化工原理的课程设计范文

时间:2023-09-28 15:49:06

化工原理的课程设计

化工原理的课程设计篇1

关键词:铁道工程专业;工程结构设计原理;课程文化建设

中图分类号:G712 文献标识码:A 文章编号:1672-5727(2014)12-0089-04

以应用能力培养为核心目标的高职教育教学改革已取得了很多成果。其中,将知识传播与能力培养相结合,知识、能力、素养三位一体的教学目标已经形成共识。从培养综合能力,提高从事职业活动的认知能力、思维能力、判断能力、方法能力的角度,把课程知识作为载体,将文化教育渗透其中,形成反映课程知识与能力特征的课程文化,从而使课程教育立体化,可以让学生不再执著于课程知识的“迷宫”。

“工程结构设计原理”课程是铁道工程专业的一门专业基础知识课程,以道路桥面类桥涵设计通用规范、混凝土结构技术规程为基础,主要教授钢筋混凝土、预应力混凝土、圬工结构构件的设计原理,其主要内容包括如何合理选择构件截面尺寸及其联结方式,并根据作用的情况验算构件的承载力、稳定性、挠度和裂缝等问题,它为学习铁道工程、桥梁隧道构造物的设计计算与施工技术奠定理论基础。

当我们从传授知识的视角,将其视为一门重要的技术基础课时,我们意识到了这门课程对规范条文的概念、实质的理解与应用能力的重要性。

结构的静力平衡条件与事物的生存法则

静力平衡条件是钢筋混凝土受弯构件按承载能力极限状态设计,无论是单筋矩形截面,或双筋矩形截面或T形截面,基本计算式从两个方面得到,一是水平力平衡,二是弯矩平衡。以单筋矩形截面为例:

由水平力平衡,即∑H=0,可得

fcd・bx=fsd・As(1)

由弯矩平衡,即∑M=0,可得

M=fcd・bx(h0-■)(2)

根据按承载能力的极限状态设计的原则得出两个公式:

γ0Md≤fcd・bx(h0-■)(3)

γ0Md≤fcd・As(h0-■)(4)

公式的适用条件是

X≤ξ0h0(5)

ρ=■≥ρmin(6)

结构计算的目的要求得到As并确定梁体截面尺寸b和h0。从数学的角度,在给定已知参数的情况下,用公式(1)、与公式(3)或(4)两个方程就可以解出包括在内的两个未知数。

这种结构设计计算的关键不在于解方程的技巧,而在于对计算公式适用条件的选择。需要讨论x≤ξbh0的条件是否满足。一是要考虑平衡建立的基础条件:承载能力达到极限状态下梁在下部截面上发生了什么?二是要考虑梁的配筋条件设定得是否合理,钢筋过多还是过少。

从知识的角度,我们引导学生把问题简单化,即只要会解这个二元二次方程就行了;强调从思维能力的角度,需要学生考虑一个问题,那就是任何事物处于平衡状态都是有条件的。

事物的平衡条件包括两个方面――主观条件与客观条件。在这里客观条件就是要求梁的极限承载能力发生时既不能钢筋太少,也不能钢筋太多,即公式(5)、(6)给定的条件;主观条件则是由自己设定的,设计者一开始假设的参数as(公式中h0=(h-as))是否合理。通过反复的练习,学生主要不是在解题熟练程度上的长进,而是对适用条件的掌握,懂得了自己设定的条件会成为所得结果的重要影响因素。当跳出这种计算,我们会发现,世上事物的许多不平衡往往确实存在着客观条件限制,这是我们很难改变的,但更多情况下是由于我们自身设定的偏差。调整设定值,问题就能得到圆满的解决。

结构设计的多方案性与三分法思维

土建结构的设计与施工所面对的工程项目具有四大特性,即作业条件与环境的开放性;时间、地点、资源的制约性;项目本身与最终成果的唯一性;进度、成本、质量影响因素的不确定性等特征。因此具体到每一个设计结果,答案不是唯一的。在结构设计原理的设计案例中,有时未知数条件过多需要假设,有时需要多次修改反复验算,条件不同答案就不同。对于一个梁的承载能力计算,满足同样的荷载要求,梁的截面与配筋方案可以是多样的,关键看设计者在计算过程中将什么视为主要因素。我们在批阅学生完成的设计方案时,对其答案不应该简单地用“√”或“×”来进行判断。很多情况下,要从他考虑问题的角度考察其过程是否正确,考虑的因素是否齐全,鼓励学生从多角度考虑设计问题。

工程结构设计需要多方案比较,这是由工程设计的特性决定的。在结构设计原理学习中,特别鼓励学生对同一设计案例作出多种方案。在学习过程中逐步培养工程思维能力,即充分论证方案的可行性、可操作性和运筹性;正确处理方案的可靠性与可错性、容错性;积极调动设计者思维的流畅性、变通性和独特性。

面对一个命题,我们往往容易急于做出判断,得出结论:即对于一个问题仅得出“是”或“非”这种两分法答案。然而,社会是开放的,环境是开放的,这就要求我们的思维也必须开阔。“斟酌”是一种工作方法,古人说的“三思而后行”就是要求我们做多方案比较,权衡不同的因素在命题中的影响作用,对于每一个答案不能简单地用“是”或“非”、“好”或“不好”来做判断,这就是“三分法”。

三分法是一种思维模式,是一种对事物决策强调理性思考过程的方法,也是从事工程结构设计的智慧之一。三分法思维能够有效地避免人们在决策过程中种种偏执、武断、急躁、冲动情绪的影响。对于未来从事结构工程施工与维护的高级专门技术人才来说,善于权衡利弊,反复论证,培养三分法思维,并能有效地应用于工程专业的生产实践中,是一种可贵的职业素质。

受弯构件试验梁的设计与创新思维的实践性特征

图1是用于分析钢筋混凝土受弯构件受力全过程与破坏特征的试验梁。

从学习知识的角度,介绍这个梁具有纯受弯构件的特性,且属于弯矩为恒值就可以了。当我们进一步分析构件的弯矩图与剪力图特征时,发现学生对于“为什么是这种梁,而不是其他形式的梁”更有兴趣。通常,我们简单地表述一个受弯构件是下页图2中a的受力形式,即一个梁体在跨中受到一个集中力。这时的弯矩分布呈现为倒三角形,而剪力分布在整个梁体上,左侧为正,右侧为负。比较下页图2中a与b可以发现,当由一个集中力演变为两个集中力时,构件的受弯与受剪特性发生了质的变化。这个演变过程叫做“一生二”的过程。

作为试验梁,测试数据的基本要求是符合规律性,因此试验条件必须具备良好的重演性,试验影响因素必须具有确定性或唯一性。显然,下页图2中a构件梁体的每个截面弯矩值都不同,每个截面既受弯矩又受剪力,不能满足试验研究的基本条件。进而对梁体的特定截面分别进行剪力与弯矩计算发现,采用b的集中力分布使得在梁体的CD段出现纯受弯与弯矩为恒值的特征。由一个集中力到两个集中力,是集中力的数量变化,而引起的结果是受力性质的改变。经过对知识的深入挖掘,当我们再看试验梁构造时,学生会发出“这张图很完美”的感叹,因为这是一个创造的过程。而实际上,这个过程是完成任何工程技术试验研究的必由之路。

当我们对一张受力图感到亲切的时候,我们收获的不再是简单的知识,而是由知识上升为一种能力,一种摸索工程技术实验方法的能力,一种解决问题的智慧,一种对事物规律性探索的愿望。这是“一生二”的过程――由关注一张图,变成了弄清楚两张图。

年轻人对世界是充满好奇的,这种好奇是创造力的源泉。作为一门专业基础课程,把课程中蕴含的创造性思维调动出来、展示出来,给学生以启发和引导,比孤立地开一门课程去教育学生如何创新要真切得多。因此,我们在研究高职教育改革时,要讲透“是什么”,因为这是知识层面规定,也应该根据内容需要讲清楚“为什么”,这是涉及能力培养的需要,有时还需要讲讲“是怎么来的”和解决问题的思维过程,这是涉及素质层面的内容。把知识能力与素质培养结合在一门课程的教学中,强调课程的综合教学,而不是把各门课程孤立开来,仅仅“承包”规定的知识传授内容,这才是我们教育教学改革的出路,是我们倡导课程文化建立的立意所在。

