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關(guān)鍵詞:化工原理;課程設(shè)計;改革;分析和研究
化學(xué)原理課程教學(xué)具有綜合性特點,具有較強的實踐性。因此,為了保證化學(xué)原理課程教學(xué)的有效開展,需要對化學(xué)原理課程教學(xué)進行設(shè)計和創(chuàng)新,來增加學(xué)生對化學(xué)原理課程教學(xué)不同知識的了解,來掌握化學(xué)原理課程教學(xué)的難點和重點知識,來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力,增加學(xué)生對化學(xué)原理課程教學(xué)的理解度,實現(xiàn)化學(xué)原理課程教學(xué)的最大目標(biāo)。
1、化學(xué)原理課程教設(shè)計改革的背景
化工原理課程設(shè)計是化學(xué)工程與工藝類相關(guān)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)化工原理課程必修的三大環(huán)節(jié)之一,是理論聯(lián)系實際的橋梁,是對化工原理、化工制圖、化工機械、化工儀表自動化等知識的綜合性的訓(xùn)練。通過課程設(shè)計,使學(xué)生了解工程設(shè)計的基本內(nèi)容,掌握化工設(shè)計的思路和方法,培養(yǎng)學(xué)生獨立分析和解決工程實際問題的能力,提高化工設(shè)計能力的重要環(huán)節(jié),為更好地完成畢業(yè)師,通過不斷的教學(xué)改革,已經(jīng)取得了一定的成績。例如,滁州學(xué)院劉芳等運用流程模擬軟件CHEMCAD解決了化工原理課程設(shè)計中數(shù)據(jù)獲取難的問題,不僅可以解決教師選題的瓶頸問題,而且大大提高了設(shè)計效率和質(zhì)量。為了提高化學(xué)原理課程設(shè)計的合理性,教師開始增加對化學(xué)原理課程教學(xué)進行創(chuàng)新和改革,改變了傳統(tǒng)單一教學(xué)設(shè)計模式,增加了對學(xué)生理解能力于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和教學(xué),來提高學(xué)生的實踐能力和學(xué)習(xí)能力。站在發(fā)展的角度來說,對于化學(xué)原理課程教學(xué)設(shè)計的創(chuàng)新和改革,其滿足社會發(fā)展的需求, 滿足現(xiàn)代化教育的要求,是我國化學(xué)原理課程教學(xué)的主要發(fā)展方向,是化學(xué)原理課程教學(xué)的主要發(fā)展契機。因此,化學(xué)原理課程教學(xué)工作人員,在實際教學(xué)過程中要增加化學(xué)原理課程教學(xué)設(shè)計的多樣性和靈活性。
2、化學(xué)原理課程存在的主要弊端闡述
2.1化學(xué)原理課程教學(xué)設(shè)計內(nèi)容較為單一
在化學(xué)原理課程教學(xué)設(shè)計過程中,教師沒有及時的轉(zhuǎn)變自身的教學(xué)理念,利用傳統(tǒng)的教學(xué)理念和教學(xué)方法進行設(shè)計,導(dǎo)致實際內(nèi)容設(shè)計和現(xiàn)代化教學(xué)內(nèi)容設(shè)計較不符合,失去了化學(xué)原理課程教學(xué)的設(shè)計意義。對于化學(xué)原理課程教學(xué)來說,化學(xué)原理課程教學(xué)設(shè)計是教學(xué)的基礎(chǔ)工作。教師在化學(xué)原理課程的題目和內(nèi)容選擇時,選擇的內(nèi)容和標(biāo)題較為局限,沒有時代性元素,較為保守和傳統(tǒng),沒有激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,導(dǎo)致學(xué)生把化學(xué)原理課程學(xué)習(xí)課程,與其它不同學(xué)習(xí)課程土同樣來看待,導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)效率下降,學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高,導(dǎo)致化學(xué)原理課程教學(xué)失去原來的實際教學(xué)意義。詳細(xì)來說,教師在化學(xué)原理課程教學(xué)設(shè)計過程中,教師沒有構(gòu)建詳細(xì)的章程和方案,導(dǎo)致設(shè)計的例題模式出現(xiàn)照搬的情形,學(xué)生無法對化學(xué)原理課程學(xué)習(xí)重點和難點進行區(qū)分,影響了學(xué)生想象力和創(chuàng)新力的發(fā)揮,阻礙了學(xué)生全面的發(fā)展。
2.2化學(xué)原理課程教學(xué)缺失創(chuàng)新性和實踐性
傳統(tǒng)的化學(xué)原理課程教學(xué)設(shè)計,教師進行教學(xué)設(shè)計時,教師主要是結(jié)合化學(xué)原理課程教學(xué)的理論知識,結(jié)合學(xué)生的實際學(xué)習(xí)情況進行教學(xué)設(shè)計,沒有結(jié)合化學(xué)原理課程的實際案例進行設(shè)計,導(dǎo)致化學(xué)原理課程教學(xué)設(shè)計失去實際教學(xué)價值,導(dǎo)致化學(xué)原理課程教學(xué)缺失實踐性,導(dǎo)致化學(xué)原理課程教學(xué)過于形式化。其次,站在創(chuàng)新的角度來說,社會的不斷發(fā)展,化學(xué)領(lǐng)域的不斷發(fā)展,不同化學(xué)企業(yè)的層出不窮,多樣化的化學(xué)產(chǎn)品不斷產(chǎn)生,不同化學(xué)工藝和設(shè)備的產(chǎn)生,增加了化學(xué)原理課程教學(xué)設(shè)計的壓力,給予化學(xué)原理課程教學(xué)設(shè)計更多要求。面對這一發(fā)展背景,教師如果還是延續(xù)傳統(tǒng)單一的化學(xué)原理課程教學(xué)設(shè)計模式,則會降低化學(xué)原理課程教學(xué)的實際教學(xué)意義。站在教師的角度來說,化學(xué)原理課程教學(xué)工作人員,其自身沒有樹立創(chuàng)新教學(xué)理念,也是導(dǎo)致化學(xué)原理課程教學(xué)設(shè)計失去創(chuàng)新性的主要原因。
3、化學(xué)原理課程教學(xué)的創(chuàng)新和改革方法闡述
3.1增加化學(xué)原理課程教學(xué)設(shè)計創(chuàng)新性,進行 啟發(fā)教學(xué)
在現(xiàn)代化教育大背景下,教師要想改變傳統(tǒng)單一教學(xué)弊端,必須要增加化學(xué)原理課程教學(xué)設(shè)計創(chuàng)新性,對學(xué)生進行化學(xué)原理課程啟發(fā)式教學(xué)。詳細(xì)來說,教師在進行化學(xué)原理課程教學(xué)設(shè)計時,要優(yōu)先構(gòu)建一個系統(tǒng)的設(shè)計框架,依據(jù)這一設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),來進行化學(xué)原理課程教學(xué)設(shè)計,在實際設(shè)計過程中,增加和學(xué)生的交流和溝通,引導(dǎo)學(xué)生去觀察和思考,引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)教師設(shè)計框架去進行設(shè)計,來增加學(xué)生對設(shè)計大致模式的和掌握,增加學(xué)生對化學(xué)原理課程知識的了解,降低學(xué)生設(shè)計錯誤的發(fā)生率,激發(fā)學(xué)生化學(xué)原理課程設(shè)計的興趣,增加學(xué)生對化學(xué)原理課程教學(xué)設(shè)計的積極性。對于啟發(fā)式教學(xué)來說,教師在實際教學(xué)過程中,一定不要延續(xù)傳統(tǒng)別的教學(xué)理念來進行教學(xué),樹立化學(xué)原理課程教學(xué)設(shè)計目標(biāo)、充分發(fā)揮學(xué)生的想象力于創(chuàng)造力。
3.2增加化學(xué)原理課程教學(xué)設(shè)計工藝和方案的科學(xué)性
