時間:2023-03-13 11:06:07
導(dǎo)語:在工程流體力學(xué)論文的撰寫旅程中,學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑,好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文,愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感,引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
[論文摘要]論文結(jié)合教學(xué)實踐,提出了以傳統(tǒng)教學(xué)模式為主、以現(xiàn)代化教學(xué)手段為輔的教學(xué)方法。結(jié)合實例講清楚基本概念,夠用為度重點突出理論公式的應(yīng)用是常規(guī)教學(xué)應(yīng)遵循的模式,并與多媒體輔助教學(xué)手段有機地結(jié)合起來,力求課堂教學(xué)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,達到提高教學(xué)效果、提升教學(xué)質(zhì)量的目的。
一、前言
《流體力學(xué)》是研究流體所遵循的宏觀運動規(guī)律以及流體和周圍物體之間的相互作用規(guī)律的科學(xué),它建立在現(xiàn)場觀測、實驗室模擬、經(jīng)典理論分析、數(shù)值計算基礎(chǔ)上,具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撔浴⒃淼某橄笮?、概念多、方程推?dǎo)繁雜等特點,對學(xué)生具備高等數(shù)學(xué)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(xué)生覺得該課程抽象、枯燥、難懂,普遍缺乏對流體力學(xué)理論的感性認(rèn)識,都有某種程度的畏懼感,導(dǎo)致教師難教、學(xué)生難懂成為較普遍的現(xiàn)象。
我校機械設(shè)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(huán)境工程、礦物加工工程、建筑環(huán)境與設(shè)備工程、工程力學(xué)等專業(yè)的學(xué)生都須具備不同程度的流體力學(xué)知識和技能,它是各專業(yè)后續(xù)課程如:液壓傳動、水力學(xué)、流體機械、空氣調(diào)節(jié)、傳熱學(xué)等課程的基礎(chǔ)。
為此,作者通過教學(xué)實踐,就多樣化的教學(xué)方法、更新的教學(xué)內(nèi)容、引入高科技的教學(xué)手段等方面進行探討,以期提高《流體力學(xué)》的教學(xué)質(zhì)量。
二、以傳統(tǒng)課堂教學(xué)為主
《流體力學(xué)》的課程體系分為基本理論、基本應(yīng)用和專門課題三大知識模塊,它要求學(xué)生具備扎實的微積分知識、力學(xué)知識等。學(xué)生在接觸流體力學(xué)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(dǎo)過程容易厭煩,因而《流體力學(xué)》的教學(xué)應(yīng)該以傳統(tǒng)教學(xué)方法為主。因為在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中,學(xué)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(dǎo)公式、突出重點、強調(diào)難點,以學(xué)生容易接受的講課速度,留給學(xué)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(xué)效果。
(一)結(jié)合實例,講清楚基本概念
流體力學(xué)的概念多、現(xiàn)象多,且很多概念和現(xiàn)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(xué)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(tǒng)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(shù),此法類似于拉格朗日法的質(zhì)點跟蹤,它與跡線的定義對應(yīng);②在每一公交站點安排記錄員,記錄不同時刻經(jīng)過該站點車輛的上下車人數(shù),此法等同于歐拉法,與流線的定義對應(yīng)。
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(xiàn)象,讓學(xué)生清楚掌握流體的壓強與它的流速有關(guān),流速越大,壓強越小;反之亦然。
概念是公式推演的基石,沒有準(zhǔn)確的概念,后續(xù)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(nèi)部聯(lián)系和區(qū)別,教師易教、學(xué)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(yīng)用
