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1 資料與方法
1.1 一般資料
選取2008級、2009級、2010級和2011級的本科腫瘤學專業學生共120名。作為本次的研究對象,將學生分為兩組,每組各60名,兩組學生在年齡、性別、病程等一般資料對比上均無顯著性差異(P>0.05),具有可比性。
1.2 方法
2008級、2009級60名學生采取傳統的教學方法,2010級和2011級學生采取典型病例的教學方法,教師對腫瘤典型病例的臨床癥狀進行分析和講解,利用現代多媒體信息技術展示腫瘤病例有關的信息和圖片、影響等,教師在腫瘤病例的診斷過程中,將涉及到的全部知識點做出詳細地分析和講解,以便學生可以形成對腫瘤病例的立體感認知。在課堂教學之前,教師可以給學生有關的腫瘤病例資料,同時結合有關知識點和資料,給學生設置有關的問題,自行查閱資料,解決問題。教師在選擇典型病例時,要注意選擇一些常見病和多發病,選取的案例必須和課堂的重點知識結合在一起,選取的病例必須要全面包括腫瘤的診斷、綜合治療方案和手術方法以及過程,以便學生可以更好地掌握不同腫瘤的發病現象和特點,觀察兩組學生的學習成績。
1.3評價指標
對選取的學生進行典型病例腫瘤學考試,總分為100分,對比兩組學生的成績總分、平均成績、總及格率。
1.4 統計學方法
取統計學軟件SPSS13.0對數據進行分析和處理,計數資料采取率(%)表示,計量資料采取平均值±標準差(x±s)表示,組間率對比采取用T檢驗,對比以P
2 結果
兩組學生的腫瘤學考試成績綜合比較
2010級和2011級學生的典型病例平均成績和總分都比2008級和2009級學生明顯高,對比兩組學生的總及格率,具有明顯差異,P
表1 兩組學生傳統考題和典型病例考題成績綜合比較分析[n(%)]
3 討論
典型病例教學方法主要包括病例展示和分析,提出解決問題,組織學生獨立思考,學生和教師之間互動,教師做出評價和總結幾個部分[1],這種教學方法和傳統的教師單純傳授知識的方法有很大區別,可以最大限度激發學生自主探索的熱情和積極性,提高學生的課堂參與度,將傳統的儲備式教育轉變成為啟發式教學,培養學生自主創新的能力[2]。將典型病例方法具體應用在腫瘤學教學的過程時,需要全面結合高校臨床腫瘤的教學大綱和教學目標,根據具體的教學內容和教學實際進行[3]。具體的教學方法如下:教師在下一節課堂之前就需要將典型的腫瘤病例資料發放給學生,要盡量選取近期學生熟知的腫瘤疾病類型,以便使學生有足夠的時間查找有關資料[4]。然后在學生預讀和熟知病例的基礎上,分小組進行討論,這個過程中,教師可以組織扮演醫生和患者的角色,進而更加深刻地掌握對這種腫瘤疾病的診斷依據和方法。在教學的全過程中,對腫瘤病例的討論和分析是重點,教師再結合課前提出的問題,組織學生做出回答,積極將學生引入問題情境之中,鼓勵每一個學生都踴躍參與到討論中去。討論結束以后,教師對學生的回答和討論情況進行點評和補充,做出進一步的歸納和總結,不斷完善腫瘤病例的診斷方法和治療過程,還要認真分析和總結典型病例教學過程中的出現的不足和注意的問題。
中圖分類號:R730.5 文獻標識碼:A 文章編號:1004-4949(2013)03-0-01
目前惡性腫瘤的仍以手術,放療,化療,生物治療四大治療手段。但在臨床上常常遇到患者無法耐受手術或手術失去時機,放化療不敏感,治療復發等情況,成為臨床治療中的棘手問題,電化學治療簡單,易掌握,安全性大,療效高,尤以體表腫瘤效果最好。今將我科從2005年3月—2007年5月間共19例體表腫瘤患者行電化學治療收到了較好的療效闡述如下。
1 臨床資料
1.1 一般資料
本組19例,男12例,女7例,平均年齡56歲(20-68歲),其中皮膚癌5例,晚期頸部轉移癌3例,血管瘤3例,肝癌2例,癌2例,環狀痔1例,舌癌1例,胸壁轉移癌1例,骶尾部轉移癌1例。
1.2 治療方法
1.3 療效評價
2 結果
全組19例體表腫瘤治療后CR11例,PR4例,總有效率78%,MR3例,PD1例。詳見圖表。
3 討論
電化學治療原理是通過直流電的電離作用改變腫瘤組織生存內環境,使腫瘤細胞內代謝發生紊亂,陽極內PH值極度降低,酸性刺激血管引起腫瘤缺血,脫水。陰性電極PH值極度升高,局部組織水腫壓迫血管,使腫瘤血供減少,氧氫離子等電離作用直接損傷腫瘤細胞,促使蛋白質凝固、壞死,組織內微血檢形成,使腫瘤細胞分解,破壞、死亡。[1]作為電化學治療在腫瘤治療橫式的補充、物理治療的一種手段,特別對體表腫瘤顯示出相當的優勢性,對于年老體弱,不能耐受手術,病期晚,失去手術時機,治療復發轉移,特殊部位手術創傷大,術后局部畸形、缺失,功能受損等患者體現了電化學治療的高效、安全、微創的優勢,使部分腫瘤明顯縮小,癥狀減輕、緩解,提高患者的治療信心,提高晚期癌癥患者的生活質量,起到了關鍵作用。[2]甚至使部分腫瘤完全消失,起到了與手術同樣的效果,而且結合中藥、化療、生物治療,進一步提高惡性體表腫瘤的療效,部分病人得到長期生存。總之,電化學治療體表腫瘤操作簡便,副作用小,安全、可靠、費用低,適用范圍廣,給予已失去手術時機,手術風險大,創傷大的體表腫瘤提供了一種新的、有效的治療方法。[3]
參考文獻
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2017)22-0123-02
計算流體力學(Computational Fluid Dynamics,CFD)是一門集成了流體力學、計算數學與計算機科學的交叉學科。計算流體力學的基本思想為[1]:通過計算機數值計算和圖像顯示,對包含流體流動和傳熱等相關物理現象做出系統的分析。隨著計算機技術的發展,計算流體力學在各行各業得到了廣泛的應用。
《計算流體力學》課程開設的主要目的在于使學生掌握流動及傳熱問題數值模擬的基本理論與建模思路、掌握常用商用CFD軟件的使用方法,能夠利用計算流體力學方法解決實際研究問題[2]。課程內容涉及了流體力學理論、數值計算理論、計算機程序設計以及計算軟件的工程應用等。課程理論內容較多,學生學習起來較為吃力,常處于被動學習狀態,因此需要改進教學策略,培養學生學習興趣,改被動學習為主動學習[2]。同時該課程還與實際應用聯系緊密,如何將理論與工程實際相結合,培養學生解決實際工程問題的能力,也是本課程教學中需要探討的問題。經過多年在教學過程中的改革和摸索,下面淺談一下我們在《計算流體力學》課程改革方面的一些探索。
一、計算流體力學課程內容
計算流體力學包含內容甚廣,從總體上講,可按照不同的應用領域分為兩個主要方向:
1.將計算流體力學自身作為對象的課程體系。該體系的研究對象為計算流體力學本身,主要以流體力學數學物理模型模型構建、數值離散方法、高性能數值計算算法開發為主要內容,側重點為計算流體力學理論及其實現方法。
2.以算流體力學應用為主的課程體系。此體系以如何更好地將計算流體力學方法應用于工程作為研究對象,主要以應用技能為課程目標,側重點為現實物理問題的簡化建模、利用計算機程序解決物理問題以及對計算結果的科學解釋等。
對于應用型本科《計算流體力學》課程來講,應當更多地關注計算流體力學在工程中的應用,將計算流體力學作為一項解決工程問題的工具,培養學生在利用該工具解決實際工程中的流體問題的能力[3]。
二、原有教學方法的弊端
西南石油大學機械工程專業較早開設了《計算流體力學》課程,培養了多屆學生,積累了一些寶貴的教學經驗。然而,該課程教學方式仍不夠成熟,存在一些弊端,教學效果受到影響。這些弊端主要表現為:
