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摘要:构建符合环境工程专业“泵与风机”课程的教学内容体系,是促进本专业学生在今后实际工作中学以致用的有效途径。针对环境工程专业的特点,本文探讨了“泵与风机”课程的教学内容、教学理念和教学方法,以及实际教学改革和实践过程中的体会。
关键词:环境工程;泵与风机;实践教学;教学方法
作者简介:郭瑾(1979-),女,甘肃天水人,北京工业大学环境与能源工程学院,副教授,工学博士,主要研究方向:污水再生及回用。(北京 100124)
“泵与风机”是一门理论性和工程实际意义都较强的课程,需要学生在掌握“流体力学”相关内容的基础之上,进行相关内容的学习和理解。其主要内容包括:泵与风机的叶轮理论、泵与风机的性能曲线、相似理论在泵与风机中的应用、泵的汽蚀、泵与风机的运行调节、泵与风机的选型等。本文主要结合环境工程专业的特点,对“泵与风机”的教学理念、教学方法以及教学手段等方面进行了探析。
一、紧密结合环境工程专业背景
“泵与风机”作为一类通用设备,广泛应用于各行各业,而许多专业对“泵与风机”的认识,都是通过学习“流体力学泵与风机”这门基础课程获得的,与专业结合较少。在目前全面实施素质教育,深化基础教育改革的形势下,本课程的教学工作应结合环境工程专业的特点,紧扣当前节能降耗这一大背景,在授课过程中着重突出本课程的专业特色。基于上述考虑,本课程的教学目标设定为:使环境工程专业学生熟悉环境工程中常用泵与风机的性能、特点和使用场合,能够进行泵与风机的选型、合理地进行管路布置,了解泵站的基本工艺设计流程,以及合理进行泵与风机的现场运行调节,使泵与风机保持在最佳工作区运转,降低能耗。
就目前已有的“泵与风机”教材而言,很难找到一本符合环境工程专业特色的专门教材。构建一个符合环境工程专业的“泵与风机”课程的教学内容体系,是促进本专业学生在今后工作中“学以致用”的有效途径。为实现这个目标,本课程的授课内容整合了“流体力学泵与风机”、“泵与风机”、“水泵与泵站”、“给水排水设计手册”等教材的相关内容,并将主要教学内容设定为:泵与风机的基本构造和基本原理;泵与风机的性能;泵与风机的运行调节;泵与风机的选型和管路布置;泵站的设计。
二、强化实践教学内容,培养学生工程思维
实践教学是人才培养的重要环节,是实现人才知识、能力、素质协调发展的重要途径和手段。进入新技术革命时代以来,面向工程实践已经成为当今高等教育的普遍发展趋势。[1]本课程在教学内容的安排上和授课过程中,注重与当前工程实际相结合,强化实践教学内容,培养学生工程思维。重点强调每一个理论结果的物理意义,将理论推导与实际工程估算结合起来介绍,提醒学生关注运行管理、使用维护、节能降耗、经济性、效率等工程方面的問题,实践教学内容主要包括以下几个方面。
1.泵与风机的性能测试
泵与风机的选型和运行调节都需要依照泵与风机的性能曲线。采用理论推导的方式得到泵与风机的基本性能曲线,方法复杂,各种损失不好估计。样本中的性能曲线,是由大量的性能试验获得的,因此,在授课过程中通过重点介绍泵与风机的性能实验方法,演示基本性能参数的测试仪器,来加深学生对泵与风机性能的认识。此外,结合当前节能降耗的大环境,整理当前实际工程中变频调速方面的应用实例,让学生了解实际中怎样进行泵与风机的调速运行,以及调速前后的能量变化情况。
2.运行工作点调节
本课程教学任务中的一个重要内容就是泵与风机运行工作点的确定。通常采用的做法是列出管路系统的方程,联合泵与风机性能曲线求解,实际工程中则主要采用图解法。通过安排习题课,进行上机操作,让学生掌握Excel作图的方法,学习利用图解的形式,找到运行工作点。并通过图解法,进一步掌握管路特性或泵与风机的性能发生变化后,泵与风机运行工作点的变化情况。一方面锻炼学生处理数据的能力,另一方面加深学生对实际工程中工作点调节方法的认识。今后的实践教学内容,还将进一步开设泵与风机的运行调节实验,通过模型实验改变管路特性或泵与风机的性能,实现工作点的调节,并进行节能效果的比对,强化学生的工程节能意识。
3.补充泵站设计相关内容
