流体机械“多元课堂”建设的理论与实践

刘姣姣 胡军

摘  要：流体机械对机械和能源类学生专业素养的培养至关重要。为了提升教学质量，文章尝试将流体机械“多元课堂”引入实际教学过程之中;该方法一方面在理论和实践交叉过程中不断深化学生对知识的掌握;另一方面积极引导学生从生产实际出发，利用多元手段，树立解决问题的思路和能力。总体来看，“多元课堂”引入流体机械后，学生学习的主动性和积极性都有了明显的改善，教学的质量和教学的效果也有了显著的提高，值得在未来教学过程中加以推广和利用。

关键词：流体机械;多元课堂;理论和实践;教学方法

中图分类号：G642         文献标志码：A         文章编号：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

過程流体机械是阐述实际生产中广泛应用的活塞式压缩机、离心式压缩机、泵和风机的工作原理、结构形式、运行特性、调节方法和安全可靠性等方面的基本知识[1]，它是机械和能源类众多专业的一门专业基础课。过程流体机械是一门实践性很强的课程，过程流体机械也在国民经济生产中应用极为广泛。掌握这门课程对学生后续课程学习和工作开展至关重要[2]。目前仅靠课堂教学的单一教学模式使学生在这个过程中参与程度比较低，缺乏必要的主动性和积极性，已严重影响了课堂教学的效果[3]。另外，以教为主的目标导向下片面追求高的考试成绩，不利于提高学生分析问题、解决复杂工程问题的能力，因此需引入多元教学模式，不断提高教学效果，适应对本专业人才培养目标的要求，满足社会对高素质和高层次人才的需求[4，5]。

多元互动流体机械教学主要指通过课堂教学、电子组装、模型组装和实物参观等环节，努力发挥不同教学方法的优势，让同学们在参与过程中不断地认识和学习流体机械的相关的知识点，并了解这些机械石油炼制、石油化工等企业中的应用[6，7]。其主要特点是通过多种教学手段的应用，让同学们积极主动的参与到教学过程中来;激发学习的兴趣，让学生就像和玩游戏一样的学习流体机械的相关知识。它有效的打破了学校只重理论而缺乏实践而工厂只重操作而缺乏理论支撑的缺点，发挥不同教学模式的优点;该教学方法更多地是注重以学生为本的教学反思，教师也通过多元教学模式能够很好地反思自己在教学过程中存在的问题，并且找出对应的解决办法。因此多元流体机械教学是在尝试高效的育人思路和方法，一方面引导学生掌握流体机械的基本知识和基本技能，从理论和实践交叉过程中深化学生对知识的掌握;另一方面引导学生从生产实际中出发，利用多元手段，树立解决问题的能力，更有利于培养学生创新精神[8]。

一、流体机械“多元课堂”的实现

过程流体机械作为一个实践性很强的专业基础课程，教学过程需要更注重实践环节。多元课堂的建立主要就是要理论联系实际。因此，流体机械“多元课堂”除了传统的课堂教学外，还包括工程师进课堂、实物参观、实物拆装，三维零件图绘制、三维零件虚拟组装、压缩机实物拆装和比赛评比等环节，具体如图1所示。在学习过程中，主要强调的是对知识点的反复，多途径掌握。

过程流体机械“多元课堂”与以往的教学相比具有如下显著特点：

（一）课堂教学重参与

理论知识是在设计经验基础之上的总结，离开理论的实践只能是无本之木，掌握了理论的实践才能融会贯通。由于理论是在实践基础之上总结出来的一定的规律，一般是抽象的，难懂的。直接讲授相关理论可能使同学们对理论的理解深度和广度不够，在流体机械多元课堂实践中，需要针对关键的理论精心设计相关的实验，由浅入深，循序渐进的引出相关理论，让同学们清楚相关理论的产生过程，理解这些理论的重要性和必要性。比如，对于针对不同排气系统对活塞式压缩机产生的影响，可以设计如图2所示的实验，让同学们在参与过程中掌握相关知识。

如图2所示，可以让同学分别给不同气压的篮球打气，然后根据打气的难易程度，分析和总结不同的排气压力对压缩机性能的影响，最后让同学们据此绘制示功图，这样就可以让同学们在实际参与过程中自己总结出相关的规律，加深对知识的理解和掌握，培养分析问题和解决问题的能力。

（二）注重实践教学

流体机械对实践的要求很高，没有与实际结合的教学往往只能纸上谈兵，实践作为课程教学过程中消化理论知识的重要手段，需要进一步得到加强，以提高学生的对实际工程问题解读能力。以往的实践主要是对压缩机的原型机进行拆装，拆装一台压缩机一般需要好几个人一组进行拆装，拆装耗时费力而且有些地方很难拆装下来，导致某些结构连接处还无法观察到内部构造;另外，在拆卸过程中一些润滑油也很容易泄露而造成污染，不能让同学们在短时间内掌握相关知识，而且拆卸的兴趣也不大，所以需要尝试新的办法提高学习的效率。鉴于此，我们在已有拆装平台的基础上，购置了演示压缩机拆装模型，如图3所示。

