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摘要:热工过程控制系列课程是热工过程自动化专业的重要专业核心课程,均设置二周课程设计。通过课程设计,可使学生进一步加深理解理论基础知识,并初步掌握对火电机组及核电机组主要控制系统的分析和设计。如何通过实践环节提升教学效果,进一步提高学生的综合素质是需要深入思考的问题。本文从系列课程设计的重要性、主要内容及目前存在的问题入手,接着从几方面对课程设计进行了思考探索。
关键词:热工过程;控制;课程设计
中图分类号:G642.3 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)49-0068-02
一、课程设计的设置及重要性
我校的热工自动化专业主要培养面向发电行业的设计、检修和运行操作人员等,热工过程控制系统和热工过程控制仪表二门课程是热工自动化专业的专业核心课,分别在第五学期和第六学期开设,除分别设有32学时的理论教学外,在教学计划中都设有二周的课程设计。工科大学的课程设计的目的是为了让学生在理论学习后深入体会和掌握理论知识,综合运用已学知识,会使用工具资料、标准、规范等,掌握一定的识图、绘图能力,锻炼解决工程实际问题的能力,综合培养一定的实践能力和创新能力,提高学生的综合素质,是在毕业设计前的重要的实践环节。本专业学生在毕业后大多到发电企业从事工作,对本行业的主要控制系统进行分析和设计的实践能力、创新能力是必备的素质。
二门课的课程设计各有侧重,使学生在分别完成二个实践环节后,能够对热工过程控制对象的仪表和控制系统的分析与设计方面内容有较深入的理解,并掌握工程实际中一些常见的问题及其解决方法,都有较大的收获。但随着国家教育改革的深化以及世界范围内能源结构的转化,教学实践环节该何去何从,也是摆在学校和教师面前的问题,对实践环节的思考探索也刻不容缓。
二、目前课程设计的情况
1.总体情况。目前的课程设计都是在理论课结束后,在学期末进行二周的课程设计,有多位指导老师共同完成对学生的指导,将学生进行分组分课题进行指导,保证每个学生人手一题,一组学生完成一个子系统的设计,主要是针对火电机组或核电机组的各控制系统为主要控制对象,通过设计仪表控制系统或复杂控制系统来完成。有时略显纸上谈兵,实践机会稍少,缺乏创新,学生大多是在已有的设计内容基础上,对控制过程做深入分析理解,力所能及对方案进行改进,以完成整个设计过程。
2.热工过程控制仪表课程设计的主要内容。本课程在理论课上重点讲述控制器、变送器、执行器及现场总线等控制仪表及系统,在教学中同时也针对控制对象的仪表控制系统进行分析设计,因此在课程设计时也主要重点针对设备的分析、选择和使用,最终进行仪表控制系统的设计及对比。在查阅参考文献、手册、工具书籍后,对控制器、变送器、执行器等进行选择,设计一个完整的仪表控制系统,最后完成说明书的撰写和sama图、控制系统方框图的绘制。以火电机组蒸汽温度控制系统为例,要求将蒸汽温度控制在给定值要求范围内,学生通过温度测量、控制、执行各环节设备的选择,尤其现在可在智能设备、传统设备、国产设备、合资设备以及进口设备等不同类别地进行组合,除完成仪表控制系统的设计外,给出几个方案进行对比。经过设计过程,学生熟悉控制仪表的性能、价格以至生产厂家、市场行情等,了解各类图纸的绘制规则及画法,避免学生到工作岗位上一问三不知,不但掌握设备的原理,也熟悉市场上常规设备、价格等,进行了接地气的设计。
3.热工过程控制系统课程设计的主要内容。本门课是本专业的核心专业课,理论教学中包括控制系统的理论基础及实际应用,有单回路控制系统、前馈控制、串级控制等复杂控制系统的原理及火电机组的蒸汽、给水、燃烧主要控制系统的分析。这样,常规的课程设计中是进行火电机组或核电机组的给水、汽温、燃烧等主要控制系统的设计,教师在布置任务时要求针对具体的机组参数、不同类型的锅炉等参数,如亚临界、超临界、超超临界机组,对冲式燃烧方式、四角切圆燃烧方式等不同类型锅炉,或是核电机组,通过分析控制系统的任务、对象的特性、控制信号的处理以及全过程调节保护等内容,要求能看懂逻辑图,并能绘制逻辑图,进行初步的仿真验证,最后撰写设计说明书并进行答辩。以给水控制系统为例,汽包锅炉、直流锅炉的控制方案完全不同,从输入到输出,要求学生全过程进行设计,并可根据所学知识进行方案改进,如经典控制理论和先进控制理论的方案在仿真中进行对比。答辩后根据学生的口头表达能力、书面表述能力、对知识的理解程度等项目,结合态度和能力进行考核。
4.目前课程设计中存在的问题。目前二门课程的课程设计各有侧重点,主要对象都是火电机组或核电机组;控制仪表课程设计主要针对控制仪表的分析和选择,控制系统课程设计主要针对主要控制系统的深入设计和分析,相比理论教学都更深入、更广,着重解决一个系统的问题,解决后可以举一反三。但是,根据目前的教学计划安排,学生都是在教师的布置下,进行课题选择、设计,从根本上属于被动实践,没有让学生主动地去发现问题、解决问题;其次,由于学校现有的实验条件及设备,动手的内容相对少,这样的方式也限制了学生的发挥和创新;另外,由于现在经济形势及环境污染等问题,火电行业的发展受到一定程度的限制,如果在教学中仍旧局限于传统发电行业,将对学生的就业极其不利。由此看来目前的课程设计中存在着一些问题。
三、对将来课程设计的思考
目前进行的课程设计实践环节能够满足常规的教学计划的要求,培养学生综合运用所学知识,锻炼了学生解决实际问题的实践能力,提高了学生的综合素质。但基于目前国家乃至世界范围内都在进行的能源革命及能源结构调整,作为能源与动力类的专业,对课程设计的思考c改革也是势在必行。思考探索主要从以下方面进行:
1.课程设计的主旨要求的强化。课程设计是教学过程中重要的实践教学环节,利用该环节把增强学生的社会责任感、创新精神、实践能力作为重点任务。通过布置课题任务,甚至启发学生在生活中、生产实习中自己主动发现问题,可不拘泥于本行业中的实际问题,从而让学生在实践中解决生活、生产工程实际中存在的问题,在实践中锻炼团队协作的精神,在设计过程中切实解决问题。
2.积极开发数字资源,促进教育信息化与课程教学融合。目前在国家极力推进教育信息化及互联网+的大环境下,如何开发和利用数字资源也是实践环节中必不可少的。数字资源可以让学生更方便、更多地汲取有用的知R和信息,随时随地学习。现在的学生大多对手机、计算机、网络很有兴趣,可利用此契机,开发数字资源,激发学生的学习兴趣,也可以锻炼学生的动手能力及创新能力。如开发网络课程、开发手机APP等项目等,都在筹划中。
3.拓宽设计范围。本专业在以往就业方向大多面向火力发电厂及核电站,课程设计的题目也以火力发电和核电为主,学生能够深入挖掘和发现火力发电厂中的问题并进行处理。但目前由于环境等原因,国家面临能源结构改革,限制了火电的扩建和生产,直接影响到学生的就业方向,需提前为学生谋划更宽的就业领域,提高竞争实力。
4.教学文档的完善。教学文档是教学环节的有力保障,教学大纲、课程设计指导书及课程设计指导教材可让学生直观具体地了解所做工作的要求、内容。完善更新教学大纲、编写指导书和教材是重要的手段,目前教学大纲、指导书已有,但分别为独立一册,而且由于课程设计课题、方法、工具等的变更发展,教学文档也应随之更新完善。计划通过立项完成一本课程设计指导教材的编写,具体指导课程设计。
