環(huán)境工程“泵與風(fēng)機(jī)”課程教學(xué)研究

牛權(quán)

摘 要 根據(jù)環(huán)境工程 “泵與風(fēng)機(jī)”課程的教學(xué)特點(diǎn)，組建教學(xué)內(nèi)容。以使環(huán)境工程學(xué)生在以后工作實(shí)際中學(xué)以致用。針對(duì)環(huán)境專業(yè)的特點(diǎn)，本文深入研究了“泵與風(fēng)機(jī)”這門課程的教學(xué)觀念、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法、手段，以及實(shí)際教學(xué)工作和教學(xué)實(shí)踐過程中的體會(huì)。

關(guān)鍵詞 環(huán)境工程 泵與風(fēng)機(jī) 教學(xué)研究

Abstract According to the teaching characteristics of the course of "pump and fan" in environmental engineering， the teaching content is set up. In order to make environmental engineering students in the future work of the actual secondary school in order to use. According to the characteristics of environmental specialty， this paper deeply studies the teaching concept， teaching content and teaching methods， teaching methods and means of "pump and fan"， and the experience in the process of practical teaching and teaching practice.

Keywords environmental engineering； pump and fan； teaching research

環(huán)境工程“泵與風(fēng)機(jī)”課程是一門工程實(shí)踐和理論相當(dāng)緊密結(jié)合的課程，①要學(xué)生在掌握“流體力學(xué)”的基礎(chǔ)之上，進(jìn)行學(xué)習(xí)和理解。本課程的主要方面有：泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、離心泵的工作原理、風(fēng)機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)、泵的內(nèi)部流動(dòng)狀況、基本方程式、性能曲線、相似性原理、泵的汽蝕、泵與風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)確定、運(yùn)行調(diào)節(jié)，泵與風(fēng)機(jī)的選型。泵站部分包括：泵站分類、選擇、基礎(chǔ)布置、吸壓水管路、水錘及防護(hù)，泵站附設(shè)、工藝設(shè)計(jì)以及排水泵站的簡(jiǎn)介。本文針對(duì)環(huán)境專業(yè)的特點(diǎn)，對(duì)“泵與風(fēng)機(jī)”的教學(xué)方法、教學(xué)觀念以及教學(xué)手段等方面進(jìn)行深入的研究與探討。②

1 環(huán)境工程專業(yè)“泵與風(fēng)機(jī)”教學(xué)目標(biāo)

“泵與風(fēng)機(jī)”作為最常見的流體機(jī)械，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，比如象礦山抽排水，電力系統(tǒng)高壓鍋爐給水，工礦企業(yè)通排風(fēng)，市政給排水，南水北調(diào)工程等。許多專業(yè)都是通過學(xué)習(xí)“泵與風(fēng)機(jī)”這門專業(yè)基礎(chǔ)課程獲得相關(guān)知識(shí)。對(duì)于環(huán)境工程專業(yè)，在講課過程中重點(diǎn)講授了環(huán)境工程特點(diǎn)。③專業(yè)課程的教學(xué)目的要求設(shè)計(jì)為：使環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生熟悉專業(yè)中最常使用的離心泵的葉輪結(jié)構(gòu)、工作原理、性能、工作狀況和使用場(chǎng)合。以及風(fēng)機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理、性能和工作狀況。并且熟悉離心泵的選型、能夠正確、合理地進(jìn)行管路系統(tǒng)的安排、布置。掌握住給水泵站一級(jí)取水站的工藝設(shè)計(jì)方法。就目前已有的《泵與風(fēng)機(jī)》教材而言，很難找到一本符合環(huán)境工程專業(yè)特色的專門教材，筆者在本課程的授課過程中主要整合了姜乃昌的《泵與泵站》（第五版），沙毅的《泵與風(fēng)機(jī)》，何川的《泵與風(fēng)機(jī)》，以及《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第二版）等相關(guān)內(nèi)容，主要教學(xué)內(nèi)容為：泵與風(fēng)機(jī)的基本內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本原理；泵內(nèi)流場(chǎng)及流體機(jī)械基本方程式；泵與風(fēng)機(jī)的性能；泵與風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)運(yùn)行與調(diào)節(jié)；水泵的選型和管路布置、風(fēng)機(jī)的選型；給水一級(jí)泵站的工藝設(shè)計(jì)。

2 加強(qiáng)本課程的教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生理論與實(shí)踐相結(jié)合的思維方式

實(shí)踐教學(xué)是人才培養(yǎng)一項(xiàng)非常重要的方面，是實(shí)現(xiàn)本科生素質(zhì)、知識(shí)、能力等的協(xié)調(diào)發(fā)展的非常有效的方法與途徑。它的主要內(nèi)容包括以下方面：

