流體機械“多元課堂”建設的理論與實踐

劉姣姣 胡軍

摘 ?要：流體機械對機械和能源類學生專業素養的培養至關重要。為了提升教學質量，文章嘗試將流體機械“多元課堂”引入實際教學過程之中;該方法一方面在理論和實踐交叉過程中不斷深化學生對知識的掌握;另一方面積極引導學生從生產實際出發，利用多元手段，樹立解決問題的思路和能力。總體來看，“多元課堂”引入流體機械后，學生學習的主動性和積極性都有了明顯的改善，教學的質量和教學的效果也有了顯著的提高，值得在未來教學過程中加以推廣和利用。

關鍵詞：流體機械;多元課堂;理論和實踐;教學方法

中圖分類號：G642 ? ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2019）22-0062-04

Abstract： Fluid machinery is critical to the development of professional literacy for mechanical and energy students. In order to improve the quality of teaching， we attempts to introduce the fluid machinery "multiple classroom" into the actual teaching process; On the one hand， this method deepens students' mastery of knowledge through intersection between theory and practice; on the other hand， it guides students to establish the ability to solve problems from the actual production process by using multiple methods. Therefore， it is worth promoting and utilizing in the future teaching process.

Keywords： process fluid machinery; multiple classroom; theory and practice; teaching method

過程流體機械是闡述實際生產中廣泛應用的活塞式壓縮機、離心式壓縮機、泵和風機的工作原理、結構形式、運行特性、調節方法和安全可靠性等方面的基本知識[1]，它是機械和能源類眾多專業的一門專業基礎課。過程流體機械是一門實踐性很強的課程，過程流體機械也在國民經濟生產中應用極為廣泛。掌握這門課程對學生后續課程學習和工作開展至關重要[2]。目前僅靠課堂教學的單一教學模式使學生在這個過程中參與程度比較低，缺乏必要的主動性和積極性，已嚴重影響了課堂教學的效果[3]。另外，以教為主的目標導向下片面追求高的考試成績，不利于提高學生分析問題、解決復雜工程問題的能力，因此需引入多元教學模式，不斷提高教學效果，適應對本專業人才培養目標的要求，滿足社會對高素質和高層次人才的需求[4，5]。

多元互動流體機械教學主要指通過課堂教學、電子組裝、模型組裝和實物參觀等環節，努力發揮不同教學方法的優勢，讓同學們在參與過程中不斷地認識和學習流體機械的相關的知識點，并了解這些機械石油煉制、石油化工等企業中的應用[6，7]。其主要特點是通過多種教學手段的應用，讓同學們積極主動的參與到教學過程中來;激發學習的興趣，讓學生就像和玩游戲一樣的學習流體機械的相關知識。它有效的打破了學校只重理論而缺乏實踐而工廠只重操作而缺乏理論支撐的缺點，發揮不同教學模式的優點;該教學方法更多地是注重以學生為本的教學反思，教師也通過多元教學模式能夠很好地反思自己在教學過程中存在的問題，并且找出對應的解決辦法。因此多元流體機械教學是在嘗試高效的育人思路和方法，一方面引導學生掌握流體機械的基本知識和基本技能，從理論和實踐交叉過程中深化學生對知識的掌握;另一方面引導學生從生產實際中出發，利用多元手段，樹立解決問題的能力，更有利于培養學生創新精神[8]。

一、流體機械“多元課堂”的實現

過程流體機械作為一個實踐性很強的專業基礎課程，教學過程需要更注重實踐環節。多元課堂的建立主要就是要理論聯系實際。因此，流體機械“多元課堂”除了傳統的課堂教學外，還包括工程師進課堂、實物參觀、實物拆裝，三維零件圖繪制、三維零件虛擬組裝、壓縮機實物拆裝和比賽評比等環節，具體如圖1所示。在學習過程中，主要強調的是對知識點的反復，多途徑掌握。

過程流體機械“多元課堂”與以往的教學相比具有如下顯著特點：

（一）課堂教學重參與

理論知識是在設計經驗基礎之上的總結，離開理論的實踐只能是無本之木，掌握了理論的實踐才能融會貫通。由于理論是在實踐基礎之上總結出來的一定的規律，一般是抽象的，難懂的。直接講授相關理論可能使同學們對理論的理解深度和廣度不夠，在流體機械多元課堂實踐中，需要針對關鍵的理論精心設計相關的實驗，由淺入深，循序漸進的引出相關理論，讓同學們清楚相關理論的產生過程，理解這些理論的重要性和必要性。比如，對于針對不同排氣系統對活塞式壓縮機產生的影響，可以設計如圖2所示的實驗，讓同學們在參與過程中掌握相關知識。

如圖2所示，可以讓同學分別給不同氣壓的籃球打氣，然后根據打氣的難易程度，分析和總結不同的排氣壓力對壓縮機性能的影響，最后讓同學們據此繪制示功圖，這樣就可以讓同學們在實際參與過程中自己總結出相關的規律，加深對知識的理解和掌握，培養分析問題和解決問題的能力。

