“水泵與水泵站”課程教學研究與探索
“水泵與水泵站”是給水排水工程專業重要的專業基礎課。針對該課程理論與實踐教學特點,從理論教學、實驗教學、課程設計和參觀實習等方面,進行課程教學研究與探索。理論教學內容上結合注冊公用設備工程師考試大綱要求,精選實驗教學內容,并注重課程設計的統一性和多樣性相結合,培養提高學生的基礎理論水平和實踐創新能力,為給水排水工程其他專業課程的學習奠定堅實的基礎。
“水泵與水泵站”是武漢紡織大學(以下簡稱“我校”)環境工程學院給水排水工程專業的核心專業基礎課程,主要講授水泵的工作原理、運行工況調節、安裝方法和水泵站的設計方法,其基礎理論與水力學密切相關,其應用研究與給水工程、排水工程、建筑給水排水工程等專業課程緊密相聯。“水泵與水泵站”課程要求學生掌握水泵的基本理論和基本性能,熟悉水泵選型的基本原則和方法,了解泵站工程規劃應遵循的一般原則,掌握泵站建筑物的設計方法,奠定泵站工程的設計、施工和科學管理的基礎,提高學生應用所學知識解決實際工程問題的能力,提高人才培養質量。[1]隨著高校新一輪人才培養方案的改革,教學課時的壓縮與理論實踐教學需求學時較多的矛盾日益顯現。按照我校“環境卓越工程師”本科人才培養方案的課程培養目標與要求,結合國內高等院校“水泵與水泵站”理論與實踐教學經驗,開展“水泵與水泵站”課程理論與實踐教學研究與探索,對培養學生理論聯系實際,學以致用,拓展學生綜合素質,培養創新能力,為給水排水工程其他專業課程的學習奠定堅實的基礎。
一、“水泵與水泵站”教學內容研究
圍繞“水泵與水泵站”的理論與實踐教學工作,進行課程內容的優化更新,實現課程內容與注冊公用設備工程師考試大綱的有機結合。
“水泵與水泵站”課程的教材選用《泵與泵站》(第五版),由姜乃昌主編,中國建筑工業出版社。在原來“水泵與水泵站”的授課基礎上,重點講授第二章。
在第二章中重點講授第1節的離心泵的工作原理;第3節的基本性能參數;第4節的基本方程式;第5節要求學生會計算離心泵裝置的總揚程;第6節講述特性曲線;第7節離心泵的定速運行工況中,重點講授管道系統特性曲線、水箱出流工況點,要求學生會計算離心泵的定速運行工況點的流量和揚程;第8節離心泵的調速運行工況中,重點講授比轉數的概念,要求會計算離心泵的調速運行工況點的流量、揚程、轉速和調速后的水泵特性曲線方程;第10節離心泵的串并聯運行,重點要求圖解法求水泵裝置串并聯的工況點;第11節離心泵吸水性能,要求掌握吸水管中壓力變化、氣穴和氣蝕、氣蝕余量,要求會計算離心泵的安裝高度;第13節軸流泵的工作原理及性能特點。
結合筆者多年的實際工程設計經驗以及給水排水工程專業特點,水處理常用的加藥計量泵多為往復泵,在第三章中重點講授第3節往復泵的工作原理及性能特點,要求會計算往復泵的流量。
第四章給水泵站中,重點講授泵站分類、泵的選擇、水泵機組布置、吸水管路與壓水管路、停泵水錘、泵站節能的方法。
第五章排水泵站中,重點講授排水泵站分類、構造特點,污水泵站的水泵選擇、集水池容積、水泵機組布置,雨水泵站,合流泵站。
二、“水泵與水泵站”實驗教學研究
實驗教學在教學中占有非常重要的位置,是實踐教學的重要組成部分。學生的學習能力、實踐能力和創新能力的培養都離不開實驗環節。“水泵與水泵站”實驗教學任務是為配合課堂理論教學,培養學生的基本實驗能力,加深他們對理論知識的理解應用。
改變以灌輸為主的常規教學方式,多采用啟發式、互動式、討論式教學方法,充分利用多媒體,廣泛使用泵站現場照片、圖像等形象化的手段,使學生對水泵與水泵站實驗內容形成感性認識。
基于我校環境工程學院實驗室建設情況和實驗教學只有2學時,精選實驗內容,實驗為水泵性能曲線測定試驗。該實驗可促進學生進一步理解泵的工作原理、掌握泵的基本性能參數,并學會泵的特性曲線的測試方法。本實驗要求在老師的指導下,學生能按操作規程開機和停機,正確地選擇測試儀器和儀表,熟練地開展水泵的性能實驗。
