現(xiàn)代工業(yè)泵結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)教學(xué)方法的探索與實(shí)踐

【摘要】現(xiàn)代工業(yè)泵結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)是流體機(jī)械及工程的專業(yè)課，課程系統(tǒng)介紹了工業(yè)用泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)方法。本文通過近幾年來教學(xué)實(shí)踐中的體會(huì)，討論了該門專業(yè)課教學(xué)的四個(gè)教改措施：課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合、結(jié)合CFD的課堂教學(xué)、項(xiàng)目教學(xué)法的引入以及多樣性的課程考核。通過教學(xué)改革激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和增強(qiáng)了學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)能力，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新能力，獲得了一定的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】現(xiàn)代工業(yè)泵結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì) 教學(xué)方法 探索與實(shí)踐

【基金項(xiàng)目】江蘇省品牌專業(yè)建設(shè)工程資助（PPZY2015A029）。

【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2016）09-0202-02

現(xiàn)代工業(yè)泵結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)是流體機(jī)械及工程的專業(yè)選修課， 該課程針對(duì)本專業(yè)以泵類產(chǎn)品為研究對(duì)象的特點(diǎn)，加強(qiáng)基本理論知識(shí)，力求反映國內(nèi)外先進(jìn)科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。它建立在機(jī)械原理，流體機(jī)械原理，以及葉片泵水力設(shè)計(jì)等課程知識(shí)的基礎(chǔ)上，通過開設(shè)該本課程，使本專業(yè)學(xué)生掌握現(xiàn)代工業(yè)泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理，為學(xué)生畢業(yè)后從事本專業(yè)的工作打下基礎(chǔ)。

課程的教學(xué)目標(biāo)主要包括三個(gè)方面：一是掌握工業(yè)上常用泵的結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)方法。工業(yè)用泵的類型非常多，要在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)講解更多的泵型，要求任課教師對(duì)各類泵的結(jié)構(gòu)非常熟悉。另外，要達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)，還要在課堂講解、課程大作業(yè)上以及實(shí)踐教學(xué)等方面做出一些教改嘗試。經(jīng)過幾年的教改嘗試，獲得了一定的教學(xué)效果。

一、教改前課程教學(xué)存在的問題

相比傳統(tǒng)的教學(xué)方式，本課程采用多媒體教學(xué)為主，輔以板書，該方式使得學(xué)生能夠接受大量的信息，有助于全面了解各類泵型。通過學(xué)生的反饋獲得的本課程存在的主要問題：1.大部分學(xué)生認(rèn)為該專業(yè)課程非常實(shí)用，有助于他們今后的就業(yè)，但是由于涉及的泵型太多，學(xué)生無法深入了解；2.該課程主要涉及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，部分學(xué)生認(rèn)為課程枯燥，抽象，難懂，學(xué)生在課堂上是被動(dòng)式的接受，而非處于對(duì)知識(shí)本身的興趣和探求；3.部分學(xué)生沒有在學(xué)習(xí)中把工業(yè)泵的結(jié)構(gòu)與功能結(jié)合起來，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有一些學(xué)生知道有該結(jié)構(gòu)， 卻不知道該結(jié)構(gòu)的具體功能和設(shè)計(jì)原理。例如離心泵上常見的平衡孔，大部分學(xué)生不清楚平衡孔設(shè)置的數(shù)量以及開設(shè)位置與軸向力平衡之間的關(guān)系。因此，有必要對(duì)該課程進(jìn)行改革，進(jìn)而提高學(xué)生對(duì)所學(xué)課程的興趣以及相關(guān)知識(shí)的理解程度，實(shí)現(xiàn)本課程設(shè)置的目標(biāo)。

二、教改措施

傳統(tǒng)的本科授課方法以教師講解為主，學(xué)生被動(dòng)接受，學(xué)生主動(dòng)思考和參與的程度不夠，導(dǎo)致上課過程中多數(shù)學(xué)生無法跟上老師思路，或者睡覺，或者做其他的事情，教學(xué)效果比較差。作為流體機(jī)械及工程的選修課，面對(duì)的是畢業(yè)班的學(xué)生，部分學(xué)生對(duì)于這門課更是為了拿到畢業(yè)學(xué)分，而不是以增長專業(yè)知識(shí)。為改變這種被動(dòng)的教學(xué)方法的弊端，本門課程在如下幾方面做了嘗試：

1.課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合

工業(yè)泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜，學(xué)生們總覺得很抽象，對(duì)此，我們通過改善課堂教學(xué)手段、加強(qiáng)校內(nèi)實(shí)踐環(huán)節(jié)讓學(xué)生掌握一些常見工業(yè)泵的結(jié)構(gòu)。實(shí)踐教學(xué)中設(shè)置了雙吸泵拆裝實(shí)踐、離心泵性能測試、泵的自吸性能實(shí)驗(yàn)、機(jī)械密封作用原理等，結(jié)合實(shí)踐教學(xué)后，學(xué)生的的學(xué)習(xí)熱情顯著提高，結(jié)合實(shí)物和實(shí)驗(yàn)，更易于學(xué)生掌握本課程的專業(yè)知識(shí)。通過上述實(shí)踐環(huán)節(jié)，加深了對(duì)學(xué)生對(duì)課堂理論知識(shí)的理解，學(xué)習(xí)針對(duì)性更強(qiáng)了，圖1為雙吸泵拆裝現(xiàn)場。

