环保设备设计课程改革研究

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摘要:环保设备设计是环保设备工程专业的核心课程。以提高环保设备设计课程的教学效果为目标，从教学内容、师资队伍和学生主体三方面进行阐述。指出教师是实现“课程改革”的关键因素;教学内容是实现“课程改革”的重要手段;学生是检验“课程改革”效果的主体。环保设备设计课程为培养具有设计开发环保设备能力的复合型应用人才奠定了坚实的理论基础。

关键词:环保设备设计;课程改革;教师;学生

20世纪70年代开始，全国的环保产业随着中国环境保护事业的发展应运而生，并不断自我创新发展，在国家经济体制改革和市场竞争的优胜劣汰中已经脱胎换骨，成为发展最为迅速的朝阳产业。为适应现代环保产业的需求，推进战略性新兴产业的人才培养，2010年教育部批准环保设备工程专业为高等学校特色专业建设点之一。环保设备工程专业正是适应了国家对环保的需求，将机械工程、环境工程和给排水工程进行有机融合的交叉学科，旨在解决环保装备产业的新技术问题;解决工艺人员不懂制造，机械人员不懂工艺的尴尬局面。环保设备设计是环保设备工程专业的核心课程，亦是与环境工程专业的重要区别之一［1］。近几年，随着环保产业的迅猛发展，环保设备制造业得到了迅速发展，各类环保设备不断更新换代，因此环保设备设计类课程显得尤为重要。由于不同院校的专业培养特色不一，因此课程计划并不完全一致。太原科技大学的环保设备设计类课程包括水污染治理设备设计、大气污染治理设备设计及固废处理设备设计三门课程。该类课程以材料力学、机械零件、水污染控制工艺、大气污染控制工艺、固废处理工艺等课程为基础，主要介绍应用于不同处理工艺的环保设备的设计方法。由于该类课程理论性强、专业设备多、结构复杂，具有较高的抽象性，导致很多同学学习比较困难，学习效果较差。产业的快速发展必将需要大量的技术人才，尤其需要具备设计能力的复合型应用环保设备人才。因此，针对该类课程的教学进行改革迫在眉睫。本文从教学内容、师资队伍建设和学生主体三个方面进行阐述，旨在提高环保设备设计课程的教学效果。

1课程改革关键因素研究

1.1教学内容和措施

太原科技大学为省属普通本科院校，以培养应用型本科人才为主。环保设备设计类课程为面向我校环保设备工程专业本科生开设的专业核心课程，包括水污染治理设备设计、大气污染控制设备设计及固体废物处理处置设备设计三门课程，每门课程32学时，均开设于第六个学期。环保设备设计课程与环境污染控制工艺课程不同，此类课程是在了解工艺的基础上，根据力学及机械原理等知识对应用于不同工艺的环保设备进行设计，主要包括水、气、固三个方面。环保设备设计课程不仅仅要求学生学会简单的设备选型，更重要的是培养学生具有自主设计，甚至开发新型高效环保设备的工程能力。以水污染治理设备设计中的中心进水辐流式沉淀池为例，环保设备专业的学生不仅仅要能够根据工艺参数设计沉淀池的结构尺寸，同时还需要计算中心支撑柱的强度，并校核其是否满足要求。另外，学生们还要以力学、机械原理及零件等的知识储备为基础设计沉淀池驱动机构，包括电机的选择、传动比的计算、传动机构设计和校核等。而这些设计工作，均需要学生理解和掌握大量的基础性力学公式，同时需要理解设备设计标准里给出的一般公式，即只要求学生知道如何查找，怎样正确使用，不需要死记硬背的设计公式。然而，材料力学里讲授的力学公式以理论为基础，并未以实际的环保设备结构为研究对象。由于实际环保设备结构较为复杂，需要合理简化才能进行力学分析，因此在进行环保设备设计的课堂教学时，授课教师首先要将复杂的设备结构简化成合理的易于分析且与原结构相近的力学模型，该简化过程是进行力学分析的关键，需着重讲解，引领同学们用理论解决实际问题。环保设备的设计过程是一件非常严谨的工作，涉及到社会责任、道德规范、法治意识等元素，可靠的设计能够极大的推动社会发展，反之则会给环境及人身带来极大的安全事故。因此，除了教材内容之外，还应该将各种设备设计标准贯穿于课堂之中，让学生们深刻体会设备设计的精髓。设备设计的根本宗旨即在保证安全的前提下尽量经济;设备设计虽然需要创新思维，但设备是应用于工程实践的，不能凭空想象，更不是天马行空的艺术设计。

1.2应用多媒体手段

环保设备设计课程的重点研究对象为应用于不同处理工艺的环保设备，有些设备结构复杂，尤其是设备动态的运转过程难以用语言和静态的图片描述。因此可以采用多媒体辅助教学，把文字和静态图片难以表达清楚的内容形象地通过真实视频或者仿真动画呈现。多媒体设备的声、光、电一体化优势不仅减少了教师课堂书写工作量，节约了时间，而且学生也易于集中注意力，同时也有益于活跃课堂气氛［2］。多媒体手段的应用极大提升了教学内容的传授效果。如在讲授水污染治理设备时，沉砂池中的气提设备通过供气管将压缩空气引入到空气分布头，然后通过分布头内提升管上的小孔进入提升管内，并高速向上流动，使提升管内形成负压，将集砂斗内的砂沿提升管排到沉砂池外。该过程是一个动态的快速过程，书面的文字及图片难以形象地描述沉砂是如何被提升的，通过3D仿真动画，可以清楚地呈现整个提升过程，有助于学生的理解，并开阔学生视野，拓展学生思维。但在采用多媒体教学的同时，传统的教学手段粉笔加黑板也可以穿插其中。比如对设备结构进行受力分析时，采用板书效果更好，板书能够使学生更容易跟上教师的思维。因此，在该类课程的教学过程中，信息量大且直观性强的宜采用多媒体方式，同时辅以灵活性强的板书方式可以起到事半功倍的教学效果。