结构三向受压特征与人的自我约束与保护

柱是钢筋混凝土结构中的受压构件,一般采用普通箍筋形成柱的骨架结构。当柱承受的轴向压力很大,而其截面尺寸又受到限制不能加大时,无论怎么提高混凝土的强度等级或增加纵向主钢筋用量都不足以承受这种轴向压力,此时可以采取螺旋箍筋柱形式以提高柱的承载力。

所谓螺旋箍筋柱,就是用间距比普通钢筋混凝土柱小得多的闭合钢筋将柱的核心混凝土围箍起来犹如形成一个套筒,通过这种作用可以有效地限制核心混凝土的横向变形,从而提高柱的承载能力。螺旋箍筋是一种构造,它形成的柱则是一种与普通混凝土结构不同性质的构件。在普通结构中,如果混凝土承受超过自身极限承载能力的作用时,结构就会被破坏;而在螺旋箍筋柱中,轴向压力增大会伴随混凝土的变形,但是由于有螺旋箍筋的围箍作用,使得混凝土不能发生自由横向变形,我们把这样一种受力状态叫做“三向受压”。即当构件承受z轴方向的压力时,如果对构件的两个侧向x、y轴方向施加压力,则可以提高对z轴方向压力的承载能力。形象地称为,如果“有人撑腰”则顶住压力的能力增强。

这是提高结构构件受压承载能力的原理。我们不是在课堂把它仅仅停留在技术层面来讨论这个问题,而是要进一步追问通过这个案例能够得到什么样的人生感悟。

所谓人的进步,指的是能力的提高,通常就要面对新的更大的压力。从力学的角度,应力与应变、受力与产生变形永远是相伴而生的。面对过大的工作、学习、生活的压力,人们产生身体与行为上的变形是自然的,问题在于,你对承受这种压力是否做好了准备,即面对各种变形提供相应的自我约束与保护。在压力不大时,这种约束或许并不发生效用,而一旦压力很大时,没有严格的自我约束是不可能承受的。有理想、有抱负的人往往是那些懂得自我约束的人,想不受约束而顺利承担重任的“混凝土人”是不存在的。螺旋箍筋的道理还可以启示我们去理解制度、法律及社会约束以及如何保障社会秩序的有效运行。

结构耐久性设计方法与解决矛盾的分类法

工程结构设计讨论的是结构在规定的时间内、规定的条件下完成预定功能的能力,耐久性与结构的安全性、适用性共同组成结构功能的三大指标。

耐久性是指结构对气候变化、化学侵蚀、物理作用或任何其他破坏过程的抵抗能力。其中的影响因素分别来自对混凝土的损伤(裂缝、破碎、酥裂、磨损、溶蚀等),对钢筋锈蚀、脆化、疲劳、应力腐蚀以及对钢筋与混凝土之间黏结作用的削弱。结构耐久性取决于混凝土材料的自身特征和结构的使用环境。

在结构设计中,设计规范提出了按结构使用环境进行耐久性设计的概念,明确规定了不同使用环境下结构耐久性的基本要求,对影响混凝土耐久性的最大水灰比、最小水泥用量、最低强度等级、最大氯离子含量和碱含量等做出了限值规定。环境条件划分成四大类别,分别针对:Ⅰ类温暖或寒冷地区的大气环境、与无侵蚀性的水或土接触的环境;Ⅱ类严寒地区的大气环境、使用除冰盐环境、滨海环境;Ⅲ类海水环境;Ⅳ类为受侵蚀性物质影响的环境。同时依据这种对环境影响程度的等级分类,分别制定抗冻等级选用标准、混凝土保护层厚度标准等一系列要求。

学习这一条例规定给予我们的启示是什么?耐久性设计面对的主要是环境的影响,作为结构本身是无法改变环境的,于是要提高耐久性必须使结构适应不同的环境。怎么适应?

第一位的要求就是面对外部,对环境分门别类,将大气环境、水环境以及运营条件按影响严重程度不同进行等级分类;第二位的要求是面对内部,提出适应性要求,在设计措施、施工措施上做出规定,从而达到内部与外部的协调一致。

人们对于自身所处的环境有很多的无能为力,你能够做的就是善于识别不同的环境情况,有了明确的认识与界限划分,才能做到区别对待。这里教给我们的工作方法是,工作千头万绪、错综复杂,如果我们一头扎进去拼命地干,往往事倍功半。于是,首要的工作是进行分类,区别不同的对象进行排列、组合,形成轻重缓急、主次先后,尤其当这种无序是我们自身所无法控制的情况时,分类法是必要的、有效的。

我们能够控制与改变的是我们自身,不要指望用自身的固定条件能够适应各种环境,“以不变应万变”,必须善于调节自身条件以适应不同的环境。这里的关注点在于,你用最强势的条件去应对最一般的环境条件实际上是不合理的。比如说,采用最大的保护层厚度应对Ⅰ类环境是不恰当的。因为厚度本身也有其不利的影响,过厚的保护层容易开裂。人们发挥自身的能力一定要与所处的环境相适应,能力不足不能满足工作需要,能力表现得过高同样也不一定适应工作需要。

结论

第一,专业课程文化的开发与建设是高职教育走向职业化、素质化培养目标的必然体现。不同的课程具有不同的知识领域特性,与之相适应的则是理念、实践与方法论特征,倡导课程文化建设,就是要提倡在传授知识的同时,将知识中蕴含的逻辑、思维等方法传授给学生。

第二,知识、能力与素养是高职教育的三大目标,相互之间有着内在的联系。在教学过程中不宜简单地针对三个目标分别制定措施,而必须将三大目标协同起来。它们的关系在于,知识是花朵,能力是树干,而素养是根须。掌握知识是第一层次目标,掌握学习知识的方法,可以适应知识更新的发展是能力培养,这是第二层次目标;了解知识的产生过程,发现知识的规律,可以发掘、积累、创新知识是素养提升,是第三层次目标。教学的目的就是要让花朵繁茂,更要让树干强壮,根须发达,使知识之树常青。

第三,课程文化需要发现、发掘和总结。知识是表层,蕴藏于知识中的认识过程、思维方式、实践规律需要专业技术人员去细致探究,才能有所心得,有所发现。因此,课程文化建设是一个钻研的过程、探索的过程、积累的过程、归纳总结的过程。

第四,课程文化建设依赖于课程教学团队的通力合作。任何文化的力量都源于集体。整个课程教学团队对课程文化建设重要性的共识,对课程知识所蕴含思维、逻辑、规律的共同探究,是课程文化建设的基础,也是课程文化建设的保障。

课程文化建设成功的标志,是学生通过课程教学收获了知识,多年以后虽知识逐渐淡化,而支撑这些知识的思想与方法仍植根在学生的脑海,使学生能够真正成为“具有特定专门技术知识的智能型人才”。

参考文献:

[1]吴加澍.对物理教学的哲学思考[J].课程・教学・教法,2005(7).

[2]孙元桃.结构设计原理(第3版)[M].北京:人民交通出版社,2009.

[3]曾仕强.中国式管理[M].北京:中国社会科学出版社,2005.

[4]王德如.善于课程文化自学的思考[J].河南教育学院学报(哲学社会科学版),2007(5).

