《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》的學(xué)習(xí)體會與評析*

王洪波，蘇　清，許浩川，王秋月，孫偉佳

(吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院，吉林　長春　130012)

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教學(xué)園地

《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》的學(xué)習(xí)體會與評析*

王洪波，蘇清，許浩川，王秋月，孫偉佳

(吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院，吉林長春130012)

學(xué)生從“明確研究對象、知識深入程度、思路提煉、簡化及模型、知識運用條件、標(biāo)準(zhǔn)化、應(yīng)用及拓展”等方面談了其學(xué)習(xí)《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》的體會。老師對相應(yīng)的體會進(jìn)行了簡要的評析。通過與學(xué)生深入的互動交流，可以有效地進(jìn)行教學(xué)的自我反思，對進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量、提高學(xué)生分析問題與解決問題的能力、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和聯(lián)想力大有裨益。

化工設(shè)備機械基礎(chǔ)；學(xué)習(xí)體會；評析；受力分析

《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》是一門綜合性的機械類技術(shù)基礎(chǔ)課，該課程在我校大三上學(xué)期面對化學(xué)學(xué)院化學(xué)工程與工藝、應(yīng)用化學(xué)及高分子化學(xué)與物理專業(yè)開設(shè)。由于我院理論功底雄厚，工科背景薄弱，學(xué)生們對于《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》[1]所涵蓋的工程力學(xué)基礎(chǔ)(靜力學(xué)、材料力學(xué))、金屬學(xué)、焊接、機械設(shè)計、化工容器與設(shè)備等方面的內(nèi)容感覺很陌生。為了加深學(xué)生對該課程的認(rèn)識，在課堂教學(xué)過程中，始終注重力學(xué)模型的建立以及強化學(xué)生對該課程的整體性認(rèn)識[2]，同時借鑒了我校經(jīng)濟學(xué)院的王文成老師的關(guān)于在課堂教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行微學(xué)術(shù)的思想，引導(dǎo)學(xué)生對所學(xué)的課程內(nèi)容進(jìn)行全方位的思考，并引導(dǎo)學(xué)生利用紙或其它日常生活中常見的物件制做課程中感興趣的構(gòu)件的模型，起到了很好的教學(xué)效果。在大多數(shù)教學(xué)改革中，老師們主要注重教學(xué)方法與教學(xué)手段的改革、教學(xué)內(nèi)容的更新、自我能力與認(rèn)知水平以及教學(xué)水平的提高[3-4]，而很少在教學(xué)過程中注重學(xué)生的學(xué)習(xí)反饋，因而在實際教學(xué)中，常常會出現(xiàn)老師自認(rèn)為講過且較簡單的內(nèi)容，考核時好多學(xué)生不會的現(xiàn)象。通過多年的教學(xué)實踐，深刻體會到如果能經(jīng)常在教學(xué)過程中和學(xué)生進(jìn)行教學(xué)的相互反思和溝通，真正了解學(xué)生對所講知識的接收程度，對于提高教學(xué)效果很有利。在給2013級學(xué)生講授該課程時，始終給學(xué)生灌輸微學(xué)術(shù)的思想，在課程結(jié)束后將學(xué)生隨機分組，每組4～5人，讓他們針對課程里某個感興趣的內(nèi)容或整個課程寫一份學(xué)習(xí)體會，同學(xué)們參與度很高。通過學(xué)習(xí)體會的撰寫，對該課程的整體內(nèi)容有了深刻的認(rèn)識，同時也強化了其對各相關(guān)課程知識的理解，以及該課程相關(guān)知識在日常生活中的運用。現(xiàn)選擇其中一份體會以及對該體會進(jìn)行的評析與大家分享，從中可以看出教師所講與學(xué)生所聽之間的異同，希望能給大家在教學(xué)中進(jìn)行創(chuàng)新有一定的借鑒作用。

1　論《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》課程學(xué)習(xí)方法

《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》是一門貼合生活，應(yīng)用性較強的科目。在學(xué)習(xí)過程中我們能體會到課程的一些設(shè)計思想，而這些設(shè)計思想能給予我們學(xué)習(xí)這門課程很好的指導(dǎo)。本文將結(jié)合課程中涉及到的一些具體內(nèi)容，及老師授課過程中的一些具體方法進(jìn)行總結(jié)。

1.1明確研究對象

對一個由多個組件構(gòu)成的構(gòu)件進(jìn)行受力分析時，我們分析的是局部還是整體?如果是整體，則各組件的內(nèi)力就不應(yīng)考慮。否則，受力分析就會出現(xiàn)各種混亂。

