《化工设备机械基础》课程思政教学案例(一等奖)

《化工设备机械基础》课程思政教学案例（一等奖）一、课程简介《化工设备机械基础》课程是为工科院校化学化工与制药品类专业开设的一门专业核心课。其主要任务是使学生通过学习掌握工程力学的基本理论、基础知识和基本技能，能熟练地利用物体受力平衡的基本原理对物体进行受力分析，会建立承受拉伸（压缩）、剪切、扭转、弯曲及简单组合变形物体的强度条件、刚度条件，具备对常用化工设备进行机械设计与强度校核的能力。课程注重学生的价值观引领、创新精神培养和安全、环保理念养成等思政目标和专业学习目标的有机融合。使学生从力学角度建立认识世界的理性思维基础，对具体问题能够进行科学分析，批判和质疑，从而培养勇于探究的科学精神。通过从装备制造业对我国创新驱动发展作用的角度出发，激励学生积极投身“中国制造2025”的历史使命中去。针对化工设备易燃、易爆、易中毒、高温、高压、腐蚀等特点，从设备的设计和运行过程中的基本科学问题着手，着重培养学生科学、严谨、负责的职业素养。围绕设备安全，从选材、设计、制造、安装、运行、检修等层面展开系统学习，培养合格的化学工程师。二、教学目标（一）本讲的课程思政教学目标1.要求学生结合直梁弯曲知识的学习，深刻理解所学的知识对于土木建筑、桥梁隧道、化工机械等工程的重要意义，使学生在学习过程中逐渐对自己所学专业产生荣誉感；同时使学生更好地将理论力学专业知识和实际工程应用相联系，培养其认真严谨的学习态度，对未来从事的专业和工作增加使命感和责任感。2.培养学生获得知识及用所学知识解决梁构件的相关的工程实际问题的能力（教学）；同时注重学生科学思维和安全意识的培养，全方位提升学生的科学素养和职业使命感（思政）。（二）案例如何体现课程思政教学目标1.以多伦多大学工程院的荣誉戒指的由来为例，简介指环的来历、其含金量及其背后的意义，时时提醒着工程师肩负的责任。案例选取与工程专业素养紧密衔接，不仅为学生所学理论知识找到应用出口，提高学生理论联系实际的能力，并通过工程案例的警示意义，培养学生科学、严谨、负责的职业素养。2.结合化工过程各种塔、换热器、储罐等均可作为梁结构处理，化工生产涉及的物料性质各异（可能存在易燃、易爆、有毒等问题）、存在高温、高压环境，各种生产事故的发生与设备管理不当有直接关系，这就更要求化学工程师掌握影响梁结构安全的关键因素，从而在处理设备安全问题时应具有科学思维和责任担当。三、课程思政案例内容(一）案例的引出（3分钟）课堂活动：1.结合图片提问：多伦多大学工程专业毕业生特有的“吉卜林仪式”上会授予工程学院毕业生一枚小戒指——工程师之戒。这戒指不是金子做的，而是用钢做成的。学生照相时特意把手举起来亮出自己的戒指，以获得这枚戒指为荣。哪位同学听说过多伦多大学的工程戒指？它非金非银的一个小铁环，却比金银更有价值，为什么？2.学生分组讨论并回答，引出直梁弯曲的学习内容和学习意义。

3.总结：多伦多大学工程系享有盛誉，只有约一半学生能够最后毕业，戴上这枚戒指。戒指背后是发生在魁北克大桥的两次血的教训。这枚工程师之戒特意被设计成残骸般的扭曲形状，规定必须戴在工程师工作手的小拇指上。使工程师们在握笔描绘图纸，为一个工程勾划线条、开列数据、标注文字时，小拇指首先就有“受硌”的感觉，显示它的存在，进而提醒执笔者意识自己的每个细小举措都将影响深远，作为工程师重大责任。这枚戒指代表着工程师的责任、义务以及谦卑，提醒他们永远不要忘记历史的教训与耻辱，不做“豆腐渣”工程。

(二）案例内容（8分钟）

1.授课内容：

1）提出课程目标：如果一直杆在通过杆的轴线的一个纵向平面内受到力偶或垂直于轴线的外力（即横向力）作用，杆的轴向就变成一条曲线，这种变形称为弯曲变形。发生弯曲变形的构件叫做梁。2）本章要解决的核心问题是：发生梁在外力的作用下会不会被破坏，即强度问题；以及梁在外力作用下的变形是否超出许可，即刚度问题。而解决这两个问题的根本思路和解决直杆拉压变形问题是类似的。以构件的“载荷——变形——内力——应力——强度条件（刚度条件）”为认识直梁弯曲的逻辑顺序，建立本章的学习目标和重点学习内容，并逐步掌握对直梁弯曲问题进行分析解决的根本方法。课程目标：能根据梁的受力，对梁的变形进行分析，从正应力的合力矩角度理解弯矩的意义。3）思政目标：a、将理论力学专业知识和实际工程应用相联系，培养其认真严谨的学习态度，对未来从事的专业和工作增加使命感和责任感。b