化工原理的课程设计篇2

目前化工原理课程设计通常是安排2周的时间,每个班安排2名指导教师,10~15人一个题目,每班安排3~4个题目。设计结束后通过设计答辩和设计说明书来评定成绩,有时仅通过设计说明书评定成绩。教师只对学生设计中出现的问题进行解答和辅导,一般不会对设计计算的正确性进行检验[2]。这种课程设计的教学模式存在许多问题,特别是严重脱离了生产实际,不利于应用型人才的培养。

2化工原理课程设计存在的问题

化工原理课程设计是实践教学体系中的重要教学环节,但目前化工原理课程设计教学中存在诸多问题,影响了学生实践能力的提高和工程素质的培养,主要有以下几方面。(1)学生接触的都是理论知识,对工艺和设备的认识只能通过书本得来,在进行课程设计时缺少必要的工程意识,对于设计过程涉及的计算和公式并没有真正理解,而且课程设计涉及的课程内容较多,计算量又大,学生学习的自主性又有很大差别,再加上设计答辩考察的问题及考察时间均有限,使一些学生很少主动创意发挥,只是机械的依葫芦画瓢,使课程设计失去原有的意义[3]。(2)课程设计教学活动一般集中安排在临近学期期末,由于师资的不足,每位教师要同时指导几十个学生,学生也面临着期末考试、实习等压力,造成师生及时沟通困难,一般是教师集中将设计内容和设计要求向学生详细阐明后就基本放任不管。另外,学生缺少查阅工具书的意识,当设计中遇到相关问题时就生搬硬抄教材,从而无法训练和提高学生分析和解决工程问题的能力[4]。(3)在化工原理课程设计中有很多参数需要由设计者合理选用,需要设计者选择比较合适的值,以获得更好的结果,故需要多次选择参数值方可获得满意的结果。由于反复试算的计算量较大,很难实现通过改变设计参数进行方案比较的设计性训练。另外,传统的化工原理课程设计安排的题目都是沿用很多年的题目,很少与现在的工厂现状相关联,使其脱离了与工程实践的衔接。

3化工原理课程设计改革途径

通过改革课程设计内容、设计指导过程和考核方式等,使化工原理课程设计作为应用型人才培养计划中重要的实践性教学环节能够充分发挥其作用[5-6]。(1)改革课程设计的内容,培养学生创新思维和工程意识。课程设计内容是课程设计的基础,内容的好坏直接关系到教学目的的成败,应用型本科教育培养的应是掌握了够用的基本理论知识,懂得将高深知识或高新技术进行实践转化,对生产、建设、管理和服务的各个环节有总体认识的学生[7]。因此,设计内容的选择要结合学生的专业特点,使学生的设计既能将理论课程上所学的知识进行综合运用,又有较好的体现工业背景和具有典型性、实用性的特点。为了达到培养目的,一方面进行广泛的调研,选择正确合理的实习企业。选择产品较多、技术人才较强的大中型企业,发展校企合作、校企互利关系,逐步建设成为稳定的实习基地,让学生通过实习建立对工艺和设备的感性认识。在学生进行课程设计之前,先去企业进行实习,加深对实际生产设备的感性认识。另一方面抛弃传统的假意设计,紧密联系生产实际,立足生产前沿。依据实习基地,选择适合的课程设计项目。例如:对现场生产过程进行核查,评估生产能力;对生产过程及技术进行改造等。(2)改革课程设计指导过程,培养学生分析和解决工程问题的能力。课程设计过程涉及大量的工程性问题,对课程设计过程的指导直接关系到应用型本科教育的人才培养质量,对学生设计过程的指导应从分析设计的目的和依据、主要设备的工艺设计这几个方面着手,使学生掌握化工设计的基本程序和方法,从查阅资料、选用公式、搜集数据、化工制图等方面强化学生的工程概念,提高学生分析和解决工程问题的能力。在课程设计的指导过程中,加强与实习企业的联系,从企业聘请实践经验丰富的工程技术人员和学校教师共同担任指导老师,同时提高学生分析和解决工程问题的能力和对理论知识的应用能力。(3)改革计算和制图方式,强化学生的计算机应用能力。近年来,随着计算机的普及和计算软件的开发,计算机在化工设计、化工生产、化工科研和教学等方面的应用越来越广泛,应用价值越来越被承认。因此对于培养应用型人才的高校而言,强化学生的计算机应用能力尤其重要。将传统的手工计算和手工绘图与计算机相结合,提高学生的计算机应用能力。(4)改革考核方式,将过程考核和能力考核相结合。设计成绩的评价体系,直接关系到学生工程设计能力培养的效果,因此设立合适的评价方法至关重要。为了更好的实施以上四点,还需要编写针对性的课程设计指导用书。目前使用的课程设计指导书大都按照课程内容编写,综合性差,并且严重脱离生产实际,不适合应用型人才的培养,因此必须要编写有针对性的课程设计指导书。根据不同专业特点选择合适的设计项目,深入研究指导书的基本内容,注重校企联合编写针对性的课程设计指导书。总之,化工原理课程设计作为高校应用型人才培养中一次重要的实践性教学活动,是培养学生成为工程技术人员必备的基本训练。根据高校培养应用型人才的要求,应对课程设计教学过程进行改革与实践,着力提高学生独立思考和工程实践的能力。

4结语

在科技飞速发展的今天,完善化工原理课程设计,有利于推动学校教学改革和发展,促进课程体系建设。化工原理课程设计是工程技术类课程,实践性很强,必须使学生受到必要的工程意识、工程思维和工程方法的培养及训练。应引入现代化的教学理念和设计工具,实现与国内外先进的教育理念和教学方式的接轨,与社会生产实践的接轨,才能培养创新能力强、适应经济社会发展需要的高素质应用型的工程技术人才。

化工原理的课程设计篇3

1核心课程体系的构建

1.1核心课程体系构建的原则

钦州学院开设化学工程与工艺专业有良好的机遇,同时也有多方面的挑战。要办好钦州学院化学工程与工艺专业,贯彻学院打造五大品牌专业的精神,需要从紧密联系北部湾区域经济建设方面着眼,努力办出具有石化特色的化学工程与工艺专业,重点建立一套紧密结合石化下游产业链、注重过程开发和工程实践能力培养的核心课程体系。在核心课程设置方面,确立夯实专业基础、强化工程意识、注重实验技能、拓宽专业口径,注重石化特色的原则。 所谓化工过程,主要包含分离过程和反应过程两种过程。与这两种过程紧密相关的一系列化工类课程共同构成了化工类课程的核心。按照“门数适宜,重点突出,相互支撑,形成一体”的要求,选择化工热力学、分离工程、传递原理、反应工程和化工工艺学等五门理论课以及与这五门理论课相关的化工专业实验课作为核心课程,建设具有石化特色化学工程与工艺专业的核心课程体系,全力打造化学工程与工艺这一品牌专业。在这五门理论课程中,分离工程和反应工程分别研究各类分离过程和反应过程,它们构成了化工过程课程最核心的部分。化工热力学是化工过程研究、开发和设计的理论基础,是化学工程的重要分支之一,与化学反应工程、分离工程关系密切。化工热力学的核心价值在于研究过程进行的方向和限度,为分离过程和反应过程提供相平衡、反应平衡数据,并对化工过程进行热力学分析[1]。反应工程是与工程实际紧密联系的课程之一,它广泛地将化工热力学、化学动力学、流体力学、传热、传质以及生产工艺、环境保护、经济学等反面的理论知识和经验综合于工业反应器的结构和操作参数的设计和优化中[2]。

分离工程是化工专业基础课程,讲述的是如何将混合物进行分离与提纯的学科。作为专门研究分离方法的分离工程课程对学生工程素养的培养有很重要的作用。该课程阐明了化工分离过程的本质规律,重点研究分离方法的工业化途径,设备设计放大效应,最优分离路线的工业化,及最优操作条件。在选择具体分离方法时,不仅要考虑技术上的可行性、经济上的合理性,而且要考虑能耗、环保、设备放大和开发成本等诸多问题[3]。传递原理旨在研究化工动量、热量及质量(俗称三传)的传递现象,用一种统一的观点来处理三种传递现象,并研究动量、热量和质量传递之间的类似性,是研究分离机理、分离效率和宏观反应动力学的基础理论,同时也是反应器放大研究的基础理论之一。与化工热力学不同,传递原理是一门探讨传递速率的课程,它对过程开发、过程设计、生产操作、优化控制及过程机理研究都有重要的使用意义[4]。化工工艺学重在工艺过程的分析,即在特定条件下,进行分离过程、反应过程的比较选择、整合优化。化工工艺学是大学基础化学、化工热力学、化工动力学、反应工程、分离工程等专业基础可和专业课的综合运用。化工热力学和传递原理旨在加强专业基础,化工专业实验、反应工程和分离工程重在强化工程意识,化工工艺学拓展了专业适应面,可以突出石化特色。

