現(xiàn)代工業(yè)泵結(jié)構(gòu)與設(shè)計教學(xué)方法論文
現(xiàn)代工業(yè)泵結(jié)構(gòu)與設(shè)計教學(xué)方法論文
【摘要】現(xiàn)代工業(yè)泵結(jié)構(gòu)與設(shè)計是流體機械及工程的專業(yè)課，課程系統(tǒng)介紹了工業(yè)用泵的結(jié)構(gòu)特點及設(shè)計方法。本文通過近幾年來教學(xué)實踐中的體會，討論了該門專業(yè)課教學(xué)的四個教改措施：課堂教學(xué)與實踐教學(xué)相結(jié)合、結(jié)合CFD的課堂教學(xué)、項目教學(xué)法的引入以及多樣性的課程考核。通過教學(xué)改革激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和增強了學(xué)生的主動學(xué)習(xí)能力，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新能力，獲得了一定的教學(xué)效果。
【關(guān)鍵詞】現(xiàn)代工業(yè)泵結(jié)構(gòu)與設(shè)計；教學(xué)方法；探索與實踐
現(xiàn)代工業(yè)泵結(jié)構(gòu)與設(shè)計是流體機械及工程的專業(yè)選修課,該課程針對本專業(yè)以泵類產(chǎn)品為研究對象的特點，加強基本理論知識，力求反映國內(nèi)外先進科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)實踐經(jīng)驗。它建立在機械原理，流體機械原理，以及葉片泵水力設(shè)計等課程知識的基礎(chǔ)上，通過開設(shè)該本課程，使本專業(yè)學(xué)生掌握現(xiàn)代工業(yè)泵的結(jié)構(gòu)特點和工作原理，為學(xué)生畢業(yè)后從事本專業(yè)的工作打下基礎(chǔ)。課程的教學(xué)目標主要包括三個方面：一是掌握工業(yè)上常用泵的結(jié)構(gòu)形式；二是掌握自吸泵的自吸原理；三是掌握液固兩相流泵的設(shè)計方法。工業(yè)用泵的類型非常多，要在有限的學(xué)時內(nèi)講解更多的泵型，要求任課教師對各類泵的結(jié)構(gòu)非常熟悉。另外，要達到預(yù)期的教學(xué)目標，還要在課堂講解、課程大作業(yè)上以及實踐教學(xué)等方面做出一些教改嘗試。經(jīng)過幾年的教改嘗試，獲得了一定的教學(xué)效果。
一、教改前課程教學(xué)存在的問題
相比傳統(tǒng)的教學(xué)方式，本課程采用多媒體教學(xué)為主，輔以板書，該方式使得學(xué)生能夠接受大量的信息，有助于全面了解各類泵型。通過學(xué)生的反饋獲得的本課程存在的主要問題：1.大部分學(xué)生認為該專業(yè)課程非常實用，有助于他們今后的就業(yè)，但是由于涉及的泵型太多，學(xué)生無法深入了解；2.該課程主要涉及結(jié)構(gòu)設(shè)計，部分學(xué)生認為課程枯燥,抽象，難懂，學(xué)生在課堂上是被動式的接受，而非處于對知識本身的興趣和探求；3.部分學(xué)生沒有在學(xué)習(xí)中把工業(yè)泵的結(jié)構(gòu)與功能結(jié)合起來，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有一些學(xué)生知道有該結(jié)構(gòu),卻不知道該結(jié)構(gòu)的具體功能和設(shè)計原理。例如離心泵上常見的平衡孔，大部分學(xué)生不清楚平衡孔設(shè)置的數(shù)量以及開設(shè)位置與軸向力平衡之間的關(guān)系。因此，有必要對該課程進行改革，進而提高學(xué)生對所學(xué)課程的興趣以及相關(guān)知識的理解程度，實現(xiàn)本課程設(shè)置的目標。
二、教改措施