明確研究對象，能保證我們思路清晰，針對研究的問題對癥下藥，同時能規(guī)避其他非相關(guān)因素的干擾。

圖1　受力分析例題

圖2　圖1中(1)和(2)中A處的滑輪及銷釘作為整體的受力分析圖

受力分析是學(xué)好該課程的重要基礎(chǔ)。只有熟練掌握物體的受力分析和正確畫出其受力圖，才能解決物體的平衡問題和對構(gòu)件進(jìn)行強度核算[5]。在授課過程中，對研究對象的選取進(jìn)行了強調(diào)。圖1中(1)和(2)支架和滑輪的相對位置不同，在起吊同一重物時，所受的力大小則不同。在不計桿的重力時，AB桿和AC桿均可視為二力構(gòu)件，受力方向沿各自桿的軸線方向，指向假定。欲求AB桿和AC桿所受的力，必須選取合適的研究對象進(jìn)行受力分析。經(jīng)過將各構(gòu)件進(jìn)行逐一的分析比較，可知合適的研究對象應(yīng)為A處的滑輪和銷釘作為整體，進(jìn)行受力分析(如圖2)，不計滑輪尺寸時，可得一平面匯交力系，建立坐標(biāo)軸，并根據(jù)平面匯交力系的平衡方程∑Fx=0, ∑Fy=0列出各力在x軸和y軸的投影方程，即可求得AB桿和AC桿所受的力。

1.2知識深入程度

每一門課程對于知識的深入程度是不同的，不同學(xué)院專業(yè)的學(xué)生對于同一門課程需要深入的程度也不盡相同。如對于《大學(xué)物理》課程，化學(xué)學(xué)院的同學(xué)只學(xué)習(xí)一年，但是物理學(xué)院的同學(xué)，可能要學(xué)四年。

純彎曲的變形特征了解了，會有同學(xué)糾結(jié)于非純彎曲物體；薄壁筒體的設(shè)計了解了，會糾結(jié)于厚壁容器的設(shè)計。其實，心懷好奇心是一種非常優(yōu)秀的品質(zhì)。有同學(xué)感興趣課下繼續(xù)研究要給予肯定。但我們要清楚，你正在學(xué)習(xí)的這門課程，她要傳遞給你知識深度到什么程度，同時對這部分知識我們到底需要了解到什么程度。

引導(dǎo)學(xué)生高效地學(xué)習(xí)課程內(nèi)容，加深學(xué)生對課程的整體認(rèn)識以及該課程與其它課程的關(guān)聯(lián)的認(rèn)識，對于節(jié)省學(xué)生的學(xué)習(xí)時間、提高學(xué)習(xí)效率、培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維以及聯(lián)想力大有裨益。

1.3思路提煉

圖3　化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程整體思路示意圖

其實如圖3這樣的思路總結(jié)，在本課程的課件中隨處可見，老師授課過程中更是極大地秉承這樣一個原則。如老師關(guān)于圓柱形、球形、錐形容器第一曲率半徑、第二曲率半徑的總結(jié)；容器從選材、校核再到水壓試驗的總結(jié)。有時一些簡單的總結(jié)，可能不會帶來比較顯著的效果，但是當(dāng)面對一些復(fù)雜問題的時候，這樣的思路提煉便會讓我們對于問題有一個清晰的掌握。

為了加深學(xué)生對課程的整體認(rèn)識以及強化學(xué)生對前后知識的串聯(lián)能力，在講授相關(guān)的內(nèi)容時會采用這樣的知識點的提煉的方式，如強度條件、臥式容器圖片、應(yīng)力-應(yīng)變曲線、材料力學(xué)中構(gòu)件變形時的研究思路等。

1.4簡化及模型

我們假設(shè)梁彎曲變形后橫截面仍保持為平面，且仍然垂直于變形后的梁軸線；縱向纖維變形前后均相互不擠壓，這些均是簡化的過程，便于我們求解彎曲應(yīng)力。

大多數(shù)模型都是簡化后的產(chǎn)物。本課程中各種模型隨處可見。我們將實際的構(gòu)件簡化，忽略次要因素，但又不失研究問題的本質(zhì)，這便是一個很好的模型。

在《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》一書中，在彎曲一章實物簡化成力學(xué)模型比較常見，在授課過程中給學(xué)生反復(fù)強化實物與模型的關(guān)聯(lián)，對于培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力以及如何用所學(xué)的知識解決工程實際問題很有幫助。