對于學(xué)生來說,其于社會的接觸較少,和工廠的接觸不多,因此對于化學(xué)原理課程教學(xué)設(shè)計學(xué)習(xí)具有一定的難度和局限性。面對這一發(fā)展形勢,教師在化學(xué)原理課程教學(xué)設(shè)計過程中,要增加化學(xué)原理課程教學(xué)設(shè)計和工廠的聯(lián)系性,來為學(xué)生選擇和工廠實踐活動具有緊密聯(lián)系的題目來進行設(shè)計。在設(shè)計過程中,教師要詳細(xì)為學(xué)生對化學(xué)原理課程教學(xué)設(shè)計背景進行講解,對工廠的生產(chǎn)主要特點對學(xué)生進行闡述和講解,對學(xué)生設(shè)計思路進行引導(dǎo),引導(dǎo)學(xué)生自主的對進行方案的設(shè)計,引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)設(shè)計方案來進行交流和討論。在保證設(shè)計方案創(chuàng)新性的基礎(chǔ)上,教師也要注意對化學(xué)原理課程教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計,增加化學(xué)原理課程教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新性,改變傳統(tǒng)單一內(nèi)容教學(xué)模式,增加數(shù)據(jù)獲取的靈活性,增加對教學(xué)資料的研究,增加對不同教學(xué)相關(guān)知識的研究,保證化學(xué)原理課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計的科學(xué)行和創(chuàng)新性,增加學(xué)生對信息技術(shù)和不同科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用率,保證化學(xué)原理課程教學(xué)設(shè)計工藝和方案的科學(xué)性,來提高學(xué)生化學(xué)原理課程設(shè)計教學(xué)的有序進行。
3.3建立科學(xué)化的批評體系
為了保證化學(xué)原理課程教學(xué)設(shè)計的有效性,保證學(xué)生可以完全吸收化學(xué)原理課程教學(xué)設(shè)計要點,教師在化學(xué)原理課程教學(xué)完畢后,要及時的建立完善的批評體系,對學(xué)生進行及時的批評,發(fā)現(xiàn)學(xué)生化學(xué)原理課程教學(xué)O計的不足和薄弱環(huán)節(jié),不利于教師進行化學(xué)原理課程針對性教學(xué),來提高學(xué)生的化學(xué)原理課程設(shè)計能力,保證其設(shè)計的合理性。其次,教師也要及時的對自身的教學(xué)情況進行批評,來發(fā)現(xiàn)自身教學(xué)語言和行為的弊端,來提高自身的化學(xué)原理課程教學(xué)設(shè)計能力,來保證化學(xué)原理課程教學(xué)的實際價值,來增加自身化學(xué)原理課程教學(xué)設(shè)計的積極性沒來提高學(xué)生的化學(xué)原理課程學(xué)習(xí)熱情和設(shè)計欲望。
結(jié)束語:社會的發(fā)展離不開創(chuàng)新,教育教學(xué)的發(fā)展離不開創(chuàng)新,因此,對于化學(xué)原理課程設(shè)計學(xué)來說,要想保證化學(xué)原理課程教學(xué)設(shè)計的創(chuàng)新性,保證化學(xué)原理課程教學(xué)設(shè)計時代性,教師要對自身教學(xué)情況進行反省,改變傳統(tǒng)單一的數(shù)據(jù)教學(xué)內(nèi)容弊端,增加教學(xué)內(nèi)容的豐富性,,增加對教學(xué)資料的研究,增加對不同教學(xué)相關(guān)知識的研究,保證化學(xué)原理課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計的科學(xué)行和創(chuàng)新性,保證證化學(xué)原理課程教學(xué)高效率進行。
參考文獻:
[1]王士財,成忠. 基于“專業(yè)認(rèn)證”的教學(xué)改革探索――以化工原理課程設(shè)計為例[J]. 浙江科技學(xué)院學(xué)報,2016.
關(guān)鍵詞:化工原理;工程教育;課程建設(shè)
自從《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》頒布實施以來,國家對于工程人才的培養(yǎng)提出了更高的要求,特別是在本科生工程素養(yǎng)培養(yǎng)方面,要求提升學(xué)生的工程實踐能力、創(chuàng)新能力和國際競爭力。在這樣的背景下,國家先后啟動了卓越工程師計劃(2010年)和新工科建設(shè)(2017年)[1],為工程人才的培養(yǎng)指明了方向。為適應(yīng)人才培養(yǎng)形勢的需要,與工程能力培養(yǎng)有關(guān)的專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的改革勢在必行。作為化工與制藥類專業(yè)培養(yǎng)人才重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程[2],化工原理課程必須突破傳統(tǒng)的教學(xué)模式,以強化學(xué)生的工程素養(yǎng)為核心[3],以現(xiàn)代化教學(xué)手段為依托,重新打造適應(yīng)人才培養(yǎng)新形式的課程體系。
一、課程特點
化工原理是化工與制藥類專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課與專業(yè)核心課[4],承擔(dān)著引領(lǐng)學(xué)生從基礎(chǔ)課向?qū)I(yè)課過渡的重要任務(wù)。化工原理課程的主要內(nèi)容是研究化工生產(chǎn)過程中單元操作過程的基本原理與計算以及主要單元設(shè)備的工作原理、設(shè)計及操作。對于理工科學(xué)生的綜合工程素質(zhì)培養(yǎng)起著重要作用[5]。
(一)理論性強,對學(xué)生的數(shù)理基礎(chǔ)要求高
化工原理研究的主要是化工生產(chǎn)過程中最基本的生產(chǎn)單元———單元操作。研究過程中需要學(xué)生熟練掌握高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、物理化學(xué)等基礎(chǔ)知識并加以綜合運用。對學(xué)生的數(shù)理基礎(chǔ)要求較高。
(二)與實際生產(chǎn)結(jié)合緊密,具有很高的實用性
化工原理所研究的單元操作都來自實際生產(chǎn),經(jīng)不斷地完善總結(jié)后形成理論。所有的化工生產(chǎn)過程都是由不同的反應(yīng)過程與單元操作過程組合而來,因此,單元操作的研究對于實際生產(chǎn)有很強的指導(dǎo)意義,課程也具有很高的實用性。
(三)解決問題的手段多樣,靈活性高,對知識的綜合運用能力要求高
由于實際生產(chǎn)的復(fù)雜性,生產(chǎn)中所遇到的問題往往有多種解決方法。這些復(fù)雜工程問題通常僅靠一種手段很難完全解決,因此需要綜合運用所學(xué)知識,通過理論分析、實驗驗證、軟件輔助等多種手段才能得到滿意的結(jié)果由于課程具有以上特點,因而傳統(tǒng)的、僅僅依靠課堂理論授課的方式很難滿足對學(xué)生綜合工程能力和工程素養(yǎng)培養(yǎng)的目標(biāo)和要求。這就需要課程建設(shè)不能只停留于課堂的理論教學(xué),還要全方位、多手段的采取措施,使之更好地服務(wù)于教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)。
二、課程體系建設(shè)
為滿足對學(xué)生綜合工程能力和素質(zhì)培養(yǎng)的要求,經(jīng)多年實踐,化工原理形成了以理論課程為核心,“理論、實驗、實踐”三位一體的課程體系。除理論教學(xué)外,課程體系中還包括化工原理實驗課、認(rèn)識實習(xí)和課程設(shè)計三門實踐課程,使課程在工程能力培養(yǎng)方面得到了強化。
(一)認(rèn)識實習(xí)
認(rèn)識實習(xí)是化工原理理論課程進行之前的先修課程,主要內(nèi)容是對化工生產(chǎn)的常見流程以及單元設(shè)備進行講解和參觀,使學(xué)生初步了解化工生產(chǎn)的特點以及單元設(shè)備的基本原理、結(jié)構(gòu)和操作,并通過現(xiàn)場參觀的形式獲得感性認(rèn)識,為后續(xù)化工原理理論學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。認(rèn)識實習(xí)是學(xué)生與生產(chǎn)實際的第一次接觸,也是工程素質(zhì)培養(yǎng)的第一個步驟。
