壓力容器安全課程的教學改革與實踐

張云龍

摘? 要：根據壓力容器安全課程的內容和特點，結合學生的學習情況，分析了本課程教學效果不理想的原因，從優化教學內容、改進課堂教學方法和手段、采用以多媒體教學為主的教學方式、將基本理論與課程設計實踐相結合、制定新的成績評定標準等多方面進行了探索。經過幾年的實踐，學生的上課熱情明顯提高，對理論知識的理解也有了一定程度的加深，基本達到了教學改革的目的，教學質量進一步提高。

關鍵詞：壓力容器? 教學改革? 教學質量? 實踐

中圖分類號：X925? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）02（b）-0144-03

Teaching Reforms and Practices of Pressure Vessel Safety Course

ZHANG Yunlong*

（School of the Environment and Safety Engineering， Jiangsu University， Zhenjiang， Jiangsu Province， 212013 China）

Abstract： According to the content and characteristics of pressure vessel safety course， this paper analyzes the reasons of this course teaching effect integrating students' learning situation. It explored many aspects including optimizing teaching content， improving classroom teaching methods， adopting multimedia teaching methods， combining basic theory with curriculum design practice， and formulating new grade evaluation standards. After several years of practice， the students' enthusiasm in class has improved obviously. The goal of the teaching reform has achieved and the quality of teaching has improved.

Key Words： Pressure vessel; The teaching reform; The quality of teaching; Practice

隨著國民經濟的迅速發展，壓力容器應用日益廣泛，已經成為工業生產和人民生活中必不可少的特殊設備。壓力容器比較容易發生事故且事故危害較為嚴重，因此，壓力容器安全是“人命關天的事，一定要慎之又慎，確保萬無一失”[1-2]。《壓力容器安全》是安全工程專業必修課，是學生掌握安全工程專業知識的重要課程。通過該課程的學習，學生能夠了解和掌握壓力容器設計、制造、使用、檢驗等環節的技術要求和管理方法，熟悉壓力容器失效原因的分析方法以及常見事故的預防措施，以便在將來的工作實踐中加以應用[3]。但從這門課以往的教學情況看，學生對這門課的理解和掌握情況不盡如人意，因此該教研組在分析這門課課堂教學中存在的問題基礎上，從教學內容、教學方法和考核方式等幾方面對提高該課程的教學質量進行探討。

1? 該課程課堂教學中存在的問題

壓力容器安全是一門理論性和實踐性都很強的課程，教學過程中一直存在著一些問題。主要表現為以下幾個方面：一是教學方式比較落后。目前該課程的授課方式主要以傳統的理論講授為主，注重基礎知識的認知、記憶、模仿和重復練習。這種教學方式主要以教師的課堂灌輸為主，缺乏對學生主動學習的教學引導，造成學生被動式學習，教學效果不佳，明顯影響教學質量。二是教學內容較難把握[4]。壓力容器安全課程涉及機械、材料、力學、安全、管理等多學科的基礎知識，涉及內容廣泛。學生對這些基礎知識有一定的了解，但是還達不到該課程的要求，僅就金屬材料一節來說，金屬材料的組織結構類型很多，不同的組織結構的材料對壓力容器的耐腐蝕性能影響很大，這部分內容學時安排過多顯然不合理，但是講授過少則影響學生對課程的理解。因此很難在有限的課時內完成這些內容的講解，如何優化教學內容，合理安排教學進度，通過教學改革幫助學生掌握所需的基礎和專業知識也是該課程教改過程中所需解決的問題。三是考核方式過于單一。對于壓力容器安全這門課的考核，目前大部分學校采取期末閉卷考試的方式，考察學生對壓力容器基本概念、專業術語、基本理論和方法等內容的理解和掌握情況，考試的題型也無非是選擇、判斷、簡答和計算等。成績評定也多以期末試卷成績為主，很少考慮平時成績。這樣的試題組成和考核方式，不僅不能全面檢測學生對知識的掌握程度，還會促使學生死記硬背書本知識，分析和解決問題的能力得不到任何提高。以上這些問題很大程度上影響了壓力容器安全課程教學的質量和效果[5-6]。

2? 該課程教學改革的方法和實踐

針對上述幾點問題，該課題組在教學改革中進行了以下幾個方面的實踐。

2.1 在教學內容方面

該課題組根據企業工程實踐的基本要求，重新梳理了壓力容器的理論教學內容。通過修訂培養計劃和教學目標，確定了壓力容器安全課程的主要教學內容分為5個部分：第一部分是壓力容器基本知識，包括壓力容器的限制性定義、特點、性質和分類等;第二部分是壓力容器的設計，主要包括常用鋼材基本知識、材料的性能和影響因素，整體結構、零部件的結構，強度計算與校核、常用設計計算公式等;第三部分是壓力容器的安全性能和安全裝置，包括壓力容器的破壞形式：延性斷裂、脆性斷裂、疲勞斷裂、應力腐蝕斷裂、壓力沖擊斷裂、蠕變斷裂;安全裝置：壓力表（分類、結構、使用和維護）、安全閥（作用、分類、結構、額定限放量、使用）、爆破片（形式、設計計算、質量要求、使用）等;第四部分是壓力容器的定期檢驗，包括檢驗目的和基本要求：檢驗目的、檢驗周期和項目、檢驗要求;常見的缺陷及其檢驗：腐蝕、裂紋、變形、常用檢驗方法介紹;壓力容器耐壓試驗：目的和作用、試驗用加壓介質、試驗溫度和壓力、試驗程序和方法、殘余變形測定、試驗結果的評定等;第五部分是壓力容器的使用和管理，包括運行的控制、操作的安全注意事項、運行中的主要檢查內容、停止運行，基礎管理、管理制度和維護保養[4-7]。

