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工程流体力学知识点范文1
【Abstract】In Engineering Fluid Mechanics course, the traditional teaching method made it difficult to arouse the students’ initiative to study. To solve this problem, a teaching method based on PBL was presented. A detailed description of actualizing approaches based on PBL teaching method was demonstrated and the test result was discussed. Finally, the key issues of PBL teaching method were emphasized.
【Key words】Engineering Fluid Mechanics; PBL; Teaching Mode
0 引言
工程流体力学课程作为能源与动力工程专业三大核心专业基础课程之一,其教学质量的好坏直接影响能动专业本科生后续专业课的学习,甚至影响学生毕业后从事本?R倒ぷ鞯氖と文芰Α8每纬叹哂懈拍畛橄蟆⒐?式繁多、推导复杂、应用型强等特点[1],导致学生在学习时出现积极性不高、学习效率低、对课程产生恐惧心理等不良情况,必须对工程流体力学传统教学模式进行改革。本文分析了工程流体力学传统教学模式的不足,引入PBL教学模式进行改革,针对工程流体力学课程提出实施步骤,并对实施效果进行分析,讨论了应用PBL教学方法需要注意的问题。
1 工程流体力学传统教学方法存在的问题
结合工程流体力学课程特性,根据多年工程流体力学课程教学实践发现,采用传统教学方法存在以下三方面问题。
(1)传统教学方法导致学生被动接受知识,没有充分发挥学生积极性。传统教学方法中教师主讲,学生听课的模式,以学生熟悉掌握授课大纲内容为目标,教师倾力向学生灌输知识,学生被动地接受知识,没有充分调动学生的主观能动性和学习积极性,在教学过程中没有充分的思考和理解,只是简单地对课程知识点进行背诵,学生无法体会到工程流体力学课程魅力所在,也无法体会流体力学知识在生产实践中应用的美妙之处。
(2)传统教学方法不利于学生追根寻底精神的培养,阻碍了学生创新能力的培养[2]。采用传统教学方法,学生对很多流体力学概念主要通过对课本的记忆,或者是通过互联网搜索而得出,缺少了学生的思考、归纳和总结过程,也导致了整个课程的知识点是凌乱记忆的,存在只见树木不见森林的学习现象,无法构建系统的知识体系,学生无法将课程各章节之间的关系建立联系。
(3)传统教学方法导致课程实践教学环节效果不理想,不利于学生实践能力的培养。流体力学的研究方法主要有理论分析法、实验模拟法、数值仿真法和现场观测法,这几种方法相辅相成,相互验证。在工程流体力学课程中,很多结论和公式不是通过严密的理论推导而是基于系统的实验得出,传统“填鸭式”教学方式忽略实验背景知识的讲解、实验原理的探寻、理论与实践的结合,不仅让学生无法理解实验结论的意义以及对相关知识点进行应用推广,还让学生在实验教学时只是根据实验步骤操作实验,无法理解其深层次含义。
2 应用PBL教学方法实施步骤
针对传统教学方法存在的弊端,课程教学采用基于PBL教学法进行改革。PBL教学法是一种以问题为导向以学生为主体的教学方法,也是近年来教育工作者研究的热点[3-5]。该方法将学生置身于以问题为中心的全新情景中,通过小组合作的方法探寻问题的根源,利用课程知识点来分析和解决问题,达到掌握课程知识点的目的,经过这个过程,促进了学生分析问题和解决问题的能力,培养了学生自主学习、逻辑推理和团队协作能力。
采用基于PBL教学模式后,需要依据教学大纲内容对传统教学方法教学设计进行修改,规划基于PBL教学方法实施过程,从而提高教学质量。基于PBL教学方法的工程流体力学课程实施步骤如下:
(1)创建基于PBL模式的课堂讨论小组。以专业为单位进行分组,每组成员4-6人,为便于学生讨论和团队合作,学习可以自行组建团队,并推荐1名学生作为组长,组长接受教师分配的任务,负责组织本组组员进行讨论,协调组员对基于PBL模式所设置的问题进行讨论,记录讨论过程,对讨论结果进行归纳总结。
(2)根据课程知识点设置基于PBL模式问题。根据工程流体力学课程教学大纲要求,对课程按照章和小节进行划分,以每2个学时作为时间单元,针对流体力学课程需要掌握的知识点设计提问问题,在设计提问问题时需要考虑到问题的难度和广度等因素,使得学生能通过自身的努力达到目标,合理地调动学生学习积极性。
(3)通过查阅相关资料,小组内部交流解决问题。教师在每次授完课后布置基于PBL模式问题给学生,小组组长在课后组织本组组员进行分工合作,查阅流体力学相关教材、电子数据库等不同形式的参考资料,通过组员之间的深入交流和讨论,提出基于流体力学知识点的问题解决方案或者对问题给出合理解释,并记录整个讨论过程,总结讨论结论。
(4)小组对问题的解决进行汇报。每次上课前,教师检查学生对问题的解决情况,随机抽取1-2组的学生进行汇报,考查学生对知识点的理解情况。在学生汇报时,老师尽量做到每次请不同的学生来进行汇报,保证班上所有的同学都积极参与到问题的探讨,这样也便于教师对问题学生进行针对性的辅导,掌握整个班级的学情情况。
(5)教师点评与分析。通过学生的汇报,教师可以了解学生对知识点的掌握情况,对表现良好的学生给予肯定,同时也能了解到学生在相关知识点所涉及的前修课程知识和学生个性差异等情况,更加深入地了解班级学情情况,在接下来讲解相关知识点时可以做到有的放矢,更加突出讲课的重点和难点,学生也在有基础的情况下认真听课,在听课过程中发现自己对相关知识点思考的片面性、不够深入等问题,同时听课也是对课前小组讨论问题的再一次复习,取得了良好的教?W效果。
3 PBL教学方法实施效果
通过课后无记名问卷调查,调查内容主要包括是否有必要采取基于PBL教学模式、对课程印象最深刻的知识点、对课程最感兴趣的知识点、对教师讲授印象最深的知识点、对小组讨论印象最深的知识点等内容,学生将调查结果以书面形式提交给教师。调查结果发现,超过80%的学生认为PBL教学方法对学习有促进作用,值得提倡和推广,很多学生认为该教学方法提高了自主学习积极性,增加了同学之间的友谊,锻炼了知识点归纳和分析的能力,增加了学习成就感。
同时也对采用PBL教学方法的班级进行了纵向对比,在试题题型、分值分布一样且试题难度相当的期末考试中,采用了PBL教学方法的班级比往届平均分高出5-8分,特别是在选择题、填空题方面掌握程度明显偏高,说明PBL方法加深了学生对知识点的理解,提高了教学质量。
4 基于PBL教学方法讨论
通过采用PBL教学方法可以提高工程流体力学课程教学质量,锻炼学生学习自主性和分析问题解决问题的能力,培养团队协作精神,极大地提高学生的综合素质,为学生后续专业课程的学习奠定良好基础。然而,要成功采用PBL教学方法,教师还需要处理好以下三个方面问题。
(1)PBL教学方法要求教师具有更深厚的专业基础知识。在采用PBL教学模式后,教师不再是教学的主体,而变成学生是主体,学生在讨论时所提出的问题可能涉及面广、凌乱且发散的,这就要教师需要更深厚和宽广的专业知识,及时归纳和总结学生提出的相关问题,并将这些问题巧妙地与课程知识点进行结合,灵活地驾驭整个教学过程。
工程流体力学知识点范文2
针对工程流体力学课程当前存在的问题,结合CDIO工程教育模式,从理论和实践之间的关系、学风建设、教师身份转换以及考核机制方面进行改革,重点加强对学生主动学习能力,工程应用能力和团队合作能力的培养。实践表明,实施CDIO工程教学改革达到了预期的人才培养目标,也对其他课程的教学改革具有参考意义。
关键词:
CDIO工程教育模式;工程流体力学;教学改革;三级项目
0引言
