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關鍵詞:流體力學 教學改革 教學方法
中圖分類號:G641 文獻標識碼:A 文章編號:1003-9082(2013)12-0220-01
一、重視“緒論”課
在正式緒論課之前,先以“引子”的方式引入流體力學的概念,并列舉生活中存在的流體力學現象,例如球類運動,運輸行業,長距離體育項目激發學生對流體力學的興趣,并強調流體力學存在于自身身邊,并不是高深的學問,打消學生對學習困難的顧慮。
再列舉流體力學在專業中的應用,例如水力學中的管道、渠道等,空氣動力學中的氣象污染擴散、室內通風等,強調流體力學對于專業來說是一門重要的專業基礎課,在流體力學課程的基礎上架設的多門專業課如《化工原理》、《水污染控制工程》、《大氣污染控制工程》均需要流體力學課程相關理論的支撐,使學生知曉學好流體力學課程的重要性與必要性。
之后再少量列舉專業外流體力學的應用,如水力發電、火力發電、心腦血管疾病、石油的開采和運輸、航空航天、給排水等向學生傳達學好流體力學不僅可以在本專業有所發展,還可以向相關專業進行滲透,進一步激發學生學習的興趣。
二、教學手段的改革
1.利用輔助教學手段,將抽象教學轉換為形象教學
1.1針對流體力學課程制作助教型和助學型兩套多媒體輔助教學軟件。利用目前國際上比較前沿的軟件Fluent(在美國的市場占有率為60%。凡跟流體,熱傳遞及化學反應等有關的工業均可使用。它具有豐富的物理模型、先進的數值方法以及強大的前后處理功能,在航空航天、汽車設計、石油天然氣、渦輪機設計等方面都有著廣泛的應用。其在石油天然氣工業上的應用包括:燃燒、井下分析、噴射控制、環境分析、油氣消散/聚積、多相流、管道流動等等)、Flash、虛擬現實、錄像等手段針對流體力學課程制作助教型和助學型兩套多媒體輔助教學軟件。
1.2充分利用助學型教學軟件,使授課系統化。授課前先將流體力學助學型教學軟件下發至每一位學生,要求部分內容自學,部分內容課堂討論、部分內容自行設計、搭建模型并求解,充分解決傳統講授部分學時占用過大,大部分的學時均被教師用來課堂推導、計算、分析、總結,沒有充分調動學生的積極性和主動性的缺點。并將一些涉及到科技前沿應用的知識點、和日常生活非常接近的知識點以及涉及到的相似相近內容體現在助學型教學軟件中,增加學生對課程學習的興趣。
1.3充分利用助學型教學軟件,加強學生實踐環節訓練。流體力學實驗不僅涉及到經典的流體力學模型建立、計算、求解、驗證還包括可以將各種模型相互組合,組合后驗證經典流體力學經典公式、模型在新模型建立及求解過程中的應用。在助學型多媒體課件軟件中,設計各種經典流體力學實驗環節,規定學生在課余時間自己動手在虛擬的助學型教學軟件中進行實驗環節,達到使學生鍛煉動手動腦能力的目的。另外,還可利用助學型課件軟件中的典型模型組合功能,在課余輔導中,讓學生自己動手建立模型。
1.4充分利用助教型教學軟件,使教學不再枯燥乏味。在流體力學教學過程中,經常會遇到簡單口述和簡單二維圖片無法闡述清楚的內容,在教學過程中輔助老師的講授進行演示,不僅可以減少教師的無謂勞動也可以增強學生對這些知識點的理解。
2.增加習題課比例,注重實踐性習題
之前的教學過程中只是對課后習題中出錯率較高的習題進行課堂專門講解,但經過一段時間的教學探索,發現這樣的方式對學生的學習積極性并沒有起到大的促進和改善,因此將課堂教學時間的一部分專門開設為習題課,選擇有實踐性甚至是直接從實踐環節總結出的習題,習題給出后,并不由教師直接講授解題思路與方法,而是選擇學生上講臺,一邊解題一邊向大家介紹自己的解題思路,在解題的過程中有的學生就能夠發現自己考慮的不周全的地方,或者下一位學生就能夠指出上一位學生的出錯點,這樣全班學生的思想都被調動起來進行思考,題目也在大家的討論中得到了正確的解答,學生對于這個知識點的掌握也就更加清楚明了。這樣的做法雖然會壓縮理論課教學時間,但是學生對于相應概念、公式、理論的理解卻更加深入。讓學生真正成為課程學習的主體,達到“教”與“學”的同步。
三、考核方式的改革
