《化工设备机械基础》的学习体会与评析*

王洪波，苏　清，许浩川，王秋月，孙伟佳

(吉林大学化学学院，吉林　长春　130012)



教学园地

《化工设备机械基础》的学习体会与评析*

王洪波，苏清，许浩川，王秋月，孙伟佳

(吉林大学化学学院，吉林长春130012)

学生从“明确研究对象、知识深入程度、思路提炼、简化及模型、知识运用条件、标准化、应用及拓展”等方面谈了其学习《化工设备机械基础》的体会。老师对相应的体会进行了简要的评析。通过与学生深入的互动交流，可以有效地进行教学的自我反思，对进一步提高教学质量、提高学生分析问题与解决问题的能力、培养学生的创新思维和联想力大有裨益。

化工设备机械基础；学习体会；评析；受力分析

《化工设备机械基础》是一门综合性的机械类技术基础课，该课程在我校大三上学期面对化学学院化学工程与工艺、应用化学及高分子化学与物理专业开设。由于我院理论功底雄厚，工科背景薄弱，学生们对于《化工设备机械基础》[1]所涵盖的工程力学基础(静力学、材料力学)、金属学、焊接、机械设计、化工容器与设备等方面的内容感觉很陌生。为了加深学生对该课程的认识，在课堂教学过程中，始终注重力学模型的建立以及强化学生对该课程的整体性认识[2]，同时借鉴了我校经济学院的王文成老师的关于在课堂教学中引导学生进行微学术的思想，引导学生对所学的课程内容进行全方位的思考，并引导学生利用纸或其它日常生活中常见的物件制做课程中感兴趣的构件的模型，起到了很好的教学效果。在大多数教学改革中，老师们主要注重教学方法与教学手段的改革、教学内容的更新、自我能力与认知水平以及教学水平的提高[3-4]，而很少在教学过程中注重学生的学习反馈，因而在实际教学中，常常会出现老师自认为讲过且较简单的内容，考核时好多学生不会的现象。通过多年的教学实践，深刻体会到如果能经常在教学过程中和学生进行教学的相互反思和沟通，真正了解学生对所讲知识的接收程度，对于提高教学效果很有利。在给2013级学生讲授该课程时，始终给学生灌输微学术的思想，在课程结束后将学生随机分组，每组4～5人，让他们针对课程里某个感兴趣的内容或整个课程写一份学习体会，同学们参与度很高。通过学习体会的撰写，对该课程的整体内容有了深刻的认识，同时也强化了其对各相关课程知识的理解，以及该课程相关知识在日常生活中的运用。现选择其中一份体会以及对该体会进行的评析与大家分享，从中可以看出教师所讲与学生所听之间的异同，希望能给大家在教学中进行创新有一定的借鉴作用。

1　论《化工设备机械基础》课程学习方法

《化工设备机械基础》是一门贴合生活，应用性较强的科目。在学习过程中我们能体会到课程的一些设计思想，而这些设计思想能给予我们学习这门课程很好的指导。本文将结合课程中涉及到的一些具体内容，及老师授课过程中的一些具体方法进行总结。

1.1明确研究对象

对一个由多个组件构成的构件进行受力分析时，我们分析的是局部还是整体?如果是整体，则各组件的内力就不应考虑。否则，受力分析就会出现各种混乱。

明确研究对象，能保证我们思路清晰，针对研究的问题对症下药，同时能规避其他非相关因素的干扰。

图1　受力分析例题

图2　图1中(1)和(2)中A处的滑轮及销钉作为整体的受力分析图

受力分析是学好该课程的重要基础。只有熟练掌握物体的受力分析和正确画出其受力图，才能解决物体的平衡问题和对构件进行强度核算[5]。在授课过程中，对研究对象的选取进行了强调。图1中(1)和(2)支架和滑轮的相对位置不同，在起吊同一重物时，所受的力大小则不同。在不计杆的重力时，AB杆和AC杆均可视为二力构件，受力方向沿各自杆的轴线方向，指向假定。欲求AB杆和AC杆所受的力，必须选取合适的研究对象进行受力分析。经过将各构件进行逐一的分析比较，可知合适的研究对象应为A处的滑轮和销钉作为整体，进行受力分析(如图2)，不计滑轮尺寸时，可得一平面汇交力系，建立坐标轴，并根据平面汇交力系的平衡方程∑Fx=0, ∑Fy=0列出各力在x轴和y轴的投影方程，即可求得AB杆和AC杆所受的力。

