卓越工程師背景下“流體機(jī)械測(cè)試技術(shù)”課程教學(xué)改革與實(shí)踐

劉在倫 王東偉 侯祎華 范贏 趙偉國(guó)

[摘 要]“流體機(jī)械測(cè)試技術(shù)”是卓越工程師培養(yǎng)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程與實(shí)驗(yàn)儀器儀表、企業(yè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)精密結(jié)合，其教學(xué)更應(yīng)注重基礎(chǔ)理論和實(shí)踐相結(jié)合?？蒲泻凸こ虒?shí)際經(jīng)驗(yàn)豐富的教師承擔(dān)該課程的教學(xué)任務(wù)，是提高其教學(xué)效果的關(guān)鍵因素之一。結(jié)合本校流體機(jī)械及工程專業(yè)的教學(xué)特點(diǎn)和培養(yǎng)特色，從教學(xué)的內(nèi)容和方法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面介紹該課程改革的一些措施，以促進(jìn)課堂教學(xué)效果的提高和學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)，推進(jìn)卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃在具體教學(xué)環(huán)節(jié)中的實(shí)施。卓越工程師教育培養(yǎng)目標(biāo)明確，其專業(yè)課程在企業(yè)和學(xué)校學(xué)習(xí)時(shí)間安排、教學(xué)內(nèi)容和方法上仍需進(jìn)一步研究與優(yōu)化。

[關(guān)鍵詞]卓越工程師計(jì)劃 流體機(jī)械測(cè)試技術(shù) 教學(xué)內(nèi)容和方法 教學(xué)實(shí)驗(yàn) 改革措施

[中圖分類號(hào)] TH311[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 2095-3437（2015）07-0108-03

0引言

2010年教育部實(shí)施的“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”是面向工業(yè)界、面向世界、面向未來(lái)的工程教育改革，該計(jì)劃突出了工科人才的工程實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。[1] [2] [3] [4]蘭州理工大學(xué)流體機(jī)械及工程專業(yè)是我國(guó)最早的水力機(jī)械專業(yè)，始建于1954年的哈爾濱工業(yè)大學(xué)，1965年該專業(yè)整建制（包括水泵、水輪機(jī)實(shí)驗(yàn)室）遷至蘭州理工大學(xué)（原甘肅工業(yè)大學(xué)），原有水輪機(jī)、水泵、液壓3個(gè)專業(yè)化方向，現(xiàn)在已發(fā)展為流體機(jī)械、流體傳動(dòng)、流體測(cè)控、水利水電和新能源5個(gè)方向。2007-2012年分別獲評(píng)教育部“國(guó)家級(jí)特色專業(yè)”、“‘卓越工程師計(jì)劃實(shí)施專業(yè)”和“專業(yè)綜合改革試點(diǎn)專業(yè)”3項(xiàng)教學(xué)質(zhì)量工程，與沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司共建實(shí)踐教學(xué)基地獲評(píng)國(guó)家級(jí)工程實(shí)踐教育中心，1998-2014年連續(xù)4輪獲省級(jí)重點(diǎn)學(xué)科，擁有省級(jí)精品課程4門、省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心1個(gè)、省級(jí)工程技術(shù)中心5個(gè)。該專業(yè)從起始階段起就是典型的產(chǎn)品設(shè)計(jì)專業(yè)，涉及耗能占全國(guó)各行各業(yè)25%的泵產(chǎn)品與發(fā)電占全國(guó)總發(fā)電量22%的水輪機(jī)產(chǎn)品，雖然專業(yè)面向歸口行業(yè)較單一，專業(yè)對(duì)應(yīng)行業(yè)產(chǎn)品卻廣泛應(yīng)用到全國(guó)各行各業(yè)，具有“小專業(yè)、大市場(chǎng)、專業(yè)地位特殊”的特點(diǎn)。

“流體機(jī)械測(cè)試技術(shù)”是卓越工程師培養(yǎng)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是一門既有一定理論又有很強(qiáng)應(yīng)用性的課。卓越工程師培養(yǎng)采用 “3+1”模式，即學(xué)生在學(xué)校完成累計(jì)3年時(shí)間的學(xué)習(xí)任務(wù)，在企業(yè)完成累計(jì)1年時(shí)間的學(xué)習(xí)和實(shí)踐任務(wù)，其培養(yǎng)計(jì)劃的課程體系已發(fā)生了很大變化。如何將卓越工程師教育培養(yǎng)融入教學(xué)環(huán)節(jié)，尤其是實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，需適時(shí)地在該課程教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行改革和探索。

一、課程教學(xué)環(huán)節(jié)存在難點(diǎn)