随着中国工业化进程的不断推进和“再工业化”战略的提出[1],我国需要一大批有着扎实的专业知识、具备良好工程能力的工程师人才。应用型本科院校承担着培养创新能力和工程能力人才的重任。如何使毕业生具备良好的自主学习能力、团队合作意识、系统分析和动手能力,已成为我国高等工程教育改革的重点和难点。CDIO是一种强调创新与工程实践的新型高等教育模式,其核心是将教学与工程实践紧密结合,以满足企业对工程人才知识结构和工程能力的需求,解决传统工科高等院校在人才培养中出现的重理论教学轻实践问题。按CDIO模式培养的学生,学习迁移能力、理论联系实践能力强,具备自主学习能力和“终生学习”的习惯,深受社会与企业欢迎[2,3]。工程流体力学是力学的一个重要分支,侧重在生产生活上与气体和液体相关的工程实际应用,它不追求数学上的严密性,而是趋向于解决工程中出现的实际问题[4]。要求学生对试验研究、理论分析和数值计算有深入的理解,才能对实际工程问题进行定性、定量分析。将CDIO教学模式引入工程流体力学的课程教学改革中,更有利于提高学生的工程实践能力和水平。
1工程流体力学课程存在的问题
1.1理论教学困难
随着教学计划改革的进行,工程流体力学课程的教学计划课时由传统的50课时缩减为目前的32课时。其中,教学学时为26课时,实验学时为6课时,学时少,内容多,学生理解困难。
1.2学生学习主动性差
传统课程理论性较强,需要熟练掌握的公式复杂,内容较为抽象,学生存在理解困难、理论与实践脱节等问题。同时实验环节学生的参与度很低,看多于做,更谈不上思考和理解。
1.3考核方式单一
传统的笔试考核方式造成了学生学习依赖心里严重,学习迁移能力差等问题。只在乎基本理论的死记硬背和卷面考试,面对实际问题无从下手,难以判断学生对课程的掌握情况。
2CDIO工程教育理念
CDIO工程教育模式是由麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国研究团队于2001年创立的新型的工程教育模型。CDIO即构思(Conceive)、设计(Design)、实施(Implement)和运行(Operate),包括了三个核心文件:1个愿景、1个大纲和12条标准[5]。根据工程师应具备的能力以逐级细化的方式表达出来,为工程教育改革提供了系统全面的指导,代表了当代工程教育的发展趋势。CDIO工程教育模式从2005年引进我国以来,取得了令人瞩目的成就。燕山大学作为教育部机械类、电气类的CDIO工程教育模式研究与实践课题组试点的第一批高校之一,积极推进CDIO工程教育改革进程。自2008年春季学期开始实施基于CDIO模式的教学改革以来,已经培养了七届毕业生,积累了丰富的教学改革经验,并不断进行创新,为CDIO工程教育模式在中国的发展做出了一定的贡献。
3规划调整基于现代工程环境下的“工程流体力学”课程体系
传统的工程流体力学教学体系已经不能满足当今社会对工程人才素质的需求。基于CDIO思想构建的新的课程体系,加强了对学生基础知识积累和运用的要求,强化工程实践环节,重视对学生动手能力的培养。同时,重点介绍工程流体力学的最新科学技术领域和工程领域的发展,以构建新型多层次课程教学体系。在实际改革进程中,要强调基础素质的培养,采用课堂理论教学、课下多层次实验和三级项目相结合的方法,注重与学生之间的交流与反馈,将基于CDIO的课程教育改革平稳、有序地进行[6]。
4基于CDIO的课程具体教改内容
4.1理论教学环节改革
针对工程流体力学学科基础性强,理论难度大,应用范围广的特点,基于CDIO思想的课程改革采用将授课内容精简,关键知识点精讲,综合性知识点布置主题性任务的方法,让学生主动学习,拓展知识面,培养了学生进行独立思考的能力。充分利用互联网资源以及教师的实际工程经验,对知识点进行剖析,增强学生对知识点的感性认识。同时制作大量的流体流动动画,展示最新工程流体力学学科应用资料,极大地丰富了教学资源,便于理解重要知识点,激发学生的学习兴趣和主动性。
4.2实践教学环节改革
华裔诺贝尔物理学奖获得者李政道先生,在关于杰出科学人才培养的问题上特别强调实验精神和实验能力。基于CDIO思想课程改革的实践环节,以三级项目为主,多层次实验教学为辅,全面锻炼学生的知识检索能力,团队协作交流能力,多学科、大系统的掌控能力,并能够对学生知识的掌握情况进行深入的了解[7]。工程流体力学三级项目包括:系统全面的任务要求,灵活多变的题目选择,细致的团队任务分工,明确的节点汇报形式,以及一套合理的考核机制。以2014年秋季学期工程流体力学三级项目为例,要求每个班级的学生自行组队,3-5人一组,每组选出一个组长,分别从六个题目中任选一个为题,对该题目进行分析、求解,明确组内成员分工,按时进行节点汇报,最后提交三级项目的课程报告和项目感想,抽签进行PPT汇报。通过对学生的反馈信息和实际表现进行分析可以看出,三级项目的方法可以将CDIO教育改革理念与课程知识完美融合。不仅让学生对所学知识有了更加深刻的理解,锻炼工程实践能力,而且让教师的参与者和引领者作用得到充分发挥。
4.3学风建设环节改革
工程流体力学课程的理论难度较大,采用传统的课堂式教学和单一卷面考核的方式,使学生只关注考试得高分,做实验不提前准备、不关注原理,更让一部分学生产生了课程学了也毫无用处的想法。基于CDIO工程教育的流体力学课程改革,严格按照CDIO的12条标准与能力大纲的要求,设计出一套合理的、循序渐进的三级项目考核机制。在项目的进展过程中,学生需要付出很多的课余时间,对项目的相关内容进行广泛的搜索和学习,通过软件仿真、理论计算以及与工程应用对比等方式,使学生对所学知识有了更深刻的认识。同时,学生充分体会到了团队合作过程中,成员间交流、沟通、共享的重要性,体会到了集体智慧带来的冲击,以及团队合力完成项目的成就感。在听取其他小组汇报的过程中,对整个课程也有了更加深刻的理解。
4.4教师身份转换环节改革
根据CDIO工程教育改革方案的要求,教师不仅仅是知识的传播者,更是知识交流的参与者和引导者[8]。教师在自身知识和工程经验积累的基础上,严格按照CDIO工程教育改革能力大纲要求,系统、全面地整理出独具特色的课堂教学教案。表2给出了工程流体力学课程某一个单位学时的部分课堂教学教案,只有按照详尽的能力大纲的要求,才能充分保障教学质量。在三级项目考核机制的进程中,每个小组都要与教师在课下进行深入的沟通和交流。这种轻松、愉悦的沟通方式,不仅拉近了教师与学生之间的距离,而且使教师能够更加充分地发挥参与者和引领者的作用,积极地引领学生走向自主学习和探索的阶段。
4.5考核机制环节改革
与传统单一卷面考核的方式相比,基于CDIO工程教育改革的考察机制更加注重对学生学习态度和学习能力的考察。目前采用的考核方法是:课堂出勤0.1,平时作业0.1,实验成绩0.1,三级项目0.1,考试卷面成绩0.6。其中,三级项目由二部分组成:①组内互评等分,总分5分,最优分和最差分相差不得小于1分,组内人均得分为4分;②导师评分,总分5分,最优分和最差分相差不得小于1分。实践证明,CDIO工程教育改革的考核机制更加公平、合理,克服了学生对卷面考试的依赖,提高了学习的积极性,同时保证了课程、实验和三级项目的正常有序进行。近三年的课程合格率由改革前的低于75%,稳步增长并保持在90%以上,获得了学生们的广泛认可。
5结束语
CDIO工程教育体系是基于欧美发达国家的教育基础而提出发展的,并不完全符合我国的教育情况和社会背景。如何将CDIO工程教育改革消化吸收,与中国的社会现状和教育现状相结合,走出一条具有中国特色的教学改革之路,是今后CDIO在中国发展的重点和难点。通过对几年来基于CDIO工程教育理念的工程流体力学课程改革成果进行分析,可以得出很多宝贵的经验。应用型本科院校必须克服困难,强调方法,将改革进行下去,只有这样才能培养出符合当代社会发展需要的工程型人才。同时,教育改革是一个漫长的过程,必须本着“决策—实施—检查—反馈—修正”的闭环管理思路,才能将改革合理、平稳地进行下去。
作者:袁晓明 王超 杜冰 单位:燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制重点实验室 燕山大学先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室
参考文献:
[1]黄群慧.中国的工业化进程:阶段、特征与前景[J].经济与管理,2013,07:5-11.
