《过程设备设计》MOOC课程建设与实践

董金善，王海峰，周剑锋，周勇军

（南京工业大学，江苏 南京）

一 引言

南京工业大学是全国最早设立过程装备与控制工程本科专业的五所高校、最早设立化工过程机械博士点的三所高校之一，具有悠久的专业办学历史。八十年代的第一本全国通用教材《化工容器及设备》就有我校的戴树和教授与钱惠林教授参加编写。1998年全国本科专业调整后，我校与浙江大学、郑州大学发起编写《过程设备设计》教材，获普通高等教育“十一五”“十二五”“十三五”国家级规划教材，多次获得全国石油和化学工业优秀教材一等奖。本文结合该教材内容，介绍《过程设备设计》MOOC课程资源的建设及实践情况。

二 课程内容

《过程设备设计》课程是“过程装备与控制工程”专业的一门专业核心课程。其主要课程内容包括弹性力学基础、压力容器设计理论及方法、典型过程设备的基本理论及设计方法等。本课程对压力容器中的筒体、接管以及封头等过程设备的主要部件作了弹塑性力学理论分析和计算设计公式推导，并对设备设计过程中所涉及到的规范、标准以及常用材料的选择做了详细介绍。在此基础上对如压力储罐、反应釜、换热器以及各类塔设备等典型过程设备的典型结构、原理及主要零部件的设计计算做了详细讲解。

三 课程目标

本课程是南京工业大学“过程装备与控制工程”专业的核心课程，其目的是通过本课程的学习使学生将课本理论同实践的工程实践相结合，使学生活用课本知识并初步获得从事压力容器、热交换器等相关压力容器设计和研究开发的能力。具体课程目标如下：

课程目标1：熟悉压力容器总体结构；掌握压力容器分类方法；能分析比较国内外规范和标准。

课程目标2：掌握回转薄壳、厚壁圆筒的应力分析方法及外压圆筒稳定性的分析方法；熟悉圆平板应力的基本原理及其应力分布；了解局部应力分析方法及降低局部应力的措施。

课程目标3：熟知压力容器常用钢材；能分析制造工艺和环境等外界因素对材料性能的影响；掌握材料选用基本要求及法规标准的相关规定。

课程目标4：理解压力容器设计文件的基本要求；熟悉压力容器设计准则，掌握压力容器主要受压元件的设计方法及计算步骤；能基于应力分类准则进行分析设计和疲劳设计，完整制定压力容器制造相关技术要求。

课程目标5：掌握储存设备、塔设备、换热设备、反应设备等典型设备的结构设计要领、强度计算方法。

四 建设措施

1.科学规划在线学习资源，实现教学资源共享。

在《过程设备设计》省精品课程教学资源的基础上，围绕教学目标精心设计教学活动，科学规划在线学习资源。包括课程介绍、负责人介绍、教学大纲、教案演示文稿、在线作业、试题库、参考资料和课程教学录像、微课制作等[1]。

2.开展在线学习与课堂教学相结合、探索翻转课堂等多种方式的课堂教学模式。

第一，探索《过程设备设计》翻转式教学模式，课前组织学生观看教学视频，对本章授课内容进行初步预习和针对性的练习；学生针对预习时的问题在课堂上认真听讲并互相交流，发现并提出解决不了的共性问题，教师集中引导学生解答；教师设计应用问题和项目，学生分组进行协作研究，课堂汇报成果；课后教师对教学效果进行评测。通过翻转课堂，引导学生自主学习，提高教师授课效率和学生学习兴趣，培养学生获得团队协作精神和创新思维能力[2]。

第二，实施《过程设备设计》分层次提高教学模式改革，按照逐层递进的原则将课程设置进一步细化，逐层提高学生的实验能力，全面提升学生的理论创新能力与工程实践应用能力[3]。同时，将《过程设备设计》与《ASME设计软件》课程结合，让学生体验国内外的设备设计方法，在熟悉国内SW6设计软件的基础上，能及时掌握国外ASME设计软件，为后续毕业设计及就业等打下坚实基础。