、培养学生科学思维和安全意识，全方位提升学生的科学和职业素养。②课前测：你认为魁北克大桥发生垮塌的根本原因是什么？

③问题引导式分析：从梁的变形看梁上的内力分析一下如图所示简支梁的变形。在梁上取两相邻截面a1b1c1d1和a2b2c2d2，并画三条纵向线m1m2，n1n2，O1O2，其中O1O2画在梁的1/2高度处。

梁承受外力P及支反力YA=YB后,变形如下：c、课堂讨论：中性轴以上和中性轴以下的纵向纤维发生什么变化？（2分钟后选人回答）4）分析讲解：A、梁的所有纵向纤维由直变弯，而且mlm2缩短，n1n2伸长，O1O2长度未变。这说明梁的上半部受到纵向压缩，下半部受到纵向拉伸，而且离O1O2越远的纵向线，它们被压缩或被拉伸的程度也越大;B、梁的横向线alb1与a2b2由互相平行变为不再平行，这说明所取的这两个相邻的截面与发生了相对转动。证是由于梁的一系列相邻横截面之间都发生了绕各自中性轴的相对转动，所以才导致了梁的由直变弯，以及梁的纵向纤维有了伸长和缩短。为了暴露使梁纵向纤维发生长度变化的拉伸和压缩应力，我们假想将梁沿a1b1c1d1平面截开。在截开截面的两侧分别作用着正应力σ。

中性轴以上的压应力和中性轴以下的拉应力对中性轴构成一个合力矩。5）元素融入：以构件的“载荷——变形——内力——应力——强度条件”为认识直梁弯曲的逻辑顺序，使学生明确本节课学习目标在整个直梁弯曲学习中的地位和作用，引起其对重点学习内容的关注，进一步采用问题引导的方式逐步深入学习分析解决问题的根本方法。6）思政元素始终作为“暗线”贯穿始终。鉴于上述魁北克大桥问题的发生，结合课程内容和学生的知识积累，采用探究法，抽丝剥茧指出问题出现的根本原因，从而使学生对梁的工程问题建立起系统的分析思路。(1）由已知力，根据平面力系的平衡条件求出未知力，首先弄清梁的受力情况。(2）梁构件在力的作用下发生怎样的变形？根据力学基本知识，变形会导致内力的产生，梁上的内力是什么？后续继续沿着这一思路学习，进一步问题引导：结合学过的强度知识，想一想如何解决梁的破坏问题？(3)内力在梁上不是均匀分布的，梁的危险截面怎么确定？（弯矩方程与弯矩图、剪力方程与弯矩图）(4)内力是如何构成的？采用什么方法能求取内力？梁上正应力的分布规律及求取。v正应力的强度条件，即载荷达到什么条件梁就会被破坏？vi如何设计梁，设计梁需要考虑的影响因素。7)结语：工程项目在完成后，更要在自然环境和社会经济条件的变迁中服务于大众很多年，要接受实践的检验，很多最初设计时意想不到的问题就会暴露，需要工程师有勇气、社会有制度来发现问题、解决问题。所以社会要求工程师具有谦逊朴实、一丝不苟的科学精神和更高的职业操守及责任意识。化工设备中的塔设备作为悬臂梁要经受自身载荷、风载荷、地震载荷的检验；卧式容器的储罐、换热器作为简支梁要经受自身弯矩和失稳的考验，化工工程师更需要足够的安全意识和工程师使命感。四、分析讲解（一）重点分析：1.案例与本讲内容的关联度基于“载荷——变形——内力——应力——强度条件”的材料力学基本逻辑思路，学生在尊重认知规律的基础上对问题的认识由浅入深，基于前序章节拉压变形的学习，对梁的强度问题建立了系统的认识。同时对后续要学习的内容有了一个概览性的认识，也对要学习的重点问题建立了初步认识，便于进行认知迁移，从而训练逻辑思维能力，并渗透工程问题的简化方法和研究思路。结合所学专业让学生明确，化工过程各种塔、换热器、储罐等设备均可作为梁结构处理（和大桥的本质式一样的涉及受力分析、结构设计、选材等问题），化工生产涉及的物料性质各异（可能存在易燃、易爆、有毒等问题）、存在高温、高压等极端环境，设备结构设计不当可能引发什么危害？引出课程思政目标2，各种生产事故的发生与设备的设计或管理不当有直接关系，这就更要求化学工程师掌握影响梁结构安全的关键因素，从而在处理设备安全问题时应具有科学思维和责任担当。（二）如何达成课程思政预期目标1.案例导入并使用参与式提问的方法，让学生从案例讨论入手，明白所要学习问题的重要性。通过工程案例的警示意义，使学生认识到不尊重科学，没有工程师职业素养和职业道德对社会的巨大危害，培养其科学、严谨、负责的职业素养。2.采用问题引导式的讲授法，结合BOPPPS结构，理清本章重点内容及其逻辑联系，明确本部分内容对应解决的工程问题，从而训练逻辑思维能力，提升工程实践能力。由生活实例、工程案例到理论教学的课堂教学实践，有利于激发学生的学习兴趣，从生活实例中启发思维，从中提取理论本质，并能将生活中获得的经验迁移到学习中，将理论知识直接应用有解决工程实际问题，提高课堂教学质量，实现掌握理论知识、培养工程能力的目的，构筑