5.实验设备的增加和利用。实践环节可以虚实结合,一方面开发数字资源,但也要有些实验设备让学生去动手操作,可以加深对基础知识的理解,才能在此基础上进行创新。如果学生能更多地在设备上进行真刀真枪的训练,会更有存在感。例如,可以在实验设备上进行传统控制理论和先进控制理论的控制对比运用、搭接数字化控制系统,观察对象的控制效果,这样学生也可以在充分理解课本上的概念、理论知识后,经实际运用后反过来更好地开发数字资源。
6.考核方式完善。以往是平时、答辩、书面材料分别占20%、20%和60%,这样学生有时通过参考其他同学的材料也能过关,学不到真正的东西。基于此原因,在答辩和说明书中申明分析写作过程,这是除了基本常规内容外的一项重要内容,作为评分的依据之一。另一方面加大创新内容的权重,如有设计新方案,可以不拘泥于常规考核,这样才能鼓励学生创新。让考核成为最后一道把关环节。
其他实践形式的开展。教学中的实践环节可以走出校园,并不局限于校内,参与到教师的科研项目中,到相关企业甚至不相关的行业中体验生活,从而让学生尽可能体验生活,体验生产过程,尽可能去主动发现问题,主动实践,这样才能更好地做好教学计划中的规定环节。
四、结语
热工过程控制系列课程是热工自动化专业的专业核心课程,它的实践环节是提高学生的实践能力和创新能力中重要的一环,如何更好地利用实践环节提高学生的综合素质是当前急需思考的问题。通过课题设计、设计方式、考核方式等的改革与实践定能取得良好的效果,提高教学质量,提高学生的创新和实践能力,当然这一切都需要教师的自我思考与自我进步。
参考文献:
[1]申忠利,等.控制系统计算机仿真课程教学改革的CDIO实践,教育教学论,2015,(5):101-102.
关键词:水务工程课程群;课程设计;考核方式
水务工程专业是顺应我国从传统的多龙管水向现代的水务管理一体化转换的新时代需求,为一体化解决城市各类水问题而发展起来的一门新的本科专业。水务工程专业工程实践性强,课程设计多。水务工程专业课程群包括六门课程设计,即水泵与水泵站课程设计、给水管网课程设计、排水管网课程设计、给水处理课程设计、污水处理课程设计、城市防洪与排涝课程设计。现行的课程设计一般都安排在相应理论课程之后,由理论课任课教师独立拟定题目,独立设定设计参数,设计内容相对独立。这种方法虽然便于组织教学,但各门课程设计内容缺乏关联性,学生在经过课程设计学习之后,得不到良好的技术知识连贯性、系统性和整体意识的训练。河北科技大学在电气传动课程群课程设计方面,开展了开放式课程设计体系的尝试[1]。将综合性开放性课程设计安排在课程群理论课都完成之后,大四第一学期进行。大连工业大学在计算机专业课程群课程设计中探索了集中实践模式,即在所有课程群理论课结束之后,由相关课程多位老师同时指导,集中完成课程设计[2]。这两种尝试都收到一定的成效,但课程设计与理论课间隔时间较长,不利于学生及时掌握所学内容,同时必须对现行的教学计划进行调整。本文根据水务工程专业课程群各课程设计间的相关性、连续性和系统性,对设计内容进行全面分析和优化整合,解决课程间的衔接问题。同时在不改变原有教学安排的前提下,对课程群课程设计进行实践探索。
一、课程群课程设计题目的优化探索
(一)课程群课程设计题目的优化整合
水务工程专业课程群各课程设计不是独立无关的,可解决某工程主体设计的不同设计任务。各课程的设计成果组合起来即是某项工程完整的设计文件,通过和所有指导教师的深入讨论和分析,对各门课程内容进行重新审核和优化,并将六门课程设计题目整合为一个大题目(如某城市新区给水排涝系统设计),有其总的课程设计任务书。每门课程设计按各自优化后的设计内容,确定设计子任务。现就“某城市新区给水排涝系统设计”为例说明。整合的设计任务:对某城市新区的给水系统、排水系统和排涝系统进行设计,必须综合考虑各系统间的兼容性。各课程设计的子任务:水泵与水泵站课程设计主要解决此设计中给水泵站、排涝泵站的设计,给水管网课程设计主要解决给水管网设计,排水管网课程设计主要完成污水管网和雨水管网设计,给水处理课程设计主要完成自来水厂设计,污水处理课程设计主要完成污水处理厂设计,城市防洪排涝课程设计主要完成排涝河道整治与堤防设计。课程群课程设计题目的优化整合,可以让学生预先获知总设计的目标,激发学生自我实现的欲望,有利于提高学习兴趣。同时让学生体会逐步完成设计成果的过程,使学到的专业知识更系统化,有利于学生认知结构的合理构建,培养综合运用能力、工程实践能力。
(二)课程群课程设计间的衔接问题
课程设计题目的优化整合需要做好各课程设计间的相互衔接问题,主要包括设计内容的关联性、地形数据的统一性、设计参数的合理性。
1.课程设计间内容的关联性
课程群涉及的六门课程设计内容既相互独立,又紧密连接,往往前一门课程设计的成果为后续的课程设计提供设计资料。如水泵与水泵站课程设计(第4学期)的主要内容为给水泵站、排涝泵站的水泵选型和泵站布置。其中给水泵站的设计流量将为给水管网课程设计(第5学期)提供资料,水泵与水泵站和给水管网课程设计成果又将为给水处理课程设计(第7学期)提供资料。六门课程设计间的关联情况可见下图。这种关联性使得后续课程设计的内容受前导课程设计内容的制约,而前导课程设计的内容和成果,必须满足后续课程设计的需要,避免出现前后矛盾。
2.地形数据的统一性
课程群中的六门课程设计都需要地形数据。水泵与水泵站需要利用地形数据确定泵的型号、台数及泵站的布置,给水管网和排水管网课程设计需要利用地形数据进行管渠定线及埋深计算,给水处理和污水处理课程设计需要利用地形数据确定工艺布局,城市防洪排涝课程设计需要利用地形数据计算河道水面线和堤防高度。所以在选择原始地形数据时,需要综合考虑所有课程设计的需要。
3.设计参数的合理性
某些设计参数在课程群课程设计间重复使用,如新区的人口数据和产业布局数据。这些数据要被水泵与水泵站课程设计、给水管网课程设计、排水管网课程设计、给水处理课程设计和污水处理课程设计使用。在选取这些设计参数时,要根据前后课程间的影响和制约关系,综合考虑每一门的需要。
二、课程群课程设计的实践探索
(一)课程群课程设计指导的实践探索
课程设计的优化整合,要求每一位指导教师都要有全局观念,统筹安排,系统管理。指导教师不能只注重自己课程的指导,需要帮助学生了解本次课程设计在整合题目中的作用,明确局部和整体的关系。同时要帮助学生协调好本次课程设计与前导及后续课程设计之间的关系,帮助学生掌握如何从先导课程设计成果中提取所需的设计资料,同时为后续课程设计的顺利进行,为本次课程设计选择合理方案,使得学生不再只停留在单门课程的局部设计上,培养学生的全局观念[3]。
(二)课程群课程设计考核方式的实践探索
现行的课程设计考核是由指导教师自行制定、执行的,各门课程的分数组成各不相同。课程群的课程设计考核需要制定水务工程专业统一的考核标准、分数组成一致。在课程设计的答辩环节,除注重本次课程设计成果外,还要分析前导成果的合理性以及后续课程所需的条件,从而检验学生对课程关联性的掌握程度,同时能让学生体会其中的相互影响和相互制约,初步了解实际工程的复杂性,增强整体性概念。
作者:赵超 朱木兰 刘光生 单位:厦门理工学院
参考文献:
[1]梁永春,刘建业.电动传动课程群开放式课程设计体系研究[J].电力教育,2011,208:167-168.
