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中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2015)17-0091-03
《流體力學》是我校環境工程專業一門重要的基礎理論課程。流體力學是應用力學的一個分支,它以物理學為基礎,力學為依據,以數學、科學實驗及計算機為工具,研究流體平衡和運動的基本規律,以及流體與固體的相互作用力。作為一門實用的工程科學,流體力學有比較完整的體系,它不但可以獨立解決一些工程實際問題,而且可以為學習多種工程專業課打下必要的基礎。其任務在于使學生掌握流體力學的基本理論、基本計算方法、基本實驗技能以及在工程實際中的初步應用。通過該課程的學習使學生初步具備分析和解決實際流體力學問題的能力,并對后續專業課程的學習以及將來從事相關專業的工作和科研打下良好的基礎。多年來,流體力學的教學內容主要是經典的流體力學理論和傳統的實驗分析方法,偏重于理論分析,教學內容比較抽象和單一,不能反映當前流體力學學科發展的趨勢,不利于拓寬學生的知識面、提高學生的學習能力和創新能力。具體可以概括為以下幾點:
1.流體力學的教學大綱不適應高等教育改革發展的需要,對教學目標和教學基本要求的定位不準,與培養目標的要求不太一致。
2.流體力學教學與環境工程其他專業課程結合不緊,導致許多畢業生在從事環境工程過程中感覺到流體力學對環境工程的指導作用不明顯。
3.流體力學中的部分概念與化工原理中的內容相重復。
4.流體力學教材中缺乏反映近代科技成果的新內容和流體力學的新發展,與現代科學技術的發展聯系不緊密。
5.教學方法和教學手段沒有考慮到學生主體。
6.流體力學教學中沒有引入演示實驗,將其中抽象的物理過程和物理圖像形象化、直觀化,學生不容易深刻理解和掌握。
7.成績評定形式單一,不能全面地考核學生所學知識和綜合運用知識的能力??己诵问交旧鲜峭ㄟ^學期末的一次性閉卷考試完成,試卷題型也大都為考察課程主要知識內容點的選擇題、填空題、計算題、證明題等,這種考核形式有引導學生死記硬背的傾向,缺乏對學生綜合應用能力與創新能力的考核。
這些問題的存在導致在學生心目中,流體力學似乎沒有其他專業課重要,是一門可學可不學的課程。因此,傳統的教學大綱、教學內容、教學方式、成績評定不能適應流體力學教學的需要,必須進行適當地改革,構建面向工程的教學體系,注重實踐環節訓練,搭建能力培養平臺,建立更科學的考核機制,以適應形勢的變化發展。目前,我國高校所使用的流體力學教材主要有毛根海編著的《應用流體力學》、李玉柱、苑明順編著的《流體力學》、丁祖榮編著的《流體力學》、汪楠、陳桂珍主編的《工程流體力學》。我校選用汪楠、陳桂珍主編的《工程流體力學》作為指定教材。2012年,在認真梳理流體力學、化工原理及環境工程相關學科教學內容與環境工程專業培養目標的基礎上,對流體力學教學大綱進行了修訂、對教學手段進行改進,制作完成了與汪楠、陳桂珍主編的《工程流體力學》相配套的多媒體課件,并在教學中投入使用,取得了良好的教學效果。
一、修訂教學大綱
根據環境工程專業培養目標修訂原有的教學大綱,使教學目標的工科特色更加明顯。
二、改革教學內容
1.刪減與化工原理重復的內容,對這部分知識點,把講授的重點放在深化和提高上。
2.將流體的物理性質、靜力學、動力學、水頭損失和水力計算作為教學的重點。
3.大幅增加適應環境工程實踐需要的內容,引入一些環境工程案例,讓同學們未進入社會就能體會到流體力學對環境工程的指導作用
三、改革教學方法
新生入學開始就召開師生見面會,讓學科負責人講解專業培養方案,有經驗的教師教授如何進入大學里的學習狀態,引導新生盡快適應大學的教育環境和人文環境,樹立全面人才培養的理念以及與之對應的教學模式、考核體系等內容。讓新生對自己的大學生活作全局規劃,從獲得知識、提高專業技能的方式方法上不斷開拓思維,尋求自己的努力方向。改變傳統的“注入式”傳授知識的教學方法,采用注重培養實踐能力的教學方法,針對具體教學內容,靈活采用內容講授、課堂討論、雙向交流、問題思考、習題訓練、器材設計與制作、企業觀摩考察等多種形式,使學生能較好地掌握流體力學的基本概念、基本規律,掌握分析解決流體力學問題的方法和思路,并使解決問題的能力得以提高。每次上新的章節時,先提出一些與環境工程實踐密切相關的問題,然后告訴學生這一章節要學習的內容,通過這些內容的學習,就可以運用所學的相關知識解決這些實際問題,讓學生帶著問題學習,就不會盲目地學,激發學習的興趣。如在流體的物理性質一章導入的階段提出“為什么經驗豐富的司機,總是要發動機預熱一段時間后才開始行駛”?在流體靜力學章節以“為什么點滴吊瓶的液體逐漸減少時而藥液的流速卻不變”?流體動力學中以“為什么飛機的頭部有一根長長的針狀物”等來導入。學完一個章節后,再告訴他們由于課堂教學時間有限,還有很多問題的解決需要更多的知識,引導大家自學。特別是課程教學已經過半以后,學生的基本流體力學知識有些儲備后,要鼓勵、啟發、指導有興趣的同學做一些拓展性的學習和思考,參與老師的科研或自己做些發明創造,如教學模具、實驗器具等科技作品,培養學生的創新能力和解決實際問題的能力。這時我會帶些有興趣的同學到污水處理廠、環??萍脊救⒂^考察,了解企事業的技術需求和科技難題,和同學們一起思考探索問題的解決方案。針對流體力學中的概念和規律比較抽象和枯燥的特點,采用多媒體輔助教學與傳統教學方式相結合的教學手段,綜合運用圖像、文字、動畫等展現圖文并茂的教學內容,運用視覺效應加強教學效果、擴大知識面。例如,流體動力學章節中講述流線的性質時,我引入草原上的老鼠在夏天躲在洞穴里納涼的圖片。洞穴靠下風口堆了一個土包,外面涼爽的風能吹進洞穴,若下風口沒有土包,涼風進不去。以這種生動的形式展現課程內容,而不是簡單地播放幻燈片。學生不僅學到了知識,而且感受到知識的生動有趣性。對于重點內容,要嚴格進行板書推導,一方面有利于學生理清思路;另一方面,有利于培養學生嚴謹的科學作風,不能簡單地把熱熱鬧鬧當做生動有趣。對一些工程或生活中碰到的案例或常識,也不太容易做課堂實驗時,可以通過一些課件來模擬。將理論知識與視頻、動畫、工程案例、生活常識相結合,調動了同學們的學習激情,使其從被動式聽課轉變為主動式欣賞知識。如在流體動力學章節,我引入了美國南北戰爭時期的彼得斯堡戰役的一段視頻:講述一個叫普萊曾茨的士兵,運用流體力學知識解決地道通風的問題,巧妙地將叛軍的防御陣地炸毀。這些視頻、動畫、案例中的氛圍、情景不僅啟發了他們的思維,更讓他們享受到聽課的樂趣,激發了其學習的積極性。
四、引入演示實驗
整合現有的實驗中心、環境工程實驗室、環境科學實驗室的資源,自行搭建或購置一些演示實驗裝置,將演示實驗引入流體力學課堂,使流體力學中抽象的物理過程和物理圖像變得形象、直觀和可信,使教學內容更有表現力,便于學生深刻理解和掌握。若暫時沒有條件,也要積極引入一些相關實驗或實例的視頻,播放給同學們學習。如伯努利方程式是流體力學教學中的一個難點,非常抽象。因此,在學習這部分內容時,我就在課堂上做些表面上看起來匪夷所思的實驗,但卻可以用伯努利方程式很容易解釋這種現象。例如嘴用力吹一個漏斗,乒乓球而不落地。學生非常驚詫這個現象,立刻想知道為什么會這樣,學習的積極性立刻被調動起來。然后在黑板上畫出示意圖,再用伯努利方程式解釋,學生就會理解透徹、記憶深刻。
五、加強素質拓展
鼓勵學生積極與工程、生活、生產實際相結合,制作小發明小創造,參與科學研究、社會調查等。如在教學過程中,我多次組織學生參與各類科研論文大賽、發明大賽,取得了不錯的成績。通過這些鍛煉,不僅加深了學生對課程的理解,更重要的是培養了學生的能力,增強了學生的自信心。積極組織學生參與本科生創新創業訓練計劃、優秀畢業論文培育計劃、大學生科研論文大賽、大學生專利發明大賽以及環境與健康協會等;參與污水處理廠、環保部門、環保企業及各類生產單位的科研、生產工作。通過創建實習基地、培訓基地、現場調研、技術咨詢、項目合作等形式,獲得與流體力學有關的技術難題。再以這些問題為范例,通過現場考察、技術交流、故障診斷、問題分析、解決方案、實施效果等環節,供學生學習參考。不僅解決了工程實際問題,而且開闊了學生的視野。讓學生預先進入工作角色,以業務需求帶動求知欲望。只有在實際工作中,學生才能對專業知識的應用、交叉學科之間的作用以及教學科研的關系有越來越明晰的認識,對于專業課程的學習重點、專業知識的獲取有更明確的思路。
六、改革考核方法
教學內容、教學方法與教學手段的改革,必須與課程考核方法的改革相配套。為了提升考核環節對于人才培養的支撐度,推動教學理念與內容、方式與方法的變革,切實發揮課程考核對教學效果的檢驗與評價作用,我校于2011年制定了本科生課程考試管理辦法,2013年制定了全面提高本科教學質量的實施意見,2014年學校啟動教學考核改革試點工作,《流體力學》是我校第一批立項的課程考核改革試點課程。在新的考核方案中,我更加注重學生對基本概念、基本規律的理解,學生分析、解決實際問題的能力。實行過程化考核、多種形式的考核。全面考察學生對知識的掌握程度、概括能力和綜合應用水平??梢詥卧獪y試時采用開卷考試,期末考試采用半開卷考試,試題有一半是自己出的試題。考核試題中的開發性試題就是用所學流體力學知識解釋、處理日常生活、工程中的現象等。
1.豐富考核方式。緊扣課程目標,選擇能夠全面衡量學生學習效果的考核方式。將筆試、討論、口試、項目設計、調查報告等多種形式相結合,將知識理論識記的考察與分析解決問題能力的檢驗并重,對學生進行系統地評價。
2.強化全程評價。把課程考核貫穿于教學的全過程,將過程評價與終結評價相結合,設計不同階段、不同方式考核的分值比例,對學生的學習效果進行有效評價,改變“一考定成敗”的現象,扭轉“期末突擊死記硬背”的不良學風。過程考核在評定學生綜合素質和能力的同時,加強了對學生學習態度等非智力因素的考察,分課堂表現和課下表現,各占總成績的10%。過程考核成績占總成績的30%,期末考核占總成績的50%。過程考核有章節考核、期中考核和歸納總結考核。章節考核分3次進行,考核形式為開卷,每次5分,滿分為15;期中考核,考核形式為開卷,滿分為10分。每次考核用兩套試題,一半學生用A試題,一半同學用B試題,學生預先不知道自己拿到何種試題;歸納總結能力考核,學生根據自己對課程的把握、見解出一份合適的試卷,教師據此評分,滿分為5分。期末考核的考試形式為半開卷(一張復習紙的開卷考試),試題范圍覆蓋教學大綱,沒有課本中能直接找到的概念性記憶性試題,但又要熟記并靈活運用課本知識,強調知識的綜合應用和實踐運用。題型包括選擇題、計算題、作圖題、項目設計型和開放性試題。建立電子試題庫,實行抽題組卷,實現教考分離。試題庫中有一半是學生出的試題(由教師篩選出優質的試題,或稍作修改),一半為教師出的試題。
3.優化考核內容。以促進學生全面發展為原則,選擇考核內容。在評定學生對基礎知識、基本理論和基本技能的同時,突出對學生分析解決問題、動手能力及綜合素質的考察。采用體現創新特點的考試題型,以適應學科專業與相關行業發展的新要求。堅持合理性原則,考核內容的選擇符合考核課程目標的要求。理論知識考核的重點為課程知識體系中核心要點、基本原理的理解與運用;實踐知識方面突出對操作流程的熟悉程度、實踐結果分析運用能力的檢測;綜合素質方面的考察堅持以能否有效支撐專業發展為標準。課程考核綜合考慮各方面因素,首先是課堂表現,即學習態度,考核實行扣分制,滿分為10分。如上課曠課、玩手機、聽音樂、交頭接耳等,第一次扣1分,第二次扣2分,第三次扣5分,四次以上全扣。其次是作業考核,滿分為10分。作業次數為7,交1次作業得1分,總作業次數分為7;質量分為3,視工整度、正確率給分。
4.暢通信息反饋。考核結果及時上網公布,學生可以查看自己的考核成績,對自己前段時間的學習效果有一個清醒的認識,及時調整學習態度、學習方法,激發學生學習的主動性與積極性。切實發揮課程考核對教學效果的檢驗與評價作用,對教學內容與方式改革的推動作用,對學生學習投入的引導作用,促進本科教學質量的不斷提高。在教學過程中,選擇適當時機向學生征求關于教學方法、考試考核模式等方面的意見或建議,以及前段時間學習的感受,我再根據學生反饋來的信息,及時調整教學方法、手段、進度等,認真處理好教與學的關系。并根據學生的意見、可采納程度、對教學的關注程度進行打分,并計入該門課程的平時成績。
七、結束語
流體力學是一門系統性、理論性很強的應用力學課程,體現了力學、數學、物理等交叉學科在工程中的應用。因此,如何將知識傳授與提高學生應用能力、培養學生科研意識、適應社會需求相兼顧,對于教師自身素質、教學水平和教學方法是一個嚴峻的挑戰。以環境工程專業學生流體力學的工程應用能力及創新能力為目標進行教學改革,并對考核方式、內容、過程和反饋進行配套改革,推動教學理念、方法的變革。加強學生學習的積極性和主動性,對所學知識的理解和應用,真正掌握相關知識,為日后工程,科研和工作打下良好基礎。
參考文獻:
[1]王燁,李亞寧.流體力學實踐教學改革網絡體系的構建[J].力學與實踐,2013,35(3):89-91.
