劉在倫 王東偉 侯祎華 范贏 趙偉國

[摘 要]“流體機械測試技術(shù)”是卓越工程師培養(yǎng)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程與實驗儀器儀表、企業(yè)實驗臺精密結(jié)合，其教學(xué)更應(yīng)注重基礎(chǔ)理論和實踐相結(jié)合?？蒲泻凸こ虒嶋H經(jīng)驗豐富的教師承擔(dān)該課程的教學(xué)任務(wù)，是提高其教學(xué)效果的關(guān)鍵因素之一。結(jié)合本校流體機械及工程專業(yè)的教學(xué)特點和培養(yǎng)特色，從教學(xué)的內(nèi)容和方法、實驗教學(xué)方面介紹該課程改革的一些措施，以促進課堂教學(xué)效果的提高和學(xué)生實踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)，推進卓越工程師教育培養(yǎng)計劃在具體教學(xué)環(huán)節(jié)中的實施。卓越工程師教育培養(yǎng)目標(biāo)明確，其專業(yè)課程在企業(yè)和學(xué)校學(xué)習(xí)時間安排、教學(xué)內(nèi)容和方法上仍需進一步研究與優(yōu)化。

[關(guān)鍵詞]卓越工程師計劃 流體機械測試技術(shù) 教學(xué)內(nèi)容和方法 教學(xué)實驗 改革措施

[中圖分類號] TH311[文獻標(biāo)識碼] A[文章編號] 2095-3437（2015）07-0108-03

0引言

2010年教育部實施的“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”是面向工業(yè)界、面向世界、面向未來的工程教育改革，該計劃突出了工科人才的工程實踐能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。[1] [2] [3] [4]蘭州理工大學(xué)流體機械及工程專業(yè)是我國最早的水力機械專業(yè)，始建于1954年的哈爾濱工業(yè)大學(xué)，1965年該專業(yè)整建制（包括水泵、水輪機實驗室）遷至蘭州理工大學(xué)（原甘肅工業(yè)大學(xué)），原有水輪機、水泵、液壓3個專業(yè)化方向，現(xiàn)在已發(fā)展為流體機械、流體傳動、流體測控、水利水電和新能源5個方向。2007-2012年分別獲評教育部“國家級特色專業(yè)”、“‘卓越工程師計劃實施專業(yè)”和“專業(yè)綜合改革試點專業(yè)”3項教學(xué)質(zhì)量工程，與沈陽鼓風(fēng)機集團股份有限公司共建實踐教學(xué)基地獲評國家級工程實踐教育中心，1998-2014年連續(xù)4輪獲省級重點學(xué)科，擁有省級精品課程4門、省級實驗教學(xué)示范中心1個、省級工程技術(shù)中心5個。該專業(yè)從起始階段起就是典型的產(chǎn)品設(shè)計專業(yè)，涉及耗能占全國各行各業(yè)25%的泵產(chǎn)品與發(fā)電占全國總發(fā)電量22%的水輪機產(chǎn)品，雖然專業(yè)面向歸口行業(yè)較單一，專業(yè)對應(yīng)行業(yè)產(chǎn)品卻廣泛應(yīng)用到全國各行各業(yè)，具有“小專業(yè)、大市場、專業(yè)地位特殊”的特點。

“流體機械測試技術(shù)”是卓越工程師培養(yǎng)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是一門既有一定理論又有很強應(yīng)用性的課。卓越工程師培養(yǎng)采用 “3+1”模式，即學(xué)生在學(xué)校完成累計3年時間的學(xué)習(xí)任務(wù)，在企業(yè)完成累計1年時間的學(xué)習(xí)和實踐任務(wù)，其培養(yǎng)計劃的課程體系已發(fā)生了很大變化。如何將卓越工程師教育培養(yǎng)融入教學(xué)環(huán)節(jié)，尤其是實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，需適時地在該課程教學(xué)過程中進行改革和探索。

一、課程教學(xué)環(huán)節(jié)存在難點

結(jié)合“流體機械測試技術(shù)”課程教學(xué)內(nèi)容、卓越班的培養(yǎng)目標(biāo)及要求[5] [6]，目前該課程教學(xué)環(huán)節(jié)存在以下幾個難點：

（1）“流體機械測試技術(shù)”課程的知識框架及課時數(shù)如圖1所示。基礎(chǔ)部分各章內(nèi)容相互獨立，而應(yīng)用部分是以水泵與水輪機為被測對象，涵蓋了基礎(chǔ)部分各章知識點，是理論與實踐的具體結(jié)合。教學(xué)難點在于在保持理論框架完整的基礎(chǔ)上，為了突出工程應(yīng)用的要求，如何將基礎(chǔ)部分與應(yīng)用部分有機結(jié)合。

