創(chuàng)新型人才能力培養(yǎng)的《水泵與水泵站》課程教學(xué)改革研究

羅祝北

武漢城市學(xué)院，湖北 武漢 430081

國家的發(fā)展依靠創(chuàng)新驅(qū)動。黨的十九大報告提出“加快建設(shè)創(chuàng)新型國家”，同時提出“創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動力”。當(dāng)今世界，創(chuàng)新已成為提高綜合國力的關(guān)鍵支撐，國家第十四個五年規(guī)劃中，“堅持創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，全面塑造發(fā)展新優(yōu)勢”已擺在各項規(guī)劃任務(wù)的首位［1-3］。由此可見，“創(chuàng)新”不言而喻的重要性。所以，創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，也是高等學(xué)校在新時代的重要使命。高等學(xué)校在為國家高級應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)等方面做出了重要的不可替代的貢獻(xiàn)。所以，新時代高等學(xué)校的教育，肩負(fù)著為社會培養(yǎng)具有較強(qiáng)能力的應(yīng)用型、技能型、創(chuàng)新型人才的重任，在教學(xué)過程中應(yīng)更加突出學(xué)生們的思考能力、動手實踐能力、創(chuàng)新能力。創(chuàng)新教育已成為素質(zhì)教育的必然選擇［4-8］。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，給排水科學(xué)與工程專業(yè)與其他專業(yè)有所交叉的特點越來越凸顯，例如，自動控制技術(shù)在給排水工程中諸如對于離心泵的變頻調(diào)速恒壓控制、對管網(wǎng)或水廠運行的自動控制等的廣泛應(yīng)用。所以，加強(qiáng)專業(yè)知識教育、培養(yǎng)創(chuàng)新意識和綜合素質(zhì)能力是新時代給排水科學(xué)與工程專業(yè)人才培養(yǎng)的要求［9-11］。

一、課程性質(zhì)和教學(xué)目標(biāo)

（一）課程性質(zhì)

《水泵與水泵站》是給排水科學(xué)與工程專業(yè)的一門核心專業(yè)課程，是一門理論與實踐緊密結(jié)合的綜合性課程。通過對本門課程的學(xué)習(xí)，為學(xué)生今后從事工程設(shè)計、科研等工作打下必備的理論技術(shù)基礎(chǔ)。《水泵與水泵站》課程內(nèi)容具有極強(qiáng)的專業(yè)性、廣泛性、實踐性和復(fù)雜性，同時也需要通過數(shù)學(xué)的建模和推導(dǎo)來分析問題和解決復(fù)雜的工程問題，具有極強(qiáng)的邏輯推理性。

（二）教學(xué)目標(biāo)

通過本門課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握水泵的定義及分類，葉片式水泵的基本構(gòu)造、工作原理和基本性能，對水泵進(jìn)行正確選型；掌握水泵裝置的運行工況分析和調(diào)節(jié)方法，從而為泵站節(jié)能優(yōu)化運行管理打下基礎(chǔ)；通過所學(xué)知識，理論聯(lián)系實際，掌握給水泵站和排水泵站的工藝特點和設(shè)計方法，從而建立學(xué)生的思考能力、動手實踐能力和創(chuàng)新能力。

二、傳統(tǒng)教學(xué)模式淺析

（一）傳統(tǒng)教學(xué)主要是以教材和教學(xué)課件、老師課堂講授為主導(dǎo)，弱化了學(xué)生們學(xué)習(xí)的自主性和主動思考自主探索的習(xí)慣。

（二）《水泵與水泵站》課程內(nèi)容專業(yè)性極強(qiáng)，內(nèi)容較難，例如水流在泵內(nèi)的流動規(guī)律、水泵的氣蝕性能等難以掌握。傳統(tǒng)教學(xué)由于條件所限，一般都是通過老師的詳細(xì)講解，結(jié)合PPT 包括圖片等，學(xué)生們盡可能在腦海里構(gòu)想加以理解，容易造成對知識點理解不透徹，進(jìn)而也扼殺了學(xué)生們的創(chuàng)新性。

（三）傳統(tǒng)教學(xué)的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，例如課程設(shè)計，絕大部分學(xué)生都像做題一樣，按照例題依葫蘆畫瓢完成課程設(shè)計，沒有進(jìn)行更多更深入的思考與探究。

