流體輸配管網課程模塊化教學中的思考與探索

【摘要】流體輸配管網是建筑環境與能源應用工程專業非常重要的一門專業基礎課程，在多年的教學過程中加強認識實習對理論教學的引導作用、注意課程教學內容的調整與輕重取舍、指導學生學會設計規范與手冊的使用、注重與實際工程結合增強課程趣味性等，并取得了較好的教學效果；同時探討了推進綜合實驗平臺建設、擇優進行拓展性教學訓練等煩人必要性，以進一步改善教學手段、提高教學效果。

【關鍵詞】建筑環境與能源應用工程；流體輸配管網；模塊化教學

【基金項目】“河南工業大學高等教育研究資助項目”（項目批準號：2016GJYJTJ13）。

【中圖分類號】G642.4 【文獻標識碼】B 【文章編號】2095-3089（2017）15-0262-02

流體輸配管網課程是建筑環境與能源應用工程專業的一門專業基礎課程，是在專業調整、整合過程中從近20門相互交叉、相互重疊的專業課中凝練出來的專業核心課程，主要是把空調調節、供熱工程、通風工程、建筑給水排水、鍋爐及鍋爐房設備、建筑消防工程、燃氣輸配、工廠動力工程等課程中的管網系統水力計算的基本原理與方法煉出來，并與流體力學泵與風機中泵與風機部分進行整合、充實而形成的一門專業基礎課程[1]，其目的是讓學生通過不同管網水力計算的學習，比較、提煉出流體輸配管網水力計算的共性，同時兼顧供暖、通風、給排水、消防、燃氣等管網水力計算的特性，進而形成初步的工程實踐能力。

我校建筑環境與能源應用專業創建于2004年，培養了10屆畢業生，開設的流體輸配管網課程一直采用專業指導委員會規劃推薦教材——重慶大學付祥釗、肖益民主編的《流體輸配管網》。本人于2014年對課程提出模塊化教學[2]并實施，這里結合十余年的教學經歷，從理論教學、實踐教學和如何調動學生的積極性與主動性、在有限的課時中更有效的掌握管網知識等方面，對建筑環境與能源應用工程專業流體輸配管網課程在理論教學過程中的幾點做法進行探討。

一、理論教學

1.加強認識實習對理論教學的引導作用

流體輸配管網課程的第一模塊是流體輸配管網形式介紹，主要是介紹管網的基本形式與主要功能。本校本專業的認識實習安排在大三第一學期的前兩周，也就是流體輸配管網課程開課的前兩周，這有利于彌補學生對實際管網感性認識的不足，有利于課堂教學調動學生的學習積極性。校內能為認識實習提供足夠的場地，如4號教學樓的風機盤管+地源熱泵空調系統、圖書館的空氣源熱泵空調系統、師生周轉房的采暖系統、各個教學樓的給排水系統、學生公寓的防排煙系統、鍋爐房的燃氣系統、洗浴中心的太陽能系統等。校內實習的優勢是既能請一線操作人員給學生講解系統運行方式和日常調控方法，又能調出設計圖紙供學生進一步研討系統原理，既提高了理論知識的學習，也加強了理論與工程實際的緊密結合。當然，實習老師也組織學生外出參觀實習。鄭州經開區的“雙零樓”是中原首家建設部綠色建筑示范樓，其利用太陽能采暖、制冷、供應熱水，利用墻面和屋頂樓面太陽能幕墻發電、風口風力發電，利用生活廢水生產沼氣，利用地下16℃恒溫水，利用建筑設計的自然通風、采光、保暖隔熱節能，利用光導纖維照明節能，利用自動化控制節能等，實現了常規能源“零”消耗，污水物“零”排放，學生在這里能看到太陽能、風能、生物質能、地熱能等多種可再生能源先進技術與建筑為一體。此外，鄭州水產大世界的金杯冷庫的制冷系統、鄭州植物園熱帶植物展覽溫室的溫度調節系統、鄭州第四棉紡廠的工業通風與生活區的換熱站等，都是學生認識實習的定點單位。認識實習階段，要求學生繪制1～3個不同的流體輸配管網的軸測圖，并結合《建筑環境與能源應用工程概論》課程學習的知識和《流體輸配管網》教材的第一章，根據自己所觀察的實際工程的流體輸配管網，回答相關問題。通過這個作業，使學生對流體輸配管網的組成、功能有初步的認識，并引發學生對管網的一些共性進行思考，為流體輸配管網課程第一模塊的學習奠定了良好的基礎。