实践教学在地理信息科学专业整个教学工作中占有十分重要的位置。通过各类课程实验、课程设计、实习、科技活动等实践教学途径,构建较为完善的实践教学体系,强化地理信息科学专业学生的应用能力。
1.GIS数据采集与获取能力培养
(1)地形测量与数字成图实习。地形测量与数字成图实习在第三学期开设,时间为4周。实习的主要内容为大比例尺地形图测绘练习,通过实习使学生熟练掌握全站仪、红外测距仪、DS3水准仪、DJ6经纬仪的使用,掌握小地区控制测量的实施、地物地貌的测绘方法及利用电子平板进行数字地形图成图的基本技能,使学生熟练掌握地形测量各种仪器、工具的操作和使用方法;熟悉数字测图的全过程,掌握地形测量的测、算、绘技能。(2)摄影测量实习。摄影测量实习在第五学期开设,时间为2周。实习的主要内容包括基于ASTER制作三维地形场景、基于SPOT异轨影像和航空像片制作三维地形场景,让学生掌握PCI、ENVI、ARCGIS软件的应用等能力。(3)房产与地籍测量实习。房产与地籍测量实习在第六学期开设,时间为1周。实习的主要内容为房地产分幅图编绘、界址点测量与宗地面积计算以及房产面积测算,使学生了解房产与地籍测量的内容和工作流程。(4)GPS测量实习。GPS测量实习在第六学期开设,时间为1周。实习内容包括技术设计书的编写、选点及标志埋设、外业观测、内业解算,使学生掌握GPS卫星定位技术的基本原理、GPS接收机的基本操作知识,能够利用GPS接收机进行实际作业,并能够比较熟练地运用随机软件和网平差软件进行GPS测量数据的处理与分析。(5)遥感原理与应用实习。遥感原理与应用实习在第六学期开设,时间为2周。实习针对一个具体的生产项目,按照遥感图像处理规范完成遥感图像的预处理、遥感图像的增强处理、遥感图像的分类、遥感成图等工作,让学生掌握ENVI软件应用能力。(6)控制测量与工程测量实习。控制测量与工程测量实习在第七学期开设,时间为3周。实习的主要内容为控制测量野外作业的基本技能训练,三、四等控制测量作业训练,等级导线的作业训练,GPS作业训练,使学生熟悉控制测量外业观测的基本技能和内业数据处理的方法与工程测量的基本方法。
2.GIS软件操作与应用能力培养
(1)城市规划原理课程设计。城市规划原理课程设计在第二学期开设,时间为2周。课程设计内容为居住区详细规划设计,主要包含居住区道路、住宅、公建及绿化的具体平面布置情况。采用需求调研、方案构思、方案完善修改和机房上机相结合的方式,最终完成规划平面图和户型平面2张图纸。(2)GIS基础实习。GIS基础实习在第四学期开设,时间为4周。实习内容包括ArcGIS软件的应用实习(地图矢量化、市级行政区划图制作、空间分析、数据转换及3D数据集成)以及MapGISk9的应用实习(校正影像图、地形图绘制、地形图编辑、地形图图幅入库),通过实习使学生熟练掌握GIS软件主要模块的使用。(3)城市GIS实习。城市GIS实习在第六学期开设,时间为2周。实习内容包括野外调查(实地调查获取益阳市基础地理城市数据库所需的基础地理图件)和室内作业(建立基于GEODATABASE益阳市基础地理城市数据库、建立局部三维场景),使学生掌握城市GIS项目开发与管理的基本技能。
3.GIS设计与开发能力培养
(1)数据库原理课程设计。数据库原理课程设计在第三学期开设,时间为2周。课程设计共分八个项目,分别是学生管理系统、图书馆管理信息系统、宾馆管理信息系统等。学生组成项目组,根据任务分组采用需求调研和机房上机相结合的方式,设计并实现基于数据库的管理信息系统的各项功能。(2)数据结构课程设计。数据结构课程设计在第四学期开设,时间为2周。课程设计内容根据指导老师给定的数据结构设计题目进行选择,通过数据结构综合设计使学生能将所学的GIS理论、GIS软件、GIS应用等进行综合整理。(3)面向对象程序设计课程设计。面向对象程序设计课程设计在第五学期开设,时间为2周。课程设计内容包括图书管理信息系统和学籍管理信息系统的设计和实现,五人一个小组,选择一个题目,学生按照软件过程的各个环节进行系统分析、设计、实现、集成、测试,锻炼学生项目实施的能力。(4)WEBGIS实习。WEBGIS实习在第五学期开设,时间为3周。实习内容包括基于Web的管理信息系统实现以及ArcGISserverwebadf的应用,使得学生掌握WebGIS开发平台及网站设计的基本流程,具有一定的WebGIS开发能力。(5)软件工程实习。软件工程实习在第六学期开设,时间为2周。实习包括完成软件的需求分析、总体设计、详细设计、原型软件设计与实现、软件测试、提交等内容,使得学生掌握GIS软件设计、编程、测试及维护的实用技术方法,按照GIS软件工程的要求进行实际软件项目的开发。(6)GIS二次开发实习。GIS二次开发实习在第七学期开设,时间为3周。实习内容为运用所学知识采用接口编程的技术和软件开发的思维方式开发一个管理信息系统或其他应用系统,系统内容结合生产单位的具体实践。培养学生综合利用C#和ArcEngine进行GIS二次的能力,加强接口的运用及学生对GIS二次开发方法的初步认识,提高软件系统分析能力和程序文档建立、归纳总结的能力。
4.综合能力培养
(1)GIS专业综合实训。GIS专业综合实训在第八学期开设,时间为8周。实训包括:实训一(2周)以益阳市内地形的测量数据为基础,完成1∶500地形图的编绘。实训二(2周)以湖南城市学院新校区和朝阳校区的测量数据为基础资料,要求把新旧两个校区数据(CASS数据)转换为MAPGIS数据,同时导出其属性,然后在MAPGIS的属性库管理和图形库管理中进行入库管理。实训三(4周)运用GIS软件工程思想对数字校园进行需求分析、总体设计、详细设计、开发并实现。实训以应用生产实际过程中的几个综合实践为素材,培养学生GIS综合应用能力和技巧。(2)毕业设计。毕业设计在第八学期开设,时间为12周。毕业设计采取由教师出题,学生根据自己的爱好选择相关题目再由教师根据题目的难度、学生的水平及其他情况综合评判选择合适学生的模式。毕业设计以个人为单位,教研室老师邀请生产单位技术人员一起担任毕业设计指导老师,对于由生产单位技术人员担任指导老师的学生,可前往生产单位开展毕业设计。毕业设计评分综合导师评分、评议员评分和答辩委员会评分。(3)岗位实习。岗位实习在第七、八学期开设,联系公司和单位,推荐优秀学生进入GIS公司实习,具体时间视实习生工作情况最终确定。通过岗位实践,让学生近距离接触GIS行业的生产应用,能够帮助他们了解社会对GIS人才知识、能力素质的要求,提高今后学习的针对性和有效性,培养学生吃苦耐劳、爱岗敬业的职业素养以及团队协作能力、人际交往能力。(4)GIS活动与资格认证。GIS活动与资格认证在各学期分散开展。联合生产公司合作举办各种GIS活动,组织学生参加GIS类竞赛和资格认证,让学生了解GIS前沿技术、应用前景和最新发展动态,增长见识,开拓视野,培养学生专业意识和自信心,同时在竞赛中和资格认证中锻炼实践能力,使得他们更具有就业竞争力。