3.实施先进的实验教学方法，提升“先进的实验教学信息化水平”。

创新和使用多媒体实验教学、仿真实验教学、网络辅助实验教学、自主式研究式实验教学、开放式合作式实验教学等教学手段，积极开发综合性、设计性、创新性实验项目[4]。为保障课堂内容的与时俱进，教师将最新的研究成果生动并且高效地转化为具有实效性、创新性和综合性的实验教学内容。与此同时大力支持在校本科生积极参加大学生挑战杯创新活动和创新基金资助计划等相关国家级、省市级竞赛。通过这些科研创新竞赛活动，不仅可以使学生将所学知识学以致用，进而加深对课程内容的理解；而且还可以激发出学生对参与科研过程的积极性，增强创新意识，提高创新能力。对于教师而言，教学要基于基本问题并结合典型项目和经典案例开展互动式、研讨式的教学方式；在此基础上，引导学生自发、积极、深入地学习和研究知识。与此同时也要注重课本基础知识与前沿科研成果、理论公式与工程实践、经典与现代相结合，虚拟仿真与实验研究相结合，基本规范养成、基础能力训练与创新能力培养相结合，这样才能使学生深刻掌握并灵活应用所学知识，促进其多样化成才[5]。

在通讯技术飞速发展的今天，教学队伍将现代通讯信息技术融入到传统教学方式中，通过利用线上师生沟通的方便性以及线上教学的灵活性，推进信息技术与实验教学的深度融合。建设普通实验教学、研究性实验教学和虚拟仿真实验教学等信息化实验教学资源，利用学校信息管理平台建立统一的实验教学中心，推动课程管理、师生交流、教学评价的信息化，实现实验内容、空间、时间、人员、仪器设备等的高效利用和开放共享[6]。

4.按照“讲一、学二、考三”的要求，建立多元化学习评价体系。

传统对学生课程考核方式多是以期末考试成绩为评价标准，此考核方式存在诸多弊端，不能客观、科学地反映学生的全面水平[7]。因此在课程考核中，针对传统考核方式“一锤定音”的局限性，拟按照“讲一、学二、考三”的要求，建立多元化学习评价体系。不仅是单纯考核学生背题答题的应试能力，更主要的是考核学生在完成课程学习后，对该课程回顾和思考后提出问题、分析问题和自我解决问题的综合能力。同时进一步深化对学生线上听课情况考核和线下练习完成情况考核相融合，探索平日课程学习过程性评价、阶段性评测和终结性评价相结合的多维度考核评价模式，促进学生自主性学习、过程性学习和沉浸体验式学习，进而全面提高学生的综合素质能力。课程成绩由终结性考核并结合过程性考核综合评定。

五 MOOC课程资源

南京工业大学《过程设备设计》课程于2010年获江苏省精品课程，2016年获批“十三五”江苏省高等学校在线开放课程（MOOC），2017年完成了MOOC课程资源建设，在爱课程（中国大学MOOC）运行平台上正式上线运行（https://www.icourse163.org/course/NJTECH-1001753225）。该MOOC课程资源包括课程公告1个、授课视频46个、非视频资源58个、测验和作业16次习题总数206道、考核（试）2次试题总数53道，开课周数17周56学时。其中授课视频包括课程介绍（说课）1个、压力容器导言4个、压力容器的应力分析8个、压力容器材料及环境和时间对其性能的影响4个、压力容器设计16个、储运设备3个、换热设备3个、塔设备4个、反应设备3个，具体内容如表1所示。

表1 《 过程设备设计》MOOC课程授课视频资源

六 课程特色

1.课程选用国家级规划教材，课程内容丰富。

本课程的教材选用郑津洋、桑芝富（南京工业大学）等主编的《过程设备设计》，该教材2001年由化学工业出版社出版的“十二五”普通高等教育国家级规划教材，2005年、2010年、2015年及2020年共五版，获中国石油和化学工业优秀出版物（教材类）一等奖。课程团队主讲教师董金善、王海峰于2020年参加了该教材“第五版”的修订。

2.科学规划在线学习资源，繁中求简，责任引领。

本课程自2017年9月在中国大学MOOC平台开放运行至今共6期。第一批国家一流本科课程申报后，补充了授课视频23个，课程资源已包含教材8章全部内容。建设过程贯彻“少而精、博而通”的教学思想，主动对接过程工业发展对先进设计人才的知识和能力需求，结合国家及行业发布的最新标准，科学规划学习资源[8]；并通过国际标准ASME的介绍，紧跟业界最新技术进展，与业界无缝对接，实现责任引领。

