒体、封头等主要受压部件的设计、制造,到法兰、支座、垫片、人孔、手孔等零部件的选用,时刻提醒学生整体设计的思路,从而为即将进行的课程设计和以后将要进行的毕业设计积累工程设计的经验;在讲解内压容器设计时,可以将几种封头的壁厚计算一起对比,分析相应的力学模型,得出相应的计算公式,从中可省略大量冗长的推导过程,从而节省课堂时间。这样处理使学生能将理论力学、材料力学、金属材料等内容有机地联系起来,进一步强化学生应用力学知识解决工程问题的能力。本课程在教学课时大幅度减少的情况下,教学内容的精简势在必行。在精简教学内容的过程中,我们充分注意体现了以下几点。
1.内容实用,注重应用,浓缩以往课程的精华又适当补充新的前沿知识。例如:在教学内容的整改过程中,删除掉了挤压变形,将复杂应力状态与强度理论的学时减少,只简单介绍强度理论及其应用,为后续要讲的压力容器提供必要的理论基础。
2.在压力容器内容中,删除了热应力,精讲了压力容器的开孔补强计算,省略了原来复杂的不切实际的计算过程。
3.根据化工设备与维修技术专业的特点结合生产实际的需要,适当补充压力容器中的焊接结构与压力容器的使用与管理。
4.在讲解压力容器常用材料时,以实用为原则,精讲金属材料中的碳钢和合金钢,将非金属材料、铜及其合金、铝及其合金等内容作为学生自学内容。
二、教学方法改革
1.教学手段改革。
《化工设备机械基础》既包括材料力学、理论力学、金属材料等内容,又包括压力容器的强度和刚度的计算、零部件的选择,以及典型的化工设备,如换热器、反应釜等,知识点多,特别是压力容器这一篇,与工厂实际联系非常紧密,如果学生没有一定感性认识,单纯靠粉笔加黑板的授课方式在有限的时间内很难将大量的图形、表格等内容清楚地表达出来,影响教学效果。为此,我们决定开发CAI课件,利用多媒体课件,在课堂教学上,将传统讲课的二维图形变为动态的三维图形,学生可以从全方位清楚地观察设备和零部件的结构及工作原理,从而快速理解传统讲授中难以理解的内容,如法兰密封失效的过程;在讲解回转壳体的基本特性及内力分析时,运用多媒体教学,生动形象,直观准确,学生在短时间内获得大量信息,效果很好。但是,多媒体教学也存在矛盾:其一,课堂教学的灵活多样性和多媒体教学不可预见性的矛盾;其二,多媒体在演示方面的优越性和推理过程相对劣势的矛盾;其三,课堂上的情感交流和图文电视之间的矛盾。因此,在教学过程中,教师应当坚持传统教学中的合理部分,引进多媒体的现代教学手段,力求收到最好的教学效果。
2.加强实践环节,提高学生的感性认识。
《化工设备机械基础》课程的大多数内容涉及化工设备的结构,因学生实践经验不足,空间想象力不强,对大多数结构很难理解。所以,在教学过程中教师必须注重理论联系实践,把教学和实践紧密结合起来。认识实习、生产实习是学生真正认识工厂、接触工厂、了解工厂各种设备的一个重要环节,属工程实践环节。传统的教学模式是实习与教学独立进行,生产实习安排在《化工设备机械基础》课程结束后,实践证明这样的教学模式由于理论教学与实践教学之间存在着一定的时间错位,学生在实习时还要拿出部分时间复习理论课程,致使本来就有限的课时又浪费掉一些。因此,我们将生产实习穿插于《化工设备机械基础》的教学中,生产实习安排在学期中的第8—10周,将理论教学与实践过程真正地联系在一起,加深学生对化工设备结构的理解,培养他们对本课程的学习兴趣。
三、考试手段改革
考试是对学生学习结果的全面检验,对指导学生学习起到指挥棒的作用,应用得好,可以激发学生学习的积极性和学习潜能;应用不当,将影响学生的学习信心和学习兴趣。以前《化工设备机械基础》课程实行的是由任课老师命题的闭卷考试,不同的专业、相同专业的平行班级由于任课教师不同,试卷的难易程度、分量、考查重点等无法统一,导致不同专业、相同专业的平行班级考试分数相差很大,考试成绩偏低班级的学生意见很大。为此,我们对考试手段进行了大胆的改革。其一,根据不同专业的教学时数和教学大纲要求,编写了相应的试题库供其参考使用,这样,就将不同专业学生的考试标准相对统一起来,对参加考试的学生也更加公平、公正。其二,根据试卷的内容不同,考试采用开、闭卷结合的方式进行,从而避免了学生考前突击死记硬背,考后立即遗忘的情况发生;试卷命题的自由度也大为增加,使得在过去考试试卷中不敢出现的需要应用复杂公式计算的许多重要知识点可以在现在的考卷中出现,使考查的范围大大扩展;将过去对有限的知识点考查,转化到知识和能力并重的全面素质考查上来,使得考试结果更加真实可信,最后达到加强对学生平时成绩考查的目的。期末考试由于时间有限,不可能全面涉及化工设备设计的整体内容,通过平时大作业,就可以重点考查学生阅读、绘制化工设备零件图和装备图的能力。学生的平时成绩一般占课程总成绩的30%。
四、课程设计改革
课程设计是工科教学中十分重要的环节,其目的是通过课程设计,使学生对所学知识融会贯通,培养学生综合分析问题和解决工程实际问题的能力。按照教学计划要求,化工设备与维修技术专业应在《化工设备机械基础》课程讲授结束后进行为期一周的课程设计。课程设计一般安排在学期末或安排在同学期的《化工原理》课程设计一起进行。以前,这两个课程设计是相互独立的,学生做完《化工设备机械基础》课程设计后再做《化工原理》课程设计,这两门课程的课程设计毫无关联。现在,我们将这两个课程设计有机结合起来进行。在完成《化工原理》课程设计后再做《化工设备机械基础》课程设计,这样使学生更能掌握化工设计的一般规律。例如精馏塔的设计,以前《化工原理》课程设计只确定精馏塔的塔板数的计算,而具体的精馏塔强度计算、零部件的选择、塔板数的布置等在《化工原理》课程设计中并没有涉及到,将这两门课的课程设计结合后,学生在《化工原理》课程设计中通过工艺计算将《化工设备机械基础》课程设计所需要的设计参数通过工艺计算计算出来;然后接着一周《化工设备机械基础》课程设计,根据《化工原理》课程设计提供的条件选择材料,进行强度计算,选择零部件,以及塔板数的布置,等等,使学生掌握非标设备设计的全过程,这样更接近工程实际,对学生的综合能力和工程素质培养都非常有益。
五、结语
在《化工设备机械基础》教学过程中,我尝试从教学内容、教学方法、考试手段、课程设计进行改革,积极探索符合该课程的教学方法,实践证明这些方法达到了如下目的。
1.提高了该课程的教学质量,将该课程的不及格率由原来的15%降到3%。
2.开阔了学生视野,培养了学生综合运用所学知识、理论联系实际、分析并解决工程实践问题的能力。
3.培养了学生工程设计计算、绘图,熟练查阅设计标准、手册、图册、规范,搜集设计所需数据的能力,为学生的毕业设计打下了良好的基础。