高校過程設備設計課程教學探討

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【摘要】過程設備設計是過程裝備與控制工程專業重要的專業核心課，也是過程裝備與控制工程專業知識體系的核心組成部分，課程知識豐富，設計過程復雜且設計數據準確性高，課程內容學科交叉性較強，學生在課程學習階段具有一定難度。本文針對過程裝備與控制工程專業本科學生學習過程設備設計課程中遇到的典型問題，進行分析討論，總結提煉課程學習時的重難點，并提出解決問題的初步方案，用來優化教學設計，改善教學質量和教學成效。

【關鍵詞】過程裝備與控制工程；過程設備設計；教學設計；教學質量

過程設備設計作為一門多學科交匯的專業核心科學，是在機械、化學、電氣、能源、信息、材料工程等多領域理論基礎上發展起來的一個重要的工程學科分支，同時也是一門系統性的、適合我國國情、具有中國特色的一門新興交叉學科。過程設備設計的研究領域十分寬泛，一是以機電工程與化學工藝相結合，革新石油化工單元工藝裝備；二是與大數據計算與智能加工與制造相結合，實現石油化工智能加工制造；三是以研究成套石化裝備系統為目標的復雜學科。因此過程設備設計是過程裝備與控制工程專業中一門十分重要的專業核心課程。煙臺南山學院作為一所應用型高校，校內化學工程與技術（產業）學院在修訂過程裝備與控制工程專業培養方案是將過程設備設計作為專業核心課程，期望該專業學生可以利用課程中流體儲運、傳熱、傳質和反應設備的設計方法在石油化工、海洋工程等高新技術領域遇到的過程設備問題作出設計革新和應對措施。

1過程設備設計典型教學問題

在新工科的背景下，過程裝備設計作為一門核心學科需要融入相關交叉學科，在教學過程中，除了學生反映該科目知識點涉及面廣，抽象理論計算多的難題外，還有一些典型的教學問題不容忽視：（1）學生數學物理基礎不牢固，對于大量計算性設計問題缺少解題能力，缺少數學性思維與批判性學習思維，解決設計性問題的能力不夠；（2）應用型本科高校學生學習系統性不強，沒有養成良好的學習習慣，缺少學習自主性問題；（3）學生缺少應用型案例去理解課本知識，學習過程枯燥乏味。針對以上問題，化學工程與技術（產業）學院組織召開教授委員會與學生交流會進行研討，對本科目的教學方法與教學設計進行了系列調整，調整后進行了教學試驗并取得良好的教學效果。

2過程設備設計課程教學改進

2.1補充物理與高數基礎知識，提升學生數字素養

在過程裝備與控制工程的培養方案中，過程設備設計科目開設時間為大三第一學期與第二學期，科目開始之前學生已經學習了高等數學、大學物理等基礎科目，具備了一定的物理計算能力，但是由于學生在學習以上科目時，對課程的重要性認識不夠，學習過程不扎實，造成了學生的物理計算能力薄弱[1-3]。為了解決以上問題，我院在新生開學時增設新生交流課，課堂中增加了對高等數學、大學物理等基礎科目學習重要性的介紹，邀請山東大學和中國石油大學等省內過程裝備與控制工程專業的權威教授對我院新生進行專業講解剖析，借此提高學生興趣。過程裝備設計作為一門工科課程是我國實體經濟（化石能源與化工機械）行業的立足之本，以教授們的專業情懷鼓勵學生愛崗敬業，熱愛專業，在專業學習中提取樂趣，增加學生學習的自覺性，培養學習興趣，提高自學能力。同時選用化學工業出版社發行，由鄭津洋教授編寫的《過程設備設計》作為學生學習的教材。教材在應力分析等關于物理計算方向的問題解釋詳細，步驟清晰，豐富了分析設計和疲勞分析內容，增加公式法和彈塑性分析法，更加詳細地介紹了應力分類法，更新疲勞設計曲線，增加了棘輪失效評定；章前增加學習意義和學習目標，明確了知識重難點；章中增設二維碼，以新形態素材形式提供了豐富的課程內容。教材作為國家級規劃教材，第四版為“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材，包含國內外出現的許多與過程設備設計有關的新概念、新觀點、新方法、新標準[4]。教材在第二章《壓力容器應力分析》與第四章《壓力容器設計》課程上課前，先回顧在高等數學及大學物理中學習的內容，將不同科目相關聯的知識點進行整合與梳理，引導學生從不同的方向對課本上的知識點進行理解、學習。同時我們要求學生在相應章節對材料力學、理論力學等科目進行對照學習，不同科目中關聯知識點相互印證，既加強學生對相關知識點的記憶[5]，也能讓學生從更深層次的角度去理解科目。

