基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的《無機(jī)材料工廠設(shè)計(jì)與機(jī)械》課程教學(xué)改革與實(shí)踐

米增財

(太原工業(yè)學(xué)院 材料工程系，山西 太原 030008)

隨著無機(jī)非金屬材料專業(yè)教育教學(xué)改革不斷深入推進(jìn)，使得專業(yè)的人才培養(yǎng)方向領(lǐng)域極大拓寬，學(xué)生對本專業(yè)知識廣度得到拓展。但是仍然在人才培養(yǎng)目標(biāo)設(shè)定上存在著一定過于強(qiáng)化基礎(chǔ)深度，專業(yè)教育應(yīng)用化不突出；在教學(xué)大綱、教學(xué)手段、課程體系建設(shè)等方面與應(yīng)用型工程人才培養(yǎng)目標(biāo)有一定的不相匹配；課堂理論教學(xué)為主模式比重較大，不利于工程實(shí)踐人才的培養(yǎng)訓(xùn)練；在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)方面，校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地配備缺乏，校外企業(yè)實(shí)習(xí)時，學(xué)生難以真正上崗進(jìn)行實(shí)訓(xùn)操作；這樣勢必導(dǎo)致學(xué)生的就業(yè)競爭力和工程實(shí)踐動手能力得不到有效提高，工程人才應(yīng)具備的職業(yè)素質(zhì)和技術(shù)技能難以得到真正的鍛煉發(fā)揮[1-3]。因此，順應(yīng)國家應(yīng)用型人才教育培養(yǎng)發(fā)展規(guī)劃，專業(yè)教育教學(xué)改革需要從目標(biāo)定位實(shí)施調(diào)整。課程改革是教學(xué)改革實(shí)施中的首要方面，著重從課程體系入手來調(diào)整具體課程體現(xiàn)工程應(yīng)用內(nèi)涵本質(zhì)。

1 《無機(jī)材料工廠設(shè)計(jì)與機(jī)械》課程內(nèi)容及特點(diǎn)

1.1 課程內(nèi)容

根據(jù)專業(yè)發(fā)展培養(yǎng)計(jì)劃和現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及發(fā)展需要，開設(shè)了《無機(jī)材料工廠設(shè)計(jì)與機(jī)械》課程，為無機(jī)非金屬材料專業(yè)方向的一門專業(yè)必修課。該課程與本專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)以及專業(yè)實(shí)際工作密切聯(lián)系。它是校內(nèi)教育與社會需求之間的紐帶橋梁,也是學(xué)生獲取科技進(jìn)步信息與強(qiáng)化專業(yè)工程化教育的一個窗口[4]。通過教研論證，制定了該課程的教學(xué)大綱，確定理論課課時數(shù)為48學(xué)時，其中課程配套課程設(shè)計(jì)學(xué)時數(shù)為18學(xué)時。該課程內(nèi)容重點(diǎn)講述了水泥工業(yè)生產(chǎn)過程中熱工設(shè)備的基本理論，包括有設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、性能特點(diǎn)以及節(jié)能降耗途徑等，以及包括水泥工廠中涉及到的工藝設(shè)計(jì)、物料平衡計(jì)算、設(shè)備選型及車間工藝布置等全廠設(shè)計(jì)內(nèi)容，著力培養(yǎng)學(xué)生分析和解決水泥生產(chǎn)以及設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的實(shí)際問題能力。

1.2 課程特點(diǎn)

