化工設備機械基礎課程設計實踐與思考

諸士春　劉文明　陸怡

摘? 要：化工設備機械基礎課程設計綜合性強，教學目標定位應準確;課程內容應面向實際工程問題，強調學生工程能力訓練;教師應具有工程實踐教學能力，注重課程設計過程中的主動引導作用;教學組織實施應科學可行，結合清晰的課程考核標準，培養和提高學生解決實際工程問題的能力。

關鍵詞：化工設備;課程設計;教學實踐

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2019）15-0080-03

Abstract： Design of mechanical foundation of chemical equipment is a course with strong comprehensiveness. Curriculum objective of the course should be accurate. Curriculum content should be project-oriented and pay great attention to training the engineering ability. Teachers should have engineering practice teaching ability to guide students. Curriculum implementation should be scientific and feasible. Curriculum assessment methods should be clear. With these measures， students' ability to solve engineering problems can be cultivated and improved.

Keywords： chemical equipment; course design; teaching practice

近年來，在推進全面工程教育、面向工程教育專業認證背景下，工科高校做好實踐教學環節對提升大學生實踐和創新能力具有重要意義[1]?；ぴO備機械基礎課程設計是化工、能源等非機類專業開設的必修課程，具有極強的實踐性。雖然眾多高校在教學改革中進行了很多有益的探索與總結[2-4]，但是目前化工設備機械基礎課程設計依然面臨一些問題，在教學質量提高上步步艱難。本文在近五年來的化工設備機械基礎課程設計教學實踐基礎上，從教學目標、課程內容、教師隊伍、教學實施、課程考核角度分析課程所面臨的問題，嘗試探討如何提高課程設計質量。

一、教學目標

化工設備機械基礎課程設計是一門綜合性實踐課程，涉及多門教學課程內容，可以直接或間接實現的教學目標較多。在鞏固所學內容、培養學生工程意識和工程設計能力上，具體的課程設計教學目標定位不宜過泛，應更為具體、清晰。教學目標定位不清晰直接影響到課程內容組織、課程教學實施以及學生成績考核。

不同院校在化工設備機械基礎課程設計教學目標制定上會不一樣，不過一般都會涉及到以下四個方面。一是標準、規范和相關工程手冊的查閱使用能力;二是面向工程實踐的分析問題和解決問題能力;三是工程分析、設計、計算、制圖和表達能力;四是職業道德和誠信教育[5]。

有高校將創新能力直接納入該課程設計的教學目標[4]，然而從狹義的角度來看，該課程設計中的很多課程內容強調學生需要嚴格遵循設計標準或設計規范，即便課程設計課題為非標設計，這其中所涉及到的“創新”內容其實并不明顯。另外有一些高校，在教學目標中著重強調團隊協作能力的提高[5-7]，這一做法值得商榷。目前，絕大部分高校里，該課程設計教學時長僅為一周，掐掉布置任務和最后答辯，學生實際完成課程設計僅僅只有4天左右時間，在這么短的時間內，強調提升“團隊協作”能力是否會產生負面導向？

二、課程內容

課程內容不等同于課程任務書。絕大部分學生雖然完成了相關前期課程的學習，但對于設備設計的認識還是較為抽象的。雖然設計任務書中一般都包括了設計基本條件、詳細的設計步驟和設計計劃安排等[2，5]，但學生對完成這些步驟所需要的知識并未系統掌握。指導教師需要站在設計步驟這一條線的上方，根據課程設計不同階段需要做的工作，歸納出學生必須掌握的具體知識，按照課程設計計劃安排主動逐步提前釋放課程內容，引導學生一步一步往前走，這樣才能有效控制課程設計進度和質量。