这些模型具有小巧灵活的特点，重量大概2kg左右，尺寸也很小。另外，该拆装平台虽然小巧，但是都是原模型等比例缩小，对应的零件有上百种，并没有简化，和实际应用的压缩机并无明显结构上的区别。有了这些模型，可以让同学们在课下利用业余时间拆卸安装，拆装过程中可以避免润滑油污染和大零件很难拆卸的缺点，最重要的是拆卸过程还有一定的趣味性，這可以让同学们在玩的过程中学习相关知识，从而让学生产生更直观的印象和更深刻的理解。以这些小模型为基础，再开展实际压缩机的拆装实验，进一步加深对机器内部构造和零件的掌握。另外，还积极组织学生前往“陕西鼓风机厂”进行参观学习，了解相关流体机械对应零件的生产过程和设备的组装工艺过程。

（三）将三维电子组装设计纳入考核

三维图具有形象直观的特点，在多元课堂中引入流体机械三维电子图的绘制和组装等内容，让同学们通过亲手体验来进一步巩固相关的知识点，流体机械教学时，同学们已基本会用三维制图，为了进一步巩固工程制图的能力和流体机械的相关知识，将流体机械三维电子组装设计纳入期中考核。第一步主要包括流体机械所有零件图的三维绘制，流体机械爆炸图的绘制和动态的运行展示，通过这一过程让同学们掌握需要的基本零件，更加清楚内部零件的运行情况，从而加深学生对相关流体机械结构的认识[9，10];进一步，可以将绘制的模型导入有限元计算软件，模拟流体在其中运行的特征和规律，掌握压力、温度和流量等压缩机关键参数的变化规律。在此基础之上，倡导同学们针对现有机械的特点，针对性的提出改进方案并与经验丰富的工程师一起论证改进方案的可行性。考核方式是将这些资料以大作业的形式提交并进行考评。为了给同学们留有足够的时间思考和完成相关内容，一般将作业在第一次上课就布置完成，而且一个组只绘制一种形式的压缩机。考评成绩计入期中考试成绩，加强对教学过程的管理。为了保证成绩的公平公正，将考试的评价指标和评价方法提前公布，考评时也会请一些经验丰富的工程师打分。对于确实有创新的一些设计，可以指导同学们申请专利，并联系感兴趣的相关企业试制并推广。

（四）以竞促学，培养解决问题能力

教学过程中，努力与过程流体机械相关企业联系，针对他们存在的问题，由他们资助并设计一些竞赛类课题，对做的比较出色的队伍予以奖励。对于企业而言，也是协助他们解决一些相关的问题。比如，现在学生普遍在三维图绘制，动画制作方面有一定的优势，企业可以利用这个机会对他们的产品进行包装和宣传，同学们也可以利用这个机会掌握更多设计的细节，实现企业与学校的良好互动，为企业储备高层次工程师的储备人才。另外，对做的比较出色的队伍也积极推荐参加一些行业竞赛，由同学们出设计，企业负责制造生产形成产品，通过竞赛促进对相关问题的深刻理解进而提出一些新的设计思路，培养学生分析问题、解决问题的能力。使学生具备综合应用数学、自然科学和工程科学中的基本原理对复杂工程问题进行建模分析的能力，能够对实际问题进行合理假设和简化，并进行求解，对结果进行合理性与有效性分析评价。

（五）邀请工程师进课堂

通过邀请长期从事过程流体机械设计、制造的相关工程师，进入课堂，针对某种设备进行详细的讲解和答疑;这些工程师长期从事流体机械设计和生产，对新的设计考虑和设计过程都有丰富的经验，让这些工程师进课堂有利于弥补授课教师工程实践相对缺乏的弊端，可以让老师和同学对相关设备的发展状况和发展趋势有一个比较全新的认识，有利于同学们对复杂工程问题的理解。我们在讲课过程中，设计2-4个学时的工程师进课堂，邀请经验丰富的一些相关工程师针对某个专题进行讲解，理论联系实际，拓展和加深对相关机械的理解和掌握，同时让同学们真真切切感受到这些工程师如何用所学知识来改进设备，展现所学知识的力量。