（2）該課程突出泵與水輪機這一專業(yè)對象，具有很強的針對性和實踐性，其教學(xué)難點是如何將以解決實際測試問題為目標(biāo)的教學(xué)理念貫穿于課堂教學(xué)、實驗教學(xué)和企業(yè)教學(xué)過程中。

（3）該課程涉及水泵的性能實驗、汽蝕性能實驗、串聯(lián)性能實驗、并聯(lián)性能實驗、振動與噪聲測量和水輪機能量實驗，這些實驗項目雖屬單獨設(shè)課的“流體機械實驗”課程的教學(xué)內(nèi)容，但也是本課程教學(xué)工作的落腳點，易發(fā)生脫離實踐教理論、學(xué)理論的現(xiàn)象。

二、把握課程教學(xué)的核心，突出工程應(yīng)用要求[7] [8] [9] [10] [11]

“流體機械測試技術(shù)”理論學(xué)時數(shù)為32課時，在課堂中追求大而全的教學(xué)目標(biāo)顯然是不現(xiàn)實的。為了貫徹以解決實際測試問題為目標(biāo)的教學(xué)理念，圍繞泵與水輪機的能量性能實驗和空蝕性能實驗，提出該課程核心教學(xué)內(nèi)容是壓力、流量、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩及功率5大參數(shù)的測量原理及方法。壓力測量教學(xué)重點是彈性式壓力計和壓力傳感器的工作原理及使用技巧。流量測量教學(xué)重點是渦輪流量計、電磁流量計和時差法超聲波流量計的工作原理及其流量方程式描述的物理意義、3種流量計結(jié)構(gòu)區(qū)別及其前后直管段長度的安裝要求。關(guān)于轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩及功率測量一章，教學(xué)重點是光電式轉(zhuǎn)速傳感器、磁電式轉(zhuǎn)速傳感器、磁電相位差式轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、電阻應(yīng)變式轉(zhuǎn)矩傳感器的工作原理及使用方法。

在教學(xué)過程中，教師應(yīng)在講清楚各類儀表基本工作原理的基礎(chǔ)上，注重基礎(chǔ)部分與應(yīng)用部分的有機結(jié)合，充分發(fā)揮自身在長期的科研和教學(xué)中積累的測試經(jīng)驗，通過一些測試實例，強化學(xué)生對各章知識點的綜合應(yīng)用能力，讓學(xué)生體會到所學(xué)知識的具體應(yīng)用對象，有利于學(xué)生掌握理論知識，也為后續(xù)的實驗教學(xué)與就業(yè)打下了扎實的基礎(chǔ)理論功底。例如以實測水泵揚程為例，讓學(xué)生學(xué)會根據(jù)水泵實驗臺精度要求和被測泵揚程，選擇泵進出口壓力傳感器的量程及精度;應(yīng)用流體靜力學(xué)基礎(chǔ)理論，解決測點液體壓力、壓力計讀數(shù)和測點至壓力計中心的垂直高度之間的關(guān)系問題。例如以實測水泵輸入功率為例，對電測法測量水泵輸入功率，讓學(xué)生掌握其實質(zhì)是測三相異步電動機輸入功率，現(xiàn)場觀摩功率表接線方法，掌握功率表常數(shù)與電動機輸入功率的計算方法，并能根據(jù)電動機特性曲線計算泵輸入功率;對扭矩法測量水泵輸入功率，它是在水泵與電動機之間安裝轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器來測量泵輸入功率，并配有一臺扭矩儀顯示泵的轉(zhuǎn)速、扭矩和功率。通過測試現(xiàn)場教學(xué)，使學(xué)生學(xué)會轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器“清零”方法，加深理解轉(zhuǎn)速、扭矩和功率之間的關(guān)系，并能根據(jù)水泵配套電動機功率及轉(zhuǎn)速選擇轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器。在理論教學(xué)過程中，引入大量工程測試實例，解決了基礎(chǔ)部分與應(yīng)用部分有機結(jié)合的問題。這樣，既能保證學(xué)生掌握完備的流體機械測試理論體系，滿足學(xué)生進一步深造的需求，又能使學(xué)生有機會接觸到更多的應(yīng)用實例，更利于學(xué)生理論聯(lián)系實際，學(xué)以致用，形成了以提高學(xué)生動手能力、培養(yǎng)學(xué)生工程意識為主線的教學(xué)特色，而這一特色與卓越工程師的培養(yǎng)目標(biāo)相一致。

