發布時間：2018-03-30所屬分類：教育論文瀏覽：1次
摘 要： 在民族大學教學中裝備與控制工程是主要的課程，想要達到良好的教學效果，需要將CDIO工程教育理念引入到過程設備設計與課程設計中，通過使用過程工程項目來推動課程的教學，課程設計也可以分小組進行完成，實現新的設備設計，這樣才能將實踐教學與理論教學相
在民族大學教學中裝備與控制工程是主要的課程，想要達到良好的教學效果，需要將CDIO工程教育理念引入到過程設備設計與課程設計中，通過使用過程工程項目來推動課程的教學，課程設計也可以分小組進行完成，實現新的設備設計，這樣才能將實踐教學與理論教學相結合，更好的發揮兩者的作用，調動學生學習的主動性和積極性，增強團隊意識。
關鍵詞：過程設備設計,課程設計,CDIO工程教育,應用型人才
當今社會要求人才要具有較強的實踐能力和創新意識，北方民族大學是教學型學校，學校的培養目標定位是為少數民族地區培養工程應用型人才，所以提高學生工程素質和實踐能力尤為重要。同時，民族大學工科學生明顯缺少在項目或團隊合作方面的實際經驗訓練，所培養的工程技術人才在個人素質、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思-設計-實施-運行的教育模式，是引導學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習，從而提高學生的工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力，培養具有較強工程能力和深厚技術基礎的工程師[1]。過程設備設計是過程裝備與控制工程專業的專業主干課，內容涉及材料、力學、腐蝕與防護、過程原理、機械設計基礎和制圖等學科知識，是一門多學科交叉融合的綜合性專業課[2]。
受傳統教學觀念影響，該課程主要以講授理論知識為主，以考試成績和平時作業作為評價學生學習效果的標準，實踐環節少，缺少對學生工程能力的訓練，缺乏應用和實踐能力的考核，導致學生“工程”意識不強、團隊協作不積極、職業道德缺失、與企業需求脫鉤。近年來很多學校通過對過程設備設計課程改革以提高學生實踐應用能力，李佳等[3]研究將形成性評價用于過程設備設計，能提高學生的學習主動性和學習效果評價的全面性，但仍存在評價構成影響成績好的同學的學習熱情、評價標準不準確、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備設計課程教學，使學生綜合能力得到提高。
在本校，學院2014版培養方案將過程設備設計的教學課時從80課時減到64課時，為了探討如何在有限的學時內達到較好的教學效果、改進過程設備設計現有教學體系的不足，本校過程設備設計課程組嘗試將CDIO工程教育理念引入到過程設備設計教學及課程設計中，以CDIO人才培養理念開展課程的改革，取到了良好的教學效果。
1過程設備設計及課程設計教學現狀分析
過程設備設計包含壓力容器設計和過程設備設計兩大部分內容[5]，其中容器設計部分要求學生掌握中低壓和外壓容器常規設計、了解高壓、超高壓容器分析設計和疲勞設計方法、學會壓力容器整體設計等內容;而設備設計部分則是在容器設計的基礎上，進一步掌握儲罐、熱交換器、塔、反應器等典型過程設備的結構設計;同時還要求學生了解和會查用現行容規(TSG21)和系列國家標準(GB150、GB151)、能源部標準(NB/T47041)、原化工部及機械部的相關標準，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、內容枯燥，學生學習興趣不高，特別是壓力容器應力分析部分，需要有堅實的彈性力學和彈塑性力學基礎，而北方民族大學的學生70%以上是來自偏遠地區的少數民族學生，生源背景決定著學生的力學基礎比較薄弱，上大學后大學物理、工程力學都學得比較吃力，而本課程也受學時數的限制，不可能在課堂上大量補充力學知識，使得教學效果不太理想;同時又因為學生缺少工程實踐機會，難以理解典型設備結構形式和工作原理、零部件結構和介質的流通通道等，這必然會影響學生對設備及零部件結構的認識和理解。
過程設備設計課程設計是與過程設備設計課程匹配的一個重要的實踐性教學環節。通過在教師指導下進行典型過程設備的設計訓練，培養學生熟悉設計方案的分析論證、結構設計、設計規范以及化工制圖等內容，通常安排在理論課結束之后進行，主要是單人單題，題目之間關聯性少，同學間也缺乏交流，設計成果沒有展示環節。
2基于CDIO理念的過程設備設計及課程設計的改革方案及實施
2.1改革方案。將CDIO理念引入過程設備設計課程中的設備設計內容的教學，重新整合規劃課程教學內容，構建課程知識體系，制訂基于CDIO理念的過程設備設計和課程設計的教學大綱，提出以設計任務(化工流程中工段設備設計案例)為中心來確定教學目標、設計教學方法、實施教學過程、強化效果考核，實現一體化探究式教學，在課堂教學中體現過程設備設計課程的實踐性;把過程設備設計理論課和課程設計結合起來，將單臺設備簡單條件的課程設計變為生產流程中工段級別的相關設備設計，并且分成兩段設計(概念設計和工程設計)，在實踐氛圍中使學生較好地掌握設計方法、熟悉各類標準、制定設計文件，培養學生的能力和素質。
