現代工業泵結構與設計教學方法論文

現代工業泵結構與設計教學方法論文

　　【摘要】現代工業泵結構與設計是流體機械及工程的專業課，課程系統介紹了工業用泵的結構特點及設計方法。本文通過近幾年來教學實踐中的體會，討論了該門專業課教學的四個教改措施：課堂教學與實踐教學相結合、結合CFD的課堂教學、項目教學法的引入以及多樣性的課程考核。通過教學改革激發了學生的學習興趣和增強了學生的主動學習能力，激發了學生的創新能力，獲得了一定的教學效果。

　　【關鍵詞】現代工業泵結構與設計；教學方法；探索與實踐

　　現代工業泵結構與設計是流體機械及工程的專業選修課,該課程針對本專業以泵類產品為研究對象的特點，加強基本理論知識，力求反映國內外先進科學技術和生產實踐經驗。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，通過開設該本課程，使本專業學生掌握現代工業泵的結構特點和工作原理，為學生畢業后從事本專業的工作打下基礎。課程的教學目標主要包括三個方面：一是掌握工業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。工業用泵的類型非常多，要在有限的學時內講解更多的泵型，要求任課教師對各類泵的結構非常熟悉。另外，要達到預期的教學目標，還要在課堂講解、課程大作業上以及實踐教學等方面做出一些教改嘗試。經過幾年的教改嘗試，獲得了一定的教學效果。

　　一、教改前課程教學存在的問題

　　相比傳統的教學方式，本課程采用多媒體教學為主，輔以板書，該方式使得學生能夠接受大量的信息，有助于全面了解各類泵型。通過學生的反饋獲得的本課程存在的主要問題：1.大部分學生認為該專業課程非常實用，有助于他們今后的就業，但是由于涉及的泵型太多，學生無法深入了解；2.該課程主要涉及結構設計，部分學生認為課程枯燥,抽象，難懂，學生在課堂上是被動式的接受，而非處于對知識本身的興趣和探求；3.部分學生沒有在學習中把工業泵的結構與功能結合起來，經常發現有一些學生知道有該結構,卻不知道該結構的具體功能和設計原理。例如離心泵上常見的平衡孔，大部分學生不清楚平衡孔設置的數量以及開設位置與軸向力平衡之間的關系。因此，有必要對該課程進行改革，進而提高學生對所學課程的興趣以及相關知識的理解程度，實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，學生被動接受，學生主動思考和參與的程度不夠，導致上課過程中多數學生無法跟上老師思路，或者睡覺，或者做其他的事情，教學效果比較差。作為流體機械及工程的選修課，面對的是畢業班的學生，部分學生對于這門課更是為了拿到畢業學分，而不是以增長專業知識。為改變這種被動的教學方法的弊端，本門課程在如下幾方面做了嘗試：1.課堂教學與實踐教學相結合工業泵結構復雜,學生們總覺得很抽象，對此,我們通過改善課堂教學手段、加強校內實踐環節讓學生掌握一些常見工業泵的結構。實踐教學中設置了雙吸泵拆裝實踐、離心泵性能測試、泵的自吸性能實驗、機械密封作用原理等，結合實踐教學后，學生的的學習熱情顯著提高，結合實物和實驗，更易于學生掌握本課程的專業知識。通過上述實踐環節，加深了對學生對課堂理論知識的理解，學習針對性更強了，圖1為雙吸泵拆裝現場。2.結合CFD的課堂教學計算流體力學（ComputationalFluidDynamics,CFD）是建立在經典流體力學與數值計算方法基礎上的一門新興學科[1]。它通過計算機數值計算和圖像顯示的方法，在時間和空間上定量描述流場的數值解，從而達到對物理問題研究的目的。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來講解，圖2是通過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引入到這兩個章節的教學中，有利于學生掌握泵相關的結構參數對泵的性能及內部流動的影響規律。3.項目教學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過程中引入項目教學法，即明確項目后由師生共同實施的教學活動。主要包括以下幾個階段：第一階段教師提出設計任務，闡明設計的難點和重點，講解常見兩相流泵結構及存在的問題，學生參與討論，確定設計任務的具體參數，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；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；第三階段以學生為主，教師將學生分組，分別下達不同的設計參數，結合學生調研和前面兩個階段的教師講解，學生完成泵的水力設計，撰寫設計說明書和繪制葉輪水力圖。在這個階段，學生會遇到很多困難，此時教師需積極與學生溝通探討，將解決方案制定出來。通過這次實踐后教師課讓學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生掌握現代工業泵結構及其設計方法因此試卷考試無法全面檢查學生掌握本課程的程度。結合本課程的特點,采用課程考試、項目大作業以及PPT講解等三方面綜合考察學生對本課程的掌握程度，其中課程考試主要考察學生對基本概念的理解，項目大作業考察學生應用理論知識解決實際問題的能力，根據項目大作業制作的PPT，可以鍛煉學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課程自身的特點,全面考核學生對大綱要求內容的掌握程度。

　　三、總結

　　近年來，針對現代工業泵結構與設計這門課程的特點，通過在實際教學中不斷地進行嘗試和探索：課堂教學與實踐教學相結合、結合CFD的課堂教學以及項目教學法的引入等多個方面對該課程的教改做了嘗試。當然，目前針對該門課程所進行的工作也只是初步的、嘗試性的，教學質量的大幅度提高不是一蹴而就的，而是需要進行長期深入地努力才能實現。

　　參考文獻：

　　[1]劉棟.泵內流場數值模擬教學方法的探索與實踐.課程教育研究.2015.2:206.

　　[2]王春林，吳志旺，司艷雷,等.旋流自吸泵汽液兩相流數值模擬.排灌機械.2009,27(3):163-167.

　　[3]王春林，張浩，彭娜，等.三角形迷宮螺旋泵內部流場數值計算及試驗，排灌機械.2009,27(2):74-77.

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