同時，由于壓力容器安全的理論性和實踐性都很強，我們為該課程配備了兩周時間的課程設計教學環節和4學時的綜合實驗，其中課程設計是要求學生完成一個帶夾套的反應釜，給定工藝條件和結構要求，設計的主要參數有筒體和封頭結構設計、封頭容積、質量的計算、壓力容器內直徑選取、設計載荷的確定、泄壓裝置的確定、設計壓力或計算壓力的確定、設計溫度的確定、厚度附加量、殼體加工成形后不包括腐蝕裕量的最小厚度、許用應力、焊接結構及焊接接頭系數、容器壁厚計算、鋼管選用、容器法蘭及螺栓聯接、墊片、管法蘭及螺栓聯接、墊片、開孔及開孔補強計、安全泄放量及泄放面積計算、檢查孔設計、容器支座等。綜合實驗包含兩個部分，即內壓薄壁容器應力測試實驗和安全閥泄放性能測定實驗，實際測量壓力容器橢圓、球形、錐形和平板封頭在內壓作用下的應力分布并繪制封頭的應力分布曲線，了解邊界應力對容器應力分布的影響;測定安全閥的排放壓力，繪制安全閥開啟前后的壓力變化曲線，測定安全閥在基準進口溫度下的排量。這些課程設計和綜合實驗可以更好地培養學生綜合運用所學理論知識去解決一般工程實際問題的能力，鍛煉學生的工程意識和實踐動手能力[8]。

2.2 在教學方法方面

該課題組在教學中注重教學方法的探索和改進，積極嘗試采用多種教學方法和手段進行教學，調動學生學習的積極性。注重學習成效，特別是注重培養學生的專業能力。采用以多媒體教學為主，通過多媒體課件直觀性強，信息量大的特點，全方位地展示教學內容，改變傳統單一的教學模式。同時，嘗試在教學中應用案例教學法。案例教學法直觀生動，易于學習和理解，教師準備具體生動的真實案例，讓學生對案例進行初步分析，在課堂上，以學生為主體，調動學生聽課的積極性，教師作為主持者、引導者和評價者，引導學生進行課堂討論，不斷變換教學方式，對案例進行全面分析，并對討論內容進行總結和點評。案例教學法的優點是能夠實現教學相長。在教學中，教師和學生通過共同研討，不但可以發現自己在案例準備中的存在哪些問題，還能從學生那里獲得更多的靈感和素材，集思廣益，開闊思路，為以后的案例完善和更新打下基礎[9]。另外，還運用其他教學方法，如討論式教學、翻轉課堂教學法等。多種教學方法的應用，能有效改善單純講授式教學的呆板和枯燥局面，既活躍了課堂氣氛，又可以激發學生興趣、加深學生印象、鞏固學習效果[10-11]。

2.3 采取形式多樣的課程考核方式

該課題組根據工程教育專業認證的要求，將學生的成績分解為平時的課堂表現（10%）、實驗成績（10%）、課程設計成績（20%）和期末筆試成績（60%）等幾個部分[12-13]。平時成績考核形式主要包括平時出勤、回答問題和小組討論，根據平時考核和表現進行綜合評定;實驗成績則是根據兩次壓力容器綜合實驗的預習報告、實際操作以及實驗報告進行成績評定;課程設計成績則是根據設計說明書、設計圖紙的質量和答辯情況進行綜合評定，根據專業認證達成度的要求，考察學生對安全工程問題提出具有一定創新意識的解決方案，以滿足系統的安全需求的能力，并且考察學生運用現代信息技術工具預測和模擬復雜安全工程問題和將工程管理原理和經濟決策方法綜合應用于解決安全工程問題的能力。期末成績采用閉卷考試形式，題型包括選擇、簡答、計算和綜合分析題等，根據專業認證達成度的要求，考察學生對壓力容器安全的基礎知識的掌握情況，包括壓力容器相關的技術標準、產業政策和法律法規的掌握情況，發現和識別日常管理中安全隱患的能力，辨識控制其運行過程中的危險有害因素并能采取有效控制措施，應用數學、自然科學和工程科學的基本原理分析復雜安全工程問題，正確表達設備的復雜安全工程問題;可以通過收集特種設備日常運行中的參數來分析其安全現狀，以及要求學生能夠調研和分析國內外特種設備安全方面的最新進展等。這樣綜合的考核方式不僅能滿足該課程專業認證畢業指標點達成度的要求，更有利于對學生理論和實踐能力的考察，更好地加強學生的學習效果。

3? 結語

該課程面向本科三年級的學生，經過4年的教學改革實踐，取得了明顯的效果，教師的理論水平和教學能力得到了較大提升，教學質量有了一定程度的提高。學生在學習中發現問題、分析問題和解決實際應用問題的能力也有了明顯的提高。但在實踐中，還存在一些問題，譬如教學內容還需要進一步梳理，教學方法還需要不斷探索和創新，課程的考核方式和評價方法還需要不斷完善，這就需要我們在后續的教學工作中不斷積累和總結，進一步提高教學質量，真正提升學生的理論知識水平和實踐能力，為學生以后的工作打下堅實的基礎。

參考文獻

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