課題應面向工程實際問題，且難度適宜。化工設備機械基礎課程設計的課題一般包括塔設備、管殼式熱交換器、反應釜和各類儲罐等，這些課題可以來自于企業或設計所，設備設計條件應清晰、準確，不宜憑空捏造。在具體設備選擇上，宜選擇經典設備，慎用非標設備，這有利于學生鞏固已學內容，且經典設備設計過程對學生的規范性訓練更有益。絕大部分高校的化工設備機械基礎課程設計課時僅為一周[3-5，7-8]，要慎選難度較大的管殼式熱交換器或塔設備，否則極易導致課程設計進度的失控。雖然立式儲罐或臥室儲罐結構較為簡單，但從實際教學情況來看，學生基本能在一周時間內完成。

課題宜一人一題，且覆蓋整臺設備設計全過程。為避免課題單一，或者強調“團隊協作”，將一臺設備，如管殼式熱交換器，按部件分成多組設計課題，由學生共同完成?；驅spen、SW6等軟件使用結合到課程設計中，直接使用軟件來代替繁瑣的計算過程，這有利于提高學生參與課程設計的熱情，且讓學生在設計工具使用上得以鍛煉。然而這兩種方式或許都不太合適。課程設計本質是訓練每一位學生根據設計條件，遵循相關標準和規范，按照嚴格的計算步驟，通過規范的制圖訓練，讓一臺設備從無到有呈現出來，從而培養學生相關能力。因此課程設計課題內容確定時，應合理使用各類設計軟件，慎用軟件代替必要的訓練過程，重視一人一題，這有利于培養學生把握大工程和復雜工程的能力。

三、師資隊伍

教育部長陳寶生在今年兩會期間說到：要孩子做到的，家長首先要做到。放到課程設計上是同樣的道理：要求學生做到的，指導教師首先要能做到。雖然課程設計一般都安排在了大三，然而絕大部分學生對設備設計依然茫然，要在一周時間內完成一臺設備的選型、設計計算到出圖，客觀上講，設計任務是較重的。這就對課程設計指導教師的能力提出了很高的要求。

指導教師要有豐富的工程實踐教學能力。目前絕大部分高校中的教師，大部分都直接來源于國內外院校中相關專業畢業的博士，雖然具有較強的科研能力，但是缺乏足夠的工程實踐背景，缺乏嚴格系統的工程訓練[9，10]。作為該課程設計指導教師，尤其是青年教師，至少應具備以下兩項基本能力：一是熟悉設備設計相關標準、規范和工程設計手冊，要清晰了解設備設計過程中所涉及到的相關具體內容;二是要能從實際工程角度出發分析問題和解決問題。這兩項基本能力若不能達到，一方面指導教師不能站在一定高度上，從課程內容角度完成教學，導致整個課程設計進度被學生的工作進展拖累;另一方面指導教師難以勝任課程設計中具體指導工作，甚至出現無法解答學生問題的尷尬現象。

指導教師需要足夠的責任心。由于課程設計時間短、任務重，學生基礎知識整體偏薄弱，在整個課程設計過程中，絕大部分學生基本都是白天夜晚連續做，個別同學到最后甚至需要通宵趕工。而且一般高校都將課程設計安排在期末，恰值專業教師工作最為繁忙的階段。因此，課程設計不僅僅要求指導教師科學組織教學進度，更需要有較強的工作責任心，能積極主動融入到學生中去，有預見性地及時通過各種方式指導學生，避免學生在課程設計過程中出現工作停頓或走彎路。

四、教學實施

教學實施是化工設備機械基礎課程設計的核心部分，然而目前絕大部分高校的課程設計課時僅為1周時間。為了延長課時，部分高校[2，8]“拆東墻補西墻”，在《化工設備機械基礎》課程教學過程中就下發課程設計任務書，將部分課程設計內容分散到了對應課程教學中，課程設計階段簡化為學生的實踐過程和教師的生問師答式指導，這一方式值得商榷。很多高校在教學改革中，《化工設備機械基礎》課程教學時長從48學時或40學時縮短到了32學時[5]，而這32學時的教學包括了力學基礎、工程材料、設備設計基本知識、典型化工設備介紹，本身教學任務相對較重，對于課程設計的教學也只能蜻蜓點水。何況有些院校的課程設計與《化工設備機械基礎》課程并未安排在同一學期，甚至相隔1個學期[7]。從本質上說，提高課程設計質量還是需要給予科學的教學時長，要想在1周時間內完成課程設計，指導教師必須對課程設計的實施進行精心組織。