结合环境工程专业特点,泵站设计的重要性必须引起足够重视。授课过程中补充了泵站设计的相关内容,对泵站的设计步骤进行了系统介绍。此外,对每一个设计步骤所要注意的问题,如:水泵台数的选用原则、吸水管路和压水管路的布置、管路中各管件的布置、联合运行状态下工作点的校核,泵站的平面和高程布置等,均从工程角度予以展开说明。通过引发学生对于实际工程问题的关注,激发学生的学习兴趣。
三、采用多元化的教学方法和手段
教学手段是师生教学相互传递信息的工具。随着科学技术的发展,教学手段经历了口头语言、文字和书籍、印刷教材、电子视听设备和多媒体网络技术等五个使用阶段。本课程的授课过程中,采用了多种教学手段相互配合的办法,并结合本课程的教学内容,选用恰当的教学方法,以强化学生的学习效果。
1.多媒体、板书、网络教学相结合
多媒体教学作为一种现代教学手段,具有信息量大、生动形象、使用方便、图文并茂等诸多优点,[2]被广泛应用于日常教学之中。然而,教与学双边交流的互动性,幻灯片篇与篇之间易脱节,是多媒体教学存在的主要问题,需要辅助其他教学手段来进行改善。
采用传统的板书形式,可以通过记录和标记授课内容要点,加强幻灯片篇与篇之间的联系,从而能够很好地起到教学辅助作用。网络教学,作为一种跨越时间和空间的教学模式,使得教授行为和学习行为在时空上产生分离,这种分离的结果增大了教育信息传授的范围,扩大了教学规模,使学生在时间、地点和场所方面能够灵活安排学习,增加了学习的灵活性。[3]同时,网络教学具有资源丰富性、共享性和开放性,在网络中存贮着大量的信息,甚至包括历届学生学习过程中遇到的难点问题,学生可以过电脑共享上述所有资源,从而大大加强教与学的互动性,提高教学效率。
本课程的教学过程中,采用多媒体、板书、网络教学相结合的形式,即课堂教学采用多媒体、板书相结合,课堂外教学采用网络教学的形式。尝试利用北京工业大学网络教育在线中的教师空间,对“泵与风机”课程建立网上BBS答疑讨论专区,并收到了初步的教学效果,学生对课程的学习兴趣明显提高。经过一学期的努力,师生共发表留言60余篇,回复文章30篇,形成讨论10次,点击率累计达1500余次,除此之外,教师上传课件、课外资料、发布作业以及作业答案要点累计达20次,有力调动了学生课余时间学习专业课的兴趣。
2.比较式教学和启发式教学
结合本课程的特点,在授课过程中,主要采用了比较式教学和启发式教学两种教学方法。将比较式教学贯穿整个教学内容的始末,主要围绕以下两部分内容开展:离心式与轴流式泵与风机,前弯式和后弯式两种叶片形式的泵与风机。让学生边学习边列表整理上述几种形式的泵与风机在工作原理、结构、速度三角形、能量方程、性能曲线、汽蚀现象、使用场合等各个方面的特点和差别,强化学生的理解。
在每堂课的开始,都提出一个实际工程问题,以激发学生的求知欲。在此基础上,进而提出解决这一问题所要掌握的方法,教会学生如何把所学的知识应用到实际当中。通常,这些实际工程问题普遍存在,涉及的内容包括:为什么大型工程中多使用后弯式叶轮的泵与风机?为什么轴流式泵与风机的扬程小于离心式泵与风机?为什么后弯式叶轮的泵与风机优于前弯式叶轮的泵与风机?为什么离心式、轴流式泵与风机的使用场合、启动方式都存在差别?怎样获得泵与风机的性能曲线?为什么各种型号的水泵对其安装高度都有一定的要求?与泵与风机相连的管路通常需要布设哪些构件,又有哪些具体的安装要求?如何根据现场实际状况选择合适的泵与风机?为什么在一些实际工程中,所选泵与风机的效率很高,然而其运行效率却很低?怎样通过改变泵与风机的工作点来提高其工作效率?在授课过程中,启发学生的思路,逐步引导学生自己找到解决问题的途径。
实践结果表明,本课程通过采用比较式和启发式教学方法,激发了学生的学习兴趣,加强了学生对所学内容的深层次理解,收到了良好的教学效果。
四、结论
环境工程专业泵与风机课程的教学,需要结合本专业特色,确定教学任务,强化实践教学内容,培养学生的工程思维。采用多媒体、板书、网络教学相结合,比较式教学和启发式教学等多元化教学方法和手段,可起到进一步改进教学效果的作用。
参考文献:
[1]龙新平,朱劲木,吕俊贤,李廷浩.加强实践教学,提高泵与风机课程教学质量[J].中国教育研究论丛,2006,(00):142-143.
[2]许晓毅,吉芳英,罗固源,王涛.环境工程专业类课程板书教学与多媒体教学相结合的教学模式探讨[J].高等建筑教育,2005,(04):
99-101.