[2]胡文龙.基于CDIO的工科探究式教学改革研究[J].高等工程教育研究,2014,01:163-168.
[3]顾学雍.联结理论与实践的CDIO—清华大学创新性工程教育的探索[J].高等工程教育研究,2009,01:11-23.
[4]高殿荣,张伟.工程流体力学[M].北京:化学工业出版社,2014,1.
工程流体力学知识点范文3
论文关键词:流体力学;制冷与低温工程;教学改革
目前,郑州轻工业学院(以下简称“我院”)的制冷与低温工程专业已被评为国家级特色专业。为了加强制冷与低温工程专业学生能力的培养,造就人才,有必要对制冷与低温工程专业的教学进行全面的改革。
“流体力学”是制冷与低温工程专业的一门重要的专业基础课,主要分为流体静力学和流体动力学,研究流体平衡、运动规律、流体和周围物体之间的相互作用力及其实际应用的科学。由于流动现象和流动规律及其影响因素十分复杂,故其具有理论性强、概念抽象和公式较多、实际工程应用广、对学生的综合分析处理问题的能力要求较高等特点。加上学生对流体流动机理普遍缺乏感性认识,导致“流体力学”课程历来被公认为是教师难教、学生难学难懂的课程之一。因此,迫切需要进行“流体力学”课程教学改革,使学生学好本门课程,提高课程教学质量,使学生能更深刻地理解和掌握专业理论知识,培养学生的综合分析应用能力和创新能力,全面提高专业素质。
分析目前我院制冷与低温工程专业“流体力学”课程教学的现状,发现存在以下主要问题:首先,“流体力学”理论性强,概念多而抽象,难以理解,学生普遍缺乏对流体力学问题的感性认识,学习兴趣不高;其次,课程中公式繁多,推导过程复杂,且大多涉及到“高等数学”的偏微分方程,另还涉及到“大学物理”、“理论力学”、“材料力学”等方面的知识,学生理解困难;另外,学生对所学的知识不能灵活应用。因此怎样激发学生的学习兴趣,选择合适的教学模式组织教学,全面实现该课程教学目标,提高教学质量,是该课程教学亟待解决的问题。
一、改革教学方法
学好“流体力学”这门课对于制冷与低温工程专业的学生来说至关重要。让学生理解流体静止和运动的规律及其影响因素,不仅能为学生学习后续的专业课程提供必要的理论基础,也能为学生以后分析解决实际工程中的实际问题提供理论指导。怎样才能让学生学好这门课,笔者结合自己的教学经验,认为可以从以下几方面着手。
1.激发学生学习兴趣
学生是学习的主体,而“流体力学”又是大家公认难学的课程,因此学生的学习积极性高低决定着“流体力学”这门课教学的成败。
要提高学生学习“流体力学”的积极性,首先要上好“绪论”课。“绪论”课是学生接触和了解“流体力学”这门课的窗口,也是教师的教学水平和教学方式的第一次展示,“绪论”课上得好不好直接影响到“流体力学”课程教学的成功与否。通过“绪论”课让学生对“流体力学”的发展及其广泛的工程实际应用有一个大致的了解,使他们充分意识到“流体力学”知识和我们的生活及国家的建设密切相关,深刻理解“流体力学”知识在今后的学习和解决实际工程问题中的重要作用。
教师在讲授一些理论知识之前,可先举出很多贴近生活的有趣实例或者先提一些问题来激发学生的学习兴趣,启发引导学生积极地思考。例如在讲液体的粘性之前,可以先问学生:在水中游得快还是在油中游得快?为什么?又如在描述流体运动有两种方式——拉格朗日法和欧拉法时,可以将在座的学生和教室里的每个座位作为研究对象来进行类比,从而让学生很容易的理解两种方式。通过举例和提问的方式,让学生带着问题去学习,让学生亲身感受到参与教学活动是一件乐事、趣事,由愿学到爱学再到乐学。实践表明:列举事例或提问的方式可以避免学生学习的枯燥感,活跃课堂气氛,不仅可以吸引学生的注意力,激发学生学习的主观能动性,还可以使学生充分意识到本课程对今后学习和工作的重要意义,并且能加深学生对所学知识的理解和记忆,使学生分析问题和解决问题的能力得以提高。
另外,还应充分利用多媒体,通过图片、动画让学生直观了解各种流动现象,而不是停留在抽象层面,从而提高学生学习“流体力学”的兴趣。
2.巧妙讲解公式
为了定量地描述流动现象和分析流动机理,需要应用数学工具。学生要真正理解基本概念、重要公式,首先就要读懂数学,然而读懂了数学不一定意味着明白了数学符号背后所代表的物理意义。“流体力学”教学实践表明,学生从读懂数学到理解流动问题的物理本质有一个过程。教师的一个重要任务就是做好各方面的工作,帮助学生完成从读懂数学到理解流动的物理本质这一过程的转变,进一步建立起科学的思维方式。
“流体力学”在分析介绍欧拉平衡微分方程、欧拉运动方程、连续方程、动量方程、伯努利方程等理论知识时都有大量的公式,这些公式涉及一些高数、物理、力学方面的知识,特别是大量的偏微分方程,加上“流体力学”的公式推导采用欧拉法,与物理及其他力学不同,学生的观念不易改变,而且推导过程复杂,学生理解掌握很困难。如果过分强调“流体力学”知识的严密性和完整性,对每个公式的每个推导细节都逐一介绍,推导过程将会枯燥无味,学生只会被弄得糊里糊涂,兴趣全无。而如果直接给出公式,让学生死记硬背,只能让学生不知其所以然,当然也就不能真正用所学知识来解决实际问题了。
根据多年的教学经验,笔者认为:“流体力学”中公式的讲解应将重点放在概念引入、理论模型建立的思想、基本原理和主要步骤以及公式的物理意义与应用限制上。首先对基本概念力争讲透,概念清楚了,公式的讲解推演才有意义。然后重点使学生明确公式的物理意义及公式中各项参数的物理意义和几何意义,只有真正理解了公式的物理意义,才能灵活使用公式解决实际工程问题。最后应强调公式的应用范围及应用注意事项。由于流动的多样性,“流体力学”中的很多方程都是在一定的条件下得到的,如伯努利方程就有多种形式(理想流体、实际流体、流体是否可压等),在具体运用时,要根据具体情况选用正确的形式。
3.充分利用作业
学习的最终目的是让学生能够独立自主地解决实际工程问题。如果基本原理掌握了,接下来就是如何用这个原理去解决实际问题。课后作业是检查学生对所学知识理解、掌握程度的一种手段,同时也是培养学生分析、解决问题能力的一种方法。
首先应由学生独立地完成一定量的课后练习题,这是“流体力学”学习过程的重要组成部分,解题过程实质就是利用“流体力学”的基本原理和基本方程分析和解决实际问题的一个训练过程,课后习题可以帮助学生加深对基本概念和基本理论知识的理解。
