林玉娟，丁宇奇，楊志軍，劉長海

（東北石油大學機械科學與工程學院，黑龍江 大慶 163318）

0 引言

新經濟的發(fā)展推動了高等工程教育的 “新工科”建設，從2017年開始，鼓勵各種類型的高等院校積極申報新工科類型的研究與實踐教學項目，從而為各類地方、行業(yè)類的應用型高等院校提供了多個方面的發(fā)展機遇和教學改革模式。東北石油大學作為一所國家產、教融合發(fā)展的工程應用型的、工科為主的高等院校之一，以及本省的示范性的、應用型的、工科為主的本科高等院校，始終堅持“以本為本”、推進“四個回歸”、注重提升質量的創(chuàng)新人才培養(yǎng)機制。

基于新工科理念的應用型人才培養(yǎng)目標是：使學生在個人能力方面基本具備：自主學習專業(yè)知識與專業(yè)知識應用的能力，分析問題和解決問題的能力，對所從事領域裝備的工程設計能力，對所學知識的創(chuàng)造和創(chuàng)新能力等；在團隊的合作能力方面應該具備：與團隊合作者語言表達與交流的能力、個人理性的情緒控制和管理能力；在全局意識方面應該具備：跨學科、領域的思維能力、系統(tǒng)的思考、判斷能力等等。為此，我們將《石化裝備設計綜合實訓》課程作為應用型新工科人才培養(yǎng)體系改革的重點實踐課程進行建設和示范，組建了“石化裝備設計綜合設計”教學團隊，按照“三核心、多綜合”的綜合課程實踐構建模式，強化學生的團隊協作、工程教育實踐、工程設計與知識創(chuàng)新的能力。

1 “石化裝備設計綜合實訓”的構建思路

專業(yè)課程體系中的過程裝備類課程主要包括：過程原理及設備Ⅱ、過程裝備的設計、過程裝備成套技術、過程裝備制造、過程裝備控制、過程裝備的維護與管理等。這些課程的內容，即相互獨立又互為關聯，比如：有的課程是注重本專業(yè)的基礎知識，有的課程是注重設備的工藝設計，有的是注重設備的結構和零部件設計，有的是注重設備的控制問題，有的是注重設備的制造技術等等。這些課程的基礎理論知識體系和內容各自相互獨立，只依靠學生個人的學習是無法達到綜合運用目的的。而且，對于裝備的學生，各種設計規(guī)范的應用和掌握、工藝流程圖和設備工程圖的繪制和閱讀能力都是裝備類課程的必學和需要掌握的內容，但確沒有哪一門課程能夠將這些知識聯系在一起[1]。

以往本專業(yè)的設計類型課程內容大多數均以理論教學為主，課堂的教學和學習過程是比較單調和枯燥的，學生難以將理論知識用于工程實處，這不利于提高學生的專業(yè)素養(yǎng)和培養(yǎng)學生的工程實踐能力；而且，理論知識如果過多，不僅會造成教學資源的浪費，也會給學生帶來學習上的負擔。為此，本專業(yè)在對原有教學資源進行不斷整合和優(yōu)化的基礎上，提出了“以系統(tǒng)化的專業(yè)知識為主線，以某個科研項目或工程項目作為實訓研究對象，以理論聯系實際為實訓基礎，以激發(fā)學生興趣、主動求知為實訓動力，以培養(yǎng)學生知識創(chuàng)新能力為目的”的全新綜合性、開放式、自主式課程實訓模式。其基本思路是：通過一個開放式的綜合性課程實訓，使學生能夠得到一次系統(tǒng)化的綜合應用相關理論知識的實踐鍛煉機會[2]。