2核心课程体系的优化

为了保障以上核心课程体系的顺利实施,建议结合钦州学院化学工程与工艺现有的教学计划,从下面几个方面作出适当的调整。

2.1加强数理基础教学力度,适度拓展

新世纪的工程人才必须有熟练应用数学、科学与工程等知识的能力,有进行设计、实验分析与数据处理的能力。在两年的教学实践中,学生普遍反映数理基础不够扎实,一些数学问题不知所云,比如热力学计算中要应用迭代法求解状态方程、精馏过程计算、反映工程中的偏微分方程求解等等,问题大都源于数学基础较薄弱。因此建议加开线性代数、运筹学、概率论与数理统计、数值计算、C程序语言、数学物理方法,流体力学等数理和计算机基础课程。多所兄弟院校也早就开设了这些基础课程。线性代数和运筹学的开设可以解决反应器设计过程的优化问题;概率论与数理统计是实验数据处理和理解反应工程中一些基本概念的基础;数值计算和C程序语言两门课程是工科学生重要的基础课程,加开这两门课程也是落实我校化学工程与工艺专业培养计划中对学生计算机水平的要求,对学生的就业能力的提高有好处;数学物理方法和流体力学是传递工程等课程的基础,加开这两门课程可以大大的提高学生工程数学能力,为就业和进一步深造打下更坚实的数理基础。考虑到Matlab在科学和工程计算领域的突出作用,建议开设Matlab在化工中的应用的相关课程[5]。化工热力学和化工原理是反应工程的基础,故将化工热力学和从第四、五学期调整至第三、四学期;化工原理和反应工程两门课程共同构成了化学工程最核心的部分课程,将化工原理从第四、五学期调整至第二、三学期,反应工程从第三学期调整至第五学期,也是考虑到化工原理是反应工程的基础。同时,将计算机模拟与仿真删去,将其中的知识分散到加开的MATLAB在化工中的应用和数值计算这两门课程中。从上表2中还可以看出,加开的课程中,突出了数理课程的基础,同时,适度的拓展经济和计算机相关的课程,也增加化工制图和电工学等实践性较强的课程,这对培养学生的工程实践能力是必不可少的。

2.2整合化工专业实验

为了整合学院教学资源,最大限度地利用现有的一切教学设备,建议从各门化学工程与工艺核心课程的专业实验中选出一些经典的、与石化行业紧密相关的进行重新编排,单独设置一门大学化工基础实验课程,分成三个学期展开教学。另外,考虑到传统的化工专业实验教材以单一验证实验为主,无法满足新世纪综合素质人才培养的要求,可将化工实验按由浅入深的原则划分成验证型实验、设计型实验和综合型实验三个层次。尽量精简验证型实验,增加设计型实验和综合型实验。可以从教师的一些科研项目中选出一部分让学生参与,将这些项目设计成设计型或综合型实验,这样,通过学生的亲身体验科研过程,培养了正确的科研习惯,为学生的就业和进一步的深造打下好的基础。

2.3加强多媒体教学

化工原理的课程设计篇4

课程体系改革的要求

遵循高等教育基本规律,坚持基础知识、工程能力、综合素质协调发展,全面提高;坚持知识结构和课程体系优化;坚持理论联系实际,强化实践教学,特别加强工程实训;坚持学思结合、知行合一、因材施教,注重发挥学生特长。根据通用标准制定学校专业标准,构建新的课程体系。调整课程设置,优化教学内容,创新教学方法,强化综合设计训练,增加工程相关课程,开展研究式、讨论式、启发式及团队式教学。充分体现以学生为本的教育思想,树立多样化人才观,尊重学生的兴趣、爱好与特长,充分调动学生的学习积极性和主动性,扩大学生学习自,促进学生个性发展。不增加总学分,通过优化教学内容和整合有关课程,适度减少理论教学学时和学分,增设校内外工程实践学时学分,优化反映通识教育和专业方向的限选课程。探索校企互动的实践教学运行新机制。对实验、实习、实训、课程设计、毕业设计等各个实践教学环节进行整体优化,形成与理论教学相辅相成、结构与功能优化的实践教学体系。

课程体系改革与探索

在课程体系上将原来公共基础课、学科基础课、专业基础课、专业方向课四个模块改为通识教育课、专业基础课、专业核心课三个模块,其中通识教育包括必修、限选和任性课程,专业基础和专业核心课包括必修和限选课程,集中实践环节全部为必修课程。通识教育必修课程主要包括:“两课”、大学英语、计算机应用基础、体育、军事理论等;限选课程包括现代企业管理、应用写作、音乐鉴赏、工程概论、大学生心理健康教育、职业生涯与发展规划、信息检索等;任选课程为文哲艺类选修课。专业基础必修课主要包括高等数学、线性代数与空间解析几何、大学物理、画法几何与工程制图、机械设计基础、电工电子技术、工程力学、无机化学、有机化学、物理化学、环境工程原理、环境监测、环境微生物学等;限选课程主要包括概率论与数理统计、清洁能源导论、化工安全与环保、环境科学与工程进展、环境工程CAD。专业必修课为水污染控制工程、大气污染控制工程和固体废弃物处理与处置;限选课主要包括环境影响评价、环境规划与管理、环境标准与法规、循环经济与清洁生产、专业英语、环保设备设计、环保产业与职业、环境化学、科技文献检索与实验设计、物理性污染与控制和研究型实验等。

新的课程体系增加了工程教育应用性较强的课程,如工程概论、环境工程CAD、环境标准与法规、循环经济与清洁生产等,这些课程的开设,提高了环境工程专业学生的工程实践能力、参加职业资格考试和就业竞争力[5]。将部分课程进行整合,如将原来水污染控制工程和工业水污染控制工程合并为一门课程,学时增加到90学时;用环境工程原理则替代了原来的化工原理课程;将原来科技文献检索和实验设计两门课程整合为科技文献检索与实验设计;取消了实用性不强的城市污水处理厂运行与管理等课程,将设计性课程环保设备设计由24学时增加到30学时。为了增强学生对专业的热爱和就业前景的认识,增设了环保产业与职业课程,主要讲授环保产业的发展情况及环保相关热门职业的介绍,专业骨干教师共同承担该课程该课程的教学任务,每人讲授2个专题,教学形式灵活多样,鼓励学生提前做好职业规划,增强了学生对环境工程专业就业前景的预期,激发了学习的主动性和积极性[6]。为了提高学生的实践创新能力,在暑期开展研究型实验,学生在老师指导下自行设计完成研究或制作内容,并获得相应学分。同时学校也设立创新实验项目,积极鼓励学生申报,培养学生利用所学的理论知识解决实际问题的能力,实现理论与实践的有机结合,培养学生的创新意识。

按照卓越计划实施要求,学生要有累计1年的企业实习实训经历,以此我们加强实践教学内容和形式的改革,首先在同周边企业如郑州市五龙口污水处理厂、郑州市马头岗污水处理厂、郑州市八岗污泥处置厂、郑州市垃圾综合处置厂、平煤集团神马实业股份有限公司在良好合作的基础上,积极签订校企合作战略协议,为学生到企业实习实训创造良好的外部环境。改变原来课程设计和毕业设计全部由校内教师承担的模式,积极邀请企业技术骨干参与承担课程设计和毕业设计环节,部分课程设计和毕业设计内容同企业生产实际接轨。对于专业实验安排,适当增加近现代内容,增设设计性、综合性实验,减少验证型实验。

结语

化工原理的课程设计篇5

关键词:课程设计;教学实践;教学体会

中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)18-0132-02

引言:

“精细化工工艺课程设计”是在学生完成了“精细有机合成”和“化工原理”的理论课程学习之后开设的综合性实践课程,课时1周,是东北石油大学化学化工学院应用化学专业“四位一体”模块化实践教学体系中第二层次的教学模块。该课程要求学生自主学习、构思设计一个精细化学品工艺设计为主的课题。需要经过资料查阅、合成路线设计、反应系统工艺设计、反应器工艺设计、答辩验收等过程,最终完成课程的学习和实践。教学过程中通过师生交流、学生自主学习和独立设计,对学生的知识获取、规划设计、工程技能、知识综合应用进行系统全面培养。截至目前,该课程已经开设7届,已经成为理论课和工程实践之间最重要的纽带。

一、课程的规划

东北石油大学是一所以工学为主的综合类院校,学校重视科学研究与实践应用,课程设置方面要求所有专业开设课程设计等实践类课程。应用化学专业的一个专业培养方向是精细化工,所以精细化工工艺学课程设计是我专业学生的必修课之一。该课程以《化工原理》和《精细有机合成化学与工艺学》的理论知识为基本点,综合应用专业知识,突出工程意识和创新意识,提高学生的综合设计能力,培养学生解决实际工程问题的技能。

