《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》課程思政教學(xué)案例(一等獎(jiǎng))

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》課程思政教學(xué)案例（一等獎(jiǎng)）一、課程簡介《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》課程是為工科院?；瘜W(xué)化工與制藥品類專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)核心課。其主要任務(wù)是使學(xué)生通過學(xué)習(xí)掌握工程力學(xué)的基本理論、基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，能熟練地利用物體受力平衡的基本原理對(duì)物體進(jìn)行受力分析，會(huì)建立承受拉伸（壓縮）、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲及簡單組合變形物體的強(qiáng)度條件、剛度條件，具備對(duì)常用化工設(shè)備進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核的能力。課程注重學(xué)生的價(jià)值觀引領(lǐng)、創(chuàng)新精神培養(yǎng)和安全、環(huán)保理念養(yǎng)成等思政目標(biāo)和專業(yè)學(xué)習(xí)目標(biāo)的有機(jī)融合。使學(xué)生從力學(xué)角度建立認(rèn)識(shí)世界的理性思維基礎(chǔ)，對(duì)具體問題能夠進(jìn)行科學(xué)分析，批判和質(zhì)疑，從而培養(yǎng)勇于探究的科學(xué)精神。通過從裝備制造業(yè)對(duì)我國創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展作用的角度出發(fā)，激勵(lì)學(xué)生積極投身“中國制造2025”的歷史使命中去。針對(duì)化工設(shè)備易燃、易爆、易中毒、高溫、高壓、腐蝕等特點(diǎn)，從設(shè)備的設(shè)計(jì)和運(yùn)行過程中的基本科學(xué)問題著手，著重培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、負(fù)責(zé)的職業(yè)素養(yǎng)。圍繞設(shè)備安全，從選材、設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行、檢修等層面展開系統(tǒng)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)合格的化學(xué)工程師。二、教學(xué)目標(biāo)（一）本講的課程思政教學(xué)目標(biāo)1.要求學(xué)生結(jié)合直梁彎曲知識(shí)的學(xué)習(xí)，深刻理解所學(xué)的知識(shí)對(duì)于土木建筑、橋梁隧道、化工機(jī)械等工程的重要意義，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中逐漸對(duì)自己所學(xué)專業(yè)產(chǎn)生榮譽(yù)感；同時(shí)使學(xué)生更好地將理論力學(xué)專業(yè)知識(shí)和實(shí)際工程應(yīng)用相聯(lián)系，培養(yǎng)其認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度，對(duì)未來從事的專業(yè)和工作增加使命感和責(zé)任感。2.培養(yǎng)學(xué)生獲得知識(shí)及用所學(xué)知識(shí)解決梁構(gòu)件的相關(guān)的工程實(shí)際問題的能力（教學(xué)）；同時(shí)注重學(xué)生科學(xué)思維和安全意識(shí)的培養(yǎng)，全方位提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和職業(yè)使命感（思政）。（二）案例如何體現(xiàn)課程思政教學(xué)目標(biāo)1.以多倫多大學(xué)工程院的榮譽(yù)戒指的由來為例，簡介指環(huán)的來歷、其含金量及其背后的意義，時(shí)時(shí)提醒著工程師肩負(fù)的責(zé)任。案例選取與工程專業(yè)素養(yǎng)緊密銜接，不僅為學(xué)生所學(xué)理論知識(shí)找到應(yīng)用出口，提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，并通過工程案例的警示意義，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、負(fù)責(zé)的職業(yè)素養(yǎng)。2.結(jié)合化工過程各種塔、換熱器、儲(chǔ)罐等均可作為梁結(jié)構(gòu)處理，化工生產(chǎn)涉及的物料性質(zhì)各異（可能存在易燃、易爆、有毒等問題）、存在高溫、高壓環(huán)境，各種生產(chǎn)事故的發(fā)生與設(shè)備管理不當(dāng)有直接關(guān)系，這就更要求化學(xué)工程師掌握影響梁結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵因素，從而在處理設(shè)備安全問題時(shí)應(yīng)具有科學(xué)思維和責(zé)任擔(dān)當(dāng)。三、課程思政案例內(nèi)容(一）案例的引出（3分鐘）課堂活動(dòng)：1.結(jié)合圖片提問：多倫多大學(xué)工程專業(yè)畢業(yè)生特有的“吉卜林儀式”上會(huì)授予工程學(xué)院畢業(yè)生一枚小戒指——工程師之戒。這戒指不是金子做的，而是用鋼做成的。學(xué)生照相時(shí)特意把手舉起來亮出自己的戒指，以獲得這枚戒指為榮。哪位同學(xué)聽說過多倫多大學(xué)的工程戒指？它非金非銀的一個(gè)小鐵環(huán)，卻比金銀更有價(jià)值，為什么？2.學(xué)生分組討論并回答，引出直梁彎曲的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)意義。

3.總結(jié)：多倫多大學(xué)工程系享有盛譽(yù)，只有約一半學(xué)生能夠最后畢業(yè)，戴上這枚戒指。戒指背后是發(fā)生在魁北克大橋的兩次血的教訓(xùn)。這枚工程師之戒特意被設(shè)計(jì)成殘骸般的扭曲形狀，規(guī)定必須戴在工程師工作手的小拇指上。使工程師們?cè)谖展P描繪圖紙，為一個(gè)工程勾劃線條、開列數(shù)據(jù)、標(biāo)注文字時(shí)，小拇指首先就有“受硌”的感覺，顯示它的存在，進(jìn)而提醒執(zhí)筆者意識(shí)自己的每個(gè)細(xì)小舉措都將影響深遠(yuǎn)，作為工程師重大責(zé)任。這枚戒指代表著工程師的責(zé)任、義務(wù)以及謙卑，提醒他們永遠(yuǎn)不要忘記歷史的教訓(xùn)與恥辱，不做“豆腐渣”工程。

(二）案例內(nèi)容（8分鐘）

1.授課內(nèi)容：

1）提出課程目標(biāo)：如果一直桿在通過桿的軸線的一個(gè)縱向平面內(nèi)受到力偶或垂直于軸線的外力（即橫向力）作用，桿的軸向就變成一條曲線，這種變形稱為彎曲變形。發(fā)生彎曲變形的構(gòu)件叫做梁。2）本章要解決的核心問題是：發(fā)生梁在外力的作用下會(huì)不會(huì)被破壞，即強(qiáng)度問題；以及梁在外力作用下的變形是否超出許可，即剛度問題。而解決這兩個(gè)問題的根本思路和解決直桿拉壓變形問題是類似的。以構(gòu)件的“載荷——變形——內(nèi)力——應(yīng)力——強(qiáng)度條件（剛度條件）”為認(rèn)識(shí)直梁彎曲的邏輯順序，建立本章的學(xué)習(xí)目標(biāo)和重點(diǎn)學(xué)習(xí)內(nèi)容，并逐步掌握對(duì)直梁彎曲問題進(jìn)行分析解決的根本方法。課程目標(biāo)：能根據(jù)梁的受力，對(duì)梁的變形進(jìn)行分析，從正應(yīng)力的合力矩角度理解彎矩的意義。3）思政目標(biāo)：a、將理論力學(xué)專業(yè)知識(shí)和實(shí)際工程應(yīng)用相聯(lián)系，培養(yǎng)其認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度，對(duì)未來從事的專業(yè)和工作增加使命感和責(zé)任感。b

、培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和安全意識(shí)，全方位提升學(xué)生的科學(xué)和職業(yè)素養(yǎng)。②課前測(cè)：你認(rèn)為魁北克大橋發(fā)生垮塌的根本原因是什么？

③問題引導(dǎo)式分析：從梁的變形看梁上的內(nèi)力分析一下如圖所示簡支梁的變形。在梁上取兩相鄰截面a1b1c1d1和a2b2c2d2，并畫三條縱向線m1m2，n1n2，O1O2，其中O1O2畫在梁的1/2高度處。

梁承受外力P及支反力YA=YB后,變形如下：c、課堂討論：中性軸以上和中性軸以下的縱向纖維發(fā)生什么變化？（2分鐘后選人回答）4）分析講解：A、梁的所有縱向纖維由直變彎，而且mlm2縮短，n1n2伸長，O1O2長度未變。這說明梁的上半部受到縱向壓縮，下半部受到縱向拉伸，而且離O1O2越遠(yuǎn)的縱向線，它們被壓縮或被拉伸的程度也越大;B、梁的橫向線alb1與a2b2由互相平行變?yōu)椴辉倨叫?，這說明所取的這兩個(gè)相鄰的截面與發(fā)生了相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。證是由于梁的一系列相鄰橫截面之間都發(fā)生了繞各自中性軸的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以才導(dǎo)致了梁的由直變彎，以及梁的縱向纖維有了伸長和縮短。為了暴露使梁縱向纖維發(fā)生長度變化的拉伸和壓縮應(yīng)力，我們假想將梁沿a1b1c1d1平面截開。在截開截面的兩側(cè)分別作用著正應(yīng)力σ。