結(jié)合“流體機(jī)械測(cè)試技術(shù)”課程教學(xué)內(nèi)容、卓越班的培養(yǎng)目標(biāo)及要求[5] [6]，目前該課程教學(xué)環(huán)節(jié)存在以下幾個(gè)難點(diǎn)：

（1）“流體機(jī)械測(cè)試技術(shù)”課程的知識(shí)框架及課時(shí)數(shù)如圖1所示?；A(chǔ)部分各章內(nèi)容相互獨(dú)立，而應(yīng)用部分是以水泵與水輪機(jī)為被測(cè)對(duì)象，涵蓋了基礎(chǔ)部分各章知識(shí)點(diǎn)，是理論與實(shí)踐的具體結(jié)合。教學(xué)難點(diǎn)在于在保持理論框架完整的基礎(chǔ)上，為了突出工程應(yīng)用的要求，如何將基礎(chǔ)部分與應(yīng)用部分有機(jī)結(jié)合。

（2）該課程突出泵與水輪機(jī)這一專業(yè)對(duì)象，具有很強(qiáng)的針對(duì)性和實(shí)踐性，其教學(xué)難點(diǎn)是如何將以解決實(shí)際測(cè)試問(wèn)題為目標(biāo)的教學(xué)理念貫穿于課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和企業(yè)教學(xué)過(guò)程中。

（3）該課程涉及水泵的性能實(shí)驗(yàn)、汽蝕性能實(shí)驗(yàn)、串聯(lián)性能實(shí)驗(yàn)、并聯(lián)性能實(shí)驗(yàn)、振動(dòng)與噪聲測(cè)量和水輪機(jī)能量實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目雖屬單獨(dú)設(shè)課的“流體機(jī)械實(shí)驗(yàn)”課程的教學(xué)內(nèi)容，但也是本課程教學(xué)工作的落腳點(diǎn)，易發(fā)生脫離實(shí)踐教理論、學(xué)理論的現(xiàn)象。

二、把握課程教學(xué)的核心，突出工程應(yīng)用要求[7] [8] [9] [10] [11]

“流體機(jī)械測(cè)試技術(shù)”理論學(xué)時(shí)數(shù)為32課時(shí)，在課堂中追求大而全的教學(xué)目標(biāo)顯然是不現(xiàn)實(shí)的。為了貫徹以解決實(shí)際測(cè)試問(wèn)題為目標(biāo)的教學(xué)理念，圍繞泵與水輪機(jī)的能量性能實(shí)驗(yàn)和空蝕性能實(shí)驗(yàn)，提出該課程核心教學(xué)內(nèi)容是壓力、流量、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩及功率5大參數(shù)的測(cè)量原理及方法。壓力測(cè)量教學(xué)重點(diǎn)是彈性式壓力計(jì)和壓力傳感器的工作原理及使用技巧。流量測(cè)量教學(xué)重點(diǎn)是渦輪流量計(jì)、電磁流量計(jì)和時(shí)差法超聲波流量計(jì)的工作原理及其流量方程式描述的物理意義、3種流量計(jì)結(jié)構(gòu)區(qū)別及其前后直管段長(zhǎng)度的安裝要求。關(guān)于轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩及功率測(cè)量一章，教學(xué)重點(diǎn)是光電式轉(zhuǎn)速傳感器、磁電式轉(zhuǎn)速傳感器、磁電相位差式轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、電阻應(yīng)變式轉(zhuǎn)矩傳感器的工作原理及使用方法。