然后再由教师通过习题课的方式,利用具有代表性的习题和一些学生普遍认为困难、出错多的习题,讲述流体力学原理在工程实例中的应用。在讲解习题时,重在提供条理清晰的解题思路、详细具体的解题步骤,使学生在此过程中掌握解决问题的正确方法和技巧,以便在以后的学习工作中举一反三、触类旁通、学以致用。这一过程增强了学生对流动过程物理本质的理解,将物理问题与数学工具有机地结合起来,有助于学生对与专业相关联的实际工程问题进行认真思考,有效的增强了学生分析并解决实际问题的能力。
二、改革教学手段
多媒体教学以其形象、直观、生动、具体、易于理解的教学特点,丰富的教学内容,被高等院校广泛采用,并深受广大师生的欢迎。
多媒体教学在“流体力学”教学过程中发挥着重要的作用。利用多媒体,可将“流体力学”中那些难以用语言描述的流动图像、抽象难懂的知识点,如拉格朗日和欧拉法的描述,流线与迹线、层流、湍流等,通过图片、动画和视频资料直观形象地展现给学生,使其从感性认识开始建立清晰的物理概念,较容易地掌握相关内容,并使学生的逻辑思维、综合分析能力得以提升。另外一些需占用大量时间写板书表述的和不易通过板书表述的内容也可利用多媒体制作Power Point课件。如莫迪图、水头线、各种流场和一些典型的例题习题等。采用多媒体教学,授课的信息量增多了,教学内容更丰富了,学生在有限的时间内接收的知识更多了,学生的学习兴趣提高了,学生的思路拓宽了,教学质量也提高了。
多媒体教学的发展并不意味着要摒弃传统的板书教学。有很多学生认为板书能让他们有更多的时间去思考消化一些抽象的东西,更有利于对基础知识的理解和掌握。根据“流体力学”既有抽象复杂的流动机理又有大量的基本概念、基本方程的特点,在教学过程中应将多媒体教学与板书教学相结合,扬长避短,发挥各自的优势,为教学工作更好地服务。如对某些特定的流动现象,可以通过多媒体教学,加深学生对流动现象和机理的理解。而对于较重要的公式及一些重点难点内容还是采用板书教学,例如流体力学基本方程的推导过程依然使用传统教学中的板书,有利于学生集中注意力,让学生更清楚地看清步骤、方法和解题思路。这样既可留给学生足够的思考时间,又可加深学生对重要知识的理解,从而获得良好的教学效果。
工程流体力学知识点范文4
关键词:流体力学;课程教学;课程考核;改革
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)17-0091-03
《流体力学》是我校环境工程专业一门重要的基础理论课程。流体力学是应用力学的一个分支,它以物理学为基础,力学为依据,以数学、科学实验及计算机为工具,研究流体平衡和运动的基本规律,以及流体与固体的相互作用力。作为一门实用的工程科学,流体力学有比较完整的体系,它不但可以独立解决一些工程实际问题,而且可以为学习多种工程专业课打下必要的基础。其任务在于使学生掌握流体力学的基本理论、基本计算方法、基本实验技能以及在工程实际中的初步应用。通过该课程的学习使学生初步具备分析和解决实际流体力学问题的能力,并对后续专业课程的学习以及将来从事相关专业的工作和科研打下良好的基础。多年来,流体力学的教学内容主要是经典的流体力学理论和传统的实验分析方法,偏重于理论分析,教学内容比较抽象和单一,不能反映当前流体力学学科发展的趋势,不利于拓宽学生的知识面、提高学生的学习能力和创新能力。具体可以概括为以下几点:
1.流体力学的教学大纲不适应高等教育改革发展的需要,对教学目标和教学基本要求的定位不准,与培养目标的要求不太一致。
2.流体力学教学与环境工程其他专业课程结合不紧,导致许多毕业生在从事环境工程过程中感觉到流体力学对环境工程的指导作用不明显。
3.流体力学中的部分概念与化工原理中的内容相重复。
4.流体力学教材中缺乏反映近代科技成果的新内容和流体力学的新发展,与现代科学技术的发展联系不紧密。
5.教学方法和教学手段没有考虑到学生主体。
6.流体力学教学中没有引入演示实验,将其中抽象的物理过程和物理图像形象化、直观化,学生不容易深刻理解和掌握。
7.成绩评定形式单一,不能全面地考核学生所学知识和综合运用知识的能力。考核形式基本上是通过学期末的一次性闭卷考试完成,试卷题型也大都为考察课程主要知识内容点的选择题、填空题、计算题、证明题等,这种考核形式有引导学生死记硬背的倾向,缺乏对学生综合应用能力与创新能力的考核。
这些问题的存在导致在学生心目中,流体力学似乎没有其他专业课重要,是一门可学可不学的课程。因此,传统的教学大纲、教学内容、教学方式、成绩评定不能适应流体力学教学的需要,必须进行适当地改革,构建面向工程的教学体系,注重实践环节训练,搭建能力培养平台,建立更科学的考核机制,以适应形势的变化发展。目前,我国高校所使用的流体力学教材主要有毛根海编著的《应用流体力学》、李玉柱、苑明顺编著的《流体力学》、丁祖荣编著的《流体力学》、汪楠、陈桂珍主编的《工程流体力学》。我校选用汪楠、陈桂珍主编的《工程流体力学》作为指定教材。2012年,在认真梳理流体力学、化工原理及环境工程相关学科教学内容与环境工程专业培养目标的基础上,对流体力学教学大纲进行了修订、对教学手段进行改进,制作完成了与汪楠、陈桂珍主编的《工程流体力学》相配套的多媒体课件,并在教学中投入使用,取得了良好的教学效果。
一、修订教学大纲
根据环境工程专业培养目标修订原有的教学大纲,使教学目标的工科特色更加明显。
二、改革教学内容
1.删减与化工原理重复的内容,对这部分知识点,把讲授的重点放在深化和提高上。
2.将流体的物理性质、静力学、动力学、水头损失和水力计算作为教学的重点。
3.大幅增加适应环境工程实践需要的内容,引入一些环境工程案例,让同学们未进入社会就能体会到流体力学对环境工程的指导作用
三、改革教学方法
新生入学开始就召开师生见面会,让学科负责人讲解专业培养方案,有经验的教师教授如何进入大学里的学习状态,引导新生尽快适应大学的教育环境和人文环境,树立全面人才培养的理念以及与之对应的教学模式、考核体系等内容。让新生对自己的大学生活作全局规划,从获得知识、提高专业技能的方式方法上不断开拓思维,寻求自己的努力方向。改变传统的“注入式”传授知识的教学方法,采用注重培养实践能力的教学方法,针对具体教学内容,灵活采用内容讲授、课堂讨论、双向交流、问题思考、习题训练、器材设计与制作、企业观摩考察等多种形式,使学生能较好地掌握流体力学的基本概念、基本规律,掌握分析解决流体力学问题的方法和思路,并使解决问题的能力得以提高。每次上新的章节时,先提出一些与环境工程实践密切相关的问题,然后告诉学生这一章节要学习的内容,通过这些内容的学习,就可以运用所学的相关知识解决这些实际问题,让学生带着问题学习,就不会盲目地学,激发学习的兴趣。