以容积效率为主线的制冷压缩机课程教学改革与实践

何永宁 张业强 邢林芬 王涛 金听祥 吴学红 许培援

[摘 要]基于一流课程建设对课堂教学的要求，结合制冷压缩机课程教材内容，提出了以容积效率为授课主线，构建不同类型压缩机章节联系，引导学生以容积效率为基点，提升压缩机专业知识的掌握程度。基于容积效率相关知识点丰富课堂提问，活跃课堂气氛，引导学生思考压缩机运行工况、制冷剂特性对压缩机容积效率的影响，构建制冷压缩机课程与其他核心课程的联系，启发学生思考，提升学生的综合能力。

[关键词]一流课程建设;制冷压缩机;容积效率

[基金项目]2019年河南省高等教育教学改革研究与实践项目“基于一流本科专业建设的能源动力类专业培养方案和课程体系改革研究与实践”（2019SJGLX328）

[作者简介]何永宁（1988—），男，河南郑州人，博士，郑州轻工业大学能源与动力工程学院讲师，主要从事制冷压缩机研究;张业强（1981—），男，河南郑州人，博士，郑州轻工业大学能源与动力工程学院讲师，主要从事容积式压缩机研究。

[中图分类号] G642.0[文献标识码] A[文章编号] 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学和一流学科的重要基础，课程作为人才培养模式的核心要素，一流课程建设是实现“双一流”建设目标的基石[1]。“新工科”建设是国家应对新一轮科技革命和产业变革对工程教育的改革和发展做出的积极回应[2]。随着互联网技术的发展和线上学习课程的增加，学生自主学习能力获得提升，教师如何高效地利用课堂时间，将课程的核心内容传授给学生，培养学生创新能力和综合能力，是教学改革的一个主要研究方向。

郑州轻工业大学能源与动力工程专业是国家特色专业、国家级卓越工程师计划试点专业、河南省一流本科专业建设点，家用制冷与空调、小型制冷低温设备等方面在全国行业中具有较高的社会知名度。制冷压缩机是制冷系统的核心设备，而制冷压缩机则是制冷与低温工程方向的核心课程，教材选用吴业正老师主编的《制冷压缩机》[3]（P18-25）。

二、制冷压缩机课程教学现状

制冷压缩机课程教材每一章介绍一种类型压缩机，各章节内容相对独立，各章之间由于编者不同而缺乏内在联系，内容之间存在部分脱节;学生学习过程中，对压缩机的认识局限于该类压缩机内容，缺乏对压缩机整体内容的认知及对比，掌握程度较差。部分高校采用多人授课方式，由各压缩机领域专家讲述相关内容，该种授课方式对师资力量要求较高。大部分高校对该课程采用单人授课的方式，如何构建不同类型压缩机之间的联系，将整本教材内容有机统一，是提高课堂教学效果的关键。同时制冷压缩机课程专业性极强，授课过程主要以教师讲解为主，教师与学生讨论较少，学生参与度有限，课堂气氛较为沉闷[4]。结合制冷压缩机课程教学经历与教学改革经验，本文提出了以容积效率为主线的制冷压缩机课程教学方式，以容积效率构建不同类型压缩机内容间的联系，引导学生对比容积效率随系统工况、制冷剂变化的规律、构建制冷压缩机与其他核心课程之间的联系，并启迪学生思考提升容积效率的有效方法。

三、制冷压缩机课程改革内容

（一）以容积效率构建五类压缩机联系

五种压缩机结构存在较大差异，其中容积式压缩机工作腔结构各不相同，而离心式压缩机又属于速度型压缩机。五类压缩机内容的连续性差，授课过程被动分为了五个分割的模块。各章编者均按照本类型压缩机知识点的重要性组织教材内容，与前后章节之间的联系较少，而学生由于缺少对压缩机领域的整体认知，学习效果不理想。基于以上现状，分析总结五种压缩机的知识点中都包含容积效率的概念，以容积效率作为主线将五种压缩机连线，将其内容有机地串联，增加学生对制冷压缩机的整体认知。例如，活塞式压缩机容积效率的计算，教材给出了大篇幅的介绍，而在涡旋式压缩机章节提到了其容积效率高达0.95，给出了该类型压缩机容积效率高的原因。引导学生从两类压缩机结构和工作过程分析两类压缩机容积效率的差异及其原因，提升学生对压缩机知识的掌握程度，同时将压缩机各部分内容进行有机联系。