1.教學內容偏于理論。在教學過程中,當前的教學內容還延續中傳統的計算流體力學的基本內容,即:流體流動控制方程的推導、離散方法及線性方程的解法等,在課程講解過程中,仍以有限差分法、有限體積法及這些數值算法的收斂性、穩定性、計算精度等方面作為主要的講解對象,教授過程中涉及到大量的理論推導及數學理論的應用。在教學過程中,學生們普遍反映教學內容難懂難學,枯燥乏味。同時大量的理論教學還影響了上機教學時間。
2.工程實踐能力轉化不足。當前教學計劃中雖然搭配了16個課時的上機教學,但仍顯不足。經過多次的上機練習,部分學生能夠掌握利用計算流體動力學方法解決工程問題的一般流程,但是大部分學生仍然不具備解決新問題的能力。在上機練習過程中,學生按照教師提供的上機指導書中的計算模型操作完成,而對于計算中非常重要的如計算區域創建、網格劃分、數值計算模型選擇、邊界條件、初始條件及計算控制參數等缺乏自主的思考。針對上述問題,迫切需要對課程進行教學改革,提出新的教學理念,利用合理的教學方式,提高教學質量。
三、課程改革措施
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A
“工程流體力學”是動力類各專業及相近專業的一門重要技術基礎課,它為該類專業主要專業課程的學習打下必要的理論基礎。工程流體力學是流體力學的一個重要組成部分,它側重于解決工程實際中出現的問題,而不去過分追求數學上的嚴密性。它在一定程度上借助于實驗研究, 得出經驗或半經驗公式。其研究對象為流體,考察流體中大量分子的宏觀平均運動規律。所以,“工程流體力學”是能源動力類專業的最主要的專業基礎課程之一。
工程流體力學作為一門技術學科,研究方法也遵循“實踐- 理論- 實踐”的基本規律。但由于它的研究對象的特殊性,使得對它的學習也有一定的難度。在實際教學過程中, 我發現學生最大的問題在于――不會學這門課,不是學不會,而是根本不懂如何去學它,即沒有找到適合這門課的學習方法。本文即針對這個問題談談自己的看法。
1工程流體力學和工程力學的研究對象的性態是不同的
工程力學的研究對象是靜態的,而工程流體力學的研究對象是動態的。就其力學行為來講, 流體可以承受很大的壓力,但往往幾乎不能承受拉力。學習過程中,學生不能用工程力學的“靜態”思維來研究工程流體力學的“動態”對象,要用“動的”和“相對靜止”這些概念去闡述它。
本文在回顧熱能與動力工程專業基礎建設的基礎上,總結了三十多年來的人才培養工作。文章提出,今后要繼續以“流體機械”省級重點實驗室的建設為依托,結合實驗室建設與實驗教學改革,特別是以重點學科開放實驗室建設為突破口,為熱能與動力工程專業人才培養提供有力支撐,達到不斷提高本科人才培養質量的目標。
2注意工程流體力學中的基本模型的含義及運用
從微觀角度來看,流體和其它物體一樣,是由大量分子組成的。這些分子總是不停地、雜亂無章地運動著,分子之間存在著間隙。因此,流體實際上并非是連續充滿空間的物質。如果從分子運動入手來研究流體流動的規律,將十分困難,甚至難以進行。而流體力學是研究在外力( 如重力、壓力、摩擦力等) 作用下流體平衡和運動的規律,所研究的是大量分子的平均行為,沒有必要專注于每個分子。另外, 流體力學所研究的實際工程尺寸要比分子間距大得無法比擬。因此,必須建立適應流體自己的模型。《工程流體力學》中將實際的由分子組成的結構用一種假想的流體模型―“流體微元”來代替?!傲黧w微元”由足夠數量的分子組成,連續充滿它所占據的空間,彼此間無任何間隙。這就是:連續介質模型。另外, 流體是連續的。因此“工程流體力學”中,連續性方程及其具體表現形式伯努利方程始終貫穿其中。
3抓住“工程流體力學”課程的主要內容去學習
熱能動力類《工程流體力學》的教學大綱中規定, 學生學習本課程,必須達到:(1)全面了解流體的主要性質和基本模型;(2)熟練掌握平衡流體的壓強分布規律, 善于計算流體與壁面間的作用力;(3)深刻理解流體連續性、能量、動量方程,并能熟練應用于求解工程實際問題;(4)懂得流體運動阻力和水頭損失的計算方法等。針對這些要求,學習過程中應重點掌握連續介質假說、流體的物理性質及參數、牛頓內摩擦定律、液體的相對靜止、靜止流體的壓強分布、歐拉平衡方程、靜止液體作用在平面壁和曲面壁上的總壓力、連續性方程、伯努利方程、流線與跡線方程、動量方程、描述流體運動的兩種方法、總流的伯努利方程、圓管中的層流、圓管紊流的沿程損失系數K、局部水頭損失、邊界層的概念、粘性流體中的應力、量綱分析法、流動相似原理等知識點。學校為了適應國家經濟建設的需要,適應水電開發宏偉事業的需要。針對這些知識點,多查閱資料、多做習題以求掌握它們,并將這些知識點延伸至工程實踐,力求找到解決工程實際問題的方法或手段,把所學知識舉一反三,靈活運用。
4注重實驗過程,加深知識理解
熱能動力類“工程流體力學”課程安排了自己的實驗教學大綱,針對課程知識點的要求,框定了幾個常見的實驗項目。如伯努利方程驗證、流量系數的測量、雷諾實驗、沿程阻力系數的測定 。其中伯努利方程驗證為必做項目,因為伯努利方程的運用貫穿課程始終,需加深對它的理解??傊?,“工程流體力學”不同于其它力學,有其自身的規律性。要想學好它,必須搞清這門課自身的特點和針對它的研究規律, 并輔之以扎實的學習態度和不怕困難的精神。
參考文獻
一、提煉課程核心思想、調整教學內容
近幾年來,隨著我國及上海市海洋戰略布局和海洋經濟的發展,上海海洋大學作為一所以海洋、水產和食品為特色的高校,在學科和專業建設方面取得了較大進步,《工程流體力學》作為一門專業基礎理論課,其地位愈來愈顯得重要。其中海洋學院、食品學院和工程學院幾十年來在本科和研究生教育中,一直將《工程流體力學》和《高等流體力學》作為一門相當重要的專業基礎課。特別是,工程學院的機制專業將《工程流體力學》作為該專業學生的一門必修課,隨著學校的發展,這門課程必將滲透到生命學院的水產、水生物、設施漁業、水環境等專業和方向中。目前根據已定的教學計劃,每學年有近650名學生學習這門課,由于各專業對其內容眼球的不同,需要結合各專業的特點,提煉課程核心思想、調整教學內容,通過不同的模塊組合,確實提高學生的學習興趣,促進教學質量的提高。
上海海洋大學《工程流體力學》任課教師根據多年的教學大綱及要求編寫了“工程流體力學”教材,同時完成了配套教材的ppt電子教案,要求學生掌握流體力學的基本知識、原理和計算方法,主要包括:靜平衡微分方程、流體對固壁的總壓力、流體運動的描述、伯努利方程、動量(矩)方程、量綱分析、相似原理、繞流阻力等。在弄清概念,掌握理論的基礎上,能夠學會運用基本理論分析解決實際問題,并掌握基本的實驗技能,為從事專業工作、科研和其他專業課的學習打下基礎。為了便于學生的自主學習,又出版了配套教材的“工程流體力學習題解析”一書。同時根據實際工程需要,將《工程流體力學》的教學內容分為3個層次,即流體力學的基礎理論、流體力學知識與進展、流體力學應用與實踐, 克服了以往過分重視理論知識的介紹,輕視其應用的弊端。此外,還相繼開出了流體力學獨立實驗課、計算流體力學等。
同時,根據不同專業的具體需求,在課程設置、教學內容上都作了許多相應的調整。例如在全校新開了“工程流體力學的應用”課程,受到了學生們的歡迎,選修這門課的學生相當多,容量達95%以上。并設計了不同的模塊組合,對機械專業的學生,在已完成《工程流體力學》教材的二版修訂中,在第8章中增加了明渠流動內容,增加了水波理論等內容;針對食品專業的需要,增加了氣體及熱力學類內容,并補充五套自測題供學生選用,確實提高了學生的學習興趣,并促進了教學質量的提高。
二、改進教學手段,優化教學過程,加強教學互動
