環境工程“泵與風機”課程教學研究

牛權

摘 要 根據環境工程 “泵與風機”課程的教學特點，組建教學內容。以使環境工程學生在以后工作實際中學以致用。針對環境專業的特點，本文深入研究了“泵與風機”這門課程的教學觀念、教學內容和教學方法、手段，以及實際教學工作和教學實踐過程中的體會。

關鍵詞 環境工程 泵與風機 教學研究

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

環境工程“泵與風機”課程是一門工程實踐和理論相當緊密結合的課程，①要學生在掌握“流體力學”的基礎之上，進行學習和理解。本課程的主要方面有：泵的內部結構、離心泵的工作原理、風機的工作原理、結構、泵的內部流動狀況、基本方程式、性能曲線、相似性原理、泵的汽蝕、泵與風機的工況點確定、運行調節，泵與風機的選型。泵站部分包括：泵站分類、選擇、基礎布置、吸壓水管路、水錘及防護，泵站附設、工藝設計以及排水泵站的簡介。本文針對環境專業的特點，對“泵與風機”的教學方法、教學觀念以及教學手段等方面進行深入的研究與探討。②

1 環境工程專業“泵與風機”教學目標

“泵與風機”作為最常見的流體機械，廣泛應用于各行各業，比如象礦山抽排水，電力系統高壓鍋爐給水，工礦企業通排風，市政給排水，南水北調工程等。許多專業都是通過學習“泵與風機”這門專業基礎課程獲得相關知識。對于環境工程專業，在講課過程中重點講授了環境工程特點。③專業課程的教學目的要求設計為：使環境工程專業學生熟悉專業中最常使用的離心泵的葉輪結構、工作原理、性能、工作狀況和使用場合。以及風機的內部結構、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、合理地進行管路系統的安排、布置。掌握住給水泵站一級取水站的工藝設計方法。就目前已有的《泵與風機》教材而言，很難找到一本符合環境工程專業特色的專門教材，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《泵與風機》，何川的《泵與風機》，以及《給水排水設計手冊》（第二版）等相關內容，主要教學內容為：泵與風機的基本內部結構和基本原理；泵內流場及流體機械基本方程式；泵與風機的性能；泵與風機的工況點運行與調節；水泵的選型和管路布置、風機的選型；給水一級泵站的工藝設計。

2 加強本課程的教學內容，培養學生理論與實踐相結合的思維方式

實踐教學是人才培養一項非常重要的方面，是實現本科生素質、知識、能力等的協調發展的非常有效的方法與途徑。它的主要內容包括以下方面：

2.1 清水離心泵的性能曲線的確定及研究

清水離心泵與風機的選型方法和運行調節方法需要根據離心泵與風機的性能曲線進行。本課程的教學工作中筆者采用了工程流體力學的一元流動動量矩定理推導得到水泵的基本性能曲線，方程同樣適合于風機。相關書中主要介紹了Q-H曲線的確定，而且只有圖片。筆者是水利專業的畢業生，結合水泵學的相關知識，筆者上課為環境工程學生詳細給出了Q-H曲線是如何由流體機械基本方程式一步一步推導出的，雖然只是要學生了解一下，但可以讓學生充分認識到理論知識的巨大威力。

實際水泵樣本中的性能曲線，是由大量的性能試驗獲得的，而本校環境工程專業學生在授課過程中有泵的性能實驗課程，在實驗課中學生親自做了基本性能測試實驗，加深了學生對水泵性能的認識。

2.2 水泵工況點的確定及調節方法

本課程講課中的一個重要教學內容就是向學生講授離心泵工況點的確定以及工況點的調節方法。工況點的確定通常采用的方法，筆者把它稱為交點法。就是列出離心泵的管道系統特性曲線以及離心泵的Q-H性能曲線聯立方程求解。該方法實際工程中則主要采用圖解法。這種方法非常簡易，筆者在教學過程中提示學生這與經濟運行中商品價格變化決定于供求關系的變化是一致的，學生都能深刻理解。另一種方法稱為折引法，該方法的理解有一定難度，筆者結合能量供求關系的變化，通過方程式變為說明。另外為進一步掌握泵與風機的性能發生變化后，泵與風機運行工作點的變化情況，筆者給學生總結了工況點變化的幾種情況。其中需求變化：包括液位調節，閘閥調節，還有書中沒提到的管徑變化、管道銹蝕、泵內液體回流等多種因素。供給變化：包括調速運行以及變徑調節等。這一方面幫助學生加深對實際工程中工作點調節方法的認識，還進一步讓學生對課本中相關知識進行了系統總結，強化了理論知識的學習。