在教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)在講清楚各類儀表基本工作原理的基礎(chǔ)上，注重基礎(chǔ)部分與應(yīng)用部分的有機(jī)結(jié)合，充分發(fā)揮自身在長(zhǎng)期的科研和教學(xué)中積累的測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)一些測(cè)試實(shí)例，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)各章知識(shí)點(diǎn)的綜合應(yīng)用能力，讓學(xué)生體會(huì)到所學(xué)知識(shí)的具體應(yīng)用對(duì)象，有利于學(xué)生掌握理論知識(shí)，也為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)與就業(yè)打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)理論功底。例如以實(shí)測(cè)水泵揚(yáng)程為例，讓學(xué)生學(xué)會(huì)根據(jù)水泵實(shí)驗(yàn)臺(tái)精度要求和被測(cè)泵揚(yáng)程，選擇泵進(jìn)出口壓力傳感器的量程及精度;應(yīng)用流體靜力學(xué)基礎(chǔ)理論，解決測(cè)點(diǎn)液體壓力、壓力計(jì)讀數(shù)和測(cè)點(diǎn)至壓力計(jì)中心的垂直高度之間的關(guān)系問(wèn)題。例如以實(shí)測(cè)水泵輸入功率為例，對(duì)電測(cè)法測(cè)量水泵輸入功率，讓學(xué)生掌握其實(shí)質(zhì)是測(cè)三相異步電動(dòng)機(jī)輸入功率，現(xiàn)場(chǎng)觀摩功率表接線方法，掌握功率表常數(shù)與電動(dòng)機(jī)輸入功率的計(jì)算方法，并能根據(jù)電動(dòng)機(jī)特性曲線計(jì)算泵輸入功率;對(duì)扭矩法測(cè)量水泵輸入功率，它是在水泵與電動(dòng)機(jī)之間安裝轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器來(lái)測(cè)量泵輸入功率，并配有一臺(tái)扭矩儀顯示泵的轉(zhuǎn)速、扭矩和功率。通過(guò)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，使學(xué)生學(xué)會(huì)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器“清零”方法，加深理解轉(zhuǎn)速、扭矩和功率之間的關(guān)系，并能根據(jù)水泵配套電動(dòng)機(jī)功率及轉(zhuǎn)速選擇轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器。在理論教學(xué)過(guò)程中，引入大量工程測(cè)試實(shí)例，解決了基礎(chǔ)部分與應(yīng)用部分有機(jī)結(jié)合的問(wèn)題。這樣，既能保證學(xué)生掌握完備的流體機(jī)械測(cè)試?yán)碚擉w系，滿足學(xué)生進(jìn)一步深造的需求，又能使學(xué)生有機(jī)會(huì)接觸到更多的應(yīng)用實(shí)例，更利于學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)以致用，形成了以提高學(xué)生動(dòng)手能力、培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)為主線的教學(xué)特色，而這一特色與卓越工程師的培養(yǎng)目標(biāo)相一致。

三、采用問(wèn)題式教學(xué)法，引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)變角色

“流體機(jī)械測(cè)試技術(shù)”課程涉及較多的其他學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，在教學(xué)過(guò)程中，僅側(cè)重課本內(nèi)容講授，學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)過(guò)程中很難快速全面地把自身儲(chǔ)備的知識(shí)與新學(xué)知識(shí)做到融會(huì)貫通和綜合應(yīng)用，從而使學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過(guò)程中產(chǎn)生茫然的學(xué)習(xí)狀態(tài)，有些學(xué)生甚至產(chǎn)生厭學(xué)心理，這將使整個(gè)課程的教與學(xué)過(guò)程變得非常艱難，以至于課程的教學(xué)質(zhì)量嚴(yán)重下滑。因此提出“提出問(wèn)題——解決問(wèn)題的理論基礎(chǔ)——測(cè)試技術(shù)知識(shí)的運(yùn)用——解決問(wèn)題”的教學(xué)模式，其實(shí)質(zhì)是將理論教學(xué)與工程實(shí)踐相結(jié)合，讓學(xué)生體會(huì)到所學(xué)知識(shí)的具體應(yīng)用對(duì)象。對(duì)每一節(jié)課，在正式授課前，教師應(yīng)利用多媒體展示本節(jié)的教學(xué)重點(diǎn)、思考題與計(jì)算題。因?qū)W生帶著問(wèn)題學(xué)習(xí)，在教學(xué)過(guò)程中，教師更應(yīng)注重以身邊的生活實(shí)例和工程案例設(shè)疑式地啟發(fā)學(xué)生，有目的地引導(dǎo)學(xué)生對(duì)思考題與計(jì)算題中所涉及的測(cè)試技術(shù)基本原理和技術(shù)展開(kāi)積極討論，讓學(xué)生成為教學(xué)過(guò)程的主體。問(wèn)題式教學(xué)法能使學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生強(qiáng)烈的求知欲和濃厚的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和培養(yǎng)學(xué)生自主思考、分析和解決問(wèn)題的能力，逐步培養(yǎng)其理論聯(lián)系實(shí)際的能力和創(chuàng)造性思維能力，其工程意識(shí)和創(chuàng)新能力勢(shì)必會(huì)有所提高。

