创新型人才能力培养的《水泵与水泵站》课程教学改革研究

罗祝北

武汉城市学院，湖北 武汉 430081

国家的发展依靠创新驱动。党的十九大报告提出“加快建设创新型国家”，同时提出“创新是引领发展的第一动力”。当今世界，创新已成为提高综合国力的关键支撑，国家第十四个五年规划中，“坚持创新驱动发展，全面塑造发展新优势”已摆在各项规划任务的首位［1-3］。由此可见，“创新”不言而喻的重要性。所以，创新型人才的培养，也是高等学校在新时代的重要使命。高等学校在为国家高级应用技术型人才培养等方面做出了重要的不可替代的贡献。所以，新时代高等学校的教育，肩负着为社会培养具有较强能力的应用型、技能型、创新型人才的重任，在教学过程中应更加突出学生们的思考能力、动手实践能力、创新能力。创新教育已成为素质教育的必然选择［4-8］。随着科学技术的快速发展，给排水科学与工程专业与其他专业有所交叉的特点越来越凸显，例如，自动控制技术在给排水工程中诸如对于离心泵的变频调速恒压控制、对管网或水厂运行的自动控制等的广泛应用。所以，加强专业知识教育、培养创新意识和综合素质能力是新时代给排水科学与工程专业人才培养的要求［9-11］。

一、课程性质和教学目标

（一）课程性质

《水泵与水泵站》是给排水科学与工程专业的一门核心专业课程，是一门理论与实践紧密结合的综合性课程。通过对本门课程的学习，为学生今后从事工程设计、科研等工作打下必备的理论技术基础。《水泵与水泵站》课程内容具有极强的专业性、广泛性、实践性和复杂性，同时也需要通过数学的建模和推导来分析问题和解决复杂的工程问题，具有极强的逻辑推理性。

（二）教学目标

通过本门课程的学习，学生掌握水泵的定义及分类，叶片式水泵的基本构造、工作原理和基本性能，对水泵进行正确选型；掌握水泵装置的运行工况分析和调节方法，从而为泵站节能优化运行管理打下基础；通过所学知识，理论联系实际，掌握给水泵站和排水泵站的工艺特点和设计方法，从而建立学生的思考能力、动手实践能力和创新能力。

二、传统教学模式浅析

（一）传统教学主要是以教材和教学课件、老师课堂讲授为主导，弱化了学生们学习的自主性和主动思考自主探索的习惯。

（二）《水泵与水泵站》课程内容专业性极强，内容较难，例如水流在泵内的流动规律、水泵的气蚀性能等难以掌握。传统教学由于条件所限，一般都是通过老师的详细讲解，结合PPT 包括图片等，学生们尽可能在脑海里构想加以理解，容易造成对知识点理解不透彻，进而也扼杀了学生们的创新性。

（三）传统教学的实践教学环节，例如课程设计，绝大部分学生都像做题一样，按照例题依葫芦画瓢完成课程设计，没有进行更多更深入的思考与探究。

三、教学改革探索

（一）创新教学环境，引入先进教学手段

在发达的互联网背景下，用好教学平台辅助教学。在课堂上一如既往地将知识点讲好讲透，采用问题中心PBL 教学+启发式教学+实例教学多种教学手段，引导学生们自主思考，培养他们的创新意识。例如，课堂上，在讲解某个知识点之前，先进行课程的导入。例如，讲解气蚀的概念时，对于什么是气蚀、为什么要研究气蚀，可以先让学生们看两张图片，一张是崭新的叶轮外观图，另一张是运行几千个小时以后的叶轮外观图，通过直观感受让学生们看出差别，而疑惑产生这种差别的原因是什么，学生们会想要进一步探究，原来是因为气蚀的原因造成的，进而引出气蚀的概念，讲解气蚀。通过课程的导入，可以引导学生们对所学内容产生兴趣。课程的导入，也可以通过教学平台的辅助功能实现。课堂上在讲解某些重要知识点之后，例如，对于比转速这个知识点，是工况相似，比转速一定相同？还是比转速相同，工况一定相似？类似于这样一类重要知识点可以借助教学平台辅助教学的强大而有趣的功能，例如选人、抢答、投票等进行知识点的巩固，这样不仅可以更好地活跃课堂教学氛围，充分发挥学生们学习的主导性，调动学生们学习的热情和积极性，让所有学生都积极主动地参与到教学环境中，主动地思考学习，更重要的是学生们对知识点有了深入的理解和掌握，有助于进一步提高学习兴趣，激发学生们的创新思维能力。课后将与课程有关的文件，例如PPT、视频等上传，让学生们在课后也可以实现随时学习，想学就学，有助于学生们对知识点的进一步理解和巩固，有助于激发学生们自主学习更重要的是主动思考的能力。主动思考便于激发学生们的创新意识，同时还可以进行测验、分组讨论等，例如3 ～5 人为一组，课后上传问题讨论清单，对水泵相关知识点进行分组讨论，提出个人观点，并以报告的形式提交，或者让学生们提出学习心得，教师可以根据学生的心得反馈，进一步优化教学设计；同时，鼓励学生们课后可以通过多种途径，例如图书馆、互联网等查阅资料，了解与本课程知识点有关的前沿信息，这样不仅让学生们对所学知识点有了更深的理解，更重要的是，学生们感受到要做学习的主人，愿意主动思考探究问题，更便于激发学生的创新意识和创造性。

