過程設(shè)備機械設(shè)計基礎(chǔ)與制圖集中教學(xué)改革探索

［摘 要］ 過程設(shè)備基礎(chǔ)、制圖、課程設(shè)計通常以分散教學(xué)模式面向工科學(xué)生，存在學(xué)生難以發(fā)現(xiàn)知識之間的內(nèi)在聯(lián)系、知識體系受限、學(xué)習(xí)興趣不高等問題，而集中教學(xué)模式可以提高教學(xué)知識的豐富度和關(guān)聯(lián)度。依托華東理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院教學(xué)優(yōu)勢，開展了過程設(shè)備基礎(chǔ)、制圖、課程設(shè)計三合一集中教學(xué)，實現(xiàn)了由簡入繁的課程銜接，形成了緊密配合的教學(xué)進度，改革教學(xué)效果評價方式，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深了專業(yè)知識的教學(xué)深度，為全國同類課程的改革實踐提供了借鑒。

［關(guān)鍵詞］ 過程設(shè)備；機械設(shè)計；制圖；集中教學(xué)

［基金項目］ 2020年度上海市教育發(fā)展基金會和上海市教育委員會“晨光計劃”（20CG39）

［作者簡介］ 許 蕭（1990—），男，山東臨清人，博士，華東理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院副教授，主要從事過程強化技術(shù)及新型化工裝備研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）32-0060-04 ［收稿日期］ 2023-07-18

引言

習(xí)近平總書記在黨的二十大報告中強調(diào)，加快建設(shè)高質(zhì)量教育體系，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人，加強基礎(chǔ)學(xué)科、新興學(xué)科、交叉學(xué)科建設(shè)，加快建設(shè)中國特色、世界一流的大學(xué)和優(yōu)勢學(xué)科，優(yōu)化國家科研機構(gòu)、高水平研究型大學(xué)、科技領(lǐng)軍企業(yè)定位和布局，加快實現(xiàn)高水平科技自立自強［1］。生物醫(yī)藥工科試驗班是由華東理工大學(xué)生物工程學(xué)院和藥學(xué)院結(jié)合其學(xué)科優(yōu)勢和工程研究底蘊聯(lián)合創(chuàng)辦的新工科專業(yè)，秉承“厚基礎(chǔ)、強實踐、少而精、博而通”的培養(yǎng)理念，培養(yǎng)生物醫(yī)藥交叉學(xué)科領(lǐng)域的拔尖創(chuàng)新型人才，尤其是在新藥創(chuàng)制、細胞大規(guī)模培養(yǎng)與工程化技術(shù)、抗體與疫苗等現(xiàn)代生物醫(yī)藥領(lǐng)域進行人才培養(yǎng)，并服務(wù)于“健康中國”戰(zhàn)略的實施。

我國全日制高校的課堂教學(xué)普遍實行的是傳統(tǒng)的分散式教學(xué)模式，以32學(xué)時、2學(xué)分的課程為例，每周開展2學(xué)時課程教學(xué)，持續(xù)16周，在學(xué)期末進行考試考核。分散式教學(xué)模式提供了豐富的課余作業(yè)時間，學(xué)生可以充分利用每周的空閑時間進行預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)、做作業(yè)及實踐等，符合循序漸進的學(xué)習(xí)要求［2-3］。然而，隨著我國高等院校招生人數(shù)增加、學(xué)生自律能力減弱、就業(yè)前景黯淡等問題的出現(xiàn)，學(xué)生不再以興趣為學(xué)習(xí)的驅(qū)動力，難以理解課程之間的關(guān)聯(lián)和協(xié)調(diào)，學(xué)生關(guān)注的焦點也轉(zhuǎn)移到了應(yīng)付考試、尋找深造和工作機會等方面，傳統(tǒng)分散式教學(xué)模式提供的豐富課余時間并沒有被用在鞏固課堂知識方面，存在課程重視程度不高、作業(yè)質(zhì)量下降、課堂秩序散漫等問題。

集中式教學(xué)模式可以將具有關(guān)聯(lián)性的多門課程融合在一個課程中，并集中在一個學(xué)期或更短時間內(nèi)完成。目前一些高校將部分選修課納入了集中式教學(xué)模式，開展了有益探索［4］。集中式教學(xué)模式對教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)時間進行了適當(dāng)?shù)募校軌蚪鉀Q知識點過于分散、學(xué)生難以發(fā)現(xiàn)知識之間的內(nèi)在聯(lián)系等問題［5］；還能夠很好地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，將多種教學(xué)內(nèi)容進行系統(tǒng)的編排，使學(xué)生感到新奇，從而提高學(xué)習(xí)興趣［6］。