三、采用問題式教學(xué)法，引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)變角色

“流體機械測試技術(shù)”課程涉及較多的其他學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)知識，在教學(xué)過程中，僅側(cè)重課本內(nèi)容講授，學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)過程中很難快速全面地把自身儲備的知識與新學(xué)知識做到融會貫通和綜合應(yīng)用，從而使學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生茫然的學(xué)習(xí)狀態(tài)，有些學(xué)生甚至產(chǎn)生厭學(xué)心理，這將使整個課程的教與學(xué)過程變得非常艱難，以至于課程的教學(xué)質(zhì)量嚴重下滑。因此提出“提出問題——解決問題的理論基礎(chǔ)——測試技術(shù)知識的運用——解決問題”的教學(xué)模式，其實質(zhì)是將理論教學(xué)與工程實踐相結(jié)合，讓學(xué)生體會到所學(xué)知識的具體應(yīng)用對象。對每一節(jié)課，在正式授課前，教師應(yīng)利用多媒體展示本節(jié)的教學(xué)重點、思考題與計算題。因?qū)W生帶著問題學(xué)習(xí)，在教學(xué)過程中，教師更應(yīng)注重以身邊的生活實例和工程案例設(shè)疑式地啟發(fā)學(xué)生，有目的地引導(dǎo)學(xué)生對思考題與計算題中所涉及的測試技術(shù)基本原理和技術(shù)展開積極討論，讓學(xué)生成為教學(xué)過程的主體。問題式教學(xué)法能使學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生強烈的求知欲和濃厚的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和培養(yǎng)學(xué)生自主思考、分析和解決問題的能力，逐步培養(yǎng)其理論聯(lián)系實際的能力和創(chuàng)造性思維能力，其工程意識和創(chuàng)新能力勢必會有所提高。

四、實驗教學(xué)改革

實驗課是驗證理論、應(yīng)用理論和鍛煉學(xué)生動手能力的重要環(huán)節(jié)。[12] [13] [14]隨著該課程理論教學(xué)的不斷改革與進步，實驗教學(xué)的內(nèi)容、學(xué)時和時間安排也應(yīng)進行相應(yīng)的改革，其主要改革措施有：（1）單獨開設(shè)24學(xué)時的“流體機械專業(yè)實驗”課程，理論課和實驗課分別設(shè)置，實驗教學(xué)不再附屬于理論課教學(xué)，克服了實驗課教學(xué)學(xué)時偏少、理論課和實驗課相互擠占學(xué)時的現(xiàn)象。（2）在已開設(shè)的水泵性能實驗、水泵汽蝕性能實驗、水泵振動測量、噪聲測量、水輪能量實驗的基礎(chǔ)上，利用自主研發(fā)的自循環(huán)多功能離心泵教學(xué)實驗臺，增開泵的串聯(lián)性能實驗和并聯(lián)性能實驗。（3）增加實驗學(xué)時數(shù)。調(diào)整后實驗學(xué)時數(shù)見表2。（4）任課教師與實驗教師聯(lián)合制訂實驗計劃及每組學(xué)生數(shù)，一般每組學(xué)生數(shù)不超過6人，要求學(xué)生在規(guī)定時間段內(nèi)完成相應(yīng)的實驗項目，便于上級部門監(jiān)督檢查實驗教學(xué)質(zhì)量及進程。（5）為了強化理論教學(xué)和實驗教學(xué)的效果，學(xué)校要求任課教師承擔(dān)一定工作量的實驗教學(xué)任務(wù)。

表2 ? 流體機械專業(yè)實驗項目及學(xué)時數(shù)

