校内化工实习基地建设之化工过程单元操作

1、校内化工实习基地建设之化工过程单元操作设备动态演示影片的制作与教学实践教学研究项目科研总结报告校内化工实习基地建设动态演示影片制作教研小组2009年9月教学研究项目科研总结报告“校内化工实习基地建设之化工过程单元操作设备动态演示影片的制作与教学实践”是校级教学研究课题，该课题自2005年立项，在学院领导的大力支持下和全体参与成员的共同努力下，现达到了预期建设与研究目标，已申请结题。本报告将建设与研究的总结介绍如下：一.项目背景 在当前，校外实习基地因经济效益等缘故在高等工科实践教学中的作用有所萎缩，建设校内实习基地补充实践教学环节，则是当前形势下工科院校培养优秀技术应用型人才的保证。 兰州理工

2、大学石油化工学院在学校的大力支持下，已购置了一定数量的教学模型、仿真软件，收集了部分实物，初步建立了模型与实物陈列室，在校内化工实习基地的建设方面迈出了一大步。但是在实践中我们发现，目前的工作还存在一些不足：一些模型工作原理无法直观表达、绝大多数的实物不可能收集到、真实产品结构无法形成感性认识以及模型的种类不够齐全等等。这就提出了如何更好地、全面地、多快好省地建设好校内化工教学实习基地的问题；如何有效地配合校外实习基地和其它实践教学环节，发挥其作用的问题。校内化工教学实习基地的教学研究，兰州理工大学走在各普通高校的前列。在国内尚未见到成熟的综合运用视觉、听觉、触觉，多方位来增强感性认识的校内化

3、工实习基地，尽管有一些高校在某些局部有一些尝试，但各种尝试均未达到全方位地发挥实践教学作用的功能。所以，兰州理工大学的校内化工实习基地，如能完全实现：实物与模型+动态解说与演示影片+仿真操作模式，将在国内处于领先地位。二.研究目的 本课题的实施是为了在现有的基础上，通过探索和努力，实现建立一个能够综合运用视觉、听觉、触觉，多方位来增强感性认识的校内化工实习基地的目的。本课题的主要任务是：1.根据我校专业与科研特色，全方位的收集和制作化工过程单元设备操作动态演示影片，收集和拍摄真实产品图片，收集和制作相关的科普影片，目的是补齐教学模型没有涉及的教学内容、对教学模型和陈列实物相关的化工单元操作设备

4、应用动画技术进行动态演示与解说，使校内实习基地具有全方位的发挥实践教学环节作用的功能。2.研究和探索如何在有限的课时内，让校内教学实习基地配合校外实习基地发挥其应有的作用的问题。三.研究的主要内容与成果1.研究的主要内容与过程:根据我校多年形成的该专业与科研特色总体规划，在广泛调查研究和征求老教师的意见的基础上，将化工过程单元操作设备动态演示影片规划为以下几大板块：流体流动基本概念、流体输送机械、流体输送辅助设备（阀门、管件、密封件）、换热设备、蒸发设备、塔器（精馏塔、吸收塔、 萃取塔及附属设备）、干燥设备、分离与沉降设备、反应器。每个单元操作演示影片分为以下几部分内容：a.专题实践教学影片；

5、b.各种类型设备的工作原理及结构动态演示影片(swf、avi、mpg等影片格式)；c.设备产品实物图片、剖面显示结构图片、典型应用场合与安装图示以及说明；d.音频解说与介绍。有计划、分工协作地收集、制作化工过程单元操作设备动态演示影片各个部分。采用收集剪辑、购买、制作、发挥学生参与等方式。应用的主要软件有：会声会影8.0、Adobe Photoshop 7.0.1、SwishMax、Camtasia Studio2等图片、影片剪辑、编辑软件。现在完成的专题介绍影片有：离心泵、转子式气压机、旋涡泵、真空泵、齿轮泵、离心式气体输送设备（两套）、往复式压缩机（两套）、列管式换热器、螺旋板换热器、套管

6、式换热器、汽车冷却系统与散热器、精馏塔、板式精馏塔。完成了流体流动基本概念、流体输送机械、流体输送辅助设备（阀门、管件、密封件）、换热设备、蒸发设备、塔器（精馏塔、吸收塔、萃取塔及附属设备）、干燥设备、分离与沉降设备、反应器等大板快的动态演示影片的制作。 具体每一部分包括：各种类型设备的工作原理及结构动态演示影片、设备产品实物图片、剖面显示结构图片、典型应用场合与安装图示以及说明、音频解说与介绍等，这些组成的目标是便于直观表达内部结构与工作原理，方便理解、形成感性认识，提高教学质量和水平。动态演示影片在教学实践中应用研究。目前，高等工科专业实践教学的主要项目有：专业或专业基础实验、生产认识实习