傳統(tǒng)的本科授課方法以教師講解為主，學(xué)生被動接受，學(xué)生主動思考和參與的程度不夠，導(dǎo)致上課過程中多數(shù)學(xué)生無法跟上老師思路，或者睡覺，或者做其他的事情，教學(xué)效果比較差。作為流體機械及工程的選修課，面對的是畢業(yè)班的學(xué)生，部分學(xué)生對于這門課更是為了拿到畢業(yè)學(xué)分，而不是以增長專業(yè)知識。為改變這種被動的教學(xué)方法的弊端，本門課程在如下幾方面做了嘗試：1.課堂教學(xué)與實踐教學(xué)相結(jié)合工業(yè)泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜,學(xué)生們總覺得很抽象，對此,我們通過改善課堂教學(xué)手段、加強校內(nèi)實踐環(huán)節(jié)讓學(xué)生掌握一些常見工業(yè)泵的結(jié)構(gòu)。實踐教學(xué)中設(shè)置了雙吸泵拆裝實踐、離心泵性能測試、泵的自吸性能實驗、機械密封作用原理等，結(jié)合實踐教學(xué)后，學(xué)生的的學(xué)習(xí)熱情顯著提高，結(jié)合實物和實驗，更易于學(xué)生掌握本課程的專業(yè)知識。通過上述實踐環(huán)節(jié)，加深了對學(xué)生對課堂理論知識的理解，學(xué)習(xí)針對性更強了，圖1為雙吸泵拆裝現(xiàn)場。2.結(jié)合CFD的課堂教學(xué)計算流體力學(xué)（ComputationalFluidDynamics,CFD）是建立在經(jīng)典流體力學(xué)與數(shù)值計算方法基礎(chǔ)上的一門新興學(xué)科[1]。它通過計算機數(shù)值計算和圖像顯示的方法，在時間和空間上定量描述流場的數(shù)值解，從而達到對物理問題研究的目的。目前各種CFD通用性軟件包陸續(xù)出現(xiàn)，成為商品化軟件，性能日趨完善，應(yīng)用范圍不斷擴大。本課程中涉及的第三章是自吸泵的自吸原理以及設(shè)計方法，第五章小流量高揚程泵中的迷宮螺旋泵等都結(jié)合了CFD來講解，圖2是通過CFD計算獲得的旋流自吸泵含氣率分布[2]，圖3是迷宮螺旋泵定子內(nèi)的靜壓分布[3]。將CFD引入到這兩個章節(jié)的教學(xué)中，有利于學(xué)生掌握泵相關(guān)的結(jié)構(gòu)參數(shù)對泵的性能及內(nèi)部流動的影響規(guī)律。3.項目教學(xué)法的引入在本課程第四章液固兩相流泵結(jié)構(gòu)與設(shè)計的教學(xué)過程中引入項目教學(xué)法，即明確項目后由師生共同實施的教學(xué)活動。主要包括以下幾個階段：第一階段教師提出設(shè)計任務(wù)，闡明設(shè)計的難點和重點，講解常見兩相流泵結(jié)構(gòu)及存在的問題，學(xué)生參與討論，確定設(shè)計任務(wù)的具體參數(shù)，主要包括固液兩相流泵的設(shè)計流量、揚程、轉(zhuǎn)速以及輸送顆粒物的濃度和粒經(jīng)；第二階段以教師課堂講解為主，講解固液離心泵兩相流基本方程式，分析顆粒在葉輪內(nèi)的運動規(guī)律，最后引入固液兩相流泵的水力設(shè)計方法；第三階段以學(xué)生為主，教師將學(xué)生分組，分別下達不同的設(shè)計參數(shù)，結(jié)合學(xué)生調(diào)研和前面兩個階段的教師講解，學(xué)生完成泵的水力設(shè)計，撰寫設(shè)計說明書和繪制葉輪水力圖。在這個階段，學(xué)生會遇到很多困難，此時教師需積極與學(xué)生溝通探討，將解決方案制定出來。通過這次實踐后教師課讓學(xué)生充分了解液固兩相流泵的水力結(jié)構(gòu)參數(shù)對其性能的影響。圖4為學(xué)生完成的液固兩相流泵葉輪水力圖。4.多樣性的課程考核本課程要求學(xué)生掌握現(xiàn)代工業(yè)泵結(jié)構(gòu)及其設(shè)計方法因此試卷考試無法全面檢查學(xué)生掌握本課程的程度。結(jié)合本課程的特點,采用課程考試、項目大作業(yè)以及PPT講解等三方面綜合考察學(xué)生對本課程的掌握程度，其中課程考試主要考察學(xué)生對基本概念的理解，項目大作業(yè)考察學(xué)生應(yīng)用理論知識解決實際問題的能力，根據(jù)項目大作業(yè)制作的PPT，可以鍛煉學(xué)生陳述與分析總結(jié)能力。這一考核改革的好處就是針對該門課程自身的特點,全面考核學(xué)生對大綱要求內(nèi)容的掌握程度。
三、總結(jié)
近年來，針對現(xiàn)代工業(yè)泵結(jié)構(gòu)與設(shè)計這門課程的特點，通過在實際教學(xué)中不斷地進行嘗試和探索：課堂教學(xué)與實踐教學(xué)相結(jié)合、結(jié)合CFD的課堂教學(xué)以及項目教學(xué)法的引入等多個方面對該課程的教改做了嘗試。當然，目前針對該門課程所進行的工作也只是初步的、嘗試性的，教學(xué)質(zhì)量的大幅度提高不是一蹴而就的，而是需要進行長期深入地努力才能實現(xiàn)。
參考文獻：
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