王立成

（天津理工大學(xué)，天津300384）

高等學(xué)校化工機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革探討

王立成

（天津理工大學(xué)，天津300384）

化工機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)是化工專業(yè)重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，對于提高學(xué)生的裝置設(shè)計(jì)水平，增強(qiáng)工程意識具有重要的意義。隨著高等教育改革的深入，原有教學(xué)方法的弊端逐漸顯現(xiàn)，課程設(shè)計(jì)急需改革。本文分析了課程設(shè)計(jì)面臨的問題，以課程的教學(xué)目的為依據(jù)，提出在設(shè)計(jì)時間、設(shè)計(jì)題型、學(xué)科交叉、設(shè)計(jì)規(guī)范、成績考核等方面的改革方案。通過教學(xué)改革，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了機(jī)械設(shè)計(jì)水平，起到了良好的教學(xué)效果。

化工機(jī)械基礎(chǔ)；課程設(shè)計(jì)；教學(xué)改革；工程意識

化工機(jī)械基礎(chǔ)課程是化學(xué)工程與工藝專業(yè)的必修課程，涉及化學(xué)、化工、機(jī)械、材料、物理、力學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科知識［1］，具有學(xué)科交叉復(fù)雜、內(nèi)容豐富、理論聯(lián)系實(shí)際緊密、工程實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)［2］。通過課程學(xué)習(xí)，學(xué)生可以掌握基礎(chǔ)的工程力學(xué)知識，熟悉材料特性，學(xué)會常用化工裝置的設(shè)計(jì)方法，了解化工機(jī)械安全使用的檢驗(yàn)原理［3-5］，對于提高化工專業(yè)學(xué)生設(shè)計(jì)水平，增強(qiáng)工程意識，培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力具有重要的意義［6］。化工機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)是繼該理論課程之后的一次集中實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)［7］，能夠起到將機(jī)械設(shè)計(jì)知識融會貫通，發(fā)揮理論與工程實(shí)際、基礎(chǔ)知識與專業(yè)技術(shù)之間的橋梁作用［8］。學(xué)生在設(shè)計(jì)化工裝置時，既要基于學(xué)科理論，又要遵循國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)定；既要裝置結(jié)構(gòu)合理，又要保證安全經(jīng)濟(jì)，是多門學(xué)科知識綜合運(yùn)用，多種專業(yè)技能強(qiáng)化鍛煉的重要過程，為化工類學(xué)生更好地服務(wù)化工行業(yè)奠定良好的專業(yè)基礎(chǔ)，因此，應(yīng)予以足夠的重視。

一、課程設(shè)計(jì)面臨的問題

針對化工專業(yè)學(xué)生開設(shè)的化工機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)開課于大三，這個階段，學(xué)生剛接觸專業(yè)課學(xué)習(xí)，對本專業(yè)知識體系還不熟悉，對專業(yè)設(shè)計(jì)更是知之甚少，急需專業(yè)教師悉心指導(dǎo)，同時，一直沿用的課程設(shè)計(jì)內(nèi)容、課程安排及考核形式等都無法與高等教育改革的新形勢相適應(yīng)，課程設(shè)計(jì)急需改革。

1.課程設(shè)計(jì)時間短，與理論課銜接不合理

一般化工機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)安排在理論課結(jié)束后一周內(nèi)完成。要做好課程設(shè)計(jì)，學(xué)生要查閱相關(guān)裝置的設(shè)計(jì)資料，熟悉涉及物料的性質(zhì)，了解國家設(shè)計(jì)規(guī)范，選擇合適的設(shè)備材料，合理設(shè)計(jì)裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)，完成設(shè)計(jì)尺寸計(jì)算及強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性校核，繪制裝置設(shè)備條件圖，編制設(shè)計(jì)說明書［9］，設(shè)計(jì)工作量大，專業(yè)知識要求高，學(xué)生很難在一周時間內(nèi)完成。而此時段，學(xué)生已完成理論課的學(xué)習(xí)，對于設(shè)計(jì)中用到的知識已經(jīng)淡忘，需要重新查找復(fù)習(xí)，不利于理論知識的學(xué)以致用。同時課程設(shè)計(jì)處于期末考試階段，考試壓力較大，學(xué)生忙于準(zhǔn)備考試，很容易出現(xiàn)應(yīng)付或抄襲現(xiàn)象，無法真正起到增強(qiáng)學(xué)生工程意識、提高裝置設(shè)計(jì)水平的作用。