傳統教學模式中,考試卷子可謂“分量最重”,學生對該門課程的掌握程度完全憑借一張試卷中的十幾道試題體現,在題目的設置、試卷的審閱、批改過程中難免會遇到平時課堂表現不錯但實際考分卻并不理想的學生,因此,筆者將《流體力學》課程考核方式設定為40%平時成績+60%考試成績組成,平時成績由課堂隨機提問、習題課習題完成情況、作業成績、課堂出勤率共同組成,強調在隨機提問與習題課中,只要積極回答問題就會得到相應的加分,鼓勵學生積極參與課堂討論??荚囋嚲硪灿稍鹊闹匾曈嬎泐}和應用題轉為多種題型增強多種形式的考核,從多方面考查學生對知識的掌握程度。
也可以通過開卷或大作業形式考核學生靈活運用基本理論分析問題、解決問題的能力,題型可為一些綜合性的計算題和分析題,如:簡單管網的計算、簡單管網系統運行工況的分析等,分值可計算入平時成績并在平時成績中占60%~70%的比例。
總之,改革課程考核內容是“流體力學”教學綜合改革的又一項重要內容。必須多能力、全方位地考核學生,全面反映學生掌握該課程基本知識的程度和綜合運用能力,動手能力。
四、結語
《流體力學》是面向應用型工程技術人才的課程,教師在教學時要注重教學理念的轉變,不斷進行教學方法的改革,使學生全面學習和掌握知識,進一步提高“工程流體力學”課程的教學水平。
參考文獻
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關鍵詞:雙語教學;SPOC;教學模式;流體力學
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。基于流體力學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。
參考文獻:
(1.新疆工程學院機械工程系,新疆 烏魯木齊 830091;
2.安徽理工大學材料科學與工程學院,安徽 淮南 232001)
【摘要】流體力學作為工科院校的一門專業基礎課程,其理論性強,內容豐富,知識點多,難度系數大,學生不易理解和接受。結合教學實踐與學生專業素養培養要求,從師資隊伍建設、教學大綱改革、緒論課講解和完善實驗教學環節等方面對??平虒W中的流體力學課程改革進行了探討。
關鍵詞 流體力學;??平虒W;課程改革
The Exploration on the Specialised Teaching of the Course of Hydromechanics
FANG Fei1.2LI You-bing2JI Min-min2
(1.Xinjiang Institute of Engineering,Department of Mechanical Engineering Urumqi, Urumqi Xinjiang 830092, China;
2.Anhui University of science and Technology, School of Materials Science and Engineering, Huainan Anhui 232001, China)
【Abstract】As a professional basic course in engineering colleges,hydromechanics is difficult for students because of its strong theory , rich content, more knowledge points and a large degree of difficulty coefficient.According to teaching practice and professionalism training requirements for students ,this paper explores the construction of the faculty, curriculum reform, teaching to introduction and improvement of the experiment teaching of the course of hydromechanics.
