以容積效率為主線的制冷壓縮機課程教學改革與實踐

何永寧 張業強 邢林芬 王濤 金聽祥 吳學紅 許培援

[摘 要]基于一流課程建設對課堂教學的要求，結合制冷壓縮機課程教材內容，提出了以容積效率為授課主線，構建不同類型壓縮機章節聯系，引導學生以容積效率為基點，提升壓縮機專業知識的掌握程度。基于容積效率相關知識點豐富課堂提問，活躍課堂氣氛，引導學生思考壓縮機運行工況、制冷劑特性對壓縮機容積效率的影響，構建制冷壓縮機課程與其他核心課程的聯系，啟發學生思考，提升學生的綜合能力。

[關鍵詞]一流課程建設;制冷壓縮機;容積效率

[基金項目]2019年河南省高等教育教學改革研究與實踐項目“基于一流本科專業建設的能源動力類專業培養方案和課程體系改革研究與實踐”（2019SJGLX328）

[作者簡介]何永寧（1988—），男，河南鄭州人，博士，鄭州輕工業大學能源與動力工程學院講師，主要從事制冷壓縮機研究;張業強（1981—），男，河南鄭州人，博士，鄭州輕工業大學能源與動力工程學院講師，主要從事容積式壓縮機研究。

[中圖分類號] G642.0[文獻標識碼] A[文章編號] 1674-9324（2020）32-0175-02[收稿日期] 2020-03-09

一、引言

一流本科教育是建設世界一流大學和一流學科的重要基礎，課程作為人才培養模式的核心要素，一流課程建設是實現“雙一流”建設目標的基石[1]。“新工科”建設是國家應對新一輪科技革命和產業變革對工程教育的改革和發展做出的積極回應[2]。隨著互聯網技術的發展和線上學習課程的增加，學生自主學習能力獲得提升，教師如何高效地利用課堂時間，將課程的核心內容傳授給學生，培養學生創新能力和綜合能力，是教學改革的一個主要研究方向。

鄭州輕工業大學能源與動力工程專業是國家特色專業、國家級卓越工程師計劃試點專業、河南省一流本科專業建設點，家用制冷與空調、小型制冷低溫設備等方面在全國行業中具有較高的社會知名度。制冷壓縮機是制冷系統的核心設備，而制冷壓縮機則是制冷與低溫工程方向的核心課程，教材選用吳業正老師主編的《制冷壓縮機》[3]（P18-25）。

二、制冷壓縮機課程教學現狀

制冷壓縮機課程教材每一章介紹一種類型壓縮機，各章節內容相對獨立，各章之間由于編者不同而缺乏內在聯系，內容之間存在部分脫節;學生學習過程中，對壓縮機的認識局限于該類壓縮機內容，缺乏對壓縮機整體內容的認知及對比，掌握程度較差。部分高校采用多人授課方式，由各壓縮機領域專家講述相關內容，該種授課方式對師資力量要求較高。大部分高校對該課程采用單人授課的方式，如何構建不同類型壓縮機之間的聯系，將整本教材內容有機統一，是提高課堂教學效果的關鍵。同時制冷壓縮機課程專業性極強，授課過程主要以教師講解為主，教師與學生討論較少，學生參與度有限，課堂氣氛較為沉悶[4]。結合制冷壓縮機課程教學經歷與教學改革經驗，本文提出了以容積效率為主線的制冷壓縮機課程教學方式，以容積效率構建不同類型壓縮機內容間的聯系，引導學生對比容積效率隨系統工況、制冷劑變化的規律、構建制冷壓縮機與其他核心課程之間的聯系，并啟迪學生思考提升容積效率的有效方法。

三、制冷壓縮機課程改革內容

（一）以容積效率構建五類壓縮機聯系

五種壓縮機結構存在較大差異，其中容積式壓縮機工作腔結構各不相同，而離心式壓縮機又屬于速度型壓縮機。五類壓縮機內容的連續性差，授課過程被動分為了五個分割的模塊。各章編者均按照本類型壓縮機知識點的重要性組織教材內容，與前后章節之間的聯系較少，而學生由于缺少對壓縮機領域的整體認知，學習效果不理想?；谝陨犀F狀，分析總結五種壓縮機的知識點中都包含容積效率的概念，以容積效率作為主線將五種壓縮機連線，將其內容有機地串聯，增加學生對制冷壓縮機的整體認知。例如，活塞式壓縮機容積效率的計算，教材給出了大篇幅的介紹，而在渦旋式壓縮機章節提到了其容積效率高達0.95，給出了該類型壓縮機容積效率高的原因。引導學生從兩類壓縮機結構和工作過程分析兩類壓縮機容積效率的差異及其原因，提升學生對壓縮機知識的掌握程度，同時將壓縮機各部分內容進行有機聯系。