二、结语
课程进程跨度为8周包括理论教学、课程设计两部分课程设计与课堂内容穿行。第十一周开卷考试第十二周课程设计总体答辩。基本组成环节包括课堂讲解、布置设计任务、外聘专家讲座、设计指导、课程设计答辩。每章内容包括课堂讲授、现场设计指导和集体汇报交流。讲课可以多次进行第一次课重点布置本部分设计的主要内容、主要设计流程、主要设计方法介绍设计标准、参考资料包括网络资源和资料确定任务的时间要求,确定设计任务,确定绘图完成的内容。
二、主讲教师
本课程采用按章节由在专业方向和研究领域有专长的教师担任的方法。改革的初衷是车辆工程专业的教师学员结构合理不同教师的研究方向以及科研领域各有不同对汽车的某系统有长期的、深入的研究,而且掌握专门的研究方法了解学术前沿。尤其是部分教师掌握了现代设计方法和手段例如三维设计、有限元分析、汽车CAE方法等对机电液一体化有着较丰富的经验。由这样的教师担任其所熟悉的系统的主讲河以充分发挥其特长更容易将科研与教学结合到一起,还可以将课程设计题目和教师科研课题结合起来使学生获益更多。
实施过程中,精心选择了8位主讲教师。他们大多有着丰富的教学和实践经验具有较高的职称和学历在汽车相关部分有着较深入的研究。讲课全程进行录音录像,主讲教师尽职尽责,充分备课从真讲课悉心指导。这种形式赴学生认识了更多的专业教师颇略了不同教师的教学风格,汲取了丰富的知识得到了学生普遍欢迎。
三、外聘专家
课程组在重要章节聘请企业技术骨干或专家举行讲座或设计技术指导,经过与我省专业生产企业和设计研究院等单位广泛接触初步选定了四个单位的专家他们分别在汽车总体设计及总布置、汽车离合器产品开发与生产、汽车变速器产品设计开发、汽车驱动桥设计与制造等领域有着多年的工作经历。当然,这个环节的实施,需要大量的前期准备工作投入包括专家联系、日程安排、接送、讲座内容设计等。专家讲座让学生一方面了解到了实际的企业研发过程、手段和方法,了解在设计过程中需要格外注意的问题学习专家的设计经验;另一方面也了解了行业现状,企业对人才能力、知识结构的需求,认识到了自己的不足,促使其更加努力。不同的讲解角度和新颖的内容,极大地吸引了学生的注意力提高了学习效果。
四、课程设计
1.分组。通过广泛征询教师和同学的意见课程组研究决定本课程的课程设计分组进行仿照专业企业新产品开发项目小组的形式进行。每一个项目组内对于一个给定的项目要求分工明确。即任务分析、调研、资料查阅、设计、分析、绘图、答辩、设计资料整理等工作由项目小组长指定或抽签确定但要保证每个同学在8个项目的工作过程中都从事过不同的工作。项目小组成员按照班级宿舍自然形成海个宿舍自成一组这样便于小组成员之间的讨论、工作协同和教师分散指导。
2.设计任务。以我国市场上常见的几种汽车产品整车布置及底盘系统的设计开发为目标,按照汽车总体需求及总布置、离合器、机械式变速器、万向传动装置、驱动桥、悬架系统、转向系、制动系共8个设计题目进行最终形成一个相对完整的汽车底盘系统设计。考虑到结构的差别、用途上的差别等因素,实施过程中选取了6类汽车进行设计分别是:轻型货车、中型货车、重型货车、城市公交车、公路长途客车和中级轿车。每一部分的题目还要结合主讲教师的具体要求,比如CAE应用,电子控制系统应用、液压系统应用等内容。每一个项目完成进行集中答辩胺照小组进行,一人负责陈述全体成员接受质询。需要指出的是,为了锻炼学生的表达能力,规定每一名同学至少进行过一次答辩陈述和讲解过程。
五、考核方式
1.汽车设计课程的考核方式开卷考试+平时成绩。分值比例为:各主讲教师根据课堂表现及出勤情况给出平时成绩最后求平均值期末开卷考试成绩。学生打分及教师给出的平时成绩由5级分制转为百分制。
2.汽车设计课程设计考核方式。考核内容和形式主要包括戈1)组长主要针对成员参加资料查阅、小组方案讨论、设计过程、参与程度等环节给出每成员的成绩(按照A日CO四个等级给出)。(2)各主讲教师据本组总体情况给出本组的基本分数,结合教学指导过程和学生出勤情况、汇报效果等依次确定每个人的成绩。(3)课程设计成果和答辩成绩。课程设计最后完成所有材料的系统整理,完成整车的系统设计、计算和资料整理,撰写设计说明书装订成册,整理设计图纸并最终答辩。
六、总结
(1)设计题目、内容不规范,要求不统一。
由于每届或每班的指导教师不同,设计题目、内容、要求、难易程度偏离太大。如有数控机床改造设计、伺服系统控制设计、交通灯控制设计等,要求、工作量也不相同。有的设计任务偏难,有的设计任务又太简单。
(2)设计资料缺乏。
由于机电一体化是一门新兴的技术和专业,这方面的知识内容都在相关的杂志刊物登载,书籍相对少一些。要进行课程设计,收集这方面的资料较困难。没有现成的资料汇编及设计手册,学生要花费较多的时间找资料,往往是教师帮助寻找资料。而且没有像机械零件设计那样的系统完整的课程设计指导书。在设计中盲目性较大。
(3)师资不足。
最早几年机电专业方向只有一个班或两个班,指导教师有2~4人即可。一般由主讲或熟悉机电一体化控制系统课程的教师指导。近几年随着学生的扩招,机电专业扩展到4~5个班,指导教师需要8~10人,明显不够,因此有必要进行培养。
2机电一体化课程设计改进措施
(1)编写合适的机电一体化课程设计指导书,配齐设计资料。
到目前为止未见过公开出版的机电一体化课程设计指导书,所以有必要编写合适的机电一体化课程设计指导书,并收集较全的资料进行汇编,与指导书汇编成册。
(2)规范设计题目,统一要求。
规范设计题目不是整个设计都用同一个题目,而是在一个范围内选择题目,教师根据所选的题目按统一的要求下达任务书。设计题目一般以简易数控机床设计、数控机床改造设计、机器人及控制设计较为合适。在市场上可见的机电产品多得很,不是所有的机电产品都适合做题目,因其难易程度是不同的。机电专业的课程设置是以机床设计、机器人设计控制为典型产品的,在机电一体化课程设计中要反映课程设置的内容。机电专业方向课程有机电一体化系统设计、计算机控制技术、机械制造装备设计、机器人导论等课程。这些课程的内容在电的方面主要介绍了以计算机为核心的控制系统;机械方面介绍了机械运动、机械传动、机械结构及相关的标准部件,如滚动导轨、滚珠丝杠等。在选题及设计中要反映上述的内容。因此规范化的题目主要为数控车床(或铣床、钻床等)设计、车床(或铣床、钻床等)数控化改造设计、或是工业机器人及控制设计。这些都具有一定的机械部分内容,如数控机床进给轴传动部件,机器人的腰身、手臂运动部件及滚珠丝杠、导轨的应用等。电的方面包含数控系统电路设计,计算机控制系统设计及对机械部分的控制;从而实现了机电结合。对规范化的题目、要求及上述设计内容都已编入指导书中。