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“流體機械專業(yè)實驗”課程開設(shè)的實驗項目屬多參數(shù)測量的綜合性實驗，涵蓋了“流體機械測試技術(shù)”課程所有章節(jié)知識點，因此實驗教學(xué)采用以練為主、講練結(jié)合的方法，通過實驗前預(yù)習(xí)、實驗現(xiàn)場講解和實際測試工作等教學(xué)環(huán)節(jié)，使每個學(xué)生在切實感受到每個測試環(huán)節(jié)的同時，對測試過程有一個系統(tǒng)的認識，并且掌握測試裝置的工作原理、各參數(shù)測量原理及技巧，培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作能力和組織測試工作的能力。實驗項目測試完畢后，在實驗課內(nèi)要求學(xué)生應(yīng)用EXCEL軟件計算數(shù)據(jù)、繪圖、數(shù)據(jù)擬合并得出經(jīng)驗公式。這種教學(xué)方法解決了學(xué)生不認真學(xué)習(xí)實驗指導(dǎo)書和實驗報告相互抄襲的問題。通過上述嚴格訓(xùn)練，使學(xué)生在掌握本學(xué)科基本的實驗技術(shù)和方法的同時，又學(xué)會了EXCEL軟件的使用，更有利于掌握理論知識，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮學(xué)生主體性，變“要我學(xué)”為“我要學(xué)”，有效地培養(yǎng)了學(xué)生的工程意識、組織測試工作能力和創(chuàng)新能力，為學(xué)生就業(yè)打下了堅實的基礎(chǔ)。

五、結(jié)束語

“流體機械測試技術(shù)”是卓越工程師培養(yǎng)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程與實驗儀器儀表、企業(yè)實驗臺精密結(jié)合，其教學(xué)更應(yīng)注重基礎(chǔ)理論和實踐相結(jié)合。讓科研和工程實際經(jīng)驗豐富的教師承擔(dān)該課程的教學(xué)任務(wù)，是提高其教學(xué)效果的關(guān)鍵因素之一。文中結(jié)合本校流體機械及工程專業(yè)的教學(xué)特點和培養(yǎng)特色，從教學(xué)的內(nèi)容和方法、實驗教學(xué)方面介紹了該課程改革的一些措施，以促進課堂教學(xué)效果的提高和學(xué)生實踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)，推進卓越工程師教育培養(yǎng)計劃在具體教學(xué)環(huán)節(jié)中的實施。卓越工程師教育培養(yǎng)目標(biāo)明確，其專業(yè)課程在企業(yè)和學(xué)校學(xué)習(xí)時間安排、教學(xué)內(nèi)容和方法上仍需進一步研究與優(yōu)化。

[ 注 釋 ]

[1] 教育部高等教育司.最新高校卓越工程師教育培養(yǎng)計劃實施探索與國家創(chuàng)新工程技術(shù)人才培養(yǎng)方案指導(dǎo)全書[M].北京：高等教育出版社，2011.

[2] 林健.“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”專業(yè)培養(yǎng)方案研究[J].清華大學(xué)教育研究，2011（4）：47-55.

[3] 張曉報.我國“985工程”大學(xué)“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的實踐與反思——基于課程的考察[J].高等教育管理，2013（6）：24-30.

[4] 王寶璽.關(guān)于實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的思考[J].高等教育管理，2012（1）：16-18.

[5] 康燦，楊敏官.測試技術(shù)課程改革與卓越工程師能力培養(yǎng)[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2012（1）：47-49.

[6] 張欣悅.測試技術(shù)課程改革與實踐[J].長春工程學(xué)院學(xué)報（社會科學(xué)版），2012（1）：126-127.

[7] 李軍.面向“卓越工程師”培養(yǎng)目標(biāo)的“材料成形原理”課程改革[J].安陽工學(xué)院學(xué)報，2013（2）：107-108.

[8] 胡曉花.面向卓越工程師培養(yǎng)的傳熱學(xué)課程改革[J].德州學(xué)院學(xué)報，2013（4）：8-11.

[9] 張志剛，石曉輝，富麗娟.機械工程測試技術(shù)課程理論教學(xué)的改革與創(chuàng)新[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2011（23）：147-148.

[10] ?陳光勝，李郝林.面向卓越工程師培養(yǎng)的“機械控制工程基礎(chǔ)”課程改革思路[J].教育教學(xué)論壇，2004（16）：40-41.

[11] ?王本亮，唐維新，唐楚峰，肖飚.《動力機械測試技術(shù)》課程改革的思考與實踐[J].湖南農(nóng)機，2013（11）：241-242.

[12] ?謝瑩，李力群，許崇利，楊梅.面向卓越工程師培養(yǎng)的微生物學(xué)實驗教學(xué)改革探索與實踐[J].吉林化工學(xué)院學(xué)報，2014（4）：48-51.

[13] ?唐愛坤，潘劍鋒，邵霞，張彭崗.“卓越工程師培養(yǎng)計劃”下實踐教育的思考[J].中國電力教育，2013（29）：62-62.

[14] ?李書偉，劉紹娜.“卓越工程師培養(yǎng)計劃”下實踐教育的思考[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2011（11）：138-140.

[責(zé)任編輯：覃侶冰]