（二）注重實踐教學

流體機械對實踐的要求很高，沒有與實際結合的教學往往只能紙上談兵，實踐作為課程教學過程中消化理論知識的重要手段，需要進一步得到加強，以提高學生的對實際工程問題解讀能力。以往的實踐主要是對壓縮機的原型機進行拆裝，拆裝一臺壓縮機一般需要好幾個人一組進行拆裝，拆裝耗時費力而且有些地方很難拆裝下來，導致某些結構連接處還無法觀察到內部構造;另外，在拆卸過程中一些潤滑油也很容易泄露而造成污染，不能讓同學們在短時間內掌握相關知識，而且拆卸的興趣也不大，所以需要嘗試新的辦法提高學習的效率。鑒于此，我們在已有拆裝平臺的基礎上，購置了演示壓縮機拆裝模型，如圖3所示。

這些模型具有小巧靈活的特點，重量大概2kg左右，尺寸也很小。另外，該拆裝平臺雖然小巧，但是都是原模型等比例縮小，對應的零件有上百種，并沒有簡化，和實際應用的壓縮機并無明顯結構上的區別。有了這些模型，可以讓同學們在課下利用業余時間拆卸安裝，拆裝過程中可以避免潤滑油污染和大零件很難拆卸的缺點，最重要的是拆卸過程還有一定的趣味性，這可以讓同學們在玩的過程中學習相關知識，從而讓學生產生更直觀的印象和更深刻的理解。以這些小模型為基礎，再開展實際壓縮機的拆裝實驗，進一步加深對機器內部構造和零件的掌握。另外，還積極組織學生前往“陜西鼓風機廠”進行參觀學習，了解相關流體機械對應零件的生產過程和設備的組裝工藝過程。

（三）將三維電子組裝設計納入考核

三維圖具有形象直觀的特點，在多元課堂中引入流體機械三維電子圖的繪制和組裝等內容，讓同學們通過親手體驗來進一步鞏固相關的知識點，流體機械教學時，同學們已基本會用三維制圖，為了進一步鞏固工程制圖的能力和流體機械的相關知識，將流體機械三維電子組裝設計納入期中考核。第一步主要包括流體機械所有零件圖的三維繪制，流體機械爆炸圖的繪制和動態的運行展示，通過這一過程讓同學們掌握需要的基本零件，更加清楚內部零件的運行情況，從而加深學生對相關流體機械結構的認識[9，10];進一步，可以將繪制的模型導入有限元計算軟件，模擬流體在其中運行的特征和規律，掌握壓力、溫度和流量等壓縮機關鍵參數的變化規律。在此基礎之上，倡導同學們針對現有機械的特點，針對性的提出改進方案并與經驗豐富的工程師一起論證改進方案的可行性。考核方式是將這些資料以大作業的形式提交并進行考評。為了給同學們留有足夠的時間思考和完成相關內容，一般將作業在第一次上課就布置完成，而且一個組只繪制一種形式的壓縮機。考評成績計入期中考試成績，加強對教學過程的管理。為了保證成績的公平公正，將考試的評價指標和評價方法提前公布，考評時也會請一些經驗豐富的工程師打分。對于確實有創新的一些設計，可以指導同學們申請專利，并聯系感興趣的相關企業試制并推廣。

（四）以競促學，培養解決問題能力

教學過程中，努力與過程流體機械相關企業聯系，針對他們存在的問題，由他們資助并設計一些競賽類課題，對做的比較出色的隊伍予以獎勵。對于企業而言，也是協助他們解決一些相關的問題。比如，現在學生普遍在三維圖繪制，動畫制作方面有一定的優勢，企業可以利用這個機會對他們的產品進行包裝和宣傳，同學們也可以利用這個機會掌握更多設計的細節，實現企業與學校的良好互動，為企業儲備高層次工程師的儲備人才。另外，對做的比較出色的隊伍也積極推薦參加一些行業競賽，由同學們出設計，企業負責制造生產形成產品，通過競賽促進對相關問題的深刻理解進而提出一些新的設計思路，培養學生分析問題、解決問題的能力。使學生具備綜合應用數學、自然科學和工程科學中的基本原理對復雜工程問題進行建模分析的能力，能夠對實際問題進行合理假設和簡化，并進行求解，對結果進行合理性與有效性分析評價。

（五）邀請工程師進課堂

通過邀請長期從事過程流體機械設計、制造的相關工程師，進入課堂，針對某種設備進行詳細的講解和答疑;這些工程師長期從事流體機械設計和生產，對新的設計考慮和設計過程都有豐富的經驗，讓這些工程師進課堂有利于彌補授課教師工程實踐相對缺乏的弊端，可以讓老師和同學對相關設備的發展狀況和發展趨勢有一個比較全新的認識，有利于同學們對復雜工程問題的理解。我們在講課過程中，設計2-4個學時的工程師進課堂，邀請經驗豐富的一些相關工程師針對某個專題進行講解，理論聯系實際，拓展和加深對相關機械的理解和掌握，同時讓同學們真真切切感受到這些工程師如何用所學知識來改進設備，展現所學知識的力量。