如在流体的物理性质一章导入的阶段提出“为什么经验丰富的司机,总是要发动机预热一段时间后才开始行驶”?在流体静力学章节以“为什么点滴吊瓶的液体逐渐减少时而药液的流速却不变”?流体动力学中以“为什么飞机的头部有一根长长的针状物”等来导入。学完一个章节后,再告诉他们由于课堂教学时间有限,还有很多问题的解决需要更多的知识,引导大家自学。特别是课程教学已经过半以后,学生的基本流体力学知识有些储备后,要鼓励、启发、指导有兴趣的同学做一些拓展性的学习和思考,参与老师的科研或自己做些发明创造,如教学模具、实验器具等科技作品,培养学生的创新能力和解决实际问题的能力。这时我会带些有兴趣的同学到污水处理厂、环保科技公司去参观考察,了解企事业的技术需求和科技难题,和同学们一起思考探索问题的解决方案。针对流体力学中的概念和规律比较抽象和枯燥的特点,采用多媒体辅助教学与传统教学方式相结合的教学手段,综合运用图像、文字、动画等展现图文并茂的教学内容,运用视觉效应加强教学效果、扩大知识面。例如,流体动力学章节中讲述流线的性质时,我引入草原上的老鼠在夏天躲在洞穴里纳凉的图片。洞穴靠下风口堆了一个土包,外面凉爽的风能吹进洞穴,若下风口没有土包,凉风进不去。以这种生动的形式展现课程内容,而不是简单地播放幻灯片。学生不仅学到了知识,而且感受到知识的生动有趣性。对于重点内容,要严格进行板书推导,一方面有利于学生理清思路;另一方面,有利于培养学生严谨的科学作风,不能简单地把热热闹闹当做生动有趣。对一些工程或生活中碰到的案例或常识,也不太容易做课堂实验时,可以通过一些课件来模拟。将理论知识与视频、动画、工程案例、生活常识相结合,调动了同学们的学习激情,使其从被动式听课转变为主动式欣赏知识。如在流体动力学章节,我引入了美国南北战争时期的彼得斯堡战役的一段视频:讲述一个叫普莱曾茨的士兵,运用流体力学知识解决地道通风的问题,巧妙地将叛军的防御阵地炸毁。这些视频、动画、案例中的氛围、情景不仅启发了他们的思维,更让他们享受到听课的乐趣,激发了其学习的积极性。
四、引入演示实验
整合现有的实验中心、环境工程实验室、环境科学实验室的资源,自行搭建或购置一些演示实验装置,将演示实验引入流体力学课堂,使流体力学中抽象的物理过程和物理图像变得形象、直观和可信,使教学内容更有表现力,便于学生深刻理解和掌握。若暂时没有条件,也要积极引入一些相关实验或实例的视频,播放给同学们学习。如伯努利方程式是流体力学教学中的一个难点,非常抽象。因此,在学习这部分内容时,我就在课堂上做些表面上看起来匪夷所思的实验,但却可以用伯努利方程式很容易解释这种现象。例如嘴用力吹一个漏斗,乒乓球而不落地。学生非常惊诧这个现象,立刻想知道为什么会这样,学习的积极性立刻被调动起来。然后在黑板上画出示意图,再用伯努利方程式解释,学生就会理解透彻、记忆深刻。
五、加强素质拓展
鼓励学生积极与工程、生活、生产实际相结合,制作小发明小创造,参与科学研究、社会调查等。如在教学过程中,我多次组织学生参与各类科研论文大赛、发明大赛,取得了不错的成绩。通过这些锻炼,不仅加深了学生对课程的理解,更重要的是培养了学生的能力,增强了学生的自信心。积极组织学生参与本科生创新创业训练计划、优秀毕业论文培育计划、大学生科研论文大赛、大学生专利发明大赛以及环境与健康协会等;参与污水处理厂、环保部门、环保企业及各类生产单位的科研、生产工作。通过创建实习基地、培训基地、现场调研、技术咨询、项目合作等形式,获得与流体力学有关的技术难题。再以这些问题为范例,通过现场考察、技术交流、故障诊断、问题分析、解决方案、实施效果等环节,供学生学习参考。不仅解决了工程实际问题,而且开阔了学生的视野。让学生预先进入工作角色,以业务需求带动求知欲望。只有在实际工作中,学生才能对专业知识的应用、交叉学科之间的作用以及教学科研的关系有越来越明晰的认识,对于专业课程的学习重点、专业知识的获取有更明确的思路。
六、改革考核方法
教学内容、教学方法与教学手段的改革,必须与课程考核方法的改革相配套。为了提升考核环节对于人才培养的支撑度,推动教学理念与内容、方式与方法的变革,切实发挥课程考核对教学效果的检验与评价作用,我校于2011年制定了本科生课程考试管理办法,2013年制定了全面提高本科教学质量的实施意见,2014年学校启动教学考核改革试点工作,《流体力学》是我校第一批立项的课程考核改革试点课程。在新的考核方案中,我更加注重学生对基本概念、基本规律的理解,学生分析、解决实际问题的能力。实行过程化考核、多种形式的考核。全面考察学生对知识的掌握程度、概括能力和综合应用水平。可以单元测试时采用开卷考试,期末考试采用半开卷考试,试题有一半是自己出的试题。考核试题中的开发性试题就是用所学流体力学知识解释、处理日常生活、工程中的现象等。
1.丰富考核方式。紧扣课程目标,选择能够全面衡量学生学习效果的考核方式。将笔试、讨论、口试、项目设计、调查报告等多种形式相结合,将知识理论识记的考察与分析解决问题能力的检验并重,对学生进行系统地评价。
2.强化全程评价。把课程考核贯穿于教学的全过程,将过程评价与终结评价相结合,设计不同阶段、不同方式考核的分值比例,对学生的学习效果进行有效评价,改变“一考定成败”的现象,扭转“期末突击死记硬背”的不良学风。过程考核在评定学生综合素质和能力的同时,加强了对学生学习态度等非智力因素的考察,分课堂表现和课下表现,各占总成绩的10%。过程考核成绩占总成绩的30%,期末考核占总成绩的50%。过程考核有章节考核、期中考核和归纳总结考核。章节考核分3次进行,考核形式为开卷,每次5分,满分为15;期中考核,考核形式为开卷,满分为10分。每次考核用两套试题,一半学生用A试题,一半同学用B试题,学生预先不知道自己拿到何种试题;归纳总结能力考核,学生根据自己对课程的把握、见解出一份合适的试卷,教师据此评分,满分为5分。期末考核的考试形式为半开卷(一张复习纸的开卷考试),试题范围覆盖教学大纲,没有课本中能直接找到的概念性记忆性试题,但又要熟记并灵活运用课本知识,强调知识的综合应用和实践运用。题型包括选择题、计算题、作图题、项目设计型和开放性试题。建立电子试题库,实行抽题组卷,实现教考分离。试题库中有一半是学生出的试题(由教师筛选出优质的试题,或稍作修改),一半为教师出的试题。