2.2養成良好的學習方法，增加學生學習動力

教師在課堂上不會逐章逐節全部講授，加上課時少、內容多、講解快，學習聽課可能困難，造成學習被動；學生要掌握學習的主動權，就必須做好課前預習，這對提高學習效率相當重要。教材各章都提出學習基本要求，預習時先明確學習要求，哪些內容必須掌握，哪些內容一般了解，做到心中有數。學生經過預習，對新學內容有一個大致估計，哪些搞清楚了，哪些還存在疑難，只有這樣在聽課時才能目的明確，精力集中，變被動為主動。教師講課過程中，必然會突出重點和難點，學生聽課時要隨時做好課堂筆記，記錄下大小標題、重要知識要點及補充內容。記筆記的同時,要多動腦思考，多問幾個為什么，只有經過認真思考而又真正理解的知識,才能印象深刻。要鞏固課堂所學內容，學生課后應及時復習，整理課堂筆記，搞清課堂中所未聽懂或未理解的內容；通過課堂筆記進行復習，便于加深對知識的理解和記憶。學生要獨立完成作業,做作業不僅鞏固和掌握所學知識，而且能提高分析和解決問題的能力；解答習題時,要先分析題意而后做題,一定弄清楚題意，已知什么、待求什么，他們之間有什么關系，用什么公式或定理去解答。另外，我們設置“每課一個小結，每章一個總結”，便于學生及時復習課堂學到的知識點[6]。

2.3理論聯系實際，打造教研產學習平臺

過程裝備設計課程中基礎理論和基本原理闡述較多，學生學習起來容易覺得枯燥乏味。打造教研產學習平臺，打造雙師型教師隊伍，引入科研或生產中的真實典型案例，充實教材教學內容，可以有效激發學生的學習興趣[6]，增強學生利用平臺資源分析研究實際設計中存在的問題及解決問題的能力。構建現代產業學院，按照“搭建平臺、典型引路、重在普及、積極實踐”的思路，實現雙創與專業教育有機融合，提升應用型人才培養質量。利用高校實踐基地、企業技術平臺，基于校企深度融合，促成企業培訓、研發平臺與教學實踐平臺對接，建設現代產業學院，進行“產學研”有機融合，提升師生創新應用能力。搭建“產學研”平臺，可以實現校企優勢互補，充分發揮雙方各自特長、實現產學研用的無縫對接，可同時滿足產業核心技術應用研究和產業化需要。例如煙臺南山學院與煙臺勝信公司聯合成立的高端應用工程創新技術人才訓練基地，就是以高校的科研力量，來推動產業的發展。首先基于行業企業的產品、技術和生產流程，創新多主體間的合作模式，為學生構建基于產業發展和創新需求的實踐教學和實訓實習環境[7]。然后通過訓練基地共同開展國家級和省市級重大專項、產業化基金、行業發展基金等項目的立項、申報和項目的執行工作，實現產學研的優勢結合。同時以企業的需求為導向，支持和推動高端應用工程創新技術人才訓練基地在產品創新核心技術方面的應用研究和積累，從而構建產業化基地，提升服務產業能力，從而做到集科研基地、學生創新和實踐基地以及產業化基地于一體。2017年以來，國家關于深化產教融合方面出臺了一系列政策措施，引導高校主動面向產業、行業，服務地方區域。2018年，山東省開展新舊動能轉換重大工程，出臺《山東省新舊動能轉換重大工程實施規劃》，要實現這一目標，需要數量充足的高質量人才及平臺作保障。目前煙臺南山學院煙臺南山學院化學工程與技術（產業）學院已經聯合煙臺南山科學技術研究院、裕龍島煉化一體化項目聯合構建高端石油化工應用技術協同創新中心、煙臺市校地融合大化工專業群建設項目和高端碳膜新材料協同創新平臺，將為山東石化產業、化機產業的發展培養更多的化工、機械類專業“卓越工程師”和“齊魯工匠”，結合山東省新舊動能轉換重大工程——裕龍島煉化一體化項目建設，提供強有力的人才和技術支持。以高校主導、地方政府參與、產業協同為特征現代產業學院建設為高校優勢特色專業與產業的深度融合提供了很好的機遇，也為產教融合教師隊伍建設提供了很好的契機。建立校企互派師資機制，一方面加大校內教師轉型力度，加強培養校內雙師型教師，尤其是加強提升專業課教師的能力。定期安排教師深入企業開展半年以上的掛職鍛煉，建立院校專任教師定期到企業實踐鍛煉機制，強化專任教師的創新能力和實踐能力，了解企業專業技術、發展方向、生產工藝、行業要求、行業標準等，構建校內“雙師型”資隊伍。另一方面，充分挖掘校外專業技術人員資源，促進具有高產業實際操作經驗的人才進課堂，聘請企業及行業協會專家、技術骨干和管理專家擔任雙師型教師，校企聯合授課，聯合指導，為學生提供更加符合社會發展方向的實踐教育。同時完善產業師資庫建設方案，做好校外產業與創新教師的選聘標準，合理制定校外產業與創新教師薪酬獎勵制度，建立校企人才流動機制，吸引一批具有創新創業背景又有工程技能的企業專家進校開展教育教學，為人才流向提供更多思路，為未來對接產業的發展打下堅實基礎[8]。

3結論

按照以上的教學改進辦法，應用型高校過程裝備與控制工程專業的學生學習過程裝備設計專業核心課時的自主學習性得到明顯提高，專業基礎課的學習也隨之更加扎實牢固。在過程裝備與控制工程專業教學方法研究與改進上要繼續探索，為培養新工科背景下化工機械人才構建好更加扎實的平臺和教學優化方法，才能為我國石化產業、化機產業的發展培養更多的化工、機械類專業“卓越工程師”和“齊魯工匠”。

作者：呂錫昌 欒業波 麻常碩 單位：煙臺南山學院化學工程與技術（產業）學院