化工過程流體機械教學方法的探索與實踐

周昌靜 王振波 王宗明 章大海

中國石油大學（華東）化學工程學院 山東青島 266555

化工過程流體機械是中國石油大學（華東）化工裝備與控制工程專業主干專業課程，課程綜合了機械、結構、流體力學、工程熱力學、調節控制和選型操作等多方面的知識。課程的教學目標是使學生掌握過程流體機械的結構形式、工作原理、性能特點和調節控制，培養學生具有從事化工過程流體機械的使用、選型、調節控制及研究改造的基本能力，實現對理工科專業學生知識、能力、素質的培養要求。為達到課程的教學目標和對學生的培養要求，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方式的探索與研究。本文主要介紹“化工過程流體機械”教學過程中探索的教學方法。

1 更改教學模式，多媒體、板書、網絡教學相結合

在課程的授課過程中，采用多種教學手段相互配合的辦法，并根據授課內容的特點，選用合適的教學手段和方法，以強化學生的學習效果。

針對授課內容中流體機械過流部件和關鍵機械零部件基本結構形式部分及流體機械工作理論當中涉及的抽象、難懂的問題，采用多媒體教學代替傳統的板書和圖片講解，二維的流體機械內部結構圖和工作原理圖被設計成三維立體圖和裝配動畫，并輔之以學生現場實習期間及機器拆裝實踐期間所拍攝的照片和錄像。多媒體教學不但使復雜的結構和抽象的原理變得直觀、易懂，而且會增加真實感，拉近學生和所要學習對象的距離，增強學生對化工過程流體機械的認識。對于授課過程中學生很難理解的流體在葉輪中的流動過程和離心泵氣蝕、氣縛等現象，則通過計算流體力學CFD獲得葉輪內流場分布、三維動畫和試驗視頻展示給學生，在有利于學生掌握好相關知識同時，也增加了課程的生動性，提升了學生對課程學習的興趣。

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。針對公式的推導仍然采用傳統的板書形式，這樣公式推導過程中可以留給學生足夠的時間思考和消化，有助于學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，使公式推導不連貫，導致學生思考不足、理解不透、學習困難等問題。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，增強教與學的互動性。

網絡教學，是遠程教學的一種重要形式，是利用計算機設備和互聯網技術對學生實行信息化教育的教學模式。網絡教學相比傳統教學模式，更能培養學生信息獲取、加工、分析、創新、利用、交流的能力[1]。針對化工過程流體機械授課人數多、授課學時少等特點，自2007年開始，利用中國石油大學（華東）精品課程網站建設，課程組開始籌建化工過程流體機械課程教學網站，課程課件、授課教案、電子教材、授課錄像、學習資料、實踐教學資料、參考資料等教學資源相繼上網，為學生在線學習提供了條件。根據學生網上學習反饋的信息，課程網站很好地發揮了輔教輔學功能，滿足了教師教學和學生學習的需要。

2 強化實踐教學內容，注重理論與實際相結合的教學方法

采用理論教學結合實踐教學過程、課堂教學結合實驗教學過程的教學方法，充分利用實踐教學環境、實驗教學條件，培養學生自學能力，達到重視理論聯系實際、加強工程實踐意識和培養學生工程應用能力的教學目標。所以本課程在教學的設計上，采用多種實踐方法加強課程的實踐教學內容。

在專業實習的安排上，將專業實習安排在課堂教學之前，通過專業實習期間機械運行現場參觀，加深學生對流體機械在化工生產中地位的認識，激發學生對流體機械的學習熱情。通過校內實習基地教學模型、實物流體機械設備講解化工生產中涉及的流體機械的結構和工作原理，比較不同類型流體機械的結構特點，加深學生對各類流體機械結構、工作原理和性能的認識。同時通過實習過程中對典型流體機械的拆裝訓練，學生可以加深對機器基本結構的掌握，提高動手能力，增強對課程學習的興趣。

在課程實驗教學上，通過開設往復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，使學生對往復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，同時加深了學生對泵和壓縮機性能曲線和工作點調節的認識。在整理實驗數據的過程中，學生通過對離心泵在不同轉速下性能的換算，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用，很好地將基本理論與實際結合起來，強化了學生所學知識的工程應用意識。

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生的培養目標之一是要使學生具備對化工過程流體機械調節和控制的基本能力，實際工程中工作點的調節方法有多種，而相似定律是通過調節機流體機械（泵與壓縮機）性能調節工作點的基礎。例如，因為簡單、方便，比例定律常用來確定性能調節所需轉速和估算變速調節的節能效果。然而，對于應用比例定律計算變速調節節省的能量還有許多爭議[2-3]。實際上，現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轉速的調節，對于有靜揚程管路系統則不能簡單地套用比例定律來計算調節流量所需轉速和估算節能效果。教學過程中通過設計無靜揚程管路系統和有靜揚程管路系統流量變化后確定變速調節所需轉速的案例，讓學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果的差別，無靜揚程系統，轉速調節后泵提供的能頭正好等于管路所需能頭，而有靜揚程系統泵按比例定律調速泵提供的能頭小于管路所需能頭，系統不能正常工作。

利用所學基本理論解決實際問題遇到困難后，學生會帶著疑問和好奇，這時和學生一起分析有靜揚程系統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比例定律的數學修正[4]。這種基本理論的擴展不但加深了學生對基本理論的理解，拓展了學生的知識面，而且能夠培養學生的創新意識和科學精神，調動學生學習的積極性后，再鼓勵學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，鼓勵學生閱讀和教學內容相關的科研和教學論文，培養學生搜集資料、閱讀文獻的能力，逐步養成研究問題的良好習慣，學生就會樂于接受。

4 結論

通過改變教學模式、加強實踐教學和注重基本理論的延伸，大大提高了學生學習的興趣，對提高化工過程流體機械的教學效率、強化學生專業知識工程應用意識、增強學生學習主動性、激發學生創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].廣西大學學報,2003(6):81-83.

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

[3]符永正.管路特性對泵與風機變速調節節能效益的影響[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轉速比的修正[C]//第四屆全國水力機械及其系統學術會議論文集,2011:291-295.