2.課程設(shè)計(jì)題型少，裝置結(jié)構(gòu)簡單

以往的化工設(shè)備設(shè)計(jì)題型比較單一，只做一些壓力容器設(shè)計(jì)，課本中有該類裝置的設(shè)計(jì)例題，學(xué)生只需將設(shè)計(jì)條件帶入，參考例題，按部就班地計(jì)算就可以完成，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不大，完成質(zhì)量也不高。設(shè)備一般不進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，只進(jìn)行外部殼體計(jì)算，設(shè)計(jì)難度較小，無法激發(fā)學(xué)生的探索欲望，學(xué)習(xí)主動性較差［10］。

3.不同學(xué)科間知識交叉少，裝置設(shè)計(jì)不完整

化工裝置的設(shè)計(jì)包括工藝設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)兩部分［11］。工藝設(shè)計(jì)是根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)提供的原始數(shù)據(jù)和生產(chǎn)工藝要求確定設(shè)備的主要尺寸；機(jī)械設(shè)計(jì)是根據(jù)工藝尺寸設(shè)計(jì)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)材料及進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性計(jì)算，給出設(shè)備與零部件的條件圖。對于化工專業(yè)的學(xué)生來說，化工原理課程設(shè)計(jì)做的是工藝設(shè)計(jì)，化工機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)做的是機(jī)械設(shè)計(jì)。教改之前，這兩個設(shè)計(jì)沒有交叉點(diǎn)，學(xué)生每門課程只做一部分設(shè)計(jì)，而沒有化工裝置設(shè)計(jì)的完整訓(xùn)練，不利于學(xué)生設(shè)計(jì)能力的提高［12］。學(xué)生提交的設(shè)備條件圖，大多采用手畫的形式，而不采用現(xiàn)行各設(shè)計(jì)院普遍采用的Auto CAD繪圖軟件，無法鍛煉學(xué)生機(jī)械制圖的能力。設(shè)備條件圖繪制簡單，各物料進(jìn)出管口、自動控制方案都無法體現(xiàn)，化工設(shè)計(jì)及化工自動控制課程所學(xué)知識不能應(yīng)用到化工機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)中，學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識的能力無法得到鍛煉。

4.學(xué)生工程意識不強(qiáng)，設(shè)計(jì)不規(guī)范

生產(chǎn)中使用的任何機(jī)器或設(shè)備的構(gòu)件都應(yīng)滿足適用、安全和經(jīng)濟(jì)三個基本要求，其中，安全是核心。為了保證裝置安全可靠運(yùn)行，降低生產(chǎn)成本，提高勞動生產(chǎn)率，便于構(gòu)件互換，國家和有關(guān)部門制定了各類化工裝置設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范［13］。學(xué)生對相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范不熟悉，容易造成其無法將標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范應(yīng)用到化工裝置的設(shè)計(jì)中，與生產(chǎn)實(shí)踐脫離。比如，計(jì)算容器的物料接口尺寸，很多學(xué)生計(jì)算出結(jié)果后沒有規(guī)整，即使規(guī)整了，也沒有查閱國家制定的各種鋼管公稱直徑的規(guī)范，采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸。在選擇設(shè)備材料時，一般選擇適用范圍廣，性能優(yōu)異的材料，沒有考慮會使設(shè)備成本大大提高的風(fēng)險(xiǎn)。在設(shè)計(jì)壓力容器時，計(jì)算出的容器殼體壁厚與封頭壁厚不一致，很多學(xué)生本著經(jīng)濟(jì)的原則，沒有設(shè)計(jì)為相同尺寸，影響容器的焊接和安全。這些都是理論設(shè)計(jì)與生產(chǎn)實(shí)際偏離、工程意識不強(qiáng)的體現(xiàn)，沒有達(dá)到強(qiáng)化工程概念的教學(xué)目的［14］。