1.5知識運用條件

課程中很多方程均是基于一定條件才成立，因而必須清楚知識運用條件。如：k(容器Do/Di)>1.2時，容器為厚壁容器，我們的薄壁容器厚度計算式不能用；σ=F/A對于變截面的桿也不適用。

強化學(xué)生掌握知識的運用條件對于培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成縝密的思維習(xí)慣很有益處，同時有利于培養(yǎng)學(xué)生良好的科研素養(yǎng)。

1.6標(biāo)準(zhǔn)化

在材料力學(xué)內(nèi)力求解過程中，老師經(jīng)常會提到設(shè)正法，以提供一個標(biāo)準(zhǔn)化的方法，幫助我們列方程。很多同學(xué)可能不需要這樣設(shè)正，但是標(biāo)準(zhǔn)化的意義依然存在，它給每一名同學(xué)帶來的作用不盡相同，當(dāng)面對一些更加復(fù)雜的問題，標(biāo)準(zhǔn)化的作用會更加顯著。

再比如書上的公稱直徑DN，公稱壓力PN，都是在發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)化的作用。當(dāng)我們給予材料器件一個規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)后，既可以簡化企業(yè)生產(chǎn)，又可以解決不同器件間的匹配問題。

標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)可以提高學(xué)生解題的正確率。在講解材料力學(xué)構(gòu)件的四種基本變形形式，采用截面法對截面一側(cè)的構(gòu)件進(jìn)行受力分析時，充分貫徹了“設(shè)正法”的思想，即對于軸向拉伸與壓縮變形，不管構(gòu)件是受拉還是受壓，均假定截面上的內(nèi)力為拉力，即背離截面方向，列平衡方程時，外力與該力的方向一致為加，相反為減，求得的內(nèi)力結(jié)果為正值，表明實際受力與假定受力方向一致，構(gòu)件產(chǎn)生拉伸變形，求得的內(nèi)力結(jié)果為負(fù)值，表明實際受力與假定受力方向相反，構(gòu)件產(chǎn)生壓縮變形，為后面建立拉伸與壓縮的強度條件打下堅實的基礎(chǔ)。對于剪切(內(nèi)力正方向：左上右下剪力為正)、扭轉(zhuǎn)(右手螺旋定則確定扭矩正方向)、彎曲(有兩個內(nèi)力元素，對于剪力，左上右下剪力為正；對于彎矩左順右逆彎矩為正)變形，受力分析時也采用設(shè)正法，即截面上的內(nèi)力均假定為正方向。

而標(biāo)準(zhǔn)化在日常生活中隨處可見，如鞋子、衣服的號碼其實就是標(biāo)準(zhǔn)化的體現(xiàn)，只要知道了鞋碼或衣碼就可以買上合適的鞋子或衣服，這樣的聯(lián)想講述可以加深學(xué)生對零部件標(biāo)準(zhǔn)化的認(rèn)識與掌握。同時給學(xué)生傳遞一個理念“一流的企業(yè)做標(biāo)準(zhǔn)，二流的企業(yè)做研發(fā)，三流的企業(yè)做產(chǎn)品”，提升學(xué)生努力學(xué)習(xí)以為將來能做標(biāo)準(zhǔn)打下堅實基礎(chǔ)的責(zé)任感與信心。

1.7應(yīng)用及拓展

這門課程老師的授課過程時刻引導(dǎo)我們對所學(xué)知識進(jìn)行應(yīng)用和拓展。

應(yīng)用大家都理解就是將知識融入我們的生活。應(yīng)用不僅可以鞏固我們所學(xué)的知識，讓我們對其有充分的理解，還會拓展我們的思維，并極大程度調(diào)動起我們學(xué)習(xí)的興趣。

應(yīng)用案例：

(1)前段時間偶然發(fā)現(xiàn)剛買的杯子的材質(zhì)居然是奧氏體，而且有鋼的牌號，很是欣喜，想到是不是拿磁鐵還可以測試一下材質(zhì)的真假？

確切講這可能不能算一個真正的應(yīng)用，但是發(fā)現(xiàn)知識能夠在生活中運用到，是一件很能帶動學(xué)習(xí)興趣的事情。

本門課程涵蓋的內(nèi)容非常多，其中材料一章的內(nèi)容與日常生活聯(lián)系比較緊密，如炒菜用的鍋、鏟子，切菜用的刀等，其牌號都可以在書本上找到，而且可以知道他們性能差異的原因。在講授的過程中，引導(dǎo)學(xué)生將此部分的知識與日常生活中的具體物件聯(lián)系起來，可很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

