《化工設備機械基礎》的學習體會與評析*

王洪波，蘇　清，許浩川，王秋月，孫偉佳

(吉林大學化學學院，吉林　長春　130012)

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教學園地

《化工設備機械基礎》的學習體會與評析*

王洪波，蘇清，許浩川，王秋月，孫偉佳

(吉林大學化學學院，吉林長春130012)

學生從“明確研究對象、知識深入程度、思路提煉、簡化及模型、知識運用條件、標準化、應用及拓展”等方面談了其學習《化工設備機械基礎》的體會。老師對相應的體會進行了簡要的評析。通過與學生深入的互動交流，可以有效地進行教學的自我反思，對進一步提高教學質量、提高學生分析問題與解決問題的能力、培養學生的創新思維和聯想力大有裨益。

化工設備機械基礎；學習體會；評析；受力分析

《化工設備機械基礎》是一門綜合性的機械類技術基礎課，該課程在我校大三上學期面對化學學院化學工程與工藝、應用化學及高分子化學與物理專業開設。由于我院理論功底雄厚，工科背景薄弱，學生們對于《化工設備機械基礎》[1]所涵蓋的工程力學基礎(靜力學、材料力學)、金屬學、焊接、機械設計、化工容器與設備等方面的內容感覺很陌生。為了加深學生對該課程的認識，在課堂教學過程中，始終注重力學模型的建立以及強化學生對該課程的整體性認識[2]，同時借鑒了我校經濟學院的王文成老師的關于在課堂教學中引導學生進行微學術的思想，引導學生對所學的課程內容進行全方位的思考，并引導學生利用紙或其它日常生活中常見的物件制做課程中感興趣的構件的模型，起到了很好的教學效果。在大多數教學改革中，老師們主要注重教學方法與教學手段的改革、教學內容的更新、自我能力與認知水平以及教學水平的提高[3-4]，而很少在教學過程中注重學生的學習反饋，因而在實際教學中，常常會出現老師自認為講過且較簡單的內容，考核時好多學生不會的現象。通過多年的教學實踐，深刻體會到如果能經常在教學過程中和學生進行教學的相互反思和溝通，真正了解學生對所講知識的接收程度，對于提高教學效果很有利。在給2013級學生講授該課程時，始終給學生灌輸微學術的思想，在課程結束后將學生隨機分組，每組4～5人，讓他們針對課程里某個感興趣的內容或整個課程寫一份學習體會，同學們參與度很高。通過學習體會的撰寫，對該課程的整體內容有了深刻的認識，同時也強化了其對各相關課程知識的理解，以及該課程相關知識在日常生活中的運用。現選擇其中一份體會以及對該體會進行的評析與大家分享，從中可以看出教師所講與學生所聽之間的異同，希望能給大家在教學中進行創新有一定的借鑒作用。

1　論《化工設備機械基礎》課程學習方法

《化工設備機械基礎》是一門貼合生活，應用性較強的科目。在學習過程中我們能體會到課程的一些設計思想，而這些設計思想能給予我們學習這門課程很好的指導。本文將結合課程中涉及到的一些具體內容，及老師授課過程中的一些具體方法進行總結。

1.1明確研究對象

對一個由多個組件構成的構件進行受力分析時，我們分析的是局部還是整體?如果是整體，則各組件的內力就不應考慮。否則，受力分析就會出現各種混亂。

明確研究對象，能保證我們思路清晰，針對研究的問題對癥下藥，同時能規避其他非相關因素的干擾。

圖1　受力分析例題

圖2　圖1中(1)和(2)中A處的滑輪及銷釘作為整體的受力分析圖

受力分析是學好該課程的重要基礎。只有熟練掌握物體的受力分析和正確畫出其受力圖，才能解決物體的平衡問題和對構件進行強度核算[5]。在授課過程中，對研究對象的選取進行了強調。圖1中(1)和(2)支架和滑輪的相對位置不同，在起吊同一重物時，所受的力大小則不同。在不計桿的重力時，AB桿和AC桿均可視為二力構件，受力方向沿各自桿的軸線方向，指向假定。欲求AB桿和AC桿所受的力，必須選取合適的研究對象進行受力分析。經過將各構件進行逐一的分析比較，可知合適的研究對象應為A處的滑輪和銷釘作為整體，進行受力分析(如圖2)，不計滑輪尺寸時，可得一平面匯交力系，建立坐標軸，并根據平面匯交力系的平衡方程∑Fx=0, ∑Fy=0列出各力在x軸和y軸的投影方程，即可求得AB桿和AC桿所受的力。

1.2知識深入程度

每一門課程對于知識的深入程度是不同的，不同學院專業的學生對于同一門課程需要深入的程度也不盡相同。如對于《大學物理》課程，化學學院的同學只學習一年，但是物理學院的同學，可能要學四年。