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A
流體力學是一門研究流體運動基本規律以及流體與物體之間的相互作用力的學科,它作為一門嚴密的且應用面很廣的專業基礎學科,是以數學、物理學為基礎發展起來的,也是土木、機械、動力、水利、環境等學科的一門技術基礎課程。改革開放以來,雖然各院校在該課程教學實踐中都積累了豐富的經驗并取得了不少成果,但是在該課程建設中仍存在著許多問題。論文結合教學現狀,從學生興趣培養、教學方法改革以及師資隊伍建設三方面探討提高流體力學教學水平的方法。
一、 流體力學教學現狀
流體力學是一門主要研究流體平衡和運動規律及其實際應用的技術科學,具有理論性強、工程實際應用廣、概念和方程較多且易混淆、對學生高等數學知識及綜合分析和處理問題能力要求較高等特點。流體力學建立在理論、計算、實驗三大技術手段之上,是化工、土木、機械等眾多學科或專業的基礎學科。另外,流體力學在環境工程設計和實際工程中也有著廣泛的應用,是水處理設備設計與應用的必備知識,以及生態分析的重要理論基礎。同時,流體力學是環境工程與其他學科體系溝通的橋梁,這個橋梁作用是其他基礎課或專業課無法替代的,直接影響到環境工程學科體系的完善性。因此,提高流體力學課教學質量,使學生學好本門課程,培養學生分析問題的能力和創新能力,對流體力學課程教學進行改革以適應學科發展顯得十分必要。
目前國內院校的流體力學課程教學過程大體可歸納為“課前預習、課堂教師講授、實驗室實驗、課后教師評閱”的四段串行模式。實踐證明,這種傳統的教學模式在強化理論教學成果以及動手能力的培養方面效果比較顯著,然而在創新意識培養方面卻收效甚微。原因在于:①理論教學中注重經驗理論與公式的講解,而公式多且乏味,導致教師難教,學生難懂,課堂教學缺乏生動性。另外,本科流體力學理論教學模式多為填鴨式教育,對學生而言,流體力學課缺少客觀體驗,理論抽象,不易理解,而由此帶來了一系列的問題是現在流體力學課程教學的主要障礙;②目前,大部分院校的流體力學實驗教學多采用傳統驗證性實驗,每一學生進行的實驗完全相同,教師由實驗報告的數據評定實驗成績。雖然實驗有利于增進學生對理論知識的理解,但此手段不能激發學生的積極性,無法體現學生的主體性,也不能培養學生的創造性[1]。由于實驗教學內容多數為驗證性實驗,在按既定的理論知識和實驗方案實踐的過程中,學生所得到的主要是從理論知識到實踐成果的收獲,而教師的作用主要是理論知識的傳授,具體實驗的演示、引導與糾錯,甚至有時會耳提面命,因此學生作為學習主體的創造性很難有機會得到展示。
因此,采用一種有效的教學方法進行流體力學理論和實驗教學的改革,激發學生的學習積極性和主動性,以提高流體力學課程教學質量,并對相關專業產生積極的影響,從而促進學生創新性的培養非常有必要。
二、 培養學生對邏輯思維的興趣
學生對任何概念和公式的形成、理解有一個過程,而在流體力學中,這些概念、公式又較為抽象,要求學生具備較強的邏輯思維能力,因此,根據學生掌握知識的快慢,耐心引導學生進行邏輯思維,培養學生對邏輯思維的興趣,使他們產生對邏輯推理的愛好,就成為教學中的關鍵。例如,流體力學中的三大方程――連續性方程、動量方程和能量方程需通過輸運公式逐步推導而來,如此的教學安排便使知識較為系統、連貫、緊湊,并有利于認識各個方程的物理意義。而輸運公式的推導由于邏輯性較強,講授時就需要花費較多的學時和精力來理清邏輯思路,理解每一步推導中的物理含義和數學要領,使學生對輸運公式有一個清晰準確地理解。最后,將輸運公式中的物理量換成質量、動量、能量即可得出連續性方程、動量方程和能量方程,如此便形成了較為完整的邏輯演繹體系。此種方式不僅使理論教學更加清晰明了,而且會使學生對將要學習的知識接受產生極大興趣,具有更加強烈的探索感和求知欲。
三、 教學方法探討
教學方法作為聯結教師和學生的重要紐帶,在提高教學質量方面起著重要的保證作用。為了更好地適應學科發展要求,工科“流體力學”課程方法的改革勢在必行,作者結合自身多年的教學經驗,針對該課程特點,認為應該在以下幾個方面進行課程教學方法改革。
(1)重視緒論課的作用
部分教師認為緒論課僅是對流體力學的簡單介紹,作用不大,所以對緒論的授課過程照本宣科、枯燥無味。其實緒論課對整個教學活動的成功與否起了至關重要的作用,它不僅是學生了解流體力學課程的窗口,也是教師教學水平的第一次展示。
講授緒論課的較好方法是介紹流體力學的成就、發展方向、廣闊前景及其在國民經濟中的重要作用等。教師要注重講解流體力學知識在工程中的應用,特別是教師自己承擔的科研項目,以展示流體力學在科學和工程技術中所取得的輝煌成就[2]。例如,通過介紹流體力學理論在“神舟號”系列飛船上的廣泛應用,使學生明白流體力學這門相對古老的學科還具有旺盛的生命力;通過介紹美國華盛頓州的塔科馬懸索橋在1940年秋天的大風中倒塌的例子,說明在實際工程中忽視流體力學會造成巨大的災難[3]。另外,流體力學的發展史對于激勵學生的學習熱情也有著非常重要的作用。在上課的同時,要善于借助互聯網,及時的將一些重要理論的發展過程、重要研究成果展現在學生的面前[4]。
(2)從實例中引出教學內容
流體力學雖有概念多、邏輯性強、理論上較難理解的特點,但卻與生活和生產實際密切相關。在具體教學內容的講解過程中,穿插一些生活中的現象,并結合課本中的理論“雙管齊下”,利用學生求趣、求新、求知的心理,引導學生學習并掌握教學內容。例如,在講流體粘性時,比較水的粘性和油的粘性;在講流體靜力學知識時,可講一些水庫垮壩事件,主要是設計時有缺陷和施工存在著質量問題,不能承受水對壁面的靜壓力。另外,還可以進行一些相關事例的延伸,如是否建設三峽工程時流體力學專家的爭論,通過分析得到的建設三峽工程必要性的結論等,使學生切實體會到學好流體力學的重要性[5]。利用這些鮮活的事例,使課堂教學更生動、更有意義。
(3)師生互動,培養良好學風
調動學生主動的學習,培養學生良好的學風,提高學生綜合素質,是加強流體力學教學效果的重要條件。作者在每次講課后都會對本次課程的內容進行總結,然后下次課隨機抽取部分學生回顧上次課的內容,并讓其他學生作出補充和建議。在課堂上,多為學生提供隨堂練習的機會,師生互相之間進行探討和思考,針對練習中的問題講解做題思路和方法,給予糾正和補充。這種授課模式充分調動了學生的主觀能動性,課堂氣氛活躍,有利于拓寬學生的思維深度,查漏補缺。學風對于任何一門課程教學的成功與否都起到了非常關鍵的作用,所以從第一堂課、第一次作業就要嚴格要求學生,對作業的批改做到一絲不茍,指出其作業中的各種問題并要求其修改。例如,要求學生對作業中的每道題,在解答時必須寫出已知、求解,并畫出相應圖示,這些小細節可以幫助學生以簡明的方式加深理解題意,取得了較好的效果。
(4)重視實驗教學
流體力學按研究方法可以分為理論流體力學、實驗流體力學和計算流體力學。實驗流體力學是理論流體力學發展的基礎,是計算流體力學的檢驗依據。因此,實驗教學在流體力學教學中有著極其重要的地位。流體力學中的公式繁多,難以記憶,難以理解,通過實驗可以加強學生對公式的感性認識,有助于學生深刻理解公式和概念的物理意義。例如,在講解伯努利方程意義的時候,單從公式上講解并不形象,通過能量方程實驗,可以使學生非常直觀的理解伯努利方程中每一項對應的意義。對于沒有開的實驗課,通過在網絡上收集照片、視頻等展示給學生,也可提高學生對理論知識的理解[6]。
(5)傳統教學方式和多媒體技術互補
過去,流體力學課程在教學手段上采用板書教學,這種方式能夠在教師的書寫和同步的講解中促進學生的積極思維與參與意識,但對教學內容中比較抽象的概念、復雜的流動現象和流動規律,很難用語言和文字準確、形象地描述。多媒體教學最大的優點是形象、生動、具體、直觀、易于理解且信息量大,但也有不能突出推導過程和思維、學生對知識的掌握比較膚淺的一些弊端。將傳統教學方法和多媒體技術綜合應用于教學過程是一種很好的方法,在講授偏重于推導過程的內容時采用傳統授課方式,而講授直觀形象的內容時采用多媒體教學方法,做到取長補短、優化組合,會獲得較好的教學效果[7]。
四、師資隊伍的建設
為適應素質教育的需要,教師不僅要掌握先進的教學手段,而且要努力研究實施素質教育的教學方法。在實際教學過程中,要靈活應用各種教學方法,并且要善于歸納總結教學經驗,虛心向有經驗的教師請教,同時要高度重視學生的反饋信息,不斷調整自己的教學思路,只有這樣才能逐步提高自己的教學水平。社會發展對教師的自身素質提出了更高的要求,教師要明確教學水平的提高和發展是一個畢生的過程,教師應該不斷開闊視野,更新知識體系,才能形成對流體力學更深層次的理解和認識。
五、 結論
論文結合流體力學教學現狀,從學生興趣培養、教學方法改革及師資隊伍建設三方面論述的教學方法,將教與學有機結合起來,使枯燥的流體力學課堂變得生動活潑,多方面激發學生的主動性、積極性及創造性。將上述方法運用于教學實踐后發現,該方法能夠有效的提高流體力學課程的教學效果。
參考文獻
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一、前言
《流體力學》是研究流體所遵循的宏觀運動規律以及流體和周圍物體之間的相互作用規律的科學,它建立在現場觀測、實驗室模擬、經典理論分析、數值計算基礎上,具有嚴謹的理論性、原理的抽象性、概念多、方程推導繁雜等特點,對學生具備高等數學知識及綜合分析與處理問題能力的要求較高,因而大部分學生覺得該課程抽象、枯燥、難懂,普遍缺乏對流體力學理論的感性認識,都有某種程度的畏懼感,導致教師難教、學生難懂成為較普遍的現象。
我校機械設計制造及自動化、過程裝備與控制工程、土木工程、安全工程、采礦工程、環境工程、礦物加工工程、建筑環境與設備工程、工程力學等專業的學生都須具備不同程度的流體力學知識和技能,它是各專業后續課程如:液壓傳動、水力學、流體機械、空氣調節、傳熱學等課程的基礎。
為此,作者通過教學實踐,就多樣化的教學方法、更新的教學內容、引入高科技的教學手段等方面進行探討,以期提高《流體力學》的教學質量。
二、以傳統課堂教學為主
《流體力學》的課程體系分為基本理論、基本應用和專門課題三大知識模塊,它要求學生具備扎實的微積分知識、力學知識等。學生在接觸流體力學課程伊始,對抽象的理論理解速度慢,對枯燥的公式及其推導過程容易厭煩,因而《流體力學》的教學應該以傳統教學方法為主。因為在傳統的課堂教學中,學生獲取知識主要是聽教師講課,通過板書教師細致耐心地闡述概念、推導公式、突出重點、強調難點,以學生容易接受的講課速度,留給學生更多的思考和消化的時間,再配合上教師的表情、手勢、師生之間的互動,會達到很好的教學效果。
(一)結合實例,講清楚基本概念
流體力學的概念多、現象多,且很多概念和現象比較抽象,難以理解,諸如:拉格朗日法、歐拉法、流線、跡線、邊界層等。因而利用身邊的實例對這些抽象的概念進行講解,例如在講授描述流體運動的兩種方法——拉格朗日法和歐拉法時,學生們很難理解。為了將概念通俗化,上課時筆者以城市公共交通部門統計客運量所采用兩種方法為例:①在每一輛公交車上安排記錄員,記錄每輛車在不同時刻(站點)上下車人數,此法類似于拉格朗日法的質點跟蹤,它與跡線的定義對應;②在每一公交站點安排記錄員,記錄不同時刻經過該站點車輛的上下車人數,此法等同于歐拉法,與流線的定義對應。
