項目教學(xué)法在“離心泵”中的應(yīng)用*

劉祥麗，王慧娟，曾湘暉，楊 濤，高恩麗

(九江學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，江西 九江 332005)

項目教學(xué)法是以現(xiàn)代認知心理學(xué)思想、自適應(yīng)學(xué)習(xí)理論和探索性學(xué)習(xí)架構(gòu)為基礎(chǔ)，采用類似科學(xué)研究與工程實踐的教學(xué)方法，促進學(xué)生主動學(xué)習(xí)、自主發(fā)展的一種新型的教學(xué)方法[1-2]。項目式教學(xué)是通過實施一個項目而進行的教學(xué)活動，其目的是在課堂教學(xué)中把理論教學(xué)和實踐有機地結(jié)合在一起，充分發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能，提高學(xué)生分析和解決實際問題的綜合能力[3-4]。

《化工原理》是化工類專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，在引導(dǎo)學(xué)生建立工程概念、完成從學(xué)生到技術(shù)人員角色轉(zhuǎn)變的環(huán)節(jié)中起著非常重要的作用。離心泵是《化工原理》課程中流體輸送章節(jié)的重要組成部分。該部分知識點主要包括離心泵的工作原理和主要部件、離心泵的基本方程式、離心泵的主要性能參數(shù)與特性曲線、離心泵的汽蝕現(xiàn)象和允許安裝高度、離心泵的工作點與流量調(diào)節(jié)以及離心泵的類型、選擇與使用等[5]。這部分內(nèi)容概念較多，知識點比較繁雜，知識點之間聯(lián)系不夠緊密，常常會出現(xiàn)“學(xué)完泵不會用泵”的現(xiàn)象。

筆者用“認識泵、購買泵、安裝泵、運行泵”12字方針將離心泵的所有知識點串聯(lián)在一起，并結(jié)合化工生產(chǎn)中的典型流體輸送任務(wù)，構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容，實施項目式教學(xué)，取得了很好的教學(xué)效果。

1 流體輸送項目的建立

某工廠擬從常壓儲槽向表壓為1.77 bar的設(shè)備內(nèi)輸送油品。已知輸送條件下油品的密度為760 kg/m3,運動粘度為16 cSt，飽和蒸氣壓為80 kPa。設(shè)備的油品入口端比儲槽液面高5 m。輸送管的直徑為Φ57×2 mm，儲槽液面維持恒定。輸油量為14～19 m3/h，最大流量下吸入管路和排出管路的管長(包括所有局部阻力的當(dāng)量長度)分別為8 m和35 m，摩擦系數(shù)為0.032。試選擇一臺合適的泵，并確定其合適的安裝高度、推薦較為適宜的流量調(diào)節(jié)方法。

2 項目教學(xué)法的實施

2.1 子項目的建立

作為初學(xué)者的學(xué)生要想完成上述項目難度較大，常常會陷入一籌莫展的僵局。筆者根據(jù)輸送項目的實際情況和“離心泵”的教學(xué)目標(biāo)，打破原有教材體系，重組教學(xué)內(nèi)容，將總體教學(xué)內(nèi)容分為四個子項目(見表1)。

表1 離心泵分解項目一覽表

2.2 項目細節(jié)的分析梳理

完成一個項目，必須深刻認識項目的具體要求，弄清楚解決問題的關(guān)鍵所在，并將相應(yīng)的理論知識內(nèi)嵌在項目的完成過程中，做到理論學(xué)習(xí)和項目開展兩手抓，兩手都要硬。

2.2.1 認識泵

本項目要求選擇合適的泵以完成相應(yīng)的流體輸送任務(wù)，教師首先應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)泵的作用、泵的分類、泵的主要組成部分及功能、泵的工作原理等知識點。學(xué)生對離心泵有了初步認識后，教師即應(yīng)組織學(xué)生以小組為單位去學(xué)校附近的離心泵維修點、離心泵銷售網(wǎng)點進行參觀考察，增加對離心泵結(jié)構(gòu)的感性認識，理論聯(lián)系實際，擴大知識面。學(xué)生對離心泵的認識加深后，就可以對項目進行初步分析了：項目輸送流體為油品，輸油量為14～19 m3/h，以最大流量列伯努利方程計算所需要的壓頭是33.46 m。輸送任務(wù)所需壓頭不是很高，流量不是很低，所以可初步確定所選泵的類型為離心油泵(Y型泵)。

2.2.2 購買泵

購買任何一件商品都應(yīng)該先看其銘牌，再看其說明書。購買離心泵亦是如此，看懂離心泵銘牌和說明書非常重要。結(jié)合之前實地考察時拍攝的照片及收集的說明書等資料，引導(dǎo)學(xué)生閱讀銘牌信息，激發(fā)學(xué)生對銘牌上信息(轉(zhuǎn)速、流量、壓頭、軸功率、效率、必需汽蝕余量等)的探究興趣。教師適時引入離心泵的主要性能參數(shù)、介紹各個性能參數(shù)的定義、影響因素(由離心泵理論方程的推導(dǎo)展開討論)、獲取方法等。