【Key words】Hydromechanics; Specialized teaching; Reform of teaching;
流體力學是一門綜合性的專業方向必修課,屬于專業基礎課。通過本課程使學生掌握流體平衡與運動的基本理論、基本知識和基本技能,為學生學習后續課程和掌握專業知識以及為今后解決工程實際問題奠定初步的流體力學理論基礎。本科壓縮型的??粕诶碚撝R掌握成熟度上不如本科生, 而實踐動手操作能力和到基層的吃苦敬業精神不如中專生。為了適應社會形式的發展和面臨教學對象的不同,??平虒W中的流體力學課程改革勢在必行。為此,我們結合教學實踐與學生專業素養培養要求,認為可以從以下幾個方面進行課程教學改革。
1加強師資隊伍建設
流體力學課程目前的任課教師隊伍基本分為兩類,一類是專門研究流體的科研人員,另一類則是相關專業的專業課教師。而實踐反應出的問題是,這兩類教師在教學過程中都存在著各自的缺陷。前者本身確實有很堅實的理論基礎,但是缺乏對所授學生相應專業的了解,以至于在課堂上無法列舉出與學生所學專業相關的工程實踐實例,這必然導致學生無法學以致用,與后續專業課的學習脫節,在某種程度上可能造成學生認為學習該門課程是否必要。后者可以很好的彌補前者專業知識的匱乏,但是一般專業老師在自身學習流體力學的時候也是作為專業基礎課程來對待,因此對于基礎知識的掌握同樣存在著明顯的不足。對于任課教師的選擇,我們提出的建議是加強學科交叉。在學校邀請資深專家做學術報告和專題講座時,可以組織該專業所有任課老師都參加,加深他們對所授學生專業的了解,以便在課堂上講解時能結合專業實際,從而打造出一支理論基礎知識扎實,專業性強的師資隊伍。
2改革教學大綱內容
2.1模塊化教學內容
所謂模塊化,即將流體力學劃分為流體物理學性質、流體靜力學、流體動力學、理想流體動力學、 粘性流體動力學、 流動阻力相關計算、 壓縮氣體管路、 管路系統水力計算等幾個模塊。根據不同的專業要求, 進行不同的取舍和組合[3]。比如給排水專業可以將明渠流部分作為學習重點,而熱能動力專業則需要將氣體部分作為重點學習內容。由于教師在專業基礎課上有針對性的教學,學生在后續的專業課學習中就能輕松做到理論聯系實際,達到預期的教學效果。
2.2多樣化教學手段
積極推行多媒體技術與傳統的板書授課方法相結合的手段。隨著計算機科技的發展和普及,多媒體教學方法已經廣泛的應用在各種課堂教學中。同樣,通過多媒體演示功能,能夠生動、具體、形象、直觀的解決流體力學教學進程中的一些抽象的難點部分。但傳統教學方法的教學效果不能因此被忽視,尤其在理論分析、公式推導上,仍然是教師利用板書進行教學的方法占明顯優勢。教師通過傳統的教學方法,一方面能夠很好的把握課程節奏,與學生互動;另一方面也便于學生做好筆記,易于知識點的消化吸收。
2.3變更考核方式
目前我校的專科考核方式與本科一致,統一采用的都是閉卷考試成績占70%,考勤、作業、實驗占30%,而實際實驗部分只占了10%。但從??茖W生的專業培養素養要求來看,既要重理論,又要重實踐。因此,對于流體力學這類專業基礎課的考核方式要做到兩手都要抓。我們建議的考核方式是閉卷考試成績占60%,實驗占30%,考勤、作業占10%。
3把握緒課講解
