流體輸配管網(wǎng)課程模塊化教學(xué)中的思考與探索

【摘要】流體輸配管網(wǎng)是建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)非常重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，在多年的教學(xué)過程中加強(qiáng)認(rèn)識實(shí)習(xí)對理論教學(xué)的引導(dǎo)作用、注意課程教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整與輕重取舍、指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會設(shè)計規(guī)范與手冊的使用、注重與實(shí)際工程結(jié)合增強(qiáng)課程趣味性等，并取得了較好的教學(xué)效果；同時探討了推進(jìn)綜合實(shí)驗(yàn)平臺建設(shè)、擇優(yōu)進(jìn)行拓展性教學(xué)訓(xùn)練等煩人必要性，以進(jìn)一步改善教學(xué)手段、提高教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程；流體輸配管網(wǎng)；模塊化教學(xué)

【基金項目】“河南工業(yè)大學(xué)高等教育研究資助項目”（項目批準(zhǔn)號：2016GJYJTJ13）。

【中圖分類號】G642.4 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B 【文章編號】2095-3089（2017）15-0262-02

流體輸配管網(wǎng)課程是建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，是在專業(yè)調(diào)整、整合過程中從近20門相互交叉、相互重疊的專業(yè)課中凝練出來的專業(yè)核心課程，主要是把空調(diào)調(diào)節(jié)、供熱工程、通風(fēng)工程、建筑給水排水、鍋爐及鍋爐房設(shè)備、建筑消防工程、燃?xì)廨斉?、工廠動力工程等課程中的管網(wǎng)系統(tǒng)水力計算的基本原理與方法煉出來，并與流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī)中泵與風(fēng)機(jī)部分進(jìn)行整合、充實(shí)而形成的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程[1]，其目的是讓學(xué)生通過不同管網(wǎng)水力計算的學(xué)習(xí)，比較、提煉出流體輸配管網(wǎng)水力計算的共性，同時兼顧供暖、通風(fēng)、給排水、消防、燃?xì)獾裙芫W(wǎng)水力計算的特性，進(jìn)而形成初步的工程實(shí)踐能力。

我校建筑環(huán)境與能源應(yīng)用專業(yè)創(chuàng)建于2004年，培養(yǎng)了10屆畢業(yè)生，開設(shè)的流體輸配管網(wǎng)課程一直采用專業(yè)指導(dǎo)委員會規(guī)劃推薦教材——重慶大學(xué)付祥釗、肖益民主編的《流體輸配管網(wǎng)》。本人于2014年對課程提出模塊化教學(xué)[2]并實(shí)施，這里結(jié)合十余年的教學(xué)經(jīng)歷，從理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)和如何調(diào)動學(xué)生的積極性與主動性、在有限的課時中更有效的掌握管網(wǎng)知識等方面，對建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)流體輸配管網(wǎng)課程在理論教學(xué)過程中的幾點(diǎn)做法進(jìn)行探討。

一、理論教學(xué)