“石化裝備設計綜合實訓”就是用大工程性的理念將課程體系中的多門相關課程聯系在一起[2]，強化學生的大工程意識，培養(yǎng)學生的工程實踐能力；改變傳統(tǒng)的以課程為中心對事物進行的知識分割教育，轉向以學生為中心的對事物進行知識整合式教育。工程教育的實質就是要注重理論知識的實踐、突出工程問題，用系統(tǒng)化的思想進行課程內容的交叉整合，從而構建出體現大工程觀念和注重工程實踐的課程體系，讓學生能夠直接面對復雜性的工程實際問題[3]，并使他們具有分析和解決問題的初步體驗。

“石化裝備設計綜合實訓”將課程的理論知識教學和課程的實踐環(huán)節(jié)進行了有機的融合，將過程裝備成套技術課程中的工藝流程圖和管道圖的閱讀和繪制、典型設備的化工工藝計算、典型設備的結構設計與強度計算、設備圖的繪制等多個單元知識模塊進行綜合訓練，引導學生進行互助學習ChemCAD和Aspen Plus這兩款流程模擬軟件、要求學生掌握Auto CAD 、SW6的運用，同時鼓勵學生在完成指導老師規(guī)定的設計任務時，根據自己的能力應用ANSYS等軟件進行分析計算，從而為學生創(chuàng)造了工程實踐和鍛煉的機會，激發(fā)了學生對專業(yè)知識的學習熱情，同時也促進了學生工程設計和實踐創(chuàng)新能力的不斷提升。

2 基于成果導向的“石化裝備設計綜合實訓”模式及內容

“石化裝備設計綜合實訓”屬于本專業(yè)集中實踐課程體系中最為核心的課程類實踐之一，為此，實訓指導團隊參照本專業(yè)制定的人才培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求，結合基于新工科和符合專業(yè)認證要求的人才培養(yǎng)標準，確立了本集中課程實訓的學生素質能力培養(yǎng)目標，制定出了課程實訓能力培養(yǎng)矩陣（圖1）。本課程實訓要求學生掌握的知識、技能和素養(yǎng)有：專業(yè)知識的靈活運用能力，熟練使用現代工具、行業(yè)規(guī)范和標準能力，個人和團隊的溝通和協作能力，項目執(zhí)行和完成能力等等。本課程實訓的能力素質培養(yǎng)貫穿于整個典型設備的完整實訓周期內，在項目的不同階段有重點有針對性的強化學生能力的培養(yǎng)目標。

圖1 “石化裝備設計綜合實訓”課程實踐的能力培養(yǎng)矩陣圖

基于上述要求，我們提出了“三核心——多綜合”的綜合性課程實訓構建模式，即：以一種典型石化裝備的工藝設計、結構設計和強度校核為知識核心，引入了典型化工裝置的綜合工藝流程圖、管道圖，典型化工設備圖的閱讀方法，以及繪制流程圖、管道圖和化工設備圖的方法，相關設計軟件的應用與拓展等進行多角度的綜合課程實訓。針對每一種石油裝備的設計任務，開設多個選題，要求學生以小組為單位，針對自己的選題，在教師指導和團隊協作的基礎上進行自主設計，獨立實訓。

本設計實訓不同于以往的單一課程的課程設計，這種綜合設計實訓在具有知識綜合性特點的同時，又區(qū)別于畢業(yè)設計。因為這種綜合設計實訓的選題是經過特別考慮的，它是以專業(yè)的教學平臺要求為基礎進行的。該課程實訓被安排在第六學期進行，即：在專業(yè)方向課程學習的同時、畢業(yè)設計開始之前進行。學生根據需要完成的課程實訓任務，需要自學一些與課程實訓相關的理論知識、相關標準的運用知識、工程圖的閱讀和繪制知識等，然后通過設計小組成員之間的協作進行設計任務，再根據自己的設計條件完成各自的設計任務。同時，本實訓還允許部分學生根據自己的興趣選擇適當的實訓內容延伸，這不僅有利于調動學生的主觀學習積極性，培養(yǎng)了學生的勇于實踐新知識能力，同時也可以提高學生創(chuàng)新和獨創(chuàng)意識。

