導(dǎo)語：設(shè)備設(shè)計與課程設(shè)計實踐研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:為了改進民族大學(xué)過程裝備與控制工程專業(yè)主干課教學(xué)效果，嘗試將CDIO工程教育理念引入過程設(shè)備設(shè)計及課程設(shè)計中，以過程工程項目設(shè)計帶動課程教學(xué)，課程設(shè)計分小組完成一個工段的設(shè)備設(shè)計，有效實現(xiàn)了實踐教學(xué)與理論教學(xué)相輔相成、相得益彰，很好地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，有利于學(xué)生建立工程意識，激發(fā)專業(yè)熱情，增強團隊協(xié)作。

關(guān)鍵詞:過程設(shè)備設(shè)計;課程設(shè)計;CDIO工程教育;應(yīng)用型人才

當(dāng)今社會要求人才要具有較強的實踐能力和創(chuàng)新意識，北方民族大學(xué)是教學(xué)型學(xué)校，學(xué)校的培養(yǎng)目標(biāo)定位是為少數(shù)民族地區(qū)培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才，所以提高學(xué)生工程素質(zhì)和實踐能力尤為重要。同時，民族大學(xué)工科學(xué)生明顯缺少在項目或團隊合作方面的實際經(jīng)驗訓(xùn)練，所培養(yǎng)的工程技術(shù)人才在個人素質(zhì)、人際能力、團隊合作等方面存在短板。因此，需要工科教育者改革、探索并優(yōu)化工程教育模式和手段。CDIO(Conceive－Design－Implement－Operate)工程教育理念即為采用構(gòu)思－設(shè)計－實施－運行的教育模式，是引導(dǎo)學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)，從而提高學(xué)生的工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力，培養(yǎng)具有較強工程能力和深厚技術(shù)基礎(chǔ)的工程師［1］。過程設(shè)備設(shè)計是過程裝備與控制工程專業(yè)的專業(yè)主干課，內(nèi)容涉及材料、力學(xué)、腐蝕與防護、過程原理、機械設(shè)計基礎(chǔ)和制圖等學(xué)科知識，是一門多學(xué)科交叉融合的綜合性專業(yè)課［2］。受傳統(tǒng)教學(xué)觀念影響，該課程主要以講授理論知識為主，以考試成績和平時作業(yè)作為評價學(xué)生學(xué)習(xí)效果的標(biāo)準(zhǔn)，實踐環(huán)節(jié)少，缺少對學(xué)生工程能力的訓(xùn)練，缺乏應(yīng)用和實踐能力的考核，導(dǎo)致學(xué)生“工程”意識不強、團隊協(xié)作不積極、職業(yè)道德缺失、與企業(yè)需求脫鉤。近年來很多學(xué)校通過對過程設(shè)備設(shè)計課程改革以提高學(xué)生實踐應(yīng)用能力，李佳等［3］研究將形成性評價用于過程設(shè)備設(shè)計，能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和學(xué)習(xí)效果評價的全面性，但仍存在評價構(gòu)成影響成績好的同學(xué)的學(xué)習(xí)熱情、評價標(biāo)準(zhǔn)不準(zhǔn)確、評價反饋過于簡單、小組互評有失公平等問題。許桂英等［4］嘗試將仿真研究融入過程設(shè)備設(shè)計課程教學(xué)，使學(xué)生綜合能力得到提高。在本校，學(xué)院2014版培養(yǎng)方案將過程設(shè)備設(shè)計的教學(xué)課時從80課時減到64課時，為了探討如何在有限的學(xué)時內(nèi)達(dá)到較好的教學(xué)效果、改進過程設(shè)備設(shè)計現(xiàn)有教學(xué)體系的不足，本校過程設(shè)備設(shè)計課程組嘗試將CDIO工程教育理念引入到過程設(shè)備設(shè)計教學(xué)及課程設(shè)計中，以CDIO人才培養(yǎng)理念開展課程的改革，取到了良好的教學(xué)效果。