伯努利方程是能量守恒定律在流體力學(xué)中的具體應(yīng)用,是流體靜力學(xué)和流體動力學(xué)的基礎(chǔ),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(xué)平衡微分方程推導(dǎo)開始,強調(diào)公式所依據(jù)的原理是牛頓第二定律,假設(shè)條件是平衡、理想、靜止的流體,重點引導(dǎo)學(xué)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(yīng)用。這樣學(xué)習(xí)到后面的動力學(xué)伯努利方程時,先易后難、循序漸進,學(xué)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(guī)律時,就要求學(xué)生必須掌握推導(dǎo)過程,因為它在解決一般平衡流體內(nèi)部的壓強分布規(guī)律及其對固體壁面的作用力問題時非常重要。而對于連續(xù)性方程和動量方程的學(xué)習(xí),只強調(diào)記住結(jié)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(dǎo)給學(xué)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(rèn),依靠粉筆與黑板的教學(xué)條件、以教師為主體的傳統(tǒng)教學(xué)模式,教學(xué)形式單一,教學(xué)手段不先進,教學(xué)效率不高,適應(yīng)不了課程教學(xué)學(xué)時少、受教育學(xué)生數(shù)增加的情況。
三、以現(xiàn)代化的教學(xué)手段為輔
當(dāng)前以計算機多媒體技術(shù)為主的現(xiàn)代化教學(xué)手段已經(jīng)普遍地應(yīng)用于高校的教學(xué)中。制作教學(xué)用的視頻、多媒體軟件、電子課件等素材,作為課堂教學(xué)有力的輔助教學(xué)手段,可以在有限的時間內(nèi),利用圖文并茂的信息傳播方式,將課程內(nèi)容及有關(guān)背景資料以影像、圖片等形式,直觀地傳播給學(xué)習(xí)者,將流體力學(xué)中抽象的概念和理論具體化、形象化,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,使得學(xué)生能夠從感性認(rèn)識開始,逐步上升到理性認(rèn)識,進而能夠達到運用知識解決問題的能力。
結(jié)合流體力學(xué)精品課程的建設(shè),教學(xué)團隊制作了流體力學(xué)多媒體電子教案,并在教學(xué)過程中不斷完善,逐步取得了良好的教學(xué)效果。在設(shè)計與制作多媒體課件時,遵循課堂教學(xué)的基本規(guī)律,既發(fā)揮傳統(tǒng)板書教學(xué)中容易帶動學(xué)生思路、逐條在黑板上書寫的特點,在課件制作中根據(jù)講解的進度逐條展現(xiàn)公式條目等內(nèi)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(xiàn)象,以多媒體的方式在課堂上直觀地呈現(xiàn)出來,幫助學(xué)生建立清晰的印象。教學(xué)團隊收集、制作了大量的多媒體素材,例如在講解雷諾判據(jù)的時候,制作了雷諾實驗的FLIASH素材,以動畫的形式向?qū)W生展示了流體流動的兩種不同狀態(tài),以及流態(tài)判據(jù)—雷諾數(shù)與流動速度、管徑、流體種類有關(guān)系。運用多媒體輔助手段表達后,能夠幫助學(xué)生很好地理解課程的重、難點,提高教學(xué)效率。利用多媒體技術(shù),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(nèi)容,提高了教學(xué)效率。
多媒體教學(xué)的內(nèi)容一定要做到提綱挈領(lǐng)、重點突出,有所為有所不為。多媒體技術(shù)沒有好壞之分,只有合理使用與不當(dāng)使用之別。但是實踐應(yīng)用中,發(fā)現(xiàn)有的教師完全拋棄以往的黑板式教學(xué)模式,離開多媒體手段就上不了課;有的教師將教材內(nèi)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(xué)重點;也有的教師忽略學(xué)生對課件內(nèi)容理解消化的時間,致使學(xué)生的思維跟不上教師講解的速度,降低了教學(xué)效果。上述現(xiàn)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(jié)
流體力學(xué)作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課程,其重要性不言而喻。傳統(tǒng)教學(xué)模式能夠?qū)⑶昂笾R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(tǒng)化進程;多媒體教學(xué)能將難于理解的知識通過圖文、音像生動地顯現(xiàn)出來,幫助學(xué)生理解性記憶。借助于先進的教學(xué)手段,將多媒體輔助教學(xué)手段與傳統(tǒng)教學(xué)方法有機地結(jié)合起來,力求課堂教學(xué)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(xué)效果、提升教學(xué)質(zhì)量。以上是筆者在流體力學(xué)教學(xué)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(xué)》精品課程
[參考文獻]
[1]許賢良,王傳禮,張軍等.流體力學(xué)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2006.