2.1 清水離心泵的性能曲線的確定及研究

清水離心泵與風(fēng)機(jī)的選型方法和運(yùn)行調(diào)節(jié)方法需要根據(jù)離心泵與風(fēng)機(jī)的性能曲線進(jìn)行。本課程的教學(xué)工作中筆者采用了工程流體力學(xué)的一元流動(dòng)動(dòng)量矩定理推導(dǎo)得到水泵的基本性能曲線，方程同樣適合于風(fēng)機(jī)。相關(guān)書中主要介紹了Q-H曲線的確定，而且只有圖片。筆者是水利專業(yè)的畢業(yè)生，結(jié)合水泵學(xué)的相關(guān)知識(shí)，筆者上課為環(huán)境工程學(xué)生詳細(xì)給出了Q-H曲線是如何由流體機(jī)械基本方程式一步一步推導(dǎo)出的，雖然只是要學(xué)生了解一下，但可以讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到理論知識(shí)的巨大威力。

實(shí)際水泵樣本中的性能曲線，是由大量的性能試驗(yàn)獲得的，而本校環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生在授課過程中有泵的性能實(shí)驗(yàn)課程，在實(shí)驗(yàn)課中學(xué)生親自做了基本性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)，加深了學(xué)生對(duì)水泵性能的認(rèn)識(shí)。

2.2 水泵工況點(diǎn)的確定及調(diào)節(jié)方法

本課程講課中的一個(gè)重要教學(xué)內(nèi)容就是向?qū)W生講授離心泵工況點(diǎn)的確定以及工況點(diǎn)的調(diào)節(jié)方法。工況點(diǎn)的確定通常采用的方法，筆者把它稱為交點(diǎn)法。就是列出離心泵的管道系統(tǒng)特性曲線以及離心泵的Q-H性能曲線聯(lián)立方程求解。該方法實(shí)際工程中則主要采用圖解法。這種方法非常簡(jiǎn)易，筆者在教學(xué)過程中提示學(xué)生這與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中商品價(jià)格變化決定于供求關(guān)系的變化是一致的，學(xué)生都能深刻理解。另一種方法稱為折引法，該方法的理解有一定難度，筆者結(jié)合能量供求關(guān)系的變化，通過方程式變?yōu)檎f(shuō)明。另外為進(jìn)一步掌握泵與風(fēng)機(jī)的性能發(fā)生變化后，泵與風(fēng)機(jī)運(yùn)行工作點(diǎn)的變化情況，筆者給學(xué)生總結(jié)了工況點(diǎn)變化的幾種情況。其中需求變化：包括液位調(diào)節(jié)，閘閥調(diào)節(jié)，還有書中沒提到的管徑變化、管道銹蝕、泵內(nèi)液體回流等多種因素。供給變化：包括調(diào)速運(yùn)行以及變徑調(diào)節(jié)等。這一方面幫助學(xué)生加深對(duì)實(shí)際工程中工作點(diǎn)調(diào)節(jié)方法的認(rèn)識(shí)，還進(jìn)一步讓學(xué)生對(duì)課本中相關(guān)知識(shí)進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)，強(qiáng)化了理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。

2.3 泵與風(fēng)機(jī)比轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)算公式的教學(xué)探討

我國(guó)的泵與風(fēng)機(jī)的比轉(zhuǎn)數(shù)公式是沿用前蘇聯(lián)的公式，與歐美國(guó)家的不同，而且不是無(wú)量綱量。筆者在教學(xué)過程中給學(xué)生補(bǔ)充了歐美國(guó)家的比轉(zhuǎn)數(shù)公式，以及我國(guó)提出的比轉(zhuǎn)數(shù)無(wú)量綱公式。這開拓了學(xué)生的眼界，而且使學(xué)生在今后的工作中遇到相關(guān)內(nèi)容時(shí)不至于十分陌生。比轉(zhuǎn)數(shù)的意義理解中有一點(diǎn)十分重要，就是比轉(zhuǎn)數(shù)相等只是泵與風(fēng)機(jī)工況相似的必要而非充分條件，教學(xué)中，要提醒學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)。

2.4 補(bǔ)充泵站設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容

結(jié)合環(huán)境工程專業(yè)特點(diǎn)，在環(huán)境工程后續(xù)課程學(xué)習(xí)中，比如水污染控制工程的課程設(shè)計(jì)中，需要用到泵站的內(nèi)容。因此，泵站設(shè)計(jì)的重要性必須引起足夠重視。筆者在授課過程中結(jié)合《給排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第二版）補(bǔ)充了給水泵站取水一級(jí)站的設(shè)計(jì)內(nèi)容，對(duì)取水泵站的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了非常詳細(xì)介紹。如：水泵臺(tái)數(shù)如何選擇、吸水管路和壓水管路如何確定與布置、水泵站的平面和高程如何布置等。由引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)際工程問題的關(guān)注，極大激發(fā)了本科生的學(xué)習(xí)興趣。本課程教材中的泵站設(shè)計(jì)過程存在的錯(cuò)誤，也對(duì)學(xué)生進(jìn)行了說(shuō)明。

3 采用靈活多變的教育方法和手段

教學(xué)手段是師生教學(xué)相互傳遞信息的工具。當(dāng)代科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，教學(xué)手段有口頭表達(dá)、圖文表示、電子設(shè)備和PPT教學(xué)等多種方法。本門課程的教學(xué)工作中，筆者采用了多種教學(xué)手段聯(lián)合使用方法，加強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

