基于仿真模型的《玻璃工廠設計概論》教學改革與創新

武麗華

（河北建材職業技術學院 秦皇島市 066004）

0 引言

《玻璃工廠設計概論》是建筑材料工程技術專業玻璃生產技術方向的專業核心領域課程，該課程包括：玻璃工廠建設的前期準備、玻璃工廠的廠內規劃設計、工藝設計及工藝流程的選擇、原料車間工藝布置及設備選型、熔制車間工藝布置及窯爐結構設計、成形（錫槽）退火窯結構設計、工藝設計所需的其它專業知識等。通過教學，培養學生或技術工人的繪圖識圖能力和設計計算能力，為其今后從事玻璃工廠建線、冷修、工廠設計奠定基礎。

1 教學改革的背景和意義

玻璃行業正處于一個關鍵的轉變期和改革期，由數量向質量轉變，由復制向創新轉變，由傳統浮法玻璃向“二代浮法”及新型玻璃產業結構轉變，由機械向智能轉變，由國內向國際擴展，由實體經營向網絡營銷擴展。行業的革新為高職畢業生帶來了難得的機遇，提供了能夠展示高職畢業生優勢的工作平臺和廣闊的發展空間，同時，也對相關專業人才培養提出了新的要求。

近年來，在專業人才培養方案修訂過程中，有越來越多的企業專家委員提出學生的專業識圖繪圖能力需要加強，以幫助其更好地熟悉熔窯、錫槽、退火等設備的結構，進而更好地完成設備的安裝、維護、操作、控制等具體工作。一部分學生在頂崗實習過程中就開始參與新生產線或冷修技改生產線項目的建設，對學生來講機會非常難得，但是如果對于工廠組成、設備結構不熟悉，識讀設計圖紙的能力達不到要求，工作起來就非常困難。從崗位需求方面來看，通過《玻璃工廠設計概論》課程來培養學生的這些技能是非常必要的。

經過調研發現，玻璃企業并不是需要學生會設計，而是需要學生能看懂設計成果，了解設計過程，熟悉工廠總圖及重要熱工設備的結構，所以，識讀設計圖紙，能夠將設計圖紙和實物聯系起來，指導和監督設備的現場施工安裝，這也是很重要的一項崗位能力需求，尤其是新建和改擴建項目時。在職業素質方面，通過讓學生熟悉設計規范，樹立按規范設計的理念，培養學生依法辦事、依規辦事的職業習慣，規范工作流程及操作方法。

在《玻璃工廠設計概論》教學中如何從基礎出發，更清楚地表明各車間、設備的構造，使學生理解設備工作原理，是教學的難題之一。引入生產線仿真模型能較好地彌補這一不足。浮法玻璃生產線仿真模型與實際生產線相似，其構造如同在工藝現場看到的一樣，具有強大的仿真能力，是實際生產線的縮小版，而且不必受生產現場噪音、高溫、安全防護等復雜生產環境的影響，所以學生能夠更清晰地認識生產線上各設備的結構。

2 教學改革與實踐

2.1 “五位一體”教學方法

如果直接以單一的圖紙為教學資料學生很難理解，教學過程也比較枯燥。為培養學習者識讀設計圖紙的能力，以便在建線、冷修過程中完成相關工作，結合現有條件進行了如下改革：將玻璃模擬仿真實訓室作為一個玻璃工廠情境，將學生作為一名設計者，通過設計規范、設計圖、實物圖片、工廠參觀和仿真模型五位一體的教學方法訓練學生對玻璃工廠組成、主要車間、設備結構的認知及識讀圖紙的能力。見圖1。

圖1 “五位一體”教學方法

2.2 設計類課程教學實施路線

《玻璃工廠設計概論》課程包括三部分核心內容，即配料、熔制、成形及退火各車間的布置及主要設備的設計。這些內容特點相似，目標相同，采用相同的教學實施路線。針對職業院校學生和一般技術工人空間想象及識圖能力較弱的學情，教學過程因由淺入深、由簡到難、循序漸進，以“模型認知”“圖紙識讀設備結構”“圖紙識讀設備尺寸”“設計及計算”的路線來完成，并在此過程中將“模型、圖紙、設計規范”三者對應起來，達到統一，形成對玻璃生產核心設備扎實的認知體系。另外，由該課程之前的認識實習參觀作為鋪墊，之后的課程設計實訓作為綜合應用訓練來鞏固學習效果，見圖2。