2.注意課程教學內容的調整與輕重取舍

流體力學是流體輸配管網的理論基礎，而流體輸配管網又是后續空氣調節、供熱工程、燃氣輸配、工業通風、建筑給水排水等專業技術課程的核心基礎。由于傳統教學模式的慣性效應，各課程之間強調追求自身體系的完整性和獨立性，現有教材為保持自身系統的完整性，專業內部不同課程之間內容重復的現象非常突出。所以授課內容應注意與前后課程的銜接，避免重復。本課程的第二模塊是管網水力特征和水力計算，主要講授各類流體輸配管網（氣體管網、液體管網、多相流管網）的形式、基本理論和水力計算方法，其中涉及的各種工程管網水力特征和水力計算與后續專業課相關內容重復尤為突出。因此，更需要教研室全體老師對各門課程授課內容及學時進行集體研討，針對內容重復部分進行合理分配，以更充分利用有限的課時提高授課效率。如授課內容“氣體輸配管網水力計算”中的通風除塵例題與孫一堅主編的《工業通風》第六章第三節中的例題幾乎一樣，由于流體輸配管網課程該部分剛詳細講解完氣體管網水力計算方法，學生學完抽象的理論后急需工程例題加以消化，而這種方法只是工業通風管網水力計算的基礎，在工業通風更應重點學習通風除塵系統運行特性的計算分析，所以經集體商議后通風管道水力計算安排在流體輸配管網課程中進行講解；同樣，均勻送風管道設計是流體輸配管網課程講解靜壓復得法的經典案例，所以經商議后也安排在流體輸配管網課程中進行講解。又如第三章的授課內容“重力循環雙管系統管路水力計算步驟”中的例題與供熱工程相關內容重復，由于這道題系統復雜，學生沒有過多的供熱知識，駕馭難度大，所以經集體商議后流體輸配管網課程只分析解題步驟和需注意的關鍵問題，例題的詳解放在供熱工程課程中。同樣，經集體商議后，室外熱水供水管網、室內低/高壓蒸汽供暖管網、室外蒸汽管網的水力計算在流體輸配管網課程只分析解題步驟和需注意的關鍵問題，并對比分析各自特點，具體過程不再細細講解，鼓勵學生自學。endprint

3.指導學生學會設計規范與手冊的使用

流體輸配管網是工程實踐性很強的一門課程，本課程第二模塊的管網水力特征和水力計算與設計規范和設計手冊聯系緊密。比如在通風除塵管網的計算例題中，各種管件的局部阻力系數 僅從課本附錄提供的局部阻力系數表示不能完全查到的，而這個時期的學生又有著強烈的探索知識的意愿，所以課堂上會要求學生課后去圖書館借閱《工業通風》、《工業防塵手冊》等相關資料幫助尋求答案，強調局部阻力系數 是在實驗條件下測得、不同局部阻力構件影響其局部阻力系數 的幾何參數不完全一樣、在查 值時一定要注意表格參數，利用插入法選擇合理的 值。在中、低壓燃氣管網水力計算時，教材引用了《城鎮燃氣設計規范（GB50028-2006）》中多個不同流態不同管材摩擦阻力系數 的計算公式，學生面對這些公式難免覺得會有難度，講授過程中重點強調 的計算要先判別流態和管材選擇正確公式或對應計算圖表、這些公式不用記憶、課本上只是摘抄引用了一部分、更全面的燃氣管網局部阻力系數 在《城鎮燃氣設計規范》、可以自行上網閱讀學習。在學習重力循環液體管網的水力特征時，提到對于水在管路中沿程冷卻所產生的作用動力在工程中的簡化方法是增加一個附加作用力，其數值可以從采暖手冊查取。講授過程中如果僅僅給學生一句帶過，印象肯定不深，所以在制作多媒體課件時把采暖手冊中的表格截取部分展示給學生，以加深他們的印象。在建筑給水管網水力計算時，教材上引用了舊版《建筑給水排水設計規范》關于設計秒流量的兩種計算方法，但隨著專業規范的修訂，現行《建筑給水排水設計規范（GB50015-2003）》（2009年版）對于設計秒流量規定了概率法、當量法和同時給水百分數法，要求住宅類建筑的設計秒流量采用概率法進行計算。教材內容與最新規范要求不符，講授過程中注意對這部分內容的修正。可見，第二模塊與設計規范和設計手冊的聯系相當緊密，在講授過程中要不斷滲透，讓學生熟悉與專業相關的設計規范與設計手冊，學會利用它們查取相關參數幫助完成水力計算。

