基于项目化教学的《化工设备基础》教学改革与实践

2015-01-27闫国伦

教育教学论坛 2014年42期

关键词：化工设备化工模块

闫国伦

（江阴职业技术学院，江苏江阴 214405）

基于项目化教学的《化工设备基础》教学改革与实践

闫国伦

（江阴职业技术学院，江苏江阴 214405）

《化工设备基础》是化工类专业的专业基础课。结合江阴职业技术学院精细化学品生产技术专业的办学特色和教学实践，基于项目化教学思路，从课程教学目标设定、课程的项目化设计、教学手段和考核方式改革四个方面对课改具体环节进行了探讨。

化工设备基础；项目化；教学改革；高职高专

现代化工呈现出化工产品生产、机械设备操作、电子计算机自动控制、信息技术运用一体化的发展趋势，这就需要从事现代化工生产的从业人员必须具备专业的相关知识。作为以培养一线产业工人为培养目标的高职化工教育，就要担负起培养能够胜任现代化工一线工作者的重任。《化工设备基础》这门课程主要教授学生化工设备基础知识，培养学生化工设备选型、操作、维护技能，这些知识和技能是现代化工一线工作者必不可少的知识结构[1]。《化工设备基础》是高职化工类专业学生所学的唯一涉及材料学、力学、机械传动、化工设备等相关知识“量大面广”的专业基础课，如何有效地开展该课程的教学，使本课程更好地为培养胜任现代化工生产的专业人才服务，一直是化工设备教育工作者思考和努力的方向。

我院目前使用的教材是王绍良编著的《化工设备基础》，参考教材使用的是王志斌主编的《化工设备基础》。课程的教学内容包括力学基础、材料学基础、传动与联接、常用化工设备、化工管路、化工设备故障诊断等章节。传统的教学方法是按照教材的章节编排顺序将知识点灌输给学生，然后安排期末考试进行理论知识的考核。这种传统教学方法的弊端在于课程的理论性太强、知识点缺乏系统性、理论与实践脱节、考核手段单一，从而导致学生学习兴趣不高、学习效果欠佳、不能学以致用等[2]。

项目化教学具有项目载体、任务驱动、工学结合等特点，受到了国内外职业院校教师的普遍认可。实践证明，采用项目化教学可以有效克服传统灌输式教学的弊端，学生学习积极性和主动性、解决实际问题的能力、教师的教学能力也得到了较大的提高[3，4]。正是基于项目化教学的思路，我们对《化工设备基础》课程开展了教学改革尝试，取得了解决问题的一些思路和方法，笔者从以下几个方面进行了探索。

一、教学目标设定

近年来，我院积极推动课程教学体系改革，在实现具有“现代班组长”及以上潜质的高技能应用型人才培养目标的指导下，结合本课程自身特点和学院的现有教学条件，分三个层次制定了教学目标：

1.知识目标：掌握常见材料的特性；掌握常见化工设备的结构、特点和适用场合；掌握压力容器的设计原理、校核原理；了解化工设备故障诊断的方法和原理等方面知识；

2.技能目标：能根据具体生产条件选择合适材料；能根据具体生产条件选配合适的化工设备；能根据具体生产条件进行化工设备的简单设计；能按照操作规范正确合理地操作化工设备；能对压力容器进行水压试验校核等。

3.素质目标：培养学生用控制论、系统论的观点来分析思考问题的能力。

通过本课程的学习要让学生达到基础知识扎实、技能够用、素质达标的水平。知识目标是基本目标，是每个学生经过本课程的学习都要达到的目标。技能目标是核心目标，是要通过项目化教学，使学生达到学以致用、解决问题的水平，这也是传统教学所忽视的地方。素质目标是终极目标，这一目标的实现不是靠一门课的学习能够实现的，这是学生在学完本专业所有课程以后要达到的目标，本课程的任务是为终极目标的实现打下良好的基础。

二、课程结构的调整与教学内容的改革

根据培养目标对课程结构进行了系统的调整，并按项目化教学思路对教学内容进行了改革，通过引入从生产实践而来的项目，使课堂所学知识与生产实践实现“零距离”对接，让学生直观地知道所学知识有什么用，怎么用，从而引起学生的学习兴趣，调动学生学习的积极性。

1.模块一——知识准备。主要内容包括：（1）子模块一：化工制图基础知识。这部分知识是新加入的内容，因为通过教学笔者发现，在没有专门开设《化工制图基础》的情况下，大部分化工类专业的学生对认读化工设备图、工艺流程图存在很大困难，而对于仿真实训和现代化工生产而言，能够认读和绘制简单的工艺流程图是必备技能，为了弥补这一缺陷，我们增加了化工制图的一些基础知识。通过学习南京化工职业技术学院的“均苯四甲酸二酐”的PID图，来介绍化工设备简图画法、化工设备图的组成和基本线型的含义、工艺流程图的认读与绘制等知识，最后通过让学生绘制我院精化实训工厂涂料生产设备的PID图来学以致用，巩固知识，同时为以后的精化实训课程打下良好基础。（2）子模块二：工程材料。通过引入项目“根据工艺参数为压力容器选材”，让学生学习在给定具体介质、温度、压力的情况下选择合适的压力容器用材，贯穿介绍常见金属材料的牌号知识，钢的热处理知识，金属防腐知识，为模块二反应器的简单设计提供选材知识准备。（3）子模块三：力学基础。通过引入项目“搅拌轴的尺寸设计”，培养学生根据实际情况建立力学模型、进行受力分析的能力，进行强度计算和校核，最终选择合适的设备构件尺寸，为模块二反应器设计提供知识准备。（4）子模块四：机械传动与联接。通过引入项目“传动类型的选择与维护”，锻炼学生根据实际需要（传动距离、传动比、使用寿命、成本等）来合理选择传动类型的能力。（5）子模块五：压力容器。通过引入项目“压力容器壁厚计算与强度校核”，重点训练学生根据工艺参数来计算低压薄壁容器的厚度的能力以及对现存设备进行强度校核的能力，为模块二化工设备简单设计提供知识准备。