通過“石化裝備設計綜合實訓”，我們探索和總結出了一套培養(yǎng)學生能夠熟練掌握典型石化裝備的設計方法，如塔（直立）設備、換熱器（臥式設備）和反應（立式攪拌反應釜）設備的結構、工作原理及設計方法，學生可以獨立運用所學習過的相關專業(yè)理論知識，對本領域工程實際中應用到的相關典型設備能夠進行工藝、強度和結構設計。通過本綜合性的課程設計實訓可以使學生樹立起來嚴格按國家標準、專業(yè)標準、國家規(guī)范、行業(yè)規(guī)范設計的意識，并學會在設計的過程中了解、熟悉、掌握壓力容器常用的標準、法規(guī)，例如TSG21-2016、GB150-2011、 GB151-2014、NB47041-2014、NB47042-2014等。

3 “石化裝備設計綜合實訓”課程的組織與實施

“石化裝備設計綜合實訓”是本專業(yè)的一個重要的實踐教學環(huán)節(jié)，目的是為了培養(yǎng)學生可以綜合運用“過程原理及設備（Ⅱ）”和“壓力容器設計”等裝備類課程中所學過的相關知識，獨立對任務書中給定的特定設備可以進行化工工藝設計、設備方案確定、受壓部件的強度核算和相關軟件運用的能力，使學生可以初步學會對化工過程實際問題進行分析和解決的方法，可以有效提高學生的工藝計算能力、制圖能力、強度計算能力、軟件的綜合運用及有分析地選用經驗數據的能力，從而提高學生的工程素質。要求學生能夠以文理通順、分析正確、計算準確、圖表清晰的撰寫出設計計算書，用規(guī)范的設計圖紙和匯報幻燈片把設計結果表達出來。從而可以有效的訓練學生，用工程的特性把課程體系中的相關類型課程聯系在一起，從而可以強化學生的大工程設計和管理理念，培養(yǎng)學生的工程實踐能力；并且從以往的以單一課程為中心的知識分割型教育，繼而轉向以學生為中心的知識整合型教育。通過本模式的課程實訓基本可以達到讓學生直面復雜工程實際問題，直面分析和解決復雜實際工程問題的初步體驗。

為此，“石化裝備設計綜合實訓”課程選擇了本專業(yè)較為成熟的、比較有特色的、適合實踐教學的項目作為課程實訓內容，形成從了解工藝流程→熟悉和掌握工藝流程→繪制工藝流程圖開始，根據學生自己的目標選題進行工藝設計計算→結構設計計算→強度設計計算等幾個步驟，從而有機的把本專業(yè)幾門互為關聯的裝備類幾門課程的主要內容穿插在了一起。下面以塔設備的課程實訓為例介紹該綜合課程實訓的具體實施過程：

（1）首先了解、學習并掌握典型裝置的工藝流程及流程圖、配管圖等的繪制方法；并且以小組合作的學習方式繪制出相應設備和裝置的工藝流程圖和管道透視圖。

（2）了解塔設備的工藝計算內容，學習塔設備的工藝計算方法和相關計算軟件，根據自己所選擇的結構類型進行工藝設計，此時可以運用軟件進行輔助計算（可以是ChemCAD，也可以加上自己感興趣的軟件計算）。

（3）根據已經學習過的塔設備結構和強度設計知識，學習與搜集與塔設備有關的各類相關標準和設計規(guī)范，并對前期通過工藝計算得出的結果參照規(guī)范和標準進行結構設計和強度核算，與此同時還可以運用相關軟件進行輔助計算（比如：可以是SW6，還可以加上自己感興趣的軟件計算）。