由流體力學團隊編寫的《工程流體力學》教材,于2006年由上海交通大學出版社出版,同時出版了與之配套的“工程流體力學習題解析”,為了便于教師教學,同時制作了與本教材配套的制作精美、圖文并貌的CAI課件,生動地描述了流體力學的一些理論及現象,大大減輕了流體力學理論的學習難度,提高了學生學習的興趣和效率。這些系列教材的出版,對該課程的建設和質量提升,起到了非常重要的作用。不但受到了本校學生的好評,同時還受到陜西理工大學、中國民航大學、浙江海洋學院及天津城市建設管理職業技術學院等許多學校的歡迎,這些學校對系列教材給予了充分肯定。圖書發行突破2萬本,出版方已無庫存。
充分利用網絡資源,將課堂理論教學教案、主講教師課堂教學的部分錄像進行網上共享,使用錄像片、流體力學演示實驗教學片、電子教材等多媒體教學手段,使學生感到難以接受的流動力學概念變得十分生動具體,加深對教材內容的理解,提高教學質量。使學生能夠隨時復習、預習相應的課堂教學內容。同時充分利用上海海洋大學的E-Class網絡平臺,進行網絡實時習題、例題解答,以及課后答疑網絡資源及軟硬件的建設,形成師生交流的互動平臺,真正提高網絡教學的實用性。強調計算機在流體力學教學中的應用
在充分利用現代教學手段的同時,不能忽視傳統教學方法的作用。本課程采用多媒體與板書相結合的教學模式,充分利用多媒體教學信息量大,圖像清晰生動的特點, 結合傳統板書講解復雜理論推導的優點,不僅直觀清晰,一目了然,而且對重點部分又能反復講解,以達到學生基本理解并具有一定想象能力。例如在講解研究流體運動的兩種方法:質點法和空間點法時,多媒體上會出現公交車客流量觀察方法的動畫,使學生既易于分清這兩種方法的不同,同時又強調一個相同的目的。又如在講到流體的漩渦運動時,有龍卷風作強烈旋轉運動的畫面;講到伯努利方程時,有踢任意球進球門的畫面。理論教學上嚴謹,但是動畫及多媒體生動、形象,使得學生在學習時既不感到枯燥,同時又能加強對基本理論的理解。由于學生數很多,教學上采用大班課的形式(基本上每個教學班有近100名學生),多媒體教學發揮了很大的作用。它使繁冗的公式推導成為一個簡單的講解過程,將復雜的流體運動生動形象地表現出來,同時對重點和難點反復在黑板上演示講解。這兩個方法相輔相承,取得了很好的教學效果。這種授課方式既有利于避免研究生因長時間精力高度集中而產生疲勞,又有利于他們理解并掌握復雜的流體力學基本理論。
2008年“工程流體力學”教材獲上海海洋大學教學成果一等獎。作為普通高校重點教材建設項目之一,2009年被上海市教委評為優秀教材三等獎,2011年獲得上海市教委重點課程建設項目(滬教委高〔2011〕48號),極大地提高了上海海洋大學來在流體力學行業的影響力。
三、完善實驗教學條件,形成完整的教學實驗體系
在注重理論教學的同時,加強實驗教學環節,2011年3月由上海海洋大學主編的《力學基礎實驗指導-理論力學、材料力學、流體力學》,由同濟大學出版社正式出版發行,其中的流體力學部分(第三大部分),從根本上解決了實驗指導書與實驗儀器不配套的問題,有效提高了流體力學實驗教學質量。2009年下半年新添置了多功能流體力學實驗裝置、動量定理實驗儀、流動圖形顯示儀、畢托管測速實驗儀、虹吸管實驗儀、勢流疊加儀、空化實驗儀等流體力學實驗設備,新開設了大量的設計型和創新型流體力學實驗,使學生、教師互動,用實驗數據來驗證理論,來觀察抽象的流體運動;用理論知識解釋一些流體現象,發現新的現象。這種教學手段提高了教學效果。同時在互動中,將有關科研上對于流體力學的一些熱點問題以討論的形式引入教學,充分地調動了學生的學習熱情。通過實驗驗證加強感性認識:在許多重點和難點的地方,基本上有配套的實驗,從實驗中學習,既能培養學生從實踐中發現問題并進行深入分析的思維習慣,激發他們的學習熱情,同時也是加強印象、加深理解、克服難點的手段之一。
針對個別專業的特殊需要,開設了流體力學獨立實驗課。實際的流體運動非常復雜,因此通過流體力學實驗是揭示流體運動規律的一種重要手段,為了幫助學生加深對所學理論的理解,更好的用所學理論解決生產實際中的問題,經過多方籌建,2009年我校海洋環境專業開設流體力學獨立實驗課,共16學時,實驗內容主要包括:能量方程實驗、雷諾實驗、動量定律實驗、沿程水頭損失實驗、局部水頭損失實驗、畢托管測速實驗、管道測流量實驗、流動顯示實驗、虹吸實驗及勢流疊加實驗等;針對食品專業的需要,開設了氣體及熱力學類實驗。
四、實現教學和科研的互動
在任課教師積極參加各類相關的學習與培訓的同時,強化任課教師的科研觀念,以科研帶動教學,以教學促進科研,進行有效的縱、橫向科研聯合。任課教師積極參與各類教學改革和科研項目,如深水網箱水動力研究、漁船螺旋槳軟件系統設計、人工魚礁流場分析、海洋結構物的流固偶合分析、海洋波浪能的研究開發等。通過這些項目的研究,加深了對流體力學在海洋科學中實際應用和最新進展的了解。在畢業設計環節,每年選作以流體力學基礎理論及其工程應用為畢業論文課題的本科學生20余人,研究生10人。取得多項教學改革和教學研究成果,并在生產實踐中得到應用,如流體力學團隊教師編制的“漁船螺旋槳系統設計軟件”獲得2007年上海海洋大學科技成果三等獎,該軟件目前已被濰坊柴油機廠、玉林柴油機廠等國內主要柴油機生產廠家廣泛應用。我校工程學院羊曉晟、侯淑榮、馬利娜、沈小青同學的“一種新型海洋波浪能發電裝置”項目,參加2011年由、中國科協、教育部、全國學聯和地方政府共同主辦的、在大連理工大學舉行的第十二屆“挑戰杯”終審決賽,在全國1935所高校選送的16976件作品中突潁而出,獲得“全國競賽三等獎”。該項目由流體力學老師指導,并突破了波浪及流固耦合理論,極大地激發了學生對本課程的學習熱情。今后,本課程將在大學生科技創新中發揮更大的作用。
五、教學效果的考核
《工程流體力學》課程具有理論性強、公式多、數理基礎要求高的特點,為幫助學生的學習,僅僅通過教材講解還遠遠不夠,需要配套必要的習題。在現有基礎上,更新試題內容,完善試題庫建設,考慮到我校研究生教學的特點, 團隊根據新編著教材的主要內容, 以章節為單位,精心篩選和編寫了典型習題集,力圖做到其中的習題一定要具有典型性。習題的數量不能多,更不能類似和重復,學生通過習題練習,能有效地掌握教材中的基本知識。提高試題質量,真正做到教考分離,促進教學質量的提高。該試題庫具有以下功能:平臺提供自動組卷、手動組卷、互動組卷,條件設定靈活全面;試卷自動轉換成WORD文檔,方便打印輸出;自定義追加試題入庫,采用WORD文檔格式編輯批量入庫。
在考核中,平時成績、實驗課成績和期末成績比例為15%、20%和65%。實踐證明,該考核方法取得了很好的效果。
六、結語
總之,對于《工程流體力學》課程教學內容改革的初步探索分析,可以促進教學觀念的改變,按此目標授課,對教師提出了更高的要求。同時,還可以促進教材建設、實驗室建設及其儀器設備的更新,提高學生的動手能力及科研能力,從而實現“學有所用”,“教學相長”。
高等教育教學改革,特別是專業基礎課程體系及教學內容的改革,是一個系統和長期艱巨的實踐過程,專業教師任重而道遠。只要不斷努力和探索實踐,就可以開拓出一條符合各個專業需求的、更加富有成效的新途徑,取得更好的教改成果。
本文受“2011年度上海市教委重點課程建設項目(滬教委高〔2011〕48號)”資助
[參考文獻]
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[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437(2017)03-0038-02
流體力學是環境工程專業的專業基礎課,主要講述工程流體力學的基本概念、基本原理和基本方法,主要內容包括流體靜力學、流體動力學、流動能量損失及有壓管流和明渠流等。由于該課程涉及高等數學、大學物理、工程力學等,基本概念多且抽象,對學生的綜合分析和處理問題的能力要求高,因此學生普遍感覺學習較為困難。流體力學課程一般在第4學期開設,開設在高等數學、工程力學等課程之后。