3.优化考核内容。以促进学生全面发展为原则,选择考核内容。在评定学生对基础知识、基本理论和基本技能的同时,突出对学生分析解决问题、动手能力及综合素质的考察。采用体现创新特点的考试题型,以适应学科专业与相关行业发展的新要求。坚持合理性原则,考核内容的选择符合考核课程目标的要求。理论知识考核的重点为课程知识体系中核心要点、基本原理的理解与运用;实践知识方面突出对操作流程的熟悉程度、实践结果分析运用能力的检测;综合素质方面的考察坚持以能否有效支撑专业发展为标准。课程考核综合考虑各方面因素,首先是课堂表现,即学习态度,考核实行扣分制,满分为10分。如上课旷课、玩手机、听音乐、交头接耳等,第一次扣1分,第二次扣2分,第三次扣5分,四次以上全扣。其次是作业考核,满分为10分。作业次数为7,交1次作业得1分,总作业次数分为7;质量分为3,视工整度、正确率给分。
4.畅通信息反馈。考核结果及时上网公布,学生可以查看自己的考核成绩,对自己前段时间的学习效果有一个清醒的认识,及时调整学习态度、学习方法,激发学生学习的主动性与积极性。切实发挥课程考核对教学效果的检验与评价作用,对教学内容与方式改革的推动作用,对学生学习投入的引导作用,促进本科教学质量的不断提高。在教学过程中,选择适当时机向学生征求关于教学方法、考试考核模式等方面的意见或建议,以及前段时间学习的感受,我再根据学生反馈来的信息,及时调整教学方法、手段、进度等,认真处理好教与学的关系。并根据学生的意见、可采纳程度、对教学的关注程度进行打分,并计入该门课程的平时成绩。
七、结束语
流体力学是一门系统性、理论性很强的应用力学课程,体现了力学、数学、物理等交叉学科在工程中的应用。因此,如何将知识传授与提高学生应用能力、培养学生科研意识、适应社会需求相兼顾,对于教师自身素质、教学水平和教学方法是一个严峻的挑战。以环境工程专业学生流体力学的工程应用能力及创新能力为目标进行教学改革,并对考核方式、内容、过程和反馈进行配套改革,推动教学理念、方法的变革。加强学生学习的积极性和主动性,对所学知识的理解和应用,真正掌握相关知识,为日后工程,科研和工作打下良好基础。
参考文献:
[1]王烨,李亚宁.流体力学实践教学改革网络体系的构建[J].力学与实践,2013,35(3):89-91.
[2]谢翠丽,倪玲英.工程流体力学本科课程引入CFD教学的探讨[J].力学与实践,2013,35(3):91-93.
工程流体力学知识点范文5
关键词 特色高校本科教育;课程群关联模型;课程群建设
中图分类号:G642.3 文献标识码:B
文章编号:1671-489X(2013)27-0077-02
课程群建设与课程体系结构优化,对提高高校本科教育教学水平具有重要意义。随着近年来的发展,高等本科教育课程体系与课程群的建设中取得大量成果。有学者针对“课程群”教学管理体系的建设与实践进行了研究[1]。有学者以机械设计制造及自动化特色专业为对象,对其课程群建设进行了探索与实践[2]。有学者提出一个课程体系优化的系统结构模式,从外部环境与内部结构的相互作用上区分了课程体系改革及优化必须考虑的因素,优化划分为5个基本环节[3]。有学者以软件工程专业为对象,展开课程体系与课程群建设的研究[4]。有学者针对课程集群嵌入产学研合作教育模式进行了研究与实践[5]。
综合文献分析,目前针对课程群建设的研究基本都是以某一专业或者独立学科为对象,而针对以特色基础课程为对象,建立课程群关联模型的研究尚不多见。本文将针对这一问题展开研究。
1 特色高等院校本科教育教学
特色高等院校以建设有自身特色的专业为重点,来培养学生具备某一特色领域的技术专长。比如交通类的包括航空航天类高等院校、铁道类院校以及船舶类院校,还有其他的农业类、林业类、矿业以及海洋类等多个类别的特色高等院校。为满足多种不同行业需求,特色高等院校在各国高等教育中都占有较重的比例,而其他综合类大学,也都具备在某一方面的特色,因此,特色高等教育教学在高等教育中占有重要地位。
以上海海洋大学为例,上海海洋大学以海洋水产生命、海洋渔业、海洋工程以及食品等为发展重点,突出以海洋为特色,学校办学过程中培养学生面向海洋行业的人才发展需要。本文以海洋类特色高等教育教学为入手点,展开对课程群体系与模型建设的研究。
2 基于特色基础课程的课程群分析
以特色基础课程为对象,在建立课程群关联模型之前,需要对相关课程进行分析归类。在海洋类特色高等工科院校中,流体力学是重要的特色基础课程,是学生掌握其他相应课程必备的基础。本文以工程流体力学为对象,作为共享基础,采用层次式递推方法研究建立课程群关联模型。以工程流体力学为底层共享关联对象,以专业为中层,构建以海洋科学学院、海洋工程学院和食品工程学院三个二级学院课程为顶层的课程关联模型。
依托培养计划与教学大纲,在分析整理课程教材、实验教材以及实践教材的基础上,顶层课程分析与归类内容包括:
1)海洋工程学科中与工程流体力学关联的课程主要包括工程流体、流体力学泵与风机、理论力学、流体力学、材料力学、液压与气动技术、机械设计、机械制造技术以及机械原理等。
2)食品工程学科中与工程流体力学关联的课程主要包括工程热力学、制冷空调自动化、热能与动力机械基础、机械制造基础、理论力学、材料力学、机械设计基础、传热学、自动化控制理论及系统、热质交换原理与设备、流体输配管网、建筑概论以及建筑环境学等。
3)海洋科学学科中与工程流体力学关联的课程主要包括流体力学实验、海洋科学导论、气象学、物理海洋学、海洋生物学、海洋地质学、数值计算方法、水域环境监测与保护、海洋生态学、海洋化学、海洋要素计算及预报、鱼类学、海洋渔业技术学、海洋调查方法以及渔业资源评估和管理等。
3 基于特色基础课程的课程群关联模型的构建
综合上述分析的层次结构,基于工程流体力学特色课程,以专业为中转层,构建课程群关联模型,如图1所示。
4 结束语
课程群关联模型的构建能够使得课程的知识结构与培养目标依托课程群来实现,理清课程之间的脉络,使得课程之间的联系性更加紧密,交互性与融会贯通性更强。课程群关联模型的构建有利于提高教学质量和办学效益,增强学生掌握知识点、学科架构的能力。在分析特色高等教育院校的特征后,本文以特色基础课程为共享基础层,以相应专业为中层,以二级学院开设课程为顶层的层次化方式,构建了课程群关联模型,较好地梳理了课程结构体系,使得学生更容易了解掌握课程关系。以海洋类特色高等教育院校为例,基于工程流体力学课程,采用上述方法,构建了以工程、海洋与食品学院的课程群关联模型,实施后的效果良好。本文提出的模式方法,为其他特色高等教育院校的课程体系与课程群建设,提供了帮助和参考。
参考文献
[1]张丽萍,刘东升,林民.“课程群”教学管理体系的建设与实践[J].内蒙古师范大学学报,2013(3):61-64.