(二)化工原理實驗
化工原理實驗與化工原理課程同時進行,分兩個學(xué)期?;ぴ韺嶒瀮?nèi)容與理論課程內(nèi)容緊密結(jié)合,分為綜合性實驗和驗證性實驗。驗證性實驗的主要目的是使學(xué)生通過實驗對課堂理論加以驗證,增強對課堂內(nèi)容的理解。綜合性實驗的目的是提高學(xué)生對于課堂知識在實際中的運用能力以及實驗設(shè)計和操作能力,在綜合工程素質(zhì)的培養(yǎng)中居于重要地位。
(三)課程設(shè)計
化工原理課程設(shè)計是在化工原理課程結(jié)束后開設(shè)的綜合實踐類課程。主要內(nèi)容是進行板式精餾塔的設(shè)計,包括精餾塔的工藝計算、塔板設(shè)計與水力學(xué)校核、塔頂冷凝器的設(shè)計與選型、設(shè)備條件圖和浮閥排列圖的繪制。主要目的是使學(xué)生將理論知識應(yīng)用于工程設(shè)計,提高學(xué)生的知識綜合運用能力和解決復(fù)雜工程問題的能力。課程設(shè)計除了應(yīng)用化工原理的基本理論之外,還要求學(xué)生具有一定的工程制圖基礎(chǔ)、了解工程設(shè)計規(guī)范以及利用現(xiàn)代工程軟件解決問題的能力,通過綜合訓(xùn)練使學(xué)生在實際應(yīng)用中提高工程素養(yǎng)。
(四)“理論—實驗—實踐”三位一體的課程體系
在實際教學(xué)過程中,學(xué)生暴露出來的一個較大的問題是“重理論,輕實踐”,對實驗和實踐課程不重視,人為割裂了課程體系中各門課程之間的聯(lián)系。為解決這一弊端,課程組設(shè)計了“理論—實驗—實踐”三位一體的課程體系,使各門課程之間環(huán)環(huán)相扣,形成一個整體,在一定程度上提高了學(xué)生對實驗和實踐環(huán)節(jié)的重視,取得了一定效果。在認(rèn)識實習(xí)開始時,就將認(rèn)識實習(xí)與化工原理的關(guān)系告訴學(xué)生,簡單介紹化工原理課程的基本內(nèi)容與課程性質(zhì),提高學(xué)生的重視程度。對于化工原理實驗,則充分利用學(xué)科競賽對學(xué)生的刺激作用[6],鼓勵學(xué)生參加“全國大學(xué)生化工實驗大賽”和“山東省大學(xué)生實驗技能大賽”等賽事,從側(cè)面促使學(xué)生重視實驗。課程設(shè)計是整個課程體系中的最后一環(huán),需要學(xué)生綜合運用化工原理的知識解決問題,對學(xué)生的綜合能力要求較高。在進行化工原理理論教學(xué)時,就將工程設(shè)計規(guī)范的概念傳授給學(xué)生,使學(xué)生對工程設(shè)計形成初步認(rèn)識。了解到工程設(shè)計的復(fù)雜性和所需知識的多樣性,也能促使學(xué)生努力學(xué)習(xí)理論知識。通過這樣三位一體的課程體系設(shè)計,課程體系中所有的內(nèi)容都有一定程度的交叉,不再是單獨一門課程的學(xué)習(xí),而是整體、系列地學(xué)習(xí),大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的整體性,對學(xué)生的綜合工程素質(zhì)的養(yǎng)成提供了有利的支撐。
三、課程內(nèi)容及教學(xué)方法建設(shè)
化工原理課程內(nèi)容多、學(xué)時長,涉及的數(shù)理知識及方法多。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式的弊端是學(xué)生無法通過課堂學(xué)習(xí)獲取更多的工程實踐知識。由于課程理論性強,學(xué)習(xí)難度較大,造成學(xué)生學(xué)習(xí)興趣下降,課堂氣氛也比較沉悶。為了改變這一狀況,切實提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和綜合工程素養(yǎng),課程組對課程內(nèi)容進行了重新規(guī)劃并改進了教學(xué)手段,取得了一定成效。
(一)重新規(guī)劃課程內(nèi)容,明確知識點,加強課程前后內(nèi)容的聯(lián)系
為使課程重點突出,便于學(xué)生主動學(xué)習(xí),課程組重新規(guī)劃原先以章節(jié)劃分的課程內(nèi)容,劃分為157個知識點,以知識點為核心重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容。這樣一方面使學(xué)生能夠很快地抓住重點,與以章節(jié)為單位組織教學(xué)相比,知識點的范圍更小,學(xué)生學(xué)習(xí)時間縮短,學(xué)生更容易集中精力進行學(xué)習(xí),提高學(xué)習(xí)效果。另一方面,通過不同知識點的組合,可對有不同要求的專業(yè)采用同一套知識體系進行教學(xué)。對于短學(xué)時的專業(yè),只要將所需的知識點提出并教授給學(xué)生即可,無須重新組織教學(xué)內(nèi)容,從而減輕教師的備課壓力,提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的能力。
(二)采用綜合工程案例為主導(dǎo),強化學(xué)生的工程意識和工程素養(yǎng)
案例教學(xué)一直是化工原理教學(xué)中提高學(xué)生工程意識的重要手段之一,但以往的案例通常僅局限于某個知識點或者某個單元操作,學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中難以把握工程問題的實質(zhì)和精髓,對問題的分析也不夠深入。為進一步提高學(xué)生的工程素養(yǎng),增強學(xué)生分析和解決問題的能力,課程組設(shè)計了綜合工程案例,通過對實際問題的分析,提高學(xué)生對復(fù)雜工程問題的認(rèn)識,提高他們綜合運用知識、解決問題的能力。
(三)擴展教學(xué)資源,創(chuàng)新教學(xué)手段
教學(xué)資源是教學(xué)工作的基礎(chǔ),資源建設(shè)一直是課程建設(shè)的重要組成部分。為促進學(xué)生工程素養(yǎng)的提高,課程組在資源建設(shè)方面做了大量工作。首先,組織教師編寫了《化工原理案例庫》,收集整理了幾十個工程案例,通過對案例的詳實分析和細(xì)致研究,將其中包含的工程問題進行分解,使學(xué)生在案例的學(xué)習(xí)中鞏固基礎(chǔ)知識,提高他們分析問題和解決問題的能力,強化其工程意識和工程思維能力。其次,上線了化工原理慕課?;ぴ砟秸n的上線運行,大大豐富了課程的教學(xué)資源,為新的教學(xué)手段的實施打下了良好的基礎(chǔ)。最后,編寫配套習(xí)題集,給學(xué)生提供課外練習(xí)的資源。習(xí)題中除了大量考研題外,還選擇了部分工程案例進行操作型問題分析,增強學(xué)生對實際問題進行分析處理的能力,強化其工程思維和科學(xué)思維能力。有了豐富的教學(xué)資源做基礎(chǔ),就可以在傳統(tǒng)教學(xué)方法上進行大膽創(chuàng)新,采用新的教學(xué)手段提高學(xué)生的各方面能力。在化工原理的教學(xué)中,課程組進行了問題導(dǎo)向的線上線下混合式教學(xué)模式的探索。具體實施方案是在每一章課前提出本章需要解決的一個工程問題,引導(dǎo)學(xué)生利用慕課等線上資源進行自主學(xué)習(xí),教師進行線上答疑與指導(dǎo)。線下授課階段分為兩種模式。其一是教師要求學(xué)生根據(jù)線上學(xué)習(xí)的結(jié)果對某一知識點進行講解,并接受來自其他學(xué)生和老師的質(zhì)疑;其二是教師對重點問題進行適當(dāng)講解并回答學(xué)生提出的問題。還可以采取分組作業(yè)、課外綜合大作業(yè)等形式促使學(xué)生查閱資料,完成任務(wù),提高學(xué)生主動獲取知識的能力,并拓展其視野,加深其對工程問題的認(rèn)識。化工原理的資源建設(shè)及線上線下混合式教學(xué)的總體設(shè)計如圖1。
四、結(jié)語