純彎曲的變形特征了解了，會有同學糾結于非純彎曲物體；薄壁筒體的設計了解了，會糾結于厚壁容器的設計。其實，心懷好奇心是一種非常優秀的品質。有同學感興趣課下繼續研究要給予肯定。但我們要清楚，你正在學習的這門課程，她要傳遞給你知識深度到什么程度，同時對這部分知識我們到底需要了解到什么程度。

引導學生高效地學習課程內容，加深學生對課程的整體認識以及該課程與其它課程的關聯的認識，對于節省學生的學習時間、提高學習效率、培養學生的邏輯思維以及聯想力大有裨益。

1.3思路提煉

圖3　化工設備機械基礎課程整體思路示意圖

其實如圖3這樣的思路總結，在本課程的課件中隨處可見，老師授課過程中更是極大地秉承這樣一個原則。如老師關于圓柱形、球形、錐形容器第一曲率半徑、第二曲率半徑的總結；容器從選材、校核再到水壓試驗的總結。有時一些簡單的總結，可能不會帶來比較顯著的效果，但是當面對一些復雜問題的時候，這樣的思路提煉便會讓我們對于問題有一個清晰的掌握。

為了加深學生對課程的整體認識以及強化學生對前后知識的串聯能力，在講授相關的內容時會采用這樣的知識點的提煉的方式，如強度條件、臥式容器圖片、應力-應變曲線、材料力學中構件變形時的研究思路等。

1.4簡化及模型

我們假設梁彎曲變形后橫截面仍保持為平面，且仍然垂直于變形后的梁軸線；縱向纖維變形前后均相互不擠壓，這些均是簡化的過程，便于我們求解彎曲應力。

大多數模型都是簡化后的產物。本課程中各種模型隨處可見。我們將實際的構件簡化，忽略次要因素，但又不失研究問題的本質，這便是一個很好的模型。

在《化工設備機械基礎》一書中，在彎曲一章實物簡化成力學模型比較常見，在授課過程中給學生反復強化實物與模型的關聯，對于培養學生理論聯系實際的能力以及如何用所學的知識解決工程實際問題很有幫助。

1.5知識運用條件

課程中很多方程均是基于一定條件才成立，因而必須清楚知識運用條件。如：k(容器Do/Di)>1.2時，容器為厚壁容器，我們的薄壁容器厚度計算式不能用；σ=F/A對于變截面的桿也不適用。

強化學生掌握知識的運用條件對于培養學生養成縝密的思維習慣很有益處，同時有利于培養學生良好的科研素養。

1.6標準化

在材料力學內力求解過程中，老師經常會提到設正法，以提供一個標準化的方法，幫助我們列方程。很多同學可能不需要這樣設正，但是標準化的意義依然存在，它給每一名同學帶來的作用不盡相同，當面對一些更加復雜的問題，標準化的作用會更加顯著。

再比如書上的公稱直徑DN，公稱壓力PN，都是在發揮標準化的作用。當我們給予材料器件一個規定標準后，既可以簡化企業生產，又可以解決不同器件間的匹配問題。

標準化作業可以提高學生解題的正確率。在講解材料力學構件的四種基本變形形式，采用截面法對截面一側的構件進行受力分析時，充分貫徹了“設正法”的思想，即對于軸向拉伸與壓縮變形，不管構件是受拉還是受壓，均假定截面上的內力為拉力，即背離截面方向，列平衡方程時，外力與該力的方向一致為加，相反為減，求得的內力結果為正值，表明實際受力與假定受力方向一致，構件產生拉伸變形，求得的內力結果為負值，表明實際受力與假定受力方向相反，構件產生壓縮變形，為后面建立拉伸與壓縮的強度條件打下堅實的基礎。對于剪切(內力正方向：左上右下剪力為正)、扭轉(右手螺旋定則確定扭矩正方向)、彎曲(有兩個內力元素，對于剪力，左上右下剪力為正；對于彎矩左順右逆彎矩為正)變形，受力分析時也采用設正法，即截面上的內力均假定為正方向。

而標準化在日常生活中隨處可見，如鞋子、衣服的號碼其實就是標準化的體現，只要知道了鞋碼或衣碼就可以買上合適的鞋子或衣服，這樣的聯想講述可以加深學生對零部件標準化的認識與掌握。同時給學生傳遞一個理念“一流的企業做標準，二流的企業做研發，三流的企業做產品”，提升學生努力學習以為將來能做標準打下堅實基礎的責任感與信心。