課程設計應選擇固定設計室，并配有教學投影設施，以便于有效開展課程內容教學和集中問題解答。設計過程一般至少分為三個階段：設計計算與撰寫計算說明書、制圖和出圖、答辯，指導教師需要及時控制每一個環節的進度和質量。以本校的課程設計為例，要求學生最終提交紙質手寫計算說明書和AutoCAD出圖，學生的設計計算草稿、結構設計草圖必須經過指導教師認可后，才可以開始CAD制圖。

在課程設計教學過程中，課程內容應根據設計步驟逐步釋放，不宜一次性集中講授。部分指導教師由于時間和精力限制，習慣于在課程設計開始的第一天就把所有相關內容講授完成，剩下的時間交給學生，寄希望于學生主動邊自學邊實踐。指導教師在隨后的課程設計中只是巡查指導、答疑和督促。這一方式將課程設計進度變成了學生的設計進度，容易產生兩種負面現象：一是指導教師的提前引導成了被動答疑;二是學生出現嚴重分化，一部分主動性較強的學生能及時完成設計內容，而另一部分學生受自覺性和個人能力影響，出現工作停頓和觀望現象。最終導致課程設計拖延，甚至變相“逼迫”學生抄襲。

課程設計內容實施方案必須細化。以本校實踐為例，將設備設計全過程分解為以下具體內容：介質物性和設計參數的確定、總體結構尺寸確定、材料選擇、強度設計與校核、設備質量分析計算、附件及支座選型、裝備圖草圖繪制、CAD制圖、編寫計算說明書。根據設計內容，嚴格細化指導教師和學生在課程設計每一個半天里需要做的工作。每日上午的前2小時都安排為指導教師教學講授，課程內容圍繞學生當日所需完成工作的必備知識，以起到了引導作用。隨后的時間主要是巡查和答疑，發現的共性問題集中解答。答疑過程中一般不直接給出答案，而是引導學生在相關標準規范或設計手冊中查閱。同時指導學生每一天白天盡量開展進展性工作，遇到問題可以及時和指導教師溝通，而重復性工作可以安排在晚上獨立完成。

有必要說明的是課程設計計算說明的提交形式，一些學校[2]要求學生采用word版打印后提交，而本校依然要求采用紙質版手寫。相對于電子版計算說明書，手寫計算說明書至少有三個方面的優勢：一是更能強化學生設計計算能力，在演算草稿到計算說明書的重復勞動中，學生的工程思維得到了訓練;二是紙質版手寫計算說明書的質量能直接反映出學生課程設計的態度;三是在防止學生抄襲方面有一定的作用。

五、課程考核

課程設計成績考核應重過程、輕結果。課程設計的成績考核一般包含四個部分組成：平時成績、計算說明書成績、圖紙成績、答辯成績[7]。根據專業和學生具體情況，可以在這四個方面成績考核比重上有所側重。課程設計成績考核標準應在布置任務時就向學生公開，讓學生知道課程設計的每一個環節都需要認真對待。

平時成績的評定不是簡單的考勤，還應包括學生和指導教師之間的交流頻次和質量，重在學生對課程設計的投入程度，以及在課程設計過程中表現出的持續改進、不斷提高的成長度。計算說明書的成績評定應包含計算結果是否正確、標準規范應用是否準確，設計內容是否全面、計算說明書格式是否規范，以及語言表達（含專業術語）和書寫質量。圖紙成績評定應至少包含以下三個方面：一是圖紙表達是否完整，如明細欄、技術要求、標題欄、結構視圖、各類標注等;二是圖紙內容是否正確，如視圖表達、線性選擇、標準引用等;三是圖面質量如何，如視圖比例、視圖布局、字體大小等。答辯環節中，指導教師可以采用提前準備好的問題進行，也可以根據學生提交的計算說明書和圖紙有針對性地提問，考察學生對整個設計過程中涉及到的內容掌握程度。