關(guān)鍵詞:流體力學(xué) 教學(xué)改革 互動啟發(fā)式教學(xué)
中圖分類號:G424 文獻標(biāo)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(yǎng)模式改革的重要舉措,中國礦業(yè)大學(xué)(北京)大力開展全面建設(shè)研究型本科教育教學(xué)體系,加強學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),落實“創(chuàng)新教學(xué)環(huán)節(jié)”的教學(xué)改革研究?!皠?chuàng)新教學(xué)環(huán)節(jié)”由創(chuàng)新方法類課程、創(chuàng)新實踐活動組成。包括科研導(dǎo)論課、科研技能實踐、以及大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目等等。然而,大學(xué)本科生在校的大多數(shù)學(xué)習(xí)時間還是以課堂為主,如何對課堂教學(xué)進行改革,以適應(yīng)研究型本科教育教學(xué)體系的需要,是本文探討的問題。
1 流體力學(xué)課程的指導(dǎo)思想及定位
流體力學(xué)是工程力學(xué)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程,為后續(xù)課程提供必要的基礎(chǔ)知識和應(yīng)用工具。因此,牢固掌握流體力學(xué)課程的基本內(nèi)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(xué)專業(yè)階段學(xué)習(xí)的關(guān)鍵。對于流體力學(xué)這門課的普遍認(rèn)識是,老師們難教,學(xué)生們難學(xué)。究其原因,是因為學(xué)生在中學(xué)沒有接觸過流體方面的知識,是“懵懂無知”的狀態(tài);而到了大學(xué),一開始就要接觸流體的性質(zhì)、模型、運動學(xué)和動力學(xué)的概念,是“被動接受”的狀態(tài)。這對于大學(xué)生來說勢必會感覺很難,從上課聽不懂,習(xí)題不會做到上課不想聽,習(xí)題抄答案,形成惡性循環(huán),而教師的灌輸式教學(xué)更使得這門課預(yù)期達到的教學(xué)目標(biāo)難以實現(xiàn)。學(xué)生的基礎(chǔ)沒有打好,對于后續(xù)課程的學(xué)習(xí)勢必產(chǎn)生不良影響。如何使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中既能獨立思考,又能積極響應(yīng)教師的互動提示,進行有效的互動,這是提高教學(xué)效果的關(guān)鍵所在。
以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的互動式教學(xué)思想[1]在教學(xué)工作中逐步得到鞏固和落實,在教學(xué)方法的改革上取得了可喜成績。但是,要真正實現(xiàn)“教以學(xué)為本”[2],還需要不斷在教學(xué)思想、教學(xué)方法、課堂結(jié)構(gòu)等諸多方面進行創(chuàng)新性的探索與研究。作者近年來一直從事流體力學(xué)課程的教學(xué)工作,對如何讓學(xué)生學(xué)好這門課進行了一定的研究。作者認(rèn)為,啟發(fā)式教學(xué)[3]對于流體力學(xué)難教、難學(xué)這一問題是一有益的解決方案。通過在課堂上與學(xué)生互動以及在適當(dāng)?shù)臅r候?qū)W(xué)生進行啟發(fā),能夠改變流體力學(xué)課堂沉悶,學(xué)生不想聽講的氛圍,同時對培養(yǎng)學(xué)生的力學(xué)修養(yǎng)與力學(xué)能力大有裨益。教師在教學(xué)過程中切實重視、真正確立學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主體地位,通過學(xué)生自悟、質(zhì)疑、寫練的同時,加強學(xué)生主體之間的信息交流,以及教師的適時點撥啟導(dǎo),構(gòu)建“互動啟發(fā)式”這一課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)體系,能更好地讓學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí),逐步提高學(xué)習(xí)修養(yǎng)。
作者針對上述問題,參考了國內(nèi)外教學(xué)資料,結(jié)合多年教學(xué)經(jīng)驗,并以工程力學(xué)08級的“流體力學(xué)”教學(xué)為研究對象,成立了“巖爆研究大學(xué)生創(chuàng)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(xué)會第17屆學(xué)術(shù)年會上了表了三篇論文[4~6]。小組成員的學(xué)習(xí)熱情、學(xué)習(xí)成績、研究水平得到了很大的提高。由此可見“互動啟發(fā)式”教學(xué)適應(yīng)教學(xué)改革的需要?!盎訂l(fā)式”教學(xué)方式改變了過去那種學(xué)生被動接受的狀況,它要求教師的教學(xué)必須以調(diào)動學(xué)生的積極性為主,學(xué)生是主動的參與教學(xué),而不是被動的去記憶。作者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn),互動啟發(fā)式教學(xué)方式是教師學(xué)生“雙贏”的教學(xué)方式,它促進了師生間的情感交流,調(diào)節(jié)了課堂氣氛,是符合大學(xué)教學(xué)大綱的新選擇。