[2]陆凤仪,徐格宁.机械设计制造及自动化特色专业课程群建设的探索与实践[J].高教论坛,2013(1):18-20.
[3]孙根年.课程体系优化的系统观及系统方法[J].系统工程理论与实践,2002(6):139-144.
工程流体力学知识点范文6
【关键词】 水力学;土建类;现状;改革
《水力学》(或《工程流体力学》)课程是土建类专业培养方案和大纲中规定必须开设的一门专业基础课程,相比该专业的其他力学基础课程而言,该门课程学时数少,对结构课程的支撑性较弱,课程教学多是为了满足培养方案的要求,教学效果不甚理想。作为一名长期从事土建类专业水力学学课程教学的老师,有必要对水力学教学的现状进行反思,提出合理的解决办法。
1 土建类专业水力学教学现状
1.1 课程地位不高。本校的土建类专业以工业民用建筑为主要方向,在课程设置中固体力学占据着非常重要的基础地位,流体力学与水力学课程基本上处于可学可不学,学好学坏一个样的地位。在专业培养中也较少重视流体力学或水力学的应用,学生学习以应付考试为主。授课和学习的积极性都不高,课程整体上来说不受重视,据了解很多学校建筑类专业的水力学课程基本上都面临着这样的窘迫地位。
1.2 教师队伍建设不足。大多学校土建类专业不一定同时具有水利类专业,水力学教学主要是为了满足专业培养目标中单独一门课程的需要,一般该课程的师资力量一般不强,数量较少,教学科研和实验教学环境较差,大多数流体力学或水力学专业的硕士研究生或者博士研究生基本不原意来校做教师,因此该类专业的流体力学老师一般专业出身的少,很多学校的流体力学老师是建筑专业或其他专业通过培训后任教该门课程的。在土建专业中,流体力学课程的老师队伍建设严重不足且整体素质和同专业的其他教师相比不同步。
1.3 学生学习积极性不高。土建类专业学生毕业主要从事工业与民用建筑的设计和施工等方面的工作,老是认为水力学课程与这些工作联系不大,应用不广,认为一般应用没有必要单独学习水力学,只需要按照规范来做就可以了,相比其他几门力学课程而言,学生学习积极性不高,水力学学习基本上是在临近考试的时候才进行。学生的积极性不高,教学效果肯定大打折扣。
1.4 课时较少,内容较多。土建类专业开设的水力学课程在一般院校中课时不高,一般在40-60 之间,由于教学改革的要求,课程门数增加,重点课程的学时比例增大,水力学课程的学时数有降低的趋势。在比较少的课时中,水力学教授内容包括水静力学,动力学,流动阻力和能量损失,孔口管嘴出流和管路流动,明渠流动,堰流和渗流等内容,有些专业还需要学习气体射流等内容。分理论和工程应用两大部分,内容较多,涉及的基础知识较广,有些数学知识还需要在课程中进行补充,学时显得紧迫。
1.5 教材建设没有特点。如上所述目前水力学教学内容主要包括理论部分与工程应用部分,目前各个学校所使用的教材内容基本上按照上面列举的内容来布局,采用的教学顺序也是先理论(静力学,动力学,能量损失)后应用(孔口管嘴出流和管路流动,明渠流动,堰流和渗流等)的顺序。这个顺序和内容的布置是所有的非流体力学专业的水力学课程采用的一般方式。没有针对土建专业课程进行专门的布局,在理论部分的习题中基本上仍旧以水力工程的例子为主,在应用部分,没有结合土建类专业,比如给排水,通风,防渗,供暖改革课程内容。采用的基本上的水利类专业的课程体系和教材体系。
1.6 课程理论抽象,实验教学困难,教学方式比较单一。 水力学基本理论建立在复杂的物理分析和数学推导的基础之上,讲解起来比较抽象,数学基础比较差的同学较难接受,加上通过理论推导的结论和规律与现实的实际例子有一定的差异,对于同学们接受起来非常抽象,因此水力学课程往往成为土建类专业同学不以为然而又敬畏的课程之一。多数结论需要通过实验过程来进行验证,而水的运动过程受实际的条件约束较多,不同的工程条件会形成不同的结果,常规水力学实验主要用来验证流体力学基本理论以及一些典型的工程例子(如基本方程,能量损失,堰流等),验证一个规律需要较大的实验投入和准备工作,加上土建类专业实验中水力学的地位问题,实验教师的配置问题,水力学实验课程一般很难开全。实验过程中由于学生人数众多,实验分组一般都是5人-10 人一组,实验过程中动手能力以及实验效果均较差。
水力学教学过程一般采用理论教学和实验教学相结合的方式进行,理论教学一般采用介绍概念,提出问题,分析推导得出结论的步骤进行,这个步骤过程中采用传统的板书推导的方式是常用的教学方法,近年来许多学校的课堂教学过程也在尝试使用多媒体教学过程,但从效果来看不甚理想。
2 教学改革与探索
上述水力学教学过程中存在的问题说明,土建类专业的水力学教学目前已经处于一个比较困难和尴尬的地步。在教学过程中必须采用多方面的手段,改变教学思路,改进教学手段,更新教学内容,改善教学条件,提高教学质量。
2.1 课程内容改革和教材建设探讨。目前的水力学( 工程流体力学)课程基本以水利类专业为背景,介绍和研究的主要对象为水这种液体,对于土建类专业而言,笔者以为,水只是其专业背景下的一种流动工质,和建筑相关的流体种类还有很多,比如空气,燃气等,这些流体的流动过程本身与水运动的基本规律差别不大,应该能够在水力学课程中加以辅助介绍,在实际的教学过程中,我们在介绍水动力学基础中加入了气体运动规律(如可压缩流动的连续性方程,气体流动的能量方程以及压强线的概念等);在介绍流动阻力和能量损失的时候补充了通风管道的阻力和能量损失的计算方法,在介绍孔口的时候联系到窗户等通风口的淹没出流问题,介绍管道流动计算的时候与建筑给水排水系统联系,在介绍渗流的时候结合建筑井和基坑的排水问题。并且在例题和作业中有意识的和建筑物中的流动问题相结合,通过这种调整使学生在学习的时候,不再觉得水力学是一门与建筑行业无关的课程,同时了解了建筑中的流动过程,而这些内容是他们可能在其他课程中无法了解的,认识了流体力学与建筑以及人类的生产生活过程息息相关之后,逐渐培养出学习流体力学(水力学)课程的积极性。