三、教學(xué)改革探索

（一）創(chuàng)新教學(xué)環(huán)境，引入先進(jìn)教學(xué)手段

在發(fā)達(dá)的互聯(lián)網(wǎng)背景下，用好教學(xué)平臺輔助教學(xué)。在課堂上一如既往地將知識點講好講透，采用問題中心PBL 教學(xué)+啟發(fā)式教學(xué)+實例教學(xué)多種教學(xué)手段，引導(dǎo)學(xué)生們自主思考，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識。例如，課堂上，在講解某個知識點之前，先進(jìn)行課程的導(dǎo)入。例如，講解氣蝕的概念時，對于什么是氣蝕、為什么要研究氣蝕，可以先讓學(xué)生們看兩張圖片，一張是嶄新的葉輪外觀圖，另一張是運行幾千個小時以后的葉輪外觀圖，通過直觀感受讓學(xué)生們看出差別，而疑惑產(chǎn)生這種差別的原因是什么，學(xué)生們會想要進(jìn)一步探究，原來是因為氣蝕的原因造成的，進(jìn)而引出氣蝕的概念，講解氣蝕。通過課程的導(dǎo)入，可以引導(dǎo)學(xué)生們對所學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生興趣。課程的導(dǎo)入，也可以通過教學(xué)平臺的輔助功能實現(xiàn)。課堂上在講解某些重要知識點之后，例如，對于比轉(zhuǎn)速這個知識點，是工況相似，比轉(zhuǎn)速一定相同？還是比轉(zhuǎn)速相同，工況一定相似？類似于這樣一類重要知識點可以借助教學(xué)平臺輔助教學(xué)的強(qiáng)大而有趣的功能，例如選人、搶答、投票等進(jìn)行知識點的鞏固，這樣不僅可以更好地活躍課堂教學(xué)氛圍，充分發(fā)揮學(xué)生們學(xué)習(xí)的主導(dǎo)性，調(diào)動學(xué)生們學(xué)習(xí)的熱情和積極性，讓所有學(xué)生都積極主動地參與到教學(xué)環(huán)境中，主動地思考學(xué)習(xí)，更重要的是學(xué)生們對知識點有了深入的理解和掌握，有助于進(jìn)一步提高學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生們的創(chuàng)新思維能力。課后將與課程有關(guān)的文件，例如PPT、視頻等上傳，讓學(xué)生們在課后也可以實現(xiàn)隨時學(xué)習(xí)，想學(xué)就學(xué)，有助于學(xué)生們對知識點的進(jìn)一步理解和鞏固，有助于激發(fā)學(xué)生們自主學(xué)習(xí)更重要的是主動思考的能力。主動思考便于激發(fā)學(xué)生們的創(chuàng)新意識，同時還可以進(jìn)行測驗、分組討論等，例如3 ～5 人為一組，課后上傳問題討論清單，對水泵相關(guān)知識點進(jìn)行分組討論，提出個人觀點，并以報告的形式提交，或者讓學(xué)生們提出學(xué)習(xí)心得，教師可以根據(jù)學(xué)生的心得反饋，進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)設(shè)計；同時，鼓勵學(xué)生們課后可以通過多種途徑，例如圖書館、互聯(lián)網(wǎng)等查閱資料，了解與本課程知識點有關(guān)的前沿信息，這樣不僅讓學(xué)生們對所學(xué)知識點有了更深的理解，更重要的是，學(xué)生們感受到要做學(xué)習(xí)的主人，愿意主動思考探究問題，更便于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)造性。

（二）先進(jìn)技術(shù)融入教學(xué)，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性

將流體計算軟件引入教學(xué)，通過數(shù)值模擬，將抽象的晦澀難懂的理論性知識轉(zhuǎn)化為形象的三維圖像，有助于學(xué)生對復(fù)雜難懂的知識點的理解，更重要的是使學(xué)生們產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生們愿意主動學(xué)習(xí)、主動思考，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生們的創(chuàng)新性。水泵的內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜，傳統(tǒng)教學(xué)是通過詳細(xì)講解結(jié)合圖片讓學(xué)生們掌握所學(xué)內(nèi)容，而通過流體計算軟件進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，可以將平面轉(zhuǎn)化為三維，更為立體直觀，可以進(jìn)入泵的內(nèi)部，看清泵內(nèi)構(gòu)造。通過數(shù)值模擬計算結(jié)果，能充分展示諸如水流在泵內(nèi)流動狀態(tài)、水泵的氣蝕等這些通過圖片、視頻等表面外觀無法展示的水泵內(nèi)部情況，清晰顯示出水泵某些性能參數(shù)的分布情況。例如，流速分布圖，流速從輪轂到輪緣呈逐漸增大趨勢，流速在輪緣處達(dá)到最大值；通過跡線圖，能夠清晰反映出水流在泵內(nèi)如何流動，它的運動軌跡線，水流通過葉輪時是如何旋轉(zhuǎn)的；通過壓強(qiáng)分布圖可知，吸力面進(jìn)水邊和出水邊靜壓等值線分布比較密集，在進(jìn)水邊出現(xiàn)壓力最小值，并且壓力從進(jìn)水邊向出水邊呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，符合水泵出水增壓的要求。在課堂上詳細(xì)進(jìn)行理論上的推導(dǎo)和分析講解后，結(jié)合這樣直觀清晰的圖示，可以更有助于學(xué)生們對一些理論性的、枯燥的、晦澀難懂的知識點的深入理解和掌握，進(jìn)一步提高學(xué)生們主動學(xué)習(xí)的興趣、熱情和積極性；同時，學(xué)生們對計算機(jī)軟件建模產(chǎn)生興趣，能更好地激發(fā)學(xué)生們的主動思考能力、動手能力，也能培養(yǎng)學(xué)生們的創(chuàng)新性思維能力、創(chuàng)新意識。

