化工過程流體機(jī)械教學(xué)方法的探索與實(shí)踐

周昌靜 王振波 王宗明 章大海

中國石油大學(xué)（華東）化學(xué)工程學(xué)院 山東青島 266555

化工過程流體機(jī)械是中國石油大學(xué)（華東）化工裝備與控制工程專業(yè)主干專業(yè)課程，課程綜合了機(jī)械、結(jié)構(gòu)、流體力學(xué)、工程熱力學(xué)、調(diào)節(jié)控制和選型操作等多方面的知識(shí)。課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生掌握過程流體機(jī)械的結(jié)構(gòu)形式、工作原理、性能特點(diǎn)和調(diào)節(jié)控制，培養(yǎng)學(xué)生具有從事化工過程流體機(jī)械的使用、選型、調(diào)節(jié)控制及研究改造的基本能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)理工科專業(yè)學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)的培養(yǎng)要求。為達(dá)到課程的教學(xué)目標(biāo)和對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)要求，多年來，課程組一直致力于對(duì)化工過程流體機(jī)械課程進(jìn)行教學(xué)方式的探索與研究。本文主要介紹“化工過程流體機(jī)械”教學(xué)過程中探索的教學(xué)方法。

1 更改教學(xué)模式，多媒體、板書、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相結(jié)合

在課程的授課過程中，采用多種教學(xué)手段相互配合的辦法，并根據(jù)授課內(nèi)容的特點(diǎn)，選用合適的教學(xué)手段和方法，以強(qiáng)化學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

針對(duì)授課內(nèi)容中流體機(jī)械過流部件和關(guān)鍵機(jī)械零部件基本結(jié)構(gòu)形式部分及流體機(jī)械工作理論當(dāng)中涉及的抽象、難懂的問題，采用多媒體教學(xué)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的板書和圖片講解，二維的流體機(jī)械內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖和工作原理圖被設(shè)計(jì)成三維立體圖和裝配動(dòng)畫，并輔之以學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)期間及機(jī)器拆裝實(shí)踐期間所拍攝的照片和錄像。多媒體教學(xué)不但使復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和抽象的原理變得直觀、易懂，而且會(huì)增加真實(shí)感，拉近學(xué)生和所要學(xué)習(xí)對(duì)象的距離，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)化工過程流體機(jī)械的認(rèn)識(shí)。對(duì)于授課過程中學(xué)生很難理解的流體在葉輪中的流動(dòng)過程和離心泵氣蝕、氣縛等現(xiàn)象，則通過計(jì)算流體力學(xué)CFD獲得葉輪內(nèi)流場(chǎng)分布、三維動(dòng)畫和試驗(yàn)視頻展示給學(xué)生，在有利于學(xué)生掌握好相關(guān)知識(shí)同時(shí)，也增加了課程的生動(dòng)性，提升了學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)的興趣。

化工過程流體機(jī)械同時(shí)也是一門理論性比較強(qiáng)的課程，授課過程中涉及很多流體機(jī)械理論公式的推導(dǎo)。針對(duì)公式的推導(dǎo)仍然采用傳統(tǒng)的板書形式，這樣公式推導(dǎo)過程中可以留給學(xué)生足夠的時(shí)間思考和消化，有助于學(xué)生對(duì)理論公式的理解和掌握，避免了多媒體幻燈片片片之間易脫節(jié)，使公式推導(dǎo)不連貫，導(dǎo)致學(xué)生思考不足、理解不透、學(xué)習(xí)困難等問題。同時(shí)利用黑板板書能夠增強(qiáng)教師授課時(shí)即興講解的上課效果，增強(qiáng)教與學(xué)的互動(dòng)性。

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，是遠(yuǎn)程教學(xué)的一種重要形式，是利用計(jì)算機(jī)設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)學(xué)生實(shí)行信息化教育的教學(xué)模式。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相比傳統(tǒng)教學(xué)模式，更能培養(yǎng)學(xué)生信息獲取、加工、分析、創(chuàng)新、利用、交流的能力[1]。針對(duì)化工過程流體機(jī)械授課人數(shù)多、授課學(xué)時(shí)少等特點(diǎn)，自2007年開始，利用中國石油大學(xué)（華東）精品課程網(wǎng)站建設(shè)，課程組開始籌建化工過程流體機(jī)械課程教學(xué)網(wǎng)站，課程課件、授課教案、電子教材、授課錄像、學(xué)習(xí)資料、實(shí)踐教學(xué)資料、參考資料等教學(xué)資源相繼上網(wǎng)，為學(xué)生在線學(xué)習(xí)提供了條件。根據(jù)學(xué)生網(wǎng)上學(xué)習(xí)反饋的信息，課程網(wǎng)站很好地發(fā)揮了輔教輔學(xué)功能，滿足了教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的需要。

2 強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，注重理論與實(shí)際相結(jié)合的教學(xué)方法

采用理論教學(xué)結(jié)合實(shí)踐教學(xué)過程、課堂教學(xué)結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程的教學(xué)方法，充分利用實(shí)踐教學(xué)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力，達(dá)到重視理論聯(lián)系實(shí)際、加強(qiáng)工程實(shí)踐意識(shí)和培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用能力的教學(xué)目標(biāo)。所以本課程在教學(xué)的設(shè)計(jì)上，采用多種實(shí)踐方法加強(qiáng)課程的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。