該課程是《無機(jī)材料生產(chǎn)機(jī)械與設(shè)備》和《無機(jī)非金屬材料工廠設(shè)計(jì)》兩門課程在教學(xué)內(nèi)容上的合并為一。就“無機(jī)材料生產(chǎn)機(jī)械與設(shè)備”課程性質(zhì)來說，若將無機(jī)非金屬材料專業(yè)領(lǐng)域比作為一棵根系龐大枝葉茂盛的大樹，那么熱工設(shè)備就是整個大樹的樹干,它自上而下連接著發(fā)達(dá)的根系(基礎(chǔ)知識)與豐碩的枝葉(生產(chǎn)成品)。也就清晰地說明，熱工設(shè)備與材料制備以及生產(chǎn)過程緊密相關(guān)，是其中的中心環(huán)節(jié)。作為在該領(lǐng)域內(nèi)學(xué)習(xí)和從事工作的科技人員，在掌握生產(chǎn)工藝控制“人機(jī)料法環(huán)”過程技術(shù)基礎(chǔ)上，掌握了關(guān)鍵環(huán)節(jié)的熱工設(shè)備的有關(guān)規(guī)律，才能正確設(shè)計(jì)、合理操作和制備出質(zhì)優(yōu)產(chǎn)品。而“無機(jī)非金屬材料工廠設(shè)計(jì)”課程是在學(xué)生學(xué)習(xí)了專業(yè)課程后，重點(diǎn)掌握了工藝基礎(chǔ)理論及 “兩磨一燒”專業(yè)生產(chǎn)設(shè)備基礎(chǔ)上開設(shè)的，主要是培養(yǎng)學(xué)生具備對無機(jī)非金屬材料工廠進(jìn)行車間工藝布置和工廠規(guī)劃設(shè)計(jì)的能力。

兩門課合并有實(shí)際必要的原因，在內(nèi)容特點(diǎn)上實(shí)際是水泥工業(yè)生產(chǎn)中一重點(diǎn)和一全環(huán)節(jié)，涉及的是重要煅燒過程及其設(shè)備和工廠工藝整個流程環(huán)節(jié)，工廠設(shè)計(jì)中熱工設(shè)備是重點(diǎn)環(huán)節(jié)，而熱工設(shè)備又離不開整個工廠工藝全貌，內(nèi)容上有重疊可統(tǒng)一的空間。在教學(xué)形式方面可采用統(tǒng)一形式，兩門課除涵蓋了本專業(yè)的基礎(chǔ)理論知識外，學(xué)科綜合性和宏觀實(shí)踐性的均較強(qiáng)[5-6]。因此，在講授方法上不能簡單地按照傳統(tǒng)的教學(xué)模式單純地灌輸理論知識，要探索如何要理論與實(shí)踐相結(jié)合，并以直觀生動形象手段表達(dá)的適合教學(xué)方法，使學(xué)生既感覺輕松有趣又發(fā)起思考的氣氛下學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)生澀專業(yè)知識的興趣化傳授，從而提高教學(xué)質(zhì)量。并且經(jīng)過教學(xué)大綱的修訂之后,學(xué)時數(shù)已由原先的兩門課80個學(xué)時,銳減到48學(xué)時，在這調(diào)整中如何在較短學(xué)時內(nèi)讓學(xué)生接受和掌握課程全部內(nèi)容成為關(guān)鍵問題。針對熱工設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理，以及工廠設(shè)計(jì)，學(xué)生幾乎沒有基本的直觀感性認(rèn)識,學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性會大大受挫，因此提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，實(shí)踐工程能力以及創(chuàng)新意識，成為該課程教學(xué)改革中重點(diǎn)考慮的問題。不過，這類課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性特點(diǎn)，即便大量采用現(xiàn)代化的課堂教學(xué)手段，也難以達(dá)到真正的理論與實(shí)踐相結(jié)合。關(guān)鍵問題在于學(xué)生無法直接接觸熱工設(shè)備和工廠設(shè)計(jì)，無法真正理解設(shè)備結(jié)構(gòu)剖析和工藝流程規(guī)劃的實(shí)質(zhì)，所以企業(yè)的現(xiàn)場教學(xué)必須同步實(shí)施，其教學(xué)效果無法替代。

因此，按照無機(jī)非金屬材料專業(yè)“應(yīng)用型人才培養(yǎng)計(jì)劃”的要求，解決學(xué)時數(shù)少而教學(xué)內(nèi)容多的矛盾問題，針對《無機(jī)材料工廠設(shè)計(jì)與機(jī)械》課程特點(diǎn)及教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對本課程進(jìn)行教學(xué)改革實(shí)踐和創(chuàng)新探索，就顯得尤為重要,也十分迫切。