3.依托品牌，多方融合，培育工程能力。

南京工业大学过程装备与控制工程专业为江苏省首批品牌专业，本在线课程是品牌专业的重要成果之一。依托品牌专业，团队人员自主开发了“薄壁容器应力测试、外压容器失稳、高压容器爆破、搅拌容器性能测试”等实验装置，其中“搅拌容器性能测试装置”获国家发明专利。这批实验装置已在全国60余所高校获得推广应用，促进了专业发展，受到兄弟院校的好评。同时，本专业通过了中国工程教育专业认证，在线课程以专业认证理念和认证标准设计教学方法和组织教学内容，坚持“以学生为中心”，有力地培养了学员解决工程项目问题的能力。

4.按照“讲一、学二、考三”的要求，建立多元化学习评价体系。

“讲一”即老师讲的内容是1/3，“学二”即学生在教师的指导下自学剩余的2/3内容，“考三”即平时考核（在线讨论与单元作业）、单元测验、结课考试相结合[9]。拟按照“讲一、学二、考三”的要求，探索平日课程学习过程性评价、阶段性评测和终结性评价相结合的多维度考核评价模式，促进学生自主性学习、过程性学习和沉浸体验式学习，全面提高学生的综合素质能力，打通了全过程评价链。

七 MOOC课程的运行

《过程设备设计》MOOC课程分别于2017年09月25日-2017年12月31日、2018年03月05日-2018年06月30日、2018年09月01日-2019年01月31日、2019年03月04日-2019年06月30日、2020年02月16日-2020年06月08日、2020年09月08日-2021年01月30日开设了6期，共计6000余人参加，选课高校包括南京工业大学、常州大学、大连理工大学、北京化工大学、西南交通大学、中国石油大学（华东）、郑州大学、南昌大学、中国科学院等40余所高校的“过程装备与控制工程”专业学生参与选课学习，同时还有企业从事压力容器设计与制造的工程技术人员参与选课学习。

1.申报高校教学中的应用。

专业课程教学中，在线课程与本校课堂教学同步进行，校内本专业学生100%参加在线课程学习及考核，课程予以综合考核，加权考虑了在线课程以及课程思政情况。通过在线互动、在线讨论等环节，增加了学生对课程的兴趣，解答了学生的疑难问题，课程的通过率、对应的毕业要求达成度都得到了显著提高。如与开展MOOC学习前的2017学年相比，4个自然班的平均成绩由75.3提高到2019学年的78.9。尤其在2020年疫情管控期间，本在线课程发挥了重要作用，选课人数剧增，实现了“停课不停教、停课不停学”。

2.面向其他高校学生和社会学习者的应用。

本MOOC课程自2017年09月上线开课至今，开设了7期，共计4821人参加。选课高校包括华东理工大学、浙江大学、大连理工大学、北京化工大学、西南交通大学、中国石油大学（华东）、郑州大学、南昌大学等32所高校，同时还有企业从事压力容器的工程技术人员参与选课学习。学习者评价：很棒，不错的学习平台。在线课程中老师们用简单的语言描述抽象的概念，让我十分轻松就能理解原本冗长的公式、概念，而且它提供了一个移动课堂。老师讲解很清晰、易懂，课后题也可以让我很好的复习，受益匪浅。从事压力容器行业的人员可以多多学习，很好。平台学习者评分为4.8分（满分5分）。

3.行业专家的评价。

中国工程院院士、教育部高等学校机械工程类专业教学指导委员会副主任委员、华东理工大学涂善东教授评价：该课程的MOOC建设，运用互联网+技术构建网络教学平台，开展在线学习与课堂教学相结合、探索翻转课堂等教学模式，为我国“过程装备与控制工程”专业培训与课程改革提供了很好的借鉴，具有很好的引领作用；同时也是我国“压力容器设计”一线的工程技术人员专业学习的最佳平台。《过程设备设计》教材第一主编、中国工程院院士、浙江大学郑津洋教授评价：该课程团队有深厚的研究实力，教学起点高，眼界阔，思维活跃，理念比较先进，处在国内《过程设备设计》课程改革的前列，在线课程教学水平已经达到国内先进水平。

八 结语

《过程设备设计》MOOC课程建设贯彻“少而精、博而通”的教学思想，主动对接过程工业发展对先进设计人才的知识和能力需求，结合国家及行业发布的最新标准，科学规划学习资源，并注意学科交叉，课程经典内容与现代科学内容处理得当[10]。采用开放式的实践教学模式，集科学理论、实践及能力培养于一体，注重培养学生的创新思维能力，先后获省教育厅教学成果（高等教育类）二等奖2项；课程负责人获“全国石油和化工行业教学名师”；该MOOC课程2021年获得江苏省首批“线上一流本科课程”，并被推荐申报了2021年国家“线上一流本科课程”。