(3)指导教师的培养。
首先被培训的教师可以跟班听课,熟悉掌握相关的课程内容,然后在机电一体化课程设计进行中跟班辅导,以培养出合格的指导教师。
(4)加强督察。
当指导教师接到指导课程设计任务后,首先拿到机电一体化课程设计指导书,根据要求写出课程设计任务书;并由教研室主任或院教学指导委员会审查,合格才可向学生下达任务。指导中,教师要填写指导日志,随时记录指导中的难点、及出现的问题和解决方法,并进行小结,以便下一次指导时提高设计水平。
3机电一体化课程设计指导书主要内容
3.1设计题目确定及要求
3.2总体方案确定
(1)总体方案设计;
(2)绘制总体方案图。
3.3伺服系统机械传动部件设计
(1)切削力计算;
(2)滚动丝杠螺母副的计算与选型;
(3)伺服系统传动设计;
(4)步进电机当量扭矩计算及选型;
(5)机械传动结构设计(绘制一个轴的机械装配图)。
3.4控制系统硬件电路设计
(1)确定控制系统方案及绘制系统框图;
(2)单片机的选用;
(3)存储器的选用与扩展;
(4)译码电路设计;
(5)接口电路设计;
(6)绘制控制系统硬件电路原理图。
3.5基本的参考图表汇编。
4近一届学生机电一体化课程设计进行情况
4.1教师配备
近一届机电专业学生,每届有四个班进行机电一体化课程设计,共配备6名教师;其中有四名为独立指导教师,两名为辅导教师,为培养新的指导教师储备力量。
4.2指导书的使用及设计过程
设计学生和指导教师每人一份机电一体化课程设计指导书。教师按照要求写出机电一体化课程设计任务书,并经研究所长审查后发给学生。设计题目主要有CA6140普通车床数控化改造设计、C6132普通车床数控化改造设计。在同一个题目的学生中,要求设计进给轴部件时,一部分学生设计X轴进给部件,另一部分学生设计Z轴进给部件。整个过程根据设计任务书的题目、要求和机电一体化课程设计指导书给出的设计步骤、方法,先进行总体方案设计,再进行机械传动部件设计,最后进行CNC硬件电路设计。整个过程经过了机械、电子两方面的训练,实现了机电结合,达到预期效果。
4.3填写指导日志
教师在指导设计的过程中,及时填写指导日志,记录设计中的难点、问题,并进行小结。
5本文总结
关键词:土木工程 土木工程材料 课程标准
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2017)02(b)-0082-02
课程标准是规定某一学科的课程性质、课程目标、内容目标、实施建议的教学指导性文件[1-3]。课程标准与教学大纲相比,在课程的基本理念、课程目标、课程实施建议等几部分阐述的详细、明确,特别是提出了面向全体学生的学习基本要求。土木工程材料课程是土木工程专业的一门专业基础课程,其教学目的是使学生掌握有关土木工程材料的性质,应用的基本知识以及必要的基础理论,了解工程材料性质和材料结构的关系,以及改善性能的途径,并获得主要土木工程材料的试验方法的基本技能训练。通过该课程的学习,为将来从事专业技术工作时,能够针对不同工程,合理地选择和使用材料打下理论基础,并能与后续课程密切配合,了解材料与设计参数及施工措施的相互关系。《土木工程材料》课程标准的制订显得尤为重要。
1 土木工程材料课程设计的理念及思路
该课程主要是为了使未来的建设工程师了解和掌握工程中常用材料的基本性能与应用方法,因此,在教学中应始终贯彻工程应用和创新两种理念,加强土木工程材料在工程实际中的应用及重视感性认识, 通过实验和情景式教学提高学生实践能力,鼓励科学探索,培养创新意识。因此,土木工程材料力学课程的教学,应从工程事例出发,回归于工程应用,以项目的形式组织教学,加强演示实验,采用启发式教学,加强学生创新意识的培养。
2 土木工程材料课程目标
《土木工程材料》课程的知识目标是让学生充分了解材料的组成以及结构对材料性质的影响,了解外界因素对材料性质的影响,了解各主要性质间的相互关系,初步学会主要建筑材料的试验方法并掌握材料的组成、性质及技术要求等。通过学习使学生会利用理论知识知道改善材料性质的措施,熟悉有关国家标准或行业标准,根据工程要求能够合理地选用材料。
3 土木工程材料课程内容及要求
土木工程材料课程可以以不同项目为教学组织主线[4],以不同任务作为教学模块,分为11个教学单元。
(1)土木工程材料的基本性质。主要内容包括材料的基本物理性质、材料的力学性质、材料与水有关的性质、材料的热性质、材料的耐久性。主要让学生熟悉材料的物理性质,掌握从材料物理性质分析材料的性质方法,会根据材料的结构构造对材料的性能进行分析,熟练掌握材料的力学性质及耐久性和环境协调性,材料的结构构造对其性能的影响以及了解材料的热性质。
(2)气硬性胶凝材料。主要内容包括石膏、石灰、水玻璃。主要让学生掌握胶凝材料的分类及特征,以及原材料和生产过程;了解石膏、石灰的种类及生产;了解其制备技术及制品的技术性质。掌握水玻璃的生产及特征,应用;掌握水泥的生产和水泥的组成材料,会根据胶凝材料的特征在实际生产中加以应用。
(3)水泥。主要内容包括通用硅酸盐水泥,其他品种水泥。主要让学生掌握水泥的生产和水泥的组成材料;掌握水泥水化硬化,水泥石的腐蚀与防止,水泥的技术性质;掌握水泥石防止腐蚀的措施;掌握通用硅酸盐水泥的运输、储存,通用硅酸盐水泥的特性及应用,简单了解其他品种水泥。
(4)混凝土。主要内容包括混凝土的定义与分类,普通混凝土的组成材料,混凝土拌合物和易性,混凝土的强度,混凝土的变形性能,混凝土的耐久性,混凝土质量波动与混凝土配制强度,普通混凝土配合比设计,粉煤灰混凝土,轻骨料混凝土,其他品种混凝土。主要让学生掌握混凝土组成材料的技术要求,掌握外加剂和掺合料的应用。混凝土的分类、组成材料及对组成材料的要求,混凝土常加的外加剂和掺合料的特性。通过学习混凝土拌合物的和易性及影响因素,会在实际中对混凝土的和易性进行调整;熟练掌握混凝土拌合物的和易性,了解影响和易性的主要因素;熟练掌握混凝土的强度及影响强度的主要因素;熟练掌握混凝土的配合比设计方法(初步配合比,基准配合比,实验室配合比);熟悉混凝土配制强度波动规律;了解轻骨料混凝土的性能,配合比设计及应用,熟练掌握粉煤灰混凝土及轻骨料混凝土的配合比设计及应用。
