无机非金属材料工程专业工程设计训练的拓展研究

无机非金属材料工程专业工程设计训练的拓展研究

石安家

身份证号码： 412927196908220017

摘要：“工程设计训练”是无机非金属材料工程专业方向的实训课程。课程旨在提高学生的综合素质，及参与工程设计的能力。针对不同材料制备过程中的热工设备及相应工艺条件，进行热工设备的设计计算与结构图绘制。通过本课程设计，初步掌握材料生产过程中热工设备设计的基本方法和步骤，对学生进行基本工程设计能力和工程表达能力的训练，提高学生的综合工程设计素养。

关键词：无机非金属材料工程专业；工程设计训练；拓展

1无机非金属材料的优势分析

在众多的新材料领域中，无机非金属材料是非常重要的组成内容，其种类丰富，在性能特点方面也有着众多的特点和优势，可以在众多的领域中进行应用。无机非金属材料的性能和整体性都比较稳定，不同类型的无机非金属材料都具有一个比较高的性能特点，可以具有很强的光电效应，也可以具有很强的强度或硬度，又或者是晶体性特点，这些都使得无机非金属材料的特性化优势实现了更好的发展，同时也为众多领域和行业的发展带来了很大的促进作用。比如，具有超耐高温性能的高品质陶瓷材料，在发动机一些零部件中的应用可以有效地减少长时间高温的影响，不用再引入水冷循环系统的降温处理，让整个发动机系统的热传导率实现了更好地提升，发动机的系统更加稳定。另外，光纤材料在日常光缆线路中的应用实现了更好的光导性能，更好地为人们的生产生活带来了诸多便利。

2工程设计训练的改革实践

2.1工程设计训练的课程目标所支撑的毕业要求任务

工程设计训练安排在第七学期，是集工程知识—设计技能—工程素养培养为一体的综合性实践训练环节，其课程目标系统支撑了毕业要求3（设计/开发解决方案）的四个指标点，同时还兼顾支撑了毕业要求8.2和11.2这两个非技术能力指标点。要求学生能运用所学工程知识和工程设计方法完成热工装备设计，并在设计中考虑安全、法律、环境、规范、经济性等众多制约因素，因此需要将知识与工程表达、工程与环保、工程与法规、工程与社会、工程与管理等现代工程设计理念融合。

2.2加强工程设计训练相关的理论基础与具体设计单元结合

无机非金属材料工程专业的工程设计训练在支撑与培养学生解决复杂工程问题方面发挥了有效地作用。学生利用工程设计训练，将所掌握地材料工艺、热工工程的基本原理与典型无机非金属材料生产过程中工业热工单元（窑炉）的热工计算与设计相结合，完成相关设计训练内容。工程设计训练的难点在于，学生普遍感到所学的理论抽象，工业热工单元（窑炉）的热工计算与设计工程问题较多，如何将抽象的基础理论、计算数据、结构设想应用于设计中，使之具体话、图形化，实现理论与工程问题相结合是教学实践的重点。大多数学生认为无机非金属材料工程专业工程设计训练是最难的实践实训课程之一。特别是如何将所学的理论知识与具体的设计实践相结合非常关键。在前期的教学中讲清基本概念、基本理论，以案例的方式介绍理论知识在解决实际工程问题中的应用，尽可能多地增加工程问题、工程设计案例分析，培养学生的工程观点。

2.3以课外创新为载体充实与拓展工程设计训练时效

根据无机非金属材料工程专业工程设计训练存在的问题，为有效地实施工程设计训练，高质量完成相关实训内容，顺应新工科人才培养的发展趋势，工程设计训练还有许多改革的空间。为更加有效地完成工程设计训练对培养学生解决复杂工程问题的支撑，解决工程设计训练中存在的问题，工程设计训练教学团队及相关课程团队开展了以下改革与实践。

2.3.1加强专业内相关课程的衔接与配合

本专业内开设的与工程设计训练相关的课程主要有材料工程基础、无机非金属材料热工设备、无机非金属材料设计概论等。（1）材料工程基础主要是加强相关理论的讲解，如燃料燃烧、传热理论、环境保护、可持续发展等。（2）无机非金属材料热工设备主要对相关设备的工艺、结构特点、主要指标确定的依据、结构设计计算、材料选择等进行授课，综合考虑热工设备技术、经济、环境、法律、安全等因素。（3）无机非金属材料设计概论在完成相关教学内容的同时，需要加强对学生绘图软件的培训，即完成课堂集中讲解、考查课下相关绘图作品的方式，使学生在进入工程设计训练阶段前，较为熟练地掌握1～2种工程图绘制工具，为接下来的工程设计训练打下良好基础。

2.3.2以课外科技创新活动为载体，充实与拓展工程设计训练时效

材料科学与工程学院每年都会组织“材料文化节”活动，其中有一个专题为由“圣戈班”冠名的“无机非金属材料工厂3D设计大赛”。该课外科技创新活动宗旨是为该专业及相关专业学生提供平台，使用工程绘图软件对无机非金属材料工厂中的各种机械单元、热工装备单元等进行设计，以考查学生对相关设备、结构单元的理解及工程表达的能力与水平。“材料文化节”针对的学生主体为大学2～3年级的本科学生，时长为4个月。以课外科技创新活动为载体，充实与拓展工程设计训练时效的具体的做法为：（1）将由“圣戈班”冠名的“无机非金属材料工厂3D设计大赛”与本专业的工程设计训练相结合。（2）要求本专业的学生全员参加。（3）指导教师根据3D设计大赛与工程设计训练的具体要求进行布题。（4）使工程设计训练的周期由3周扩展为3个月。通过2个周期的实践，笔者认为此次课程改革达到了改革的初衷，较为有效地解决实施过程中遇到的问题，取得了较好的成效。具体成效体现在以下几个方面：（1）将3D设计大赛与工程设计训练相结合，大大提高了学生与指导教师的认同度，学生的兴趣有所提高，实现了第一课堂与第二课堂的有效融合与衔接。（2）工程设计训练周期的扩展，解决了工程设计训练要求高、时间紧促的问题，使得工程设计训练的时间安排更加从容。（3）学生对本专业工程设计训练的理解、具体设计的理解、设计内容的覆盖面都有了提升，完成内容的质量有了明显的提高。（4）学生对以工程方法表达工程内容，解决问题的理解与方法运用有了一定的变化。（5）通过工程设计训练，学生对CAD、BIM等工程设计软件的使用已经较为熟练。图1为课程改革后学生设计的热工单元装备3D图。

3结语

在新工科背景下，对无机非金属材料工程专业人才培养的要求越来越高，培养模式也随之发生着显著的变化。针对以往本校无机非金属材料工程专业工程设计训练过程中存在的问题，开展了相关教学改革。通过加强工程设计训练相关的理论基础与具体设计单元的结合，以课外创新为载体充实与拓展工程设计训练时效等举措，很好地将理论知识与工程实际相结合，将第一课堂与第二课堂相衔接，为学生提供了一个将理论应用于实践的学习环节。通过训练周期时间的扩展，经过1个周期工程设计训练的教学实践，学生得到了系统、充分、有效地训练，培养其工程思维、工程素养，提高了学生解决复杂工程问题的能力。此次课程改革达到了改革的初衷，深受广大学生的欢迎和积极参与，有效地解决了遇到的问题，取得了非常好的成效。

参考文献

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