在课程开设之初,由于缺乏实践经验,课程设计题目单调,应用型不强,而且学生对工艺和设备的结构与原理认识肤浅,学生的工程素质和工程实践技能没有得到应有的锻炼。通过多年的教学实践,在笔者及所在专业教师的共同努力下,对精细化工工艺课程设计的时间安排、前期课程的内容设置进行了合理衔接,起到了承上启下、融会贯通的良好效果。

该课程设计隶属于精细化工方向的教学集合体系,时间及内容安排顺序是同时开设《化工原理》和《精细有机合成化学与工艺学》,前者着重于介绍单元操作、工艺流程操作条件优化和设定,而后者着重于介绍精细化学品的合成工艺路线和单元反应的合成条件优化设计。然后开设《精细化工工艺设计》,它是将化工设计知识和精细化学品生产工艺融为一体的综合性教学环节,通过设计使学生深刻理解精细化学品的生产理论知识,明确所学课程知识的实际用途,并综合培养学生思考和解决问题的能力。由于课程设计时间为一周,在此期间,学生需要完成资料查阅、物料衡算、热量衡算、反应釜设计、流程图绘制、反应釜绘制等内容,工作量相对较大,所以理论课程教师在教学过程中需要预安排设计内容,学生在学习理论知识的同时进行课程设计准备工作,学习效果更好。

二、课程内容及教学实施

《精细化工工艺设计》的任务设置紧紧结合教学实际。精细化学品种类繁多,大多采用间歇操作,多步骤生产,而我校紧靠大庆油田,学生对油田化学剂,尤其是驱油用表面活性剂、缓蚀剂、破乳剂等精细化学品的接触了解较为深入。此外,前期课程设置了认识实习,学生对油田用精细化学品的生产流程具有初步认知。所以,在任务设置上,侧重于油田化学剂产品的生产工艺设计。

课程设计教学在多媒体教室进行,主要用于指导教师全方位讲解课程设计的任务安排和设计要求。教师在授课前备齐参考资料和工具用书,指导学生人数不超过15人。课程设计过程以学生为主体,教师进行针对性辅导,并根据学生遇到的问题组织课堂讨论,加深对知识的理解和熟练运用。为督促培养学生个人能力和团队合作精神,按照每组2人进行任务分配。课程结束后,由学生提交手写设计说明书一份,要求按照章节依次详细写出计算过程,并提交反应釜的设计图纸、反应车间的布局图纸等关键附图说明。最后,学生根据自己的设计内容,以小组为单位,进行公开答辩,根据学生的答辩情况及平时的指导情况,指导教师可以判断设计任务的完成效果,便于公平公正地进行成绩评定。

三、应用化学专业开设课程设计的教学体会

我校应用化学专业属于理科,课程体系设置不同于化学工艺专业,学生平时的学习均已理解分析为主,数学计算和工程制图等能力欠缺,工程和工艺基础均薄弱[1]。所以,通过课程设计教学环节实现对实现应用化学专业的多维度培养是非常必要的。通过7届教学实践,笔者认为理科专业因地制宜地开设化工类课程设计,对于学生多方面的能力培养有重要作用,具体有如下几方面的体会。

1.锻炼了学生查阅工具书、搜集数据的能力。高校本科学生在毕业之前都需完成毕业设计,我校应用化学专业的毕业设计为期半年,旨在培养学生的专业综合应用能力。通过课程设计可以使学生提前进入角色,起到了承上启下的作用。原因在于,学生的进行课程设计之前及过程中,需要做基本的准备工作,搜集资料和基本数据。比如《精细化工工艺课程设计》的设计题目设计硝化单元反应,为了完成硝化反应釜的设计,学生需要查阅芳烃、硝基化合物、水、硝酸等物质的一系列物性参数,包括热容Cp、标准摩尔生成焓ΔfH■■、密度ρ、黏度μ、导热系数λ等等。需要掌握《化学数据速查手册》、《石油化工基础数据手册》、《中华人民共和国化工物性图算手册》等工具书的筛选、物性参数的查阅方法,很大程度上锻炼了学生快速搜集资料的能力,为毕业设计教学环节的有效实施奠定了基础。

化工原理的课程设计篇6

关键词:化工原理;工程意识;实践教学

中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2017)19-0198-02

化学工程专业应当培养学生综合地运用科学原理、方法和技术对已有技术进行消化吸收并具备一定的研究开发能力,解决化工生产过程中的复杂工程问题,同时能够在工程项目中完成工艺、设备和控制等方面的合理设计。中国的高等工程教育模式下的毕业生在进入企业后没有严格的工程师岗位培训系统,也很少有工程项目的集中实践经验。中国工程教育的培养和当前社会市场经济转型期对工程技术人才的需求已经不匹配。大批经由高等院校工程教育培养出来的工程技术人才往往较难适应生产企业、设计院等单位对人才的要求。

化工原理课程是一门以化工单元操作为主要内容,以“三传”研究方法论为主线的工程技术基础课,它不同于化学和物理化学等基础学科,因为基础课程以简单的、理想的模型做为研究对象,采用的是严密的数学分析法;而化学工程学科都要面向实际的繁杂的工程问题,加上生产过程中影响因素繁多、物系的巨大差异、操作条件各不相同,大多数问题需要依靠理论指导下的工程化手段来解决。因此在本科教学中应该尽早让学生建立技术经济思维能力,培养工程思维模式,树立工程观念、工程意识,进而让学生能用工程观念分析、解决工程实际问题。本文从研究方法的角度,并结合化工原理的理论教学、实验教学和课程设计等环节来探讨对化学工程师的培养问题。

一、理论教学实现工程意识培养和思维转变

在当前的化工教育中,前两年的学习课程基本没有重点培养工程的观念,学生基本上学习的就是工程基础、物理、高等数学、基础化学等理论性较强的课程。所以,学生对设计、工程没有明确的认识,不能把理论与实际相结合。化工原理是一门衔接基础化学课程、后续的化学反应工程、传递过程等专业课的一门主干课程。基础化学课程的知识不仅是分析化工过程问题的重要工具,还是化工过程的基础。如流体输送、换热、蒸发、精馏、萃取、吸收等单元过程教学中所涉及到的化学原理知识,都是学生在前期物理、化学学习过程中的重点内容。另外,目前出版的化工原理教材内容大都按设计计算―操作分析―单元设备设计的章节结构来编写,课堂教学中应对单元设备的作用、功能进行对比分析,使学生明白其相同点与差异,增强学生对单元设备的正确选型、设计的综合能力。虽然各种单元操作基本方程的推导很重要,但是还应该把应用作为重点,培养学生的工程观念,让学生能够理论与实际问题相结合。案例教学在过程分析中的出发点是单元操作的物理化学原理或者物理,终点是工程目的。在分析时,暂时摆脱繁多公式的约束,通过推理、逻辑思维,发现问题、提出问题、讨论和解决问题。以数学作为基本工具,对过程进行数学模型识别,建立模型,进行实际的案例分析。

因此,在化工原理课程的理论、实践教学过程中就应该在理论的基础上尽可能提高学生的工程意识。具体来说,首先让学生明白化工原理与前面所学的物理、化学是性质完全不同的课程。强调此课程如何把研究成果开发放大为中试,再开发为生产规模,是连接基础研究与工业生产的架桥。通过加强案例教学,使学生尽早树立工程观念[1]。虽然各单元操作的数学模型的推导重要,但更应该侧重实际工程应用,让学生能够将理论与实际工程相结合,培养学生的工程观念。

二、化工原理实验教学中强化理论知识消化吸收与工程应用概念

实验环节是研究问题和学习的重要环节,既是培养学生理论与实际相结合的重要方法,也能训练学生的动手能力和实验技能。化工原理实验是同理论课程教学一起开展的实践性教学环节,实验涉及到工程实际,实验设备和工艺流程相对复杂,部分实验装置甚至接近于中试。为激发学生的学习兴趣和增强工程实践能力,加强实验教学是化工原理教学改革的一个重要切入点。如在实验教学中,教师可以把科研中的单元过程,如分离工程案例分析引入到实验教学课堂,既可以丰富实验教学的内容,又能够提高学生对化工实践和解决实际问题的认识[5]。在化工原理实验中,学生能够接触到与实际生产设备结构性质相同的工程实验装置,能够提升学生的工程意识。对于每个实验,如果能够要求学生独立分析单元设备的结构、设备的布置、实验装置流程,再结合教师的详细讲解,这样就可以使学生在实验过程中初步形成工程化概念。