（二）先进技术融入教学，激发学生自主学习的积极性

将流体计算软件引入教学，通过数值模拟，将抽象的晦涩难懂的理论性知识转化为形象的三维图像，有助于学生对复杂难懂的知识点的理解，更重要的是使学生们产生学习兴趣，学生们愿意主动学习、主动思考，进而激发学生们的创新性。水泵的内部构造复杂，传统教学是通过详细讲解结合图片让学生们掌握所学内容，而通过流体计算软件进行数学建模，可以将平面转化为三维，更为立体直观，可以进入泵的内部，看清泵内构造。通过数值模拟计算结果，能充分展示诸如水流在泵内流动状态、水泵的气蚀等这些通过图片、视频等表面外观无法展示的水泵内部情况，清晰显示出水泵某些性能参数的分布情况。例如，流速分布图，流速从轮毂到轮缘呈逐渐增大趋势，流速在轮缘处达到最大值；通过迹线图，能够清晰反映出水流在泵内如何流动，它的运动轨迹线，水流通过叶轮时是如何旋转的；通过压强分布图可知，吸力面进水边和出水边静压等值线分布比较密集，在进水边出现压力最小值，并且压力从进水边向出水边呈现逐渐增大的趋势，符合水泵出水增压的要求。在课堂上详细进行理论上的推导和分析讲解后，结合这样直观清晰的图示，可以更有助于学生们对一些理论性的、枯燥的、晦涩难懂的知识点的深入理解和掌握，进一步提高学生们主动学习的兴趣、热情和积极性；同时，学生们对计算机软件建模产生兴趣，能更好地激发学生们的主动思考能力、动手能力，也能培养学生们的创新性思维能力、创新意识。

本次教学研究对单级单吸离心泵、单级双吸离心泵的叶轮部分以及轴流泵装置为例进行了三维建模，通过数学建模实现了学生们对水泵的立体直观感受，让学生们对水泵内部构造有了更详细的了解，为后续更有兴趣深入探究水泵相关知识打下坚实基础。兴趣是最好的老师，有了兴趣可以为激发学生们自主学习进而激发创新意识创造良好条件。

（三）营造创新氛围

组织学生对泵房进行参观，让学生们对泵房有了直观感受，有助于实践环节例如泵站课程设计的把握，有助于学生们实现理论知识与实践的有效结合，更重要的是激发学生们的主动思考能力和创新能力。设置展示水泵模型的教学环节，带领学生们对水泵模型进行拆解、组装，使学生们更清楚了解水泵内部构造，同时结合数值模拟成果，让学生们对例如水流在泵内如何流动等本门课程的知识点有更形象的理解，更便于知识点的掌握，更进一步激发学生们的动手能力、应用能力和创造性。同时可以引导学生举一反三，将知识的理解延伸到其他领域的创新学习，有助于培养学生的创新意识和创新性思维。建立虚拟仿真实验室，将复杂的或特殊的场景通过仿真技术进行现场模拟，让学生们感觉身临其境置身于泵房的环境中，营造出良好的创新氛围。此外，在教学过程中，可以将给排水科学与工程的发展纳入教学内容，以拓宽学生们的知识面，让学生们紧跟学科前沿；同时，结合工程实例，让学生实现理论知识与工程实际的有效结合，培养学生们将所学理论知识应用于工程实际，分析工程问题、解决实际问题的能力，使学生们进一步提升专业兴趣，为激发学生创新意识打下良好基础。

四、教学改革效果初步分析

通过教学改革研究，结合学生期末考试成绩分析，初步判断教学改革效果。本次只以进行教学改革之前的2016 级学生《水泵与水泵站》课程期末考试成绩，与进行教学改革之后的第一届2017 级学生《水泵与水泵站》课程期末考试成绩进行对比分析。期末考试成绩分析表见下表1。

表1 期末考试成绩分析表

由上表可见，通过教学改革，学生们的学习效果有了明显提升，2017 级学生成绩较2016 级学生成绩明显更优。具体表现为2017 级学生期末考试最高成绩为97 分，比2016 级学生期末考试成绩最高分高出4 分，而最低分2017 级学生成绩比2016 级学生成绩高出23 分之多。2016 级有1 名学生不及格，而2017 级没有学生期末考试不及格。2017 级学生期末考试成绩平均分比2016 级学生的平均成绩高出10.27 分，学生整体平均成绩由73.93 分达到了良好的84.20 分。由此可以初步判断，通过教学改革，学生们的学习效果例如成绩有了显著提升。学生的学习效果更好，学习兴趣更高，更便于激发学生们主动学习的热情，主动思考、主动学习、主动探究，以此激发学生们的创新性意识和创造性。

五、结语

高等学校教育肩负着为社会培养具有较强能力的应用型、技能型、创新型人才的重任。在教学过程中，以学生为主体，教师是学生们学习的重要引领者和指导者，从而发挥学生们的自主学习意识，主动思考习惯，进而激发他们的创新意识。在教学过程中勇于创新，并将创新的成果反哺于教学中，起到相辅相成的作用，运用多种教学方法，只为更好地引领学生创新、自主思考，更好地培养学生们的动手能力、应用能力、创新能力等综合素质。