（二）以容積效率對比引導學生思考

在四類容積式壓縮機中都提到了容積效率，從影響壓縮機容積效率的四個系數分析壓縮機容積效率，得出每一類壓縮機容積效率的具體值。在影響容積效率的四個系數的介紹中，對四類容積型壓縮機進行分類介紹，知識碎片化導致學生掌握程度較低。統一地將四類壓縮機的結構與工作過程做對比，緊密聯系壓縮機容積效率，有效提升知識的整體性，學生通過壓縮機結構對比及容積效率分析，能夠有效地掌握該部分知識。在幾類壓縮機容積效率數值的差異上，設置提問環節，引導學生思考容積效率的影響因素。如滾動轉子式無吸氣閥在壓力系數上優于存在吸氣閥的活塞式壓縮機;渦旋壓縮機和螺桿壓縮機無余隙容積的膨脹過程在容積系數上優于活塞式壓縮機;螺桿壓縮機和渦旋壓縮機移動的封閉容積腔在溫度系數上存在優勢。通過設置該類型問題引導學生思考，提升學生活躍度和參與度，解決專業課程課堂氣氛沉悶的問題。

（三）構建壓縮機課程與其他核心課程聯系

能源與動力工程專業包含多門核心課程，如制冷壓縮機、制冷原理與設備、機械設計、制冷空調電氣控制、冷庫設計及空氣調節等。在壓縮機容積效率計算的基礎之上，構建該課程與其他核心課程之間的有效聯系，使學生融會貫通，提升其對制冷知識全面掌握的能力。從壓縮機容積效率的容積系數與壓縮機壓比的關系出發，解釋制冷系統在大壓比工況下采用雙級壓縮制冷循環的必要性，構建制冷壓縮機與制冷原理的聯系。基于空調系統變工況運行工況下，變頻壓縮機在不同轉速下容積效率的變化情況，對比變頻空調系統的運行能效，多方面構建制冷系統知識的融合。針對制冷系統工作的高溫、中溫和低溫工況，采用哪種制冷循環及制冷劑，提高制冷系統循環性能，對學生的綜合能力提出了要求。通過該提問環節，學生可直觀掌握不同類型壓縮機性能參數范圍及其影響因素，有助于提升課堂教學效果。

（四）提升培養質量

以容積效率為主線的制冷壓縮機課程教學，在保證學生掌握課程知識的基礎上，利用容積效率相關內容提升學生的綜合能力。壓縮機容積效率是影響壓縮機性能的關鍵因素，課本上給出的容積效率計算為理論計算過程，實際壓縮機的容積效率如何測量的介紹則較少。以該問題為引導，由學生討論壓縮機性能測試的實驗方法，根據容積效率的計算公式尋找相關參數，最終計算獲得容積效率。結合容積效率的計算及壓焓圖，引導學生思考如何保證制冷系統處于理想循環的狀態點，在此基礎上引入《GB/T 5773-2016 容積式制冷劑壓縮機性能試驗方法》，掌握制冷壓縮機在產品層面的性能測試。設置討論環節，結合制冷系統實際運行條件，并具體到每一類壓縮機影響容積效率的影響系數，由學生討論如何有效提升壓縮機的容積效率，培養學生解決實際工程問題的能力。

四、結論

以容積效率為主線的制冷壓縮機課程改革，要抓住容積效率的主線，有效串聯教材不同章節之間的內容，提升學生對制冷壓縮機專業知識的掌握程度。通過不同壓縮機容積效率的理論分析及實際計算對比，引導學生思考壓縮機容積效率的影響因素，設計討論環節，活躍課堂氣氛。通過容積效率構建制冷壓縮機課程與其他核心課程的關聯，使學生對制冷系統形成全面的認知，提高學生的專業能力。利用容積效率的測試及提升途徑，提升學生對壓縮機性能測試、國家標準認知，以及解決實際工程的能力，有效提升畢業生的綜合素質。

參考文獻

[1]周光禮.“雙一流”建設中的學術突破—論大學學科、專業、課程一體化建設[J].教育研究，2016，37（5）：72-76.

[2]林健.面向未來的中國新工科建設[J].清華大學教育研究， 2017，38（2）：26-35.

[3]吳業正，李紅旗，張華.制冷壓縮機（第3版）[M].北京：機械工業出版社，2017：18-25.

[4]王煥光.中國礦業大學制冷壓縮機研討課探索與實踐[J].教育教學論壇，2019（17）：146-147.