2.3 泵與風機比轉數計算公式的教學探討

我國的泵與風機的比轉數公式是沿用前蘇聯的公式，與歐美國家的不同，而且不是無量綱量。筆者在教學過程中給學生補充了歐美國家的比轉數公式，以及我國提出的比轉數無量綱公式。這開拓了學生的眼界，而且使學生在今后的工作中遇到相關內容時不至于十分陌生。比轉數的意義理解中有一點十分重要，就是比轉數相等只是泵與風機工況相似的必要而非充分條件，教學中，要提醒學生充分認識到這一點。

2.4 補充泵站設計相關內容

結合環境工程專業特點，在環境工程后續課程學習中，比如水污染控制工程的課程設計中，需要用到泵站的內容。因此，泵站設計的重要性必須引起足夠重視。筆者在授課過程中結合《給排水設計手冊》（第二版）補充了給水泵站取水一級站的設計內容，對取水泵站的設計過程進行了非常詳細介紹。如：水泵臺數如何選擇、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。由引導學生對實際工程問題的關注，極大激發了本科生的學習興趣。本課程教材中的泵站設計過程存在的錯誤，也對學生進行了說明。

3 采用靈活多變的教育方法和手段

教學手段是師生教學相互傳遞信息的工具。當代科學技術飛速發展，教學手段有口頭表達、圖文表示、電子設備和PPT教學等多種方法。本門課程的教學工作中，筆者采用了多種教學手段聯合使用方法，加強了學生的學習效果。

3.1 課堂板書、多媒體PPT相結合

多媒體PPT教學方法作為一種現代教學手段，它的特點是信息量大、生動形象、使用方便、圖文并茂， 被廣泛應用于日常教學之中。而采用傳統的板書形式，可方便記錄和標記講課內容要點，教學中這兩種方法可以相互補充，以PPT教學為主，板書教學為輔，從而達到很好的教學效果。現在網絡內容十分豐富，筆者從網上下載了許多的圖片，包括一些泵與風機的相關FLASH動畫及realplayer格式的錄像。在教學過程中向學生播放這些FLASH動畫，錄像使學生加深了對相關知識的學習與理解。如離心泵的工作原理FLASH動畫，學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

本課程的學習難點，主要是在葉片泵理論部分有大量的理論知識需要學習。因此在教學過程中筆者除安排課本中的練習題，還從課外搜集了一定量優秀的練習布置給學生，考慮到課時較充裕，而且為減輕學生的課后負擔，一般都安排一定時間的習題課，當堂練習，當堂講解，鞏固學習效果，

3.3 比較式與啟發式教學相結合

針對本專業課程的特點，在講課中，主要采用了啟發教學和比較教學相結合的方法。如離心式水泵與軸流式水泵，離心式風機與軸流式風機、后彎式和前彎式兩種形式的風機與泵。使學生在學習中深入理解上述幾種形式的泵與風機的葉輪結構、工作原理、流速三角形、性能、安裝方式等各方面的特點和差別。以這個為基礎，進一步提出了許多的工程問題，引導學生把所學的課本知識應用到實際當中。比如：為什么離心式水泵與大多數離心式風機都使用后彎式葉片？為什么軸流式泵的揚程小于離心式泵的揚程？為什么離心式水泵與軸流式水泵的使用場合、啟動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的水泵對于安裝高度都有一定的要求？為什么在選擇泵與風機時都要求工況點都落在高效區范圍內？為什么采用比轉數就可以對泵進行分類和比較？在講授中，要注意開拓學生的思路，逐步引導本科生找到解決問題的途徑與方法。課程的教學實踐完全表明，本課程通過采用兩種教學相結合的方法，極大激發了本科生的學習情緒，有效加強了本科生對課堂所學習內容的理解、掌握，并且取得了不錯的教學效果。

4 結論

環境工程專業泵與風機課程的教育教學工作中結合專業特點，需要明確教學目標、加強教學內容，培養學生實踐思維能力。采用當堂板書、多媒體PPT教學等多種教育教學相結合的教學方法，啟發和比較教學等相結合的教學方法和手段，以上方法改進了教學效果，提高了教學質量，得到了良好的教學效果。

注釋

① 郭瑾，秦俠.環境工程專業“泵與風機”課程教學研究與實踐[J].中國電力教育，2010（13）：84-85.

② 馬炎坤，林小棉.“流體力學泵與風機”的課程教學改革的探索[J].廣東輕工職業技術學院學報，2008（3）：46-49.

③ 王海瑛.泵與風機課程一體化教學改革初探[J].中國電力教育，2006專刊：329-330.