由離心泵的說明書引出離心泵的特性曲線：特性曲線的繪制、特性曲線的變化趨勢、最佳工況參數(shù)和高效區(qū)等概念。引導(dǎo)學(xué)生重新認識銘牌，從專業(yè)的角度理解銘牌上的數(shù)字對實際生產(chǎn)過程的指導(dǎo)意義。說明書中的特性曲線是以水為工作介質(zhì)測定的，本項目輸送流體是油品，其密度、粘度等物性均有所不同。組織學(xué)生討論特性曲線是否需要校正，總結(jié)提煉出特性曲線校正的原因、方法等。學(xué)生分析項目，結(jié)合油品的性質(zhì)、項目的最大流量和所需要的壓頭選擇油泵，并找到其具體型號(65Y-60B)。

2.2.3 安裝泵

通過“水壺里的水沸騰”這一常見生活場景引出汽蝕現(xiàn)象的概念、汽蝕發(fā)生的臨界條件、汽蝕的危害、抗汽蝕性能(必需汽蝕余量和允許吸上真空度)的概念、影響因素和變化規(guī)律、允許安裝高度的計算公式和應(yīng)用等知識點。引導(dǎo)學(xué)生分析討論正確安裝離心泵以避免汽蝕現(xiàn)象發(fā)生的有效解決方案。組織學(xué)生參觀學(xué)校的污水處理廠和自來水二次泵站，實地考察離心泵的安裝情況，理解干式安裝和濕式安裝的異同。學(xué)生結(jié)合65Y-60B離心油泵的必需汽蝕余量計算出該泵在最大流量下的允許安裝高度為0.26 m，故泵的實際安裝高度應(yīng)比允許安裝高度低0.5～1 m(即泵的入口比儲槽液面低0.24～0.74 m即可)。

2.2.4 運行泵

以示范項目為例，探討泵在啟動、運行和停泵時的注意事項。引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)管路特性曲線方程，讓學(xué)生體會管路特性曲線和泵的特性曲線的影響因素。組織學(xué)生討論輸送系統(tǒng)上下游截面高度差、壓差、流體密度、閥門開度、離心泵葉輪轉(zhuǎn)速、葉輪直徑、泵的串并聯(lián)等因素對輸送系統(tǒng)輸送流量的影響，并學(xué)會用示意圖表示出流量變化過程。學(xué)生通過分析找到了實現(xiàn)流量(工作點)調(diào)節(jié)的所有方法，教師即可引導(dǎo)學(xué)生討論分析各種流量調(diào)節(jié)方法的利弊。學(xué)生結(jié)合具體的生產(chǎn)任務(wù)，通過經(jīng)濟核算，比較得出合適的流量調(diào)節(jié)方法。

2.3 小組協(xié)作交流、獨立完成項目

根據(jù)班級人數(shù)將學(xué)生分成多個小組，每個小組由4～5位成績不等的學(xué)生組成。將項目任務(wù)中的一些參數(shù)適當(dāng)修改(每組的參數(shù)都不同)后，下達到小組。要求小組成員共同討論、團結(jié)協(xié)作共同完成項目。為保證所有的同學(xué)都真正地參與到項目的完成過程中，要求每人必須獨立提交項目成果(項目總結(jié)報告)。

2.4 評價總結(jié)

評價總結(jié)是“項目式教學(xué)”的重要組成部分。鼓勵學(xué)生編寫ppt，到臺前展示自己的作品。采用學(xué)生自評、小組互評、教師總評相結(jié)合的方式，比較各組的優(yōu)缺點，引導(dǎo)他們學(xué)習(xí)別人的長處來改進和提高自己的設(shè)計作品。學(xué)生、小組和教師的評分結(jié)果按一定比例計入總分，最后將項目的成果(包括實務(wù)、數(shù)據(jù)、圖片、和總結(jié)等)全部進行歸檔保存或集中展示。學(xué)生完成項目的過程中不僅夯實了專業(yè)知識，而且語言表達能力、文本編輯能力、團隊協(xié)作能力都得到了很大的提高。

3 結(jié) 語

項目式教學(xué)過程中，指導(dǎo)教師不再是教學(xué)活動的唯一中心，其從傳統(tǒng)教學(xué)的主角變?yōu)榻虒W(xué)活動的組織者、監(jiān)督者和學(xué)習(xí)輔導(dǎo)者。教師把學(xué)生引入項目中后退居到次要位置，隨時準(zhǔn)備幫助學(xué)生答疑解惑。

項目教學(xué)法強調(diào)學(xué)生是認知的主體，其對教師的教學(xué)水平提出了更高的要求。教師不僅要有扎實的理論根底還要有很好的設(shè)計和操作能力。教師必須選好示范項目，要讓學(xué)生在完成項目的過程中，理論知識得到夯實。只有這樣，才能培養(yǎng)出理論和實踐有機結(jié)合的現(xiàn)代化工人才。

項目教學(xué)法的實施使學(xué)生明白所學(xué)理論知識能解決實際問題。學(xué)生學(xué)會了應(yīng)用，學(xué)習(xí)欲望就會被誘發(fā)出來，學(xué)習(xí)目標(biāo)更加明確，教學(xué)效果明顯提高。