(5)建筑砂浆。主要内容包括:静矩和形心、惯性矩与惯性积、平行移轴公式主轴和主惯性矩、组合截面惯性矩的计算。主要让学生掌握建筑砂浆的组成材料及性质,砌筑砂浆的配合比设计,抹面砂浆的配制和应用。
(6)砌筑材料。主要内容包括砌筑砂浆、抹面砂浆,其它建筑砂浆。主要是让学生了解砖、砌块、砌筑石材;掌握各种墙体材料的技术性质与特性。
(7)沥青及沥青混合料。主要内容包括沥青的分类及石油沥青的基本结构组成,沥青的基本性质,沥青的技术要求与性质,沥青的掺配、改性及主要制品,沥青混合料。主要是让学生了解沥青的组成结构及石油沥青;熟练掌握石油沥青的组成、结构;熟悉石油沥青的技术性能及其标准和选用;了解改性的沥青材料及其制品。
(8)金属材料。主要内容包括建筑钢材,铝合金及制品。主要让学生理解钢材的性能及应用。熟悉钢材的分类,掌握钢材的主要技术性能,熟练掌握钢材的拉伸性能,熟悉钢材的化学成分对钢材性能的影响,掌握钢材冷加工及r效。基本了解铝合金及其制品性能。
(9)木材及制品。主要内容包括木材的分类与构造,木材的物理力学性质,木材的防腐与防火,木材的综合应用。主要让学生理解木材的性质及土木工程中常用的木材。掌握木材的主要性质,了解木材的分类与构造,了解土木工程中常用木材,了解木质材料制品和木材的防腐与防火。
(10)建筑功能材料。主要内容包括绝热材料、吸声材料。主要让学生了解绝热材料,吸声材料的概念;掌握绝热材料的特性,了解常用的绝热材料,掌握吸声材料的性质;掌握吸声材料的吸声系数,了解常用的吸声材料。
参考文献
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[2] 任翔,石小平.基于岗位工作过程的《物流市场营销》课程标准设计[J].交通企业管理,2016,31(6):74-76.
为了保证课程设计文档的质量,做到说明书格式的规范化,特作如下规定: 一,内容要求及格式 课程设计说明书应用汉语(简体汉字)撰写,内容应层次分明,数据可靠,文字简练,说明透彻,推 理严谨.说明书内容一般应由九个主要部分组成,依次为:1. 封面,2.课程设计任务书, 3. 目录, 4. 说明书正文,5. 结束语,6.参考文献, 7.附录(根据设计的不同形式需要添加) .各部分的具体要求如下: 1.封面 格式:XXXXXXXX 学校(初号黑体) 课程设计说明书(初号黑体) 课题名称————————(三号宋体) 专业名称————————(三号宋体) 学生班级————————(三号宋体) 学生姓名————————(三号宋体) 学生学号————————(三号宋体) 指导教师————————(三号宋体) 2.课程设计任务书 3.目录 列出说明书的大标题,一级和二级节标题,逐项标明页码,标题应该简明扼要,点出各部分主要内容. "目录"两字居中(三号黑体) ,下空两行为章,节,小节(靠左)及其开始页码(靠右) .章,节, 小节分别以如下方式:第 1 章,1.1,1.1.1 依次标出,章,节,小节与页码之间用"..."连接.每一 ... 级标题标题依次往后退一个汉字. 4.说明书正文 正文是主体,一般可包括设计要求与指标,理论分析,计算方法,具体设计内容,测试方法和实验结 果,数据分析和讨论,结论等. 标题:每章标题以三号黑体居中打印; "章"下空两行为"节"以四号黑体左起打印; "节"下为"小 节" ,以小四号黑体左起打印.换行后空二个汉字打印论文正文.正文采用小四号宋体,正文行间距为固 定值 24 磅.例: 第 1 章 ×××× (居中书写) 1. 1 ×××× 1.1.1 ×××× 图,表,公式:文中的图,表公式一律采用阿拉伯数字分章(或连续)编号,如:图 2-5,表 3-2, 公式(5-1)等.图序及图名居中置于图的下方,图中的术语,符号,单位等应与正文表述所用一致;表 序及表名置于表的上方,表中参数应标明量和单位的符号;图序及图名,表序及表名采用五号楷体字.公 式的编号用括号括起写在右边行末,其间不加虚线. 图,表,公式等与正文之间要有一定的行间距. 5.结束语 设计总结,主要成果或结论,存在的问题等 6.参考文献 只列作者直接阅读过,在正文中被引用过的文献资料.参考文献一律列在正文的末尾,不得放在各章 之后.在引用别人的结论时,应在引用处加以说明,严禁抄袭现象的发生. 作者姓名写到第三位,余者写",等"或",et al.. ""参考文献"四字居中用三号黑体字,空一行 左起按顺序依次列出参考文献,将序号置于方括号内,用小四号宋体字. 几种主要参考文献的格式为: 连续出版物:序号 作者.文题. 刊名[J],年,卷号(期号) :起~止页
码 专(译)或编著:序号 作者.书名[M].出版地:出版社,出版年.起~止页码 技术标准:序号 单位.技术标准代号. 技术标准名称.出版地:出版者,出版日期 举例如下: [1] 周绥平,陈宗基. DR 算法的更新时间间隔研究. 系统仿真学报[J],1999,7(2) :13~18 [2] 竺可桢. 物理学[M]. 北京:科学出版社,1973.56~60 [3] 中华人民共和国国家技术监督局. GB3100~3102. 中华人民共和国国家标准—量与单位. 北京: 中国标准出版社,1994-11-01 7.附录(根据需要添加) 主要列入设计过程所做的实物图,公式推导,与正文分开. 8.页码 页码从正文开始至全文结束按阿拉伯数字连续编排,前置部分用罗马数字分别单独编排;页码位于页 面底端,居中书写. 二,打印及装订要求
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1.电子技术课程设计的重点与要求
本课程的重点是电路设计,内容侧重综合应用所学知识,设计制作较为复杂的功能电路或小型电子系统。一般给出实验任务和设计要求,通过电路方案设计、电路设计、电路安装调试和指标测试、撰写实验报告等过程,培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力,提高电路设计水平和实验技能。在实践中着重培养学生系统设计的综合分析问题和解决问题的能力,培养学生创新实践的能力。电子技术课程设计一般要求学生根据题目要求,通过查阅资料、调查研究等,独立完成方案设计、元器件选择、电路设计、仿真分析、电路的安装调试及指标测试,并独立写出严谨的、文理通顺的实验报告。
