高校过程设备设计课程教学探讨

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【摘要】过程设备设计是过程装备与控制工程专业重要的专业核心课，也是过程装备与控制工程专业知识体系的核心组成部分，课程知识丰富，设计过程复杂且设计数据准确性高，课程内容学科交叉性较强，学生在课程学习阶段具有一定难度。本文针对过程装备与控制工程专业本科学生学习过程设备设计课程中遇到的典型问题，进行分析讨论，总结提炼课程学习时的重难点，并提出解决问题的初步方案，用来优化教学设计，改善教学质量和教学成效。

【关键词】过程装备与控制工程；过程设备设计；教学设计；教学质量

过程设备设计作为一门多学科交汇的专业核心科学，是在机械、化学、电气、能源、信息、材料工程等多领域理论基础上发展起来的一个重要的工程学科分支，同时也是一门系统性的、适合我国国情、具有中国特色的一门新兴交叉学科。过程设备设计的研究领域十分宽泛，一是以机电工程与化学工艺相结合，革新石油化工单元工艺装备；二是与大数据计算与智能加工与制造相结合，实现石油化工智能加工制造；三是以研究成套石化装备系统为目标的复杂学科。因此过程设备设计是过程装备与控制工程专业中一门十分重要的专业核心课程。烟台南山学院作为一所应用型高校，校内化学工程与技术（产业）学院在修订过程装备与控制工程专业培养方案是将过程设备设计作为专业核心课程，期望该专业学生可以利用课程中流体储运、传热、传质和反应设备的设计方法在石油化工、海洋工程等高新技术领域遇到的过程设备问题作出设计革新和应对措施。

1过程设备设计典型教学问题

在新工科的背景下，过程装备设计作为一门核心学科需要融入相关交叉学科，在教学过程中，除了学生反映该科目知识点涉及面广，抽象理论计算多的难题外，还有一些典型的教学问题不容忽视：（1）学生数学物理基础不牢固，对于大量计算性设计问题缺少解题能力，缺少数学性思维与批判性学习思维，解决设计性问题的能力不够；（2）应用型本科高校学生学习系统性不强，没有养成良好的学习习惯，缺少学习自主性问题；（3）学生缺少应用型案例去理解课本知识，学习过程枯燥乏味。针对以上问题，化学工程与技术（产业）学院组织召开教授委员会与学生交流会进行研讨，对本科目的教学方法与教学设计进行了系列调整，调整后进行了教学试验并取得良好的教学效果。

2过程设备设计课程教学改进

2.1补充物理与高数基础知识，提升学生数字素养

在过程装备与控制工程的培养方案中，过程设备设计科目开设时间为大三第一学期与第二学期，科目开始之前学生已经学习了高等数学、大学物理等基础科目，具备了一定的物理计算能力，但是由于学生在学习以上科目时，对课程的重要性认识不够，学习过程不扎实，造成了学生的物理计算能力薄弱[1-3]。为了解决以上问题，我院在新生开学时增设新生交流课，课堂中增加了对高等数学、大学物理等基础科目学习重要性的介绍，邀请山东大学和中国石油大学等省内过程装备与控制工程专业的权威教授对我院新生进行专业讲解剖析，借此提高学生兴趣。过程装备设计作为一门工科课程是我国实体经济（化石能源与化工机械）行业的立足之本，以教授们的专业情怀鼓励学生爱岗敬业，热爱专业，在专业学习中提取乐趣，增加学生学习的自觉性，培养学习兴趣，提高自学能力。同时选用化学工业出版社发行，由郑津洋教授编写的《过程设备设计》作为学生学习的教材。教材在应力分析等关于物理计算方向的问题解释详细，步骤清晰，丰富了分析设计和疲劳分析内容，增加公式法和弹塑性分析法，更加详细地介绍了应力分类法，更新疲劳设计曲线，增加了棘轮失效评定；章前增加学习意义和学习目标，明确了知识重难点；章中增设二维码，以新形态素材形式提供了丰富的课程内容。教材作为国家级规划教材，第四版为“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材，包含国内外出现的许多与过程设备设计有关的新概念、新观点、新方法、新标准[4]。教材在第二章《压力容器应力分析》与第四章《压力容器设计》课程上课前，先回顾在高等数学及大学物理中学习的内容，将不同科目相关联的知识点进行整合与梳理，引导学生从不同的方向对课本上的知识点进行理解、学习。同时我们要求学生在相应章节对材料力学、理论力学等科目进行对照学习，不同科目中关联知识点相互印证，既加强学生对相关知识点的记忆[5]，也能让学生从更深层次的角度去理解科目。