1過程設(shè)備設(shè)計及課程設(shè)計教學(xué)現(xiàn)狀分析

過程設(shè)備設(shè)計包含壓力容器設(shè)計和過程設(shè)備設(shè)計兩大部分內(nèi)容［5］，其中容器設(shè)計部分要求學(xué)生掌握中低壓和外壓容器常規(guī)設(shè)計、了解高壓、超高壓容器分析設(shè)計和疲勞設(shè)計方法、學(xué)會壓力容器整體設(shè)計等內(nèi)容;而設(shè)備設(shè)計部分則是在容器設(shè)計的基礎(chǔ)上，進一步掌握儲罐、熱交換器、塔、反應(yīng)器等典型過程設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計;同時還要求學(xué)生了解和會查用現(xiàn)行容規(guī)(TSG21)和系列國家標(biāo)準(zhǔn)(GB150、GB151)、能源部標(biāo)準(zhǔn)(NB/T47041)、原化工部及機械部的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，是一門直接面向工程實際，理論性和實踐性都很強的課程。該課程工程性強，理論深奧、內(nèi)容枯燥，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，特別是壓力容器應(yīng)力分析部分，需要有堅實的彈性力學(xué)和彈塑性力學(xué)基礎(chǔ)，而北方民族大學(xué)的學(xué)生70%以上是來自偏遠(yuǎn)地區(qū)的少數(shù)民族學(xué)生，生源背景決定著學(xué)生的力學(xué)基礎(chǔ)比較薄弱，上大學(xué)后大學(xué)物理、工程力學(xué)都學(xué)得比較吃力，而本課程也受學(xué)時數(shù)的限制，不可能在課堂上大量補充力學(xué)知識，使得教學(xué)效果不太理想;同時又因為學(xué)生缺少工程實踐機會，難以理解典型設(shè)備結(jié)構(gòu)形式和工作原理、零部件結(jié)構(gòu)和介質(zhì)的流通通道等，這必然會影響學(xué)生對設(shè)備及零部件結(jié)構(gòu)的認(rèn)識和理解。過程設(shè)備設(shè)計課程設(shè)計是與過程設(shè)備設(shè)計課程匹配的一個重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。通過在教師指導(dǎo)下進行典型過程設(shè)備的設(shè)計訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生熟悉設(shè)計方案的分析論證、結(jié)構(gòu)設(shè)計、設(shè)計規(guī)范以及化工制圖等內(nèi)容，通常安排在理論課結(jié)束之后進行，主要是單人單題，題目之間關(guān)聯(lián)性少，同學(xué)間也缺乏交流，設(shè)計成果沒有展示環(huán)節(jié)。