隨著教學改革的不斷深入,如何針對流體力學抽象概念多、數學分量重、理論性較強的特點,有針對性地對環境工程專業的學生尤其是應用型本科院校的學生進行授課,本文從以下幾個方面進行了探討。
一、針對專業特色和課時量,優選教材
流體力學分為理論流體力學和工程流體力學。前者適用理科專業方向,偏重理論;后者適用工科專業方向,著重于工程應用。對于應用型本科院校來說,應選用偏重于工程應用的工程流體力學作為教學內容。目前,環境工程專業尤其是側重于水處理的環境工程專業,其流體力學的知識主要用于解決污水處理廠設計中的流體力學問題,課時量被壓縮到50個課時左右。因此,要選用適用于較短學時,并且側重于水力學知識的教材。教材要能夠與時俱進,精益求精,注重理論聯系實際,注重內容的系統性與完整性,能夠涵蓋流體靜力學、流體動力學、有壓管流、明渠流等基本內容。教材要有一定的例題和課后思考、復習題,能夠開拓學生的思維,激發學生的學習興趣,最好能附有實驗演示的光盤。
二、豐富教學內容,增加學生學習積極性
學生普遍反映流體力學很難,其中的主要原因在于W生的學習積極性不高,不肯花時間去鉆研。確實,流體力學對于初學者來說,是有一定的難度,這就要求教師在講授緒論課時,要讓學生了解流體力學的任務以及在專業及后續課程中的作用,從而啟發學生思維,激發學生學習興趣。同時,教師要對學生學習流體力學提出明確要求,如哪些內容需要掌握,哪些內容需要了解,使學生對課程的學習做到心中有數,樹立學好這門課程的自信心。[1]
三、改進教學方法和手段,突出重點
流體力學的重點和難點在于公式的推導和理論的理解,以及用理論和公式解決實際問題。例如,在流體靜力學這一章中,關于流體平衡微分方程的推導,就涉及高等數學中的連續函數和泰勒展開式等,這是一個難點,對學生的高數基礎要求比較高。而求解作用在平面上的靜水總壓力有兩種計算方法,一種是解析法,一種是圖解法。解析法要求學生有工程力學的靜力矩和慣性矩的知識以及基本的幾何知識,此法的壓力中心在受壓面的形心的下面,與形心不重合;而在圖解法中,靜水總壓力的壓力中心與壓強分布圖的形心重合。雖然課上教師反復強調兩種方法的區別,但基礎差和理解能力不強的學生仍然一頭霧水,不能很好地解決實際問題。針對這一情況,教師在課堂講解時應盡量利用多媒體課件進行講解,最好還能結合模型進行講解。例如可以借助一塊平板,將其置于水下,標注其形心和壓力中心的位置,再將平板與一棱柱體結合,分析壓強分布圖的形心位置。這種形象地講解,有助于學生更好地理解教學內容。
在教學過程中,多媒體可充分利用圖形、圖像、聲音、錄像將教學內容充分表現出來,從而激發學生的學習興趣,加快教學信息的傳遞速度,提高課堂教學效率,擴大學生知識面。[2]但多媒體也帶來了一系列的問題,如學生在聽課過程中,多媒體課件一晃而過,當時學生感覺很好, 但真正留在腦海里能掌握的內容卻很少,這容易造成學生眼高手低。因此,流體力學的教學要多媒體和板書相結合,在進行公式的推導和例題的講解時,最好使用板書,這樣可以使學生印象深刻,增加記憶的時間;而在講解流線和跡線等比較抽象的內容時,可以采用動畫形式,這樣能夠加深學生的直觀理解, 有助于提高教學效果。
流體力學的學習講究系統性,各章之間又相對獨立。在每次上課之前,教師應對上節課的內容進行回顧復習,并可以采用提問的形式,讓學生了解自己對上節課重點內容的掌握情況。在每一章節開始時,教師應首先向學生介紹本章的主要內容、重點和難點以及與前后章節的聯系,每學完一章后教師要進行歸納總結,以便讓學生將所學知識融會貫通。對于重要的內容,教師在課上講解的時候要明確指出,回顧的時候要對這部分內容進行提問,在一章講完歸納總結的時候,要再次強調這部分內容,相信這樣可以使學生印象比較深刻。
四、理論和實驗相結合,充分利用有限的課時
流體力學往往有0.5個學分的實驗課。實驗的主要目的是通過實驗加深學生對理論知識的理解,提高學生的實踐操作能力,更好地運用所學理論解決生產中的實際問題。實驗結束后,應讓學生整理實驗數據,總結物理量之間的相互關系,以便發現其中的規律,這非常重要。[3]很多教師的做法是理論課全部講完了,再集中上實驗課,這種做法有利有弊。優點是學生在上完理論課后,在實驗課上教師再講解一遍實驗原理,可以加深其對知識的理解和記憶。弊端是上理論課時,教師不能形象地講解,學生不能很好地掌握;上實驗課時,教師再講解一遍,費時費力。對于應用型本科院校來說,其培養的是應用型人才,實驗教學是人才培養最基本的工作。尤其在總課時量被壓縮的情況下,充分利用實驗課的時間,將理論和實驗相結合,就成為一種行之有效的手段。流體力學中的很多內容,例如雷諾實驗,沿程水頭損失和局部水頭損失的計算都可以在實驗室進行講解,一邊講解,一邊實驗演示。還可以在流體力學實驗室中增加多媒體設備或者其他可視化設備,課前讓學生預習,課上講解完理論,直接就讓學生動手做實驗,課后處理實驗數據。這樣既能充分利用有限的課時,又能使學生更好地掌握所學知識,還能鍛煉學生的動手能力和歸納總結的能力,一舉數得。
五、加作業環節,改革考核方式
學習的最終目的是讓學生能夠獨立自主地解決實際工程問題。課后作業是檢查學生對所學知識理解、掌握程度的一種手段,同時也是培養學生分析、解決問題能力的一種方法。[4]當然,布置作業不等于搞題海戰術。例如,關于典型的三大方程,即連續性方程、能量方程、動量方程的應用,有三種類型的典型題目,即彎管內水流對管壁的作用力,水流對建筑物的作用力和射流對平面壁的沖擊力,每種類型的題目可以布置1~2道作業題。而關于求解作用在平面上和曲面上靜水總壓力的計算,題目形式多樣,壓力體的形狀靈活多變,可以適當多布置作業題,讓學生盡可能多掌握各種類型的題目。同時教師可以在課堂上專門安排習題課。這樣一方面可對學生所做作業進行點評,剖析典型例題,啟發學生舉一反三;另一方面,這也可給學生提供了課堂討論的機會,引導學生掌握發現問題、解決問題的思路、方法和技巧,能對學生思維進行鍛煉,讓學生觸類旁通。[5]除了典型的計算題以外,習題課上還可以設置選擇題、填空題和判斷題等,避免學生重計算,輕概念。
目前,在考核方式上,一般是平時成績占20%,實驗成績占20%,期末成績占60%。這種考核方式雖然兼顧了期末考試和平時表現,但也存在弊端。筆者在教學過程中發現,很多學生平時作業做得不錯,但期末卷面成績非常不理想。究其原因,可能是平常作業存在抄襲現象,上課雖然出勤率高,但課上聽講不認真。如何改變這一現狀?一方面,可以適當減少平時成績所占的比重,例如平時成績占10%,期末成績占70%,實驗成績占20%;另一方面,實驗成績單獨計算,而在理論考試中,平時成績占20%,期末成績占80%。當然,更為重要的是教師要練就“火眼金睛”,要具有高度的責任心:一是對作業雷同的現象,一律給予當次作業不及格;二是要加強課堂紀律的管理,對于回答問題的情況、課上表現等都要作為平時成績的重要方面進行考核。只有這樣,才能真正體現出考核的公正性和合理性。
總之,針對應用型本科院校,流體力學的教學應與學校的辦學特色、辦學定位相結合。應在總課時量不增加的前提下,優選教材;激發學生的學習興趣,注重學生分析問題、解決問題能力的培養;加強理論與實驗相結合,增加綜合性、設計性實驗項目,鼓勵學生自己動手研發、設計小型實驗裝置,培養學生的動手能力與創造能力,這樣才能夠提高學生各方面的能力,最終實現培養“厚基礎、善實踐、能創新、高素質”的應用型人才的目標。
[ 參 考 文 獻 ]
[1] 張羽,張仙娥.環境工程專業《流體力學》的教學探討[J]. 華北水利水電學院學報(社科版),2010(4):156-157.