（4）利用AutoCAD設計并繪制出符合化工制圖標準的塔設備的工程圖，對于學有余力的同學還可以畫出三維實體圖和零部件的裝配體和裝配過程。

（5）上述4個實訓環(huán)節(jié)完成后，學生需要按照實訓項目的任務書要求和相關的標準要求為依據，編制并整理出塔設備的實訓設計計算書。實訓的最后環(huán)節(jié)是組織學生進行PPT匯報和答辯，在這個實訓環(huán)節(jié)中，通過對每個實訓團隊中每個學生設計的提問，可用考察出學生對整個塔設備在設計和實施過程的知識掌握程度，并根據整個實訓階段的任務分解，分別對理論知識方面的應用能力、設計及制圖能力、實踐能力和團隊配合能力給出一個綜合的評價。

（6）本實訓給予部分學生發(fā)揮創(chuàng)作的空間，他們可以利用和學習相關軟件。在完成指導教師布置的任務的同時，可以利用相關軟件進行創(chuàng)作設計，比如：ANSYS、SW6、ChemCAD等。

整個的課程實訓過程中，學生要完成的每一個小部分都是簡單的，但是整合成一個整體又是復雜的，設計任務中所涉及到的每一個知識點都是對已經學過知識的重新回顧，也是理論知識在實踐中的如何綜合運用體現過程，這就使得學生在實訓過程中既不覺得知識陌生和為難，又具有一定的挑戰(zhàn)性。

4 “石化裝備設計綜合實訓”的課程實訓特色與創(chuàng)新之處

4.1 “石化裝備設計綜合實訓”從課程綜合應用的角度出發(fā)，精簡了學時，提高了教學質量

“石化裝備設計綜合實訓”綜合了多門課程的知識點，從工程應用的角度出發(fā)選擇設計訓練題目，采取多種教學方式（比如：現場學習、專家講座、與有成就的校友交流等），能夠有效的提高學生分析和解決問題的能力，切實提高學生的綜合素質；同時，把幾個分散的課程設計通過較為合理的方式綜合在了一起，在本行業(yè)新技術不斷涌現的同時，可以達到在不增加學生負擔的情況下，使教學質量得以提高。

4.2 結合本專業(yè)的人才定位和培養(yǎng)目標，建立了“三結合”的課程產學合作運行機制

通過“石化裝備設計綜合實訓”課程實訓有機的將學生→指導教師→實訓基地結合在了一起，充分利用學生的自主創(chuàng)新和學習的積極性、指導教師的指導、實訓基地工程師的講解和引導，從而打破了原有的課程和人員界線。

4.3 “石化裝備設計綜合實訓”課程建設與理論課程建設緊密聯系

在“石化裝備設計綜合實訓”的課程建設上，可以有效的改變不同理論課程之間知識體系相脫節(jié)的尷尬局面，將以往獨立設置的課程設計（比如：化工原理和過程裝備的課程設計等）進行了有效的綜合，融合了相關理論課程知識與實踐技能，進而進行綜合的項目實踐。

4.4 “石化裝備設計綜合實訓”提高了學生對知識的綜合應用能力、實踐能力以及綜合素質

“石化裝備設計綜合實訓”的考核側重考核學生的綜合應用能力，注重的不是最終的結果，而是完成項目的過程。比如：“石化裝備設計綜合實訓”的成績由多個部分組成，其中包括繪圖情況、設備的工藝計算情況、強度和結構的設計情況、報告的撰寫情況、軟件的應用情況等等。與此同時，通過本實訓有效的激勵每個學生都能夠積極參與到教與學的整個實訓過程中，每個人都成為了課程的主動學習者、實踐者，使得整個學習和課程設計實訓過程成為了一個人人參與的創(chuàng)造性的學習實踐活動。

4.5 建立了“石化裝備設計綜合實訓”課程實施的“五階段”制

（1）設計實訓的任務信息獲取階段——教師向學生下達任務書。

（2） 實訓計劃制定階段——每個設計實訓團隊的指導教師負責幫助每個學生分析和研討完成實訓設計任務所必需的工作和學習步驟，每個實訓項目的小組成員可用自行進行任務分解，并安排好設計實訓的工作進度。

（3） 設計實訓的任務決策階段——由學生選擇技術路線、確定技術方案，指導教師進行評價、并給予合理的建議，對技術解決方案進行優(yōu)化并鼓勵技術創(chuàng)新。