2基于CDIO理念的過程設(shè)備設(shè)計及課程設(shè)計的改革方案及實施

2.1改革方案。將CDIO理念引入過程設(shè)備設(shè)計課程中的設(shè)備設(shè)計內(nèi)容的教學(xué)，重新整合規(guī)劃課程教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建課程知識體系，制訂基于CDIO理念的過程設(shè)備設(shè)計和課程設(shè)計的教學(xué)大綱，提出以設(shè)計任務(wù)(化工流程中工段設(shè)備設(shè)計案例)為中心來確定教學(xué)目標(biāo)、設(shè)計教學(xué)方法、實施教學(xué)過程、強化效果考核，實現(xiàn)一體化探究式教學(xué)，在課堂教學(xué)中體現(xiàn)過程設(shè)備設(shè)計課程的實踐性;把過程設(shè)備設(shè)計理論課和課程設(shè)計結(jié)合起來，將單臺設(shè)備簡單條件的課程設(shè)計變?yōu)樯a(chǎn)流程中工段級別的相關(guān)設(shè)備設(shè)計，并且分成兩段設(shè)計(概念設(shè)計和工程設(shè)計)，在實踐氛圍中使學(xué)生較好地掌握設(shè)計方法、熟悉各類標(biāo)準(zhǔn)、制定設(shè)計文件，培養(yǎng)學(xué)生的能力和素質(zhì)。2.2具體實施過程。(1)前四章理論性強的壓力容器設(shè)計內(nèi)容由教師主講，選后四章應(yīng)用性強的設(shè)備設(shè)計內(nèi)容切入CDIO模式，放棄傳統(tǒng)課程教學(xué)以課堂知識傳授為主的模式，教師講學(xué)生做，讓學(xué)生在完成具體項目的過程中通過“一講一做”來構(gòu)建相關(guān)理論知識。具體做法是以過程工程項目帶動課程教學(xué)，確立了MTP流程中C3分離、脫乙烷、脫乙烯以及焦?fàn)t氣制甲醇流程中脫硫、預(yù)精餾、加壓精餾、常壓精餾、甲醇回收等8個工段的設(shè)備設(shè)計，每個工段4～5臺典型設(shè)備，基本上包含了塔器、熱交換器、貯存容器，一開始講授設(shè)備設(shè)計的內(nèi)容就把題目公布。(2)讓學(xué)生自由組隊并選題，4～5個學(xué)生一組，引導(dǎo)學(xué)生在組對時考慮成績梯度，爭取優(yōu)秀學(xué)生帶著一般學(xué)生做。教師將上述8個工段中工廠在用設(shè)備的實際工況參數(shù)提供給學(xué)生，作為學(xué)生課程設(shè)計的參數(shù)，每組選一個工段，組員每人負(fù)責(zé)其中一臺設(shè)備。(3)實施CDIO團隊項目，以組內(nèi)協(xié)作、組間競爭、自主探究的方式學(xué)習(xí)，完成一項包括構(gòu)想、設(shè)計、實施、改進的全過程的團隊設(shè)計項目的概念設(shè)計，并進行過程評價。首先要求每個小組根據(jù)學(xué)過的壓力容器常規(guī)設(shè)計知識進行總體構(gòu)思，包括人員組成和任務(wù)分解，確定項目內(nèi)容和方向，通過查閱相關(guān)工藝背景、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計手冊等文獻資料，小組成員互相討論，根據(jù)組員特長和能力選擇或分配設(shè)備，確定項目中各臺設(shè)備設(shè)計的基本方案。在構(gòu)思的基礎(chǔ)上，組員對自己選定的設(shè)備進行設(shè)計思路的闡述，并進行小組內(nèi)部答辯，由小組同學(xué)一起評價，供團隊進一步修改方案。然后根據(jù)理論課程進度，逐步完成項目主體設(shè)備的概念設(shè)計(包括尺寸初步設(shè)計計算、設(shè)備零部件選型、控制方案選取等)。接著整理概念設(shè)計結(jié)果，結(jié)合理論知識，組員通過組內(nèi)和組間討論，找到各自構(gòu)思和設(shè)計中存在的問題，進一步修正后得到整體滿意的概念設(shè)計。(4)抽6～8課時(每小組約1小時，每人10～15分鐘)采用小組辯論式教學(xué)，組員各自對概念設(shè)計中工藝參數(shù)確定、主體設(shè)備尺寸、零部件選型、控制方案設(shè)計等內(nèi)容拿出有理有據(jù)的辯論材料，然后在全班同學(xué)面前進行辯論，最后和教師一起做出最終的概念設(shè)計總結(jié)，期間教師對每個學(xué)生的表現(xiàn)給與評價，同時各小組之間也互相評價，加權(quán)平均后作為CDIO項目成績的平時部分。(5)最后小組提交一份CDIO項目成果，抽2課時(每小組約15分鐘)展示CDIO項目成果，聘請企業(yè)工程師和指導(dǎo)教師對學(xué)生概念設(shè)計中存在的問題給予正確引導(dǎo)并給出修改建議，由教師和企業(yè)工程師一起評定小組CDIO項目成果成績。(6)理論課結(jié)束后，每個小組成員將自已負(fù)責(zé)的設(shè)備根據(jù)CDIO項目成果展示時老師和企業(yè)工程師提出的修改意見仔細(xì)修改，然后按專業(yè)理論及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進行系統(tǒng)的工程設(shè)計，整理設(shè)計資料作為課程設(shè)計成果，并將最終設(shè)計成果與現(xiàn)場設(shè)備進行比較，小組成員再次集體探討在工程設(shè)計中存在的問題，并由企業(yè)工程師和指導(dǎo)教師共同完成課程設(shè)計成績的最終評定。(7)改革課程考核方式:摒棄“一考定一課”的考核方式，評價重點關(guān)注學(xué)生整體學(xué)到的東西。考核體系包括理論考試、課堂表現(xiàn)、CDIO項目辯論、CDIO項目成果等幾個部分組成，成績評定以學(xué)生在全過程的實際表現(xiàn)和成果為依據(jù)，其中理論考試50%，課堂表現(xiàn)10%、CDIO項目辯論15%，CDIO項目成果占25%。