1.加強(qiáng)認(rèn)識實(shí)習(xí)對理論教學(xué)的引導(dǎo)作用

流體輸配管網(wǎng)課程的第一模塊是流體輸配管網(wǎng)形式介紹，主要是介紹管網(wǎng)的基本形式與主要功能。本校本專業(yè)的認(rèn)識實(shí)習(xí)安排在大三第一學(xué)期的前兩周，也就是流體輸配管網(wǎng)課程開課的前兩周，這有利于彌補(bǔ)學(xué)生對實(shí)際管網(wǎng)感性認(rèn)識的不足，有利于課堂教學(xué)調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。校內(nèi)能為認(rèn)識實(shí)習(xí)提供足夠的場地，如4號教學(xué)樓的風(fēng)機(jī)盤管+地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)、圖書館的空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)、師生周轉(zhuǎn)房的采暖系統(tǒng)、各個教學(xué)樓的給排水系統(tǒng)、學(xué)生公寓的防排煙系統(tǒng)、鍋爐房的燃?xì)庀到y(tǒng)、洗浴中心的太陽能系統(tǒng)等。校內(nèi)實(shí)習(xí)的優(yōu)勢是既能請一線操作人員給學(xué)生講解系統(tǒng)運(yùn)行方式和日常調(diào)控方法，又能調(diào)出設(shè)計圖紙供學(xué)生進(jìn)一步研討系統(tǒng)原理，既提高了理論知識的學(xué)習(xí)，也加強(qiáng)了理論與工程實(shí)際的緊密結(jié)合。當(dāng)然，實(shí)習(xí)老師也組織學(xué)生外出參觀實(shí)習(xí)。鄭州經(jīng)開區(qū)的“雙零樓”是中原首家建設(shè)部綠色建筑示范樓，其利用太陽能采暖、制冷、供應(yīng)熱水，利用墻面和屋頂樓面太陽能幕墻發(fā)電、風(fēng)口風(fēng)力發(fā)電，利用生活廢水生產(chǎn)沼氣，利用地下16℃恒溫水，利用建筑設(shè)計的自然通風(fēng)、采光、保暖隔熱節(jié)能，利用光導(dǎo)纖維照明節(jié)能，利用自動化控制節(jié)能等，實(shí)現(xiàn)了常規(guī)能源“零”消耗，污水物“零”排放，學(xué)生在這里能看到太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮艿榷喾N可再生能源先進(jìn)技術(shù)與建筑為一體。此外，鄭州水產(chǎn)大世界的金杯冷庫的制冷系統(tǒng)、鄭州植物園熱帶植物展覽溫室的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、鄭州第四棉紡廠的工業(yè)通風(fēng)與生活區(qū)的換熱站等，都是學(xué)生認(rèn)識實(shí)習(xí)的定點(diǎn)單位。認(rèn)識實(shí)習(xí)階段，要求學(xué)生繪制1～3個不同的流體輸配管網(wǎng)的軸測圖，并結(jié)合《建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程概論》課程學(xué)習(xí)的知識和《流體輸配管網(wǎng)》教材的第一章，根據(jù)自己所觀察的實(shí)際工程的流體輸配管網(wǎng)，回答相關(guān)問題。通過這個作業(yè)，使學(xué)生對流體輸配管網(wǎng)的組成、功能有初步的認(rèn)識，并引發(fā)學(xué)生對管網(wǎng)的一些共性進(jìn)行思考，為流體輸配管網(wǎng)課程第一模塊的學(xué)習(xí)奠定了良好的基礎(chǔ)。

2.注意課程教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整與輕重取舍

流體力學(xué)是流體輸配管網(wǎng)的理論基礎(chǔ)，而流體輸配管網(wǎng)又是后續(xù)空氣調(diào)節(jié)、供熱工程、燃?xì)廨斉?、工業(yè)通風(fēng)、建筑給水排水等專業(yè)技術(shù)課程的核心基礎(chǔ)。由于傳統(tǒng)教學(xué)模式的慣性效應(yīng)，各課程之間強(qiáng)調(diào)追求自身體系的完整性和獨(dú)立性，現(xiàn)有教材為保持自身系統(tǒng)的完整性，專業(yè)內(nèi)部不同課程之間內(nèi)容重復(fù)的現(xiàn)象非常突出。所以授課內(nèi)容應(yīng)注意與前后課程的銜接，避免重復(fù)。本課程的第二模塊是管網(wǎng)水力特征和水力計算，主要講授各類流體輸配管網(wǎng)（氣體管網(wǎng)、液體管網(wǎng)、多相流管網(wǎng)）的形式、基本理論和水力計算方法，其中涉及的各種工程管網(wǎng)水力特征和水力計算與后續(xù)專業(yè)課相關(guān)內(nèi)容重復(fù)尤為突出。因此，更需要教研室全體老師對各門課程授課內(nèi)容及學(xué)時進(jìn)行集體研討，針對內(nèi)容重復(fù)部分進(jìn)行合理分配，以更充分利用有限的課時提高授課效率。如授課內(nèi)容“氣體輸配管網(wǎng)水力計算”中的通風(fēng)除塵例題與孫一堅主編的《工業(yè)通風(fēng)》第六章第三節(jié)中的例題幾乎一樣，由于流體輸配管網(wǎng)課程該部分剛詳細(xì)講解完氣體管網(wǎng)水力計算方法，學(xué)生學(xué)完抽象的理論后急需工程例題加以消化，而這種方法只是工業(yè)通風(fēng)管網(wǎng)水力計算的基礎(chǔ)，在工業(yè)通風(fēng)更應(yīng)重點(diǎn)學(xué)習(xí)通風(fēng)除塵系統(tǒng)運(yùn)行特性的計算分析，所以經(jīng)集體商議后通風(fēng)管道水力計算安排在流體輸配管網(wǎng)課程中進(jìn)行講解；同樣，均勻送風(fēng)管道設(shè)計是流體輸配管網(wǎng)課程講解靜壓復(fù)得法的經(jīng)典案例，所以經(jīng)商議后也安排在流體輸配管網(wǎng)課程中進(jìn)行講解。又如第三章的授課內(nèi)容“重力循環(huán)雙管系統(tǒng)管路水力計算步驟”中的例題與供熱工程相關(guān)內(nèi)容重復(fù)，由于這道題系統(tǒng)復(fù)雜，學(xué)生沒有過多的供熱知識，駕馭難度大，所以經(jīng)集體商議后流體輸配管網(wǎng)課程只分析解題步驟和需注意的關(guān)鍵問題，例題的詳解放在供熱工程課程中。同樣，經(jīng)集體商議后，室外熱水供水管網(wǎng)、室內(nèi)低/高壓蒸汽供暖管網(wǎng)、室外蒸汽管網(wǎng)的水力計算在流體輸配管網(wǎng)課程只分析解題步驟和需注意的關(guān)鍵問題，并對比分析各自特點(diǎn)，具體過程不再細(xì)細(xì)講解，鼓勵學(xué)生自學(xué)。endprint