提高本科生的工程素養(yǎng)是工程教育的核心問題之一,關(guān)系到國家各項重大工程項目建設(shè)的后備人才培養(yǎng)和國家未來發(fā)展的人才規(guī)劃,應(yīng)當(dāng)引起人才培養(yǎng)部門的足夠重視。文章以這一出發(fā)點為基礎(chǔ),對作為本科生從基礎(chǔ)走向?qū)I(yè)重要橋梁和紐帶的化工原理課程從課程體系、課程資源以及教學(xué)手段等方面進行了重新規(guī)劃。通過“理論-實驗-實踐”三位一體的課程體系設(shè)計,“知識點劃分與整合”的教學(xué)內(nèi)容重組,“綜合工程案例為主導(dǎo),線上線下結(jié)合”的教學(xué)模式改革,充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,提高其工程能力與工程素養(yǎng),為綜合型人才的培養(yǎng)模式提供了積極的探索和有益的借鑒。
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關(guān)鍵詞:郵電高校;電氣工程;通信原理
中圖分類號:G642.0 文獻標(biāo)志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)06-0158-03
近二十年來,我國信息通信業(yè)的發(fā)展速度遠遠高于國民經(jīng)濟的速度增長,基本形成了一個世界級水平的信息通信網(wǎng)絡(luò)。進入21世紀(jì),信息通信業(yè)仍迅猛發(fā)展,技術(shù)革命的浪潮風(fēng)起云涌,正在引發(fā)信息通信領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)重組,三網(wǎng)(計算機通訊網(wǎng)、電信網(wǎng)和有線電視網(wǎng))融合是其中的典型代表,具體到西安郵電大學(xué)就是“兩化融合”(信息化和工業(yè)化)(西安郵電大學(xué)是陜西省兩化融合中心承辦單位)?!皟苫诤稀焙陚ツ繕?biāo)的實現(xiàn),不是單靠一個通信技術(shù)就可以實現(xiàn)的,需多學(xué)科融合在一起,尤其是通信技術(shù)和電氣技術(shù)的融合。通信技術(shù)迅猛發(fā)展的現(xiàn)實,使我們意識到在郵電類高校培養(yǎng)21世紀(jì)的電氣工程專業(yè)人才中,對專業(yè)培養(yǎng)方向和目標(biāo)應(yīng)有清醒的認(rèn)識,必須結(jié)合當(dāng)前形勢,進行細(xì)致的調(diào)查研究和科學(xué)分析,以便適應(yīng)時代社會發(fā)展的需要。
一、電氣專業(yè)開設(shè)《通信原理》課程的必要性
電氣工程是我國高等工程教育的重要學(xué)科門類,而作為一個郵電類高校培養(yǎng)的電氣工程師除了應(yīng)具備電氣工程專業(yè)的基本素質(zhì)外,還應(yīng)有郵電類高校的特色?!峨姎夤こ碳捌渥詣踊鳛橐粋€寬口徑專業(yè),一定要更好地與信息技術(shù)發(fā)展的趨勢融合。在郵電類高校的電氣工程及其自動化專業(yè)開設(shè)《通信原理》課程,主動適應(yīng)社會對人才的需要,是教育的本質(zhì)決定的,也是高校人才培養(yǎng)工作的出發(fā)點和落腳點。
二、《通信原理》課程在電氣專業(yè)的基本內(nèi)容和教學(xué)方法改革
《通信原理》課程的主要內(nèi)容包括:信號和噪聲分析,信號設(shè)計理論,幅度調(diào)制系統(tǒng),角度調(diào)制系統(tǒng),模擬信號的數(shù)字傳輸,信道復(fù)用和多址方式,差錯控制編碼和同步原理等。作者將清華大學(xué)、北京郵電大學(xué)、天津大學(xué)、西安電子科技大學(xué)和我校(西安郵電大學(xué))通信工程專業(yè)的《通信原理》教材進行了比較,其基本內(nèi)容均大同小異。根據(jù)《西安郵電大學(xué)本科培養(yǎng)計劃》的要求,我校“信息工程”專業(yè)《通信原理》課程的教學(xué)環(huán)節(jié)包括理論授課64學(xué)時和實驗8學(xué)時。但是,將《通信原理》課程引入電氣工程及其自動化專業(yè),顯然不能照搬信息類專業(yè)的教學(xué)計劃和要求,必須在教學(xué)計劃的安排、師資隊伍的建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容和環(huán)節(jié)等方面作出合適的配置,以適應(yīng)電氣工程及其自動化專業(yè)學(xué)生的專業(yè)背景和方向。近幾年來,我們對通信原理課程的教學(xué)內(nèi)容、實踐環(huán)節(jié)、教學(xué)手段等進行了全方位的改革與實踐,取得了一定成效。
1.精心安排講課內(nèi)容。一般來講,所選教材章節(jié)的編排順序就是教師授課內(nèi)容的順序,而《通信原理》課程的教材在“調(diào)制”方面的內(nèi)容編排上一般采用的順序為:“模擬信號模擬調(diào)制”―“數(shù)字信號數(shù)字編碼”―“數(shù)字信號模擬調(diào)制”―“模擬信號數(shù)字編碼”。對電氣專業(yè)的學(xué)生講授這些內(nèi)容時,教師一定要注意結(jié)合電氣專業(yè)的相關(guān)特點,把電氣專業(yè)所涉及到的有關(guān)模擬信號、數(shù)字信號的內(nèi)容穿去,以便取得更好的教學(xué)效果。但作者經(jīng)過多年的教學(xué)實踐,發(fā)現(xiàn)如果把“模擬信號數(shù)字編碼”提前到“數(shù)字信號數(shù)字編碼”的前面,授課效果會更好一些。但在講解數(shù)字系統(tǒng)之前,我們應(yīng)向?qū)W生解釋兩個問題:①如何把模擬信息轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號。②轉(zhuǎn)換精度如何控制。最后再來講解數(shù)字信號是如何傳輸?shù)摹W髡哒J(rèn)為這樣的改變使教學(xué)更有連貫性,更接近于實際的通信系統(tǒng)。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中,將會更加清楚明了,對知識的掌握將更加牢固。
2.傳統(tǒng)和現(xiàn)代化教學(xué)手段相結(jié)合,有效提高教學(xué)質(zhì)量。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,教學(xué)手段也由過去的語言、黑板板書等傳統(tǒng)教學(xué)方式轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗝襟w的方式教學(xué)。多媒體方式教學(xué)的優(yōu)點是課堂的有效時間增加,信息含量高;缺點是學(xué)生在有限時間里接受不了那么大的信息量。《通信原理》是一門公式和推導(dǎo)過程相對較多的課程,采用多媒體方式教學(xué),固然節(jié)省了板書時間,但是學(xué)生對公式和推導(dǎo)過程留下的印象并不是很深。但板書的教學(xué)方式就不一樣了。教師在書寫公式及公式推導(dǎo)的過程中,學(xué)生就對公式及整個推導(dǎo)過程有了深刻的理解和記憶。雖然花了一些時間,但聽課效果提高了很多。所以,作者建議為了有效提高教學(xué)質(zhì)量,教師在選擇教學(xué)手段時要靈活多變,應(yīng)以如何能讓學(xué)生更好理解、更深刻理解為標(biāo)準(zhǔn),靈活選擇教學(xué)方式。把多媒體教學(xué)方式和板書教學(xué)方式結(jié)合起來,以達到更好的教學(xué)效果,進一步提高《通信原理》課程的教學(xué)質(zhì)量。