在講解伯努利方程原理的時候,例舉1912年“豪克”號鐵甲巡洋艦與同行疾駛“奧林匹克”號遠洋輪相撞的船吸現象,讓學生清楚掌握流體的壓強與它的流速有關,流速越大,壓強越??;反之亦然。
概念是公式推演的基石,沒有準確的概念,后續的公式推演幾乎難以為繼,清晰的概念會使公式的講解和推演變得更加簡易。利用淺顯易懂的生活實例來闡述抽象的概念及其之間的內部聯系和區別,教師易教、學生易懂,將會達到事半功倍的效果。
(二)以用為度,重點突出理論公式的應用
伯努利方程是能量守恒定律在流體力學中的具體應用,是流體靜力學和流體動力學的基礎,始終貫穿著整篇教材。在講解該理論公式的時候,先從容易理解的靜力學平衡微分方程推導開始,強調公式所依據的原理是牛頓第二定律,假設條件是平衡、理想、靜止的流體,重點引導學生如何理解公式各項的幾何意義和物理含義,掌握公式的實際應用。這樣學習到后面的動力學伯努利方程時,先易后難、循序漸進,學生就覺得不會那么深奧。在講解相對平衡的流體壓強分布規律時,就要求學生必須掌握推導過程,因為它在解決一般平衡流體內部的壓強分布規律及其對固體壁面的作用力問題時非常重要。而對于連續性方程和動量方程的學習,只強調記住結論和理解公式中各個物理量的含義。這樣做,有效地避免了大量公式繁瑣的推導給學生帶來的畏難情緒,也能夠做到以用為度、重點突出。
不可否認,依靠粉筆與黑板的教學條件、以教師為主體的傳統教學模式,教學形式單一,教學手段不先進,教學效率不高,適應不了課程教學學時少、受教育學生數增加的情況。
三、以現代化的教學手段為輔
當前以計算機多媒體技術為主的現代化教學手段已經普遍地應用于高校的教學中。制作教學用的視頻、多媒體軟件、電子課件等素材,作為課堂教學有力的輔助教學手段,可以在有限的時間內,利用圖文并茂的信息傳播方式,將課程內容及有關背景資料以影像、圖片等形式,直觀地傳播給學習者,將流體力學中抽象的概念和理論具體化、形象化,激發學生學習興趣,使得學生能夠從感性認識開始,逐步上升到理性認識,進而能夠達到運用知識解決問題的能力。
結合流體力學精品課程的建設,教學團隊制作了流體力學多媒體電子教案,并在教學過程中不斷完善,逐步取得了良好的教學效果。在設計與制作多媒體課件時,遵循課堂教學的基本規律,既發揮傳統板書教學中容易帶動學生思路、逐條在黑板上書寫的特點,在課件制作中根據講解的進度逐條展現公式條目等內容,同時又將難以理解、難以用語言描述的拉格朗日法和歐拉法、流線、邊界層和紊流等抽象概念和流動現象,以多媒體的方式在課堂上直觀地呈現出來,幫助學生建立清晰的印象。教學團隊收集、制作了大量的多媒體素材,例如在講解雷諾判據的時候,制作了雷諾實驗的FLIASH素材,以動畫的形式向學生展示了流體流動的兩種不同狀態,以及流態判據—雷諾數與流動速度、管徑、流體種類有關系。運用多媒體輔助手段表達后,能夠幫助學生很好地理解課程的重、難點,提高教學效率。利用多媒體技術,還可以制作需占用大量時間板書和不易通過板書表述的內容,提高了教學效率。
多媒體教學的內容一定要做到提綱挈領、重點突出,有所為有所不為。多媒體技術沒有好壞之分,只有合理使用與不當使用之別。但是實踐應用中,發現有的教師完全拋棄以往的黑板式教學模式,離開多媒體手段就上不了課;有的教師將教材內容全部照搬到了課件中,自己就成了的幻燈片放映員,“照機宣科”;有的教師制作的多媒體課件過分追求課件的美觀性,界面過于華麗,淡化了教學重點;也有的教師忽略學生對課件內容理解消化的時間,致使學生的思維跟不上教師講解的速度,降低了教學效果。上述現象將會造成一種新形式的“滿堂灌”,只不過是由“人灌”變成“機灌”而已。
四、總結
流體力學作為一門專業基礎課程,其重要性不言而喻。傳統教學模式能夠將前后知識貫通,突出重點,化煩就簡、引入實例形象闡述概念原理,促進知識的系統化進程;多媒體教學能將難于理解的知識通過圖文、音像生動地顯現出來,幫助學生理解性記憶。借助于先進的教學手段,將多媒體輔助教學手段與傳統教學方法有機地結合起來,力求課堂教學的形式和方法多樣化,既能保證課堂信息量大,又能避免單純多媒體授課的不足,才能提高教學效果、提升教學質量。以上是筆者在流體力學教學實踐中的體會,愿與同行共同切磋。
基金項目:2009年安徽省教育廳《流體力學》精品課程
[參考文獻]
中圖分類號:H191
工程流體力學是建筑環境與設備工程和土木工程等專業的一門主干專業基礎課,是后續課程如建筑給排水、流體輸配管網、暖通空調等課程的基礎,也是開拓專業不可缺少的技術基礎理論學科。但是長期以來,工程流體力學一直是老師認為最難教、學生認為最難學的課程,因此如何提高工程流體力學課程教學質量,激發學習興趣,加強能力培養,是目前迫切需要解決的問題。
在強調節能、注重環保的今天,面對未來生產的發展對能源動力的需求趨勢,許多相關聯的熱力工程技術、環境保護技術都需要工程流體力學作為其研究的理論基礎。因此,加深和拓寬工程流體力學的基本教學內容,對原有課程進行有效整合及改革,延伸工程流體力學課程教學深度,提高該課程教學質量,是我們在教學中急需解決的問題。
1、理論課的教學改革
由于傳統的極大慣性,理論課的改革須逐步進行,先進的教育理念本身在不斷發展,是動態的,這就決定了教學改革也是動態的[1]。
1)強化互動式教學。教師運用生動、詼諧的語言,深入淺出的比喻,靈活多變的講解,突出重點,重視基本概念、基本理論、基本方法的講解,講深、講透工程流體力學基本方程,結合講授內容,有目的地介紹工程流體力學的各種基本方法、模型、技能以及工程和專業實際背景。要讓學生與教師互動起來。只有師生互動,才能有效地將學生帶到無限的探索和想象空間,激發他們的學習積極性和創造性,潛心探索以獲取新的知識。
2)采用板書與多媒體技術有機結合進行教學。
多媒體輔助教學是一種很有效的教學方式,是實現教學手段現代化的重要途徑。多媒體教學可以活躍課堂氣氛,激發學生學習興趣,增大課堂教學容量,克服傳統教學模式的弊端[2]。這種模式采用動畫、實驗演示等多種形式,化復雜為簡單,通俗易懂,生動活潑,具體形象地展示流體的一些流動現象,營造了一種圖文結合、視聽并舉的學習氛圍,激發了學生的學習興趣,提高了教學效果及教學效率。但是在推導一些關鍵公式時,如果單一采用多媒體手段進行教學,可能導致學生出現思考不足、理解不透,如同看電影一樣匆匆而過的現象。所以,此時有必要結合傳統教學方式授課,留給學生足夠的時間思考、琢磨和消化。因此,教師應根據教學內容將傳統教學和多媒體教學有機地結合起來,做到人機互補。
3)教師要轉變教學思想和更新教學觀念。教師應把教學從單純的專業技術知識教育轉變為重知識、素質和能力并進的培養教育,激發學生解決工程實際問題的興趣。為了更好地學習理論知識,教師應優選習題,加強課堂練習。只有扎實地掌握了工程流體力學的基本知識,才能更好地解決實際問題。因此,教師在課下一定要查閱大量的工程流體力學教材和習題集,整理出加深基本知識的選擇題和問答題以及從實際問題中抽象出來的計算題。
4)改革考核方式?,F在大多數學校對工程流體力學課程的考核主要是期末筆試,有些學校增加了平時成績,但平時成績大多是依據課堂考勤和平時作業,這在很大程度上制約著學生主體作用的發揮,有些學生比較反感,甚至造成抵制情緒,不利于良好教學氛圍的建立,有些同學甚至在考試時"鋌而走險",因此改革考核方法勢在必行。期末考試除了筆試之外,還可把實驗現場操作和實驗報告的分數作為平時成績的一個方面,也可大膽地采用課程論文、課程答辯等形式,考核方式甚至可以采用開卷方式,制定考試方法必須是為實現教學目的服務,而不是為了考試而考試。
2、實驗課教學改革
工程流體力學實驗教學是理論與實踐相結合的重要環節,傳統的以教師為中心的實驗教學模式抑制了學生創造性思維的發揮。[3]目前工程流體力學實驗教學中存在著很多問題,[4]比如說傳統的教學方法使學生在實驗過程中創造性思維得不到發揮;實驗室設備條件在很大程度上不能滿足教學需要;實驗方法落后,不能激發學生的學習熱情;實驗教材過于簡單化;實驗報告不規范等等。為了解決上述問題,我們積極采取了很多措施,比如說以減少驗證性實驗,增加設計性、綜合性實驗來激發學生的動手動腦的學習積極性;采用多媒體輔助實驗教學;引進先進的實驗設備;設計合理的實驗報告;更新實驗教材等等。通過對工程流體力學實驗教學改革,改變了學生對實驗課的學習態度,提高了學生運用所學知識分析問題、解決實際問題的能力,激發了學生的求知欲望和創新意識,使得教學效果和教學質量顯著提高。
3、加強CFD技術在工程流體力學中的應用
近來年,隨著計算機科學的發展,計算流體力學(簡稱CFD)技術日趨成熟,CFD軟件得到了較廣泛的應用。[5]-[6]該軟件可以生動、形象地展示各種常見的流動現象,將抽象的概念、理論變成形象的畫面,已成為解決各種流動現象的有力工具,過去只能靠實驗手段才能得到的某些結果,現在已經完全可以借助于CFD技術的數值模擬來準確獲取。教師如果在講述枯燥的理論課時加以CFD模擬,這樣不僅便于學生對所學內容的深入理解,而且達到激發學生的學習興趣,改善教學效果的目的。比如在講述雷諾實驗流體流動狀態時,[7]教師可以在課前利用CFD軟件模擬圓管內流動,上課時學生只要通過觀看顏色水的流線就可非常輕松地辨別出流動形態。再比如在講述暖通空調課程時,教師可以給學生播放不同通風方式或不同送風狀態下的空調房間流場圖,[8]在強烈的視覺沖擊效果下,不僅大大加強了學生的記憶深度,而且還有助于學生對所學內容的理解,甚至學生本人就可以歸納出不同通風方式或不同送風狀態的優缺點。
4、結束語
作為一門專業基礎課,《工程流體力學》課程是面向工程應用人才的課程,所以所學理論內容必須和工程實際緊密結合。該課程的教學改革必須不斷深入,這樣才能為培養新世紀綜合型專業人才奠定扎實的基礎。
參考文獻:
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[5]趙琴,楊小林,嚴敬.CFD技術在工程流體力學教學中的應用[J].高等教育研究,2009,25(1):28-29
Abstract: in the chemical research and development of the field, play an important role in computational fluid dynamics, this paper mainly introduces the basic principles of computational fluid dynamics, and the application of computational fluid dynamics in the field of chemical engineering, application mainly through the introduction of computational fluid dynamics in the stirred tank, heat exchanger, distillation, thin film evaporator burning, etc., to reflect the fluid mechanics made in chemical engineering contribution.