具体地说,学生通过课程设计教学实践,应达到以下基本要求:建立电子系统的概念,综合运用电子技术课程中所学习到的理论知识完成一个电子系统的设计;掌握电子系统设计的基本方法,了解电子系统设计中的关键技术;进一步熟悉常用电子器件的类型和特性,掌握合理选用器件的原则;掌握查阅有关资料和使用器件手册的基本方法;掌握用电子设计自动化软件设计与仿真电路系统的基本方法;进一步熟悉电子仪器的正确使用方法;学会撰写课程设计总结报告;培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。
2.电子技术课程设计的教学过程
电子技术课程设计是在教师指导下,学生独立完成课题,达到对学生理论与实践相结合的综合性训练,要求本课程设计涵盖模拟电路知识和数字电路知识,因此课程设计的选题要求包含数字电子技术和模拟电子技术。教学环节可以分为以下四个部分。
2.1课堂讲授。
课程设计开始前,需要确定指导老师。由指导老师通过两学时的教学,明确课程设计的要求,主要内容包括课程介绍、教学安排、成绩评定方法等。在课堂教学环节中,指导老师介绍课题的基本情况与要求,要求学生从多个课题中选择一个。
2.2设计与调试环节。
2.2.1前期准备、方案及电路设计。
前期准备包括选择题目、查找资料、确定方案、电路设计、电路仿真等。在确定方案时要求学生认真阅读教材,根据技术指标,进行方案分析、论证和计算,独立完成设计。设计工作内容如下:题目分析、系统结构设计、具体电路设计。学生根据所选课题的任务、要求和条件进行总体方案的设计,通过论证与选择,确定总体方案。此后是对方案中单元电路进行选择和设计计算,称为预设计阶段,包括元器件的选用和电路参数的计算。最后画出总体电路图(原理图和布线图),此阶段约占课程设计总学时的30%。
2.2.2在实验室进行电路安装、调试,指标测试等。
在安装与调试这个阶段,要求学生运用所学的知识进行安装和调试,达到任务书的各项技术指标。预设计经指导教师审查通过后,学生即可购买所需元器件等材料,并在实验箱上或试验板上组装电路。运用测试仪表调试电路、排除电路故障、调整元器件、修改电路(并制作相应电路板),使之达到设计指标要求。此阶段往往是课程设计的重点与难点,所需时间约占总学时的50%。
2.3撰写总结报告,总结交流与讨论。
撰写课程设计的总结报告是对学生写科学论文和科研总结报告能力的训练。学生写报告,不仅要对设计、组装、调试的内容进行全面总结,而且要把实践内容上升到理论高度。总结报告应包括以下方面:系统任务与分析、方案选择与可行性论证、单元电路的设计、参数计算及元器件选择、元件清单和参考资料目录。除此之外,还应对以下几部分进行说明:设计进程记录,设计方案说明、比较,实际电路图,功能与指标测试结果,存在的问题及改进意见,等等。总结报告具体内容如下:课题名称、内容摘要、设计内容及要求、比较和选择设计的系统方案、画出系统框图、单元电路设计、参数计算和器件选择。画出完整的电路图,并说明电路的工作原理。组装调试的内容,包括使用的主要仪器和仪表;调试电路的方法和技巧;测试的数据和波形并与计算结果比较分析;调试中出现的故障、原因及排除方法。总结设计电路的特点和方案的优缺点,指出课题的核心及实用价值,列出系统需要的元器件清单,列出参考文献,收获、体会,并对本次设计提出建议。
2.4成绩评定。
课程的实践性不仅体现实际操作能力,而且体现独立完成设计和分析的能力。因此,课程设计的考核分为以下部分:设计方案的正确性与合理性。设计成品:观察实验现象,是否达到技术要求。(安装工艺水平、调试中分析解决问题的能力)实验报告:实验报告应具有设计题目、技术指标、实现方案、测试数据、出现的问题与解决方法、收获体会等。课程设计答辩:考查学生实际掌握的能力和表达能力,设计过程中的学习态度、工作作风和科学精神及创新精神,等等。
3.电子技术课程设计的步骤
在“电子技术基础”理论课程教学中,通常只介绍单元电路的设计。然而,一个实用的电子电路通常是由若干个单元电路组成的。通常将规模较小、功能单一的电子电路称为单元电路。因此,一个电子系统的设计不仅包括单元电路的设计,还包括总体电路的系统设计(总体电路由哪些单元电路构成,以及单元电路之间如何连接,等等)。随着微电子技术的发展,各种通用和专用的模拟和数字集成电路大量涌现,电子系统的设计除了单元电路的设计外,还包括集成电路的合理选用。电子电路的系统设计越来越重要,不过从教学训练角度出发,课程设计仍应保留一定的单元电路内容。电子系统分为模拟型、数字型及两者兼而有之的混合型三种。虽然模拟电路和数字电路设计的方法有所不同(尤其单元电路的设计),但总体电路的设计步骤是基本相同的。电子电路的一般设计方法与步骤包括:总体方案的设计与方案论证、单元电路的设计、单元电路间的连接方法、绘制总体电路草图、关键电路试验、EDA仿真、绘制正式的总体电路图等。
《热工基础与设备》课程设计是无机非金属材料工程专业重要的实践教学环节。在面向卓越工程师教育培养计划要求下的目标,分析了现有课程设计存在的问题及不足。通过发挥指导老师的作用,改变教学模式,拓展设计内容,划分设计小组,以及综合评定课程设计成绩等措施与实践,从而达到课程设计教学改革的效果,以期为面向“卓越工程师教育培养计划”培养的专业课程设计教学内容的改革探索提供参考。
关键词:
卓越工程师;热工基础与设备;课程设计;教学改革
《热工基础与设备》课程设计是无机非金属材料专业学生重要实践教学环节,其教学目的是培养学生具有热工设备设计能力,也是“卓越工程师教育培养计划”中培养学生工程技术素质的实践环节[1]。因此,本文按照“卓越工程师教育培养计划”的总体要求,对《热工基础与设备》课程设计的教学内容进行了相应的改革与探索。首先从分析现有课程设计存在的问题及不足,提出课程设计改革的措施与实践,培养学生的工程设计创新意识与创新技能为目标,实现较理想的教学效果,以期为面向“卓越工程师教育培养计划”培养的专业课程设计教学内容的改革探索提供参考。
1《热工基础与设备》课程设计存在的问题