3.改革實踐教學(xué)環(huán)節(jié),提高實驗水平。實踐性教學(xué)對鞏固理論知識、培養(yǎng)學(xué)生分析與解決問題的能力及開發(fā)他們的創(chuàng)造力都有十分重要的作用。結(jié)合教育部提出的“卓越工程師培養(yǎng)計劃”是為貫徹落實黨的十七大提出的走中國特色新型工業(yè)化道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家、建設(shè)人力資源強國等戰(zhàn)略部署,貫徹落實《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》實施的高等教育重大計劃。卓越計劃對高等教育面向社會的需求而培養(yǎng)人才,調(diào)整人才的培養(yǎng)結(jié)構(gòu),提高人才的培養(yǎng)質(zhì)量,推動教育教學(xué)改革的發(fā)展,增強畢業(yè)生就業(yè)的能力,具有十分重要的示范和引導(dǎo)作用。作為郵電類高校,具體執(zhí)行教育部提出的“卓越工程師培養(yǎng)計劃”,落實到教學(xué)上,就是增加實踐環(huán)節(jié)教學(xué)課時,改革實踐教學(xué)方法,提高實驗水平。作者在進行《通信原理》課程實踐教學(xué)改革時,對該課程的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)也作了必要的改革?!锻ㄐ旁怼氛n程的實驗教學(xué)一直存在著實驗內(nèi)容陳舊、實驗手段落后等問題。結(jié)合“卓越計劃”,作者在培養(yǎng)計劃中增加了學(xué)生自制相關(guān)實驗設(shè)備、裝置的內(nèi)容。在具體執(zhí)行前,首先增加了實踐環(huán)節(jié)課時,可采用多種形式進行。比如:老師自主出題,以開放實驗的形勢,分別從大一、大二、大三招收學(xué)生,針對不同年級學(xué)生的基礎(chǔ)和情況,題目從簡單到復(fù)雜,以適應(yīng)不同年級學(xué)生的情況。教師授課時間比較靈活,晚上、周末或者實驗室有空的時間都可以,只要老師和學(xué)生提前溝通好就行了。其次積極把課內(nèi)實驗、開放實驗的內(nèi)容與全國大學(xué)生競賽結(jié)合起來,通過課內(nèi)實驗、開放實驗的訓(xùn)練,選拔出一批優(yōu)秀的學(xué)生集中強化訓(xùn)練,從而在大學(xué)生競賽中取得好的成績。經(jīng)過一段時間的具體實踐后,收獲頗豐。作者帶領(lǐng)學(xué)生自制了廣播鐵搭通信演示儀、通信原理教學(xué)實驗裝置綜合實驗臺等相關(guān)設(shè)備。有的也應(yīng)用到了大學(xué)生競賽當(dāng)中,也取得了一些成績。雖然自制設(shè)備參考了一些現(xiàn)有設(shè)備,但自制過程對參與的學(xué)生來說有非常重要的意義和作用。整個設(shè)備的自制過程,自始至終由學(xué)生獨立思考,獨立設(shè)計,自己動手,既鍛煉了學(xué)生的實踐動手能力,又能讓學(xué)生充分發(fā)揮他們的聰明才智,培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力,使他們能夠在實踐中進一步提高自身的綜合素質(zhì)。
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,各學(xué)科間呈現(xiàn)出互相滲透、互相融合、交叉發(fā)展的趨勢,對本科應(yīng)用型人才的培養(yǎng)帶來了更高的要求。針對郵電高校的電氣專業(yè)的學(xué)生來說,既要學(xué)好電氣專業(yè)的基礎(chǔ)知識,又要體現(xiàn)郵電高校的特點。教學(xué)改革內(nèi)容應(yīng)當(dāng)著眼于如何能夠把電氣專業(yè)和郵電特色緊密結(jié)合,培養(yǎng)出具有特色的電氣專業(yè)的學(xué)生,是教師在教學(xué)過程中需要認(rèn)真思考和面對的問題。通過在郵電類高校電氣工程及其自動化專業(yè)開設(shè)《通信原理》課程的教學(xué)改革與實踐,不僅豐富了教學(xué)的手段,提高了教學(xué)的效果,而且調(diào)動了學(xué)生的主觀能動性,有效地培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力和科研能力,為全面適應(yīng)新世紀(jì)我國工業(yè)現(xiàn)代化建設(shè),尤其是通信行業(yè)對高級應(yīng)用型電氣專門人才的需要,打下了良好基礎(chǔ)。
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關(guān)鍵詞:食品工程原理;改革;教學(xué);實驗;設(shè)計
中圖分類號:G642.0 文獻標(biāo)志碼:A 文章編號:1674-9324(2015)05-0130-03
食品工程原理是農(nóng)業(yè)院校食品科學(xué)與工程本科專業(yè)的一門主干課程。通過本課程將系統(tǒng)地學(xué)習(xí)食品加工過程中的工程概念和各種單元操作的物理原理。從食品工程原理課程開始,學(xué)生的學(xué)習(xí)將轉(zhuǎn)向工程科學(xué),研究的對象是真實而又復(fù)雜的生產(chǎn)過程,思維方法也與以往所學(xué)的基礎(chǔ)課程有很大差異。因此,學(xué)習(xí)并掌握該門課程對食品科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生的重要性不言而喻。但是,隨著技術(shù)的進步和知識的更新,食品工程原理課程的改革也變得愈發(fā)緊迫,主要有以下三個方面的原因:①食品加工新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)以及在原料性質(zhì)上與化工生產(chǎn)的顯著差異使得食品科學(xué)與工程專業(yè)通常采用的源自化工原理的食品工程原理教材已經(jīng)與實際應(yīng)用有嚴(yán)重的脫節(jié);②以多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的新的教育技術(shù)為食品工程原理的教學(xué)提供了豐富的教學(xué)素材和有效的教學(xué)手段;③大學(xué)教育更加注重人才質(zhì)量的提高和能力的培養(yǎng),對課程實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的重視與日俱增,已經(jīng)達到和理論課并重的程度。以上三種原因都對該課程提出了改革的迫切要求,作為從事本課程一線教學(xué)的教師,在這里探討一下針對這門課進行改革的幾個思路。
一、課程教學(xué)改革的探討
前面已經(jīng)提到,現(xiàn)在對于工科學(xué)生的培養(yǎng)模式將更加注重實踐環(huán)節(jié),在培養(yǎng)方案中體現(xiàn)出的結(jié)果就是增加了實驗課課時的同時壓縮了理論課的課時。如何能讓學(xué)生在理論課時減少的情況下還能掌握足夠的理論知識,是擺在食品工程原理課教師面前的一道難題。要解決這個難題需要從教學(xué)過程的每一個環(huán)節(jié)尋求破解之道。
1.采用新主線,使教學(xué)內(nèi)容的安排更加系統(tǒng)化和簡化。食品工程原理的單元操作統(tǒng)一于“三傳”原理,即動量、熱量和質(zhì)量傳遞原理,“三傳”原理可以用統(tǒng)一的形式進行表述:三種物理量的傳遞速率都等于物理量傳遞過程的推動力與阻力的比值。在安排教學(xué)內(nèi)容的時候,可以根據(jù)食品物料的加工特性,圍繞上述主線進行安排。針對一種物理量的傳遞過程,選擇一種代表性的單元操作為示例,闡述清楚在該單元操作及其相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備的計算中物理量傳遞過程的計算,其他單元操作類比介紹,這樣既可以教給學(xué)生與食品加工過程相關(guān)的食品工程基礎(chǔ)知識,又能鍛煉學(xué)生的思維能力,達到事半功倍的效果。
2.引入發(fā)展性評價,創(chuàng)新教學(xué)模式。食品工程原理課程傳統(tǒng)的講授是靠“老師講、學(xué)生記”這種填鴨式的教學(xué)模式,在這種教學(xué)模式中,學(xué)生的學(xué)習(xí)缺少主動性,特別是基礎(chǔ)差的學(xué)生很容易產(chǎn)生厭倦情緒。因此,對于這門課程教學(xué)模式的改革主張引入發(fā)展性評價。發(fā)展性評價作為一種“過程和結(jié)果并重、教學(xué)與評價緊密結(jié)合”的評價新理念,它以促進評價對象的發(fā)展為根本目的。具體實施可以在每個單元操作的學(xué)習(xí)完成之后,布置學(xué)生自行總結(jié)該單元的知識點,教師抽一到兩節(jié)課的時間,讓學(xué)生以小組為單位,互相討論完善,再派代表上臺進行講解。同組的其余學(xué)生則負(fù)責(zé)對其他組的代表評分,實現(xiàn)學(xué)生之間的相互評價。老師也為每一位學(xué)生建立一份學(xué)習(xí)檔案記錄其每次的表現(xiàn)。這樣可以充分調(diào)動學(xué)生的積極性,實現(xiàn)以學(xué)生為主體的多向性評價。