2 教學(xué)內(nèi)容改革與教學(xué)方法、手段改革

2.1 明確教學(xué)目標(biāo)，研究整合課程內(nèi)容

本課程是合并課程，學(xué)時大大精減，教學(xué)所面臨的首要問題是課程內(nèi)容的整合。以新型干法水泥生產(chǎn)過程中的煅燒系統(tǒng)設(shè)備和工廠設(shè)計(jì)內(nèi)容貫穿大綱主線，首要進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容認(rèn)真取舍和精選重點(diǎn)。課程內(nèi)容上分兩大板塊為熱工設(shè)備部分和工廠設(shè)計(jì)部分；熱工設(shè)備部分主要突出在新型干法水泥生產(chǎn)過程中熟料煅燒系統(tǒng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)類型、工作原理以及系統(tǒng)匹配調(diào)整等內(nèi)容，而工廠設(shè)計(jì)部分以工藝計(jì)算、工藝流程選擇以及設(shè)備選型和布置等內(nèi)容為主，對于設(shè)計(jì)思想和原則的介紹是該部分的一個重點(diǎn)內(nèi)容。工廠設(shè)計(jì)有著一套固定的模式，重點(diǎn)講解設(shè)計(jì)過程中的幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)即可。這兩部分內(nèi)容上互不重疊，又相互依存，不再像單獨(dú)兩門課講授時工廠設(shè)計(jì)還需要重復(fù)煅燒設(shè)備的相應(yīng)內(nèi)容。這樣內(nèi)容整合為一也突出了在工廠設(shè)計(jì)中熟料煅燒系統(tǒng)為全廠重要環(huán)節(jié)，掌握熱工設(shè)備的結(jié)構(gòu)類型內(nèi)容為進(jìn)行合理的工廠設(shè)計(jì)奠定了重要基礎(chǔ)。在課時安排上，熱工設(shè)備部分為30學(xué)時，而工廠設(shè)計(jì)部分為18學(xué)時。本課程涵蓋內(nèi)容比較多，而理論課時緊湊，因此在要對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行精選，突出重點(diǎn)，以點(diǎn)帶面講授課程的主要內(nèi)容，先進(jìn)行熱工設(shè)備部分內(nèi)容講解。由于本課程是合并課程，首要問題是教學(xué)內(nèi)容的編制與整合。根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)需要和專業(yè)實(shí)際培養(yǎng)方案情況，對原有教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了認(rèn)真取舍和整合，將新型干法煅燒系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和設(shè)計(jì)方法等內(nèi)容結(jié)合起來，使工廠設(shè)計(jì)思路和方法貫穿始終，內(nèi)容更加精練緊湊和針對性更強(qiáng)。同時引入最新技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展動向，充實(shí)新技術(shù)和新工藝內(nèi)容，從而加深理解課程基本理論和分析方法，更新陳舊內(nèi)容，拓寬知識廣度，使知識的應(yīng)用和教學(xué)目的更加明確化。

2.2 應(yīng)用多媒體技術(shù)，優(yōu)化教學(xué)課件

在現(xiàn)代教學(xué)方法中，多媒體課件運(yùn)用起到極其重要的作用，因其能集成文字、圖像、影像及動畫等多種媒介信息，能夠大大激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，從而提高課堂教學(xué)效果。尤其是對于涉及到設(shè)備和工廠該類課程的教學(xué)活動。在這銳減的學(xué)時數(shù)教學(xué)過程中，不可能面面俱到地講述每一個知識點(diǎn)。因此通過抽取每一章的重點(diǎn)和難點(diǎn)，以多媒體課件的形式，形成完整的框架體系，精講重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行延伸拓展。結(jié)合實(shí)際設(shè)備類型特點(diǎn),將比較單調(diào)表面羅列性的內(nèi)容，以感性描繪的方式講授，并以圖像、動畫的形式進(jìn)行直觀演示,使學(xué)生準(zhǔn)確地掌握這些結(jié)構(gòu)和原理特點(diǎn)。比如，在制作的課件中，不僅可以附上設(shè)備的原理圖、平面結(jié)構(gòu)圖，流程圖等，而且還可以制作一些關(guān)鍵設(shè)備的立體效果圖，以及積累一些設(shè)備和車間的實(shí)物照片。同時，播放一些無機(jī)非金屬材料工廠生產(chǎn)情況的實(shí)際動態(tài)情景，通過視聽感官多重刺激,學(xué)生在較短的時間內(nèi)獲取實(shí)際直觀生產(chǎn)信息,使得抽象的難于描述的內(nèi)容變得具體化和易于傳授[7-8]。在工廠設(shè)計(jì)部分，利用總平面布置圖、工藝流程圖、生產(chǎn)車間工藝布置圖等圖片中包括的設(shè)計(jì)內(nèi)容，通過分析講解其中設(shè)計(jì)思路，學(xué)生更加清晰直觀地理解設(shè)計(jì)的基本原則、工藝流程選擇依據(jù)及車間工藝布置的要領(lǐng)。采用多媒體教學(xué)，更多是將學(xué)生引導(dǎo)至現(xiàn)場情景，彌補(bǔ)學(xué)生缺乏窯爐和工廠感性認(rèn)識，使得理論知識在一定程度上感性化，能夠真正掌握窯爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和生產(chǎn)原理，從而培養(yǎng)學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣。同時，利用課件，可以實(shí)現(xiàn)及時地對所學(xué)的知識進(jìn)行自查，循環(huán)多次對內(nèi)容進(jìn)行加深鞏固，完善強(qiáng)化了學(xué)習(xí)過程，從而有效地提高了教學(xué)質(zhì)量。