圖2 設計類課程教學實施路線

具體教學實施路線步驟：

第一步，學生在前段學習中完成了認識實習，去工廠參觀過實際的車間、生產線，并且學習了《玻璃配合料制備》、《玻璃熔制操作與控制》、《玻璃成形退火操作與控制》等專業核心課程，以此為基礎讓學生完成模型的認知，在仿真模型上正確識別三大熱工設備的各部位結構；

第二步，對模型進行三向分解，分小組討論設備主視、側視、俯視外觀；

第三步，展示實際設計圖紙，由學生將三視圖與模型進行對照識讀，教師指導；

第四步，學習設計規范，對設計規范中的相應內容進行解讀，學生討論，教師補充；

第五步，將前面完成的設計規范、仿真模型、設計圖三者進行對照識讀。課堂上分小組識圖，小組中不同組員分別負責在圖紙、模型、設計規范上找到同一個結構，然后根據圖紙和模型理解設計規范，組員輪換進行，效果較好；

第六步，結構識讀后，識讀圖中尺寸，將圖紙上的長寬高與仿真模型上對應部位的尺寸一一對應，即尺寸識讀；

第七步，尺寸識讀后，難度提高，需進行重要尺寸的設計計算，理解設計依據，熟悉計算公示及方法。

在此課程中所有車間、設備設計學完之后，在集中實訓《課程設計》中可以進一步鞏固、實踐、綜合訓練。

2.3 綜合考核方式探索

《玻璃工廠設計概論》課程涉及到的知識、能力的綜合性、實踐性較強，采取傳統的期末試卷考核方式不能全面考核學生的識圖繪圖能力，但由于設計計算過程需要時間較長，也無法在傳統試卷考試中完成。經過研究討論，采取了識圖、繪圖、設計計算三方面綜合考核，在教學過程中分批分次人人考核，既有一對一的識圖考核及模型指認考核，也有主要車間或設備的結構圖繪圖考核，還有試卷計算題及設計理論題的考核。既完成了對課程教學目標完成情況的評價，又在考核中提升了學生的能力，過程考核和結果考核相結合，考核方式全面、客觀。考核方式見圖3。

圖3 考核方式

3 教學效果及推廣價值

傳統教學模式以教師口授為主，多采用多媒體加黑板的方法，一些對于設計圖紙的講解，教師講授困難，學生理解更困難，只能憑想象，而一般的學習者空間想象能力較差，因此影響了教學效果。仿真模型能較好解決這一問題，使枯燥干癟的內容生動起來，更直觀，更容易被學生接受。因此，在課堂教學中引入仿真模型能明顯提高教學質量。

浮法玻璃生產線仿真模型有助于改進教學效果，解決了實習機會有限而無法在教學中按需隨時參觀實際生產線的問題。仿真模型在課堂中的引入突破了空間的限制，學生可以隨時將模型與圖紙或設計規范對應，更快地掌握設備的構造和設計要求，當學生真正走出學校時，能做到心中有數，減少操作的盲目性。

通過近三年的研究與實踐，達到了提高該課程教學質量的目標，也為今后的教學工作提供了參考，學生完成了基本的學習任務，同時綜合能力得到鍛煉。教學效果也得到了學生和專業教師的認可。

4 結語

基于仿真模型的教學方法在同類課程或以識圖、繪圖、設計為目的教學與培訓中進行推廣使用，循序漸進、系統的教學路線特別適用于目前高職學生及一般技術工人的認知水平，基于仿真模型，結合設計圖、實物圖、設計規范，以設計過程作為載體，使學習者對設備的認識能做到圖物合一，在院校課堂教學、實習實訓教學和企業員工培訓中有推廣價值。