5.考核方式不合理，無法體現(xiàn)設(shè)計(jì)水平

以往的課程設(shè)計(jì)是根據(jù)學(xué)生提交的設(shè)計(jì)報(bào)告給成績，對學(xué)生的平時表現(xiàn)，設(shè)計(jì)的合理性、規(guī)范性及嚴(yán)謹(jǐn)程度沒有體現(xiàn)［15］。設(shè)計(jì)報(bào)告抄襲或模仿現(xiàn)象嚴(yán)重，單純憑借設(shè)計(jì)報(bào)告無法反映學(xué)生真實(shí)的設(shè)計(jì)水平，不能體現(xiàn)公平、公正、合理的考核原則。

針對化工機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)存在的這些問題，按照高等教育改革的要求，我們對課程設(shè)計(jì)進(jìn)行了改革。

二、課程設(shè)計(jì)改革措施

1.提早布置課題，合理銜接理論教學(xué)

針對課程設(shè)計(jì)時間短，與理論教學(xué)脫鉤的問題，我們對課程設(shè)計(jì)時間安排進(jìn)行改革。在完成第一章工程力學(xué)和第二章化工設(shè)備材料教學(xué)之后，我們便將每位學(xué)生的設(shè)計(jì)課題布置下去，理論課程結(jié)束后兩周上交相關(guān)設(shè)計(jì)文件，進(jìn)行考核。在布置課題時，利用兩節(jié)課的時間，介紹各類裝置設(shè)計(jì)的流程，每個環(huán)節(jié)用到的理論知識也事先向?qū)W生明確，使學(xué)生對課程設(shè)計(jì)有大致的了解，并對今后會對用到的知識引起重視。同時，理論課授課教師在今后介紹各類化工裝置機(jī)械設(shè)計(jì)時也要對重點(diǎn)知識的應(yīng)用加以說明，并結(jié)合課程設(shè)計(jì)詳細(xì)講解。學(xué)生了解設(shè)計(jì)課題之后即可隨著理論課的講解開始設(shè)計(jì)，學(xué)到的設(shè)計(jì)知識即刻能夠應(yīng)用到設(shè)計(jì)中，真正起到了學(xué)以致用的效果。在設(shè)計(jì)過程中，遇到困難，學(xué)生可以在理論課堂上提出，經(jīng)過老師講解得到解決，提高了設(shè)計(jì)效率，也方便指導(dǎo)教師掌握學(xué)生設(shè)計(jì)情況。由于設(shè)計(jì)時間由原來的一周延長為多半個學(xué)期，學(xué)生在理論課結(jié)束時便完成了大部分的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核，利用兩周時間整理數(shù)據(jù)，繪制裝置圖，撰寫說明書，不會耽誤期末考試復(fù)習(xí)，避免了應(yīng)付抄襲現(xiàn)象的發(fā)生，真正鍛煉了學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)能力，達(dá)到了課程設(shè)計(jì)的教學(xué)目的。

2.增加設(shè)計(jì)題型，重視設(shè)備內(nèi)件設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)題型的選擇關(guān)系著化工實(shí)踐教學(xué)的效果。為了使學(xué)生熟悉各類化工裝置，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，鍛煉化工設(shè)計(jì)能力，我們編制了多種化工裝置的設(shè)計(jì)題型，包括壓力容器設(shè)計(jì)、板式塔設(shè)計(jì)、填料塔設(shè)計(jì)、管殼式換熱器設(shè)計(jì)和攪拌反應(yīng)釜設(shè)計(jì)，共計(jì)五個設(shè)計(jì)題型。這些裝置是化工生產(chǎn)中最常用的，體現(xiàn)了理論設(shè)計(jì)與生產(chǎn)實(shí)踐的結(jié)合，同時，理論教學(xué)講授的設(shè)計(jì)知識在這些裝置的設(shè)計(jì)中能得到充分的應(yīng)用，加深了學(xué)生對理論知識的理解，保障了裝置設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

對于裝置的主要部件，比如板式塔的塔板、填料塔的填料層、反應(yīng)釜的攪拌器等，也要求學(xué)生詳細(xì)設(shè)計(jì)，并且給出部件的條件圖。通過內(nèi)部構(gòu)件的選擇、設(shè)計(jì)和校核，加深學(xué)生對化工裝置的認(rèn)識。