[2] 宿程遠,張建昆,陳孟林.師范學院環境工程專業流體力學課程改革初探[J].中國電力教育,2008(12):117-118.
當前,在“綠色發展理念”深入人心的時代背景下,農林類高校迎來了很好的歷史發展機遇;同時社會和企業對農林類專業人才的需求更加重視質量,對人才的知識深度、廣度和對專業基礎課、專業特色課核心知識的實踐運用能力,均提出了更高要求。提高機械設計制造及其自動化專業學生林業裝備系統總體及其子系統技術的掌握程度,拓展學生在林業裝備系統上運用專業基礎課、專業特色課中核心知識的科研能力,是農林類高教工作者面臨的共同課題[4]。
1課程教學剖析
1.1課程內容
“熱工基礎及流體力學”這門課程是機械設計制造及其自動化專業的一門綜合性專業基礎課,是后續液壓與氣體傳動、泵與風機、林業機械等專業及特色專業課的重要基礎。課程目標包括:掌握工質的熱力學性質、熱力學第一定律、第二定律、熱工轉換的規律和理想氣體的熱力學過程,學會基本的理論分析與計算方法;通過對熱量傳遞的三種基本方式、導熱基本理論、對流換熱基本規律、黑體輻射基本定律等內容的學習,使學生具備對基本的傳熱學問題進行分析和總結的能力;掌握流體的主要物理性質和流體靜力學的基本理論知識,學會流體上的作用力分析,能夠推導流體動力學方程的連續性方程和伯努利方程,針對黏性流體,能對管內流動狀態進行判斷;能夠對“傳熱學”“工程流體力學”的實驗結果進行分析和解釋,通過實驗數據綜合分析工程中的現象及問題,并得到合理有效的結論??傮w來看,本課程講授內容包括工程熱力學、傳熱學以及工程流體力學三大板塊的內容,是在高等數學、大學物理、理論力學、材料力學的基礎上進行深化學習,拓展到實際的工程問題,所以本課程不僅理論性強,而且工程應用性也很強;與機械設計制造及其自動化專業其他課程相比,該課程涵蓋了本應三門獨立開設的課程內容,知識難點聚集、微積分公式眾多、三大知識板塊思維跨度大、學生融會貫通掌握難。但是,學生對課程內容的掌握程度直接影響后續專業特色課程的學習情況。
1.2教學思路
目前,本課程總學時為48學時,理論授課42學時,實驗授課6學時。三大板塊的教學內容多,理論授課課時較少,矛盾突出:(1)學生由固體學科切換到流體學科的學習需要較長適應期;(2)課程中較多章節內容抽象,且涉及大量公式推導及專業的概念鋪墊,加之為了跟上教學進度教學內容更新較快,學生普遍反映課程難度較大;(3)教學內容和后續專業及特色專業課內容銜接性不夠緊密;(4)從內容的充實性和課程的結構上來看,“熱工基礎及流體力學”這門課程的教學內容已經滿足要求,但是對接林業機械領域最新技術,強化學生創新思維方面,當前的課程建構仍無能為力;(5)由于本課程的學習不涉及具體的機械裝備系統,使得同學們對本課程在專業中的地位認知不足,學習積極性欠佳,這些現狀使得提升教學效果難度較大。針對上述課程特點及教學現狀,結合農林類高?!皺C械設計制造及其自動化”專業的實際情況,制定了如下教學思路:(1)授課時,使學生從機電系統、固體力學等學科的思維中切換出來,將空間觀測法跟同學們探討透徹,基于空間觀測法開展“熱工基礎及流體力學”的課程教學。(2)在教學大綱中刪除過于抽象、應用面較窄的教學內容,深入講解與后續“液壓與氣體傳動”“泵與風機”“林業機械”等課程關聯度較深的內容,為專業及特色專業課的學習做好扎實鋪墊。(3)結合在林業機械領域與“熱工基礎及流體力學”緊密關聯的科研經歷,探索寓教學于科研、科研反哺教學的授課模式,強化同學們對“熱工基礎及流體力學”在“機械設計制造及其自動化”專業里占有重要地位的基礎認知,顯著提升同門們自愿學習、自主學習的熱情。(4)注重思維方式、終身學習意識的培養。教學過程中注重切入問題角度的講解,使得同學們在明白問題的同時更養成學習思考問題方法的習慣;從固體學科到流體學科是一個較大的跨越,在跨越的過程中,使同學們樹立終身學習意識,為以后培養同學們提出、解決林業機械領域學科前沿性、熱點性問題的能力打下堅實基礎。
2課程構建探討
在“碳達峰、碳中和”的硬性發展要求及“綠水青山就是金山銀山”的發展理念加速推進的浪潮之下,農林高?!皺C械設計制造及其自動化”專業的畢業生在高等教育系統中的地位不斷提升,所以基礎專業課程構建更需獲得與之地位匹配的重視。一方面,基礎專業課課程構建要體現基礎知識的深度和廣度;另一方面,內容要很好銜接并服務于核心專業課、特色專業課,為學生后期畢業設計、研究生科研深造做好鋪墊。
2.1課程內容深度銜接核心專業課
“林業機械”是南京林業大學“機械設計制造及其自動化”專業的核心專業課,內容涵蓋林業動力、整地、清理、苗圃、造林、撫育、保護、防火、采伐、采摘、智能化等機械。其中,和“熱工基礎及流體力學”專業基礎課相關的包括動力、清理、保護、采摘等板塊。林業動力機械(包括泵、風機)涉及“工程熱力學”中熱能和機械能之間的轉化問題,同時也涉及“工程流體力學中”可壓縮混合氣體壓強、溫度變化和裝置的動力匹配問題;林業清理機械涉及“工程流體力學中”不可壓液態水在管道內部的流動,在霧化器內的流態分布、出口后霧化粒徑分布等復雜多相流問題,如圖1所示;林業保護機械中噴霧射程、噴霧穿透涉及“工程流體力學中”可壓縮流體空氣的外部流動及耦合風場、霧滴的多相流動問題,如圖2所示;林業采摘機械中,基于負壓的采摘系統涉及可壓縮流體空氣的管內流動問題。從銜接核心專業課的角度來看,一方面,農林類高校“熱工基礎及流體力學”這門專業基礎課程應該深耕“工程熱力學”和“工程流體力學”,而“工程流體力學”應該是重點中的重點;另一方面,也好兼顧課程內容的完整性,“傳熱學”也要適度調整。
2.2匹配三大板塊關系,優化課程結構