完善实验教学方法,提高实验技能,训练工程思维,是实验教学成功的关键所在。增强实验教学的每个环节监控,包括流程预习、实验装置、课堂理论讲解、实验操作技能培养、实验数据分析和综合成绩考评等。实验过程中及时发现实际工程问题、找出解决方案,也算是建立工程观念的一条有效途径。通过观察实验现象,来引发学生自己思考问题。化工原理实验教W的内容紧紧围绕实验研究方法设计,学生可以在实践中巩固理论课所学的方法论。

三、化工原理课程设计突出理论教学与工程设计的对接

化工原理课程设计是一个综合性的实践教学环节,可提升学生的综合应用能力,通过学生独立完成规定单元操作设计的训练,掌握相关工艺、机械设计的能力;课程设计环节以实际应用为目标,通过实践可提高工程意识和实际应用能力。而且通过该环节,可使学生综合运用相关课程理论知识,增强查阅文献数据的能力,并增强通过工程语言如图表、文字表达设计结果的能力,进而可以提升学生的工程制图的能力。这样,学生通过一次课程设计,可以掌握机械设计的训练、单元设备相关工艺,使工程的概念得以提升。

应当指出的是,课程设计的目的不单纯是为设计而设计,而是培养学生解决问题和分析问题的综合能力。在进行课程设计之前,学生基本没有参加过工程实践,所以指导教师有必要提醒学生,工程上的问题往往受到诸多因素影响,不像他们以前所学的自然科学范畴的数学、化学和物理等课程的答案是唯一的,工程问题的答案往往不止一个。所以需要将每种可行方案进行可靠性、先进性和经济性等方面的比较和选择,最终选择一个可靠的实施方案。经过这样的指导和亲自参加工程设计实践,学生的灵活性和工程应变能力都能够得到初步锻炼,进而为他们今后走上工程师岗位打下初步基础。课程设计主要是针对实际工程中的问题,让学生得到实际锻炼的机会,课程设计内容注重理论联系实际工程。请工程经验丰富的工程师现身讲解学生需要面对的专业热点问题或典型工程问题。让学生走进企业、工厂实践,了解和感受工业生产过程的实际状况。另外要培养学生的工程实践能力,强调工程软件(PRO II,Aspen,Auto CAD等)的上机操作与实际应用,加强学生的工程培训实践教学,让工科学生掌握这一进步的设计手段。

四、结语

要加强学生工程意识的培养,我们在搞好理论教学、实验教学和工程设计的同时,更多地要让学生走出课堂,深入生产和科研实际。使学生能够将所学的知识应用于研究和解决生产问题的工程实践中,让学生体会到解决实际工程问题的喜悦与自豪。要逐步培养学生重践、重应用的热情,培养学生积累资料的习惯和兴趣,培养学生寻找课题、在生产实际中发现问题、掌握解决问题的步骤和方法,在教学过程中培养学生工程化的思维,培养他们热爱化学工程专业,使学生热爱所学专业。

参考文献:

[1]倪献智.化工原理课程教学中突出工程观点和方法教育[J].化工高等教育,2007,95(3):79-82.

[2]李凝.从培养学生工程思想出发谈化工原理教学改革[J].广东化工,2009,36(8):281-283.

[3]郭瑞丽,袁军,张建树.全国化工设计大赛对化学工程与工艺专业教学的启发[J].高教论坛,2013,169(11),59-60.

[4]刘作华,李泽全,谭世语等.论化工原理课程教学与学生工程意识的培养[J].广东化工,2008,35(9):147-150.

Paying Attention to the Cultivation of Basic Qualities of Chemical Engineers in the Teaching Process of Chemical Engineering Principle

YUAN Jun,ZHANG Jian-shu

(School of Chemistry and Chemical Engineering,Shihezi University,Shihezi,Xinjiang 832003,China)

Abstract:The course of principle of chemical engineering is an important bridge for students linking theory and practice in chemical engineering education. It is also the most important course for a chemical engineer. However,it is difficult to students to learn. To train students' the engineering awareness during the course teaching of principle of chemical engineering,the basic theories of physical chemistry and other related courses were integrated with. It was a pathway to cultivate the engineering awareness by theory and practice in course teaching.

化工原理的课程设计篇7

关键词:过程装备控制工程;过程原理与设备;教学内容

作者简介:苏文献(1967-),男,山东栖霞人,上海理工大学能源与动力工程学院,副教授;孙丽(1982-),女,山东海阳人,上海理工大学能源与动力工程学院,讲师。(上海 200093)

基金项目:本文系上海市教委重点课程建设项目(项目编号:1K12301002)、上海理工大学核心课程建设项目(项目编号:5811301003)的研究成果。

中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)25-0120-02

过程装备与控制工程专业的前身是化工设备与机械专业(简称“化机”),1998年根据发展需要,教育部对普通高等学校大学本科专业目录进行了调整,将化工设备与机械(本科)专业更名为过程装备与控制工程专业。该专业主要研究石油、化工、炼油、轻工、核能与电力、冶金、环境、食品及制药等过程工业中处理流体和类流体必需的装备、技术与控制等。属于融机械、化工和控制等多工程学科领域于一体的复合交叉型学科。

过程装备与控制工程本科专业相对应的研究生教育的学科名称为化工过程机械,属于动力工程及工程热物理一级学科下的二级学科。

动力工程及工程热物理学科主要研究能量以热和功及其他相关的形式在转化、传递过程中的基本规律,以及按此规律有效地实现这些过程的装备及系统所涉及的应用科学及应用基础科学;主要应用于工农业、国防领域,与人类生活、生产密切相关;同时又几乎与所有的科学技术领域密切有关,可以推动人类更好地利用能源与现代动力技术的发展。

上海理工大学(以下简称“我校”)过程装备与控制工程专业依托于我校动力工程与工程热物理一级学科,该学科具有博士后流动站,并在1997年第一批被批准为我国具有一级学科博士学位授予权单位;所属二级学科化工机械方向在70年代就已具有培养硕士和博士的能力。

在这样的背景下,我校能源与动力工程学院不断修改和丰富本科生培养计划和培养方案,开设了“过程原理与设备”课程,作为过程装备与控制工程专业的专业基础课程。经过多年的教学改革和不断探索,在教学方法、授课内容设计和提高学生创新能力方面取得了一定成果。

一、专业概况和课程定位

化工设备与机械专业更名为“过程装备与控制工程”专业后,其内涵和外延都有了根本变化。更名后的专业,从单纯的机械学科转向机械与控制交叉学科。虽然它自己仍然属于机械大学科,但它和通用机械有区别,与原来的行业范围局限于化工不同,新行业可以广泛服务于机械、电子、化工等相关过程工业;同时,新行业的发展也和机械电子、控制工程、化工机械、动力机械等密切相关。过程工业,通常来说,是利用化学和物理方法改变物料物化性能,用以生产新产品的加工工业,广泛应用于工农业等众多相关行业部门。过程装备与控制工程专业主要涉及的对象是与流程有关的物料,从原材料到成品或者半成品过程中需要经过一系列化学或者物理变化。因此,整个过程需要有数量不同、功能各异的单元操作并联或者串联组成,而每一个单元操作均需要一个能够实现特定功能的设备或者机器来完成。每个单元操作对应的设备称为单元设备,而这些单元设备需要用一系列的部件如阀门、管道、三通等连在一起构成过程装备。在过程工业中,通常需要确保各个单元设备以及整个装备能够安全稳定地运行,因此需要对各个流程中的物料的各种相关参数进行严格控制,如压力、速率、温度、浓度等。

过程装备与控制工程专业是以过程装备的设计、制造、运行、维护、管理为主体,过程工业原理与装备控制技术应用为两翼的多学科交叉型专业。通过系统学习,学生将具有较强的机械基础、过程装备、力学基础、控制工程、计算机应用等基础理论知识,具有较好的工程技术基本素质和综合解决工程问题的能力。其培养目标是具备过程装备设计制造及其控制理论,并具备研究开发、设计制造、运行控制、维护管理等综合能力的高级科学研究和技术人才。