六、實踐中的一些問題

課程設計配套課程和實踐環節應完備。學生對設備的認知在前修課程、其它實踐課程中應有重視。要盡量做到學生在開始課程設計之前，已經通過校外企業參觀、實驗教學、視頻教學、仿真教學等方式接觸過各類化工設備。另外前修課程體系必須完整，曾接觸過教學班級《工程制圖》雖為必修課，CAD制圖課程卻為選修課，而該課程設計又是必修課，最終導致課程設計過程中制圖環節困難重重。

課程設計資料及相關內容。早期課程設計資料采用紙質版供學生查閱的情況較多，然而一方面紙質資料數量有限，難以做到人手一份，另一方面各類標準規范更新較快，這就要求指導教師做好設計資料的準備工作。宜采用電子版資料，通過課程設計QQ群形式共享給學生使用。由于課程設計課時較短，部分設計資料內容可打印后粘貼在設計室，便于學生查閱。

抄襲。課程設計抄襲基本上包括三種方式：一是學生抄襲同學;二是學生抄襲學長;三是學生尋找代工（一般為網絡購買）。這就要求指導教師在以下三個方面做好工作：一是多一些時間走進設計室，在巡查過程中跟蹤和督促每一位學生的工作進度，甚至在制圖環節可以要求學生每日提供不同時間段的電腦屏幕截圖;二是課程設計的課題選擇要多樣;三是要有方法能辨別出學生疑似抄襲情況，如計算說明書或圖紙中一模一樣的錯誤、圖紙圖面質量所反映出的制圖能力與學生能力不符，甚至在一張圖中表現出的制圖習慣不一致。

七、結束語

化工設備機械基礎課程設計不僅僅是對前修課程所學知識的鞏固與綜合應用，更是學生工程實踐能力的一次規范性訓練。毫無疑問，提高化工設備機械基礎課程設計質量需要做的工作還很多，這要求指導教師面向工程，明確教學目標，科學規劃課程內容，精心組織教學實施，讓課程設計成為“有深度”、“有難度”、“有挑戰”、學生有“獲得感”的“金課”。

參考文獻：

[1]高鐵紅，張爭艷，孫立新，等.面向工程教育認證的機械專業綜合性實踐教學新模式[J].高教學刊，2016（20）：170-171.

[2]李政輝，李慶生，姚忠.化工設備機械基礎課程設計教學中存在的問題與改革[J].化工高等教育，2012（1）：47-49.

[3]呂奕菊，姚金環，王桂霞，等.“化工設備機械基礎”課程設計的教學改革思考[J].梧州學院學報，2016（3）：74-77.

[4]楊梅，吳菊，金俊成，等.應用型本科院?；ゎ愓n程設計學生能力培養[J].廣州化工，2015（3）：180-181+199.

[5]龐明軍，巢建偉，高光藩，等.化工設備基礎課程設計教學質量保證措施分析[J].教學研究，2014（4）：97-99.

[6]江華生，陳樹大.基與CDIO模式的《化工設備機械基礎》課程設計教學改革[J].化工時刊，2013（3）：56-58.

[7]鄭麗華，郝俊文，陳玨.化工設備機械工學課程設計的改革與探索[J].化工高等教育，2005（3）：66-67+63.

[8]梁克中.化工設備機械基礎課程設計教學改革探討[J].三峽高教研究，2013（4）：21-22.

[9]劉敏，王慧鋒，毛慶峰，等.工程教育認證視域中高校青年教師工程實踐教學能力培養體系的構建與實踐[J].化工高等教育，2017（4）：17-22.

[10]陳彬，潘藝林.實施全面工程教育改革工科教師非工化趨向[J]. 化工高等教育，2008（1）：1-4.