3.多媒體的合理運用及其與板書的有效結(jié)合。多媒體清晰的畫面、生動的視頻,能變抽象為直觀,變復(fù)雜為簡明,變枯燥為生動,在講解抽象、復(fù)雜的單元操作過程中多媒體的運用能起到很好的輔助作用,多媒體動畫可以演示各種單元操作過程的原理和設(shè)備的工作情況,非常直觀,能產(chǎn)生一點即通的教學(xué)效果,加深了學(xué)生對基本原理的理解和相關(guān)設(shè)備構(gòu)造的認(rèn)識,提高學(xué)習(xí)效果。然而,傳統(tǒng)的板書在黑板上從無到有的推演過程,是學(xué)生自己的參與過程,更是培養(yǎng)學(xué)生分析問題能力的有效方法,有利于學(xué)生理解和掌握所學(xué)內(nèi)容,開拓思維,啟迪智慧。同時,在目前的多媒體課件條件下,在課堂教學(xué)過程中,仍有許多內(nèi)容是信息技術(shù)手段所不能呈現(xiàn)的,仍有許多功能是信息技術(shù)手段所不能達到的。因此多媒體技術(shù)與傳統(tǒng)的板書教學(xué)兩者更多的是互補關(guān)系而不是替代關(guān)系。
二、課程實驗改革的探討
實驗教學(xué)是食品工程原理課程的十分重要的教學(xué)環(huán)節(jié),其基本任務(wù)是使學(xué)生加深理解和鞏固食品工程原理課程中闡述的理論,培養(yǎng)學(xué)生解決工程問題的能力并掌握一定的實驗操作技能,通過對實驗現(xiàn)象的觀察、分析和討論培養(yǎng)學(xué)生獨立思考問題和解決問題的能力。
1.獨立設(shè)置食品工程原理實驗課。把食品工程原理課的實驗部分設(shè)置為獨立的課程,一方面可以增加實驗教學(xué)課時,提高課程實踐在整個課程中所占的比重,另一方面可以為設(shè)置多種形式的實驗課程內(nèi)容創(chuàng)造條件。這個舉措從根本上改變了實驗教學(xué)在整個課程中的地位,為把學(xué)生培養(yǎng)成為從事第一線生產(chǎn)服務(wù)和管理的“工程師和技師”類人才提供充分的理論聯(lián)系實際的機會,為今后走入工作崗位奠定基礎(chǔ)。
2.引入計算機仿真實驗作為實驗預(yù)習(xí)方式。食品工程原理的每個課程實驗都相當(dāng)于食品工業(yè)生產(chǎn)中的一個操作單元。由于實驗綜合性較強,容易造成學(xué)生對教師過分依賴。在實驗操作中,教師怎么講,學(xué)生就怎么做,學(xué)生的獨立思考能力和獨立操作能力得不到提高,實驗效果不好。因此,實驗課一定要采取先預(yù)習(xí)后操作的模式進行教學(xué)。仿真實驗具有低成本、安全可靠、節(jié)省操作時間等優(yōu)點,便于運行和調(diào)試,把完成仿真實驗作為實驗預(yù)習(xí)的主要形式具有十分好的應(yīng)用效果,可以加強學(xué)生在實驗預(yù)習(xí)的過程中對實驗流程和設(shè)備的認(rèn)識,使學(xué)生在實驗之前基本了解其操作過程,根據(jù)所學(xué)的理論知識預(yù)測實驗結(jié)果。
3.基礎(chǔ)實驗與綜合實驗結(jié)合的課程內(nèi)容設(shè)置。食品工程原理基礎(chǔ)實驗都是針對單一的單元操作設(shè)置的,因為缺乏研究性而難以開展創(chuàng)新性實驗項目。針對這一問題,選擇一些簡單的食品生產(chǎn)工藝將其設(shè)置為綜合實驗,這樣做的好處是把若干個單元操作聯(lián)系起來,學(xué)生在完成實驗的過程中一定會考慮設(shè)備的處理能力、原料的用量、不同單元操作之間的銜接以及操作參數(shù)如何影響生產(chǎn)效果等問題,因而主動地進行探索和學(xué)習(xí),能很好地培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力。引入綜合實驗不但將食品工程原理實驗的教學(xué)內(nèi)容貫穿在一起,還對傳統(tǒng)的實驗內(nèi)容進行了擴充和更新,跟實際生產(chǎn)更接近,最好還能與學(xué)生的“挑戰(zhàn)杯”項目,學(xué)科競賽或者教師的科研有機地結(jié)合在一起,使學(xué)生在獲取基礎(chǔ)知識的同時還培養(yǎng)了科研的能力。
三、課程設(shè)計改革的探討
食品工程原理課程設(shè)計是教學(xué)和實踐的銜接環(huán)節(jié),是在講完食品工程原理的基本理論、過程計算以及設(shè)備的結(jié)構(gòu)與操作的基礎(chǔ)上進行的綜合性提高訓(xùn)練,要求學(xué)生能進行單元操作設(shè)備的設(shè)計。為期兩周的食品工程原理課程設(shè)計需要學(xué)生靈活運用所學(xué)的知識,全面分析設(shè)計過程,完成設(shè)備工藝尺寸的設(shè)計計算以及設(shè)備工藝條件圖的繪制工作。食品工程原理課程設(shè)計能夠讓學(xué)生從理論走向?qū)嵺`,培養(yǎng)學(xué)生解決工程問題的能力。
1.與食品機械與設(shè)備、食品工廠設(shè)計兩門課程的設(shè)計結(jié)合獨立設(shè)置一門課程。食品機械與設(shè)備是專門講授食品加工機械及設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點和工作原理的課程;食品工廠設(shè)計是講授食品工廠選址布局、生產(chǎn)流程設(shè)計及與之相關(guān)的水、電、汽、暖等公用系統(tǒng)設(shè)計的課程。這兩門課程都設(shè)置了相應(yīng)的課程設(shè)計環(huán)節(jié),食品機械與設(shè)備的課程設(shè)計主要是基于測量基礎(chǔ)上的食品機械設(shè)備零件圖以及裝配圖的繪制,食品工廠的課程設(shè)計主要完成工廠的平面布置圖、生產(chǎn)工藝的流程圖和生產(chǎn)車間設(shè)備的工藝布置圖,而食品工程原理是在明確了生產(chǎn)任務(wù)的前提下,對單元操作設(shè)備的工藝尺寸和工藝條件進行設(shè)計計算,為設(shè)備選型和整個工藝各單元操作設(shè)備之間的匹配提供依據(jù)。因此,把這幾個設(shè)計整合成一門單獨的設(shè)計課程,既避免讓學(xué)生重復(fù)學(xué)習(xí)和完成相關(guān)的內(nèi)容,又可以通過合理設(shè)置設(shè)計內(nèi)容,讓學(xué)生掌握從選擇設(shè)備,安排生產(chǎn)流程,工藝計算一直到工廠的設(shè)計等一整套設(shè)計流程。這樣做的好處是避免了原來多門課程多個設(shè)計題目之間沒有關(guān)聯(lián),學(xué)生很難從中得到真正鍛煉的局面。
2.在食品工程原理課程設(shè)計中突出VB、AutoCAD、Office等軟件的應(yīng)用。站在增強課程實用性和提高學(xué)生綜合能力的角度,采用計算機軟件進行輔助設(shè)計既可以提高設(shè)計的效率和水平,又能通過完成設(shè)計任務(wù)讓學(xué)生的綜合能力得到迅速提高。在設(shè)計的每一個環(huán)節(jié)都可以用到相應(yīng)的軟件,如:設(shè)計說明書可以用Office辦公軟件完成,設(shè)計計算可以用VB編程軟件完成,設(shè)計圖紙可以用AutoCAD繪圖軟件完成。因此,為了能順利落實這一目標(biāo),在課程設(shè)計開始之前需要學(xué)生掌握相關(guān)軟件的使用。可以在機械制圖課程中加入AutoCAD的內(nèi)容,在食品工程原理課程中加入VB編程的內(nèi)容。通過突出各類軟件在完成課程設(shè)計過程中的應(yīng)用,使學(xué)生既掌握了從查閱資料、設(shè)計計算到制圖等一系列的設(shè)計環(huán)節(jié),完成了課程設(shè)計的任務(wù),又提高了學(xué)生應(yīng)用軟件解決實際問題的能力,增強了學(xué)生在就業(yè)中的競爭優(yōu)勢。
3.與應(yīng)用軟件完成課程設(shè)計相應(yīng)的課程設(shè)計考核方法的改革。計算機軟件在課程設(shè)計中的應(yīng)用順應(yīng)時代的需要,優(yōu)點突出,但是其強大的復(fù)制功能卻讓學(xué)生在完成課程設(shè)計中“抄襲”起來更加簡單和直接。因此,與應(yīng)用軟件完成設(shè)計過程相應(yīng)的考核方法也需要重新考慮。主要有以下幾種措施:①設(shè)置不同難度級別的題目讓學(xué)生針對自己的能力自由選擇,但是完成不同難度題目的最高成績也是不同的,這樣做有利于對不同學(xué)習(xí)態(tài)度的學(xué)生進行區(qū)分,鼓勵那些學(xué)習(xí)認(rèn)真的學(xué)生選擇難度大一些的題目;②不強制要求用軟件完成設(shè)計題目,但是會視應(yīng)用軟件完成部分占整個題目的比例有不同的加分,并且鼓勵學(xué)生用軟件完成的內(nèi)容越多越好;③注重過程考核和階段性檢查,對每個學(xué)生從學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)能力等多個角度進行評價。對于提問積極,學(xué)習(xí)主動,在設(shè)計過程中能體現(xiàn)出解決問題的主動性、創(chuàng)造性的學(xué)生,都明確表示可以加分。同時加強階段性檢查,讓學(xué)生做階段匯報,及時了解學(xué)生的設(shè)計進度,對表現(xiàn)較差的學(xué)生提出口頭警告。