2.3 創(chuàng)新教學(xué)方法，大膽實(shí)施互動啟發(fā)式教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，部分學(xué)生對于這門課程的學(xué)習(xí)感到難度較大，且缺乏興趣和學(xué)習(xí)動力。主要是因課程性質(zhì)決定了它必然與工廠生產(chǎn)實(shí)際緊密結(jié)合，而平時學(xué)生真實(shí)場景實(shí)踐機(jī)會較少，感性認(rèn)知缺乏，使得專業(yè)知識聯(lián)系工廠實(shí)際生產(chǎn)比較生硬。再加上課程內(nèi)容學(xué)科綜合性較強(qiáng)，就造成了一定的困難阻力，如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情是亟待解決的問題。根據(jù)現(xiàn)代教學(xué)理論，教學(xué)活動是一個雙向互動的過程。其中，教師是主導(dǎo)，而學(xué)生是對象主體，任何一方的作用都不能被忽視和有所偏頗。為解決以上問題，結(jié)合多媒體教學(xué)運(yùn)用有利于展開靈活多樣的互動啟發(fā)式教學(xué)模式，可大大地引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生思維，激活學(xué)生的探索未知精神，增強(qiáng)學(xué)生對知識的深入理解、吸收與延伸創(chuàng)新。在教學(xué)方法上，以某一個主題進(jìn)行問題討論，運(yùn)用窯爐與裝備圖片錄像等媒介手段引入話題，讓學(xué)生重點(diǎn)關(guān)注在實(shí)踐中的具體問題，就問題的分析解決來尋找思路辦法。以這種面對面交流方式來展開討論，知識講授變?yōu)檫吽伎歼呌懻摚坏梢岳蠋熀蛯W(xué)生的距離，活躍氣氛，使學(xué)生更主動地參與進(jìn)入教學(xué)活動，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和質(zhì)量。比如，針對工廠設(shè)計(jì)中的某個原則或者某個流程圖不斷設(shè)置新的問題，引導(dǎo)學(xué)生積極思考、討論、暢所欲言，強(qiáng)化了他們對課程內(nèi)容的理解。再如，講窯爐結(jié)構(gòu)時在重要部位和局部結(jié)構(gòu)設(shè)置問題點(diǎn)，并且可以利用動畫模式慢放演示，對窯爐結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆分，可隨時提問當(dāng)中部件的功能實(shí)現(xiàn)、特點(diǎn)以及應(yīng)用范圍等，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣積極性和思維主動性，營造構(gòu)建教與學(xué)相長的融洽課堂氛圍。

2.4 強(qiáng)化課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力，注重教學(xué)實(shí)習(xí)作用