Keywords: computational fluid mechanics; chemical engineering; application
中圖分類號:TQ021.1 文獻標識碼:A
1 計算流體力學概述
作為流體力學的一個分支,計算流體力學主要負責,在固定的幾何形狀空間內,求解流體的動量方程、熱量方程、質量方程以及其它的一些相關方程,然后通過進行計算機模擬,得到在特定條件下流體的有關數據。計算流體力學主要根據動量、能量、質量守恒方程,通過數值計算方法來求解出流動主控方程,并最終得到各種流動現象的規律。
計算流體力學主要包括3種計算方法:差分法、有限元法以及有限體積法。這是一個涉及到多個領域的學科,它不僅包括計算機科學、流體力學等專業學科,還有計算幾何學、數值分析以及偏微分方程等數學理論知識。通過計算流體力學進行模擬,主要是為了作出預測和獲得信息,來更好的控制流體流動。理論的預測主要來自于數學模型結果,并不是來源于實際的物理模型結果。
起初,計算流體力學主要用在航天事業、核工業以及汽車制造業上,解決一些涉及空氣動力學方面的流體力學問題。計算流體力學的計算與實驗研究相比,不僅成本低、速度快,還可以模擬真實、理想條件,所以,在各種流體現象的研究過程中,計算流體力學成為對各種流動系統和流動過程,進行設計、操作和研究的有利工具。
在上個世紀60年代末期,在流體力學各相關行業中,計算流體力學已經得到了廣泛應用,直到上世紀90年代后期,才開始對于化學工程的模擬計算,現在化工領域中,計算流體力學已經成為流體流動和傳質的重要研究工具。
在各種化工裝置中,計算流體力學都可以進行模擬、分析、預測,比如說,可以在流體流動過程中,對于其中的傳質、傳熱進行預測,比如在蒸餾塔中進行的兩相傳質流動狀態的模擬,在模擬加熱器里進行的傳熱效果的模擬;在攪拌槽混合設備可以進行模擬設計、放大;可以對化學反應及反應速率進行描述分析,并在反應器中進行模擬,比如可以在燃燒反應器、生化反應器,可以進行反應速率的模擬;另外,還可以進行一些設備的分離、過濾、干燥方面的模擬,以及一些裝置內流體流動的模擬。
2 計算流體力學在化學工程中的應用
2.1 計算流體力學在攪拌槽中的應用
由于攪拌槽內部流動比較復雜,現在,攪拌混合仍然還沒有形成完善的理論體系,在對一些混合設備,比如攪拌槽等,進行放大設計的時候,往往經驗成分要多于理論計算。在實際的工業體系中,尤其是快速反應體系,還有高黏度非牛頓物系,不同程度的非均勻性存在于工業規模的反應器中,而且,不均勻性的嚴重性是隨著規模的增大而增大的。所以,目前經驗放大設計的可靠性,正在迎來前所未有的挑戰,這就更有必要需要,更深入的對攪拌槽的內部流場展開研究。
最初,Harvey等對攪拌槽內的流場,利用計算機進行二維模擬,這些年來,通過采用計算流體力學的方法,對攪拌槽內的流場進行研究的技術,取得了較快的發展,這種方法在節省大量研究經費的同時,也可以獲得實驗所不能得到的數據。之后,Sun等針對攪拌槽氣液兩相流動,利用計算流體力學的湍流模型進行了三維模擬,實驗結果顯示,計算流體力學能很好地對攪拌器上部氣體分布進行預測,對攪拌器底部區域的模擬卻沒有取得較好的效果。后來,Javed等也通過計算流體力學軟件Fluent,對Rushton型渦輪攪拌槽湍流,作了與時間相關的三維數值預測,和實驗結果比較顯示,攪拌葉輪上下平均速域,兩項結果一致,但在湍動能的結果上,計算值和實驗結果還是存在一定差異的。
之后,又進行了許多類似的實驗,實驗證明,通過計算流體力學與數字粒子圖像測速儀相結合,有益于更深入地對攪拌裝置進行研究。通過數字粒子圖像測速儀的測量數據,可以對計算流體力學的計算結果進行驗證,另外,數字粒子圖像測速儀的測定點速度,也可以作為計算流體力學的邊界條件。除此之外,多普勒激光測速儀也可以與計算流體力學相結合,用于研究攪拌。
2.2 計算流體力學在換熱器中的應用
在化學工程中,換熱設備應用比較廣泛,它可以詳細、準確地對殼程的流動、傳熱特性做出預測,這不僅有助于設計經濟和可靠的換熱器,還有助于對現有管殼式換熱器的性能做出評價,在工業的應用過程中起著十分重要的作用。
管殼式換熱器不僅具有比較復雜的幾何結構,而且流動、傳熱的影響因素也比較多,通過計算流體力學,利用計算機對換熱器殼側流場進行模擬,這就有助于對殼側瞬態的溫度場、速度場加以了解,這是其它方法所難以掌握的,這就方便了對換熱器的機理分析以及結構優化。
其中,一些國外專家針對換熱器內,流體流動的計算流體力學模擬展開過一些研究。熊智強等專家,針對換熱器弓形折流板流場,利用該技術進行了數值模擬,研究結果表明,在弓形折流板的背面,存在著流動死區,導致一些區域的流速偏低,通過在弓形折流板上開孔,計算流體力學計算結果顯示,其傳熱效率有了明顯的提高,殼側壓降有了明顯降低。
一般來說,管殼式換熱器中流體流動為湍流,與此同時,在實際的應用過程中,管殼式換熱器中管的數量又比較多,這就給計算增加了難度?,F在,針對于管殼式換熱器殼程流動的研究,主要采用的還是二維、三維單相研究方法,另外,三維兩相還有多相的計算流體力學模擬應用的還是比較少的。
2.3 計算流體力學在其他方面的應用
在其它的一些化工領域中,計算流體力學的應用也是比較廣泛的。比如說,在精餾塔中的應用,在薄膜蒸發器中的應用,在燃燒反應器中的應用,在生化反應器中的應用,如下進行簡要概述。
在精餾塔氣液兩相流動、傳質的研究過程中,計算流體力學是其中的一項重要工具,通過進行計算流體力學模擬,可以微觀的檢測到塔內氣液兩相流動狀況。當然,在模擬精餾塔內流體流動上,計算流體力學模擬也存在一些不足,比如說,在規整填料塔內流體流動的模擬上,模擬結果與實驗值還是存在一定偏差的。這主要因為數學模型還不夠精確,這就要求無論在流體力學的理論分析上,還是實驗研究,都需要進一步加強。
通過計算流體力學的應用,對薄膜蒸發器內各種場分布實現成功預測,這就在薄膜蒸發器內,進一步滿足了對液膜流動、傳熱、傳質機理的研究。但是由于在薄膜蒸發器內,蒸發過程比較復雜,無論國內還是國外,基于計算流體力學技術,針對薄膜蒸發器流體流動特性所展開的研究還是比較少的。
在各種燃燒系統中,計算流體力學的應用也是比較廣泛的。通過計算流體力學,在燃燒過程中,可以對各種狀態參數進行模擬,對燃燒器的燃燒過程加深理解,這不僅可以實現對燃燒反應器的優化,還可以相應的控制污染物排放量。
另外,在生化反應器模擬研究的過程中,計算流體力學也是一個重要的手段。生物反應器包括攪拌式生化反應器、氣升式環流反應器等,通過對計算流體力學技術的應用,不但可以獲取速度場、溫度場、濃度場等方面的詳細信息,還有助于對生化反應器優化、設計、放大等方面的研究。
但是,目前計算流體力學技術仍然不是很成熟,比如說,一些復雜物理、湍流、反應等現象,還不太容易找到合適的模型,在許多問題的應用上,數學模型也不夠精確。這就需要工作人員要針對研究對象,做出合理的選擇。即便如此,在化工過程研究中,計算流體力學技術已經成為不可缺少的工具,相信隨著科學技術的發展,在化工領域中,計算流體力學技術將會得到更廣泛的應用。
參考文獻
[1] 張少華.化學鏈燃燒系統設計與計算流體力學模擬.華中科技大學碩士學位論文.2011(07).
中圖分類號:G424 文獻標識碼:A 文章編號:1673-9795(2014)02(b)-0030-02
近年來,作為在新的歷史時期全面推進我國高校人才培養模式改革的重要舉措,中國礦業大學(北京)大力開展全面建設研究型本科教育教學體系,加強學生創新能力的培養,落實“創新教學環節”的教學改革研究?!皠撔陆虒W環節”由創新方法類課程、創新實踐活動組成。包括科研導論課、科研技能實踐、以及大學生創新訓練項目等等。然而,大學本科生在校的大多數學習時間還是以課堂為主,如何對課堂教學進行改革,以適應研究型本科教育教學體系的需要,是本文探討的問題。
1 流體力學課程的指導思想及定位
流體力學是工程力學專業的核心基礎課程,為后續課程提供必要的基礎知識和應用工具。因此,牢固掌握流體力學課程的基本內容,熟練運用該課程的基本方法,透徹理解其基本思想,是打開力學專業階段學習的關鍵。對于流體力學這門課的普遍認識是,老師們難教,學生們難學。究其原因,是因為學生在中學沒有接觸過流體方面的知識,是“懵懂無知”的狀態;而到了大學,一開始就要接觸流體的性質、模型、運動學和動力學的概念,是“被動接受”的狀態。這對于大學生來說勢必會感覺很難,從上課聽不懂,習題不會做到上課不想聽,習題抄答案,形成惡性循環,而教師的灌輸式教學更使得這門課預期達到的教學目標難以實現。學生的基礎沒有打好,對于后續課程的學習勢必產生不良影響。如何使學生在學習過程中既能獨立思考,又能積極響應教師的互動提示,進行有效的互動,這是提高教學效果的關鍵所在。
以學生為主體、教師為主導的互動式教學思想[1]在教學工作中逐步得到鞏固和落實,在教學方法的改革上取得了可喜成績。但是,要真正實現“教以學為本”[2],還需要不斷在教學思想、教學方法、課堂結構等諸多方面進行創新性的探索與研究。作者近年來一直從事流體力學課程的教學工作,對如何讓學生學好這門課進行了一定的研究。作者認為,啟發式教學[3]對于流體力學難教、難學這一問題是一有益的解決方案。通過在課堂上與學生互動以及在適當的時候對學生進行啟發,能夠改變流體力學課堂沉悶,學生不想聽講的氛圍,同時對培養學生的力學修養與力學能力大有裨益。教師在教學過程中切實重視、真正確立學生在學習過程中的主體地位,通過學生自悟、質疑、寫練的同時,加強學生主體之間的信息交流,以及教師的適時點撥啟導,構建“互動啟發式”這一課堂教學結構體系,能更好地讓學生學會學習,逐步提高學習修養。
作者針對上述問題,參考了國內外教學資料,結合多年教學經驗,并以工程力學08級的“流體力學”教學為研究對象,成立了“巖爆研究大學生創新小組”。小組成員利用課余時間,參加重點實驗室的科研活動,在北京市學會第17屆學術年會上了表了三篇論文[4~6]。小組成員的學習熱情、學習成績、研究水平得到了很大的提高。由此可見“互動啟發式”教學適應教學改革的需要?!盎訂l式”教學方式改變了過去那種學生被動接受的狀況,它要求教師的教學必須以調動學生的積極性為主,學生是主動的參與教學,而不是被動的去記憶。作者在教學中發現,互動啟發式教學方式是教師學生“雙贏”的教學方式,它促進了師生間的情感交流,調節了課堂氣氛,是符合大學教學大綱的新選擇。
2 流體力學的基礎性、前沿性和時代性
《流體力學》課程是計算流體力學、多相流動、非牛頓流體力學的基礎性理論。同時,本門課程對于許多理論性較強的學科,如工程熱力學、傳熱學、應用數學、應用物理學、流固耦合、滲流力學等,都是必不可少的基礎理論課?!读黧w力學》課程中的許多專題:如邊界層理論、湍流、渦動力學、水波動力學、氣體動力學等都是發展迅速的前沿學科。當前,隨著環境和資源探測要求的增長與技術進步,出現了許多或以流體力學為基礎、或與流體力學相交叉的新學科,如CCS(碳固存)、煤巖中的瓦斯流動、多場耦合、多相流及非牛頓流體力學;特別是隨著高超音速飛行器和運載工具、超靜音潛艇、以及現代武器系統的發展,為流體力學學科提出了更多的新問題,也為學習《流體力學》的學生提供了廣闊的發展空間。
3 流體力學教學改革的嘗試和成效
在教學中努力踐行“研究型學習”[7]與“創新型人才”[8]的培養。開展“互動啟發式”教學法改革,培養學生積極思考、研究型學習、創新型思維的能力。在平時成績考核中,增加了“研究報告”一項,指導并鼓勵學生針對書中的重點、難點問題進行深入研究,在創新教育理念與研究性教學相融合上做出了有益的實踐。
3.1 教學方式的改革