經過多年的教學總結,學生反饋回來的信息是流體力學難度太大,部分專業術語太抽象。甚至部分學生在還沒有開始學習的時候,就已經產生了退怯心里,這對接下來的學習極為不利,以至曠課的現象普遍。流體力學雖然理論性較強, 但卻是一門及其貼近生活的學科。然而緒論作為一本教材的概述,是學生最先接觸到的部分,是對教材整體內容的高度濃縮和概括,貫穿整個教學過程,更對學生的學習起到引領、提示和導向等作用,所以講好一堂緒論課至關重要。物質包括固液氣三項,而流體就占液體和氣體兩項,可見流體占據了我們生活中的大部分空間。教師在講課時,應側重于多列舉一些生活中的實例來說明流體力學基本理論知識及其應用。比如,我們每天呼吸的空氣,喝的水,都是流體;而我們能呼吸到新鮮的空氣,喝到水,這體現流體具有流動性的特點。另外教師在講授緒論課時,務必要介紹整本書的內容綱要,以實用為目的,以必須、夠用為度,以掌握概念、強化應用為原則,并列舉工程實際中可能遇到的需要用教材理論知識解決的問題。在此基礎上學生能對要學什么知識、能解決什么樣的問題做到心中有數,能積極調動學生的求知欲和學習的興趣。這樣的方式也可以用在后續課程講解上,教師在每堂課結束前留下懸疑,并隨著課程的進展逐步解開疑問,層層遞進,一邊解決問題一邊學習新的知識點,一舉兩得。
4完善實驗教學環節
專科學生畢業后一般都工作在相關專業的一線崗位,這就注重學生的實操能力。要做到理論與實際融會貫通,實驗課的教學環節不容忽視。傳統的實驗教學模式基本都是驗證實驗,以班級為單位,分組進行,部分實驗甚至只由老師進行演示,負面的抑制了學生的自主創新能力。當然,驗證實驗的開設非常必要,而且要與課程內容形成很好的銜接。但是除此之外,還應開展一些拓展學生發散能力和創新思維的實驗,讓很多有想法的學生自主實驗,激發他們的學習興趣,培養他們的創新思維。另外,教師要嚴格要求學生端正實驗態度,尊重實驗結果,讓其養成嚴謹的實驗習慣,才能對以后專業中的流體力學現象做出科學的定性分析及精確的定量計算,才能正確地解決工程中所遇到的流體力學方面的設計和計算問題。
5結束語
目前,隨著各本科院校逐年擴招,每年大批應屆畢業生流向社會,我國當前就業形勢普遍嚴峻。從技術可信度來講,用人單位會優先錄用本科生;從崗位穩定性的角度出發,用人單位則會優先錄用中專生,這一直是??飘厴I生面臨的挑戰。本文從強化師資隊伍,改正教學方法,多種教學手段的有機結合以及實驗教學環節的完善等方面進行教學改革,以提高??茖W生專業能力競爭力,適應人才市場的需求。
參考文獻
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關鍵詞:《流體力學》課程;實驗教學;教學改革;建筑環境與能源應用工程
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)16-0225-02
一、前言
我校的學生培養定位是:“立足內蒙古,面向全國,服務國家基礎工業和地方經濟建設,培養崗位適應性強、工作作風踏實的應用型人才”[1]。
建筑環境與能源應用工程專業的培養目標是:“適應社會主義現代化建設需要,德智體全面發展,基礎扎實、知識面寬、能力強、素質高、具有創新意識和工程實施能力的建筑環境與能源應用工程專業應用型高級技術人才”。畢業生能夠從事工業與民用建筑室內環境與暖通空調、通風除塵、采暖供熱、燃氣供應、建筑給排水等公共設施系統、建筑熱能供應系統的設計、安裝、調試、運行、管理以及建筑自動化系統的方案制訂,并具有初步的應用研究與開發能力,能夠在設計研究院、建筑工程單位、物業管理公司及相關的科研、生產和教學等單位從事技術與管理工作。
《流體力學》是建筑環境與能源應用工程專業的一門主要技術基礎課,也是我校重點建設課程之一,是該專業工程技術人員必須掌握的知識。同時,該課程也是我校環境工程、熱能與動力工程、礦物加工工程、采礦工程、機械設計與自動化等工程專業必須開設的課程。通過本課程的學習,學生應掌握流體力學的基本概念、基本理論以及水力計算的基本方法。流體力學實驗是流體力學課程的重要組成部分,流體力學實驗是發展流體力學理論,驗證流體力學假說,理解流體力學現象,解決流體力學工程問題的一個重要手段,該課程實驗教學質量的好壞影響到學生對知識的了解和掌握,以及動手實踐能力的培養,甚至影響到他們就業后對專業知識的靈活運用。