華東理工大學(xué)面向生物醫(yī)藥工科試驗班，將過程設(shè)備基礎(chǔ)、制圖、課程設(shè)計三門課程匯總集中教學(xué)，開設(shè)了“機電基礎(chǔ)及計算機輔助設(shè)計”課程，授課教師來自華東理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院。培養(yǎng)方案指出，該課程重點培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計開發(fā)解決方案和使用現(xiàn)代工具的能力，開設(shè)在大學(xué)第四學(xué)期，是工程基礎(chǔ)知識模塊學(xué)分最多、學(xué)時最集中的課程之一?？倢W(xué)分為5學(xué)分、總學(xué)時為96學(xué)時，其中，過程設(shè)備基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容占32學(xué)時、2學(xué)分，計算機輔助設(shè)計和制圖教學(xué)內(nèi)容占32學(xué)時、2學(xué)分，課程設(shè)計部分占32學(xué)時、1學(xué)分。該課程要求學(xué)生掌握綜合運用生物醫(yī)藥專業(yè)知識設(shè)計解決復(fù)雜工程問題的技術(shù)、工藝、系統(tǒng)及單元，在設(shè)計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，充分考慮社會、健康、安全、法律、文化及環(huán)境等因素，能夠開發(fā)、選擇和使用現(xiàn)代科學(xué)儀器、工程工具和先進的信息技術(shù)工具，能對復(fù)雜工程問題進行模擬、分析及預(yù)測。

集中式教學(xué)模式帶來了三個教學(xué)挑戰(zhàn)：首先是課程之間的銜接問題，其次是授課內(nèi)容進度協(xié)調(diào)問題，最后是考試標(biāo)準(zhǔn)問題。集中式教學(xué)模式的順利開展，需要更加系統(tǒng)、全面、細致地考慮各門課程的銜接和各種教學(xué)資源在時間和空間上的分布狀況，完善評估方法和手段，發(fā)揮現(xiàn)有資源的整體優(yōu)勢，最終實現(xiàn)全面提高辦學(xué)水平。

一、由簡入繁的課程銜接

該課程面向大二學(xué)生開課，但本科生尚未掌握制圖和讀圖的相關(guān)技能，當(dāng)他們看到一張設(shè)備圖紙或一本設(shè)備計算書時，無法將圖紙和參數(shù)具象化，面對復(fù)雜的設(shè)備設(shè)計原理和公式，學(xué)生的學(xué)習(xí)效率較低［7］。因此，“機電基礎(chǔ)及計算機輔助設(shè)計”課程應(yīng)首先開展計算機輔助設(shè)計和制圖專題。從簡單的點線面幾何投影原理開始，逐漸代入三視圖繪制和簡化畫法，最后開展計算機輔助制圖上機課程，介紹計算機輔助設(shè)計的便捷優(yōu)勢，提供典型零部件的拆分畫圖案例。在該專題教學(xué)過程中，設(shè)置具有制圖經(jīng)驗的研究生助教團隊，為學(xué)生的課后作業(yè)提供系統(tǒng)的跟蹤輔導(dǎo)與服務(wù)，幫助學(xué)生答疑解惑。

其次開展過程設(shè)備基礎(chǔ)專題?！斑^程設(shè)備機械設(shè)計基礎(chǔ)”是一門關(guān)于過程工業(yè)相關(guān)設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)的理論課程，主要面向非機械類工科學(xué)生，授課學(xué)生普遍缺乏基本的力學(xué)基礎(chǔ)，對這門課的學(xué)習(xí)積極性較低［8］。采用由簡入繁的順序，依次講解工程力學(xué)知識、工程材料、機械設(shè)計、過程設(shè)備和壓力容器等與過程設(shè)備機械密切相關(guān)的知識，使非機械類專業(yè)的學(xué)生能夠從過程設(shè)備的視角對過程工業(yè)的生產(chǎn)流程有更為深入的認識，全面提升工程能力和綜合素養(yǎng)，并在今后的工作和實踐中具備與設(shè)備工程師進行溝通與合作的基本知識和技能。該專題教學(xué)過程中，基于華東理工大學(xué)多層次信息化平臺，建立了完善的教學(xué)管理、知識分享、師生互動制度。