四、食品工程原理課程改革與卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的結(jié)合
“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”(簡稱“卓越計劃”)是貫徹落實《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》的重大改革項目,也是促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國的重大舉措,旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才,為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家和人才強國戰(zhàn)略服務(wù),對促進高等教育面向社會需求培養(yǎng)人才,全面提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量,具有十分重要的示范和引導(dǎo)作用。食品工程原理課程改革的探索與實踐有助于提升食品工程專業(yè)本科生層次卓越工程師培養(yǎng)計劃的實施效果。作為培養(yǎng)食品工程專業(yè)高級應(yīng)用型工程技術(shù)人才的一門核心專業(yè)基礎(chǔ)課,是培養(yǎng)學(xué)生工程意識的啟蒙課,對培養(yǎng)食品工程專業(yè)學(xué)生的業(yè)務(wù)素質(zhì)、工程能力及創(chuàng)新能力具有十分重要的地位。要將食品工程原理從單一的“食品工程專業(yè)基礎(chǔ)課程”轉(zhuǎn)變?yōu)椤按蠊こ逃^、大系統(tǒng)觀”為指導(dǎo)的課程架構(gòu)體系,注重單元操作與環(huán)境的關(guān)聯(lián)性,強化教學(xué)內(nèi)容的與時俱進和應(yīng)用性。同時將食品工程原理實驗室建設(shè)成為集實驗、實習(xí)、畢業(yè)論文(設(shè)計)及科學(xué)研究于一體的多功能實踐教學(xué)平臺,努力實現(xiàn)工程素質(zhì)訓(xùn)練、科研試驗與專業(yè)技術(shù)進步的有機結(jié)合。
五、結(jié)束語
課程教學(xué)、課程實驗和課程設(shè)計是完成食品工程原理課程教學(xué)的三項重要任務(wù),也構(gòu)成了食品工程專業(yè)本科生從理論、實踐到應(yīng)用的專業(yè)基礎(chǔ),因此,該門課程的改革需要從這三個方面系統(tǒng)地考慮,科學(xué)、合理地提出措施。同時上面提出的各項措施以及卓越工程師計劃的實施對教師的素質(zhì)和能力也提出了更高的要求,教師不僅要具備食品工程原理課程的授課能力,還要具備其他相關(guān)課程的相關(guān)知識??傊?,教師應(yīng)該在不斷地教學(xué)改革中尋找合適的教學(xué)模式和教學(xué)方法,將學(xué)生能力的培養(yǎng)滲透到每一個教學(xué)實踐中。
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以化工原理為代表的化工原理系列課程是化學(xué)工程與工藝專業(yè)本科生必修的專業(yè)基礎(chǔ)課中最重要的課程,起著由“理”及“工”承上啟下的橋梁作用,其教學(xué)目的就是培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)知識分析和解決化工單元操作中實際工程問題的能力?;ぴ硐盗姓n程包括:理論課、實驗課、生產(chǎn)或仿真實習(xí)和課程設(shè)計四個環(huán)節(jié)。其中化工單元操作過程設(shè)計方法、操作原理及其計算是理論課程教學(xué)的重要內(nèi)容,而迅速準(zhǔn)確地進行工程計算是課程設(shè)計的基礎(chǔ),所以組織好化工原理理論課程教學(xué)是落實化工原理整體教學(xué)的關(guān)鍵。目前,化工原理主要授課內(nèi)容:流體流動、流體輸送機械、非均相物系的分離和固體流態(tài)化、傳熱、精餾、吸收、萃取、干燥等單元的基本概念、原理和工程計算方法,而通用過程模擬軟件中幾乎包括所有常見的化工單元基本模塊,在講課過程中,教師可以在講授基本原理后,使用軟件中的相關(guān)計算模塊對其工作特性進行模擬展示。
東南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院肖國民、李浩揚[3]等,利用Fluent、Aspenplus軟件應(yīng)用于講授和解決“三傳”問題。其中利用Fluent軟件,對固定床反應(yīng)器進行動量模擬,結(jié)合反應(yīng)動力學(xué)模型和對流傳熱模型等,研究反應(yīng)器內(nèi)一氧化碳與硝酸二乙酯偶聯(lián)反應(yīng),從而獲得反應(yīng)器內(nèi)速度、溫度和各物質(zhì)濃度的分布情況,模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)吻合良好。這一過程給學(xué)生清晰的展示了:不僅固定床反應(yīng)器內(nèi)部的“三傳”均和反應(yīng)的進行程度相輔相成,而且若想準(zhǔn)確計算、設(shè)計或優(yōu)化一個單元操作過程,實驗情況與計算模擬必須相互反饋,相得益彰。利用Aspenplus軟件對二苯基甲烷二異氰酸酯換熱器進行設(shè)計和工程開發(fā),與傳統(tǒng)的換熱器設(shè)計計算方法相比,結(jié)果具有可靠性高、計算用時少、繪圖快、和各專業(yè)集成效應(yīng)強等優(yōu)勢。通過對甲醇—水精餾過程模擬,說明該軟件可用于質(zhì)量傳遞方面的計算。教學(xué)實踐證明,該方法不僅可以全面反映塔內(nèi)物料組成、質(zhì)量分布狀況等工藝計算結(jié)果,而且還可通過系統(tǒng)內(nèi)置板式塔或填料塔的各種塔內(nèi)件參數(shù),得到塔結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計,另外學(xué)生還可以通過改變模擬計算條件,綜合考察各因素對分離效果的影響,便于教學(xué)。
中國石油大學(xué)(華東)化學(xué)工程學(xué)院劉相、王蘭娟[16]利用軟件:Mathcad、Aspenplus和AutoCAD與傳統(tǒng)的課程設(shè)計相結(jié)合的教學(xué)方式,簡化繁瑣的計算過程,強化學(xué)生的工程意識和制圖規(guī)范,使化工原理課程設(shè)計逐步走入規(guī)范化軌道。中國石油大學(xué)(華東)化學(xué)工程學(xué)院孫蘭義,張月明[17,18]等,選擇烯烴分離裝置作為研究對象應(yīng)用于化工原理課程設(shè)計教學(xué)之中,利用Aspenplus、ProII獲得了最佳回流比、理論板數(shù)等重要數(shù)據(jù),計算機教學(xué)的引入為化工原理課程設(shè)計教學(xué)注入了新的活力。江蘇技術(shù)師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院張春勇,鄭純智[19]等利用Aspenplus軟件在流體流動和輸送機械、傳熱、精餾、吸收與脫吸中應(yīng)用,在教學(xué)過程中使學(xué)生看到的都是工程實例,充分踐行了理論聯(lián)系實際這一教學(xué)原則。嘉興學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院韋曉燕,譚軍[20]等,山東科技大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院張治山、高軍[21]等將Aspenplus過程模擬系統(tǒng)有目、有步驟地應(yīng)用于化工原理系列課程教學(xué),通過單元模型操作型問題、實際案例分析和課程設(shè)計三個階段的訓(xùn)練,使學(xué)生加深對化工單元設(shè)計的理解,達到培養(yǎng)“知識”+“能力”型人才的目的。另外,北京石油化工學(xué)院化學(xué)工程系葛明蘭,李翠清[22]等和安陽大學(xué)化工系李安林,張換平[23]等將ChemCAD軟件應(yīng)用與化工課程設(shè)計和簡捷精餾模型,青海大學(xué)化工學(xué)院李曉昆,張宏[24]等將ECSS軟件應(yīng)用在板式精餾塔工藝計算中。華南理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院鄭秀玉,李瓊[25]還將過程模擬系統(tǒng)應(yīng)用于化工仿真實習(xí)教學(xué)的改革與實踐當(dāng)中,取得了寶貴的教學(xué)經(jīng)驗。實際工程問題的解決方案通常是多方面因素綜合,且呈非線性關(guān)系作用的結(jié)果,解答需要經(jīng)過多次運算與討論分析。如操作型計算,盡管與設(shè)計型應(yīng)用的原理是一樣的,但是因為思考問題的角度不同,使得此類問題復(fù)雜、靈活,綜合條件的選擇計算不是一次完成,而是需要多次試算,反復(fù)迭代,加之公式復(fù)雜,計算步驟繁多,計算量很大。模擬軟件的應(yīng)用是解決這類問題行之有效的捷徑,既幫助學(xué)生加深了對各化工單元的認(rèn)識與理解,又培養(yǎng)了他們解決實際工程問題的能力。