（六）完善多方位考核机制，弱化考试成绩

现行的考核主要以期末考试成绩为主，所以学生们一般在考试前一两周都需进行通宵达旦的复习，这样突击的学习方式很容易造成对相关知识点的死记硬背，等考试完成后，这些知识点很容易被学生遗忘，等需要的时候，却又很难联想到这些知识点，更不要说利用这些知识点解决实际复杂的工程问题。所以我们要积极探索和实践多方位的考核途径，不断完善考核的定量指标和内容，使得考核的评价更复合高层次技术技能型人才的要求。这就要摆脱以期末考试成绩为主的单一考核体制，逐步完善教学过程中各个环节的质量把控;过程考核的前提是要建立公开、透明的全过程考核机制，考核过程中要有定量考核的标准以减少人为因素的影响，要有多层次全方位的考核标准以体现不同学生的差别，最终希望能引导学生积极参与学习过程，避免考试前的突击复习，逐步形成高端技术技能型专业人才培养质量控制体系。

二、实施流体机械“多元课堂”后的效果

从2018年开始，我们逐步将多元教学模式引入过程流体机械课堂，通过与以往学生的对比，发现流体机械多元教学具有以下好处：

（一）不断强化知识点的掌握

相关知识点是这门课程的基础，深刻的理解相关知识点是进行创新设计的基石，所以对相关的知识点必须不断强化，力求全面掌握。我们首先将流体机械的知识点梳理出来，对每个知识点尤其是重要的知识点采用讲授、演示实验、拆装实验和参观学习等多重手段，不断反复的进行强化，使之能够对流体机械的相关知识点深刻掌握;进一步，还注重知识点之间的融会贯通，用知识点之间的内在联系，将不同知识点串联起来，形成一个统一整体。比如对于活塞式压缩机和离心式压缩机，可采用对比的方式从结构-零件组成-压缩热力学-可靠性-应用等方面将关键知识点一步步梳理出来，深刻理解不同的设计思路产生的背景和对应的机械，以及不同机械的优缺点和适用范围，引导学生培养发散思维，鼓励结合现有技术提出一些新的设计理念。

（二）综合设计能力得到强化

作为工程专业的学生，绘图能力是其最基本的技能，尝试流体机械“多元课堂”教学后，通过流体机械三维组装模型绘制过程进一步强化了学生的三维绘图能力，使得同学们的制图能力进一步得以加强;另外，同学们绘制出三维模型后，切实感受到了学以致用，也很有成就感，自信心得到进一步提升。再有就是在组装过程中，根据组装的难易程度，对有些重要零件的结构尺寸要求有了深刻的理解。通过多元流体机械教学锻炼了学生解决工程问题的基本思路和方法，是同学们初步具备综合应用所学知识解决过程机械装备及控制系统中复杂工程问题的能力，机械设计的综合能力得到了进一步提高。

（三）激发学生的学习兴趣

兴趣是学生学习的最大动力，激发学生兴趣就是要使得课堂摆脱枯燥的讲课，尤其是以电子教案为主的读课。鉴于此，我们在教学过程中对流体机械课堂教学通过不断的学习、积累、反思，将一个个知识点用大量简单易懂的呈现方式展现出来，通过设计多种课堂小游戏、课堂启发式提问、教学模型进课堂和电子动画展示进课堂等活动，把相关的知识点以多种学生容易接受的方式呈现出来，是同学们参与到课堂教学之中，努力激发学生的学习兴趣，相关的结论也尽量通过启发式方法由学生自己总结和归纳，然后再与教材内容进行对照，培养学生正确的思维方式和方法;强调知识点之间的融会贯通，既实现了学习知识的目的，又激发学生的思维，努力将老师讲授为主的课堂变成激发学生的学习兴趣的催化剂，使学生对流体机械的学习充满浓厚的兴趣，同时也保持了课堂纪律良好。

（四）培养高端技术技能型人才

现在的高端人才强调的是技术和技能并重型人才，这就要求这样的人才必须有深厚的理论基础和丰富的实践经验，多元流体机械教学就是强调理论与实践的紧密结合，以实践促进理论学习，以理论学习深刻认识实际流体机械，使之形成一个有机的整体，相互促进，不断升华。使同学们懂理论、知结构、能操作、会修理，培养技术和技能并重型高端人才。

三、结束语

多元流体机械课堂教学通过引入实物参观、实物拆装，三维零件图绘制，三维虚拟组装，比赛评比等环节，让同学们在参与过程中认识和学习流体机械的相关知识，并了解这些机械在一些化工厂与石油炼制、石油化工厂的应用。这种方式更多地是注重以学生为本的教学反思，是一种高效的育人思路和方法的尝试，一方面引导学生掌握流体机械的基本知识和基本技能，从理论和实践交叉过程中深化学生对知识的掌握;另一方面引导学生从生产实际中出发，利用多元手段，树立解决问题的能力，更有利于培养学生创新精神。总体来看，流体机械课程应用多元课堂教学后，整体的学习氛围，学习兴趣和学习成效都有了显著的提高。应当进一步完善和改进流体机械多元教学的方法，提高学习效率。

参考文献：

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