[3]王伟,华高英,徐昭炜,赵建成.基于网络环境下专业课程辅助教学体系的探讨[J].建筑教育改革理论与实践,2007:51-54.
(责任编辑:苏宇嵬)
关键词:环境工程;泵与风机;实践教学;教学方法
作者简介:郭瑾(1979-),女,甘肃天水人,北京工业大学环境与能源工程学院,副教授,工学博士,主要研究方向:污水再生及回用。(北京 100124)
“泵与风机”是一门理论性和工程实际意义都较强的课程,需要学生在掌握“流体力学”相关内容的基础之上,进行相关内容的学习和理解。其主要内容包括:泵与风机的叶轮理论、泵与风机的性能曲线、相似理论在泵与风机中的应用、泵的汽蚀、泵与风机的运行调节、泵与风机的选型等。本文主要结合环境工程专业的特点,对“泵与风机”的教学理念、教学方法以及教学手段等方面进行了探析。
一、紧密结合环境工程专业背景
“泵与风机”作为一类通用设备,广泛应用于各行各业,而许多专业对“泵与风机”的认识,都是通过学习“流体力学泵与风机”这门基础课程获得的,与专业结合较少。在目前全面实施素质教育,深化基础教育改革的形势下,本课程的教学工作应结合环境工程专业的特点,紧扣当前节能降耗这一大背景,在授课过程中着重突出本课程的专业特色。基于上述考虑,本课程的教学目标设定为:使环境工程专业学生熟悉环境工程中常用泵与风机的性能、特点和使用场合,能够进行泵与风机的选型、合理地进行管路布置,了解泵站的基本工艺设计流程,以及合理进行泵与风机的现场运行调节,使泵与风机保持在最佳工作区运转,降低能耗。
就目前已有的“泵与风机”教材而言,很难找到一本符合环境工程专业特色的专门教材。构建一个符合环境工程专业的“泵与风机”课程的教学内容体系,是促进本专业学生在今后工作中“学以致用”的有效途径。为实现这个目标,本课程的授课内容整合了“流体力学泵与风机”、“泵与风机”、“水泵与泵站”、“给水排水设计手册”等教材的相关内容,并将主要教学内容设定为:泵与风机的基本构造和基本原理;泵与风机的性能;泵与风机的运行调节;泵与风机的选型和管路布置;泵站的设计。
二、强化实践教学内容,培养学生工程思维
实践教学是人才培养的重要环节,是实现人才知识、能力、素质协调发展的重要途径和手段。进入新技术革命时代以来,面向工程实践已经成为当今高等教育的普遍发展趋势。[1]本课程在教学内容的安排上和授课过程中,注重与当前工程实际相结合,强化实践教学内容,培养学生工程思维。重点强调每一个理论结果的物理意义,将理论推导与实际工程估算结合起来介绍,提醒学生关注运行管理、使用维护、节能降耗、经济性、效率等工程方面的問题,实践教学内容主要包括以下几个方面。
1.泵与风机的性能测试
泵与风机的选型和运行调节都需要依照泵与风机的性能曲线。采用理论推导的方式得到泵与风机的基本性能曲线,方法复杂,各种损失不好估计。样本中的性能曲线,是由大量的性能试验获得的,因此,在授课过程中通过重点介绍泵与风机的性能实验方法,演示基本性能参数的测试仪器,来加深学生对泵与风机性能的认识。此外,结合当前节能降耗的大环境,整理当前实际工程中变频调速方面的应用实例,让学生了解实际中怎样进行泵与风机的调速运行,以及调速前后的能量变化情况。
2.运行工作点调节
本课程教学任务中的一个重要内容就是泵与风机运行工作点的确定。通常采用的做法是列出管路系统的方程,联合泵与风机性能曲线求解,实际工程中则主要采用图解法。通过安排习题课,进行上机操作,让学生掌握Excel作图的方法,学习利用图解的形式,找到运行工作点。并通过图解法,进一步掌握管路特性或泵与风机的性能发生变化后,泵与风机运行工作点的变化情况。一方面锻炼学生处理数据的能力,另一方面加深学生对实际工程中工作点调节方法的认识。今后的实践教学内容,还将进一步开设泵与风机的运行调节实验,通过模型实验改变管路特性或泵与风机的性能,实现工作点的调节,并进行节能效果的比对,强化学生的工程节能意识。
3.补充泵站设计相关内容
结合环境工程专业特点,泵站设计的重要性必须引起足够重视。授课过程中补充了泵站设计的相关内容,对泵站的设计步骤进行了系统介绍。此外,对每一个设计步骤所要注意的问题,如:水泵台数的选用原则、吸水管路和压水管路的布置、管路中各管件的布置、联合运行状态下工作点的校核,泵站的平面和高程布置等,均从工程角度予以展开说明。通过引发学生对于实际工程问题的关注,激发学生的学习兴趣。