二、當前實驗教學存在的問題
1.實驗教學現狀。流體力學實驗是《流體力學》課程的重要環節。實驗基本目的要求是:使學生觀測流動現象,驗證所學理論,掌握實驗的方法和操作技能,訓練學生整理實驗資料、編寫實驗報告的能力,培養學生嚴格的科學作風。目前我?!读黧w力學》課程開設的主要實驗項目有:雷諾實驗、伯努利方程驗證實驗、圓形管道沿程阻力實驗、圓形管道局部阻力實驗、一元流動量方程驗證實驗、氣體紊流射流實驗等[2],全部是傳統的驗證型實驗,由于實驗室房間、實驗器材、指導教師人數等方面的條件有限,綜合型、設計型實驗不能開出。不同專業、不同學時的《流體力學》課程的學生進行完全相同的實驗。在實驗課堂上,實驗指導教師從實驗原理、實驗目的、實驗儀器設備、實驗操作步驟、實驗注意事項、實驗報告格式要求等方面進行講解,之后學生分組進行實驗操作,觀察實驗現象,采集實驗數據,出現問題在指導教師的指導下進行處理,教師根據實驗報告的書寫完成情況和質量來評定成績。雖然實驗項目開設的比較全面,基本覆蓋了課程的主要內容,也有利于增進學生對理論知識的理解,但沒有激發學生的積極性,學生做實驗的主動性和熱情沒有體現出來,只是被動的完成了實驗教學過程,不能培養學生的創新性。
2.實驗教學效果。近年來伴隨著我國教育體制的改革發展和招生規模的擴大,給學校的發展帶來了機遇,使學校的發展取得了長足的進步,但不可回避的是學生質量在不同程度上有所下降,基礎知識不很扎實,給后續教學工作帶來了困難,也是擺在全校師生面前的難題。另外還有相當一部分學生是通過調劑專業而來的,不是他們所鐘情和喜愛的專業,因此,學習積極性也不高,疲于應付,學習目的不明確,態度不很認真,缺乏學習的熱情和動力,只求考試及格過關了事,流體力學實驗課的學習也是如此。
近年來,學校也做了很大努力,在改善實驗條件方面投入不少,但由于學生人數眾多,實驗儀器設備臺套數較少,實驗小組人數偏多,親自動手操作的次數不是很多,感性認識不夠,盡管實驗指導教師想盡一切辦法,盡可能多的創造機會,但收效甚微,實驗效果不理想,有的甚至連最基本的測試儀器,如畢托管的工作原理、使用及注意事項等都不清楚。另一方面,由于小組人數多,實驗測試數據相同,實驗報告抄襲現象嚴重,沒有進行數據的處理、分析、結果的討論,因此對實驗的感悟不深,對所學理論知識的理解、體會起不到作用,同時給實驗成績的考核帶來了不便。
三、課程實驗教學改革內容
1.實驗課的地位。實驗是《流體力學》課程非常重要的組成部分,但是在教學實踐中,往往更多強調的是理論的重要性,而忽視了實驗對流體力學理論學習的幫助。因此要充分重視流體力學實驗的地位,實驗在流體力學教學中和理論課具有同樣的重要作用,流體力學實驗是驗證理論、數值計算結果的唯一途徑,是學生獲得流體力學感性知識的主要方法,有利于學生對抽象知識的深入理解,促進學生進一步思考,培養他們的擴散思維,調動他們學習的積極性。另外,要樹立重視實驗教學、熱情服務學生的觀念。首先要重視實驗室建設,無論從政策傾斜還是人力、物力以及資金投入等方面都予以高度重視;其次要尊重實驗教師的地位和實驗教師的勞動,吸引具有一定操作技能和設計構思能力的教師充實到實驗教師隊伍中。
