流體機械類(lèi)課程實(shí)驗教學(xué)改革與實(shí)踐論文

流體機械類(lèi)課程實(shí)驗教學(xué)改革與實(shí)踐論文

　　摘要：針對流體機械類(lèi)課程實(shí)驗教學(xué)的現狀及問(wèn)題，為增強學(xué)生的創(chuàng )新意識和自主創(chuàng )新能力，開(kāi)展了改進(jìn)教學(xué)模式、增設自主實(shí)驗設計，構建開(kāi)放性創(chuàng )新實(shí)驗平臺等實(shí)驗教學(xué)改革；并結合直接數值建模方法和主要零部件3D打印技術(shù)，構建了可實(shí)現多種流體機械嚙合特性及工作機理測試的開(kāi)放性實(shí)驗平臺�；�于創(chuàng )新能力培養的流體機械類(lèi)課程實(shí)驗教學(xué)改革可提升實(shí)驗教學(xué)效果，切實(shí)加強學(xué)生分析和解決過(guò)程裝備領(lǐng)域復雜工程問(wèn)題的能力，鍛煉學(xué)生的創(chuàng )新意識和自主創(chuàng )新能力。

　　關(guān)鍵詞：創(chuàng )新能力；流體機械類(lèi)課程；實(shí)驗教學(xué)改革；開(kāi)放性實(shí)驗平臺

　　一、流體機械類(lèi)課程實(shí)驗教學(xué)改革

　　過(guò)程裝備與控制工程專(zhuān)業(yè)開(kāi)設的“過(guò)程流體機械”課程是支撐本專(zhuān)業(yè)學(xué)生畢業(yè)要求的主體。實(shí)驗教學(xué)是該門(mén)課課程目標達成及學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng )新能力培養的基礎。但隨著(zhù)工程教育認證及新工科建設工作的開(kāi)展，目前實(shí)驗教學(xué)中存在的問(wèn)題逐漸顯現。下面就具體問(wèn)題展開(kāi)分析并提出教學(xué)改革。

　�。ㄒ唬�實(shí)驗教學(xué)內容及模式的優(yōu)化

　　隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，新型高效流體機械正越來(lái)越多地被應用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。但反觀(guān)本專(zhuān)業(yè)流體機械類(lèi)課程所開(kāi)展的實(shí)驗教學(xué)的內容還主要是離心泵、往復活塞式壓縮機和風(fēng)機的簡(jiǎn)單工作性能測試實(shí)驗，內容較陳舊[5]。很多石化行業(yè)應用廣泛的螺桿壓縮機（泵）及轉子式壓縮機（泵）等新型高效流體機械沒(méi)有相應的實(shí)驗裝置，導致人才培養與科技進(jìn)步和現實(shí)行業(yè)脫節，不利于學(xué)生創(chuàng )新意識的培養。鑒于此，在培養方案修訂過(guò)程中，將流體機械類(lèi)課程的實(shí)驗獨立設置“專(zhuān)業(yè)實(shí)驗”課程，從課內實(shí)驗變?yōu)楠毩⒄n程，增加了授課內容和授課學(xué)時(shí)量。實(shí)驗類(lèi)型也在原來(lái)的認知性實(shí)驗和驗證性實(shí)驗基礎上，增加了綜合性實(shí)驗、設計性實(shí)驗和研究創(chuàng )新性實(shí)驗等不同層次的實(shí)驗項目，為學(xué)生提供不同層次的鍛煉和提高，以培養學(xué)生實(shí)驗設計、實(shí)施和測試分析的能力，滿(mǎn)足學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng )新能力的培養，更好地實(shí)現人才培養目標。另外，現有的實(shí)驗教學(xué)模式依舊采用傳統的講授法。這種被動(dòng)式的知識傳授方式不能很好地激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性和開(kāi)拓創(chuàng )新能力。故在原來(lái)的講授式教學(xué)模式基礎上，增加了小組討論及實(shí)驗方案制定等環(huán)節。實(shí)際實(shí)驗教學(xué)過(guò)程中，要求學(xué)生通過(guò)實(shí)驗前的資料查閱、儀器設備預調確定多個(gè)實(shí)驗方案，然后通過(guò)小組討論確定最終的實(shí)驗方案，并按照選定的實(shí)驗方案進(jìn)行實(shí)驗操作，每個(gè)學(xué)生必須獨立完成實(shí)驗。最后各小組再針對測得的數據進(jìn)行討論和分析，得到相應的規律和結論。這種啟發(fā)研討式教學(xué)方法增加學(xué)生的自主性和參與程度，有利于鍛煉學(xué)生從實(shí)驗角度研究自然規律或解決本專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域內復雜工程問(wèn)題的能力，并形成良好的科學(xué)作風(fēng)和開(kāi)拓創(chuàng )新能力。