《流體力學》課程的特點是:理論性很強,對學生的數學基礎要求較高。例如,除了需要了解一般張量變換和指標運算的規則外,還需要了解張量場論、曲線坐標系下的張量微分學、微分幾何中關于點、線、面間的拓撲關系;以及由Gaussian定理、Stokes定理、標量勢、矢量勢、Helmholtz張量分解定理、向量場的梯度來表示流體力學的求解域,需要了解它們的幾何意義以及在流場幾何描述中的應用。另外,在對不同流動現象的偏微分方程定解問題的求解中,需要講解有關的數學物理方法的背景知識,如解波動方程的行波法、求解渦旋場中的格林函數法等。僅采用PPT教學,難以表達在定理推導或偏微方程求解中的思辨、引證與推理過程。
因此,將傳統“板書式”教學與現代教育技術相結合,各種方法互為補充,探索啟發式教學法的創新,采用了以下的教學方法與教學手段:
(1)對于建立流體力學基本方程組或偏微分程求解過程中的數學推導,采用板書講解為主,PPT為輔的教學方法。由于多數學生的張量場論與張量微分學的基礎較薄弱,在從這些定理出發建立流體力學基本方程的教學中,需要進行較長時間的數學推導,很容易造成學生的疲勞。采用傳統的“問-答”為主的“啟發式”教學法,往往得到“啟發”的只是部分基礎較好的同學,多數學生很少能主動響應,容易形成流體力學“難以學懂”的印象。
針對上述問題,創造性地設計了“互動啟發式”教學法。所謂“互動啟發式”教學,就是在設置啟發問題過程中,對被啟發對象的思維過程施加以強烈的影響,激發學生深入思考的方法。具體是,在理論學習、定理推導、或典型例題講解過程中,由老師首先進行提綱式講解,針對教材中的重點且難點問題,要求學生進行一定時間(5~7 min)的課堂練習作業,啟發學生提出問題。最后,再由老師進行板書講解的“講解―學生練習-提問―再講解”的課堂教學過程。
“互動啟發式”教學法實施的關鍵,是由教師對講解的問題進行綱要式分析,給出主要思路并交待相關背景知識,對其中的關鍵問題設置疑問點;在學生進行5~7分鐘的課堂練習過程中進行巡查,發現學生遇到的難點并適時提問,最后,有重點地進行分析與講解。在這一過程中,給學生提供了一個獨立思考的機會、創造了一個平等、自由的提問環境,使學生可以毫無顧慮地與老師交流,也便于老師及時發現問題。老師在學生達到思維臨界點時的講解,學生的印象深刻,可以達到事半功倍的效果。
(2)對于流體力課程中應用型專題和涉及實際物理現象較多的章節,采用PPT或錄像為主的現代化教學方法。這樣,可以在有限的課時內,在使學生充分掌握書中的理論知識的同時,對相關的物理現象有感性認識,加深對理論知識理解,以激發學生的科學探索精神,提高學生的學習興趣。為此,通過課程建設,編制了實驗錄像。實驗錄像介紹流體力學理論的背景知識,如有關流體粘性、壓縮性、靜力學實驗、伯努利方程實驗、雷諾實驗、邊界層流動等,利用PPT等現代化教學方法在課堂教學中加以運用。
(3)耐心、細致的課后輔導。對于在課堂上提出問題的學生,無論問題對錯、難易,在回答問題前,首先用“這是一個很好的問題,……”“你的問題很重要,……”等加以鼓勵,然后再回答問題;對勤于思考的同學加以表揚。
(4)改革考試的形式和內容,促進教學質量的提高。教學實踐中,對期末考試進行改革:平時成績定量化計分制;要求每位同學選擇教科書中的一個專門問題進行研究,提交一份專題研究報告;在期末考試卷面成績出題中與評分中,強調解題的分析過程。通過上述方法,在考試內容上,將知識測試與創新能力測試相結合。
3.2 教學改革效果
自我校工程力學專業開設《流體力學》課程以來,作者一直致力于以創新型人才培養、研究型學習方法建立為目標的教學改革,在不斷提高自身理論水平的同時,提出了“互動啟發式”教學方法并在教學實踐中加以運用。學校教學督導組的資深老師多次聽課,都給予了很高的評價。在授課中注重板書推演、思辨清晰、嚴謹、通俗易懂,在課后熱情輔導同學們的學習與創新研究活動。作者的授課及輔導受到同學們的廣泛歡迎。
4 課程特色
力學專業《流體力學》課程理論性強、對張量分析、場論、數學物理方法與特殊函數等數學基礎知識要求高。作者在不斷提高自身的理論水平、積極開展教學研究與改革的基礎上,形成了以下課程特色:
(1)在建立流體力學基本方程組與求解流場數學模型過程中,板書推演思辨清晰、嚴謹、通俗易懂,對所需的張量、場論、數學物理方法背景知識可進行詳細分析或精講。為使理論分析連續、易于啟發學生的思維,撰寫了近60萬字的背課筆記/授課講義,在板書推導中,多數情況下可以脫稿講解。
(2)采用“互動啟發式”教學方法,在課堂上形成與學生間的良好互動,啟發學生的自主思維、深入思考,以達到深入理解復雜數學、力學理論的目標?!盎訂l式”教學方法不斷充實完善,形成了包括課堂的即時啟發教學、平時的考察輔導與期末考試互相支持的系統方法。為研究型學習與創新型人才培養提供了有力保障。該方法得到了越來越多的認同。工程力學系的同仁,如黎立云教授、祝捷副教授等老師都采用了“互動啟發式”教學法,并形成了自己的特色,取得了很好的教學效果。
(3)強調“研究型”學習方法。在平時的作業中,要求學生將每一道習題當作一個“模型科學問題”,以論證與推演過程是否合理來評價學生作業的優良等級。對學生的作業認真評分并計入平時成績。允許作業成績不理想的同學可以重作,重新評分。另外,要求學生在課程結束前,選擇書中的問題提交一個研究報告,老師給予輔導、評分,并計入平時成績。以上措施在培養學生的研究型學習方法上起到了十分重要的作用。
(4)積極引導、支持學生開展創新科研活動。指導學生針對教學中的重點和難點開展解題方法、教學方法的研究,并將結果撰寫成研究報告或教改論文。在授課期間,對有學生要求給予科研的學術指導,總是熱情響應。
5 流體力學教學工作的展望
(1)繼續充實、完善習題庫、多媒體課件、實驗錄像等教學資源,實現優質教學資源共享。
(2)以創新型人才培養、研究型學習方法為目標,繼續開展教學方法的研究,不斷完善“互動啟發式”教學方法的內涵。
(3)現有的力學專業《流體力學》教材或深度不夠、或難于自學。準備在多年流體力學教學積淀與撰寫的講義的基礎上,出版一部通俗易懂、學術水平高、具有礦業特色的流體力學教材。
(4)目前的張量分析、場論的教材大都比較抽象,受眾較少。準備集自己多年在微分幾何、張量與場論理論的學習心得,在撰寫的講義基礎上,出版一部側重于講解張量、場論主要定理幾何意義及其在流場描述應用的學術論著,作為力學專業《流體力學》課程的參考教材。
(5)跟蹤國際上最新研究成果、發表高水平科研與教改論文,提高自身素質,促進教學水平的提高。
6 結語
用“互動啟發式教學”法進行教學,不但能使學生順利地接受新知識,而且教給學生利用已有的知識通過歸納總結去認識新知識的一種有效的學習方法,這就給了學生一雙點石成金的手。同時,由于采用對比、比喻等方法,引進一些生動活潑、通俗易懂、典型直觀的事例,不僅使教學雙邊活動有聲有色,而且在重溫舊課時輕松愉快的認識和掌握深奧、抽象、復雜的概念和規律,起到事半功倍的效果。“互動啟發式教學”是傳授知識、啟迪思維提高教學質量的重要手段,是一種行之有效的、科學的教學方法。
總而言之,作為大學教師,為了改革傳統的教學模式,必須在了解自己學生的基礎上采取相應的教學策略和教學方式?;訂l式教學方式克服了傳統教學方式的不足,調動了學生的積極性和主動參與性,它是大學教學改革的必然要求,應該堅持并努力完善這種教學方式,使教學真正做到學以致用。
參考文獻
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為了進一步深化教學改革,加強課程建設,浙江工商大學建立了校級預選精品課程及責任教師制,為校級精品課程、省級精品課程以及國家級精品課程奠定良好的基礎。而環境科學與工程學院的《工程流體力學》于2006年即被選為校級預選精品課程,目前正以校精品課程的標準進行建設。
一、課程建設的指導思想
精品課程建設是本科教學的一項重要的基礎性工作,代表著學校的辦學特色和學科專業優勢,是學校重點專業建設、培養高層次專門人才、開展科學研究、解決經濟建設和社會發展過程中重大問題的重要基礎。各學院必須充分認識到校級精品課程建設的重要性和迫切性,切實采取措施。加大課程體系優化和課程整合的力度,加快教學內容、方法和手段的改革,抓緊課程教學隊伍建設,造就一支結構合理、教學水平高、教學效果好的課程教學隊伍,努力使這些課程進入相關專業領域的全省乃至全國先進行列。
二、精品課程建設的主要任務
1.圍繞經濟建設和社會發展中的問題,根據社會經濟發展及產業結構調整的需要和學校課程發展規劃,堅持優化學科專業結構,提高專業人才的培養質量。
2.利用學科專業具備的科研、教學等基礎條件,以專業人才培養模式改革為切入點,以專業課程建設為核心,以加強課程教學基本條件建設為保障,提高學校課程的整體教學質量。
三、精品課程建設的實施方法
1.強化教師的學科意識和團隊精神
在工程流體力學的教學改革中,采用多名教師協作教學,形成教學梯隊,加強團隊協作。形成新的教學模式。針對課程的結構,學院成立了課程教學課題組,聘用不同專業背景的教師擔任這門課程的講授任務,從而形成有專業特色的課程教學團隊。在團隊建設中。形成了老中青三個層次的教學骨干,共有教師7人,其中3位教師主講,2位小班討論,2位輔導,具有博士學位教師5人,占教師總數的71%;副高職以上3人,占教師總數的43%;40歲以下教師6人,占到教師總數的85.7%;形成了較為合理的學歷結構、年齡結構和學緣結構。課程負責人孫培德教授長期從事工程流體力學教學,具備良好的師德和較高的學術造詣,人才培養成績顯著,教學經驗豐富,教學效果良好,同時言傳身教培養年輕教師開展工程流體力學課程的教學工作,使得課程教學隊伍教學水平大幅度提高,教師之間團結協作精神好。團隊成員承擔各種教學研究課題并發表多篇教改論文,解決學生的創新能力與工程能力培養問題。對環境工程專業與工程流體力學課程的教學改革起到積極引導和促進作用。
授課教師分工協作,分別負責基礎理論知識、能量水力計算以及工程實際應用三部分的內容,突出理論知識的系統性和完整性,同時又增加了部分討論內容提高學生的學習興趣,通過教學與科研結合,將任課教師的科研經歷及最新學術成果溶入教學中,對教學過程起到深化作用。在教學過程中。根據每位教師的知識體系結構和專業背景的不同,配合不同的課程教學內容進行講課,發揮團隊合作精神,避免授課內容重復以及內容講授不完全等問題,將課程內容完整化,統一化。
2.改革工程流體力學教學內容
我校是一所以商科為特色,經、管、理、工各學科共同發展的教學研究型大學,以應用型專門技術人才為培養目標,生源來自全國各地,就業面寬。《工程流體力學》作為環境工程專業的一門專業基礎課,以研究流體(液體和氣體)平衡和機械運動規律為核心,通過各教學環節的學習,使學生掌握流體運動的基本概念和計算方法,并能應用流體力學的基本理論,加上實驗數據以及數值模擬或經驗公式來解決工程中的實際問題;培養學生分析問題的能力和創新能力,為學習后續課程,從事工程技術工作和進行科學研究打下必要的基礎。
從2001年環境工程00級學生首開“流體力學“課程,采用北京大學出版社出版的《流體力學教程》,隨后,為了更適應工商管理類大學工科學生的授課需求。從2002年環境工程01級學生開始,課程名稱改為“工程流體力學”,教材采用西南交通大學出版社出版的《水力學教程》,隨后幾年至今。課程教材從第一版更新為第三版,增加了邊界層理論簡介、有壓管路中的水擊現象等內容。具體的知識模塊課時分配計劃為:
第一章 緒論
4學時
第二章 流體靜力學
6學時
第三章 流體動力學基礎
6學時
第四章 水頭損失
6學時
第五章 有壓管道的恒定流動
8學時
水力計算可視化教學與討論
2學時
3.完善教學條件和網絡教學
(1)可視化教學
組織力量編制《工程流體力學》ppt課件、課堂全程實施多媒體課件教學,利用水力計算可視化教學軟件以動畫形式演示本課程部分內容。例如,第三章水動力學基礎部分流線和跡線、元流和總流、恒定流與非恒定流、均勻流與非均勻流、漸變流與急變流等概念非常抽象、易混淆,在教學過程中,我們通過可視化仿真軟件,以動畫形式將各種的流動形態形象展現在學生面前,原本抽象的概念變得清晰易懂,深受學生歡迎。