2在化學(xué)反應(yīng)工程、分離工程教學(xué)中的應(yīng)用
化學(xué)反應(yīng)工程和化工分離工程皆為化學(xué)工程與工藝專業(yè)本科生必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程。其主要研究內(nèi)容的共性為過程開發(fā)、工藝設(shè)計以及實際生產(chǎn)操作過程中遇到的工程問題。在化工生產(chǎn)過程中,化學(xué)反應(yīng)是生產(chǎn)的核心,而分離過程則是其前的原料凈化和其后的產(chǎn)品精制,一般來說分離裝置的費用占總投資的70%以上。過程模擬系統(tǒng)中,基本上包含了教學(xué)過程中所包含的各式反應(yīng)器模型,另外系統(tǒng)還集成了用戶自定義模塊,用戶可根據(jù)實際需求二次開發(fā)反應(yīng)器模塊子程序。而對于化工分離過程的模擬無論是從可模擬介質(zhì)的種類和塔器的形式上,還是從模擬結(jié)果的精度上,都堪稱化工模擬技術(shù)發(fā)展的代表。如:在AspenPlus中用于模擬所有類型的多級汽-液、液-液平衡為例,其計算分為簡捷、嚴(yán)格法兩種。簡捷法計算單元模塊庫有三類:簡捷法精餾設(shè)計、簡捷法精餾核算和石油簡捷蒸餾。
嚴(yán)格法計算單元模塊庫有六類:嚴(yán)格精餾、復(fù)雜塔嚴(yán)格精餾、石油嚴(yán)格蒸餾、基于質(zhì)量傳遞速率蒸餾、嚴(yán)格間歇蒸餾和嚴(yán)格液-液萃取,每一類單元模塊庫中又有多個以進料、加熱器(冷凝器)和側(cè)線物流等不同組合形式,如:嚴(yán)格精餾不僅可用于兩相(汽-液)計算,還可用于三相(汽-液-液)計算,即可模擬:普通蒸餾、吸收、再沸吸收、萃取、再沸萃取、抽提、共沸精餾、平衡和反應(yīng)比例控制蒸餾等工藝過程,而石油嚴(yán)格蒸餾庫中就有近50種形式可選,所以過程模擬系統(tǒng)不僅可以滿足化工分離工程課程主要內(nèi)容的需要,而且對其后繼石化、煉化等工藝課程,也有較大的幫助。天津科技大學(xué)王彥飛,朱亮等采用教學(xué)內(nèi)容與AspenPlus軟件相結(jié)合以提高教學(xué)質(zhì)量,討論環(huán)氧丙烷水解絕熱連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器模型的多解性,在課堂上非常快速直觀的讓學(xué)生清楚了解多定態(tài)現(xiàn)象以及產(chǎn)生的原因,有助于學(xué)生對反應(yīng)過程的理解,并通過軟件使用可以回答,“如果改變某些條件,那么對于結(jié)果有哪些影響?”這樣的問題。南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工系戴斌,徐宏利用化工過程模擬系統(tǒng)ChemCAD二次開發(fā)工具,在SO2轉(zhuǎn)化反應(yīng)器的工藝設(shè)計上,通過使用VBA語言編程,實現(xiàn)有復(fù)雜反應(yīng)動力學(xué)方程的反應(yīng)器工藝設(shè)計。變換不同的SO2轉(zhuǎn)化工藝條件,計算得到與之對應(yīng)的反應(yīng)器體積,從而為裝置技改、去瓶頸和優(yōu)化提供依據(jù)。上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院吳錫慧,郁平等對化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)改革和實踐,在實驗中引入AspenPlus軟件強化計算機應(yīng)用,提高了學(xué)生們的設(shè)計和綜合分析能力。該軟件也正被學(xué)生用在大學(xué)生化工設(shè)計競賽、畢業(yè)設(shè)計和科技創(chuàng)新等環(huán)節(jié)。
天津大學(xué)化工學(xué)院李士雨,齊向娟給出了應(yīng)用ChemCAD模擬軟件更新分離過程教學(xué)內(nèi)容的初步方案包括:分離過程熱力學(xué)、自由度分析的原理和方法、單級平衡和多級平衡模擬計算等。得出:無論從國內(nèi)外化工分離過程教學(xué)內(nèi)容的更新趨勢上看,還是從工業(yè)界對分離過程教學(xué)內(nèi)容需求的變化上看,在分離過程教學(xué)內(nèi)容中增加計算機模擬分析方法是大勢所趨。華東理工大學(xué)化工學(xué)院李偉,朱家文等采用模擬軟件ProII在化工分離習(xí)題課上,同時改變熱力學(xué)方法、閃蒸條件、壓力等,完成不同條件下的多種閃蒸計算。進行丙烯精制塔精確計算可對塔操作參數(shù)進行多方案計算和比較,實現(xiàn)整體優(yōu)化;通過調(diào)節(jié)操作參數(shù)實現(xiàn)產(chǎn)品的純度和塔的能耗比較,在其之間建立量化概念,這對于思考許多分離基本問題是十分有益的。江蘇石油化工學(xué)院朱建軍、林西平等利用AspenPlus軟件對醋酸與乙醇催化反應(yīng)精餾塔進行模擬,回流比、進料組成、進料位置等對醋酸與乙醇收率的影響進行了分析,結(jié)果表明:運用AspenPlus軟件可以有效、快捷、方便地模擬脂化反應(yīng)精餾過程,結(jié)果可靠,精度高。江漢大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院吳宇瓊將AspenPlus軟件引入分離工程課程及實驗教學(xué)中。通過演示軟件操作錄像、學(xué)習(xí)模擬經(jīng)典實例等方法,使學(xué)生迅速掌握并使用軟件,借此求解泡、露點及塔板數(shù)等。
廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院秦祖贈,葛利等利用ProII對膨脹器的氣體加工裝置進行模擬,福建農(nóng)林大學(xué)材料工程學(xué)院盧澤湘,范立維等利用AspenPlus對甲基叔丁基醚(MTBE)的催化反應(yīng)精餾工藝進行模擬,并進行教學(xué)演示和講解。著重在混合物熱力學(xué)性質(zhì)的計算、多組分平衡分離過程計算上,真正做到了“嚴(yán)格計算”。同時指出軟件對化工熱力學(xué)、化工設(shè)計等課程的學(xué)習(xí)也會有較大的幫助,連續(xù)三年化工專業(yè)本科生對過程模擬系統(tǒng)的學(xué)習(xí)興趣調(diào)查中“,學(xué)習(xí)興趣強烈”的分別占到總?cè)藬?shù):72.8%、83.2%、86.8%。將過程模擬系統(tǒng)應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué),避免了大量計算公式推導(dǎo)、復(fù)雜數(shù)值計算等問題,可以在少用課時的情況下,盡量全面地展示化學(xué)反應(yīng)工程的核心內(nèi)容。多組分多平衡級分離的嚴(yán)格計算,是設(shè)計分離設(shè)備和優(yōu)化操作過程的必要計算手段,也是化工分離工程教學(xué)的主要內(nèi)容。使用過程模擬系統(tǒng),在進行MESH方程推導(dǎo)及基本算法介紹的同時,使得塔的精確計算和將熱力學(xué)中相對獨立的知識運用到具體的分離過程中,解決其工程實際問題成為可能,并且可以對塔的操作參數(shù)、分離要求和設(shè)備投資、運行費用等問題進行分析計算,極大地提高了學(xué)習(xí)的深度與廣度,使學(xué)生更加主動積極,綜合分析和解決實際工程問題的能力明顯提高。
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