7、、生产实习以及结合在毕业设计中的毕业实习。如何利用有限课时，有效地结合这些实践教学环节，发挥校内化工实习基地特别是化工过程单元操作设备动态演示影片的作用，使其能发挥其应有的作用，是我们研究探索的目标。利用实验教学、认识实习实践教学、生产实习教学等实践机会，根据学校同专业班级多而实验台套数少、班级多而校外实习基地有限、实习经费有限等特点，利用班级分批或者分组进行，结合仿真实验、和模型与实物陈列室的参观，与专业基础化工原理实验教学有机结合，探索在实验中结合校内实习基地的教学方式；利用认识实习或生产实习实践教学，采用专业班级分组互换的方式，探索校内实习基地与校外实习基地的实习有机结合，全面保障工程教

8、学质量。2.研究成果： 图1石油化工学院校内化工实习基地组成示意图校内化工实习基地模型与实物陈列室动态演示与仿真实验室模型陈列产品实物陈列仿真实验动态演示影片演示演示实验.完成化工过程单元操作动态演示影片集一套。内容较为完备，为我校校内化工实习基地的全面建设发挥了重要作用，使其能够成为一个综合运用视觉、听觉、触觉，多方位来增强感性认识的功能完备的校内化工实习基地。现在我学院的校内化工实习基地的组成如图1。动态演示影片演示分为流体流动基本概念、流体输送机械、流体输送辅助设备（阀门、管件、密封件）、换热设备、蒸发设备、塔器（精馏塔、吸收塔、萃取塔及附属设备）、干燥设备、分离与沉降设备、反应器等大板

9、块。每一板块，根据图示，我校校内化工实习基地的功能较为完备，模型与实物陈列与动态演示与仿真实验相辅相成是实践教学环节有益的、必要的补充。我校校内化工实习基地现在本科实践教学环节中发挥着重要作用，这是我学院多年教学经历与经验总结体现，是我们实践教学的重要亮点之一，在我校2006年接受教育部本科教学水平评估中，获得教育部评估专家的高度评价。.完成本研究报告一份。总结项目的实施与实践中的成果与效果，以期为今后的实践教学、教学研究工作有所帮助。.在全国理科教学研究会主办的高等理科教育（中文核心期刊）上发表研究论文一篇。题目是：结合校内实习基地 强化化工原理实验的工程实践能力培养；卷期页码：Vol.75

10、 113-115。该论文是我们在总结将实习基地与化工原理实验（单独设课）有机结合实践的基础上完成的。在实践教学中实践，并完成本项目实践运行学生调查研究报告一份。从教学效果的角度总结实践运行中的效果与不足，为今后的工作提供参考。四.实施过程总结第一阶段(2005年3月5月下旬)在原有基础上，收集资料、收集素材、调研。到专业化工厂、化工机械厂实际拍摄和收集产品样本。第二阶段(2005年6月2006年6月)继续制作演示动画、制作音频解说并合成。第三阶段(2006年7月2007年6月)在实验和实践本科、研究生教学中试运行。 第四阶段(2007年7月9月)总结经验，继续完善和修改，最后合成，结题。第五阶

11、段(2007年9月今)全面推广阶段，在我院过程装备与控制工程、化工工程与工艺、环境工程、应用化学等专业全面推广。五.实施效果本项目主要在化工工艺专业的化工原理实验、过程装备与控制工程的认识实习中进行，教学效果很好，同学们注意力集中、学习兴趣得到激发，实践环节存在的不足得到弥补。1结合实验应用效果主要结合了化工原理试验的教学。化工原理实验作为化工类专业基础课程，在我校面向化工学院和生命学院的六个专业开设，主要内容涉及化工单元操作工艺流程、化工单元操作设备、过程操作三方面内容。每个实验的实验目的可简单地概括为两大部分：定性研究和定量研究，其中定性研究就是通过观察实验中的化工单元操作设备培养感性认识

12、，而定量研究目的则是通过测试实验中化工单元操作设备与过程参数，进行深入研究达到理性认识的高度。我校的化工原理实验开设中存在以下特点：学校规模增加后，需要开实验的学生人数大大增加，而实验台套数的建设存在不足的问题，造成生多台少；教育部对本科专业目录调整后，化工原理实验课时被压缩，课时有限，加之学生实验时间相对集中：学期初，理论课未讲，不能大面积的开实验，一般都集中在学期中、末。化工原理实验全国范围内还存在以下问题，即现代实验台理念：小型化，智能化、数字化所带来的负面影响问题。根据我们了解，在全国范围内，大多相关高校，化工原理实验都采用新开发的现代实验台，历史悠久的高校大型实验装置由于能耗等缘故被