(2)擴充性資料
為激發學生的學習興趣,促進學生自主學習,向學生推薦了一些與本課程相關的參考書目、國內外期刊等擴充性資料,以便學生獲取與本課程相關的知識信息。包括一些參考書目:①清華大學水力學教研室編,水力學,北京:人民教育出版社,1980 ;②年,水力學,北京:中國建筑工業出版社。1998。修訂版,2002;③陳文義,張偉主編,流體力學,天津:天津大學出版社,2004;④禹華謙主編,水力學學習指導,成都:西南交通大學出版社,1999。以及一些與環境工程專業相關的外文專業期刊:EnvironmentalScience & Technology, Water Research, International Journal for Numerical antiAnalytical Methods in Geomechanics,Intemational Journal of Environmental Pol-lution, Chemosphere,Journal of Hazardous Materials. Applied Catalysis B: Envi-ronmeatal, Chemical Engineering Science. Chemical Engineering Journal.省略/,觀看該課程完整的教學文件和多媒體課件,進行預習和復習,并可通過在線答疑解決問題,較好地滿足了課程所需。
4.提高課程教學方法及手段
本課程的重點和難點主要在于流體連續介質的理論模型、公式推導應用以及實際環境工程實踐中的應用,如實際液體恒定流能量方程式的應用、管路沿程阻力系數變化規律的確定、管網計算等。因此,要解決學生難掌握理解的辦法主要是在實際教學中,采用多種教學方式和手段,突出重點,化解難點,使學生全面理解與掌握流體力學的理論與方法。
(1)以課堂講授為主,突出理論知識的系統性和完整性,同時根據本課程特色及在教學過程中發現的問題,本課程組老師正組織力量自編教材,將水力計算可視化教學及國內外最新的研究動態整合到新教材體系中,滿足環境類專業流體力學課程的教學需要。
f2)對課程的核心概念體系進行提煉,理清概念間的邏輯關聯,由簡單到復雜,由具體到抽象。讓學生建立起清晰的理論概念,并通過大量的例題來加深學生對基本原理的理解和計算公式的運用。并在課程網站上進行試題自測,考試題目從試題庫中隨機抽取,并與人為修正相結合,實現教考分離。
(3)開展實驗教學。目前,我們通過購買流體力學仿真軟件,首先在網上實現各種流體力學實驗的模擬操作,包括伯努力方程實驗、雷諾實驗、流體流動阻力測定實驗、畢托管測速實驗、局部阻力實驗、孔口與管嘴實驗、離心泵性能曲線測定等等,使學生了解這些實驗的基本流程、操作步驟、數據處理,為今后實際實驗操作提供良好的基礎。
(4)教學結合科研。將任課教師的科研經歷及最新學術成果溶入教學中,對教學過程到了很好的深化作用。該教學方法與手段使學生在畢業設計時。能應用本課知識進行設計,培養了學生的創新精神和實踐能力。
(5)開展“大班教學,小班討論”教學模式。不定期舉辦課外講座(如流體力學與日常生活、流體力學在環境工程中的應用等),進行小班討論,也可進行網絡教學及對話,使教學手段等豐富,教學過程更深化。
四、精品課程建設的近期規劃
1.建設新教材體系,編寫與本課程配套的精品教學及實驗教材,自主開發仿真教學軟件,建設工程流體力學教學實驗室。
2.進一步完善豐富網絡教學。提供該課程國內外相關知識內容、專業資料,通過現有網站,促進國內外同類課程間交流,擴大我校《工程流體力學》課程的社會影響力。
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)24-0218-02
工程流體力學課程在我校這一工科院校中,長期以來,本科生在未學習之前,已經從他人那里了解到,這門課很難,不好學,不好過關。學生認為流體力學難學的后果,直接反映在多年來很少有人、甚至無人報考我校工科流體力學方向的碩士和博士,致使我校工程流體力學方向后續人才短缺,學科建設出現重重困難。那么作者希望學生在學習這門課程的過程中,是輕松、主動而有興趣地去學習。為了幫助學生克服畏難情緒,對工程流體力學課程學習產生興趣,輕松學好這門課,作者在十幾年的教學過程當中,積累了一些經驗。開好頭,為課程打好良好的第一印象非常關鍵,所以作者非常重視第一次課的講授內容,以增強學生學習信心和培養學習興趣為主要目的,為順利完成該課程的學習奠定基礎。
一、第一次課的教學內容
在第一次課,首先自我介紹,然后點名相互認識,留下聯系方式,介紹教材和參考書,授課的章節和學時安排等常規內容外,講授內容主要分為兩大塊:(1)上課要求;(2)緒論。
1.上課要求。上課要求主要包括課程學習目的和意義、出席和上課紀律要求、作業和實驗報告要求、考核方法等內容。①學習目的和意義。學習目的和意義按照大綱要求,掌握流體力學的基本知識,及其解決問題的基本方法和基本實驗技能。強調“基本”的含義,因為是首次接觸本課程,系統介紹流體力學知識,對大家的要求是“基本”的,同時也強調僅這些即將學的基本知識也能夠解決一些工程應用的問題,并簡單舉例。②出席和上課紀律要求。出席和上課紀律應該遵守學校規定,但是考慮到學生個體的不同。所以有必要讓學生清楚什么樣的行為是被接受的、允許的,不要出現行為困難的問題。③作業和實驗報告要求。作業和實驗報告會出現抄襲現象,回避是沒有用的,所以上課時直接指出來,希望將抄襲現象弱化。指出要借鑒,而不是抄襲。這樣大大降低了學生不經過理解地抄襲作業現象。④考核方法。將考核方式明確地告訴學生,是平時成績和課程結束后的閉卷考試成績各占一定比例,綜合評出成績。并計算出考核通過的最低考試成績。同時強調不存在不通過比例。這樣可以避免兩種不良現象發生,一是學生會盲目認為很難學,不能過關而放棄學習,二是成績差的學生會因為排名總在后面,而放棄學習。
2.緒論。緒論主要包括工程流體力學研究內容、課程特點、研究方法、解題步驟、學習方法和大學生認知階段,等等方面。重點講前三點涉及的內容。①流體力學研究內容。講述工程流體力學研究內容首先展開講解的是研究對象為流體,此時雖然沒有講流體的定義,但是還是提出請學生舉例哪些物質是流體?讓學生從最簡單的問題開始流體力學知識的學習。學生說對了予以肯定。學生會將多相流和塑性物質列進來,也要說清楚與本課程所學流體的區別和聯系,并將學生想不到的流體補充出來,還告訴學生目前最新研究方向在處理流固相互作用時有提出將固體處理為特殊流體,以簡化流固交界面的處理;還有已有研究表明固體顆粒的高速運動遵循流體力學規律,以及當車流量和人流量很大時,被稱為交通流,猶如流體流動一樣,那么在后續課程講解中可將高密度、大流量的人群流動現象用來形象化的闡述流體的運動規律,幫助學生理解抽象的流體運動規律,使問題直觀。還需要指出,最常見的流體是空氣和水,人類無時無刻不處于空氣和水當中,提醒學生在學習的過程中,可以將所學知識放到自己熟悉的環境中去理解,比如池塘或小河中的水、教室里的空氣,等等。將理論知識與生活結合起來,既能幫助理解所學知識,又能將知識應用起來,提高學習興趣。②流體力學課程特點。流體力學課程的特點主要講三點,一是一門技術(專業)基礎性課程;二是用場的觀點研究問題;三是概念多、公式多。它是一門專業基礎課,從實踐中抽象出來,再應用到實踐中去;所以課程知識可用于解決工程實際問題。用場的觀點研究問題。首先提問,說到“場”大家會想到什么?有的同學很高端大氣上檔次地回答重力場、電場、磁場,那我繼續問還有呢?有的學生開玩笑說操場,好像在說操場不夠檔次、不夠科學。而我肯定“操場”,因為是相同的“場”字嘛,而且還有工場、商場、廣場等。然后引導學生思考,既然用相同的“場”字,其中必有共同點,它是什么?學生想出來了,是某某占據的空間。以此類推,流體占據的空間就是“流場”,概念很容易就被理解了。同時還讓學生意識到科學不是高不可攀的,做科學時不要端起架子,它是很貼近生活的。流場的概念出來了,但是其空間的大小呢?這個問題也必須解釋清楚。首先提出兩個問題讓學生思考:海洋是海水占據的空間,是一個流場嗎?大氣層是空氣占據的空間,是一個流場嗎?其實流場的大小與我們要研究的空間范圍有關。比如,我們現在想知道教室內空氣的溫度分布,那么要分析的流場就是教室內空氣占據的空間;如果要預報中國天氣,那么中國上空的大氣層或者更大范圍就是要研究的流場;如果想了解南海海洋環流、潮汐流動等,南海海水占據的空間就是要求解的流場。將抽象概念與實際結合,在易于理解的同時,引起學習興趣。在此基礎上,進一步與物理量場聯系起來,流場中的物理量,比如速度,是時間和空間函數,被稱為速度場,還有壓力場,等等。場是具有連續無窮維自由度的系統,那么流場的速度場、壓力場,等等具有連續性,與第一章中連續介質假設內容一致,在這里提到,為后面學習埋下伏筆。概念多、公式多的原因是因為在以前的學習過程中鮮有接觸與流體力學有關的知識,導致大量的專業術語集中出現。但是這些概念、公式并不是全新的。比如流體質點的概念與以前物理中所學的質點概念是很一致的;多的公式其實是質量守恒定律、牛頓定律、能量守恒定律、動量定理,等等在流體力學中的表達形式,比如連續性方程是質量守恒定律的表達形式,伯努利方程與能量守恒定律相吻合,歐拉方程、Navier-Stokes方程是牛頓運動定律的表現形式,動量方程是動量定理的表達,把要學到的主要方程名稱在此敘述一遍,目的是讓學生有個初步接觸,為后續學習打下鋪墊。③流體力學研究方法。流體力學研究方法主要有三種:解析方法、實驗方法和數值計算方法。本課程主要介紹解析方法,有一章是專門介紹實驗研究方法的,而數值計算方法本課程幾乎不涉及,由計算流體力學講解。并強調,求解的基本方程是連續性方程、歐拉方程或Navier-Stokes方程,那么為什么基本方程一樣,可以求解出各種不同的流動?于是提出邊界條件和初始條件的概念,使邊界條件和初始條件的重要性一目了然;也為后續學習打下基礎,并引起學生的興趣和重視。
二、結論與展望
通過第一次課,使學生對整個課程的要求、特點、內容有一個整體了解,做到心中有數,克服不良情緒,從不同方面讓學生做好學習的心理準備。第一次課,如果是一個良好開端,并為后續學習做了大量鋪墊,使學生獲得了自信,并激發了其學習的興趣,學生后面的學習將會順利很多。工程流體力學是大部分工程專業的重要基礎課程,作者希望學生靈活掌握流體力學知識,并能夠在工作中活學活用。
參考文獻:
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前言
流體無固定形狀,即使受到的剪切力再小,只要持續存在,其變形便會隨時間持續增大,不像固體那樣,一定的受力只能產生一定的變形。流體力學的基本理論非常嚴密,描述流體流動現象的數學方程非常復雜,高度非線性[1],因此學生對流體力學敬而遠之的現象比較嚴重。此外由于因特網及電子計算機的普及,各種虛擬現象泛濫,在這樣的環境下成長的學生接觸和感受實際發生的各種流體流動現象的機會大大減少,對自然現象的觀察和理解能力很弱。很多學生在接受流體力學教育之前所受的應試教育的影響下[2],學習只是為了在短時間內對給出的試題做出接近正解的答案獲得高分,這種教育具有多大的意義,近年來許多學者從教育學的角度提出了疑問[2]。只有直面實際的流體流動現象,抓住問題的本質,才能誕生真正的學問和研究。筆者基于對本科和研究生的流體學教學中存在的難點和問題,指出了重視流體流動現象的觀察和理解對提高流體力學的教學效果的必要性和重要性。
一、流體力學教學面臨的問題
(一)新形勢下學生所處的社會環境變化