无机非金属材料专业的《热工基础与设备》课程设计目前普遍采用回转烘干机械设备作为设计对象,设计题目多为回转烘干机选型及干燥工艺流程设计。这主要是因为回转烘干机及干燥工艺过程的设计基本涵盖了《热工基础与设备》理论课程的主要内容[2]。目前,从《热工基础与设备》课程设计教学效果来看,还有以下问题:(1)学生缺乏对《热工基础与设备》课程设计的重视,学习状态不好,认为只要按照老师给定的计算步骤就能完成课程设计任务,草草了事,是一种被动的学习状态。一旦在设计中出现难题,不去主动查阅文献资料,寻找解决问题的途径,而是依赖指导老师的解答,导致教学效果不理想。(2)一些学生基础较差。部分学生在《热工基础与设备》课程内容的考试中还没有及格,对先修课程的基本要求都还没有达到,开展课程设计,必然存在综合应用能力较差,无法进行创新设计。还有就是,学生在大学一年级时就完成了机械制图课程,疏于训练,导致一些学生在绘图等方面都存在困难,出现图纸不规范、质量不高等问题。(3)课程设计完成时间安排较短。通常是《热工基础与设备》教学课程上完后,就安排一周的时间要求学生完成设计资料的查询,设备选型计算,绘图,编制课程设计说明书。可见,学生是在较短的时间内完成指定任务,难以达到较理想的教学效果。(4)设计与实践脱离,学生缺乏对工程知识和设计理念的掌握。这主要表现在学生对回转烘干机各部件、燃烧室、收尘设备、管道布置等缺乏工程认识。学生在进行课程设计时,易出现照抄文献中设计资料,课程设计敷衍了事,难以达到预期的教学效果和目的。(5)设计内容单一。课程设计题目多是回转烘干机及干燥工艺流程设计,仅有的差别是规模大小的不同。学生多参照以往的文献资料及设计模板进行抄袭式设计,难以达到培养学生具有热工设备设计能力的教学目的,这与“卓越工程师教育培养计划”的培养目标相悖。
2《热工基础与设备》课程设计改革与探索
2.1发挥指导老师的作用
原有的《热工基础与设备》课程设计,仅是让学生简单地按照要求完成课程设计任务内容,没有充分发挥指导老师的作用。指导老师应按照“卓越工程师教育培养计划”的要求来指导学生的课程设计,使学生知道,要成为一名卓越工程师,我们不仅要学习理论基础知识,还要将所学知识应用到分析和解决实际的工程问题。由于学生是初次接触到工程设计问题,很有可能不知道该如何入手工作,因此,指导老师要做好引导工作,在设计开始的第一天,把学生的主动性和积极性充分调动起来。同时,为了使学生能有组织性和纪律性,指导老师严格按照课程设计教学大纲及评定成绩标准,严把各设计时间节点的质量关,让学生重视课程设计的每一个环节。在课程设计指导过程中,要针对学生所面临的问题,有耐心地讲解,引导学生从工程实际出发,让学生了解到工程设计的计算结果不存在标准答案,而要看计算结果是否合理,设备选型是否正确等。在课程设计答辩过程中,要有针对性地对学生的设计说明书及图纸进行提问,培养学生的工程意识,增强分析问题和解决问题的能力,从而达到较好的教学效果。
2.2改变教学模式及拓展设计内容
为了增强学生对回转烘干机及干燥工艺流程的认识,指导教师可以先组织学生查询相关工厂设计资料。有条件的话,也可以组织学生去工厂进行实地考察,开展回转烘干机工艺流程方案的讨论,使学生了解到工艺流程与所烘干的物料种类不同而定。顺流式回转烘干机适用于初水分高并允许强烈脱水及对温度敏感的物料,如粘土、矿渣、煤等,而逆流式回转烘干机适用于终水分要求很低而又不能强烈脱水的物料或对温度不敏感的物料,如砂子、石子等。然后学生再根据课程设计任务书中给定的物料要求,烘干水分等条件,提出设计方案,对设计方案进行论证后,确定为本次课程设计的方案。《热工基础与设备》课程设计的题目可以拓展到玻璃窑炉的工艺设备设计,陶瓷坯体烘干工艺设计、流化床干燥工艺设计等等。学生可根据自己的兴趣进行选题,从而充分调动学生的学习兴趣,培养学生解决工程实际问题的能力。
2.3划分设计小组
划分设计小组可培养学生之间的团队协作精神。传统的课程设计教学主要是学生单独按时完成课程设计任务,存在以下缺点:一是时间有限,每个学生都将重复一部分设计内容,而在创新上没有较多的时间进行思考。二是学生遇到设计问题时,同学之间没有讨论及交流的意识,学生之间也不会形成团队合作精神。指导老师可以给每一个学生布置一个设计题目,然后按设计内容相近的学生组成设计小组(2~3人)。这既保持每位同学在设计任务上的相对独立性,又可让学生根据设计任务自行分解任务,明确组员之间的设计任务,营造团结协作的学习氛围。
2.4手工及计算机作图的应用
目前,CAD应用技术已广泛应用于各工程领域及机械设备的作图[3]。熟练掌握CAD技术已成为卓越工程师必须具备的基本技能。运用计算机作图不仅可以使学生掌握CAD技术的应用,减少学生绘图的工作量,而且又能将更多的时间和精力用在工艺流程方案的选择以及设备选型等设计工作上。手工绘图是检验学生的基本功和工程素质的重要手段,在一定程度上又可避免同学之间相互复制的现象。因此,在绘图过程中,要求学生用手工绘制一部分机械设备图,其余部分图纸则用计算机绘制。采用手工及计算机作图,这可以兼顾培养学生手工绘图及计算机作图的综合应用能力。
2.5调整课程设计时间
课程设计在时间及内容安排上进行适当的调整,让学生更加有效地去完成课程设计任务[4]。根据《热工基础与设备》理论课的特点,在学期的中后期,即在学习干燥过程与设备章节的理论部分时,可将设计任务书先下达给学生,让学生带着设计任务进行理论课的学习,这样将对设计中遇到的工艺方案选择、计算公式运用、设备选型等有深刻的认识。适当地把原来的课程设计时间由1周调整为2周,延长学生设计时间,指导教师对学生有更多的指导及答疑时间,从而保证《热工基础与设备》课程设计达到教学效果。
2.6综合评定课程设计成绩
课程设计成绩评定是实践教学的重要环节,也是对学生在设计过程中所做出的劳动进行一个评价[5]。指导教师要做到对学生在设计中所取得成绩的肯定,也指出学生在设计中还存在的不足之处,不能单一地只给出一个总体分数,让学生不知道自己今后在哪些方面还有待于进一步锻炼和加强学习。根据《热工基础与设备》课程设计的特点。评定标准主要包括四个方面:平时成绩20%、图纸质量30%、设计说明书40%,以及答辩情况10%。由于课程设计讲求设计方案、结构设计等的合理性,在成绩评定标准中增加了学生对设计说明书答辩情况的评定,可避免一些学生在设计过程不认真、抄袭等现象的发生。
3结语
《热工基础与设备》课程设计是培养面向“卓越工程师教育培养计划”的化工材料类卓越工程师的重要实践教学环节。通过课程设计的改革尝试,提高了学生对课程设计的主观能动性,增强了学生的设计创新及工程意识,培养学生团队协作精神以及分析解决工程实践能力,为学生下一阶段的毕业设计打下了夯实的基础,取得了良好的效果。
作者:杨林 单位:贵州大学化学与化工学院
参考文献
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