在無機(jī)非金屬材料專業(yè)培養(yǎng)方案中,本課程的設(shè)置上以無機(jī)材料工藝學(xué)和粉體工程等課程為全廠生產(chǎn)工藝和設(shè)備為基礎(chǔ)，后續(xù)依托設(shè)計(jì)訓(xùn)練為課程的延續(xù)。課程設(shè)計(jì)是學(xué)好課程的重要實(shí)踐培養(yǎng)環(huán)節(jié)，實(shí)質(zhì)上是本課程內(nèi)容在一定程度上的延伸再學(xué)習(xí)。可以這么說，課堂學(xué)習(xí)是定性學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)訓(xùn)練卻是定量學(xué)習(xí)，因?yàn)樗婕暗绞蔷唧w的計(jì)算、選型以及繪圖等過程環(huán)節(jié)，也反映出是從一個被動接收到主動應(yīng)用知識的過程。按照教學(xué)大綱的要求，設(shè)置“兩磨一燒”三塊內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)選題，根據(jù)給定的不同題目來獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)。包括設(shè)計(jì)說明書、物料平衡計(jì)算表、主機(jī)設(shè)備表、工藝流程圖、工廠總平面布置圖和車間布置圖等。通過課程設(shè)計(jì)訓(xùn)練，學(xué)生需要將所學(xué)的理論知識與搜集的設(shè)計(jì)參考資料有效地整合，從而實(shí)現(xiàn)了理論學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)實(shí)踐的有機(jī)統(tǒng)一結(jié)合，全面地掌握工廠設(shè)計(jì)的整個全過程環(huán)節(jié)。通過工廠設(shè)計(jì)實(shí)踐不僅掌握了工廠設(shè)計(jì)的基本方法，而且鍛煉培養(yǎng)了學(xué)生的獨(dú)立思考能力、創(chuàng)新意識和團(tuán)結(jié)協(xié)作精神等綜合素質(zhì)。具體操作實(shí)施中，以若干名同學(xué)為一個設(shè)計(jì)小組模式，小組內(nèi)部成員分工由小組組長來分配，在成果提交時，由組長來講解本組的設(shè)計(jì)成果，其它同學(xué)進(jìn)行負(fù)責(zé)項(xiàng)目塊的補(bǔ)充討論。

同時，該課程所講述的工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備選型等內(nèi)容決定它必然是與工廠生產(chǎn)實(shí)際緊密結(jié)合。盡管在課堂教學(xué)中采用了多媒體教學(xué)手段，生動形象的電子課件大大強(qiáng)化了學(xué)生對生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行和工廠生產(chǎn)布局的感性認(rèn)識，但是圖片視頻畢竟不能完全代替現(xiàn)場實(shí)地的參觀認(rèn)識。參觀學(xué)習(xí)可以使學(xué)生親眼看到觸摸到課本上靜止呆板的生產(chǎn)設(shè)備是如何運(yùn)轉(zhuǎn)的，感受到書本上簡單的流程是如何通過復(fù)雜的工藝過程來實(shí)現(xiàn)的，也真正理解了廠區(qū)內(nèi)車間設(shè)備布局的道理所在。在生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)階段，結(jié)合本課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)都對應(yīng)聯(lián)系了幾家生產(chǎn)企業(yè)。通過更多的實(shí)地教學(xué)，真正實(shí)現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際，收到了事半功倍的效果。在實(shí)踐過程中，學(xué)生們對現(xiàn)場中每一個生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)都產(chǎn)生強(qiáng)烈的好奇心，對感興趣的問題不停地追問，極大地激發(fā)了求知欲，促進(jìn)了進(jìn)一步去學(xué)習(xí)的動力。但是，實(shí)習(xí)中出于企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)和安全考慮，有些環(huán)節(jié)是不能真正實(shí)地深入接觸。切實(shí)可行的補(bǔ)充做法是設(shè)計(jì)安排生動的情景教學(xué)，精心挑選的典型錄像和3D制作場景作為生產(chǎn)背景，營造如入現(xiàn)場的“虛擬實(shí)踐教學(xué)”環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生輔助掌握課程設(shè)計(jì)的要領(lǐng)和方法。在這種虛擬場景課堂上，充實(shí)了認(rèn)識實(shí)習(xí)和現(xiàn)場授課環(huán)節(jié)的教學(xué)任務(wù)。

3 結(jié)束語

此次課程的建設(shè)注意課程內(nèi)容的精煉革新整合，以點(diǎn)帶面突出主要內(nèi)容，更加有利于學(xué)生素質(zhì)化教育和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，為學(xué)生獨(dú)立思考和解決問題奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。課程建設(shè)從多媒體形象化教學(xué)課件使用，互動啟發(fā)式的生動教學(xué)，到實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)中理論轉(zhuǎn)化實(shí)際的課程設(shè)計(jì)和直觀的情景實(shí)習(xí)，使學(xué)生學(xué)習(xí)抽象理論知識生建立直觀的概念，有助于學(xué)生形成完整的知識體系，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)。實(shí)踐證明，上述教學(xué)改革對教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量的提高，起到十分有效的作用。