1.3实践教学

环保设备设计课程理论性强，内容多，但学时不足，学生们难以理解透彻。尤其在讲述设备的装配关系时，学生们经常皱紧眉头，听不懂。虽然任课教师会在网上找相关视频进行讲解，但是因为同学们没见过实物、甚至授课老师都没亲眼所见，导致讲授起来比较抽象，学生们难以接受。为此可以安排学生们去相关的环保设备机械加工制造厂实习，同学们可以眼看设备的具体结构、结构与结构之间的连接方式、以及设备的实际运行等，让耳听为虚真正变为眼见为实，将抽象的理论转化为能触摸到的实体，有助于学生们的理解，同时亦有效地解决了教学内容丰富与学时有限之间的矛盾。另外，条件允许的话，可以让学生参与到工程项目的设计、选型、调试和应用中来，让学生学习和实践实现快速高效的结合，让学生边学习、边工作，很好地解决学和用之间的矛盾，更好地实现学校与企业间的“无缝对接”，提高课程的实践应用性，提高综合职业能力和创新能力，增强就业后劲［3］。

1.4师资队伍

由于环保设备设计课程与力学和机械知识紧密相关。首先需要运用力学原理将复杂的环保设备结构简化为力学模型，然后进行受力分析，进而对该设备进行强度设计和校核。因此本类课程对任课教师的要求较高，既需要具备扎实的力学基础和机械基础，同时还需要了解相关环境工艺课程。然而同时具备相关能力的老师寥寥无几。目前环保设备专业的教师出身复杂主要包括环境工程、化工机械、给排水工程，大部分教师毕业于环境工程专业，尚不能完全满足教学的需要。因此需要相应教师补齐短板。通常具有化工机械或机械背景的教师学习环境工艺方面的内容较环境工程或给排水工程背景的教师学习力学和机械的知识相对容易。因此为了满足专业对教师的需求求，可以对化工机械或机械背景的老师培训环境工程内容，使其成为精通力学和机械，同时又了解环境工程的复合型教师。工程教育的教学离不开工程实践，为此在工程教育领域尤其要由追求“发现的学术”向“教学的学术”及实践能力相得益彰转变［4］。然而，目前大部分教师的理论能力非常强，但企业实践经验较少，导致实际教学过程中出现理论和实际脱节的现象。因此必须注重教师工程能力的培养，只有教师具备较强的工程能力才能将相关知识传授给学生，进而提高学生工程能力。为此，一方面应提高现有教师的工程能力，可以选派相应教师赴相关企业进修，参加实际设备设计的工程项目，更深层次的理解设备的精髓，促进教师理论教学和实践教学的融合。另一方面，亦可聘请具有丰富实践经验的优秀工程师到校为教师进行工程能力的培训，进而提高教师工程实践的胜任度。第三，引进企业中具有工程实践经验的优秀工程师参与实践教学，在学生进入企业的实习的过程中，实施学校和企业共同指导学生的“双导师制”，共同指导学生，共同评价考核学生。在培养大学生过程中注入社会及企业因素［5］。

1.5学生方面

由于环保设备设计的理论性更强，需要的力学及机械知识更多，因此对同学们是一种挑战亦是一种锻炼。通过对学生们的调查发现，大部分同学认为理论力学和材料力学知识枯燥难懂，而机械零件知识又过于抽象，难于理解，因此学习起来非常费劲，期末考试成绩普遍偏低，导致环保设备专业学生的平均绩点低于环境工程。因此学生们对这些课程产生了敬畏心理，进而导致环保设备设计专业课程的学习效果不佳。为了让学生们更好的学习环保设备设计课程，首先，要树立正确的学习观念，步入大学，意味着“要我学”的阶段已经结束，而新的学习生涯“我要学”即将开始;四年的本科学习不是想象中的轻松，不下一番苦功难以学业有成。其次，要提高学生们的主动性，理论知识虽然枯燥，但相当重要，时时刻刻给自己准确定位，认真上课，及时解决自己的疑问。大学里不再有人逼迫你学习，也没有人给你制定计划，因此自己应该学会制定目标，和自己的昨天进行对比，和自己的潜能对比。当你选择了拼搏与超越，成功与辉煌将不会遥远。

2结语

发展环保产业，是培育发展新动能、提升绿色竞争力的重大举措。环保设备设计作为环保设备工程专业的核心课程，对提高人才培养质量至关重要。师资队伍建设是提高环保设备设计课程效果的关键因素，教学内容是达到课程目标的重要手段，而学生主体则是课程目标效果的重要体现。环保设备设计课程改革为培养具有设计开发环保设备能力的复合型应用人才奠定了坚实的理论基础。

参考文献

［1］冯国红，高丽兵，郝红，等.环保设备设计“课程思政”探讨研究［J］．高教学刊，2019(25):102－104.

［2］傅小飞，高永，蒋莉，等.《环保设备基础》教学模式改革与应用型学生培养［J］．广东化工，2017，44(17):198－199.

［3］师东阳.环保设备选型与应用课程教学改革研究与实践［J］．河南机电高等专科学校学报，2012，20(1):96－98.

［4］张振林.地方本科高校开展高等工程教育专业认证的思考［J］．湖北工程学院学报，2019，39(4):44－48.

［5］张颖捷，张洪文，姜彦.浅谈工程教育专业认证背景下学生能力的培养［J］．广东化工，2016，43(19):206－207.

作者：冯国红 高丽兵 曹艳芝 郭少青 单位：太原科技大学