2.2具體實施過程。
(1)前四章理論性強的壓力容器設計內容由教師主講，選后四章應用性強的設備設計內容切入CDIO模式，放棄傳統課程教學以課堂知識傳授為主的模式，教師講學生做，讓學生在完成具體項目的過程中通過“一講一做”來構建相關理論知識。具體做法是以過程工程項目帶動課程教學，確立了MTP流程中C3分離、脫乙烷、脫乙烯以及焦爐氣制甲醇流程中脫硫、預精餾、加壓精餾、常壓精餾、甲醇回收等8個工段的設備設計，每個工段4～5臺典型設備，基本上包含了塔器、熱交換器、貯存容器，一開始講授設備設計的內容就把題目公布。
(2)讓學生自由組隊并選題，4～5個學生一組，引導學生在組對時考慮成績梯度，爭取優秀學生帶著一般學生做。教師將上述8個工段中工廠在用設備的實際工況參數提供給學生，作為學生課程設計的參數，每組選一個工段，組員每人負責其中一臺設備。
(3)實施CDIO團隊項目，以組內協作、組間競爭、自主探究的方式學習，完成一項包括構想、設計、實施、改進的全過程的團隊設計項目的概念設計，并進行過程評價。首先要求每個小組根據學過的壓力容器常規設計知識進行總體構思，包括人員組成和任務分解，確定項目內容和方向，通過查閱相關工藝背景、設計標準、設計手冊等文獻資料，小組成員互相討論，根據組員特長和能力選擇或分配設備，確定項目中各臺設備設計的基本方案。
在構思的基礎上，組員對自己選定的設備進行設計思路的闡述，并進行小組內部答辯，由小組同學一起評價，供團隊進一步修改方案。然后根據理論課程進度，逐步完成項目主體設備的概念設計(包括尺寸初步設計計算、設備零部件選型、控制方案選取等)。接著整理概念設計結果，結合理論知識，組員通過組內和組間討論，找到各自構思和設計中存在的問題，進一步修正后得到整體滿意的概念設計。
(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，組員各自對概念設計中工藝參數確定、主體設備尺寸、零部件選型、控制方案設計等內容拿出有理有據的辯論材料，然后在全班同學面前進行辯論，最后和教師一起做出最終的概念設計總結，期間教師對每個學生的表現給與評價，同時各小組之間也互相評價，加權平均后作為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，聘請企業工程師和指導教師對學生概念設計中存在的問題給予正確引導并給出修改建議，由教師和企業工程師一起評定小組CDIO項目成果成績。
(6)理論課結束后，每個小組成員將自已負責的設備根據CDIO項目成果展示時老師和企業工程師提出的修改意見仔細修改，然后按專業理論及設計標準進行系統的工程設計，整理設計資料作為課程設計成果，并將最終設計成果與現場設備進行比較，小組成員再次集體探討在工程設計中存在的問題，并由企業工程師和指導教師共同完成課程設計成績的最終評定。
(7)改革課程考核方式:摒棄“一考定一課”的考核方式，評價重點關注學生整體學到的東西。考核體系包括理論考試、課堂表現、CDIO項目辯論、CDIO項目成果等幾個部分組成，成績評定以學生在全過程的實際表現和成果為依據，其中理論考試50%，課堂表現10%、CDIO項目辯論15%，CDIO項目成果占25%。
3取得的效果
由于整個過程設備設計課程設計以工程項目設計形式貫穿于理論教學的過程中，將集中兩周的課程設計轉變為分散進行、集中討論、課堂辯論的方式，使課程設計與理論教學同步，并與理論教學相得益彰、相輔相成;將傳統課程設計的單一設備設計改為小組合作的工段設備設計。由此可以激發學生的學習動力和熱情，讓學生了解設備設計的全過程，樹立并培養學生的工程優化意識。
同時，把過程設備設計理論課和課程設計結合起來，將單臺設備簡單條件的課程設計變為生產流程中工段級別的相關設備設計，并且分成兩段設計(概念設計和工程設計)，指導教師能在各環節及時發現設計過程中不合理或不符合工程實際的問題，通過傾聽學生答辯和參與學生的項目小組討論，協助學生及時修改設計方案。這種理論教學與課程設計相結合的模式，有效實現了理論與實踐相結合，相輔相成，真正實現了專業課程教學的有機統一。
另一方面，由于工段設備設計任務復雜、難度高、工作量大，單個學生很難獨自完成，而參與到小組項目中可促進同學間團結，有利于培養學生工程協作意識，亦可鍛煉學生綜合應用知識、表達自我及與人溝通的能力。
4結語
將CDIO工程教育理念引入過程設備設計及課程設計中，有效實現了實踐教學與理論教學相輔相成、相得益彰，很好地調動了學生學習的主動性和積極性，有利于學生建立工程意識，激發專業熱情，增強團隊協作能力。
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:發展路徑、產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.提高學生實踐能力的過程設備設計教學改革研究[J].遼寧工業大學學報(社會科學版)，2015，17(1):106-107.
[3]李佳，於秋萍.形成性評價在過程設備設計教學中的探索與實踐[J].化工高等教育，2017(2):58-62.
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