3取得的效果

由于整個過程設(shè)備設(shè)計課程設(shè)計以工程項目設(shè)計形式貫穿于理論教學(xué)的過程中，將集中兩周的課程設(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚⑦M行、集中討論、課堂辯論的方式，使課程設(shè)計與理論教學(xué)同步，并與理論教學(xué)相得益彰、相輔相成;將傳統(tǒng)課程設(shè)計的單一設(shè)備設(shè)計改為小組合作的工段設(shè)備設(shè)計。由此可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和熱情，讓學(xué)生了解設(shè)備設(shè)計的全過程，樹立并培養(yǎng)學(xué)生的工程優(yōu)化意識。同時，把過程設(shè)備設(shè)計理論課和課程設(shè)計結(jié)合起來，將單臺設(shè)備簡單條件的課程設(shè)計變?yōu)樯a(chǎn)流程中工段級別的相關(guān)設(shè)備設(shè)計，并且分成兩段設(shè)計(概念設(shè)計和工程設(shè)計)，指導(dǎo)教師能在各環(huán)節(jié)及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計過程中不合理或不符合工程實際的問題，通過傾聽學(xué)生答辯和參與學(xué)生的項目小組討論，協(xié)助學(xué)生及時修改設(shè)計方案。這種理論教學(xué)與課程設(shè)計相結(jié)合的模式，有效實現(xiàn)了理論與實踐相結(jié)合，相輔相成，真正實現(xiàn)了專業(yè)課程教學(xué)的有機統(tǒng)一。另一方面，由于工段設(shè)備設(shè)計任務(wù)復(fù)雜、難度高、工作量大，單個學(xué)生很難獨自完成，而參與到小組項目中可促進同學(xué)間團結(jié)，有利于培養(yǎng)學(xué)生工程協(xié)作意識，亦可鍛煉學(xué)生綜合應(yīng)用知識、表達(dá)自我及與人溝通的能力。

4結(jié)語

將CDIO工程教育理念引入過程設(shè)備設(shè)計及課程設(shè)計中，有效實現(xiàn)了實踐教學(xué)與理論教學(xué)相輔相成、相得益彰，很好地調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，有利于學(xué)生建立工程意識，激發(fā)專業(yè)熱情，增強團隊協(xié)作能力。

參考文獻

［1］顧佩華，胡文龍，陸小化，等.從CDIO在中國到中國的CDIO:發(fā)展路徑、產(chǎn)生的影響及其原因研究［J］.高等工程教育研究，2017(1):24－43.

［2］廖國進，閆紹峰，戴曉春.提高學(xué)生實踐能力的過程設(shè)備設(shè)計教學(xué)改革研究［J］.遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版)，2015，17(1):106－107.

［3］李佳，於秋萍.形成性評價在過程設(shè)備設(shè)計教學(xué)中的探索與實踐［J］.化工高等教育，2017(2):58－62.

［4］許桂英，鄧易元，霍峰，等.過程設(shè)備設(shè)計課程仿真教學(xué)與實踐［J］．廣州化工，2017，45(7):183－184.

［5］鄭津洋，桑芝富.過程設(shè)備設(shè)計．4版［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2015:1－7.

作者:劉天霞 白志浩 杜春 姜國平 單位:北方民族大學(xué)