1.7應用及拓展

這門課程老師的授課過程時刻引導我們對所學知識進行應用和拓展。

應用大家都理解就是將知識融入我們的生活。應用不僅可以鞏固我們所學的知識，讓我們對其有充分的理解，還會拓展我們的思維，并極大程度調動起我們學習的興趣。

應用案例：

(1)前段時間偶然發現剛買的杯子的材質居然是奧氏體，而且有鋼的牌號，很是欣喜，想到是不是拿磁鐵還可以測試一下材質的真假？

確切講這可能不能算一個真正的應用，但是發現知識能夠在生活中運用到，是一件很能帶動學習興趣的事情。

本門課程涵蓋的內容非常多，其中材料一章的內容與日常生活聯系比較緊密，如炒菜用的鍋、鏟子，切菜用的刀等，其牌號都可以在書本上找到，而且可以知道他們性能差異的原因。在講授的過程中，引導學生將此部分的知識與日常生活中的具體物件聯系起來，可很好地激發學生的學習興趣。

(2)老師此次布置作業制作模型，其實就是一個讓我們應用知識的過程。在我們設計模型時，我們對于內壓、外壓容器的設計思路有了更加透徹的了解。同時我們在設計制作過程中還弄懂了水壓試驗的過程中為什么不考慮封頭的水壓試驗。經過我們研究發現，通過公式就可以明顯看出，無論是蝶形封頭、球形封頭、還是橢圓形封頭，在和筒體相同的材質厚度下，只要筒體水壓試驗滿足要求，這幾個類型的封頭水壓試驗應力校核均不會存在問題。

該組許浩川同學是從機械學院轉專業過來的，在他的帶領下，該組的同學用軟件制作了一個精美的儲罐模型，給我很大的震撼。讓我深深知道了學科交叉融合的重要性，同時也見識了學生身上所蘊藏的巨大的創造力與潛力。我們老師不僅給學生傳授知識，而且要引導學生進行深入的學習，并發掘學生的潛力與創造力。

拓展案例：

針對塑性材料的應力-應變曲線[1]，老師進行了一個很巧妙的拓展，將各個階段同我們個人狀態進行類比。彈性階段就像我們個人正常狀態。但當我們勞累過度，就可能會超過彈性極限，進入屈服階段，就會一定程度上失去抵抗外界壓力的能力。雖然你心中不服氣，依然要挑戰自己，這時就會進入強化階段，應力會有一定程度上的提高，但已經是強弩之末，最終會局部頸縮，走向斷裂。

就這樣一個類比過程，不僅將各個過程映入我們腦海，同時對于各個過程的特點也有了一定程度上的掌握。

培養學生的聯想力一直是我的教學理念之一。通過材料應力-應變曲線的學習，使我想到我們要想保持身體的健康，應使身體的每一個器官都在彈性范圍內工作，不可過量。工作如此，運動亦如此。因此在課程講授的過程中將這一思想傳遞給學生，希望他們能擁有健康的學習生活方式。

2　結　語

通過與學生深入的互動交流，可以有效地進行教學的自我反思，對進一步提高教學質量、提高學生分析問題與解決問題的能力、培養學生的創新思維和聯想力大有裨益。

[1]董大勤.化工設備機械基礎[M].北京:化學工業出版社,2002.

[2]蘇清,張玉敏,趙天琦,等.《化工設備機械基礎》教學的幾點體會[J].廣東化工,2015,42(15): 232.

[3]劉理華,劉書群.化工設備機械基礎課程教學改革研究[J].廣州化工,2012,40(19):145-146.

[4]張允,路有昌,趙凌.《化工設備機械基礎》課程教學改革的探索[J].廣州化工,2012,40(4): 122-123.

[5]劉斌.《工程力學》課物體受力分析教學思路與教學體會[J].商業經濟,2011(9):113-115.

Learning Experiences and Comment on Mechanical BasisofChemicalEquipment*

WANG Hong-bo, SU Qing, XU Hao-chuan, WANG Qiu-yue, SUN Wei-jia

(College of Chemistry, Jilin University, Jilin Changchun 130012, China)

StudentstalkedaboutthelearningexperiencesonMechanical Basis of Chemical Equipmentfromthefollowingaspects:definetheresearchobject，depthofknowledge，ideassummary，simplificationandmodel，knowledgeapplicationcondition，standard，applicationanddevelopment.Theteachergaveabriefanalysisoneachcorrespondingexperience.Throughdeepinteractionwithstudents，itcaneffectivelyperformtheteachingselfreflection，andisbeneficialtofurtherimproveteachingquality，enhancethestudenttoanalyzequestionandsolveproblem，andtrainstudents’creativethinkingandimagination.

mechanicalbasisofchemicalequipment;learningexperience;comment;forceanalysis

國家自然科學基金國家基礎科學人才培養基金(J1210011)；吉林大學青年教師教學能力發展項目(2015QNYB042)。

王洪波(1994-)，男，2013級化工與應化系本科生。

蘇清(1980-)，女，副教授。

TQ051

A

1001-9677(2016)013-0157-03