关于教材建设的问题,笔者长期以来使用两种教材,一种是以建筑设备工程专业使用的流体力学与流体机械类(多种流体,以空气主);另一种是以水力工程,土木工程为代表专业使用的水力学或工程流体力学教材,这类教材一般以不可压缩水流为研究对象,水力工程应用比较丰富。通过长期的使用来看,应该以水力学(工程流体力学)为基本教材内容,适当的加入前者中关于气流运动,建筑工程中流动问题,并在二者结合的基础之上增加适当的工程问题作为例题和习题。建设土建类专业普遍实用的一本教材。目前的教学中内容已经进行了改变,但教材的编写和建设比较滞后。
2.2 教学手段的改革。关于多媒体教学在逻辑性强的含有较多的数学公式的推导内容的课程教学中的应用与效果问题,历来在高校中颇有争议,但不管怎样,为了适应学生的厌倦传统教学方式的要求,为了适应课堂教学时间缩短而内容增加的形势,传统的黑板教学方式必将被新型的教学手段所代替,这好象不值得讨论了,事实上并不是幻灯片方式不适用于公式推导的教学过程,问题在于我们的多媒体手段是不是能够解决和克服这样的问题。也就是说就是如何利用多媒体技术,以及应用怎样的多媒体技术。
水力学和流体力学研究的对象是流动的物质,研究的是流体的流动规律和状态,动画和录象是在教学中必不可少的元素,使用动画软件可以形象的描述出流体在压力变化的时候的体积变化,流动的迹线和流线,层流和紊流的特征和现象。使用PPT自带的动画功能也可以将每一步推导过程按照顺序播放和演示出来,这种变化的动态效果和流动的特征在本性上是相容的,从这个意义上讲流体力学是最适合使用多媒体技术讲授的。
对流体力学的抽象认识甚至可能因为多媒体的应用而改变,在没有多媒体技术之前,抽象的理论要被消化,往往是需要在实验过程中才有可能变的具体一些,而有了图象动画之后,在课堂上也可以一目了然,提高了教学效率,同时也吸引了大部分同学的积极性。在有了尽可能多的感性认识之后,对于数学推导以及原理的应用也比较容易接受了。
网络和信息技术的发展,为流体力学的教学提供了一个新的平台,笔者通过使多年的水力学教学过程中同时发现了不是课程本身的问题,许多同学不会主动的和老师沟通关于学习的问题,近年来我主动公布了自己的电子邮箱地址,QQ号码,个人博客和网站。意外的发现和同学的联系不断的增加,课程教学的问题也更多的通过网络来解决和消化了,当然更好的利用网络是建立网络课程,但笔者现在仍旧坚持采用这些一对一的网络方式。
多媒体技术与网络教学是流体力学教学手段进步的一种标志,除此之外借助于流体力学自身发展的技术来促进课程教学也不可忽略,计算流体力学的飞速发展和应用,使得在计算机上模拟流动的过程和结果变的非常容易,尽管在本科教学中,不必讲解计算流体力学,但使用它可以直接显示出一个具体流动的特征和规律。在多媒体的制作过程中这也是一个不可忽略的途径。
2.3 实验实践环节改革。水力学实验,所需场地面积大,设备投资高,单个实验时间长,土建类专业水力学课程实验环节一般比较少,实验个数少,实验参与度低,一般一台实验设备进行实验时往往有5、6人之多。很多同学实验过程中基本上是看其他同学做,实验效果较差,在实验条件受限的条件下,笔者认为可以采取以下的一些手段改善实验效果。
增加实验组数,我校的实验室有10台综合实验台,如果50个人一起做实验,5人一组,分成两组,就2-3人一个小组了,有了实验条件参与度自然提高,有些实验仪器只有2台套,这就要合理的组合了,将几种实验放在同一个时间段里进行,不同的小组进行不同的实验,然后依次进行轮换,这样的过程既防止了多人做一个实验,又避免了实验过程变成演示实验,提高了设备的利用率 。当然这样的结果带来的后果就是增加了实验老师的工作量,同时要求学生在课前的准备要足够的充分。
采用多媒体实验教学,有些实验仪器实验室中没有,我们就借鉴其他学校的实验录象或者自己使用动画制作了一些实验过程,在课堂上演示并讲解。达到实验目的明了,原理清楚,熟悉过程,知道结论的目的。
采用计算流体力学计算,根据工程的流动现象,自己设计流动过程的边界,条件,流体种类。通过计算机计算和数图显示,掌握流动规律,获得流动结论,由于计算机模拟是实质上的计算机实验,这一过程可以很好的代替实际的实验,可以模拟任意复杂的实验环境。同时也便于同学们自己设计实验,达到开拓视野,提高创新能力的目的。
2.4 考核方式和效果评价。传统的水力学教学方式基本上都是采用闭卷考试来评定学生成绩以及衡量学生是否结业,现行的水力学教材上基本上只有问答和计算两种形式,考试中一般多采用这两种题型。笔者在教学中结合本课程在专业中的地位问题,做如下的尝试:
考核不仅仅由考试来决定,在每章甚至在有些比较重要的小节或一个知识点介绍完之后,不定时的给学生布置小论文任务。要求学生就该内容去找日常生活或工程中有关的例子并进行说明,作为平时最重要的成绩。
考试的题型不限于计算和问答,采用更多的方式要求学生掌握基本规律,计算题在结业考试中的比重低于30%。但一定要是需要综合能力才可做的。前面的一些诸如选择,判断,作图,分析的体型考察基本规律和概念,既考查基本知识又考察应用能力。
考试的内容不全由教师决定,在每章作业之后布置一个特殊的任务,自己出一些本章内容有关的考题并上交,考试的时候一部分内容就是学生自己出的考题。这个过程由于学生比较重视,也很认真,同时也刺激了进一步学习的兴趣。
总评成绩的评定根据学校的规定,考试、实验和平时成绩各居一定比例。综合平定效果,这个问题我想大多数教师都是采用相同的方法来进行的。其实撇开教育的规范性来看,笔者认为,学习成绩的评定中应淡化考试成绩,而注重平时的学习和应用能力。
3 结语
水力学(流体力学)课程作为土建类专业的一门基础课程,在结构专业中的地位较弱,同时课程在教师队伍,教材建设,教学内容,教学方法,以及同工程实际相联系的过程中,也还存在诸多问题。作为该门课程的一名普通教师,笔者认为,当前应该改革课程内容,土建工程实践紧密结合,加快教材建设改革;改进教学方法,提高多媒体教学效果,使用网络教学平台;利用计算流体力学的成果促进课堂教学和实验教学;改变成绩评定和考核方式,使考核过程更加科学与合理。
参考文献
[1] 裴国霞.水力学课程教学模式的改革与实践[J].内蒙古农业大学学报,200,2(3);39-41
[2] 向文英,程光军.水力学教学方法探讨[J].高等建筑教育,2001,39(2):47-48