(2)老師此次布置作業(yè)制作模型，其實就是一個讓我們應(yīng)用知識的過程。在我們設(shè)計模型時，我們對于內(nèi)壓、外壓容器的設(shè)計思路有了更加透徹的了解。同時我們在設(shè)計制作過程中還弄懂了水壓試驗的過程中為什么不考慮封頭的水壓試驗。經(jīng)過我們研究發(fā)現(xiàn)，通過公式就可以明顯看出，無論是蝶形封頭、球形封頭、還是橢圓形封頭，在和筒體相同的材質(zhì)厚度下，只要筒體水壓試驗滿足要求，這幾個類型的封頭水壓試驗應(yīng)力校核均不會存在問題。

該組許浩川同學(xué)是從機械學(xué)院轉(zhuǎn)專業(yè)過來的，在他的帶領(lǐng)下，該組的同學(xué)用軟件制作了一個精美的儲罐模型，給我很大的震撼。讓我深深知道了學(xué)科交叉融合的重要性，同時也見識了學(xué)生身上所蘊藏的巨大的創(chuàng)造力與潛力。我們老師不僅給學(xué)生傳授知識，而且要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)，并發(fā)掘?qū)W生的潛力與創(chuàng)造力。

拓展案例：

針對塑性材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線[1]，老師進(jìn)行了一個很巧妙的拓展，將各個階段同我們個人狀態(tài)進(jìn)行類比。彈性階段就像我們個人正常狀態(tài)。但當(dāng)我們勞累過度，就可能會超過彈性極限，進(jìn)入屈服階段，就會一定程度上失去抵抗外界壓力的能力。雖然你心中不服氣，依然要挑戰(zhàn)自己，這時就會進(jìn)入強化階段，應(yīng)力會有一定程度上的提高，但已經(jīng)是強弩之末，最終會局部頸縮，走向斷裂。

就這樣一個類比過程，不僅將各個過程映入我們腦海，同時對于各個過程的特點也有了一定程度上的掌握。

培養(yǎng)學(xué)生的聯(lián)想力一直是我的教學(xué)理念之一。通過材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線的學(xué)習(xí)，使我想到我們要想保持身體的健康，應(yīng)使身體的每一個器官都在彈性范圍內(nèi)工作，不可過量。工作如此，運動亦如此。因此在課程講授的過程中將這一思想傳遞給學(xué)生，希望他們能擁有健康的學(xué)習(xí)生活方式。

2　結(jié)　語

通過與學(xué)生深入的互動交流，可以有效地進(jìn)行教學(xué)的自我反思，對進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量、提高學(xué)生分析問題與解決問題的能力、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和聯(lián)想力大有裨益。

[1]董大勤.化工設(shè)備機械基礎(chǔ)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.

[2]蘇清,張玉敏,趙天琦,等.《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》教學(xué)的幾點體會[J].廣東化工,2015,42(15): 232.

[3]劉理華,劉書群.化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程教學(xué)改革研究[J].廣州化工,2012,40(19):145-146.

[4]張允,路有昌,趙凌.《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》課程教學(xué)改革的探索[J].廣州化工,2012,40(4): 122-123.

[5]劉斌.《工程力學(xué)》課物體受力分析教學(xué)思路與教學(xué)體會[J].商業(yè)經(jīng)濟,2011(9):113-115.

Learning Experiences and Comment on Mechanical BasisofChemicalEquipment*

WANG Hong-bo, SU Qing, XU Hao-chuan, WANG Qiu-yue, SUN Wei-jia

(College of Chemistry, Jilin University, Jilin Changchun 130012, China)

StudentstalkedaboutthelearningexperiencesonMechanical Basis of Chemical Equipmentfromthefollowingaspects:definetheresearchobject，depthofknowledge，ideassummary，simplificationandmodel，knowledgeapplicationcondition，standard，applicationanddevelopment.Theteachergaveabriefanalysisoneachcorrespondingexperience.Throughdeepinteractionwithstudents，itcaneffectivelyperformtheteachingselfreflection，andisbeneficialtofurtherimproveteachingquality，enhancethestudenttoanalyzequestionandsolveproblem，andtrainstudents’creativethinkingandimagination.

mechanicalbasisofchemicalequipment;learningexperience;comment;forceanalysis

國家自然科學(xué)基金國家基礎(chǔ)科學(xué)人才培養(yǎng)基金(J1210011)；吉林大學(xué)青年教師教學(xué)能力發(fā)展項目(2015QNYB042)。

王洪波(1994-)，男，2013級化工與應(yīng)化系本科生。

蘇清(1980-)，女，副教授。

TQ051

A

1001-9677(2016)013-0157-03