將每個班的學(xué)生分成5組，每組負(fù)責(zé)一類裝置的設(shè)計(jì)，并且同組學(xué)生的設(shè)計(jì)條件各不相同。學(xué)生要完成自己裝置的設(shè)計(jì)，要查閱大量的文獻(xiàn)資料，搜集各種物料性質(zhì)，學(xué)會各類裝置的機(jī)械設(shè)計(jì)方法，參考化工容器設(shè)計(jì)的國家標(biāo)準(zhǔn)，這種形式徹底改變了課程設(shè)計(jì)形同虛設(shè)的尷尬局面，鍛煉了學(xué)生查找科研資料，積極探索未知領(lǐng)域，不斷補(bǔ)充新知識，獨(dú)立完成科研任務(wù)的能力，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識，真正提高了化工裝置的設(shè)計(jì)水平。

3.加強(qiáng)學(xué)科交叉訓(xùn)練，完善裝置設(shè)計(jì)流程

化工裝置的工藝設(shè)計(jì)與機(jī)械設(shè)計(jì)是互相影響、密不可分的，工藝設(shè)計(jì)為機(jī)械設(shè)計(jì)提供工藝條件及設(shè)備主要尺寸，而機(jī)械設(shè)計(jì)的結(jié)果又反過來影響工藝設(shè)計(jì)。為了使學(xué)生對化工裝置設(shè)計(jì)有完整的設(shè)計(jì)體驗(yàn)，我們聯(lián)合化工原理課程設(shè)計(jì)，將這兩個設(shè)計(jì)有機(jī)結(jié)合，學(xué)生在做完化工裝置的工藝設(shè)計(jì)之后，根據(jù)工藝條件及計(jì)算出的裝置尺寸，接著進(jìn)行化工裝置的機(jī)械設(shè)計(jì)，使學(xué)生知道裝置的設(shè)計(jì)流程，為學(xué)生將來從事化工設(shè)計(jì)工作奠定了良好的基礎(chǔ)。

對于學(xué)生提交的設(shè)備條件圖及主要內(nèi)件結(jié)構(gòu)圖，嚴(yán)格要求用Auto CAD繪制，并且標(biāo)出各接管及自動控制儀表的安裝方位，在設(shè)備條件圖的右側(cè)表明工藝要求、安裝要求、各接管尺寸、材質(zhì)、采用的國家標(biāo)準(zhǔn)等。

通過這些方式，學(xué)生熟悉了化工裝置的設(shè)計(jì)流程，將化工原理、化工機(jī)械基礎(chǔ)、化工制圖、化工設(shè)計(jì)、化工自動控制等專業(yè)課所學(xué)知識融會貫通，綜合運(yùn)用，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，有利于設(shè)計(jì)能力的提升。

4.嚴(yán)格規(guī)范設(shè)計(jì)，強(qiáng)化工程意識

作為一名合格的化工專業(yè)學(xué)生，必須了解國家制定的有關(guān)化工設(shè)計(jì)的各種行業(yè)規(guī)范和國家標(biāo)準(zhǔn)。在做任何裝置設(shè)計(jì)之前，都要先查找有關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，絕不能閉門造車，無據(jù)可依。與化工機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)有《鋼制壓力容器》《管殼式換熱器》《鋼制塔式容器》《塔器設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》《石油化工鋼制壓力容器》《石油化工自動化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)范》等。學(xué)生在做課程設(shè)計(jì)時，遇到有關(guān)尺寸的確定、內(nèi)件的選擇等有疑問的地方，一定要查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，養(yǎng)成良好的設(shè)計(jì)習(xí)慣和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓こ虘B(tài)度，做一個敢于擔(dān)當(dāng)、認(rèn)真負(fù)責(zé)的設(shè)計(jì)者。同時，要注意適用、安全、經(jīng)濟(jì)相協(xié)調(diào)的原則，密切聯(lián)系工程實(shí)際，強(qiáng)化工程意識。