3.1 課堂板書、多媒體PPT相結(jié)合

多媒體PPT教學(xué)方法作為一種現(xiàn)代教學(xué)手段，它的特點(diǎn)是信息量大、生動(dòng)形象、使用方便、圖文并茂， 被廣泛應(yīng)用于日常教學(xué)之中。而采用傳統(tǒng)的板書形式，可方便記錄和標(biāo)記講課內(nèi)容要點(diǎn)，教學(xué)中這兩種方法可以相互補(bǔ)充，以PPT教學(xué)為主，板書教學(xué)為輔，從而達(dá)到很好的教學(xué)效果。現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容十分豐富，筆者從網(wǎng)上下載了許多的圖片，包括一些泵與風(fēng)機(jī)的相關(guān)FLASH動(dòng)畫及realplayer格式的錄像。在教學(xué)過程中向?qū)W生播放這些FLASH動(dòng)畫，錄像使學(xué)生加深了對(duì)相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)與理解。如離心泵的工作原理FLASH動(dòng)畫，學(xué)生看后就深刻理解了離心泵的工作原理，印象深刻、不容易忘記。

3.2 注重課后練習(xí)

本課程的學(xué)習(xí)難點(diǎn)，主要是在葉片泵理論部分有大量的理論知識(shí)需要學(xué)習(xí)。因此在教學(xué)過程中筆者除安排課本中的練習(xí)題，還從課外搜集了一定量?jī)?yōu)秀的練習(xí)布置給學(xué)生，考慮到課時(shí)較充裕，而且為減輕學(xué)生的課后負(fù)擔(dān)，一般都安排一定時(shí)間的習(xí)題課，當(dāng)堂練習(xí)，當(dāng)堂講解，鞏固學(xué)習(xí)效果，

3.3 比較式與啟發(fā)式教學(xué)相結(jié)合

針對(duì)本專業(yè)課程的特點(diǎn)，在講課中，主要采用了啟發(fā)教學(xué)和比較教學(xué)相結(jié)合的方法。如離心式水泵與軸流式水泵，離心式風(fēng)機(jī)與軸流式風(fēng)機(jī)、后彎式和前彎式兩種形式的風(fēng)機(jī)與泵。使學(xué)生在學(xué)習(xí)中深入理解上述幾種形式的泵與風(fēng)機(jī)的葉輪結(jié)構(gòu)、工作原理、流速三角形、性能、安裝方式等各方面的特點(diǎn)和差別。以這個(gè)為基礎(chǔ)，進(jìn)一步提出了許多的工程問題，引導(dǎo)學(xué)生把所學(xué)的課本知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中。比如：為什么離心式水泵與大多數(shù)離心式風(fēng)機(jī)都使用后彎式葉片？為什么軸流式泵的揚(yáng)程小于離心式泵的揚(yáng)程？為什么離心式水泵與軸流式水泵的使用場(chǎng)合、啟動(dòng)方式都存在巨大的不同與差異？怎樣才能由泵的基本方程式理論分析獲得離心泵的基本性能Q-H曲線？為什么各種不同型號(hào)的水泵對(duì)于安裝高度都有一定的要求？為什么在選擇泵與風(fēng)機(jī)時(shí)都要求工況點(diǎn)都落在高效區(qū)范圍內(nèi)？為什么采用比轉(zhuǎn)數(shù)就可以對(duì)泵進(jìn)行分類和比較？在講授中，要注意開拓學(xué)生的思路，逐步引導(dǎo)本科生找到解決問題的途徑與方法。課程的教學(xué)實(shí)踐完全表明，本課程通過采用兩種教學(xué)相結(jié)合的方法，極大激發(fā)了本科生的學(xué)習(xí)情緒，有效加強(qiáng)了本科生對(duì)課堂所學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解、掌握，并且取得了不錯(cuò)的教學(xué)效果。

4 結(jié)論

環(huán)境工程專業(yè)泵與風(fēng)機(jī)課程的教育教學(xué)工作中結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，需要明確教學(xué)目標(biāo)、加強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐思維能力。采用當(dāng)堂板書、多媒體PPT教學(xué)等多種教育教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方法，啟發(fā)和比較教學(xué)等相結(jié)合的教學(xué)方法和手段，以上方法改進(jìn)了教學(xué)效果，提高了教學(xué)質(zhì)量，得到了良好的教學(xué)效果。

注釋

① 郭瑾，秦俠.環(huán)境工程專業(yè)“泵與風(fēng)機(jī)”課程教學(xué)研究與實(shí)踐[J].中國(guó)電力教育，2010（13）：84-85.

② 馬炎坤，林小棉.“流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī)”的課程教學(xué)改革的探索[J].廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008（3）：46-49.

③ 王海瑛.泵與風(fēng)機(jī)課程一體化教學(xué)改革初探[J].中國(guó)電力教育，2006?？?29-330.