學生從小利用電腦打電子游戲的玩耍時間和機會大大超過了自己親自動手制作道具及模型的體感玩耍時間,通過體感玩耍接觸和觀察自然現象的機會大大減少。
因特網的普及使得在短時間內獲得大量的信息或實時獲得信息成為可能,近年來出現學生過度依賴因特網的傾向,疏遠了紙質圖書及相關文獻這些知識比較系統邏輯性也有保證的傳統信息載體。但因特網上除了正確的信息外,還有很多不準確甚至錯誤的信息,即使是正確的信息,各信息段之間也缺乏系統性,因此學生僅通過因特網難以建立系統的知識體系的。
手機在學生中的普及也使得學生們在實際問題時,不是自己獨立分析問題,找出問題發生的原因,而是直接利用手機詢問他人求得答案,這樣很難培養獨立制定計劃,對可能事態進行預測,獨立進行解決問題的能力。這恰恰是對一個未來走向社會成為一個優秀的技術人員的必經的磨礪之道。
(二)流體力學教學面臨的問題
流體流動的力學模型及其運動的物理意義難以理解[3]。流體粘性產生的模型與牛頓粘性定律之間的對應關系就是最好的一個例證。大多數學生雖然能夠使用牛頓粘性定律進行計算,但對運動的流體為何會產生粘性卻不能正確的理解。的確,對于涉及到流體力學的某些技術或產品設計,只要懂得一定的計算即可,但是對于開發和設計全新的產品,如不能準確把握所涉及到的相關流體流動的物理本質,有時會產生完全錯誤的設計結果。
流體的運動狀態繁多,流體力學融合領域廣,要求學生掌握更多的學科預備知識,尤其對數學知識的要求更高,使部分學生覺得流體力學是難以接近的一門課。同一流動現象常??梢詮亩鄠€角度進行解釋,容易使學生產生混亂。比如對翼型的流體力學工作原理,可以從流體流動的動量變化、伯努利方程、壓力積分、流線的曲率變化等幾個方面進行解釋,解釋方法之多反而會使學生產生混亂,但每一種解釋方法都是正確的,解釋的都是一個本質,只有完全理解各種解釋方法所依據的理論,才可以解除認識上的混亂,將學到的知識條理化、系統化。
描述流體流動的數學方程高度非線性化,數學上求解比較困難。描述流體流動的納維斯方程和能量方程是否可以求解以及數學解的唯一性的證明需要微分方程、偏微分方程、多元積分等很深的數學功底,但近年來學生的數學和力學基礎存在下降的趨勢。
學生在進入大學前所接受的應試教育的影響很大,以考試成績自評學習效果的認識根深蒂固[4]。實際的流體流動現象往往沒有單純的標準答案,有時甚至存在多個解,重要的是抓住流動現象的物理本質,系統的理解流體力學的基本原理。
二、教學方法對應
解決上述問題的根本方法,筆者認為只有從流體力學教學上,直面涉及流體的各種現象,使學生準確的把握物理本質。為此在流體力學課堂上,廣泛采用流體模型教學和實例教學,增加學生觀察理解各種流動現象的機會,喚起他們對本門課的興趣的同時,讓他們形成為探究流動現象背后的物理本質進行思考的習慣,這對解決流體力學教學所面臨的問題至關重要。
使用電吹風斜向上吹一個讓學生事先準備好的氣球模型,沒經驗的學生會意外的發現氣球會向斜上方飄起。這一流體流動現象可從風從氣球上部通過時,由于氣球表面的影響風的流向會產生變化,也就是流線產生彎曲,根據風的動量變化必然產生使得氣球浮起的升力得到解釋,還可以從物體繞流邊界層效應得到解釋。從這一簡單的模型教學,還可以解釋飛機的機翼通過改變空氣的流向進而獲得升力的流體力學上的工作原理。
在一個裝滿水的塑料瓶內分別放入密度大于水和小于水的鋼球和泡沫小球,然后放在一個可移動桌面上,使桌面等直線加速運動,可發現鋼球運動較慢留在瓶底,而泡沫球運動較快停在瓶嘴附近。觀察這一個現象引導學生:泡沫球運動得較快是因為等加速運動瓶內流體的靜壓在運動方向上遞減形成壓力梯度,小球的前進方向的壓力大于等加速運動產生的慣性力,因此小球相對于塑料瓶向前運動;而作用于鋼球的前進方向的靜壓力雖然與泡沫小球相同,但慣性力大于前進方向的靜壓力,因此鋼球相對于塑料瓶向后移動。這一模型教學比一般教科書上關于流體等加速直線運動流體的靜壓分布的例題更容易使學生抓住問題本質,且能培養學生獨立思考之習慣,使學生體會到透過流體流動現象來正確觀察和理解把握流體力學基本規律的樂趣。
經常使用立式洗衣機的人都知道,洗完衣服后,衣兜總要被翻過來,假如原來兜里裝有硬幣等硬物,也會被掏出來[5]。把這個實例在課堂上講出后,學生們甚有興趣,追問其中的奧秘,當教師根據伯努利定律做出解釋并介紹伯努利這位集物理學家、數學家、力學家及醫學家于一身的瑞士的大科學家的基本情況后,學生們頓時對這位科學家充滿了崇敬之情,通過大量這種實驗模型及實例教學,學生們對學習流體力學這門課更有了興趣和信心,教學效果的提高自不待言。
三、結語
本文詳盡的分析了計算機、因特網、手機等現代化通訊工具普及后對學生產生的影響,由于流體力學課程知識體系的特點,這種影響產生的負面問題很多,尤其是教授成長在應試教育體制下走入大學的學生,更需要轉換認識,改變教學觀念,在課堂教學中廣泛植入實驗模型教學和實例教學,讓學生直面實際存在的各種流體流動現象,通過實際的流體流動現象的觀察和理解,達到生動及形象的把握這些流動現象背后的流體力學的基本定理,有效提升教學效果的同時,通過簡單實驗模型的制作還可提高學生的動手能力,這對學生走向社會成為一個具有創造性思維能力、獨立思考的優秀技術人員也是一個必不可少的雛形磨礪。
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[2]李丹,楊斯瑞.應試教育與創造性人才的培養[j].繼續教育研究,2009,25(2):180-185
一“以學生為主體”教學方式的內涵
“以學生為主體”的教學理論,目的是讓學生親身經歷知識的獲得過程,體驗成功的喜悅,培養學生的獨立性、自主性、創造性。教師應該注重培養學生的參與意識,為學生探究知識創設物理情境,激發學生的創造潛能。在傳統的教學中,教師是知識的擁有者、傳授者,是教學過程中的絕對“權威”,學生則是“容器”,教師講課的主要教學手段和方法是如何將知識輸送到所謂的“容器”中去[2]。整個課堂上教師是主導者,是核心人物,而學生則是服從者;課堂是教師講,學生聽;教師寫,學生記。教學中,學生完全處于被動狀態,主要依靠教師在進行消極地學習。該方法嚴重影響了學生創造力和想象力的發揮,不利于提高學生學習知識的興趣和運用所學知識的能力,這是與培養學生的創造性、自主性、獨立性教育目標背道而馳的。教師應是整個教學活動的設計者、組織者,應該扮演引導者和參與者的角色,學生才是教學活動的主體。因此,教師應該在把握住“以學生為主體”的教育模式的內涵的基礎上,努力為學生創造一種探究學習的氣氛或情境,讓學生根據探究的目標進行探索、甚至猜測,由學生通過自己的努力去獲得最后的結論,讓學生真正成為整個教學活動中的主體。當然了,“以學生為主體”的教學理論并不意味著教師的指導沒有必要,教師不僅要幫助學生營造一個良好的學習氣氛,更重要的是,教師在教學中應起引導和導向的作用。讓學生獨立自主地進行探究和學習當然重要,但是,為保證學生的探究和學習活動順利進行下去,教師的有效引導也是非常必要的。
二計算流體力學課程的特點
計算流體力學(Computational Fluid Dynamics,以下簡稱為CFD)是通過計算機數值計算和圖像顯示的方法,在時間和空間上通過數值解來定量的描述流場,從而達到對物理問題研究的目的的一門課程。CFD 可以作為一種研究工具去形象的展示流場的內部結構,從機理的角度解釋相應流動的特點;也可以作為一種設計工具對產品的性能進行預測,從而達到節省研發成本的目的??傊?,CFD 在現代生活和工業生產中的很多方面已表現出了巨大的作用[3]。
計算流體力學是流體力學的一個分支,它不僅是一種有效的關于流動和傳熱問題的研究手段,而且在幾十年的發展中,又自成體系而成為一門獨立的學科。CFD 是建立在流體力學的基礎之上的,它的主要目的是求解微分方程,所以要學好這門課程,就要很好的掌握計算方法、偏微分方程的數值求解等課程的基本知識,同時,還要有很好的物理問題抽像簡化能力及對結果的各種處理分析能力,正是由于CFD 課程的這種多學科交叉基礎的特點,所以將其設置為研究生課程,也正因為如此,大部分學生在學習該課程時,常感到該課程的理論性強、概念抽象、公式推導復雜等諸多難點。
三碩士研究生階段的教學特點
碩士研究生階段專業課與本科專業課相比有深、廣、新、專等特點,同時還要更高層次地體現素質教育的特點。所謂深,是指研究生課程應對該課程所涉及到的領域具有更深的論證、探討與描述,以使學生對本學科有更深層次的理解。所謂廣,是指研究生課程所涉及的內容應比相應的本科生課程涉及更廣泛的領域,特別是與本學科的交叉領域。所謂新,是指研究生課程的內容應主要反應該領域科學技術的最新成果、最新的理論、觀點與研究方法。所謂專, 是指與本科生相比,研究生教育具有更強的專業性,是為科研、教育、企業、政府、社會等各個部門培養實用的高級專業人才。研究生專業課的內容除了應具有上述特點之外還必須在更高層次上體現素質教育的特點,研究生的專業課教學必須在所有細節上都滲入素質教育的思想,使學生能夠在自我培養、知識創新、思想表述、學術交流、協作精神、競爭意識等方面都有所提高。碩士研究生專業課程的教學內容不應該全部都是完全成熟了的經典的理論與方法, 而是要讓學生了解本領域正在發展著的、有爭議的、探索性的觀點、假說、設計思想、研究思路、實驗方法,等等。這就要求學生具有自主的、批判與選擇的能動性;具有能夠發現問題,研究問題和解決問題的能力;具有將所學內容進行能動比較,融匯貫通和總結提高的能力;具有將所選定的研究方向和現有條件相結合并歸納與提煉出研究課題的能力。
碩士研究生一般都經過了完整的本科四年教育,大多數為本專業或相關專業的優秀畢業生。他們大都較好地掌握了學習方法,特別是自學方法,并已養成了刻苦鉆研的習慣。這一群體不但已初步掌握了本專業的最基本的理論基礎、基本概念,還掌握了在這一領域工作的基本方法與基本原則。具有了在本領域進行科學技術研究或工程設計的基本素質。同時,這一群體的成員都經歷過嚴格的畢業論文或畢業設計的工作與答辯過程,具有一定的獨立分析問題、解決問題的能力。因此,碩士研究生到了專業課學習階段,已具備了“學生主體”模式的教學條件。
四在教學和考試中應體現“以學生為主體”
研究生階段的教學不同于本科階段及其之前階段的教學方式,前者以“研”為主,后者則以“學”為主,所以研究生教學應以研究為導向,以創新或者說研究成果的數量和質量為評判優劣的標準。
1 教學方法的改變
培養研究生檢索文獻和自主學習的能力是實施“以學生為主體”教學方式的第一步。文獻檢索是研究生從事科學研究的最重要環節。科學研究是具有連續性和繼承性的,尤其是對剛從事研究性學習的學生,查找文獻資料,掌握某一研究領域的發展現狀及動態是進行研究性學習的第一步,這一步進行得好壞直接關系到以后一系列的研究活動。因此,在計算流體力學課程的學習中,教師可通過布置“文獻檢索”作業,讓學生根據自己的興趣愛好或課題方向查閱最新的中文或外文文獻,寫出此方向的文獻綜述;并鼓勵學生整理成科技論文向國內外相關科技刊物投稿,并爭取發表。研究生通過這樣的學習鍛煉,能提高他們的文獻檢索和總結提煉的能力,可為他們將來進行科研和撰寫畢業論文奠定一定的基礎。
開展課題研討活動,培養研究生解決問題的實際能力及口頭匯報能力是實施“以學生為主體”教學方式的關鍵。為達到此目的,教師在教學中可以將3~4 名研究生分為一個討論小組,為每個小組布置不同的研究課題,讓學生們在認真研究和理解文獻的基礎上,找出具體的切入點深入研究,并在課堂上分批次的匯報各自小組的研究內容,包括物理問題的簡化,數學模型的建立,具體的求解過程及參數設置,以及結果的詳細分析及討論。在課堂上,每個研究生還可有選擇性地匯報各自文獻檢索結果的綜述,把自己感興趣的和有深刻理解的專題進行講解,其他的學生也可以現場提問,這樣,研究生在匯報和回答提問的過程中,他們的理解能力和表達能力也都同時得到了鍛煉.