本次教學(xué)研究對單級單吸離心泵、單級雙吸離心泵的葉輪部分以及軸流泵裝置為例進(jìn)行了三維建模，通過數(shù)學(xué)建模實現(xiàn)了學(xué)生們對水泵的立體直觀感受，讓學(xué)生們對水泵內(nèi)部構(gòu)造有了更詳細(xì)的了解，為后續(xù)更有興趣深入探究水泵相關(guān)知識打下堅實基礎(chǔ)。興趣是最好的老師，有了興趣可以為激發(fā)學(xué)生們自主學(xué)習(xí)進(jìn)而激發(fā)創(chuàng)新意識創(chuàng)造良好條件。

（三）營造創(chuàng)新氛圍

組織學(xué)生對泵房進(jìn)行參觀，讓學(xué)生們對泵房有了直觀感受，有助于實踐環(huán)節(jié)例如泵站課程設(shè)計的把握，有助于學(xué)生們實現(xiàn)理論知識與實踐的有效結(jié)合，更重要的是激發(fā)學(xué)生們的主動思考能力和創(chuàng)新能力。設(shè)置展示水泵模型的教學(xué)環(huán)節(jié)，帶領(lǐng)學(xué)生們對水泵模型進(jìn)行拆解、組裝，使學(xué)生們更清楚了解水泵內(nèi)部構(gòu)造，同時結(jié)合數(shù)值模擬成果，讓學(xué)生們對例如水流在泵內(nèi)如何流動等本門課程的知識點有更形象的理解，更便于知識點的掌握，更進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生們的動手能力、應(yīng)用能力和創(chuàng)造性。同時可以引導(dǎo)學(xué)生舉一反三，將知識的理解延伸到其他領(lǐng)域的創(chuàng)新學(xué)習(xí)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新性思維。建立虛擬仿真實驗室，將復(fù)雜的或特殊的場景通過仿真技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場模擬，讓學(xué)生們感覺身臨其境置身于泵房的環(huán)境中，營造出良好的創(chuàng)新氛圍。此外，在教學(xué)過程中，可以將給排水科學(xué)與工程的發(fā)展納入教學(xué)內(nèi)容，以拓寬學(xué)生們的知識面，讓學(xué)生們緊跟學(xué)科前沿；同時，結(jié)合工程實例，讓學(xué)生實現(xiàn)理論知識與工程實際的有效結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生們將所學(xué)理論知識應(yīng)用于工程實際，分析工程問題、解決實際問題的能力，使學(xué)生們進(jìn)一步提升專業(yè)興趣，為激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識打下良好基礎(chǔ)。

四、教學(xué)改革效果初步分析

通過教學(xué)改革研究，結(jié)合學(xué)生期末考試成績分析，初步判斷教學(xué)改革效果。本次只以進(jìn)行教學(xué)改革之前的2016 級學(xué)生《水泵與水泵站》課程期末考試成績，與進(jìn)行教學(xué)改革之后的第一屆2017 級學(xué)生《水泵與水泵站》課程期末考試成績進(jìn)行對比分析。期末考試成績分析表見下表1。

表1 期末考試成績分析表

由上表可見，通過教學(xué)改革，學(xué)生們的學(xué)習(xí)效果有了明顯提升，2017 級學(xué)生成績較2016 級學(xué)生成績明顯更優(yōu)。具體表現(xiàn)為2017 級學(xué)生期末考試最高成績?yōu)?7 分，比2016 級學(xué)生期末考試成績最高分高出4 分，而最低分2017 級學(xué)生成績比2016 級學(xué)生成績高出23 分之多。2016 級有1 名學(xué)生不及格，而2017 級沒有學(xué)生期末考試不及格。2017 級學(xué)生期末考試成績平均分比2016 級學(xué)生的平均成績高出10.27 分，學(xué)生整體平均成績由73.93 分達(dá)到了良好的84.20 分。由此可以初步判斷，通過教學(xué)改革，學(xué)生們的學(xué)習(xí)效果例如成績有了顯著提升。學(xué)生的學(xué)習(xí)效果更好，學(xué)習(xí)興趣更高，更便于激發(fā)學(xué)生們主動學(xué)習(xí)的熱情，主動思考、主動學(xué)習(xí)、主動探究，以此激發(fā)學(xué)生們的創(chuàng)新性意識和創(chuàng)造性。

五、結(jié)語

高等學(xué)校教育肩負(fù)著為社會培養(yǎng)具有較強(qiáng)能力的應(yīng)用型、技能型、創(chuàng)新型人才的重任。在教學(xué)過程中，以學(xué)生為主體，教師是學(xué)生們學(xué)習(xí)的重要引領(lǐng)者和指導(dǎo)者，從而發(fā)揮學(xué)生們的自主學(xué)習(xí)意識，主動思考習(xí)慣，進(jìn)而激發(fā)他們的創(chuàng)新意識。在教學(xué)過程中勇于創(chuàng)新，并將創(chuàng)新的成果反哺于教學(xué)中，起到相輔相成的作用，運用多種教學(xué)方法，只為更好地引領(lǐng)學(xué)生創(chuàng)新、自主思考，更好地培養(yǎng)學(xué)生們的動手能力、應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力等綜合素質(zhì)。