（4） 設計實訓的任務執(zhí)行階段——學生根據教師發(fā)放的設計實訓任務書要求，按照本人所在實訓設計團隊成員之間集體確定的實訓技術方案和工作步驟著手實施實訓。

（5） 評價階段(即課程考核階段)——每個組的項目完成后，分別由學生本人、項目組成員、指導教師一起共同完成對實訓項目的評估。如圖2所示的最終成績由四個部分組成。

圖2 “石化裝備設計綜合實訓”成績組成

4.6 充分發(fā)揮了部分學生在實訓過程中展現出的能動性和創(chuàng)造性

即在項目的完成過程中給予學生充分的發(fā)揮空間，每個小組所完成的設計任務沒有固定的要求，比如：設計塔設備的小組沒有固定到塔的結構類型，學生可以自由選擇結構類型和塔板類型；設計換熱設備的小組沒有固定到換熱器的結構類型，學生同樣可以參考相關資料自由的選擇結構類型。在相關軟件的應用方面也可以自由發(fā)揮，除了必須應用的SW6、AutoCAD和ChemCAD，其他的軟件可以自由應用，比如ANSYS、Aspen Plus等軟件的應用。

5 結論

過程裝備與控制工程專業(yè)的“石化裝備設計綜合實訓”已經進行了多屆學生，期間針對專業(yè)認證的成果導向要求進行了階段性考核改進，經過運行表明：該設計實訓優(yōu)化了本專業(yè)主要的裝備類知識要素和實踐的技能要素，使得知識的結構和層次、組織和管理都變得方便，學生的參與積極性升高，效果較為明顯。主要體現在以下幾個方面：

（1）石化裝備設計綜合性課程實訓是圍繞本專業(yè)的典型設備進行設計，涵蓋的相關設備的工藝設計、結構設計等的知識內容較多。因此，基本能力要求高、綜合性強，對學生的綜合學習能力進行了全方而的培養(yǎng)。

（2）學生對于實訓的主動性增強了，用同樣的、甚至是變得更少了的實踐時間，取得了更為明顯的實踐效果。

（3）每個學生都可以親自進行典型設備的設計，從而激發(fā)了學生的鉆研專業(yè)知識和參與課程設計實訓的熱情。從典型裝置的流程圖繪制、管道透視圖的繪制等開始，每位參加設計實訓的成員必須都要認真對待自己的設計實訓任務，并且會仔細鉆研和參與到實訓任務中。而且對于自己不清楚和明了的課程設計實訓問題也都會積極的進行小組內部討論和研究，并且也會及時的請教負責設計任務的指導教師、同學，這有助于培養(yǎng)學生發(fā)現問題、解決問題、團結協作的能力及深入探究問題的精神。

（4）通過石化裝備設計綜合性課程實訓，使得每個學生都經歷了從已知參數到完成設備的整個工程實訓過程，這就使得學生加深理解了對典型設備設計的過程和方法都有了明確的認識，而且學會了與本行業(yè)專業(yè)相關的標準規(guī)范和應用軟件的使用。培養(yǎng)和鍛煉了每個參與實訓學生的實踐和動手能力，為學生今后可以順利從事自己專業(yè)領域的設備設計和管理工作提供基礎。

（5）學生在經過石化裝備設計綜合性課程實訓之后，或多或少的出現了新的變化，參與學習的積極性提高了，能夠主動參與學習，問題變多，每一個環(huán)節(jié)，每一個實訓步驟都會認真對待，精益求精。

總之，石化裝備設計綜合性課程實訓課程實踐，通過優(yōu)化相關的知識要素、技能要素等，用具體的典型設備設計為主要依托，把已經學習過的相關知識要素和實訓訓練內容有機綜合起來，充分調動了絕大多數學生的學習積極性和主動性，受到了學生的歡迎，取得了良好的課程實訓教學效果。