　�。ǘ�）創(chuàng )新研究型實(shí)驗項目的豐富

　　實(shí)驗教學(xué)內容及模式的優(yōu)化對學(xué)生創(chuàng )新能力的培養還停留在實(shí)驗方案的設計和選取上，并不是本質(zhì)的創(chuàng )新。此外，流體機械類(lèi)課程學(xué)習過(guò)程中引導學(xué)生提出了一系列創(chuàng )新設計思路，并由此延伸而申請了多個(gè)大學(xué)生創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)訓練項目“新型熱發(fā)動(dòng)機三維設計與發(fā)電系統研究”等，參加了多個(gè)創(chuàng )新大賽“滾子葉片泵的三維設計與仿真”等，但是在項目和大賽的實(shí)施過(guò)程中，沒(méi)有開(kāi)放性的實(shí)驗平臺作為支撐，導致學(xué)生的設計結果并不能得到良好的實(shí)驗驗證及優(yōu)化改進(jìn)，不能很好地滿(mǎn)足學(xué)生開(kāi)展研究創(chuàng )新性實(shí)驗的要求。為了支撐上述要求，切實(shí)提高學(xué)生的原始創(chuàng )新能力，在實(shí)際的教學(xué)活動(dòng)中，要求流體機械類(lèi)課程授課老師和實(shí)驗技術(shù)人員積極創(chuàng )造條件開(kāi)放實(shí)驗室。一方面利用教師所承擔的科研項目及所搭建的科研實(shí)驗平臺，支持學(xué)生參加各種創(chuàng )新性比賽及大學(xué)生創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)訓練項目；另一方面在實(shí)驗教學(xué)過(guò)程中需要構建開(kāi)放性實(shí)驗平臺，為學(xué)生開(kāi)展創(chuàng )新性實(shí)驗研究提供平臺。為此，本文結合直接數值建模方法和主要零部件3D打印技術(shù)，構建了可實(shí)現多種流體機械嚙合特性測試及工作機理驗證的開(kāi)放性實(shí)驗平臺。

　　二、開(kāi)放性實(shí)驗平臺方案設計與應用

　�。ㄒ唬╅_(kāi)放性實(shí)驗平臺方案設計

　　流體機械類(lèi)課程開(kāi)放性實(shí)驗平臺的三維模型，主要包括空間軸系嚙合系統支撐平臺、三維嚙合副軸向精確定位支架、空間嚙合軸和其他功能組件�？臻g軸系嚙合系統支撐平臺是嚙合特性測試組件安裝的基礎，該支撐平臺在中心位置處設置帶有矩形凸起的橫向滑軌，兩側分別設計螺栓緊固槽。橫向滑軌主要用于固定中心轉子的軸向精確定位支架，并起到調整中心轉子支架軸向位置的功能。橫向滑軌兩側設置的六條帶有通槽的縱向滑軌主要用于滿(mǎn)足采用平面嚙合系統及空間嚙合系統的回轉式流體機械從動(dòng)轉子軸支架的導向和精確定位作用。中心轉子和平行軸從動(dòng)轉子的轉軸均是水平布置，中心轉子軸支架的底端面開(kāi)有矩形槽與橫向滑軌配合實(shí)現定向滑動(dòng)，平行軸從動(dòng)轉子軸支架結構基本相同，只是將滑軌槽改為與支撐平臺縱向滑軌的導軌槽配合實(shí)現定向滑動(dòng)的矩形導軌凸塊。這兩組水平軸的轉子軸支架底座均可通過(guò)其上開(kāi)設的螺栓孔與螺栓緊固槽連接并實(shí)現緊固定位。另外，在轉子軸孔外側面均設計有帶有調節螺釘的端蓋，實(shí)現轉子軸向位置的精確控制。垂直軸從動(dòng)轉子軸支架主要包括轉子軸支架、上頂尖、下頂尖、端蓋和調節螺釘組成。轉子軸支架起到支撐從動(dòng)轉子軸的作用，并通過(guò)上頂尖、下頂尖、端蓋和調節螺釘組成從動(dòng)轉子軸的軸向調節系統。