1.2知识深入程度

每一门课程对于知识的深入程度是不同的，不同学院专业的学生对于同一门课程需要深入的程度也不尽相同。如对于《大学物理》课程，化学学院的同学只学习一年，但是物理学院的同学，可能要学四年。

纯弯曲的变形特征了解了，会有同学纠结于非纯弯曲物体；薄壁筒体的设计了解了，会纠结于厚壁容器的设计。其实，心怀好奇心是一种非常优秀的品质。有同学感兴趣课下继续研究要给予肯定。但我们要清楚，你正在学习的这门课程，她要传递给你知识深度到什么程度，同时对这部分知识我们到底需要了解到什么程度。

引导学生高效地学习课程内容，加深学生对课程的整体认识以及该课程与其它课程的关联的认识，对于节省学生的学习时间、提高学习效率、培养学生的逻辑思维以及联想力大有裨益。

1.3思路提炼

图3　化工设备机械基础课程整体思路示意图

其实如图3这样的思路总结，在本课程的课件中随处可见，老师授课过程中更是极大地秉承这样一个原则。如老师关于圆柱形、球形、锥形容器第一曲率半径、第二曲率半径的总结；容器从选材、校核再到水压试验的总结。有时一些简单的总结，可能不会带来比较显著的效果，但是当面对一些复杂问题的时候，这样的思路提炼便会让我们对于问题有一个清晰的掌握。

为了加深学生对课程的整体认识以及强化学生对前后知识的串联能力，在讲授相关的内容时会采用这样的知识点的提炼的方式，如强度条件、卧式容器图片、应力-应变曲线、材料力学中构件变形时的研究思路等。

1.4简化及模型

我们假设梁弯曲变形后横截面仍保持为平面，且仍然垂直于变形后的梁轴线；纵向纤维变形前后均相互不挤压，这些均是简化的过程，便于我们求解弯曲应力。

大多数模型都是简化后的产物。本课程中各种模型随处可见。我们将实际的构件简化，忽略次要因素，但又不失研究问题的本质，这便是一个很好的模型。

在《化工设备机械基础》一书中，在弯曲一章实物简化成力学模型比较常见，在授课过程中给学生反复强化实物与模型的关联，对于培养学生理论联系实际的能力以及如何用所学的知识解决工程实际问题很有帮助。

1.5知识运用条件

课程中很多方程均是基于一定条件才成立，因而必须清楚知识运用条件。如：k(容器Do/Di)>1.2时，容器为厚壁容器，我们的薄壁容器厚度计算式不能用；σ=F/A对于变截面的杆也不适用。

强化学生掌握知识的运用条件对于培养学生养成缜密的思维习惯很有益处，同时有利于培养学生良好的科研素养。

1.6标准化

在材料力学内力求解过程中，老师经常会提到设正法，以提供一个标准化的方法，帮助我们列方程。很多同学可能不需要这样设正，但是标准化的意义依然存在，它给每一名同学带来的作用不尽相同，当面对一些更加复杂的问题，标准化的作用会更加显著。

再比如书上的公称直径DN，公称压力PN，都是在发挥标准化的作用。当我们给予材料器件一个规定标准后，既可以简化企业生产，又可以解决不同器件间的匹配问题。

标准化作业可以提高学生解题的正确率。在讲解材料力学构件的四种基本变形形式，采用截面法对截面一侧的构件进行受力分析时，充分贯彻了“设正法”的思想，即对于轴向拉伸与压缩变形，不管构件是受拉还是受压，均假定截面上的内力为拉力，即背离截面方向，列平衡方程时，外力与该力的方向一致为加，相反为减，求得的内力结果为正值，表明实际受力与假定受力方向一致，构件产生拉伸变形，求得的内力结果为负值，表明实际受力与假定受力方向相反，构件产生压缩变形，为后面建立拉伸与压缩的强度条件打下坚实的基础。对于剪切(内力正方向：左上右下剪力为正)、扭转(右手螺旋定则确定扭矩正方向)、弯曲(有两个内力元素，对于剪力，左上右下剪力为正；对于弯矩左顺右逆弯矩为正)变形，受力分析时也采用设正法，即截面上的内力均假定为正方向。