13、淘汰。而目前国内高校中广泛应用的现代实验装置只能涉及一种或几种简单设备甚至是简单设备的部分或者常规产品的缩小，这有利于教学过程的组织、降低能耗与投资费用，以及实验在有限的时间内的开设，但这并不利于实践能力的培养。例如：套管换热实验，只是套管换热器的一部分；板式塔的尺寸一般只有50mm，这么小的塔板，只好进行简化：没有堰而用伸出一端管代替，在工业实际中一般是不会遇到这样结构的，单凭讲解无法形成正确和全面的感性认识。感性认识的培养，没有身临其境的感觉单凭讲解是困难的。此外，由于生多台少，实验又相对集中，实践中往往只能注重实验结果的考核，过程考核不足：只能注重检查实验数据的正确与否，实验报告数据处理

14、的正确与否，无法完全顾及操作过程。我们学习其他高校的成功经验，以计算机仿真实验操作作为预习过程，在事先预习实验流程并交预习报告的基础上，要求同学在计算机房用仿真实验预习；通过仿真实验对错误操作进行提示与指导，注重实验的过程考核：通过仿真实验预习，纠正不正确的操作，并通过计算机打分来进行过程考核，成绩不及格的要求重新预习，直至及格为止。之后才可进入实验室操作实验台，测取数据。实验过程中，我们为克服人多台套数少的困难应用复式教学模式：一组参观实验涉及的单元操作设备模型、观看动态演示影片、听老师进行专业讲解、操作演示实验；一组在实验台上操作，测试有关数据。完成后两组互换。这样，很好地发挥了我们现有教

15、学资源和优势，弥补了不足，提高和保障了实践教学质量。为克服实验台小型化、智能化给学生感性认识培养的不足，我们在实习基地里特别注重收集与实验台同类型的典型单元操作设备实物、制作较大型号实验演示装置。在参观设备实物的同时，以演示实验的方式观察流体流动现象。比如，板式精馏实验装置塔板直径仅50mm，开此实验时，我们会参观我们收集来的产品实物筛板，并用我校旧的大型实验装置的塔径250mm的筛板塔玻璃塔段进行板式塔流体力学演示。填料吸收实验装置塔径也仅35mm，流体流动现象并不明显，我们用我校旧的塔径100mm玻璃填料塔进行填料塔流体力学特性测定实验演示。协同动态演示影片的播放，展现给学生实物照片或录像

16、，来纠正实验台小型化、简单化结构给同学感性认识带来的不完全认识。我们将化工原理实验与校内实习基地有机地结合起来，强化了化工原理实验的工程实践能力培养作用，根据学生调查反映出已经收到了很好的教学效果，保障了教学质量。学生调查问卷显示，这种实验教学方法获得学生的一致好评。在03级化学工程与工艺专业实验后，在三个班内随机发出和收回76份无记名调查问卷，占总人数100人的76%，具有一定代表性。同学们对动态演示影片在实验中结合应用比较认可，总体评价很高，达到了教学预期目标。2结合认识实习应用效果本科教学的实习教学环节是工程教育的重要环节，但是近年来，面临以下特点与问题：同专业的学生招生人数大幅度增加而

17、教学经费增加有限、学校外的实习基地接待能力有限等特点与问题。我们的认识实习在兰州西固，运输费用高、车间接待能力有限；生产实习在四川简阳，基地接待能力有限。另外，实习工厂噪声很大，而实习时现场一般是一名技术人员讲解，绝大多数同学听不到讲解技术员的讲解，出于不影响正常生产和同学们的安全考虑，一次接待能力有限：一般是一个自然班，而我学院各专业都在3班以上，无法一次全去。此外，正常运转中的化工单元操作设备生产中一般都保温，无法看到其“本来面貌”， 我们近年的实习采用按班级分组：一组下生产现场，另一组在校内实习基地观看教学模型、与实物陈列、观看教学动态影片等，之后交换的方式进行，有效地解决了经费、运输、