四、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

實(shí)驗(yàn)課是驗(yàn)證理論、應(yīng)用理論和鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力的重要環(huán)節(jié)。[12] [13] [14]隨著該課程理論教學(xué)的不斷改革與進(jìn)步，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容、學(xué)時(shí)和時(shí)間安排也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的改革，其主要改革措施有：（1）單獨(dú)開(kāi)設(shè)24學(xué)時(shí)的“流體機(jī)械專業(yè)實(shí)驗(yàn)”課程，理論課和實(shí)驗(yàn)課分別設(shè)置，實(shí)驗(yàn)教學(xué)不再附屬于理論課教學(xué)，克服了實(shí)驗(yàn)課教學(xué)學(xué)時(shí)偏少、理論課和實(shí)驗(yàn)課相互擠占學(xué)時(shí)的現(xiàn)象。（2）在已開(kāi)設(shè)的水泵性能實(shí)驗(yàn)、水泵汽蝕性能實(shí)驗(yàn)、水泵振動(dòng)測(cè)量、噪聲測(cè)量、水輪能量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用自主研發(fā)的自循環(huán)多功能離心泵教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，增開(kāi)泵的串聯(lián)性能實(shí)驗(yàn)和并聯(lián)性能實(shí)驗(yàn)。（3）增加實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)。調(diào)整后實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)見(jiàn)表2。（4）任課教師與實(shí)驗(yàn)教師聯(lián)合制訂實(shí)驗(yàn)計(jì)劃及每組學(xué)生數(shù)，一般每組學(xué)生數(shù)不超過(guò)6人，要求學(xué)生在規(guī)定時(shí)間段內(nèi)完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，便于上級(jí)部門監(jiān)督檢查實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量及進(jìn)程。（5）為了強(qiáng)化理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，學(xué)校要求任課教師承擔(dān)一定工作量的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)。

表2 ? 流體機(jī)械專業(yè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及學(xué)時(shí)數(shù)

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“流體機(jī)械專業(yè)實(shí)驗(yàn)”課程開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目屬多參數(shù)測(cè)量的綜合性實(shí)驗(yàn)，涵蓋了“流體機(jī)械測(cè)試技術(shù)”課程所有章節(jié)知識(shí)點(diǎn)，因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用以練為主、講練結(jié)合的方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)講解和實(shí)際測(cè)試工作等教學(xué)環(huán)節(jié)，使每個(gè)學(xué)生在切實(shí)感受到每個(gè)測(cè)試環(huán)節(jié)的同時(shí)，對(duì)測(cè)試過(guò)程有一個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，并且掌握測(cè)試裝置的工作原理、各參數(shù)測(cè)量原理及技巧，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和組織測(cè)試工作的能力。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目測(cè)試完畢后，在實(shí)驗(yàn)課內(nèi)要求學(xué)生應(yīng)用EXCEL軟件計(jì)算數(shù)據(jù)、繪圖、數(shù)據(jù)擬合并得出經(jīng)驗(yàn)公式。這種教學(xué)方法解決了學(xué)生不認(rèn)真學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告相互抄襲的問(wèn)題。通過(guò)上述嚴(yán)格訓(xùn)練，使學(xué)生在掌握本學(xué)科基本的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法的同時(shí)，又學(xué)會(huì)了EXCEL軟件的使用，更有利于掌握理論知識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮學(xué)生主體性，變“要我學(xué)”為“我要學(xué)”，有效地培養(yǎng)了學(xué)生的工程意識(shí)、組織測(cè)試工作能力和創(chuàng)新能力，為學(xué)生就業(yè)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

五、結(jié)束語(yǔ)

“流體機(jī)械測(cè)試技術(shù)”是卓越工程師培養(yǎng)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程與實(shí)驗(yàn)儀器儀表、企業(yè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)精密結(jié)合，其教學(xué)更應(yīng)注重基礎(chǔ)理論和實(shí)踐相結(jié)合。讓科研和工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)豐富的教師承擔(dān)該課程的教學(xué)任務(wù)，是提高其教學(xué)效果的關(guān)鍵因素之一。文中結(jié)合本校流體機(jī)械及工程專業(yè)的教學(xué)特點(diǎn)和培養(yǎng)特色，從教學(xué)的內(nèi)容和方法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面介紹了該課程改革的一些措施，以促進(jìn)課堂教學(xué)效果的提高和學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)，推進(jìn)卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃在具體教學(xué)環(huán)節(jié)中的實(shí)施。卓越工程師教育培養(yǎng)目標(biāo)明確，其專業(yè)課程在企業(yè)和學(xué)校學(xué)習(xí)時(shí)間安排、教學(xué)內(nèi)容和方法上仍需進(jìn)一步研究與優(yōu)化。

[ 注 釋 ]

[1] 教育部高等教育司.最新高校卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃實(shí)施探索與國(guó)家創(chuàng)新工程技術(shù)人才培養(yǎng)方案指導(dǎo)全書(shū)[M].北京：高等教育出版社，2011.

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[13] ?唐愛(ài)坤，潘劍鋒，邵霞，張彭崗.“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”下實(shí)踐教育的思考[J].中國(guó)電力教育，2013（29）：62-62.

[14] ?李書(shū)偉，劉紹娜.“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”下實(shí)踐教育的思考[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2011（11）：138-140.

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