5.完善考核體系，激發(fā)設(shè)計(jì)熱情

考核對于課程設(shè)計(jì)的質(zhì)量有著重要的導(dǎo)向作用，公平、公正、合理地對課程設(shè)計(jì)做出考核，對學(xué)生有著監(jiān)督、鼓勵和引導(dǎo)作用。實(shí)踐類課程的成績考核不同于理論課，決不能單純依據(jù)提交的設(shè)計(jì)報(bào)告定成績。

化工機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)的考核分為平時成績、設(shè)計(jì)報(bào)告質(zhì)量和答辯三部分，分別占總成績的10%、70%和20%比例。其中，平時成績包括出勤率、學(xué)習(xí)態(tài)度及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。設(shè)計(jì)報(bào)告質(zhì)量包括報(bào)告的完整性、設(shè)計(jì)的合理性、計(jì)算的準(zhǔn)確性、圖紙繪制的規(guī)范性等。答辯環(huán)節(jié)要求每位學(xué)生將設(shè)計(jì)內(nèi)容做成幻燈片，利用3分鐘的時間陳述工作內(nèi)容，然后由考核教師提問有關(guān)問題，學(xué)生作答。這種考核形式督促學(xué)生實(shí)實(shí)在在地做設(shè)計(jì)，認(rèn)認(rèn)真真地抓質(zhì)量，只有付出努力，才能取得好成績，激發(fā)了學(xué)生的設(shè)計(jì)熱情，杜絕了抄襲應(yīng)付現(xiàn)象，達(dá)到了教學(xué)目的。

三、總結(jié)

化工機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)是化工專業(yè)學(xué)生重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，隨著高等教育改革的深入，原有教學(xué)方法的弊端日趨顯現(xiàn)，課程設(shè)計(jì)急需改革。針對設(shè)計(jì)時間短的問題，我們提早布置課題，與理論教學(xué)合理銜接，避免了抄襲應(yīng)付現(xiàn)象。增加設(shè)計(jì)題型，由原來的單一裝置設(shè)計(jì)增加為五種裝置設(shè)計(jì)題型，并且對裝置的主要部件也要進(jìn)行設(shè)計(jì)。加強(qiáng)與化工原理、機(jī)械制圖、化工設(shè)計(jì)等交叉學(xué)科的聯(lián)系，完善裝置設(shè)計(jì)流程。裝置設(shè)計(jì)要嚴(yán)格遵守國家規(guī)范和行業(yè)規(guī)定，注重適用、安全、經(jīng)濟(jì)相協(xié)調(diào)的原則，增強(qiáng)學(xué)生的工程意識。完善考核體系，公平、公正、合理的對課程設(shè)計(jì)進(jìn)行評價。通過教學(xué)改革，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，課程設(shè)計(jì)質(zhì)量得到提高，杜絕了抄襲應(yīng)付現(xiàn)象。學(xué)生在課程設(shè)計(jì)過程中，自覺依據(jù)國家設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，將理論設(shè)計(jì)與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，增強(qiáng)了工程意識，提高了機(jī)械設(shè)計(jì)水平，起到良好的教學(xué)效果。

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（責(zé)任編輯：姚歆燁）

Teaching Reform on Fundamental Chemical Engineering Machinery Practicum

WANG Licheng
（Tianjin University of Technology，Tianjin 300384，China）

Practicum of Fundamental Chemical Engineering Machinery is an important practical teaching part in chemical engineering major.It is of great significance to improve the quality of equipment design and enhance the engineering awareness of the students.With the deepening of the higher educational reform，the problems in the existing teaching method gradually emerged，and the practicum is now in urgent need of reform.This paper has analyzed the problems in the practicum and put forward some new ideas about the timing，the characteristics，and the specifications of the practicum，as well as cross-discipline work and performance evaluation，according to the teaching objectives.Through our teaching reform，the learning interest of the students in chemical engineering has been stimulated，their design quality improved，and a good teaching effect has been achieved.

fundamental chemical engineering machinery；practicum；teaching reform；engineering awareness

TQ051

王立成（1980—），男，高級工程師，研究方向：化工工藝設(shè)計(jì)模擬與優(yōu)化。

天津理工大學(xué)教學(xué)基金（YB13-01）。