基于仿真模型的《玻璃工厂设计概论》教学改革与创新

武丽华

（河北建材职业技术学院 秦皇岛市 066004）

0 引言

《玻璃工厂设计概论》是建筑材料工程技术专业玻璃生产技术方向的专业核心领域课程，该课程包括：玻璃工厂建设的前期准备、玻璃工厂的厂内规划设计、工艺设计及工艺流程的选择、原料车间工艺布置及设备选型、熔制车间工艺布置及窑炉结构设计、成形（锡槽）退火窑结构设计、工艺设计所需的其它专业知识等。通过教学，培养学生或技术工人的绘图识图能力和设计计算能力，为其今后从事玻璃工厂建线、冷修、工厂设计奠定基础。

1 教学改革的背景和意义

玻璃行业正处于一个关键的转变期和改革期，由数量向质量转变，由复制向创新转变，由传统浮法玻璃向“二代浮法”及新型玻璃产业结构转变，由机械向智能转变，由国内向国际扩展，由实体经营向网络营销扩展。行业的革新为高职毕业生带来了难得的机遇，提供了能够展示高职毕业生优势的工作平台和广阔的发展空间，同时，也对相关专业人才培养提出了新的要求。

近年来，在专业人才培养方案修订过程中，有越来越多的企业专家委员提出学生的专业识图绘图能力需要加强，以帮助其更好地熟悉熔窑、锡槽、退火等设备的结构，进而更好地完成设备的安装、维护、操作、控制等具体工作。一部分学生在顶岗实习过程中就开始参与新生产线或冷修技改生产线项目的建设，对学生来讲机会非常难得，但是如果对于工厂组成、设备结构不熟悉，识读设计图纸的能力达不到要求，工作起来就非常困难。从岗位需求方面来看，通过《玻璃工厂设计概论》课程来培养学生的这些技能是非常必要的。

经过调研发现，玻璃企业并不是需要学生会设计，而是需要学生能看懂设计成果，了解设计过程，熟悉工厂总图及重要热工设备的结构，所以，识读设计图纸，能够将设计图纸和实物联系起来，指导和监督设备的现场施工安装，这也是很重要的一项岗位能力需求，尤其是新建和改扩建项目时。在职业素质方面，通过让学生熟悉设计规范，树立按规范设计的理念，培养学生依法办事、依规办事的职业习惯，规范工作流程及操作方法。

在《玻璃工厂设计概论》教学中如何从基础出发，更清楚地表明各车间、设备的构造，使学生理解设备工作原理，是教学的难题之一。引入生产线仿真模型能较好地弥补这一不足。浮法玻璃生产线仿真模型与实际生产线相似，其构造如同在工艺现场看到的一样，具有强大的仿真能力，是实际生产线的缩小版，而且不必受生产现场噪音、高温、安全防护等复杂生产环境的影响，所以学生能够更清晰地认识生产线上各设备的结构。

2 教学改革与实践

2.1 “五位一体”教学方法

如果直接以单一的图纸为教学资料学生很难理解，教学过程也比较枯燥。为培养学习者识读设计图纸的能力，以便在建线、冷修过程中完成相关工作，结合现有条件进行了如下改革：将玻璃模拟仿真实训室作为一个玻璃工厂情境，将学生作为一名设计者，通过设计规范、设计图、实物图片、工厂参观和仿真模型五位一体的教学方法训练学生对玻璃工厂组成、主要车间、设备结构的认知及识读图纸的能力。见图1。

图1 “五位一体”教学方法

2.2 设计类课程教学实施路线

《玻璃工厂设计概论》课程包括三部分核心内容，即配料、熔制、成形及退火各车间的布置及主要设备的设计。这些内容特点相似，目标相同，采用相同的教学实施路线。针对职业院校学生和一般技术工人空间想象及识图能力较弱的学情，教学过程因由浅入深、由简到难、循序渐进，以“模型认知”“图纸识读设备结构”“图纸识读设备尺寸”“设计及计算”的路线来完成，并在此过程中将“模型、图纸、设计规范”三者对应起来，达到统一，形成对玻璃生产核心设备扎实的认知体系。另外，由该课程之前的认识实习参观作为铺垫，之后的课程设计实训作为综合应用训练来巩固学习效果，见图2。

