化工過程流體機械教學(xué)方法的探索與實踐

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。課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生掌握過程流體機械的結(jié)構(gòu)形式、工作原理、性能特點和調(diào)節(jié)控制，培養(yǎng)學(xué)生具有從事化工過程流體機械的使用、選型、調(diào)節(jié)控制及研究改造的基本能力，實現(xiàn)對理工科專業(yè)學(xué)生知識、能力、素質(zhì)的培養(yǎng)要求。為達到課程的教學(xué)目標(biāo)和對學(xué)生的培養(yǎng)要求，多年來，課程組一直致力于對化工過程流體機械課程進行教學(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，選用合適的教學(xué)手段和方法，以強化學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

針對授課內(nèi)容中流體機械過流部件和關(guān)鍵機械零部件基本結(jié)構(gòu)形式部分及流體機械工作理論當(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，二維的流體機械內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖和工作原理圖被設(shè)計成三維立體圖和裝配動畫，并輔之以學(xué)生現(xiàn)場實習(xí)期間及機器拆裝實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，而且會增加真實感，拉近學(xué)生和所要學(xué)習(xí)對象的距離，增強學(xué)生對化工過程流體機械的認(rèn)識。對于授課過程中學(xué)生很難理解的流體在葉輪中的流動過程和離心泵氣蝕、氣縛等現(xiàn)象，則通過計算流體力學(xué)CFD獲得葉輪內(nèi)流場分布、三維動畫和試驗視頻展示給學(xué)生，在有利于學(xué)生掌握好相關(guān)知識同時，也增加了課程的生動性，提升了學(xué)生對課程學(xué)習(xí)的興趣。

化工過程流體機械同時也是一門理論性比較強的課程，授課過程中涉及很多流體機械理論公式的推導(dǎo)。針對公式的推導(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)生足夠的時間思考和消化，有助于學(xué)生對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。同時利用黑板板書能夠增強教師授課時即興講解的上課效果，增強教與學(xué)的互動性。

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，是遠(yuǎn)程教學(xué)的一種重要形式，是利用計算機設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對學(xué)生實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]。針對化工過程流體機械授課人數(shù)多、授課學(xué)時少等特點，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 強化實踐教學(xué)內(nèi)容，注重理論與實際相結(jié)合的教學(xué)方法

采用理論教學(xué)結(jié)合實踐教學(xué)過程、課堂教學(xué)結(jié)合實驗教學(xué)過程的教學(xué)方法，充分利用實踐教學(xué)環(huán)境、實驗教學(xué)條件，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力，達到重視理論聯(lián)系實際、加強工程實踐意識和培養(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)計上，采用多種實踐方法加強課程的實踐教學(xué)內(nèi)容。

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

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

3 突破課本束縛，注重基本理論的擴展與延伸

化工過程流體機械課程對學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)之一是要使學(xué)生具備對化工過程流體機械調(diào)節(jié)和控制的基本能力，實際工程中工作點的調(diào)節(jié)方法有多種，而相似定律是通過調(diào)節(jié)機流體機械（泵與壓縮機）性能調(diào)節(jié)工作點的基礎(chǔ)。例如，因為簡單、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，對于應(yīng)用比例定律計算變速調(diào)節(jié)節(jié)省的能量還有許多爭議[2-3]。實際上，現(xiàn)行化工過程流體機械教材上給出的比例定律表達式只是適合無靜揚程管路系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，對于有靜揚程管路系統(tǒng)則不能簡單地套用比例定律來計算調(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)計無靜揚程管路系統(tǒng)和有靜揚程管路系統(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)生通過實際計算體驗在兩種不同特性管路中比例定律計算結(jié)果的差別，無靜揚程系統(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)基本理論解決實際問題遇到困難后，學(xué)生會帶著疑問和好奇，這時和學(xué)生一起分析有靜揚程系統(tǒng)比例定律不再適用的根本原因，指出問題的所在，接著再講解有靜揚程系統(tǒng)比例定律的數(shù)學(xué)修正[4]。這種基本理論的擴展不但加深了學(xué)生對基本理論的理解，拓展了學(xué)生的知識面，而且能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和科學(xué)精神，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性后，再鼓勵學(xué)生不要滿足于書本上的知識，要研究和掌握書本上沒有的知識，鼓勵學(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、閱讀文獻的能力，逐步養(yǎng)成研究問題的良好習(xí)慣，學(xué)生就會樂于接受。

4 結(jié)論

通過改變教學(xué)模式、加強實踐教學(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，對提高化工過程流體機械的教學(xué)效率、強化學(xué)生專業(yè)知識工程應(yīng)用意識、增強學(xué)生學(xué)習(xí)主動性、激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識具有較好的效果。

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

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

[3]符永正.管路特性對泵與風(fēng)機變速調(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程系統(tǒng)轉(zhuǎn)速比的修正[C]//第四屆全國水力機械及其系統(tǒng)學(xué)術(shù)會議論文集,2011:291-295.