3.指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會設(shè)計規(guī)范與手冊的使用

流體輸配管網(wǎng)是工程實(shí)踐性很強(qiáng)的一門課程，本課程第二模塊的管網(wǎng)水力特征和水力計算與設(shè)計規(guī)范和設(shè)計手冊聯(lián)系緊密。比如在通風(fēng)除塵管網(wǎng)的計算例題中，各種管件的局部阻力系數(shù) 僅從課本附錄提供的局部阻力系數(shù)表示不能完全查到的，而這個時期的學(xué)生又有著強(qiáng)烈的探索知識的意愿，所以課堂上會要求學(xué)生課后去圖書館借閱《工業(yè)通風(fēng)》、《工業(yè)防塵手冊》等相關(guān)資料幫助尋求答案，強(qiáng)調(diào)局部阻力系數(shù) 是在實(shí)驗(yàn)條件下測得、不同局部阻力構(gòu)件影響其局部阻力系數(shù) 的幾何參數(shù)不完全一樣、在查 值時一定要注意表格參數(shù)，利用插入法選擇合理的 值。在中、低壓燃?xì)夤芫W(wǎng)水力計算時，教材引用了《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范（GB50028-2006）》中多個不同流態(tài)不同管材摩擦阻力系數(shù) 的計算公式，學(xué)生面對這些公式難免覺得會有難度，講授過程中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào) 的計算要先判別流態(tài)和管材選擇正確公式或?qū)?yīng)計算圖表、這些公式不用記憶、課本上只是摘抄引用了一部分、更全面的燃?xì)夤芫W(wǎng)局部阻力系數(shù) 在《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范》、可以自行上網(wǎng)閱讀學(xué)習(xí)。在學(xué)習(xí)重力循環(huán)液體管網(wǎng)的水力特征時，提到對于水在管路中沿程冷卻所產(chǎn)生的作用動力在工程中的簡化方法是增加一個附加作用力，其數(shù)值可以從采暖手冊查取。講授過程中如果僅僅給學(xué)生一句帶過，印象肯定不深，所以在制作多媒體課件時把采暖手冊中的表格截取部分展示給學(xué)生，以加深他們的印象。在建筑給水管網(wǎng)水力計算時，教材上引用了舊版《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》關(guān)于設(shè)計秒流量的兩種計算方法，但隨著專業(yè)規(guī)范的修訂，現(xiàn)行《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范（GB50015-2003）》（2009年版）對于設(shè)計秒流量規(guī)定了概率法、當(dāng)量法和同時給水百分?jǐn)?shù)法，要求住宅類建筑的設(shè)計秒流量采用概率法進(jìn)行計算。教材內(nèi)容與最新規(guī)范要求不符，講授過程中注意對這部分內(nèi)容的修正?？梢姡诙K與設(shè)計規(guī)范和設(shè)計手冊的聯(lián)系相當(dāng)緊密，在講授過程中要不斷滲透，讓學(xué)生熟悉與專業(yè)相關(guān)的設(shè)計規(guī)范與設(shè)計手冊，學(xué)會利用它們查取相關(guān)參數(shù)幫助完成水力計算。