（六）完善多方位考核機制，弱化考試成績

現行的考核主要以期末考試成績為主，所以學生們一般在考試前一兩周都需進行通宵達旦的復習，這樣突擊的學習方式很容易造成對相關知識點的死記硬背，等考試完成后，這些知識點很容易被學生遺忘，等需要的時候，卻又很難聯想到這些知識點，更不要說利用這些知識點解決實際復雜的工程問題。所以我們要積極探索和實踐多方位的考核途徑，不斷完善考核的定量指標和內容，使得考核的評價更復合高層次技術技能型人才的要求。這就要擺脫以期末考試成績為主的單一考核體制，逐步完善教學過程中各個環節的質量把控;過程考核的前提是要建立公開、透明的全過程考核機制，考核過程中要有定量考核的標準以減少人為因素的影響，要有多層次全方位的考核標準以體現不同學生的差別，最終希望能引導學生積極參與學習過程，避免考試前的突擊復習，逐步形成高端技術技能型專業人才培養質量控制體系。

二、實施流體機械“多元課堂”后的效果

從2018年開始，我們逐步將多元教學模式引入過程流體機械課堂，通過與以往學生的對比，發現流體機械多元教學具有以下好處：

（一）不斷強化知識點的掌握

相關知識點是這門課程的基礎，深刻的理解相關知識點是進行創新設計的基石，所以對相關的知識點必須不斷強化，力求全面掌握。我們首先將流體機械的知識點梳理出來，對每個知識點尤其是重要的知識點采用講授、演示實驗、拆裝實驗和參觀學習等多重手段，不斷反復的進行強化，使之能夠對流體機械的相關知識點深刻掌握;進一步，還注重知識點之間的融會貫通，用知識點之間的內在聯系，將不同知識點串聯起來，形成一個統一整體。比如對于活塞式壓縮機和離心式壓縮機，可采用對比的方式從結構-零件組成-壓縮熱力學-可靠性-應用等方面將關鍵知識點一步步梳理出來，深刻理解不同的設計思路產生的背景和對應的機械，以及不同機械的優缺點和適用范圍，引導學生培養發散思維，鼓勵結合現有技術提出一些新的設計理念。

（二）綜合設計能力得到強化

作為工程專業的學生，繪圖能力是其最基本的技能，嘗試流體機械“多元課堂”教學后，通過流體機械三維組裝模型繪制過程進一步強化了學生的三維繪圖能力，使得同學們的制圖能力進一步得以加強;另外，同學們繪制出三維模型后，切實感受到了學以致用，也很有成就感，自信心得到進一步提升。再有就是在組裝過程中，根據組裝的難易程度，對有些重要零件的結構尺寸要求有了深刻的理解。通過多元流體機械教學鍛煉了學生解決工程問題的基本思路和方法，是同學們初步具備綜合應用所學知識解決過程機械裝備及控制系統中復雜工程問題的能力，機械設計的綜合能力得到了進一步提高。

（三）激發學生的學習興趣

興趣是學生學習的最大動力，激發學生興趣就是要使得課堂擺脫枯燥的講課，尤其是以電子教案為主的讀課。鑒于此，我們在教學過程中對流體機械課堂教學通過不斷的學習、積累、反思，將一個個知識點用大量簡單易懂的呈現方式展現出來，通過設計多種課堂小游戲、課堂啟發式提問、教學模型進課堂和電子動畫展示進課堂等活動，把相關的知識點以多種學生容易接受的方式呈現出來，是同學們參與到課堂教學之中，努力激發學生的學習興趣，相關的結論也盡量通過啟發式方法由學生自己總結和歸納，然后再與教材內容進行對照，培養學生正確的思維方式和方法;強調知識點之間的融會貫通，既實現了學習知識的目的，又激發學生的思維，努力將老師講授為主的課堂變成激發學生的學習興趣的催化劑，使學生對流體機械的學習充滿濃厚的興趣，同時也保持了課堂紀律良好。

（四）培養高端技術技能型人才

現在的高端人才強調的是技術和技能并重型人才，這就要求這樣的人才必須有深厚的理論基礎和豐富的實踐經驗，多元流體機械教學就是強調理論與實踐的緊密結合，以實踐促進理論學習，以理論學習深刻認識實際流體機械，使之形成一個有機的整體，相互促進，不斷升華。使同學們懂理論、知結構、能操作、會修理，培養技術和技能并重型高端人才。

三、結束語

多元流體機械課堂教學通過引入實物參觀、實物拆裝，三維零件圖繪制，三維虛擬組裝，比賽評比等環節，讓同學們在參與過程中認識和學習流體機械的相關知識，并了解這些機械在一些化工廠與石油煉制、石油化工廠的應用。這種方式更多地是注重以學生為本的教學反思，是一種高效的育人思路和方法的嘗試，一方面引導學生掌握流體機械的基本知識和基本技能，從理論和實踐交叉過程中深化學生對知識的掌握;另一方面引導學生從生產實際中出發，利用多元手段，樹立解決問題的能力，更有利于培養學生創新精神。總體來看，流體機械課程應用多元課堂教學后，整體的學習氛圍，學習興趣和學習成效都有了顯著的提高。應當進一步完善和改進流體機械多元教學的方法，提高學習效率。

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