2 考核方式的改變
在選修課的學習中,如果仍然采取傳統的閉卷考試作為課程考評方式的話,就很難看到創新的教學改革手段體現在研究生身上的效果,因此,在課程的考核方法上應大膽改革,比如考核內容和成績可如此規定:在100 分的總成績中,報告占50 分。其中,對理論和方法的理解是否全面、準確和深刻占30 分;講述是否清晰和是否引人入勝占10 分;講解過程是否結合現代化媒體手段(如POWerpOINT,FLASH)占10 分,同時對積極提問和踴躍發言者適當加分;文獻檢索作業占10分,對檢索較多外文文獻的學生,如文獻內容新穎,且緊跟科技發展的,可給予加分,而少交或遲交作業者則酌情扣分;FLUENT 軟件實例計算作業占20 分,要求有詳細的前處理網絡模型和詳細的結果處理分析,并且對總結成科技論文在優秀刊物上發表者給予加分;期末論文投稿占20 分,要求按標準科技論文格式書寫,內容要詳實、全面和觀點獨到,并以優秀篇數和刊物水平作為加分依據[4]。以上課程考核措施的制定,都是以調動研究生學習計算流體力學課程的積極性為首要前提,旨在提高他們的科技論文寫作能力和解決流動傳熱實際問題的能力。
總之,“以學生為主體”的教學模式的實施是一個長期的、循序漸進的過程。在此過程中,勢必會出現諸如教學內容更新、教學進度和學時調整等一系列新問題,這就要求任課教師要具有堅定不移的決心和高度負責的責任心,要以提高研究生的競爭力和生命力為己任,要不斷創新、開拓和探索更加有效的教學手段和方法。另一方面,各級領導應該鼓勵和支持對研究生課程的改革,研究生教學管理部門應承認并獎勵教師在實施教學改革中增加的學時數量,在政策和經濟上給予支持,創造有利于實施教學改革的環境和氛圍,從而使之得到不斷的深入和完善。
參考文獻
[1]楊梅. 關于“以學生為主體”教學方法的探討[J].銅仁師范高等專科學校學報, 2005, 7(3):67-68.
作者簡介:陳國晶(1971-),女,黑龍江訥河人,黑龍江科技學院機械工程學院,講師;趙存友(1969-),男,黑龍江安達人,黑龍江科技學院機械工程學院,副教授。(黑龍江 哈爾濱 150027)
基金項目:本文系黑龍江省高等教育學會高等教育科學研究“十一五”規劃重點課題(課題編號:115C-174)、黑龍江科技學院教研課題“《工程流體力學》課程任務式教學內容的改革與實踐”的研究成果。
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)13-0105-02
“工程流體力學”為黑龍江科技學院(以下簡稱“我校”)機械、采礦、環境、安全、土建等專業重要的專業技術基礎課程。由于面向的專業范圍廣、學生層次多,因此要將該課建設成省級精品課程,對師資隊伍和教學條件等要求高,需要改革的環節多,課程建設的難度大。我們在深入解讀省級精品課程指標內涵的基礎上,圍繞課程建設的目標和任務,結合課程自身特點,根據各專業具體培養方向和要求,從課程教學的關鍵環節和基礎工作入手,立足學生知識和能力的全面培養,狠抓師資隊伍建設、教學內容、教學方法、教學手段以及學生成績的考核改革,強化實驗室、教材、多媒體課件、網絡資源等教學條件的建設,構建多元化的教學體系,在2007年實現了課程建設目標。
一、加強師資隊伍建設
我們將精品課程評審指標體系中所有二級指標的主要觀測點概括為“德”、“才”、“勤”、“能”四個方面,并從這四個方面打造一流的師資隊伍。通過對課程組教師進行優化組合,充分發揮每個人的特長,并進行重點培養,使課程組每個參與建設的教師都能從事最能發揮其才能的工作,各盡所能,使每個人都能有成就感,成為某個方面的行家里手。尤其對青年教師,使其能力在課程具體建設過程中得到充分的發揮和鍛煉,業務能力和教、科研水平顯著提高。
根據實際情況,我們將拓寬知識領域、提高知識層次(重點是專業理論知識、實踐能力、教學能力、教研能力以及學歷、職稱的提高)作為“工程流體力學”師資隊伍建設的內容及目標,并采取如下具體措施:
(1)導師制培養,實行“一帶一”、“多幫一”工程,由老教師對青年教師進行一對一、多對一的指導,尤其是課程負責人在教學的各個環節、論文的撰寫及教科研立項等方面對青年教師進行全方位的指導。
(2)制定助課、互相聽課及集體備課制度,課程負責人聽課程組成員的課每學期至少一次,年輕教師聽老教師的課每學期至少一次,利用教研室活動時間經常進行集體備課及教學研討。
(3)送出去培養與在職提高相結合,通過讀碩、讀博,努力提高課程組教師的學歷水平。
(4)鼓勵課程組教師積極參加學院及學校舉辦的教師教學技能大賽,參與實驗室建設,指導“工程流體力學”創新設計大賽和指導大學生科技活動。
(5)鼓勵青年教師在各項工作中勇挑重擔,為青年教師創造展示才能的機會。
二、完善教學條件
1.教材及資料庫建設
“適用”的教材才是一流的教材。遵循功能和諧原則、整體和諧原則、環境和諧原則、市場和諧原則和經濟和諧原則,為不同專業選用了不同版本的教材。同時注重紙質及電子資料的收集和整理,注重教學研究成果的總結和提煉,創建了“工程流體力學”紙質及電子資料庫。
2.實驗室建設
將實驗室建設納入課程建設規劃。與課程需要相適應的實驗室建設才是科學、合理、有序、有度的建設,避免與課程建設相脫節的實驗室建設,杜絕重復性建設。根據專業需求補充購置相應的實驗教學儀器,用于開展常規實驗、綜合性實驗和設計性試驗。根據現場教學的需要,補充測壓儀表、保留管路實驗系統。為開展“流體力學創新設計大賽”和指導“大學生科技立項”等第二課堂活動創建虛擬實驗室和創新設計實踐基地。
3.輔助教學資源建設
基于“精”、“新”、“奇”的指導思想,應用多媒體技術制作高質量多媒體課件及教學網站。[1]我們根據不同專業具體要求的不同,制作了分別與自編教材及與不同專業選用教材配套的多套多媒體課件及電子輔導資料,利用第二課堂活動,指導學生制作了大量的演示基本概念、流動現象、基本原理的Flas和典型實驗的Flash模擬軟件。在網站上提供必要的圖片、實物照片,鏈接媒體素材、實驗錄像、演示流動現象及進行虛擬實驗的Flas,插入重大流體事件、背景知識及相關學科前沿知識。教學網站上提供豐富的相關教學內容、鏈接國內外著名流體力學網站,為學生及時了解反映流體力學發展前沿和最新動態的科技文獻資料提供便利,同時為考研的學生提供學習指導。教學網站板塊全,內容豐富,實用性、可操作性強,而且嵌套有在線測試及網上考試系統,所有教學及輔導資料全部掛在網站上,成為學生課外自學和復習的良好平臺。2007年利用學校webCT網絡教學資源又開展了網絡教學,進一步拓展了教學空間。
三、深化教學內容
任何課程的教學內容都不是一成不變的。教師所講授的內容應是經過提煉和加工過的本門課程的精華部分。我們注重與專業的對接,根據各專業側重點的不同,合理確定教學內容;根據生源質量的區別,以學生為本,實行分層次教學。根據我校應用型人才培養目標,明確課程為專業服務的目的和地位,以適合該門課程的思維方式來組織教學內容,并進行模塊式整合,為不同專業設置相應的可選模塊。在教學過程中注重有效知識和長效知識,壓縮經典內容,充實應用實例,并將教改、教研成果及學科最新的前沿成果滲透到課程的教學當中,做到內容精煉,難易適中,主線突出,理論聯系實際,融知識傳授、能力培養、素質教育于一體。
四、改革教學方法、手段和考核方式
教學有法,教無定法,只有科學的方法和適用的手段相結合才是最優的組合,也只有方法的“靈活化”和手段的“多樣化”才能體現出個性化教學。
教學方法上:在理論教學中,“精講寬練、注重實踐,教學互動、多元考核”。根據課程內容和學生特點,采用適當的教學方法靈活組織課堂教學,注重工程背景及實踐應用,注重有效知識和長效知識,不盲目模仿和刻意追求。在實驗教學中,根據實驗性質的不同,由“問題”導入實驗,著重強調實驗目的、原理應用,注重實驗技能和方法、數據分析和處理,啟發學生獨立思考,培養學生獨立分析問題、解決問題的能力和創新精神。
教學方式和教學手段上:采用多媒體課件與板書相結合的授課方式。同時,鼓勵學生充分利用虛擬實驗室、課程網站等輔助教學資源進行預習、復習和自我測驗。目前我們每學年面向全校5個教學單位的8個專業方向、30多個班級講授“工程流體力學”,應用多媒體課件與板書結合進行授課的比例達100%。
在學生成績考核上:采用“知識與能力并重”的“多元化”考核方式,平時成績占總成績的30%,其中課堂表現(包括出勤、聽課情況和平時測驗、回答提問等)滿分10分,作業成績滿分10分,實驗成績滿分10分。課堂表現及作業成績由任課教師給出,而實驗成績由實驗教師給出,如果學生實驗成績不合格,則不允許其參加期末考試。
五、構建多元化的教學體系
結合課程自身特點以及專業需求的不同,對實踐教學過程進行科學規劃,拓展外延、豐富內容,充實內涵,設置了“實驗教學+現場教學+第二課堂活動”的多元化的實踐教學環節。
結合學校開展的大學生科研立項等素質教育活動,積極對學生進行創新意識和綜合能力的培養,鼓勵學生在各實踐環節中,綜合運用各種知識和手段創造性地分析問題、解決問題。自2002年起,課程組在全校范圍內成功舉辦了五屆“流體力學創新設計大賽”。流體力學虛擬實驗室擁有專用微機及相關軟件;創新設計實踐基地現有工作臺、臺鉗、鉆床、手電鉆等簡易設備及錘、銼、鋸、螺絲刀等常用工具,為學生創新及科技制作提供常用耗材,基本能夠滿足Flas制作、演示、文字處理、實物加工制作的最基本要求。2007年,課程組開始指導大學生科技立項并有多項成果結題驗收。
課程建設的目的是提高教學質量,歸根結底是提高培養的學生的質量,而學生質量的衡量標準則是其綜合素質及創新能力。運用“小課程大工程”的教學理念,從課堂教學、實驗教學、網絡教學、課外實踐活動和學術講座五個方面,將學生綜合素質及創新能力的培養貫穿到課程教學的全過程。[2,3]總結出精品課程建設的“多元化”學生綜合素質和能力的培養模式,即:
(1)正確處理經典與現代的關系,在課堂教學中,利用多媒體課件,融經驗教學及現代教學為一體,開闊學生的視野,培養學生綜合素質和能力。
(2)改革實驗教學內容,增加實驗項目,豐富實驗教學方式,增強學生的實踐動手能力。
(3)拓展課堂教學空間,利用網絡資源,開闊學生的視野,豐富學生的學科知識。
(4)以創新設計大賽和大學生科技活動為載體,引導學生參加第二課堂活動,激發學生創造熱情,培養學生科學素質和創新精神,提高學生獲取知識、運用知識的能力和創新能力。
(5)通過科技講座,豐富學生的專業和學科知識,培養學生的科研意識和科學精神。
六、結束語
精品課程建設是時代的要求,具有豐富的內容,并隨著時代的發展而不斷更新。精品課程建設是一個復雜過程,是一項系統工程,其中涉及大量的管理問題。精品課程建設作為中國教育發展史上的新生事物,需要廣大教師投入大量的時間、精力,不斷探索,不斷創新,是一項永無止境的工作。如何針對不同地區、不同高校、不同教師學生,分層次、多樣化地建立精品課程評價指標體系,如何更好地發展和完善現有的精品課程,如何更好地發揮各級各類現有精品課程的作用,將是未來精品課建設研究的發展方向,因此精品課程建設的研究與實踐也是一項沒有終結的研究課題。
參考文獻: