过程装备与控制工程专业实验教学研究与改革

过程装备与控制工程专业实验教学研究与改革

杜建辉

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摘要：过程装备与控制工程专业(以下简称“过控专业”)跨机械、工艺和控制三个学科，过控专业实验是培养过控专业高级应用型人才的重要实践环节。目前，国内各兄弟院校的过控专业实验在教学过程中保留了原“化工设备与机械”专业的经典实验，其中不少院校仍采用传统的实验设备和方法进行实验教学。传统实验设备，比如离心泵性能测定实验装置、阀门特性实验装置、内压容器爆破实验装置等，功能相对单一，多数只能开设简单的验证性实验。在实验教学过程中，一般的做法是教师结合实验设备讲解实验内容、目的、原理、步骤、数据处理方法等，并将实验指导书发给学生;学生按照既定的实验方案、步骤完成实验，根据已知的方法处理实验结果，参考实验指导书撰写实验报告。这种传统实验设备和教学模式对学生学习兴趣的提高、工程意识的建立、创新意识的培养、实践能力的提高都非常不利。改革现有实验教学的内容和方法，是提高专业实验教学水平的必然选择。

关键词：过程装备；控制工程专业；实验教学研究；改革；分析

1实践教学在过控专业教学中的意义

过程装备与控制工程专业(简称过控专业)主要以机械设计与制造为平台，应用自动控制技术，研究和开发过程工业中先进的自动化、智能化成套装备。其前身是化工设备与机械专业；1998年3月，教育部正式将化工设备与机械本科专业及相关专业更名为过控专业，新专业是“以过程装备设计为主体，以过程原理与装备和控制技术应用为其两翼”的大类学科交叉型专业[1I。过控专业的课程设置偏重于过程设备与过程流体机械的设计。过程设备主要包括化工容器与化工设备，如压力容器、储运设备、换热设备、塔设备和反应设备等；过程流体机械重点介绍压缩机、离心泵、风机等流体机械的工作原理、结构形式、运行性能与调节控制、安全可靠性以及选型的基本原则、方法和事例[2。。这些设备的设计工作涉及弹性力学、弹塑性力学、材料学、金属加工工艺学、工程流体力学、工程热力学、工程制图等；对学生的理论基础要求高、知识量大；学习过程中以理论学习为主。而实践教学侧重于对理论知识的验证、补充和拓展，具有较强的直观性和操作性，旨在培养学生的实践操作能力、组织管理能力和创新能力[引。因而，专业实践教学对本科教学工作具有极大的促进作用，在培养应用型工程人才过程中占有重要位置。我国高校经过多年的发展，对过控专业本科生实践教学，有了比较深刻的认识，形成了具有一定特色的实践教学内容体系和行之有效的管理机制。

2专业实验教学现状

目前，本专业学生的实验课程相对分散，没有统一性，实验多为验证性实验，缺乏综合性实验、设计性实验以及创新性实验等，导致学生综合利用理论知识解决实际问题能力欠缺，实践技能不足，同时也缺少创新能力，所以改革现有实验内容、提升专业实验教学水平是专业工程认证与新工科建设的必然选择‘2-4]，具体如下。

2.1实验内容单一

虽然专业实验的教学改革一直在路上，但由于受传统实验教学模式的影响，教师在实验的过程中大多是照本宣科，说明实验目的、实验原理、操作步骤、数据处理后，学生根据参考书完成实验操作，处理实验数据结果，最后撰写完成实验报告，被动接受知识。同时，在专业实验开设的内容上多为验证性实验，缺少综合性、设计性、创新性等实验，学生缺少自己动脑、理论联系实际的创新环节，不利于综合运用理论知识。另外，由于教学资金有限，实验设备台数不够，学生分组少，人数多，只能个别学生动手操作实验设备，其他学生只能观看，无法做到动手实践，技能水平无法达到预期效果。这种实验教学方法与模式导致学生对实验兴趣不高，实践技能无法得到提升，从而导致学生难以建立工程意识与创新意识。

2.2考核过程单一

在传统的实验教学中，开设的实验课程多附属在理论课程中，一般为6课时或8课时，且在成绩考核中，实验成绩多以实验报告和出勤情况为主，最终作为一定占比总评得到本门课程的综合成绩，不对实验进行单独考试操作测评，造成各实验成绩评定方法、等级不一，不利于综合应用型人才的培养。其实，理论教学与实验教学之间的联系并不是主从联系，而是相互依存、相互促进、又相互独立，要想培养优秀的应用型工程技术人才，必须做到理论教学与实验教学同等重要，缺一不可。

2.3实验内容联系不紧密

由于实验课程附属在理论课程中，各课程又由不同教师讲解，学生会出现一定的因教师讲授方法、把握的知识结构等问题导致知识衔接不连贯，对所学专业知识体系构建困难，无法明确学习目标，从而导致工程能力不足、创新意识不够。

3改革实验教学，引进新型实验教学

3.1声发射被动

监测作为常规无损检测之一的声发射监测，是以接收和分析材料声发射信号来评定材料现状的一种监测方法，这种方法通常用于对材料的状态进行监测。实验室承接声发射监测，以声发射这种被动监测手段，通过对材料不同状态信号进行提取，以MATLAB软件，对信号进行分析，观察不同状态下的信号特征以区分材料状态。

3.2超声波主动检测

超声波检测为无损检测中的主动检测，原理是由设备发出超声导波，沿着被测材料传播，由于传播过程被测材料特性会对声波产生影响，因此通过声波的影响程度就能对被测材料状态进行判定。

3.3新型检测设备开发

新型设备开发是基于声发射监测的一种手段，由于在现实工程中检测材料体积较大并且远离实验室环境，因此开发了一种能够携带的手持检测设备。现阶段开发的检测设备已解决管道泄漏等级识别问题，目前已经能够成功地识别频域上有明显区别的泄漏等级。新型检测设备如图4所示。结合无损检测实验室实施新型实验教学措施：（1）无损检测实验室为研究实际工程而建设，这就要求为学生讲授过程装备与控制工程专业涉及到的实际工程中检测的用途。（2）不同工程中使用的无损检测方式不同，这需要了解两种检测设备的使用方式和检测原理，通过制造实验环境启发式和讨论式教学（3）检测设备仅仅局限于对信号的采集，要想更详细地分析材料状态，需要对采集信号进行分析，这就要求学生简单学习实际工程中应用的故障分析软件MATlAB,学会分析简单故障。

4结语

通过创新设计，开发了针对过程装备与控制工程专业核心专业课程并具有自主知识产权的新的多功能实验教学装置，包括阀门流量特性综合实验装置、过程装备安全综合实验装置和压力容器综合实验装置。这些实验装置将阀门、泵、压缩机、承压壳体等典型过程设备或机械与过程参数控制技术有机融合在一起，综合性能优越。应用综合实验装置显著地减少了专业实验教学装置的投入，有效提高了实验装置利用率，并易于开发设计型和研究型实验项目，加强了学生动手能力、创新意识和科研素质的培养。目前实验装置已应用于北京化工大学过程装备与控制工程专业的实验教学中，并已被国内多所高校所采用。

参考文献

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