4.注重與實(shí)際工程結(jié)合增強(qiáng)課程趣味性

學(xué)習(xí)的最終目標(biāo)是學(xué)以致用，對于流體輸配管網(wǎng)這門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程更是不例外。為了將學(xué)生培養(yǎng)成合格的工程技術(shù)人員，學(xué)生在學(xué)習(xí)階段要更多地將理論知識與實(shí)踐緊密結(jié)合，教師在授課過程中也應(yīng)該重視這一點(diǎn)。在講授本課程第一模塊時，可補(bǔ)充空調(diào)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、壓縮空氣管網(wǎng)、二氧化碳管網(wǎng)、余壓回收管網(wǎng)、凝結(jié)水輸配管網(wǎng)、多相流滅火輸配管網(wǎng)、消防給水輸配管網(wǎng)等工程實(shí)例。在講解本課程第二模塊氣體管流水力特征時，補(bǔ)充自然通風(fēng)在會“呼吸”的建筑幕墻、倉儲自然通風(fēng)中的應(yīng)用，啟發(fā)學(xué)生思考穿堂風(fēng)、拔風(fēng)井等氣流組織特征，幫助學(xué)生進(jìn)一步理解氣體管流水力特征。同時，在教學(xué)過程中可適當(dāng)穿插工程案例的講解[3]。如在講解本課程第二模塊機(jī)械循環(huán)室內(nèi)水系統(tǒng)管路的水力計算方法時，可提前給學(xué)生展示本校某5層學(xué)生宿舍采暖系統(tǒng)的設(shè)計圖紙，雖然學(xué)生還沒學(xué)《供熱工程》，但該系統(tǒng)與他們生活緊密相連，可嘗試讓學(xué)生通過觀察讀懂各層平面圖的布置，再結(jié)合平面圖的布置自己繪制出系統(tǒng)圖，找出最不利環(huán)路；然后再在課堂上系統(tǒng)講解管路的布置、系統(tǒng)的構(gòu)成、最不利環(huán)路的選擇、水力計算的步驟、水力平衡的方法等。在講解本課程第四模塊泵、風(fēng)機(jī)與管網(wǎng)系統(tǒng)匹配時，可以提供師生周轉(zhuǎn)房給水原理圖和機(jī)房設(shè)計圖紙，結(jié)合圖紙講解管網(wǎng)水力計算的方法和步驟，進(jìn)而講解水泵的選型；輔以泵房運(yùn)行時的調(diào)控方案，讓學(xué)生更清楚地認(rèn)識到泵串并聯(lián)對管網(wǎng)系統(tǒng)的影響。

二、實(shí)踐教學(xué)

1.流體輸配管網(wǎng)課程在我校的教學(xué)學(xué)時共48學(xué)時，其中有4個學(xué)時的實(shí)驗(yàn)。目前，“流量檢測與自動控制”和“離心泵串并聯(lián)”實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)給學(xué)生開設(shè)的實(shí)驗(yàn)。目前這些實(shí)驗(yàn)以實(shí)驗(yàn)教師講解實(shí)驗(yàn)原理、方法、步驟，解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果為主，使用的實(shí)驗(yàn)臺功能較為單一，且主要以演示性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，綜合性、設(shè)計性實(shí)驗(yàn)功能差，學(xué)生多處于被動學(xué)習(xí)狀態(tài)，沒有思考和發(fā)揮的空間，對實(shí)驗(yàn)缺乏興趣，積極主動性不高。在這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力難以提高，已不能滿足當(dāng)今形勢對人才培養(yǎng)的要求。而加強(qiáng)綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)是現(xiàn)代教育改革和發(fā)展的必然要求，也是“寬口徑、厚基礎(chǔ)、高素質(zhì)、強(qiáng)能力”人才培養(yǎng)目標(biāo)的一項重要舉措。近年，一些學(xué)校在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的創(chuàng)新與突破值得我們借鑒，如中國礦業(yè)大學(xué)的流體輸配管網(wǎng)綜合實(shí)驗(yàn)臺[4]、上海工程技術(shù)大學(xué)的生活給排水可拆裝綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)[5]等。下一步，我們要抓緊時間充分利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備和空間，因地制宜地研發(fā)出符合學(xué)校特色的課程綜合實(shí)驗(yàn)平臺，以進(jìn)一步改善教學(xué)手段、提高教學(xué)效果。

2.進(jìn)行拓展教學(xué)訓(xùn)練。目前，計算流體力學(xué)（簡稱CFD）受到普遍重視及廣泛應(yīng)用，鼓勵有余力感興趣的本科生可以在老師及研究生的指導(dǎo)和幫助下應(yīng)用CFD進(jìn)行相關(guān)問題的應(yīng)用模擬。如可模擬散流器頂送或側(cè)送的氣流組織特征并分析存在問題，可模擬普通住宅自然通風(fēng)并分析對居住環(huán)境產(chǎn)生的影響等。當(dāng)然更鼓勵學(xué)生對自己看到或想到的問題進(jìn)行模擬分析，刺激學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和興趣。

三、結(jié)語

流體輸配管網(wǎng)是建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)非常重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，理論教學(xué)過程中應(yīng)加強(qiáng)認(rèn)識實(shí)習(xí)對理論教學(xué)的引導(dǎo)作用，注意課程教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整與輕重取舍，指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會設(shè)計規(guī)范與手冊的使用，注重與實(shí)際工程結(jié)合增強(qiáng)課程趣味性；實(shí)踐教學(xué)過程中應(yīng)加強(qiáng)綜合實(shí)驗(yàn)平臺的建設(shè)，選擇性進(jìn)行拓展教學(xué)訓(xùn)練，以進(jìn)一步改善教學(xué)手段、提高教學(xué)效果。

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作者簡介：趙晴（1979-），女，湖南新晃人，河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院，講師。endprint