在課時緊張的情況下,要求學生利用課余時間完成實驗項目,補充了課內實驗課時不足的問題,讓學生有足夠的時間認識、了解、掌握泵的特性、管路系統等,學會泵站常用測試設備和測量儀器的使用方法,對傳統的、現代的測試技術有了直觀的認識,拓寬了知識面,加深了對書本知識理解,激發起濃厚的學習興趣。
三、“水泵與水泵站”課程設計
“水泵與水泵站”教學的另一個環節是課程設計,要求學生在給定流量和水位組合等條件下,完成水泵選型配套、泵房內部布置和內部尺寸確定、泵房建筑物設計和輔助設施選擇等,提交泵站設計說明書和圖紙,圖紙部分包括樞紐布置圖、平面圖和剖面圖。
課程設計使學生掌握泵站設計的步驟、選泵原則、機組布置要求、工藝制圖標準以及設計規范的一般要求,鍛煉學生的分析問題、解決問題的能力,使他們的計算能力、繪圖能力和文字編輯能力也得到提高。通過課程設計,把課堂上學到的和實驗室獲得的知識點融會貫通,加深理解和掌握,提高解決實際問題的能力,讓學生進一步加深理解基礎知識、設計規范、設計原理、設計方法和設計成果之間的關系。
“水泵與水泵站”課程設計時間一般為1周或1.5周,時間較短,為了使每一位同學都受到一定程度的訓練以加深課堂上所學的理論知識,課程設計的題目深度、難度適中,有一定的工作量。通過對水泵與水泵站課程設計多年的教學實踐,在設計過程中,作為教師首先要抓好設計內容的統一性與多樣性。
在統一性方面,選擇教材上的第四章的例題,因為這個例題中關于泵站設計的一般方法和計算比較詳盡,方便學生學習。在多樣性方面,為使學生盡可能地做不同的題目,更好地掌握泵站設計工作的流程和方法,在下達設計任務時,每位學生的設計基礎數據均不同。具體做法是編制一張Excel表格,在這張表格上,每位學生的基礎數據按照一定的規律變化而且都不相同。設計題目統一性與多樣性的結合可以杜絕課程設計中的抄襲雷同現象,促使學生必須靠自己獨立思考完成設計,加深學生對課程設計全部環節的掌握程度。
在課程設計中,首先根據凈水廠用水量確定取水泵站所供流量;根據設計基礎數據繪制取水泵站樞紐圖,包括取水泵站、凈水廠配水池、吸壓水管線;估算揚程、初選水泵及電機;根據水泵、電機安裝尺寸及重量設計機組基礎;選吸水管和壓水管;布置機組和管道,繪制泵站平面布置圖;確定水泵安裝高度,計算吸水管、壓水管長,計算管路水頭損失;精選水泵和電機;選擇泵站附屬設備,包括起重設備、真空泵、通風設備、站內排水設備等;確定泵站高度,繪制泵站剖面圖;編寫設計計算說明書。
四、水泵與水泵站參觀實習
在充分利用校內實踐教學資源的基礎上,致力于加強校外實踐教學基地的建設;與污水處理廠、科研機構和企業進行廣泛地聯系和合作,聘請工程技術人員擔任現場教學導師,保證在有限的實習時間內,讓學生通過現場參觀、實習、討論和聽講座,獲得最直觀的感性知識,既是對書本知識的回顧,也是對其掌握程度的檢驗,有利于促進課堂教學質量的提高,也有利于創新人才的培養。
五、結束語
“水泵與水泵站”是給水排水工程專業實踐性較強的專業基礎課。為了讓學生真正掌握該課程的基本原理、基礎知識,使其能夠獨立進行課程設計,為今后從事泵站相關工作打下堅實的基礎,教師必須在課程的理論教學、實驗教學、課程設計以及參觀實習的各個環節,不斷進行教學改革的研究探索,積極將課內學習與相應的科研、生產和社會實踐相結合。同時教師應積極引導學生進行自我學習,提高學生在學習過程中的積極性和主觀能動性,增強學生解決實際問題的能力,積極提高學生的實踐創新能力,為后續的專業課程給水工程、排水工程、建筑給水排水工程的學習,更為今后學生從事泵站工程的規劃、設計、施工及運行管理等相關工作奠定堅實的基礎,成為理論與實踐相結合的創新型的新一代復合型人才。