而标准化在日常生活中随处可见，如鞋子、衣服的号码其实就是标准化的体现，只要知道了鞋码或衣码就可以买上合适的鞋子或衣服，这样的联想讲述可以加深学生对零部件标准化的认识与掌握。同时给学生传递一个理念“一流的企业做标准，二流的企业做研发，三流的企业做产品”，提升学生努力学习以为将来能做标准打下坚实基础的责任感与信心。

1.7应用及拓展

这门课程老师的授课过程时刻引导我们对所学知识进行应用和拓展。

应用大家都理解就是将知识融入我们的生活。应用不仅可以巩固我们所学的知识，让我们对其有充分的理解，还会拓展我们的思维，并极大程度调动起我们学习的兴趣。

应用案例：

(1)前段时间偶然发现刚买的杯子的材质居然是奥氏体，而且有钢的牌号，很是欣喜，想到是不是拿磁铁还可以测试一下材质的真假？

确切讲这可能不能算一个真正的应用，但是发现知识能够在生活中运用到，是一件很能带动学习兴趣的事情。

本门课程涵盖的内容非常多，其中材料一章的内容与日常生活联系比较紧密，如炒菜用的锅、铲子，切菜用的刀等，其牌号都可以在书本上找到，而且可以知道他们性能差异的原因。在讲授的过程中，引导学生将此部分的知识与日常生活中的具体物件联系起来，可很好地激发学生的学习兴趣。

(2)老师此次布置作业制作模型，其实就是一个让我们应用知识的过程。在我们设计模型时，我们对于内压、外压容器的设计思路有了更加透彻的了解。同时我们在设计制作过程中还弄懂了水压试验的过程中为什么不考虑封头的水压试验。经过我们研究发现，通过公式就可以明显看出，无论是蝶形封头、球形封头、还是椭圆形封头，在和筒体相同的材质厚度下，只要筒体水压试验满足要求，这几个类型的封头水压试验应力校核均不会存在问题。

该组许浩川同学是从机械学院转专业过来的，在他的带领下，该组的同学用软件制作了一个精美的储罐模型，给我很大的震撼。让我深深知道了学科交叉融合的重要性，同时也见识了学生身上所蕴藏的巨大的创造力与潜力。我们老师不仅给学生传授知识，而且要引导学生进行深入的学习，并发掘学生的潜力与创造力。

拓展案例：

针对塑性材料的应力-应变曲线[1]，老师进行了一个很巧妙的拓展，将各个阶段同我们个人状态进行类比。弹性阶段就像我们个人正常状态。但当我们劳累过度，就可能会超过弹性极限，进入屈服阶段，就会一定程度上失去抵抗外界压力的能力。虽然你心中不服气，依然要挑战自己，这时就会进入强化阶段，应力会有一定程度上的提高，但已经是强弩之末，最终会局部颈缩，走向断裂。

就这样一个类比过程，不仅将各个过程映入我们脑海，同时对于各个过程的特点也有了一定程度上的掌握。

培养学生的联想力一直是我的教学理念之一。通过材料应力-应变曲线的学习，使我想到我们要想保持身体的健康，应使身体的每一个器官都在弹性范围内工作，不可过量。工作如此，运动亦如此。因此在课程讲授的过程中将这一思想传递给学生，希望他们能拥有健康的学习生活方式。

2　结　语

通过与学生深入的互动交流，可以有效地进行教学的自我反思，对进一步提高教学质量、提高学生分析问题与解决问题的能力、培养学生的创新思维和联想力大有裨益。

[1]董大勤.化工设备机械基础[M].北京:化学工业出版社,2002.

[2]苏清,张玉敏,赵天琦,等.《化工设备机械基础》教学的几点体会[J].广东化工,2015,42(15): 232.

[3]刘理华,刘书群.化工设备机械基础课程教学改革研究[J].广州化工,2012,40(19):145-146.

[4]张允,路有昌,赵凌.《化工设备机械基础》课程教学改革的探索[J].广州化工,2012,40(4): 122-123.

[5]刘斌.《工程力学》课物体受力分析教学思路与教学体会[J].商业经济,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

国家自然科学基金国家基础科学人才培养基金(J1210011)；吉林大学青年教师教学能力发展项目(2015QNYB042)。

王洪波(1994-)，男，2013级化工与应化系本科生。

苏清(1980-)，女，副教授。

TQ051

A

1001-9677(2016)013-0157-03