建議協調、平衡三大板塊的課時占比,同時明晰課程內容的內在邏輯關系,在此基礎上進一步優化課程結構。在“工程熱力學”(熱能的間接應用)板塊中,我們將實現熱力學能向機械能轉化的媒介稱之為“工質”,媒介一般是“單一氣體”或者“混合氣體”,熱力學第一定律、熱力學第二定律、工質熱力學性質及理想氣體的熱力過程等課程內容和專業核心課程林業機械吻合度較好。“工程流體力學”中,對流體的終結性定義是“抓不起來的物體”,一般性的定義是“氣體和液體”的總稱,但課程內容中流體基本概念的鋪墊、流體靜力學、流體運動學、流體動力學及黏性流體等課程內容都是基于不可壓的液體,同為流體,但氣體和液體的性質及研究重點相差甚遠,“氣體”這種流體相關課程內容的缺失為后續專業核心課程的學習帶來很大知識結構缺陷?!皞鳠釋W”(熱能的直接應用)中,對導熱、對流傳熱(混合傳熱,主要是流體和固體之間)、輻射傳熱的基本原理、工程應用等課程內容做了比較詳細的講解,但是后續專業核心課程對傳熱學中的知識需求很少,僅僅在脈動燃燒技術這一研究領域有所涉及??傮w來看,不管是“工程熱力學”中的“工質”,還是“工程流體力學”中的“氣體”,再或者“對流換熱”中的“流體”,其中“氣體”是課程的“最大公約數”,也是和林業機械這一專業核心課程相關的“最大公約數”。鑒于此,“工程熱力學”教學內容總體上可以維持不變,部分章節可以簡化,不重要的知識點減少不必要的推導,側重理論、公式概念的理解和應用,這樣可省出一部分課時??傉n時不變的情況下可以合理縮減“傳熱學”的課時,對輻射傳熱只做一般性介紹;考慮到相似原理在流體力學的試驗研究中也有重要應用,可以在這里對相似準則進行深入講解,省出較多課時。將“工程流體力學”放在最突出的位置,省出來的課時分配給這一部分;增加可壓縮流體“漩渦勢流理論”“相似理論中的量綱分析法”、包括氣體動力學中“擾動在外空間流場中的傳播”及“管內氣體的流動”等內容,以匹配林業機械核心專業課。
2.3樹立自主學習、終身學習意識
目前,流體力學板塊中關于可壓縮流體的課程內容匱乏,教學中會鼓勵同學們在MOOC上尋找優秀資源進行線上學習,使同學們樹立自主學習意識。通過工程流體力學板塊,我們在體力學的范疇內將研究運動的方法由拉格朗日法提升到歐拉法,這是一個顯著的改變,也是重要的進步,通過這一步,有助于培養同學們的終身學習意識。
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)16-0249-02
一、引言
隨著全球經濟一體化的不斷發展,對復合型人才的需求越來越大,高等教育的國際化也逐漸成為發展趨勢。國內高校如何實現人才的國際化提高教育的國際競爭力,引起廣泛的思考。雙語教學被認為是高等教育國際化的重要內容。流體力學課程是能源動力類專業及機械類部分專業的專業基礎課,具有較強的工程性、技術性和實踐性,課程基礎知識與生產生活實際密切相關,除流體力學的基本理論和方法講解外,還需注重實驗測試、工程應用等實踐教學。雙語教學可以使學生具備一定的專業英語技能,采用原版教材接觸國外最新的專業知識,使在人才培養上與國際接軌成為可能。但是流體力學雙語教學存在一些問題,實踐教學部分如何體現雙語授課及其意義與價值,還需進一步思考,流體力學雙語教學模式仍處于探索階段。
二、流體力學課程雙語教學現狀
1.教學目標不夠清晰。流體力學課程本身概念多、專有名詞多、流動原理復雜,用中文教學時部分學生尚且不能很好地完成該課程的學習,雙語教學時通常引進原版的英語教材,學生英語水平參差不齊,對于英語水平不佳的學生來說,學習難度將進一步提高,流體力學雙語教學往往變成了專業外語課,專業詞匯及專業術語的解釋占據了課堂大部分的時間,忽視專業知識的講授,與雙語教學實施的初衷大相徑庭。
2.缺乏專職的雙語教學師資。雙語教師既要精通專業知識,又要有較高的外語水平,能流利地應用外語講授課程。目前,擔任雙語教學的教師主要是外語水平相對好的專業課教師,沒有受過系統的語言教學方面的訓練,遇到突發事件時,很難用英語準確、充分地表達自己的想法。另外,承擔雙語課程的教師一般比較年輕,教學經驗不足,教學手段、教學方法和教學能力還需進一步完善。
3.學生接受度不佳。雙語授課時,通常是教師用英文向學生傳授知識,學生始終是被動地聽講、被動地接受英語和專業知識,師生之間幾乎沒有互動,學生的英語聽說能力、英語應用能力依然得不到鍛煉。雙語教學過程中必然會涉及大量生僻的專業詞匯,學生很容易由于一些句子沒聽懂,產生畏難情緒,影響課程雙語教學效果。
三、MOOC模式與SPOC模式
MOOC(Massive Open Online Course,大規模開放式在線課程)模式將多種形式的數字化資源放在網上,學習者反復觀看教學視頻,理解課程講授的知識。將MOOC模式應用到流體力學雙語教學中,可以有效解決學習者由于英語水平不高而引起的學習困難的問題。然而,MOOC模式下的教學活動主要是以知識為中心的理解類活動,個性化學習和學習體驗缺失,虛擬實驗無法替代真實實驗。流體力學課程除了要求學習者掌握基本知識點外,還要求學習者學會知識點的應用。MOOC模式下單一的線上教學不足以激發學生的熱情,課程完成率不高的缺點亦廣為詬病。流體力學課程雙語教學的目的在于在講授流體力學知識的同時,培養學生具有較強的英語應用能力,學生若不能有效地完成課程學習,則新教學模式的探索就顯得毫無意義。SPOC(Small Private Online Course)是小規模限制式在線課程,其受眾可以限制為在校大學生,設計和利用優秀的MOOC資源,克服MOOC單一的線上學習的缺點,實施混合式教學,將MOOC之所長與面對面教學融為一體,增加師生互動,激發學生的學習熱情,提高課程完成率和學習成績。因此,SPOC模式將更加適合流體力學雙語教學,幫助教師與學生突破英語水平不高的限制,高效地完成流體力學知識的講解與學習,同時提高教師與學生的英語聽說能力及英語應用能力,實現教學相長的良性循環。
四、流體力學SPOC雙語教學資源
1.流體力學SPOC雙語課程教學視頻。眾所周知,看電影學英語是提高英語水平的一個好方法,通過視頻看情節,重復聽取單詞,更加容易了解單詞的發音及其用法,當然還能學到更加地道的生活化語言。受這一方法的啟發,引進國外優秀的流體力學MOOC資源,根據國內大學生思維方式、知識結構的特點進行優化,編寫雙語教材,精心制作流體力學SPOC雙語課程教學視頻,讓學生聽英語學流體力學知識。
2.流體力學SPOC雙語實踐教學視頻。流體力學SPOC雙語教學開展3~4周后,學生對流體力學課程及專有詞匯有了一定了解,此時可以開展流體力學SPOC雙語實踐教學。雙語實踐教學視頻僅提供流體力學專有詞匯的中文意思,要求學生逐漸適應全英語教學。在視頻頁面顯示實驗名稱,提供英文版實驗目的、實驗原理及實驗步驟、實驗數據處理方法說明、實驗報告撰寫要求及思考題回答要求,這部分文本依然提供鼠標取詞功能,幫助學生理解實驗要求。流體力學SPOC雙語實踐教學視頻可以不局限在本校流體力學實驗室能開設的實驗,可以是國外的實驗裝置、先進測量方法等的解說,讓學生了解學科的前沿知識。
五、教學過程