2.結(jié)合CFD的課堂教學(xué)

計(jì)算流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，CFD）是建立在經(jīng)典流體力學(xué)與數(shù)值計(jì)算方法基礎(chǔ)上的一門新興學(xué)科[1]。它通過計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算和圖像顯示的方法，在時(shí)間和空間上定量描述流場的數(shù)值解，從而達(dá)到對(duì)物理問題研究的目的。目前各種CFD通用性軟件包陸續(xù)出現(xiàn)，成為商品化軟件，性能日趨完善，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。本課程中涉及的第三章是自吸泵的自吸原理以及設(shè)計(jì)方法，第五章小流量高揚(yáng)程泵中的迷宮螺旋泵等都結(jié)合了CFD來講解，圖2是通過CFD計(jì)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(nèi)的靜壓分布[3]。將CFD引入到這兩個(gè)章節(jié)的教學(xué)中，有利于學(xué)生掌握泵相關(guān)的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)泵的性能及內(nèi)部流動(dòng)的影響規(guī)律。

3.項(xiàng)目教學(xué)法的引入

在本課程第四章液固兩相流泵結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)的教學(xué)過程中引入項(xiàng)目教學(xué)法，即明確項(xiàng)目后由師生共同實(shí)施的教學(xué)活動(dòng)。主要包括以下幾個(gè)階段：第一階段教師提出設(shè)計(jì)任務(wù)，闡明設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和重點(diǎn)，講解常見兩相流泵結(jié)構(gòu)及存在的問題，學(xué)生參與討論，確定設(shè)計(jì)任務(wù)的具體參數(shù)，主要包括固液兩相流泵的設(shè)計(jì)流量、揚(yáng)程、轉(zhuǎn)速以及輸送顆粒物的濃度和粒經(jīng)；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(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，最后引入固液兩相流泵的水力設(shè)計(jì)方法；第三階段以學(xué)生為主，教師將學(xué)生分組，分別下達(dá)不同的設(shè)計(jì)參數(shù)，結(jié)合學(xué)生調(diào)研和前面兩個(gè)階段的教師講解，學(xué)生完成泵的水力設(shè)計(jì)，撰寫設(shè)計(jì)說明書和繪制葉輪水力圖。在這個(gè)階段，學(xué)生會(huì)遇到很多困難，此時(shí)教師需積極與學(xué)生溝通探討，將解決方案制定出來。通過這次實(shí)踐后教師課讓學(xué)生充分了解液固兩相流泵的水力結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其性能的影響。圖4為學(xué)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(xué)生掌握現(xiàn)代工業(yè)泵結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法，因此試卷考試無法全面檢查學(xué)生掌握本課程的程度。結(jié)合本課程的特點(diǎn)，采用課程考試、項(xiàng)目大作業(yè)以及PPT講解等三方面綜合考察學(xué)生對(duì)本課程的掌握程度，其中課程考試主要考察學(xué)生對(duì)基本概念的理解，項(xiàng)目大作業(yè)考察學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，根據(jù)項(xiàng)目大作業(yè)制作的PPT，可以鍛煉學(xué)生陳述與分析總結(jié)能力。這一考核改革的好處就是針對(duì)該門課程自身的特點(diǎn)，全面考核學(xué)生對(duì)大綱要求內(nèi)容的掌握程度。

三、總結(jié)

近年來，針對(duì)現(xiàn)代工業(yè)泵結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)這門課程的特點(diǎn)，通過在實(shí)際教學(xué)中不斷地進(jìn)行嘗試和探索：課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合、結(jié)合CFD的課堂教學(xué)以及項(xiàng)目教學(xué)法的引入等多個(gè)方面對(duì)該課程的教改做了嘗試。當(dāng)然，目前針對(duì)該門課程所進(jìn)行的工作也只是初步的、嘗試性的，教學(xué)質(zhì)量的大幅度提高不是一蹴而就的，而是需要進(jìn)行長期深入地努力才能實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉棟. 泵內(nèi)流場數(shù)值模擬教學(xué)方法的探索與實(shí)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(shù)值模擬.排灌機(jī)械. 2009，27（3）：163-167.

[3]王春林，張浩，彭娜，等. 三角形迷宮螺旋泵內(nèi)部流場數(shù)值計(jì)算及試驗(yàn)，排灌機(jī)械. 2009，27（2）：74-77.

作者簡介：

劉棟（1981-），男，江蘇姜堰人，現(xiàn)就職于江蘇大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，研究生學(xué)歷，博士，副教授，主要研究方向：流體機(jī)械性能及內(nèi)部多相流動(dòng)。