2.模块二——典型化工设备基础知识。这部分内容是本课程的核心，是培养学生化工设备方面核心能力——知识、技能应用能力的部分，也是项目化教学最集中的地方。（1）子模块一：塔设备。引入项目“塔设备的类型选择”，引导学生从生产能力、分离效率、塔压降、操作弹性、结构、制造及造价等方面对板式塔和填料塔进行系统的比较，培养学生根据具体生产工艺选择合适塔型的能力（实例：设计一个生产工业酒精的精馏塔，相关参数给出，请选择合适塔型）。（2）子模块二：换热器。首先介绍换热器的分类，重点介绍化工生产使用最广泛的四类管壳式换热器——固定管板式、U型管式、浮头式和填料函式，采用对比教学法，从流体性质、温度、压力、允许的压降范围、单位换热面积、管程和壳程清洗难易程度、价格及安全性等方面系统比较四种换热器的优缺点，然后引入项目——炼油厂拟用一列管式换热器通过回收某油品的热量来加热原油，油品流经管程，冷热流体的平均温度差为54℃，请选择合适的列管换热器。然后指导学生查阅资料来判断要不要考虑管程和壳程的清洗和维修方便，要不要考虑温差补偿，要不要考虑设备耐压，逐步引导学生选出合适的换热器类型。（3）子模块三：反应器。首先介绍反应釜的组成、结构和搅拌器的类型，重点介绍搅拌器的分类与选型、机械密封的分类与选型，然后引入项目——为某PVC生产厂家设计聚合釜。我们首先采用启发式教学，启发学生从反应釜的结构出发思考设计一台反应釜要考虑哪些方面内容，将项目分解成具体的五个任务：①根据工艺条件合理选材：对模块一的选材内容进行复习巩固。②确定罐体的结构尺寸：学习高径比的确定原理。③确定罐体壁厚：对模块一的压力容器壁厚计算进行复习巩固。④选择合适的搅拌器：用搅拌器的选型知识解决实际问题。⑤选择合适的轴封装置：用机械密封的选型知识解决实际问题。（4）子模块四：化工管路。主要介绍化工管路的组成，重点介绍阀门的分类、结构与性能，然后引入项目——为某段管路选择合适的阀门。引导学生从介质的属性（状态、粘度、清洁度、腐蚀性）、温度、压力、阀门的功用（截止、节流还是调节）、价格和使用寿命等方面去选择合适的阀门种类。

3.模块三——故障诊断知识。这部分知识是对本课程的一个补充，不是本课程的重点，但考虑到后续课程要用的温度传感器方面的知识，所以我们重点介绍了几种温度传感器的原理、使用特点，然后通过一个项目来训练学生根据工艺条件和使用精度要求在热电阻、热电偶和红外测温仪之间进行合理选择的能力。

三、考核方式改革

实行过程考核与期末考试相结合，彻底打破“一考定终身”的传统考核模式。在每个大项目完成后，教师都下达任务书——即给出类似的项目，学生利用课余时间完成任务书，并形成任务报告书上交给老师，教师结合出勤情况、项目参与情况、预习作业完成情况和项目完成情况（知识应用能力、资料搜集能力、项目设计能力及报告书写能力等）给出该项目的成绩。所有项目的成绩的平均值作为过程考核成绩，最终成绩=过程考核成绩×60%+期末成绩×40%。

四、存在问题及解决方法

1.存在问题：本课程开展项目化教学后，学生的学习积极性得到了明显提高，实际应用能力得到了提升，但在实际教学过程中有些问题还有待解决，主要体现为：（1）部分学生基础知识不够扎实，方案设计有一定难度，存在抄袭现象。（2）部分学生查阅资料和独立思考的能力有限。（3）设计的项目实施方案雷同现象较多。（4）现场实践教学较少，学生缺少实操机会。

2.解决方法：针对上述问题，在以后的教学工作中，拟采取以下方法改善教学效果。（1）不能只注重项目化，而忽视了基础知识的教学，要做到基础知识够用，即应让学生掌握解决项目化问题的充足的基础知识，要根据学生的实际水平，调整基础知识的教学内容。例如，针对近年新生中文科生所占比例升高的情况，必须调整教学进度和教学内容安排，比如力学中的一些基本概念和理论，就要给学生“补课”，否则，就会出现部分同学上课如听“天书”的现象。（2）加强对学生的指导，对于学习困难的学生给予一定的辅导。通过及时批改学生的任务报告书，发现学生存在的学习困难，一经发现，立即解决，不使问题积累。（3）分组教学，鼓励学生独立思考。例如，针对抄袭现象，可在下达任务书的时候采取差别化措施，即整个班级的任务书的大体框架是一样的，但具体到每个小组的任务书在某些条件上会有差别，这样一来可以有效遏制抄袭现象。（4）加强与化工企业的合作，为学生创造过多的实操机会。我们与江阴的很多本地企业（迈康升华、四环生物等）建立了良好的合作关系，学生可以到这些企业参观、实习。（5）加强实验室建设，建设更好的实操环境。2011年以来，我们对精化实训工厂进行了改建工作，拟用三到四年时间，建成反应器、换热器、塔设备、管路系统、分散器、干燥器齐备的实训基地，可以为本课程提供比较完备的实操环境。