1.課堂教學。流體力學雙語課開課前,教師將每次課的授課內容、相應的教材章節、相關的雙語課程教學視頻列表發放給學生,讓學生明確SPOC雙語教學模式下教與學雙方所需要的改變與努力,以期獲得良好的教學效果,同時師生共同提高英語應用能力。課堂教學采用翻轉課堂的講學模式,要求學生課前觀看SPOC雙語課程教學視頻,理解視頻中的主要內容,思考教師前一次課布置的討論主題。在課堂上,教師講評教學視頻中的重難點,不再講解課程的全部內容,課前備課的精力不再集中在背熟講稿,而是更專注于主題的設置、問題的解答及流體力學知識的應用方法,預估學生可能的回答內容并準備合理有度的評論。組織學生學習小組,一個自然班通常為30名學生,分成6組,每組5人,設小組長1人。每次課教師針對重點與難點準備30個問題,基本從易到難設置,分成五輪問答。每輪小組抽簽得到問題,各小組派一名學生回答,若用英語回答正確得25分,用中文回答正確得20分,回答不完全正確,由教師酌情給分。每組各成員得分之和即是該學習小組的得分,多次平均后作為平時成績。
2.實踐教學。基于流體力學SPOC雙語實踐教學視頻,實踐教學改變了傳統實驗教學模式。按照原有的教學方式,學生進入實驗室,教師針對實驗臺講解后,學生立刻開始做實驗采集數據,沒有時間深入思考實驗相關流體力學知識,很難將理論與實踐聯系起來。在SPOC雙語教學模式下,學生在實驗前先觀看相關視頻,進入實驗室后,實驗指導教師拿出測試卡要求學生答題,全部正確后,學生才進入實驗室采集數據。學生仍以課堂學習時的學習小組為單位進入實驗室,采集并整理數據,形成全英文的實驗報告。流體力學SPOC雙語實踐教學視頻要求每位學生均觀看,測試卡答題可由學習小組派代表完成測試,實驗操作、實驗數據處理以及實驗報告撰寫等任務由學習小組自行安排分工,小組成員協同合作,培養學生的團隊合作精神。在SPOC雙語教學模式下,要求學生觀看雙語實踐教學視頻8個,學生學習小組根據各自的興趣愛好選擇2個,完成實驗數據采集,整理分析形成英文實驗報告。教師根據實驗數據及思考題準確程度給分,兩項實驗平均分為各學習小組的實驗成績。
六、課程考核
流體力學SPOC雙語教學采用多樣化的考核形式,最終成績由課堂平時成績(40%)、實驗成績(20%)、學習小組組長打分(10%),學生自評分(10%)及期末考試成績(20%)組成。其中課堂平時成績及實驗成績占60%,大幅降低了期末考試成績的所占百分比,鼓勵學生在平時認真準備雙語課程的學習,真正做到學以致用。其次,課堂平時成績、實驗成績均是以學習小組為單位給出的團體得分,要想獲得好分數,各成員必須共同努力。學習小組組長對各成員打分,占最終成績的10%。學生自評分是學生對自己的評價,在學期結束時總結自己的學習成效,占最終成績的10%。期末考試試卷設置50%的英語題量,占最終成績的20%。
七、結語
流體力學SPOC雙語教學新模式的關鍵在于優質的SPOC視頻教學資源和師生之間的互動配合,學習世界一流大學的教學視頻優化SPOC教學資源,可以快速縮小與世界一流大學教育水平的差距,教師備課的重點由知識傳授轉變為知識的深入理解與應用,學生從被動地接受知識轉變為主動學習知識并嘗試應用。并且,教師與學生的英語聽說能力、英語應用能力都能得到鍛煉。在流體力學SPOC雙語教學模式下,教師有更多的時間準備創新性的教學設計與教學內容,學生以團隊形式組隊學習,在課堂上與教師互動,培養學生靈活應用知識的能力與創新能力?;诹黧w力學SPOC雙語教學模式,可以形成優質的雙語教學師資隊伍,培養學生具備創新精神、雙語溝通能力和團隊合作能力,滿足教育國際化的需要。
0引言
《流體力學》是工科專業的一門基礎課程,在各工程領域也有著非常廣泛的應用[1-3]。通過對流體力學的學習掌握就可以為后續專業課的學習奠定堅實的基礎,而在實地教學中卻存在諸多問題。因為大部分本科生以前接觸的力學都是簡單的固體力學,研究的是看得見摸得著的事物。而流體力學著重研究流體的靜止及運動狀態的規律,研究流體的質量守恒、能量守恒及動量守恒三大定律及其應用,對數學學習要求較高,課程中的概念較抽象、公式較復雜[4],使很多學生難以理解其知識點,難以把握學習的要領,進而容易遺忘或者產生厭學情緒。因此,根據安全工程專業特點,對流體力學課程教學內容和教學方法等進行改革是非常必要的。
1課程教學特點及現狀
《流體力學》是安全工程專業的一門學科基礎必修課程,是一門多學科交叉融合的課程,涉及數學、物理學、力學等,理論性和工程實用性都較強。課程的研究對象為流體,區別于固體的主要特點是易流動,課程中的許多概念較為抽象,且方程的推導需要運用數學的方法,對學生運用數學知識分析問題的能力要求較高,總體來說,學生學習難度較大。目前,《流體力學》的課堂教學以理論知識講解為主,習題練習為輔,要求學生數學基礎、理解能力、邏輯思維能力較好,課上認真聽講,課后及時復習鞏固。但是學生的學習主動性和積極性不高,課程作業的完成質量不高,只是單一的應付考試。
2課程改革探討
為提高學生的學習效果,適應新形勢下應用型人才的培養目標,培養學生嚴謹、認真的學習態度,培養學生分析及解決流體力學問題的能力,及運用流體力學方法進行科學研究的基本能力,并為后續專業課程的學習打下良好的基礎。本文擬從教學內容、教學方法、考核形式三個方面對《流體力學》課程進行改革。
2.1教學內容
根據《流體力學》在安全工程專業中的課程定位,將流體力學的內容分為流體靜力學、流體動力學基礎、流動阻力及能力損失、管路流動、相似原理及因次分析等五大模塊。課程內容圍繞流體靜止、運動兩個狀態及力學的三大方程展開,由淺入深。培養學生的工科思想及意識,能夠對安全工程專業的流體力學問題進行分析。
2.2教學方法
整合傳統和現代教學手段,采用不同的教學方式,如課堂教學與網絡輔助教學相結合,將相關的習題解答方法及課堂練習同步至超星在線課堂,給學生課后復習鞏固提供資料,并通過網絡資源及時進行解答;多媒體教學與板書結合,將復雜的流體流動過程以多媒體動畫的形式展現出來,讓學生更直觀的了解某種現象,增加對理論知識的理解和掌握;增加課堂習題練習及講解,注重師生互動,注重理論練習實際,在課堂組織教學中通過師生互動調動學生學習積極性,并通過該環節了解學生課堂知識的掌握情況,及時調整講授方法。
2.3考核方式
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:
[1]許維德.流體力學[M].北京:國防工業出版社,1979.