我校以科研教学型为办学定位。“过程原理与设备”课程是过程装备与控制工程专业技术基础课程之一,是过程装备与控制工程专业的核心课程,也是上海市教委重点建设课程。该课程既讲原理又讲设备,涉及知识全面;由理论到应用,教学逻辑明确。对激发学生的创新思维,提高学生的应用能力有很大帮助。同时作为专业基础课程,其教学质量的好坏也直接影响其他专业课程的教学工作。因此,做好“过程原理与设备”课程建设对提高本科教学质量,促进学生全面发展具有一定积极作用。

二、授课内容设计

过程工业,一般来说,都与热量传递、能量传递及质量传递有关。过程工业中涉及的所有的机器(动设备)和(静)设备,均属于过程装备。过程装备可以分为以下几大类:

1.流体动力过程及设备

满足流体力学等相关规律的过程及设备。如液体的输送与气体的增压,气液非均相混合物的分离、液体的搅拌等。所用的设备有泵、鼓风机、离心机、压气机、管道、沉降室等。

2.传热过程及设备

满足热量传递等相关规律的过程及设备。如冷却、蒸发等。所用的设备有冷凝器、蒸发器、锅炉等。

3.传质过程及设备

满足质量传递等相关规律的过程及设备。如干燥、分馏、吸附、吸收、结晶等。所用的设备有:干燥器、萃取塔、结晶器等。

4.机械过程及设备

满足固体力学等相关规律的过程及设备。如固体的粉碎、筛分、输送、给料等。常见的设备有粉碎机、振动筛、输送设备、给料器等。

5.化学过程及设备

满足化学反应等相关规律的过程及设备。如还原、氧化、加氢、水解、加聚等。常见的设备有搅拌反应器、固定床反应器以及流化床反应器等。

“工程热力学”、“工程流体力学”、“传热学”为我校过程装备与控制工程专业在能源与动力工程学院的三大基础课程。“过程原理与设备”是过程装备与控制工程专业的主修课程,其授课内容大体与化工原理相近。由于传热、传动量两部分内容已由其他老师在“传热学”、“过程流体机械”中主讲,故在本课程中授课内容以传质为主,传热、传动量为辅。课程讲述质量传递原理、换热、蒸发传热单元操作及吸收、精馏、萃取、吸附、结晶、膜分离等传质单元操作;热量、质量同时传递过程的特点及增减湿和干燥操作。具体内容包括:

分离过程与传递现象,介绍混合物组成,基本操作方法和常用设备,传质分离的动力学方程;吸收基本原理,气液相平衡、传质机理与传质速率、低浓度气体的吸收与计算,高浓度气体吸收、多组分吸收、化学吸收和解吸,吸收塔的结构和设计;蒸馏基本原理,双组分溶液的气液相平衡、简单蒸馏、平衡蒸馏和精馏及其双组分连续精馏的计算和分析,间歇精馏和特殊精馏、多组分精馏,蒸馏塔的结构和设计;气液传质设备的工艺设计;液液平衡关系、部分互溶物系的萃取计算、完全不互溶物系的萃取计算及溶剂的选择,其他萃取方法及萃取设备;湿空气的性质及湿度图、干燥过程的物料衡算和热量衡算、干燥速率和干燥时间,干燥器的类型、性能、结构;蒸发原理、设备及计算热量传递基础,单效蒸发和真空蒸发的概念和计算,单效蒸发和提高加热蒸汽经济性的其他措施及其蒸发设备;颗粒与颗粒层的特性、流体与颗粒间的相对运动及其流体通过颗粒床层的流动、重力沉降和过滤计算,了解气体净化的其他广泛应用和设备;膜分离传质单元操作的基本原理。

目前我校过程装备与控制工程专业所用教材是陈敏恒等编著的《化工原理》(上、下)第三版(化学工业出版社)。所用参考教材有:蒋维钧等编著的《化工原理》(上、下)(清华大学出版社),何洪潮等编著的《化工原理》(科学出版社),张斌编著的《过程原理与设备》(东北大学出版社)等。

在多年的教学过程中,我校能源与动力工程学院不断探索教学内容和方法。在总学时数受限定的情况下,结合实际情况,合理设置教学内容,既压缩了课时,又避免了该课程与学院基础课程内容上的重复;在与其他课程的配置上,将该课程与“专业实验”课程的进度合理搭配,用实验设备模拟真实设备,边学边练,激发学生学习兴趣,增强学生动手实践能力;在改革教学内容和方法的同时,还注意将现代化教学手段引入课堂,利用计算机教学软件进行辅助教学,取得了良好的教学效果。

三、结论

“过程原理与设备”课程是过程装备与控制工程专业重要的专业基础课程之一,其内容涵盖广、实践应用性强。经过多年的教学改革和探索,我校走出了一条内容设计合理、教学方法多样、注重实践和创新的特色之路。过程装备与控制工程专业学生连续多年的高就业率和来自企业的积极反馈,体现了我校“过程原理与设备”教学的良好效果。

参考文献:

[1]陈敏恒,丛德滋,方图南,等.化工原理(上、下)[M].第三版.北京:化学工业出版社,2012.

[2]蒋维钧,戴猷元,顾惠君.化工原理(上、下)[M].第三版.北京:清华大学出版社,2009.

[3]冯宵,何洪潮.化工原理(上、下)[M].第二版.北京:科学出版社,2007.

化工原理的课程设计篇8

关键词:锅炉原理;教学改革;课程设计

作者简介:曹玉春(1973-),男,江苏盐城人,常州大学石油工程学院,副教授;纪国剑(1980-),男,江苏句容人,常州大学石油工程学院,讲师。(江苏 常州 213016)

基金项目:本文系2012年度常州大学教育教学研究课题(课题编号:GJY2012008)的研究成果。

中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)19-0110-02

一、新时期“锅炉原理”课程改革的必要性

作为重要的能源转换动力设备,锅炉不仅常见于日常生活及工农业生产,同时也是火力发电系统三大主机之一,是各行各业动力“源”之所在,在国民经济和社会发展中扮演着无可替代的重要角色。“锅炉原理”课程是热能与动力工程专业的核心主干专业课程,也是建筑环境与设备工程、过程控制及装备等众多专业的重要专业基础课程和选修课程,具有较宽广的受益专业面和众多的受益学生人群。

在我国的能源消费结构中,一次能源中约70%来自化石燃料的燃烧转换利用,其中大部分在锅炉等燃烧设备中完成,这一趋势在今后相当长的一段时期内不会改变。此外,农林生物质、城市生活垃圾、污水污泥等新型资源化利用也大量通过锅炉设备来进行燃烧处理。

随着社会经济的发展和科学技术的进步,锅炉在高效、环保方面的技术也日新月异,各种特种工业锅炉不断涌现,电站锅炉正朝向大容量、高参数机组方向发展。同时,随着能源资源的日趋紧张、全球气候变暖及燃烧污染物排放所引起的环境污染问题日益突出,能源资源在锅炉中的高效清洁利用已成为能源转换与利用领域的重大课题。显然,这些问题的解决与锅炉技术的不断技术革新密切相关,通过高效低污染锅炉设备及系统不断的优化设计、优化运行与高效管理来系统实现。因此,“锅炉原理”课程的建设及教学对我国能源生产与转化利用领域高级专门人才的培养具有非常重要的现实意义。

常州大学热能与动力工程专业的“锅炉原理”课程,已经开设有近20多年的历史,在长期的教学实践中,不断学习和借鉴其他重点高校的教学方法和教学经验,紧跟锅炉技术发展步伐更新教学内容,综合利用多媒体、网站等先进的教学手段,强化情景教学和实践环节,将素质教育的观念和思想贯穿始终,融传授知识、培养能力和提高素质为一体,促进三者协调发展。通过一系列的教学改造和创新,为促进“锅炉原理”课程建设和教学改革的发展和提高教学质量奠定了基础。