第三個開展的專題為課程設(shè)計。理論教學(xué)完成后，一般會安排相關(guān)的課程設(shè)計，鞏固理論課上所學(xué)的知識，培養(yǎng)學(xué)生解決工程實際問題的能力，旨在使學(xué)生獲得必要的過程設(shè)備機械設(shè)計基礎(chǔ)知識，了解典型設(shè)備的結(jié)構(gòu)、性能和選用原則，掌握壓力容器設(shè)計的基本方法和步驟，推動實現(xiàn)學(xué)生既通工藝又懂機械這一行業(yè)共同目標(biāo)［9］。該專題教學(xué)過程中，采用學(xué)生分組交作業(yè)的模式，完成不同的攪拌反應(yīng)釜的設(shè)計。

二、緊密配合的教學(xué)時間協(xié)調(diào)

由于教學(xué)學(xué)期涵蓋16個教學(xué)周，“機電基礎(chǔ)及計算機輔助設(shè)計”課程每周為6學(xué)時，通常兩個學(xué)時為一次連續(xù)教學(xué)，因此，每周需要3次連續(xù)教學(xué)。為了保證學(xué)生能完成作業(yè)以及作業(yè)的及時批改，計算機輔助設(shè)計和制圖專題與過程設(shè)備基礎(chǔ)專題的教學(xué)時間為每周一、周二、周四上午。周一和周二合并布置一次作業(yè)，周三下午交作業(yè)，周三晚上完成作業(yè)批改；周四布置一次作業(yè)，周六上午交作業(yè)，周六下午完成作業(yè)批改，在周日完成典型作業(yè)錯題整理及知識點分析，這樣下周一就可以將學(xué)生未掌握牢固的知識點進行再次強調(diào)。緊密配合的教學(xué)時間協(xié)調(diào)充分地發(fā)揮了助教團隊和授課教師的教學(xué)教輔作用，可以突出重點的課程教授內(nèi)容。學(xué)生在學(xué)習(xí)制圖技能之后，可以很快了解到制圖技能在過程設(shè)備基礎(chǔ)方面的重要作用，直接提高了學(xué)習(xí)效率，兩個專題之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系更加緊密地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，使學(xué)生對工程基礎(chǔ)知識模塊的主要內(nèi)容有了概括而又重點突出的了解。

在上述兩個專題學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，馬上進行課程設(shè)計教學(xué)。選取典型夾套式攪拌反應(yīng)釜為例，根據(jù)其工藝特征，開展設(shè)備設(shè)計。針對130名本科生組織了36個設(shè)計小組，課程負責(zé)人專門組織了設(shè)計小組的內(nèi)部分工及整體要求的培訓(xùn)，提出了人人有任務(wù)、整體高水平的要求，小組分數(shù)等于個人分數(shù)。依次開展選題分組、設(shè)計說明書、設(shè)計圖紙、答辯考試四個教學(xué)環(huán)節(jié)，在課程建設(shè)過程中，既考慮保障課程的下限要求，又希望保障課程的上限要求，具體而言，未完成課程設(shè)計說明書和設(shè)計圖紙視為課程總體不及格，在答辯考試環(huán)節(jié)考查學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量。

三、課程評價標(biāo)準(zhǔn)與實施效果

“機電基礎(chǔ)及計算機輔助設(shè)計”課程涵蓋過程設(shè)備基礎(chǔ)、制圖、課程設(shè)計等課程內(nèi)容，一張期末考試試卷無法覆蓋96學(xué)時的課程內(nèi)容，無法以一次期末考試成績來確定學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。而是應(yīng)該關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和持續(xù)改進，目的是希望學(xué)生珍惜和重視每一堂課、每一次作業(yè)和每一次設(shè)計任務(wù)的內(nèi)容，因為這些內(nèi)容即將在課程設(shè)計及未來工程設(shè)計過程中得到反復(fù)使用。