2.2养成良好的学习方法，增加学生学习动力

教师在课堂上不会逐章逐节全部讲授，加上课时少、内容多、讲解快，学习听课可能困难，造成学习被动；学生要掌握学习的主动权，就必须做好课前预习，这对提高学习效率相当重要。教材各章都提出学习基本要求，预习时先明确学习要求，哪些内容必须掌握，哪些内容一般了解，做到心中有数。学生经过预习，对新学内容有一个大致估计，哪些搞清楚了，哪些还存在疑难，只有这样在听课时才能目的明确，精力集中，变被动为主动。教师讲课过程中，必然会突出重点和难点，学生听课时要随时做好课堂笔记，记录下大小标题、重要知识要点及补充内容。记笔记的同时,要多动脑思考，多问几个为什么，只有经过认真思考而又真正理解的知识,才能印象深刻。要巩固课堂所学内容，学生课后应及时复习，整理课堂笔记，搞清课堂中所未听懂或未理解的内容；通过课堂笔记进行复习，便于加深对知识的理解和记忆。学生要独立完成作业,做作业不仅巩固和掌握所学知识，而且能提高分析和解决问题的能力；解答习题时,要先分析题意而后做题,一定弄清楚题意，已知什么、待求什么，他们之间有什么关系，用什么公式或定理去解答。另外，我们设置“每课一个小结，每章一个总结”，便于学生及时复习课堂学到的知识点[6]。

2.3理论联系实际，打造教研产学习平台

过程装备设计课程中基础理论和基本原理阐述较多，学生学习起来容易觉得枯燥乏味。打造教研产学习平台，打造双师型教师队伍，引入科研或生产中的真实典型案例，充实教材教学内容，可以有效激发学生的学习兴趣[6]，增强学生利用平台资源分析研究实际设计中存在的问题及解决问题的能力。构建现代产业学院，按照“搭建平台、典型引路、重在普及、积极实践”的思路，实现双创与专业教育有机融合，提升应用型人才培养质量。利用高校实践基地、企业技术平台，基于校企深度融合，促成企业培训、研发平台与教学实践平台对接，建设现代产业学院，进行“产学研”有机融合，提升师生创新应用能力。搭建“产学研”平台，可以实现校企优势互补，充分发挥双方各自特长、实现产学研用的无缝对接，可同时满足产业核心技术应用研究和产业化需要。例如烟台南山学院与烟台胜信公司联合成立的高端应用工程创新技术人才训练基地，就是以高校的科研力量，来推动产业的发展。首先基于行业企业的产品、技术和生产流程，创新多主体间的合作模式，为学生构建基于产业发展和创新需求的实践教学和实训实习环境[7]。然后通过训练基地共同开展国家级和省市级重大专项、产业化基金、行业发展基金等项目的立项、申报和项目的执行工作，实现产学研的优势结合。同时以企业的需求为导向，支持和推动高端应用工程创新技术人才训练基地在产品创新核心技术方面的应用研究和积累，从而构建产业化基地，提升服务产业能力，从而做到集科研基地、学生创新和实践基地以及产业化基地于一体。2017年以来，国家关于深化产教融合方面出台了一系列政策措施，引导高校主动面向产业、行业，服务地方区域。2018年，山东省开展新旧动能转换重大工程，出台《山东省新旧动能转换重大工程实施规划》，要实现这一目标，需要数量充足的高质量人才及平台作保障。目前烟台南山学院烟台南山学院化学工程与技术（产业）学院已经联合烟台南山科学技术研究院、裕龙岛炼化一体化项目联合构建高端石油化工应用技术协同创新中心、烟台市校地融合大化工专业群建设项目和高端碳膜新材料协同创新平台，将为山东石化产业、化机产业的发展培养更多的化工、机械类专业“卓越工程师”和“齐鲁工匠”，结合山东省新旧动能转换重大工程——裕龙岛炼化一体化项目建设，提供强有力的人才和技术支持。以高校主导、地方政府参与、产业协同为特征现代产业学院建设为高校优势特色专业与产业的深度融合提供了很好的机遇，也为产教融合教师队伍建设提供了很好的契机。建立校企互派师资机制，一方面加大校内教师转型力度，加强培养校内双师型教师，尤其是加强提升专业课教师的能力。定期安排教师深入企业开展半年以上的挂职锻炼，建立院校专任教师定期到企业实践锻炼机制，强化专任教师的创新能力和实践能力，了解企业专业技术、发展方向、生产工艺、行业要求、行业标准等，构建校内“双师型”资队伍。另一方面，充分挖掘校外专业技术人员资源，促进具有高产业实际操作经验的人才进课堂，聘请企业及行业协会专家、技术骨干和管理专家担任双师型教师，校企联合授课，联合指导，为学生提供更加符合社会发展方向的实践教育。同时完善产业师资库建设方案，做好校外产业与创新教师的选聘标准，合理制定校外产业与创新教师薪酬奖励制度，建立校企人才流动机制，吸引一批具有创新创业背景又有工程技能的企业专家进校开展教育教学，为人才流向提供更多思路，为未来对接产业的发展打下坚实基础[8]。

3结论

按照以上的教学改进办法，应用型高校过程装备与控制工程专业的学生学习过程装备设计专业核心课时的自主学习性得到明显提高，专业基础课的学习也随之更加扎实牢固。在过程装备与控制工程专业教学方法研究与改进上要继续探索，为培养新工科背景下化工机械人才构建好更加扎实的平台和教学优化方法，才能为我国石化产业、化机产业的发展培养更多的化工、机械类专业“卓越工程师”和“齐鲁工匠”。

作者：吕锡昌 栾业波 麻常硕 单位：烟台南山学院化学工程与技术（产业）学院