二、科学定位课程和教学目标任务

常州大学是一所以培养应用型高级专门人才的省属地方普通高校,学校的特色就是服务行业和长三角区域经济。近年来热能与动力专业学生就业主要面向电厂、能源、动力设备制造及安装、运行等企业,因此我们确定“锅炉原理”专业课在人才培养中的定位是围绕锅炉设计、制造和能源高效清洁利用,培养基础理论扎实、实践能力强、有创新精神的高素质应用型人才。课程以培养学生工程素养和理论联系实际、分析解决实际问题的综合素质为目的,其总体目标是通过本课程的学习,学会运用课程中的基本理论和概念分析并解决锅炉运行中的技术问题,通过课堂教学、实际环节和课程设计三结合的方式,使学生系统地掌握锅炉基础理论知识,初步具备分析锅炉运行、设计、安装、制造等相关技术问题的能力,了解锅炉技术最新发展趋势,培养严谨务实创新的工程理念,以及为日后能胜任锅炉、燃料与热能利用有关的运行、设计、安装与研究工作打下扎实的专业基础。

三、“锅炉原理”教学改革的创新研究

1.跟踪锅炉技术发展,及时更新教学内容

专业课程教学内容特点与基础课程有所不同,专业课中的知识点与现代科学技术的发展密切相关,专业课教材的内容不断更新,这就要求课程教学过程中应能及时地反映相关技术的发展。随着国内锅炉教材的不断更新,课程组科学选取合适的最新版本的教材。同时,课程组借助教师科研上的优势,及时收集国内外锅炉厂家、设计院、火力发电厂和工程公司锅炉方面的最新文献资料,从中获得大量锅炉设计、制造方面信息,如超超临界电站锅炉、大型超临界循环流化床锅炉等。另外,由于锅炉燃烧排放引起的环境问题成为公众关注的焦点,在锅炉控制污染排放方面的最新技术发展迅猛,课程组及时收集燃煤锅炉脱硫、脱硝等方面的最新技术和成果融合到教学内容中。不仅如此,教师利用科研出差深入到工程一线,现场考察并拍摄了大量锅炉及其内件的照片,为授课掌握了生动的第一手资料,并及时更新到教学的多媒体课件中,以此开拓学生的视野,培养学生对该专业课的兴趣。

2.综合利用现代化教学手段,提高学生学习兴趣

设置这门课程之初,教学内容以传统的理论为主,开设相应的实验和课程设计。随着教学改革的深入,本课程除了加强理论教学外,还借助实物模型、设备的三维动画及录像带等音像资料、仿真实验及研究型实验,不断加强实践教学内容。教学方法和手段也从单一的黑板板书教学转向了利用现代化多媒体教学手段的多种教学形式。

在学生学习“锅炉原理”这门专业课之前,组织学生参观30万千瓦电站机组模型,通过这种直观演示让学生对电站锅炉有一个初步认识,在电厂认识实习期间组织学生跟班运行,使学生对实际运行中的锅炉有更进一步的感性认识,为接下来的课堂学习奠定了基础。在课堂教学方面,以前主要以黑板板书教学为主。由于教学手段单一,不能充分调动学生课题学习积极性。随着科技的进步和教学改革的发展,多媒体和网络教学手段被逐步引入到本课程的教学中。课程组教师收集了大量锅炉设备三维动画、锅炉设备现场录像和多媒体教学课件,建立了共享多媒体资源,借助这些多媒体资料形象地讲解各种设备的结构和工作原理,将过去因没有实物对象或由于实物过于复杂而难学的抽象的工作原理、复杂的结构具体化、形象化,对帮助学生建立形象、直观的概念,加强对理论知识的理解起到了非常重要的作用。这样不但加深了学生对课程内容的理解,同时大大激发了学生的学习兴趣,丰富了教学内容和提高了教学效果。另外,在采用多媒体手段进行教学的过程中,部分保留了黑板板书教学形式。这样做的优点是既能发挥多媒体教学形式多样、信息量大、形象直观等优势,又能保留黑板板书的亲和力强、逻辑严密、交互性好等优点。

3.增强实践教学环节,提升学生对课程内容的感性认识

在学校相关部门的支持下,建设了煤质分析、锅炉综合仿真实验平台、锅炉模型室等实验室,另外通过与校外企业合作,开辟了包括火力发电厂、能源设备厂和锅炉设备制造等在内的多处校外实习基地,这些实践教学环境为“锅炉原理”的教学提供了很好的硬件条件。

结合“锅炉原理”课程的教学改革,课程组将过去四周的生产实习分成校内实习与校外实习两个阶段,两周校内实习结合本课程安排在校内实习基地进行,目的在于使学生对锅炉的基本知识、基本结构及工作原理有初步的认识,校外实习则主要使学生对运行中的锅炉有进一步的感性认识。这样使得学生在课堂学习中能激发学习兴趣,更好地掌握所学知识。另外,考虑到部分学生学有余力,开展了本科生导师制工作,将科研资源引入本科教学,为部分本科生配备了从事课题的老师作为导师,引导学生适当参加科研活动,针对课程教学中存在的问题开展深入研究,将教师的科研试验平台与学科建设资源转化为实验教学资源 ,以提升课程教学水平和质量。

4.推进课程设计环节的教学改革,更加注重学生学习实效

传统的“锅炉原理”课程设计教学过程是教师提供给学生锅炉设计参数资料,在教师的组织指导下,学生按照课程设计任务书的具体要求,通过查阅资料、确定方案、设计计算、绘制图纸、编制计算说明书等一系列工作来完成。从教学效果来看,一是课程设计往往是“孤立”地进行,即在专业课讲授完后进行,与专业课的衔接性较差,造成设计内容与课堂教学内容脱节;二是课程设计题目过于单调,考虑到学生今后工作的团队合作性,往往做同一种炉型的设计,尽管给定的燃料特性等设计数据有一定的差异,但大家做出的设计还是差别不大,不能充分考虑到学生的个性,不能兼顾不同层次学生的不同需求,甚至还可能诱发抄袭等弊端;三是对课程设计的考核方式也比较单一,教师往往在课程设计环节的成绩评判上显得为难和被动。

经过综合考虑,课程组对“锅炉原理”课程设计时间安排进行了调整,在“锅炉原理”课程讲解到一半左右时提前将课程设计的题目布置给学生。课程设计内容不再限于高压煤粉炉,而是包括链条炉、电站锅炉、流化床锅炉和余热锅炉在内的多种炉型。这些题目的涵盖面广,复杂程度和难度差异较大,学生可以根据自己的能力、兴趣和将来的就业意愿等选择不同类型和不同参数的锅炉进行设计。提前公布课程设计的题目之后,一方面由于时间充足,就只给出设计要求,由学生根据设计要求自定设计方案,这样可以培养学生的独立思考能力;另一方面,在课程学习过程中,学生带着问题去学,学习的目标也更加明确,学习积极性也有所提高。

5.创新课程考核手段,科学评价学生学习效果

考试作为重要的教学环节,是学生学习的指挥棒。在“锅炉原理“的教学中强调理论与实际密切结合,切勿死记硬背,主要是要求学生理解锅炉燃烧的基本过程以及各组成部分的基本结构、工作原理及其特点。在最终成绩评定上,充分考虑平时学习的状况和表现,采取期末考试成绩占50~60%,平时成绩(含平时作业、课程设计、实践环节表现等)占40~50%的方式,破除单一理论考试确定成绩的做法,也激励了学生平时学习热情。在期末考试的命题环节,充分考虑“锅炉原理”的课程特点,将理论教学与实践教学相结合,一是保证基本的理论教学要求,二是将实践内容纳入考试命题范围,三是保证一定量的灵活试题。实践证明,这些措施调动了学生平时学习的积极性,保证了对课程必须掌握的知识的考核,对于一部分优秀的学生而言,可以得到发挥才能的机会,获得好的成绩,还能够体现各类学生的学习状况。

四、结束语

通过课程组教师多年的努力和积累,“锅炉原理”课程教学改革不断创新,推行了一系列教学改革和创新。通过这些改革和创新,提升了教学效果和教学质量,为培养高素质的应用型专门人才作出了贡献。

参考文献:

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[2]于广锁,林伟宁,梁钦锋,等.锅炉原理课程教学的探索与研究[J].化工高等教育,2007,24(3):29-31.

[3]何金桥,陈冬林.“电厂锅炉原理及设备”课程的电化模型教学研究[J].中国电力教育,2009,(9):79-80.

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