2 流體力學(xué)的基礎(chǔ)性、前沿性和時代性
《流體力學(xué)》課程是計算流體力學(xué)、多相流動、非牛頓流體力學(xué)的基礎(chǔ)性理論。同時,本門課程對于許多理論性較強的學(xué)科,如工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、應(yīng)用物理學(xué)、流固耦合、滲流力學(xué)等,都是必不可少的基礎(chǔ)理論課?!读黧w力學(xué)》課程中的許多專題:如邊界層理論、湍流、渦動力學(xué)、水波動力學(xué)、氣體動力學(xué)等都是發(fā)展迅速的前沿學(xué)科。當(dāng)前,隨著環(huán)境和資源探測要求的增長與技術(shù)進步,出現(xiàn)了許多或以流體力學(xué)為基礎(chǔ)、或與流體力學(xué)相交叉的新學(xué)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(xué);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(xiàn)代武器系統(tǒng)的發(fā)展,為流體力學(xué)學(xué)科提出了更多的新問題,也為學(xué)習(xí)《流體力學(xué)》的學(xué)生提供了廣闊的發(fā)展空間。
3 流體力學(xué)教學(xué)改革的嘗試和成效
在教學(xué)中努力踐行“研究型學(xué)習(xí)”[7]與“創(chuàng)新型人才”[8]的培養(yǎng)。開展“互動啟發(fā)式”教學(xué)法改革,培養(yǎng)學(xué)生積極思考、研究型學(xué)習(xí)、創(chuàng)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(dǎo)并鼓勵學(xué)生針對書中的重點、難點問題進行深入研究,在創(chuàng)新教育理念與研究性教學(xué)相融合上做出了有益的實踐。
3.1 教學(xué)方式的改革
《流體力學(xué)》課程的特點是:理論性很強,對學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求較高。例如,除了需要了解一般張量變換和指標(biāo)運算的規(guī)則外,還需要了解張量場論、曲線坐標(biāo)系下的張量微分學(xué)、微分幾何中關(guān)于點、線、面間的拓?fù)潢P(guān)系;以及由Gaussian定理、Stokes定理、標(biāo)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(xué)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(yīng)用。另外,在對不同流動現(xiàn)象的偏微分方程定解問題的求解中,需要講解有關(guān)的數(shù)學(xué)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(shù)法等。僅采用PPT教學(xué),難以表達在定理推導(dǎo)或偏微方程求解中的思辨、引證與推理過程。
因此,將傳統(tǒng)“板書式”教學(xué)與現(xiàn)代教育技術(shù)相結(jié)合,各種方法互為補充,探索啟發(fā)式教學(xué)法的創(chuàng)新,采用了以下的教學(xué)方法與教學(xué)手段:
(1)對于建立流體力學(xué)基本方程組或偏微分程求解過程中的數(shù)學(xué)推導(dǎo),采用板書講解為主,PPT為輔的教學(xué)方法。由于多數(shù)學(xué)生的張量場論與張量微分學(xué)的基礎(chǔ)較薄弱,在從這些定理出發(fā)建立流體力學(xué)基本方程的教學(xué)中,需要進行較長時間的數(shù)學(xué)推導(dǎo),很容易造成學(xué)生的疲勞。采用傳統(tǒng)的“問-答”為主的“啟發(fā)式”教學(xué)法,往往得到“啟發(fā)”的只是部分基礎(chǔ)較好的同學(xué),多數(shù)學(xué)生很少能主動響應(yīng),容易形成流體力學(xué)“難以學(xué)懂”的印象。
針對上述問題,創(chuàng)造性地設(shè)計了“互動啟發(fā)式”教學(xué)法。所謂“互動啟發(fā)式”教學(xué),就是在設(shè)置啟發(fā)問題過程中,對被啟發(fā)對象的思維過程施加以強烈的影響,激發(fā)學(xué)生深入思考的方法。具體是,在理論學(xué)習(xí)、定理推導(dǎo)、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(xué)生進行一定時間(5~7 min)的課堂練習(xí)作業(yè),啟發(fā)學(xué)生提出問題。最后,再由老師進行板書講解的“講解―學(xué)生練習(xí)-提問―再講解”的課堂教學(xué)過程。
