現代工業(yè)泵結構與設計教學(xué)方法論文
現代工業(yè)泵結構與設計教學(xué)方法論文
【摘要】現代工業(yè)泵結構與設計是流體機械及工程的專(zhuān)業(yè)課，課程系統介紹了工業(yè)用泵的結構特點(diǎn)及設計方法。本文通過(guò)近幾年來(lái)教學(xué)實(shí)踐中的體會(huì )，討論了該門(mén)專(zhuān)業(yè)課教學(xué)的四個(gè)教改措施：課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結合、結合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(guò)教學(xué)改革激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習興趣和增強了學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習能力，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】現代工業(yè)泵結構與設計；教學(xué)方法；探索與實(shí)踐
現代工業(yè)泵結構與設計是流體機械及工程的專(zhuān)業(yè)選修課,該課程針對本專(zhuān)業(yè)以泵類(lèi)產(chǎn)品為研究對象的特點(diǎn)，加強基本理論知識，力求反映國內外先進(jìn)科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗。它建立在機械原理，流體機械原理，以及葉片泵水力設計等課程知識的基礎上，通過(guò)開(kāi)設該本課程，使本專(zhuān)業(yè)學(xué)生掌握現代工業(yè)泵的結構特點(diǎn)和工作原理，為學(xué)生畢業(yè)后從事本專(zhuān)業(yè)的工作打下基礎。課程的教學(xué)目標主要包括三個(gè)方面：一是掌握工業(yè)上常用泵的結構形式；二是掌握自吸泵的自吸原理；三是掌握液固兩相流泵的設計方法。工業(yè)用泵的類(lèi)型非常多，要在有限的學(xué)時(shí)內講解更多的泵型，要求任課教師對各類(lèi)泵的結構非常熟悉。另外，要達到預期的教學(xué)目標，還要在課堂講解、課程大作業(yè)上以及實(shí)踐教學(xué)等方面做出一些教改嘗試。經(jīng)過(guò)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(wèn)題
相比傳統的教學(xué)方式，本課程采用多媒體教學(xué)為主，輔以板書(shū)，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(lèi)泵型。通過(guò)學(xué)生的反饋獲得的本課程存在的主要問(wèn)題：1.大部分學(xué)生認為該專(zhuān)業(yè)課程非常實(shí)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(wú)法深入了解；2.該課程主要涉及結構設計，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(dòng)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(méi)有在學(xué)習中把工業(yè)泵的結構與功能結合起來(lái)，經(jīng)常發(fā)現有一些學(xué)生知道有該結構,卻不知道該結構的具體功能和設計原理。例如離心泵上常見(jiàn)的平衡孔，大部分學(xué)生不清楚平衡孔設置的數量以及開(kāi)設位置與軸向力平衡之間的關(guān)系。因此，有必要對該課程進(jìn)行改革，進(jìn)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(shí)現本課程設置的目標。
二、教改措施
傳統的本科授課方法以教師講解為主，學(xué)生被動(dòng)接受，學(xué)生主動(dòng)思考和參與的程度不夠，導致上課過(guò)程中多數學(xué)生無(wú)法跟上老師思路，或者睡覺(jué)，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(mén)課更是為了拿到畢業(yè)學(xué)分，而不是以增長(cháng)專(zhuān)業(yè)知識。為改變這種被動(dòng)的教學(xué)方法的弊端，本門(mén)課程在如下幾方面做了嘗試：1.課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結合工業(yè)泵結構復雜,學(xué)生們總覺(jué)得很抽象，對此,我們通過(guò)改善課堂教學(xué)手段、加強校內實(shí)踐環(huán)節讓學(xué)生掌握一些常見(jiàn)工業(yè)泵的結構。實(shí)踐教學(xué)中設置了雙吸泵拆裝實(shí)踐、離心泵性能測試、泵的自吸性能實(shí)驗、機械密封作用原理等，結合實(shí)踐教學(xué)后，學(xué)生的的學(xué)習熱情顯著(zhù)提高，結合實(shí)物和實(shí)驗，更易于學(xué)生掌握本課程的專(zhuān)業(yè)知識。通過(guò)上述實(shí)踐環(huán)節，加深了對學(xué)生對課堂理論知識的理解，學(xué)習針對性更強了，圖1為雙吸泵拆裝現場(chǎng)。2.結合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)與數值計算方法基礎上的一門(mén)新興學(xué)科[1]。它通過(guò)計算機數值計算和圖像顯示的方法，在時(shí)間和空間上定量描述流場(chǎng)的數值解，從而達到對物理問(wèn)題研究的目的。目前各種CFD通用性軟件包陸續出現，成為商品化軟件，性能日趨完善，應用范圍不斷擴大。本課程中涉及的第三章是自吸泵的自吸原理以及設計方法，第五章小流量高揚程泵中的迷宮螺旋泵等都結合了CFD來(lái)講解，圖2是通過(guò)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的靜壓分布[3]。將CFD引入到這兩個(gè)章節的教學(xué)中，有利于學(xué)生掌握泵相關(guān)的結構參數對泵的性能及內部流動(dòng)的影響規律。3.項目教學(xué)法的引入在本課程第四章液固兩相流泵結構與設計的教學(xué)過(guò)程中引入項目教學(xué)法，即明確項目后由師生共同實(shí)施的教學(xué)活動(dòng)。主要包括以下幾個(gè)階段：第一階段教師提出設計任務(wù)，闡明設計的難點(diǎn)和重點(diǎn)，講解常見(jiàn)兩相流泵結構及存在的問(wèn)題，學(xué)生參與討論，確定設計任務(wù)的具體參數，主要包括固液兩相流泵的設計流量、揚程、轉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，分析顆粒在葉輪內的運動(dòng)規律，最后引入固液兩相流泵的水力設計方法；第三階段以學(xué)生為主，教師將學(xué)生分組，分別下達不同的設計參數，結合學(xué)生調研和前面兩個(gè)階段的教師講解，學(xué)生完成泵的水力設計，撰寫(xiě)設計說(shuō)明書(shū)和繪制葉輪水力圖。在這個(gè)階段，學(xué)生會(huì )遇到很多困難，此時(shí)教師需積極與學(xué)生溝通探討，將解決方案制定出來(lái)。通過(guò)這次實(shí)踐后教師課讓學(xué)生充分了解液固兩相流泵的水力結構參數對其性能的影響。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)生掌握現代工業(yè)泵結構及其設計方法因此試卷考試無(wú)法全面檢查學(xué)生掌握本課程的程度。結合本課程的特點(diǎn),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)生應用理論知識解決實(shí)際問(wèn)題的能力，根據項目大作業(yè)制作的PPT，可以鍛煉學(xué)生陳述與分析總結能力。這一考核改革的好處就是針對該門(mén)課程自身的特點(diǎn),全面考核學(xué)生對大綱要求內容的掌握程度。
三、總結
近年來(lái)，針對現代工業(yè)泵結構與設計這門(mén)課程的特點(diǎn)，通過(guò)在實(shí)際教學(xué)中不斷地進(jìn)行嘗試和探索：課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結合、結合CFD的課堂教學(xué)以及項目教學(xué)法的引入等多個(gè)方面對該課程的教改做了嘗試。當然，目前針對該門(mén)課程所進(jìn)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(jìn)行長(cháng)期深入地努力才能實(shí)現。
參考文獻：
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[3]王春林，張浩，彭娜，等.三角形迷宮螺旋泵內部流場(chǎng)數值計算及試驗，排灌機械.2009,27(2):74-77.
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