在專業(yè)實(shí)習(xí)的安排上，將專業(yè)實(shí)習(xí)安排在課堂教學(xué)之前，通過專業(yè)實(shí)習(xí)期間機(jī)械運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)參觀，加深學(xué)生對(duì)流體機(jī)械在化工生產(chǎn)中地位的認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生對(duì)流體機(jī)械的學(xué)習(xí)熱情。通過校內(nèi)實(shí)習(xí)基地教學(xué)模型、實(shí)物流體機(jī)械設(shè)備講解化工生產(chǎn)中涉及的流體機(jī)械的結(jié)構(gòu)和工作原理，比較不同類型流體機(jī)械的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，加深學(xué)生對(duì)各類流體機(jī)械結(jié)構(gòu)、工作原理和性能的認(rèn)識(shí)。同時(shí)通過實(shí)習(xí)過程中對(duì)典型流體機(jī)械的拆裝訓(xùn)練，學(xué)生可以加深對(duì)機(jī)器基本結(jié)構(gòu)的掌握，提高動(dòng)手能力，增強(qiáng)對(duì)課程學(xué)習(xí)的興趣。

在課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)上，通過開設(shè)往復(fù)活塞式壓縮機(jī)性能實(shí)驗(yàn)、離心泵性能實(shí)驗(yàn)和離心泵汽蝕實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生對(duì)往復(fù)活塞式壓縮機(jī)和離心泵的工作原理和操作控制有了更深的了解，同時(shí)加深了學(xué)生對(duì)泵和壓縮機(jī)性能曲線和工作點(diǎn)調(diào)節(jié)的認(rèn)識(shí)。在整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的過程中，學(xué)生通過對(duì)離心泵在不同轉(zhuǎn)速下性能的換算，加深了對(duì)基本理論相似原理（比例定律）的理解，同時(shí)體驗(yàn)了基本理論在實(shí)際工作中的應(yīng)用，很好地將基本理論與實(shí)際結(jié)合起來，強(qiáng)化了學(xué)生所學(xué)知識(shí)的工程應(yīng)用意識(shí)。

3 突破課本束縛，注重基本理論的擴(kuò)展與延伸

化工過程流體機(jī)械課程對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)之一是要使學(xué)生具備對(duì)化工過程流體機(jī)械調(diào)節(jié)和控制的基本能力，實(shí)際工程中工作點(diǎn)的調(diào)節(jié)方法有多種，而相似定律是通過調(diào)節(jié)機(jī)流體機(jī)械（泵與壓縮機(jī)）性能調(diào)節(jié)工作點(diǎn)的基礎(chǔ)。例如，因?yàn)楹?jiǎn)單、方便，比例定律常用來確定性能調(diào)節(jié)所需轉(zhuǎn)速和估算變速調(diào)節(jié)的節(jié)能效果。然而，對(duì)于應(yīng)用比例定律計(jì)算變速調(diào)節(jié)節(jié)省的能量還有許多爭(zhēng)議[2-3]。實(shí)際上，現(xiàn)行化工過程流體機(jī)械教材上給出的比例定律表達(dá)式只是適合無靜揚(yáng)程管路系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，對(duì)于有靜揚(yáng)程管路系統(tǒng)則不能簡(jiǎn)單地套用比例定律來計(jì)算調(diào)節(jié)流量所需轉(zhuǎn)速和估算節(jié)能效果。教學(xué)過程中通過設(shè)計(jì)無靜揚(yáng)程管路系統(tǒng)和有靜揚(yáng)程管路系統(tǒng)流量變化后確定變速調(diào)節(jié)所需轉(zhuǎn)速的案例，讓學(xué)生通過實(shí)際計(jì)算體驗(yàn)在兩種不同特性管路中比例定律計(jì)算結(jié)果的差別，無靜揚(yáng)程系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)后泵提供的能頭正好等于管路所需能頭，而有靜揚(yáng)程系統(tǒng)泵按比例定律調(diào)速泵提供的能頭小于管路所需能頭，系統(tǒng)不能正常工作。

利用所學(xué)基本理論解決實(shí)際問題遇到困難后，學(xué)生會(huì)帶著疑問和好奇，這時(shí)和學(xué)生一起分析有靜揚(yáng)程系統(tǒng)比例定律不再適用的根本原因，指出問題的所在，接著再講解有靜揚(yáng)程系統(tǒng)比例定律的數(shù)學(xué)修正[4]。這種基本理論的擴(kuò)展不但加深了學(xué)生對(duì)基本理論的理解，拓展了學(xué)生的知識(shí)面，而且能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和科學(xué)精神，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性后，再鼓勵(lì)學(xué)生不要滿足于書本上的知識(shí)，要研究和掌握書本上沒有的知識(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生閱讀和教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的科研和教學(xué)論文，培養(yǎng)學(xué)生搜集資料、閱讀文獻(xiàn)的能力，逐步養(yǎng)成研究問題的良好習(xí)慣，學(xué)生就會(huì)樂于接受。

4 結(jié)論

通過改變教學(xué)模式、加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)和注重基本理論的延伸，大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，對(duì)提高化工過程流體機(jī)械的教學(xué)效率、強(qiáng)化學(xué)生專業(yè)知識(shí)工程應(yīng)用意識(shí)、增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性、激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)具有較好的效果。

[1]潘樹林,盧朝霞.“過程流體機(jī)械”課程的教改與實(shí)踐[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào),2003(6):81-83.

[2]姜校林.變速水泵節(jié)能機(jī)理研究及錯(cuò)誤糾編[J].自動(dòng)化博覽,2006(2):62-64.

[3]符永正.管路特性對(duì)泵與風(fēng)機(jī)變速調(diào)節(jié)節(jié)能效益的影響[J].中國給水排水,1999,27(9):26-28.

[4]周昌靜,陳國明,尹樹孟,等.比例定律用于有靜揚(yáng)程系統(tǒng)轉(zhuǎn)速比的修正[C]//第四屆全國水力機(jī)械及其系統(tǒng)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集,2011:291-295.