（二）以容积效率对比引导学生思考

在四类容积式压缩机中都提到了容积效率，从影响压缩机容积效率的四个系数分析压缩机容积效率，得出每一类压缩机容积效率的具体值。在影响容积效率的四个系数的介绍中，对四类容积型压缩机进行分类介绍，知识碎片化导致学生掌握程度较低。统一地将四类压缩机的结构与工作过程做对比，紧密联系压缩机容积效率，有效提升知识的整体性，学生通过压缩机结构对比及容积效率分析，能够有效地掌握该部分知识。在几类压缩机容积效率数值的差异上，设置提问环节，引导学生思考容积效率的影响因素。如滚动转子式无吸气阀在压力系数上优于存在吸气阀的活塞式压缩机;涡旋压缩机和螺杆压缩机无余隙容积的膨胀过程在容积系数上优于活塞式压缩机;螺杆压缩机和涡旋压缩机移动的封闭容积腔在温度系数上存在优势。通过设置该类型问题引导学生思考，提升学生活跃度和参与度，解决专业课程课堂气氛沉闷的问题。

（三）构建压缩机课程与其他核心课程联系

能源与动力工程专业包含多门核心课程，如制冷压缩机、制冷原理与设备、机械设计、制冷空调电气控制、冷库设计及空气调节等。在压缩机容积效率计算的基础之上，构建该课程与其他核心课程之间的有效联系，使学生融会贯通，提升其对制冷知识全面掌握的能力。从压缩机容积效率的容积系数与压缩机压比的关系出发，解释制冷系统在大压比工况下采用双级压缩制冷循环的必要性，构建制冷压缩机与制冷原理的联系。基于空调系统变工况运行工况下，变频压缩机在不同转速下容积效率的变化情况，对比变频空调系统的运行能效，多方面构建制冷系统知识的融合。针对制冷系统工作的高温、中温和低温工况，采用哪种制冷循环及制冷剂，提高制冷系统循环性能，对学生的综合能力提出了要求。通过该提问环节，学生可直观掌握不同类型压缩机性能参数范围及其影响因素，有助于提升课堂教学效果。

（四）提升培养质量

以容积效率为主线的制冷压缩机课程教学，在保证学生掌握课程知识的基础上，利用容积效率相关内容提升学生的综合能力。压缩机容积效率是影响压缩机性能的关键因素，课本上给出的容积效率计算为理论计算过程，实际压缩机的容积效率如何测量的介绍则较少。以该问题为引导，由学生讨论压缩机性能测试的实验方法，根据容积效率的计算公式寻找相关参数，最终计算获得容积效率。结合容积效率的计算及压焓图，引导学生思考如何保证制冷系统处于理想循环的状态点，在此基础上引入《GB/T 5773-2016 容积式制冷剂压缩机性能试验方法》，掌握制冷压缩机在产品层面的性能测试。设置讨论环节，结合制冷系统实际运行条件，并具体到每一类压缩机影响容积效率的影响系数，由学生讨论如何有效提升压缩机的容积效率，培养学生解决实际工程问题的能力。

四、结论

以容积效率为主线的制冷压缩机课程改革，要抓住容积效率的主线，有效串联教材不同章节之间的内容，提升学生对制冷压缩机专业知识的掌握程度。通过不同压缩机容积效率的理论分析及实际计算对比，引导学生思考压缩机容积效率的影响因素，设计讨论环节，活跃课堂气氛。通过容积效率构建制冷压缩机课程与其他核心课程的关联，使学生对制冷系统形成全面的认知，提高学生的专业能力。利用容积效率的测试及提升途径，提升学生对压缩机性能测试、国家标准认知，以及解决实际工程的能力，有效提升毕业生的综合素质。

参考文献

[1]周光礼.“双一流”建设中的学术突破—论大学学科、专业、课程一体化建设[J].教育研究，2016，37（5）：72-76.

[2]林健.面向未来的中国新工科建设[J].清华大学教育研究， 2017，38（2）：26-35.

[3]吴业正，李红旗，张华.制冷压缩机（第3版）[M].北京：机械工业出版社，2017：18-25.

[4]王焕光.中国矿业大学制冷压缩机研讨课探索与实践[J].教育教学论坛，2019（17）：146-147.