基于项目驱动教学的化工装备...技术基础课程教学改革与实践_周池楼.pdf

年月 第 卷 第期 作者简介周池楼（），男，副教授，博士；郑益然（），男，研究生在读；陈国华（），男，教授，博士；林浩俊（），男，研究生在读。通信作者周池楼，：。基于项目驱动教学的化工装备 技术基础课程教学改革与实践周池楼，郑益然，陈国华，林浩俊（华南理工大学 机械与汽车工程学院，广东 广州 ）摘要文章通过分析现有化工装备 技术基础课程教学中存在的问题，根据项目驱动教学模式，将 理论知识与项目实践相结合，构建了以项目驱动教学为导向的化工装备 技术基础课程教学体系。依据“三创型”人才的培养要求，笔者立足化工机械类专业的课程定位，明确化工装备 技术基础课程的教学目标，并从教学内容、教学方法、教学评价体系等方面进行了教学改革与实践。基于项目驱动教学的化工装备 技术基础课程教学改革与实践，对于提升学生的工程实践能力和解决实际问题的能力具有重要意义。关键词 化工装备；技术；项目驱动教学；教学改革；实践能力 ，（，）：（），：；化工装备 技术基础课程作为化工机械类专业课程体系中的一门重要课程，在培养学生的工程实践能力和解决实际问题的能力方面起着十分重要的作用。由于涉及高等数学、机械设计学、工程材料学及金属工艺学等多门学科知识，该课程的理论性、实践性、应用性及学科交叉性显著。在该课程教学中，传统的“填鸭式”教学无法充分调动学生的学习兴趣，不能有效提升学生的自主学习能力与团队合作能力。与此同时，由于学生对实际工程问题缺乏足够深入的分析和研究，因此通过该课程的学习并不能有效提高自身的工程实践能力和解决实际问题的能力。随着新一轮科技革命和产业变革的推进，以及新经济的蓬勃发展，工程教育改革进入了一个新的发展阶段。在国内，工程教育专业认证与新工科建设对教学质量和人才培养的要求越来越高。在课程教学内容和方法上，有学者提出应体现以成果为导向、以学生为中心、不断完善教学的基本理念。为适应时代变化及社会对高校教学提出的新要求，各高校大力推进本科课程教学改革，不断探索“三创（创新、创造、创业）型”人才培养的新途径和新模式。其中，项目驱动教学是一种以培养学生自主学习能力、工程实践能力及团队合作能力为主要内容的教学新模式，在教学改革中受到了广泛的关注。笔者分析了传统化工装备 技术基础课程教学存在的问题和项目驱动教学模式的特点，立足化工机械类专业的课程定位，明确课程教学目标，建立了基于项目驱动教学的课程内容和教学方法，构建了多元化教学评估体系，并提出以项目驱动教学为导向的课程教学改革思路（见图），以期为其他高校的课程教学改革与实践提供案例参考。一、传统教学存在的问题化工装备 技术基础是化工机械类专业图以项目驱动教学为导向的化工装备 技术基础课程教学改革思路的一门专业基础课，旨在培养学生的工程实践能力和解决实际问题的能力。然而，该课程所采用的“填鸭式”教学模式却存在诸多问题，限制了学生综合能力的提升。一是教学目标不明确。本课程作为一门综合性课程，旨在提高学生的理论学习能力和工程实践能力，其教学大纲包括理论教学和实验教学两部分。其中，实验教学是课程教学的核心部分。然而，许多学生由于不能正确认识实验教学在化工机械类专业培养体系中的地位和作用，也不了解本课程的教学目标，因而对课程学习不重视，在提升工程设计能力和分析问题能力方面缺乏主动性。二是教学内容不合理。在原有教材中，本课程理论部分的内容比较枯燥，且需要教师投入较多的教学时间，这不但难以激发学生的学习兴趣，而且不能体现本课程实践性强的特色，更不能满足当前工程认证对学生项目分析能力培养的要求。相应地，实验部分课时较少，导致学生操作训练时间不够且师生互动少，无法体现以学生为周池楼，等 基于项目驱动教学的化工装备 技术基础课程教学改革与实践中心的教学理念。三是教学方法较单调。在传统上机实验过程中，教师一般先讲解知识点并进行操作演示，然后让学生进行操作练习或验证仿真结果。