18、接待能力等问题，充分发挥了校内化工实习基地的作用，节约了有限的教学经费，满足了校外实习基地接待能力有限的要求，保障了教学质量。即，一组在校外实习基地实习，而另一组在校内化工实习基地进行。我们将教学效果在过程装备与控制工程2004级在基地班之外的三个自然班进行了调查研究。这次认识实习在过程装备与控制工程三个班开设，共111人，学校外安排了兰石集团炼化设备公司、兰州维尼龙集团有限责任公司两家公司进行，学校内安排在校内化工实习，利用分组的方式互换的方式。在三个班内随机发出和收回72份无记名调查问卷，占总人数111人的65%，具有一定代表性。根据无记名调查问卷，同学们对动态教学专题影片总体比较认可，基

19、本达到了预期目标。六.主要经验总结本项目的实施过程，是我们对过去教学和科研实践总结、提高和实践的过程，是我们自身专业理论与实践水平提高与进步的过程。1. 注重在调查研究的基础上推进项目建设。项目实施中，项目组成员利用外出参加会议、其他调研等机会，专题调研本教研方向。本项目的实施过程中，先后参观和参考了石油大学、华东理工大学、浙江大学、中山大学等知名高校，并在总结我们学校化工类专业近50年的办学经验的基础上，请教学院老专家的情况下，参考相关教材以及学科前沿的基础上开展的。项目实施的过程中，有效提升了青年参与者的专业水平。 2. 重视规划。重视总体规划与各个板块的具体规划，除总体规划外，项目负责人

20、还规划了每一板块的具体目标。具体目标是根据相关专业课程的教学大纲以及我校的科研与专业特色制定的,并邀请专家研究规划，实施规划和成果设想等进行论证指导。3.严格按时间规划，有计划地逐步实施研究计划。本课题实施中，制定了周密的计划，并能根据实施中的学校教学评估等实际情况，和项目组成员一起,修正计划,调整研究目标和方向,认真落实每一个子项目的工作任务和要求。 4.关注发挥团队的优势和作用。充分发挥老教师实践教学经验多的特点，中、青年教师在软件、网络以及信息方面的优势，在老教师的指导下，中年教师参与的情况下，广泛论证的基础上，逐步推进地开展了本教学研究课题。 5.形成了一套较为完备的化工过程单元操作设

21、备动态演示影片集，为我校校内化工实习基地的全面建设发挥了重要作用，使其能够成为一个综合运用视觉、听觉、触觉，多方位来增强感性认识的功能完备的校内化工实习基地。 6.注重项目建设与教学实践相结合的研究。如何在实践教学环节中利用好校内化工实习基地，发挥好动态演示影片的作用，这是我们建设和努力的目的。我们结合实验与实习等实践教学环节，探索了校内化工实习基地尤其是动态演示影片如何更好地发挥其应有作用的问题。我们认为，这对于今后的实践教学具有重要的指导意义， 7利用评估机会获取教育部专家指导，提升建设水平。本项目的实施过程中，恰逢我校接受教育部专家本科教学评估，根据学院安排，我们项目在教育部专家预评估、

22、正式评估中都进行了演示与介绍，获得专家们充分肯定的同时获得了鼓励和指导。这为我校获得教育部专家本科教学评估优秀成绩做出微薄贡献的同时，也促进了该项目的进一步完善。七、本教研课题的收获和存在的问题、今后努力的方向1.校内化工实习基地建设收获 本教学研究项目的实施，耗时2年多，投入了十几名同志与同学的辛勤劳动，获得几十位学院教师的间接参与或者指导，在学院过程装备与控制工程专业、化学工程与工艺专业以及食品科学与工程等专业的实践教学环节运行，反应很好，取得阶段性成果，至今结题。该项目的实施，最大的受益者是相关专业的学生，同时对于我们主持者、组织者、参与者都是一个很好的学习、提高和进步的过程：化工过程单

23、元操作设备动态演示影片的引入，使校内化工实习基地具有了能够综合运用视觉、听觉、触觉，多方位来增强感性认识的功能，方便学生理解概念、把握设备工作原理、快捷地掌握专业知识，保障了高等工科教育工程教学质量的有效提高。该教学研究项目的实施过程，同时更是我们主持者、组织者、参与者自身专业理论与实践水平提高与进步的过程。从内容规划，到各大板块的具体实施，都需要专业理论做支撑，这就要求我们不断地学习和提高。化工单元操作设备原理动画的制作，不仅需要理论知识，更需要实践与应用知识的掌握。通过该项目的运行，参与青年教师得到了很好的锻炼与提高，这为相关专业教学质量的稳定提高奠定了基础。该教学研究项目教学实践的过程，更是教学水平提升的过程。该教学研究项目的实施过程，也是管理水平锻炼和进步的好机会。总之，本教学研究项目的