2.優化實驗教學內容?!读黧w力學》是建筑環境與能源應用工程專業的技術基礎課,其內容貫穿了建筑環境與能源應用工程專業的所有領域,如采暖供熱中的熱媒介質(水)的流動,空調工程中空氣、冷凍水、冷凝水的流動,通風除塵中空氣以及粉塵粒子的流動,鍋爐中的煙氣、水、蒸汽、粉塵粒子的流動等,所有這些流動的參數測試分析類似于流體力學實驗,因此流體力學實驗應該與工程實踐緊密結合。而目前《流體力學》課程開設的實驗全部是傳統的驗證型實驗,也是非常經典基礎的實驗,雖然實驗項目開設的比較全面,基本覆蓋了課程的主要內容,也有利于增進學生對理論知識的理解,但是,和專業工程實踐脫節,聯系不密切,學生學習的興趣和積極性不高[3,4]。
在完成傳統經典基礎驗證型實驗的之后,指導組織學生自行完成一次設計研究型實驗,把原有單一的實驗內容組合到新的設計實驗中,如具有一定規模的管網設計實驗,并對設計管網系統進行運行調試,分別測定不同工況下的運行參數,如流量、流速、壓力等,這樣既把流體力學知識和專業課的知識結合在了一起,由于是按照自己的意愿設計的實驗,因而增加了學生的學習興趣,又提高了學生的操作運行技能,同時,在解決出現問題的過程中,使學生學到的知識得到了綜合應用。因此筆者以為,傳統經典基礎驗證型實驗固然重要,可以使學生所學知識得到加深鞏固和理解,綜合型設計性實驗則是對學生綜合能力得到鍛煉和提高的有效途徑。在實驗教學過程中,優化現有實驗資源,在完成傳統經典驗證型實驗的同時,加強了設計性實驗的開出。
3.教學手段與方法。為了達到應有的實驗教學效果,在實驗教學過程中,要打破傳統的實驗指導教師講解學生聽的模式,指導教師與實驗學生采取互動的形式,共同探討實驗的目的、意義、背景、對應知識點以及和相關知識的聯系、完成實驗測定的技術路線等,使學生處于主體地位,積極參與,主動進行。方法可以靈活多樣,教學手段可輔助以教學錄像、多媒體等,對于實驗過程中出現的問題應讓學生互相討論,從中獲得答案,指導教師予以補充。實驗成績的考核不拘泥于實驗報告,應根據學生對實驗目的意義的感悟、對知識聯系的理解、實驗動手操作、問題分析討論、實驗報告質量等綜合評價[3,4]。
四、結語
《流體力學》是建筑環境與能源應用工程專業的一門主要技術基礎課,也是我校重點建設課程之一,同時也是環境工程、熱能與動力工程等專業必須開設的課程。流體力學實驗是該課程非常重要的組成部分,實驗不僅可以提高學生的學習興趣,還可以有意識的培養學生觀察事物的能力、分析解決問題的能力和相互協調合作的能力。因此要轉變觀念,重視流體力學實驗教學,整合流體力學實驗資源,進一步補充完善實驗教學內容,改革流體力學實驗教學方法和手段,不斷研究流體力學實驗發展趨勢,不僅要使學生完成經典基礎的實驗項目,更重要的是要放手讓學生開發設計型、研究型實驗,突出學生的主體性,提高學生學習的主動性和創新性,使每一個完成流體力學實驗的學生從中得到鍛煉和提高,為培養綜合型建筑環境與能源應用工程專業人才奠定扎實的基礎。
參考文獻:
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關鍵詞:流體力學;課程教學;課程考核;改革
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、環保科技公司去參觀考察,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??己嗽囶}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??己私Y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。
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