这样的教学过程缺少对学生独立思考能力和分析问题能力的训练，限 制 了 其 工 程 设 计 和 分 析 能 力 的 提升。此外，教师在教学过程中提供给学生自主学习的参考资料较少，不利于学生对知识的深入理解和掌握，不能有效培养学生解决实际工程问题的能力。四是评估体系不完善。在传统课程教学中，期末笔试成绩是评价学生 技术综合能力的主要指标。很多学生为了取得好成绩，往往采取机械化记忆的方法。这种评价方式不能全面反映学生的学习情况，忽视了过程性考核，无法有效评价学生能力，也不利于学生实验操作能力和工程实践能力的培养。二、项目驱动教学概述项目驱动教学是从国外引进的一种教学新模式。该模式将教学与实践有机结合，侧重围绕具体项目开展教学，通过让学生参与并完成项目，提高其综合能力。该模式体现了“以学生为中心，以教师为主导，以项目为主线”的教学新理念，能够实现“学中做”与“做中学”，有助于提升学生的自主学习能力和工程实践能力。项目驱动教学具有以下两个特点。一是以学生为中心。在项目驱动教学中，项目可由多个子任务组成。在上课前，教师先把子任务分配给学生，即将传统的教学内容转变为学习型任务或问题，让学生有充足的时间来思考解决问题的方法，体现以学生为中心的教学理念。学生参与“项目导入项目计划项目执行项目评估”的整个过程，并根据具体分工负责其中的某些任务，进行操作实践。不同于传统的以课堂、课本、教师为中心的教学，项目驱动教学以大纲、问题、学生为中心，充分体现学生的主体作用，能够激发学生的学习兴趣和积极性，有利于锻炼学生的实践能力和技术应用能力，因此更符合工程人才培养规律。二是注重过程与实践。在项目驱动教学中，教师引导学生参与实际的项目研究并针对项目任务的具体内容进行学习。学生作为项目实施的主体，必须自行制定项目计划和方案，完成项目任务。在教学过程中，教师需要向学生提供参考资料，并讲解相关知识和问题，向学生传授从理论到实践的转化技巧，指导学生在实践中检验知识和巩固知识，最终顺利完成项目任务。这种教学模式注重过程参与和实践锻炼，既有助于提高学生的学习兴趣和参与度，又能够培养学生的理论与实践综合应用能力。以项目驱动教学为导向，教师可以进行课程教学各个环节的创新设计，进而促进教学改革。项目驱动教学的实施，对实现专业课程，特别是化工装备 技术基础课程等专业实践课程的教学目标具有重要作用。通过项目驱动教学，教师能够引导学生更好地掌握和运用实践技能，提高学生的自主学习能力，促进学生的全面发展。这是新工科教育背景下教学模式改革的必然趋势。三、项目驱动教学在化工装备 技术基础课程中的实践笔者在化工装备 技术基础课程中实施了项目驱动教学模式，依托化工装备典型项目讲解 理论知识，构建了基于项目驱动教学的化工装备 技术基础课程教学体系，以期有效培养学生的计算机辅助技术设计能力和解决实际问题的能力。（一）立足课程定位，明确教学目标以项目驱动教学为导向的化工装备 技术基础课程教学，旨在使学生掌握有限单元法的基本求解原理，认识计算机辅助技术在化工装备中的典型应用，学会应用大型 商业软件对化学工业中的典型工程案例进行基本的分析与求解，了解前沿的化工装备数值模拟技术，树立结合计算机技术分析和解决工程实际问题的意识，完成从“制造”到“智造”的思维转变。完成本课程的学习后，学生将具备以下能力：掌握计算机辅助技术的基本原理和基本知识，具备发现问题、解决问题的基本能力；掌握常用周池楼，等 基于项目驱动教学的化工装备 技术基础课程教学改革与实践大型工程软件 和 的原理和使用方法，具备计算机辅助技术的建模与分析能力；具备运用计算机辅助技术对化工、能源、天然气等行业中的典型设备进行受力及失效分析的能力，并提升工程设计能力和解决实际问题的能力。（二）以项目驱动教学为导向，设置理论与实践兼顾的教学内容在教学环节，笔者引入项目驱动教学，将理论教学与工程实践相结合，以项目为主线贯穿各个章节，有效地将零散的 知识点串联起来，形成一个有机的整体。在综合分析教学大纲、培养目标、教学章节、教学课时的基础上，笔者确立了以项目驱动为导向、理论与实践兼顾的教学内容设置思路。