　�。ǘ�）開(kāi)放性實(shí)驗平臺應用

　　在流體機械類(lèi)課程學(xué)習過(guò)程中，為了培養學(xué)生的創(chuàng )新能力，鼓勵學(xué)生針對不同類(lèi)型流體機械提出一些創(chuàng )新性的設計，并根據這些創(chuàng )新性設計思路，延伸申請大學(xué)生創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)訓練項目，參加“大學(xué)生過(guò)程裝備實(shí)踐與創(chuàng )新大賽”等一系列的創(chuàng )新性大賽。在此過(guò)程中，學(xué)生需要根據流體機械類(lèi)課程學(xué)習的基礎理論知識，提出創(chuàng )新設計，并利用三維數值模擬和實(shí)驗的方法來(lái)驗證嚙合副型面的嚙合特性和創(chuàng )新性。本文所設計的開(kāi)放式實(shí)驗平臺即可提供學(xué)生進(jìn)行研究創(chuàng )新性實(shí)驗研究。學(xué)生自主設計的新型嚙合副型面可以利用直接數值建模方法和3D打印技術(shù)，構建三維模型，并安裝在該開(kāi)放性實(shí)驗平臺上，一方面可以結合三維數值模擬的計算結果來(lái)驗證創(chuàng )新性設計的正確性；另外一方面還可以直觀(guān)地觀(guān)察嚙合過(guò)程所存在的問(wèn)題，并提出嚙合副型面的優(yōu)化設計方法�？蔀閷W(xué)生參加創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)訓練項目及各種類(lèi)型的創(chuàng )新性大賽提供驗證性實(shí)驗平臺，對于促進(jìn)學(xué)生自主創(chuàng )新能力和工程實(shí)踐能力的培養具有重要的作用。

　　三、結束語(yǔ)

　　本文分析了過(guò)程裝備與控制工程系流體機械類(lèi)實(shí)驗教學(xué)的現狀，針對目前實(shí)驗教學(xué)中存在的教學(xué)內容及裝置陳舊，教學(xué)模式單一，實(shí)驗設備的開(kāi)放性差等問(wèn)題，提出了獨立設置“專(zhuān)業(yè)實(shí)驗”課程，增加學(xué)時(shí)、增設綜合性、設計性和研究創(chuàng )新性實(shí)驗等實(shí)驗教學(xué)的改進(jìn)措施，針對可開(kāi)展的創(chuàng )新研究型實(shí)驗項目欠缺的問(wèn)題，提出利用科研試驗臺及構建開(kāi)放性創(chuàng )新實(shí)驗平臺的措施。并結合直接數值建模方法和主要零部件3D打印技術(shù)，構建了可實(shí)現多種流體機械嚙合特性測試及工作機理驗證的開(kāi)放性實(shí)驗平臺。最終形成了基于創(chuàng )新能力培養的實(shí)驗教學(xué)模式，切實(shí)加強了學(xué)生分析和解決過(guò)程裝備領(lǐng)域復雜工程問(wèn)題的能力，提高了學(xué)生的自主創(chuàng )新能力。

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