4.注重與實際工程結合增強課程趣味性

學習的最終目標是學以致用，對于流體輸配管網這門實踐性很強的課程更是不例外。為了將學生培養成合格的工程技術人員，學生在學習階段要更多地將理論知識與實踐緊密結合，教師在授課過程中也應該重視這一點。在講授本課程第一模塊時，可補充空調系統、通風系統、壓縮空氣管網、二氧化碳管網、余壓回收管網、凝結水輸配管網、多相流滅火輸配管網、消防給水輸配管網等工程實例。在講解本課程第二模塊氣體管流水力特征時，補充自然通風在會“呼吸”的建筑幕墻、倉儲自然通風中的應用，啟發學生思考穿堂風、拔風井等氣流組織特征，幫助學生進一步理解氣體管流水力特征。同時，在教學過程中可適當穿插工程案例的講解[3]。如在講解本課程第二模塊機械循環室內水系統管路的水力計算方法時，可提前給學生展示本校某5層學生宿舍采暖系統的設計圖紙，雖然學生還沒學《供熱工程》，但該系統與他們生活緊密相連，可嘗試讓學生通過觀察讀懂各層平面圖的布置，再結合平面圖的布置自己繪制出系統圖，找出最不利環路；然后再在課堂上系統講解管路的布置、系統的構成、最不利環路的選擇、水力計算的步驟、水力平衡的方法等。在講解本課程第四模塊泵、風機與管網系統匹配時，可以提供師生周轉房給水原理圖和機房設計圖紙，結合圖紙講解管網水力計算的方法和步驟，進而講解水泵的選型；輔以泵房運行時的調控方案，讓學生更清楚地認識到泵串并聯對管網系統的影響。

二、實踐教學

1.流體輸配管網課程在我校的教學學時共48學時，其中有4個學時的實驗。目前，“流量檢測與自動控制”和“離心泵串并聯”實驗是實驗教學環節給學生開設的實驗。目前這些實驗以實驗教師講解實驗原理、方法、步驟，解釋實驗現象和結果為主，使用的實驗臺功能較為單一，且主要以演示性、驗證性實驗為主，綜合性、設計性實驗功能差，學生多處于被動學習狀態，沒有思考和發揮的空間，對實驗缺乏興趣，積極主動性不高。在這種實驗教學模式下，學生發現問題、分析問題和解決問題的能力難以提高，已不能滿足當今形勢對人才培養的要求。而加強綜合性、設計性、創新性實驗教學是現代教育改革和發展的必然要求，也是“寬口徑、厚基礎、高素質、強能力”人才培養目標的一項重要舉措。近年，一些學校在實驗教學中的創新與突破值得我們借鑒，如中國礦業大學的流體輸配管網綜合實驗臺[4]、上海工程技術大學的生活給排水可拆裝綜合實驗系統[5]等。下一步，我們要抓緊時間充分利用實驗室現有設備和空間，因地制宜地研發出符合學校特色的課程綜合實驗平臺，以進一步改善教學手段、提高教學效果。

2.進行拓展教學訓練。目前，計算流體力學（簡稱CFD）受到普遍重視及廣泛應用，鼓勵有余力感興趣的本科生可以在老師及研究生的指導和幫助下應用CFD進行相關問題的應用模擬。如可模擬散流器頂送或側送的氣流組織特征并分析存在問題，可模擬普通住宅自然通風并分析對居住環境產生的影響等。當然更鼓勵學生對自己看到或想到的問題進行模擬分析，刺激學生的學習積極性和興趣。

三、結語

流體輸配管網是建筑環境與能源應用工程專業非常重要的一門專業基礎課程，理論教學過程中應加強認識實習對理論教學的引導作用，注意課程教學內容的調整與輕重取舍，指導學生學會設計規范與手冊的使用，注重與實際工程結合增強課程趣味性；實踐教學過程中應加強綜合實驗平臺的建設，選擇性進行拓展教學訓練，以進一步改善教學手段、提高教學效果。

參考文獻

[1]肖益民，付祥釗.流體輸配管網課程建設與教學方法[J].高等建筑教育，2013，22（1）：98-101.

[2]趙晴，郝紹菊，劉起霞.流體輸配管網課程教學方法探析[J].中國冶金教育，2014（3）：15-17.

[3]陳偉嬌.《流體輸配管網》課程教學關鍵問題研究[J].教育教學論壇，2017（8）：175-176.

[4]張東海，黃煒，張建功，孟燕.流體輸配管網課程實驗創新探討[J].高等建筑教育，2009，18（3）：124-127.

[5]劉偉軍，胡偉平，吳杰.流體輸配管網課程實驗教學的創新嘗試[J].中國現代教育裝備，2013，23（12）：73-15

作者簡介：趙晴（1979-），女，湖南新晃人，河南工業大學土木建筑學院，講師。endprint