課程最終的總成績綜合考慮了期末考試試卷成績、日常作業(yè)等級、課程設(shè)計說明書和圖紙、課程設(shè)計答辯考試等內(nèi)容，所占總成績比例分別為50％、10％、10％、30％。其中，期末考試試卷滿分為100分，包括50分的過程設(shè)備基礎(chǔ)題目及50分的制圖題目，題型分別為單選題、判斷題、簡答題、計算題和讀圖題，20個單選題和10個判斷題覆蓋了大部分知識點，簡答題考查了學(xué)生工程力學(xué)的受力分析和動手制圖的能力，計算題包括兩個典型的過程設(shè)備設(shè)計案例，讀圖題提供了一個A1圖紙的設(shè)備圖紙。日常作業(yè)根據(jù)完成情況從優(yōu)到差分別給予A、B、C、D四個等級，分別對應(yīng)99分、89分、79分、59分。按時提交課程設(shè)計說明書和圖紙且無知識性錯誤的給予100分，按時提交課程設(shè)計說明書和圖紙但有知識性錯誤的給予90分，未提交課程設(shè)計說明書和圖紙的總成績?yōu)榱惴?。課程設(shè)計答辯考試滿分為100分，采用線上考試，將課程設(shè)計過程中使用到的公式、公理、標(biāo)準(zhǔn)進行開卷考試，時長為45分鐘，共計20個選擇題，在華東理工大學(xué)多層次信息化平臺進行考試，題目順序和選項順序均做了打亂處理，考查學(xué)生短時間內(nèi)的課程設(shè)計相關(guān)資料查閱能力和工程設(shè)計意識。課程考核考查了學(xué)生的查閱資料能力、團隊協(xié)作溝通能力、動手操作能力、軟件運用能力、分析及解決問題能力等，多維度的考核評價指標(biāo)彌補了傳統(tǒng)考核形式單一的缺點，更能全面地考核學(xué)生的真實水平。

課程教學(xué)過程中，60％以上的學(xué)生可以做到100％參加課堂教學(xué)，課堂平均簽到率達到95％，作業(yè)完成率達到100％，課程設(shè)計完成率達到100％。學(xué)期的最后，一些學(xué)生對自己開展的作業(yè)和課程設(shè)計感興趣，向課程負責(zé)教師詢問是否可以提供類似的設(shè)計案例，以便加強專業(yè)技能的熟練程度，體現(xiàn)了學(xué)生扎實的過程設(shè)備設(shè)計能力、超強的學(xué)習(xí)興趣及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識?；趯γ總€專題及專題之間關(guān)系認識水平的加深，學(xué)生更加熟練地掌握了工程基礎(chǔ)知識。集中式教學(xué)模式不僅使學(xué)生學(xué)習(xí)興趣大幅提高，而且促進了學(xué)生實踐能力的發(fā)展。課程匯集了過程設(shè)備基礎(chǔ)、制圖、課程設(shè)計等眾多內(nèi)容，總成績分數(shù)集中在66～85分，如圖1所示。90分以上的人數(shù)較少，說明了該課程知識覆蓋范圍大、學(xué)習(xí)難度較大。另外，總成績分數(shù)呈現(xiàn)正態(tài)分布，說明課程的考核評價指標(biāo)比較合理，能夠有效評價學(xué)習(xí)效果的優(yōu)良程度。

結(jié)語

依托華東理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院在過程設(shè)備機械設(shè)計基礎(chǔ)、工程制圖等方面的教學(xué)優(yōu)勢，面向華東理工大學(xué)生物醫(yī)藥工科試驗班，開設(shè)了“機電基礎(chǔ)及計算機輔助設(shè)計”課程，匯集了過程設(shè)備基礎(chǔ)、制圖、課程設(shè)計等課程內(nèi)容，探索了集中式教學(xué)模式的課程建設(shè)和實施效果，解決了課程銜接、進度協(xié)調(diào)、評價標(biāo)準(zhǔn)等難題。教學(xué)實踐表明，過程設(shè)備基礎(chǔ)與制圖的集中式教學(xué)模式，有助于提高課程之間的關(guān)聯(lián)度，優(yōu)化課堂授課質(zhì)量，調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能動力，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深了專業(yè)知識的教學(xué)深度，為培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新型人才提供了支持。

致謝

感謝上海市教育發(fā)展基金會和上海市教育委員會“晨光計劃”（20CG39）的資助和支持。

參考文獻

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Exploration of Centralized Teaching of Mechanical Foundation for Process Equipment and Cartography

XU Xiao， HAO Jun-wen

（School of Mechanical and Power Engineering， East China University of Science and Technology，

Shanghai 200237， China）

Abstract： Mechanical foundation for process equipment， cartography， and curriculum design are usually presented to engineering students in a decentralized teaching mode. It results in problems such as difficulty in discovering the connections between courses， limited knowledge systems， and low interest in learning. The centralized teaching mode can improve the richness and relevance of the knowledge points. Based on the teaching advantages of the school of mechanical and power engineering of East China University of Science and Technology， a course， combination of mechanical foundation for process equipment， cartography， and curriculum design， has been carried out as centralized teaching. The order of teaching content was realized from the simple to the complex and a reasonable time schedule was performed. We reformed the evaluation method to improve students’ interest in learning and deepen the teaching depth of professional knowledge. This work provides a well reference for the similar courses in China.

Key words： process equipment; mechanical foundation; cartography; centralized teaching