中圖分類號:G642.3 文獻標志碼:B 文章編號:1674-9324(2012)12-0035-03
工程流體力學是熱能與動力工程專業的重要專業基礎課,也是礦業工程、安全工程、礦物加工、環境工程等許多專業的重要專業基礎課。具有基礎知識涉及面廣、基本概念多、內容抽象等特點,是一門理論性和實踐性均較強的課程,不但理論抽象,而且直接面向工程實踐。在工程流體力學的教學過程中,學生普遍認為“這門課難學”。其客觀原因主要體現在三方面:一方面是工程流體力學涉及的知識比較多,如材料力學、大學物理、高等數學等;另一方面是工程流體力學課內容比較抽象,學生理解起來相當困難;最后還由于工程流體力學工程背景強,學生普遍缺乏實踐知識。為提高工程流體力學課程的教學質量,我們從構建教學質量保障體系入手。根據全面質量管理的理論和課程教學質量保障體系的功能及影響因素的分析,高校課程教學質量保障體系應由五個系統構成[1]。教學質量保障系統,就是把對教學產生重要影響的教學管理活動有機地聯結起來,形成一個能夠保障和提高教學質量的系統化、結構化、持續化的整體,其實質是不斷探索如何以更合理的方式管理學校的人才培養活動,以有效地滿足社會對高等教育不斷增長的各種要求[2]。
根據課程建設情況,制定了圖1的課程教學質量保障體系。
一、課程教學質量控制系統
工程流體力學課程教學質量保障體系的核心是其教學質量控制系統,主要包括教師隊伍建設、教材建設、教學大綱修訂、理論教學、實驗教學和考試方式改進等。
青年教師的培養是師資隊伍建設的重點。青年教師學歷層次高、基礎扎實;其不足是講課內容與生產實際及后續課程結合較少,講課時還不能收放自如。為此,安排青年教師邊上課、邊助課。實踐證明,助課是一種培養年輕教師上好課的必要環節。教材是教學內容的主要載體,我們根據專業特點編寫了一套符合專業培養目標、具有特色的高質量教材和輔助教材。針對能源與動力類專業本科教學要求,并兼顧其他相關專業的教學需要,2002年出版了《工程流體力學》第一版。該教材在江蘇省教育廳的資助下,進行整體優化、精簡、補充,突出工程背景和工程應用,作為江蘇省高校立項精品教材,于2010年出版了第二版。為使學生更好掌握工程流體力學的內容,2007年,出版了配套學習輔導教材《流體力學學習輔導與習題解答》。該教材作為工程流體力學課程的配套學習輔導教材,受到學生的歡迎,取得了良好效果。同時,為滿足《工程流體力學》雙語課程教學需要,在參考國外原版教材的基礎上,結合我校的實際情況,于2010年出版了英文版《工程流體力學》教材,完善了我?!豆こ塘黧w力學》教材體系。為提高教材質量,特邀美國肯塔基大學Jimmy Smart教授參與了教材的編寫工作,并對整本教材進行審閱、修改。在理論教學過程中,充分利用教師因素和學生因素[3]。教師是教學過程的組織者,在教學過程中發揮主導作用。通過實例讓學生理論聯系實際;通過實例來吸引學生的學習興趣,加深印象。實驗教學是理論聯系實際的主要環節,開放的實驗模式在對學生的基本實驗技能掌握,知識的綜合應用,創新意識、創新精神和開拓能力的培養方面起著重要的作用[4]。我們的實驗教學以能力培養為重點,包括動手能力、觀察能力和分析問題能力。從1999年起,我校將實測實驗、演示實驗和計算機模擬實驗融為一體,極大地改善了實驗手段。工程流體力學課程配套了16學時的綜合實驗課,學生可根據個人情況,選擇合適的時間進行實驗。為學生創造了一流的、開放的實驗室課外學習基地,有利于培養學生的創新意識和動手能力。熱能與動力工程專業本科生多次在全國大學生節能減排社會實踐與科技競賽中獲獎,與工程流體力學綜合性、設計性實驗的鍛煉是分不開的。考試成績是衡量教與學效果的一個主要指標,確??荚嚨膰烂C性和公平性,并使考試成績能夠如實反映教與學的效果。從學校的情況來看,還是以筆試為主,主要是考核學生對基礎理論的掌握情況,是檢驗教學質量的主要手段,也是驗證教學效果的主要途徑[5]??荚嚨哪康氖菫榱肆私鈱W生對本課程知識體系的掌握情況,不能單靠死記硬背來檢驗學生對知識的掌握程度,考試內容要注重學生對基本理論的理解和運用上。使學生把學習的重點放在對基本理論和基本概念的應用和理解上,避免死記硬背式的學習方法。而計算題則突出對解題步驟的要求,按步驟給分,沒有步驟就不給分。目前,我們正在積極開展工程流體力學習題庫和試題庫建設。在同時開課班級較多的情況下,采取統考的形式,使考、教分離,使考試能夠更好地檢查教與學的質量和效果。
二、課程教學質量信息收集與處理系統
課程教學質量信息收集與處理系統包括領導聽課、教學檢查、督導檢查、學生信息員、學生評測等,目的是從不同側面收集課程教學的相關情況,對課程教學質量進行監控。
領導聽課主要是學院和系領導,通過聽課了解工程流體力學課程的教學情況,解決教學問題。教學檢查包括開學初、期中、期末教學檢查,掌握教學信息,穩定教學秩序。教學督導員的工作以聽課為主,督導員可隨時對課堂教學、實驗教學等進行聽課檢查、指導。為提高教學質量、加強教學管理、促進教學相長,我校2009組建了校、院兩級學生教學信息員小組。學生教學信息員覆蓋了全校所有的專業和班級,能全面地反映同學們在學習工程流體力學課程過程中發現的問題及建議,及時反映教學管理、教師教學中存在的問題。為更好地搞好工程流體力學課程建設,我們通過大范圍調查問卷和小范圍收集學生個人對工程流體力學課程的意見等方式,及時掌握學生對工程流體力學課程的意見和建議。調查問卷內容包括課程課時設置是否合適,教師教學方式安排,學生是否主動發言,學生對授課老師的要求,課程所使用的教材,課程作業量是否合適等。我們建立的這個教學質量信息收集系統,目的是多渠道、科學地收集有關工程流體力學課程教學質量的信息。本系統還有一個功能就是對這些信息進行科學的、合理的、公正的處理。信息收集和處理是為了診斷和評價,為了推進教學質量的逐步提高,為了幫助教師改進教學,促進學生、教師、管理人員三者之間圍繞學校的辦學目的、課程教學目標建立更為密切的關系,協調工作。
三、課程教學質量信息反饋系統
課程教學質量信息反饋系統包括教務處反饋、督導組反饋、教學秘書反饋、任課教師反饋和學生信息員反饋。我校常年承擔工程流體力學課程教學的主講教師6人,經常承擔工程流體力學課程教學任務的教師6人。根據教務系統要求,每次課程結束后,每個學生均必須對本課程教學過程以及任課教師作出評價,并由教務處反饋給學院和教師。我校本科教學督導組分為學校和學院兩級。督導組分別為學校、學院的教學改革工作提供咨詢。通過聽課、座談、訪問、征詢、專題評估等各種方式對教學過程進行監督,并及時提供信息和反饋意見。在制定本科人才培養方案,教材建設,課程體系、教學內容改革,教學實踐改革,教學管理以及教師教書育人,學風建設等方面提出意見和建議。教學秘書的工作涉及本院的全部教學工作,是連接各方面教學活動的橋梁和紐帶,具有承上啟下、協調左右、溝通信息和改善關系的作用。由于教學秘書非常熟悉教學管理、教學環節,又同時接觸教師和學生。因此,通過教學秘書反饋的對于課程的意見和建議,對提高工程流體力學課程教學質量具有非常重要的作用。工程流體力學任課教師根據其教學過程的切身體會,對教與學兩方面情況均比較熟悉。任課教師的反饋對于課程教學質量的提高具有直接的促進作用。教師還可通過教學例會及時反饋教學中的信息,解決教學中存在的問題。學生教學信息員小組是完善通暢的教學信息網絡和健全教學檢查、反饋、監督機制的重要手段,是學生和學校教學管理部門之間有效的信息溝通渠道。學院通過信息員反饋、學生測評、畢業生信息反饋等及時了解并解決教學問題。課程教學質量信息反饋系統通過以上多種渠道收集反饋意見,經過診斷和評價后,將結果反饋給教師,目的是幫助他們改進教學方法、提高教學質量。在我們的工程流體力學精品課程網站上,還有師生互動平臺,學生可以將他們的意見和建議直接反饋給教師,教師也可以將其建議直接返回給學生。
工程流體力學是一門理論性和實踐性均較強的課程,為切實提高其教學質量,構建了教學質量保障體系。該教學質量保障體系以課程教學質量控制系統為核心,通過教學過程信息收集、處理,并將意見和建議進行反饋,達到改進教學方法、提高教學質量的目的。
參考文獻:
[1]張揚,尹紅,李孟輝.高校課程教學質量保障體系的構建探析[J].高等農業教育,2010,1(1):46-48.
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[3]鄧艷梅.大學英語教學質量保障體系的分析研究[J].吉林省教育學院學報,2010,26(242):57-58.