图2 设计类课程教学实施路线

具体教学实施路线步骤：

第一步，学生在前段学习中完成了认识实习，去工厂参观过实际的车间、生产线，并且学习了《玻璃配合料制备》、《玻璃熔制操作与控制》、《玻璃成形退火操作与控制》等专业核心课程，以此为基础让学生完成模型的认知，在仿真模型上正确识别三大热工设备的各部位结构；

第二步，对模型进行三向分解，分小组讨论设备主视、侧视、俯视外观；

第三步，展示实际设计图纸，由学生将三视图与模型进行对照识读，教师指导；

第四步，学习设计规范，对设计规范中的相应内容进行解读，学生讨论，教师补充；

第五步，将前面完成的设计规范、仿真模型、设计图三者进行对照识读。课堂上分小组识图，小组中不同组员分别负责在图纸、模型、设计规范上找到同一个结构，然后根据图纸和模型理解设计规范，组员轮换进行，效果较好；

第六步，结构识读后，识读图中尺寸，将图纸上的长宽高与仿真模型上对应部位的尺寸一一对应，即尺寸识读；

第七步，尺寸识读后，难度提高，需进行重要尺寸的设计计算，理解设计依据，熟悉计算公示及方法。

在此课程中所有车间、设备设计学完之后，在集中实训《课程设计》中可以进一步巩固、实践、综合训练。

2.3 综合考核方式探索

《玻璃工厂设计概论》课程涉及到的知识、能力的综合性、实践性较强，采取传统的期末试卷考核方式不能全面考核学生的识图绘图能力，但由于设计计算过程需要时间较长，也无法在传统试卷考试中完成。经过研究讨论，采取了识图、绘图、设计计算三方面综合考核，在教学过程中分批分次人人考核，既有一对一的识图考核及模型指认考核，也有主要车间或设备的结构图绘图考核，还有试卷计算题及设计理论题的考核。既完成了对课程教学目标完成情况的评价，又在考核中提升了学生的能力，过程考核和结果考核相结合，考核方式全面、客观。考核方式见图3。

图3 考核方式

3 教学效果及推广价值

传统教学模式以教师口授为主，多采用多媒体加黑板的方法，一些对于设计图纸的讲解，教师讲授困难，学生理解更困难，只能凭想象，而一般的学习者空间想象能力较差，因此影响了教学效果。仿真模型能较好解决这一问题，使枯燥干瘪的内容生动起来，更直观，更容易被学生接受。因此，在课堂教学中引入仿真模型能明显提高教学质量。

浮法玻璃生产线仿真模型有助于改进教学效果，解决了实习机会有限而无法在教学中按需随时参观实际生产线的问题。仿真模型在课堂中的引入突破了空间的限制，学生可以随时将模型与图纸或设计规范对应，更快地掌握设备的构造和设计要求，当学生真正走出学校时，能做到心中有数，减少操作的盲目性。

通过近三年的研究与实践，达到了提高该课程教学质量的目标，也为今后的教学工作提供了参考，学生完成了基本的学习任务，同时综合能力得到锻炼。教学效果也得到了学生和专业教师的认可。

4 结语

基于仿真模型的教学方法在同类课程或以识图、绘图、设计为目的教学与培训中进行推广使用，循序渐进、系统的教学路线特别适用于目前高职学生及一般技术工人的认知水平，基于仿真模型，结合设计图、实物图、设计规范，以设计过程作为载体，使学习者对设备的认识能做到图物合一，在院校课堂教学、实习实训教学和企业员工培训中有推广价值。