三、采用多元化的教学方法和手段
教学手段是师生教学相互传递信息的工具。随着科学技术的发展,教学手段经历了口头语言、文字和书籍、印刷教材、电子视听设备和多媒体网络技术等五个使用阶段。本课程的授课过程中,采用了多种教学手段相互配合的办法,并结合本课程的教学内容,选用恰当的教学方法,以强化学生的学习效果。
1.多媒体、板书、网络教学相结合
多媒体教学作为一种现代教学手段,具有信息量大、生动形象、使用方便、图文并茂等诸多优点,[2]被广泛应用于日常教学之中。然而,教与学双边交流的互动性,幻灯片篇与篇之间易脱节,是多媒体教学存在的主要问题,需要辅助其他教学手段来进行改善。
采用传统的板书形式,可以通过记录和标记授课内容要点,加强幻灯片篇与篇之间的联系,从而能够很好地起到教学辅助作用。网络教学,作为一种跨越时间和空间的教学模式,使得教授行为和学习行为在时空上产生分离,这种分离的结果增大了教育信息传授的范围,扩大了教学规模,使学生在时间、地点和场所方面能够灵活安排学习,增加了学习的灵活性。[3]同时,网络教学具有资源丰富性、共享性和开放性,在网络中存贮着大量的信息,甚至包括历届学生学习过程中遇到的难点问题,学生可以过电脑共享上述所有资源,从而大大加强教与学的互动性,提高教学效率。
本课程的教学过程中,采用多媒体、板书、网络教学相结合的形式,即课堂教学采用多媒体、板书相结合,课堂外教学采用网络教学的形式。尝试利用北京工业大学网络教育在线中的教师空间,对“泵与风机”课程建立网上BBS答疑讨论专区,并收到了初步的教学效果,学生对课程的学习兴趣明显提高。经过一学期的努力,师生共发表留言60余篇,回复文章30篇,形成讨论10次,点击率累计达1500余次,除此之外,教师上传课件、课外资料、发布作业以及作业答案要点累计达20次,有力调动了学生课余时间学习专业课的兴趣。
2.比较式教学和启发式教学
结合本课程的特点,在授课过程中,主要采用了比较式教学和启发式教学两种教学方法。将比较式教学贯穿整个教学内容的始末,主要围绕以下两部分内容开展:离心式与轴流式泵与风机,前弯式和后弯式两种叶片形式的泵与风机。让学生边学习边列表整理上述几种形式的泵与风机在工作原理、结构、速度三角形、能量方程、性能曲线、汽蚀现象、使用场合等各个方面的特点和差别,强化学生的理解。
在每堂课的开始,都提出一个实际工程问题,以激发学生的求知欲。在此基础上,进而提出解决这一问题所要掌握的方法,教会学生如何把所学的知识应用到实际当中。通常,这些实际工程问题普遍存在,涉及的内容包括:为什么大型工程中多使用后弯式叶轮的泵与风机?为什么轴流式泵与风机的扬程小于离心式泵与风机?为什么后弯式叶轮的泵与风机优于前弯式叶轮的泵与风机?为什么离心式、轴流式泵与风机的使用场合、启动方式都存在差别?怎样获得泵与风机的性能曲线?为什么各种型号的水泵对其安装高度都有一定的要求?与泵与风机相连的管路通常需要布设哪些构件,又有哪些具体的安装要求?如何根据现场实际状况选择合适的泵与风机?为什么在一些实际工程中,所选泵与风机的效率很高,然而其运行效率却很低?怎样通过改变泵与风机的工作点来提高其工作效率?在授课过程中,启发学生的思路,逐步引导学生自己找到解决问题的途径。
实践结果表明,本课程通过采用比较式和启发式教学方法,激发了学生的学习兴趣,加强了学生对所学内容的深层次理解,收到了良好的教学效果。
四、结论
环境工程专业泵与风机课程的教学,需要结合本专业特色,确定教学任务,强化实践教学内容,培养学生的工程思维。采用多媒体、板书、网络教学相结合,比较式教学和启发式教学等多元化教学方法和手段,可起到进一步改进教学效果的作用。
参考文献:
[1]龙新平,朱劲木,吕俊贤,李廷浩.加强实践教学,提高泵与风机课程教学质量[J].中国教育研究论丛,2006,(00):142-143.
[2]许晓毅,吉芳英,罗固源,王涛.环境工程专业类课程板书教学与多媒体教学相结合的教学模式探讨[J].高等建筑教育,2005,(04):
99-101.
[3]王伟,华高英,徐昭炜,赵建成.基于网络环境下专业课程辅助教学体系的探讨[J].建筑教育改革理论与实践,2007:51-54.
(责任编辑:苏宇嵬)