中性軸以上的壓應(yīng)力和中性軸以下的拉應(yīng)力對(duì)中性軸構(gòu)成一個(gè)合力矩。5）元素融入：以構(gòu)件的“載荷——變形——內(nèi)力——應(yīng)力——強(qiáng)度條件”為認(rèn)識(shí)直梁彎曲的邏輯順序，使學(xué)生明確本節(jié)課學(xué)習(xí)目標(biāo)在整個(gè)直梁彎曲學(xué)習(xí)中的地位和作用，引起其對(duì)重點(diǎn)學(xué)習(xí)內(nèi)容的關(guān)注，進(jìn)一步采用問題引導(dǎo)的方式逐步深入學(xué)習(xí)分析解決問題的根本方法。6）思政元素始終作為“暗線”貫穿始終。鑒于上述魁北克大橋問題的發(fā)生，結(jié)合課程內(nèi)容和學(xué)生的知識(shí)積累，采用探究法，抽絲剝繭指出問題出現(xiàn)的根本原因，從而使學(xué)生對(duì)梁的工程問題建立起系統(tǒng)的分析思路。(1）由已知力，根據(jù)平面力系的平衡條件求出未知力，首先弄清梁的受力情況。(2）梁構(gòu)件在力的作用下發(fā)生怎樣的變形？根據(jù)力學(xué)基本知識(shí)，變形會(huì)導(dǎo)致內(nèi)力的產(chǎn)生，梁上的內(nèi)力是什么？后續(xù)繼續(xù)沿著這一思路學(xué)習(xí)，進(jìn)一步問題引導(dǎo)：結(jié)合學(xué)過的強(qiáng)度知識(shí)，想一想如何解決梁的破壞問題？(3)內(nèi)力在梁上不是均勻分布的，梁的危險(xiǎn)截面怎么確定？（彎矩方程與彎矩圖、剪力方程與彎矩圖）(4)內(nèi)力是如何構(gòu)成的？采用什么方法能求取內(nèi)力？梁上正應(yīng)力的分布規(guī)律及求取。v正應(yīng)力的強(qiáng)度條件，即載荷達(dá)到什么條件梁就會(huì)被破壞？vi如何設(shè)計(jì)梁，設(shè)計(jì)梁需要考慮的影響因素。7)結(jié)語：工程項(xiàng)目在完成后，更要在自然環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件的變遷中服務(wù)于大眾很多年，要接受實(shí)踐的檢驗(yàn)，很多最初設(shè)計(jì)時(shí)意想不到的問題就會(huì)暴露，需要工程師有勇氣、社會(huì)有制度來發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。所以社會(huì)要求工程師具有謙遜樸實(shí)、一絲不茍的科學(xué)精神和更高的職業(yè)操守及責(zé)任意識(shí)?；ぴO(shè)備中的塔設(shè)備作為懸臂梁要經(jīng)受自身載荷、風(fēng)載荷、地震載荷的檢驗(yàn)；臥式容器的儲(chǔ)罐、換熱器作為簡支梁要經(jīng)受自身彎矩和失穩(wěn)的考驗(yàn)，化工工程師更需要足夠的安全意識(shí)和工程師使命感。四、分析講解（一）重點(diǎn)分析：1.案例與本講內(nèi)容的關(guān)聯(lián)度基于“載荷——變形——內(nèi)力——應(yīng)力——強(qiáng)度條件”的材料力學(xué)基本邏輯思路，學(xué)生在尊重認(rèn)知規(guī)律的基礎(chǔ)上對(duì)問題的認(rèn)識(shí)由淺入深，基于前序章節(jié)拉壓變形的學(xué)習(xí)，對(duì)梁的強(qiáng)度問題建立了系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。同時(shí)對(duì)后續(xù)要學(xué)習(xí)的內(nèi)容有了一個(gè)概覽性的認(rèn)識(shí)，也對(duì)要學(xué)習(xí)的重點(diǎn)問題建立了初步認(rèn)識(shí)，便于進(jìn)行認(rèn)知遷移，從而訓(xùn)練邏輯思維能力，并滲透工程問題的簡化方法和研究思路。結(jié)合所學(xué)專業(yè)讓學(xué)生明確，化工過程各種塔、換熱器、儲(chǔ)罐等設(shè)備均可作為梁結(jié)構(gòu)處理（和大橋的本質(zhì)式一樣的涉及受力分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、選材等問題），化工生產(chǎn)涉及的物料性質(zhì)各異（可能存在易燃、易爆、有毒等問題）、存在高溫、高壓等極端環(huán)境，設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)可能引發(fā)什么危害？引出課程思政目標(biāo)2，各種生產(chǎn)事故的發(fā)生與設(shè)備的設(shè)計(jì)或管理不當(dāng)有直接關(guān)系，這就更要求化學(xué)工程師掌握影響梁結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵因素，從而在處理設(shè)備安全問題時(shí)應(yīng)具有科學(xué)思維和責(zé)任擔(dān)當(dāng)。（二）如何達(dá)成課程思政預(yù)期目標(biāo)1.案例導(dǎo)入并使用參與式提問的方法，讓學(xué)生從案例討論入手，明白所要學(xué)習(xí)問題的重要性。通過工程案例的警示意義，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到不尊重科學(xué)，沒有工程師職業(yè)素養(yǎng)和職業(yè)道德對(duì)社會(huì)的巨大危害，培養(yǎng)其科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、負(fù)責(zé)的職業(yè)素養(yǎng)。2.采用問題引導(dǎo)式的講授法，結(jié)合BOPPPS結(jié)構(gòu)，理清本章重點(diǎn)內(nèi)容及其邏輯聯(lián)系，明確本部分內(nèi)容對(duì)應(yīng)解決的工程問題，從而訓(xùn)練邏輯思維能力，提升工程實(shí)踐能力。由生活實(shí)例、工程案例到理論教學(xué)的課堂教學(xué)實(shí)踐，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從生活實(shí)例中啟發(fā)思維，從中提取理論本質(zhì)，并能將生活中獲得的經(jīng)驗(yàn)遷移到學(xué)習(xí)中，將理論知識(shí)直接應(yīng)用有解決工程實(shí)際問題，提高課堂教學(xué)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)掌握理論知識(shí)、培養(yǎng)工程能力的目的，構(gòu)筑