教学内容涵盖基础 知识和六个创新性小项目，体现出“项目驱动为导向，兼顾理论与实践”的特点。学生结合小项目的任务分工，通过主动查阅资料手册，并与小组成员讨论，提前熟悉相关原理和概念；在课堂上认真学习 知识，根据教师提供的基础模型合作完成小项目，不断提升工程实践能力。课程教学章节、教学内容与课时设置如表所示。其中的“小项目”基于项目驱动教学方法，以项目任务书的形式发布给各小组。每个小组都需要在课堂上完成六个小项目，每个小项目对应一个 知识点。教师每讲授完一个小项目对应的 知识点后，都会为各组提供一个基础模型，让每个小组围绕该模型在课堂上研讨、提问、上机操作，并进行 展示。在此过程中，教师会进行适当的提示、讲解和答疑。本课程融合项目驱动教学、启发式教学、研讨式教学等多种教学方法，不仅能够保证授课形式的丰富性和多样性，还能激发学生学习的积极性和创造性。（三）以项目驱动教学为主体，多种教学方法并用项目驱动教学如图所示，与化工装备 技术基础课程的传统讲授式教学不同，笔者采用项目驱动教学法，将 知识点贯穿在化工装备典型大项目表基于项目驱动教学的化工装备 技术基础课程教学章节、教学内容与课时设置教学章节及其知识点教学内容、教学形式、教学手段的设计课时第章绪论 启发式教学法：先引入日常生活中汽车发生碰撞时的受力分析、跑车外形设计时应考虑的因素，营造轻松活跃的课堂氛围，进而引入计算机辅助设计在机械装备中的应用，让学生体会计算机辅助设计的重要性 在介绍 知识点的过程中展示日常用品三维立体模型，激发学生的学习兴趣，让学生体会到本课程的重要性和工程实用性第章有限元分析的弹性力学与计算流体动力学基础 弹性力学的基本概念 弹 性 问 题 的 基 本 方 程 与边界 弹性力学问题的有限元求解方法 流体流动与传热问题的控制方程 空间及时间离散格式 湍流模型及数值算法 项目驱动教学法：将压力容器的结构分析作为项目内容贯穿课程教学全过程，围绕压力容器涉及的强度计算介绍对应的弹性力学内容等知识点 项目驱动教学法：以有限体积法为核心，引入 技术在流场分析、传热计算及多相流模拟等方面的应用，围绕计算流体动力学的理论知识展开教学 现代多媒体技术：将形象生动、形式多样的动画、视频与图形图像用于课程教学，如利用丰富、形象的动画将弹性问题的基本方程、有限元求解方法等抽象的内容展示出来周池楼，等 基于项目驱动教学的化工装备 技术基础课程教学改革与实践续表教学章节及其知识点教学内容、教学形式、教学手段的设计课时第章基于大型商业有限元软件平台的 建模方法 几何建模 网格划分 载荷与边界 结果后处理启发式教学法：启发学生思考有限元软件中几何建模的实现方法 研讨式教学法：分解任务，给学生分组，让每组负责一部分内容，制作 ，发表对网格划分的见解，通过微信订阅号对优秀作品进行推送 项目驱动教学法：围绕压力容器结构分析涉及的工况分析任务，同时结合多媒体技术，通过形象生动、形式多样的动画和视频以及图形图像讲解载荷与边界的施加、结果后处理第章案例分析专题一：平面问题 平面问题的有限元建模 厚壁圆筒实例第章案例分析专题二：弹塑性分析 弹塑性分析基本概念 自增强厚壁圆筒承载能力研究第章案例分析专题三：非线性分析应用实例 非线性分析基本概念 过盈配合连接与组合厚壁圆筒第章案例分析专题四：热分析计算实例 热分析基本概念 零件淬火第章案例 分 析 专 题 五：接 触 分 析实例 接触分析基本概念 带预紧力的螺栓连接有限元分析第章案例分析专题六：计算流体动力学分析实例 传热分析基本概念 三 维 冷 热 水 混 合 器 仿 真案例项目驱动教学法：课前，教师将每个小项目（共六个小项目）的任务以任务书的形式发给学生；学生围绕小项目的分析任务，主动查阅资料手册，并与小组成员讨论，提前熟悉相关原理和概念 课上，教师讲授每个小项目对应的 知识点，并为每个小组提供一个基础模型；各组基于该模型，结合小项目任务书的分析任务，在课堂上研讨、提问和上机操作；教师在此过程中进行适