“互動啟發(fā)式”教學(xué)法實施的關(guān)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(guān)背景知識,對其中的關(guān)鍵問題設(shè)置疑問點;在學(xué)生進行5~7分鐘的課堂練習(xí)過程中進行巡查,發(fā)現(xiàn)學(xué)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(xué)生提供了一個獨立思考的機會、創(chuàng)造了一個平等、自由的提問環(huán)境,使學(xué)生可以毫無顧慮地與老師交流,也便于老師及時發(fā)現(xiàn)問題。老師在學(xué)生達到思維臨界點時的講解,學(xué)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(yīng)用型專題和涉及實際物理現(xiàn)象較多的章節(jié),采用PPT或錄像為主的現(xiàn)代化教學(xué)方法。這樣,可以在有限的課時內(nèi),在使學(xué)生充分掌握書中的理論知識的同時,對相關(guān)的物理現(xiàn)象有感性認(rèn)識,加深對理論知識理解,以激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探索精神,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。為此,通過課程建設(shè),編制了實驗錄像。實驗錄像介紹流體力學(xué)理論的背景知識,如有關(guān)流體粘性、壓縮性、靜力學(xué)實驗、伯努利方程實驗、雷諾實驗、邊界層流動等,利用PPT等現(xiàn)代化教學(xué)方法在課堂教學(xué)中加以運用。
(3)耐心、細致的課后輔導(dǎo)。對于在課堂上提出問題的學(xué)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(xué)加以表揚。
(4)改革考試的形式和內(nèi)容,促進教學(xué)質(zhì)量的提高。教學(xué)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(xué)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(diào)解題的分析過程。通過上述方法,在考試內(nèi)容上,將知識測試與創(chuàng)新能力測試相結(jié)合。
3.2 教學(xué)改革效果
自我校工程力學(xué)專業(yè)開設(shè)《流體力學(xué)》課程以來,作者一直致力于以創(chuàng)新型人才培養(yǎng)、研究型學(xué)習(xí)方法建立為目標(biāo)的教學(xué)改革,在不斷提高自身理論水平的同時,提出了“互動啟發(fā)式”教學(xué)方法并在教學(xué)實踐中加以運用。學(xué)校教學(xué)督導(dǎo)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(yán)謹(jǐn)、通俗易懂,在課后熱情輔導(dǎo)同學(xué)們的學(xué)習(xí)與創(chuàng)新研究活動。作者的授課及輔導(dǎo)受到同學(xué)們的廣泛歡迎。
4 課程特色
力學(xué)專業(yè)《流體力學(xué)》課程理論性強、對張量分析、場論、數(shù)學(xué)物理方法與特殊函數(shù)等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)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(xué)研究與改革的基礎(chǔ)上,形成了以下課程特色:
(1)在建立流體力學(xué)基本方程組與求解流場數(shù)學(xué)模型過程中,板書推演思辨清晰、嚴(yán)謹(jǐn)、通俗易懂,對所需的張量、場論、數(shù)學(xué)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(xù)、易于啟發(fā)學(xué)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(dǎo)中,多數(shù)情況下可以脫稿講解。
(2)采用“互動啟發(fā)式”教學(xué)方法,在課堂上形成與學(xué)生間的良好互動,啟發(fā)學(xué)生的自主思維、深入思考,以達到深入理解復(fù)雜數(shù)學(xué)、力學(xué)理論的目標(biāo)?!盎訂l(fā)式”教學(xué)方法不斷充實完善,形成了包括課堂的即時啟發(fā)教學(xué)、平時的考察輔導(dǎo)與期末考試互相支持的系統(tǒng)方法。為研究型學(xué)習(xí)與創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提供了有力保障。該方法得到了越來越多的認(rèn)同。工程力學(xué)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(fā)式”教學(xué)法,并形成了自己的特色,取得了很好的教學(xué)效果。
(3)強調(diào)“研究型”學(xué)習(xí)方法。在平時的作業(yè)中,要求學(xué)生將每一道習(xí)題當(dāng)作一個“模型科學(xué)問題”,以論證與推演過程是否合理來評價學(xué)生作業(yè)的優(yōu)良等級。對學(xué)生的作業(yè)認(rèn)真評分并計入平時成績。允許作業(yè)成績不理想的同學(xué)可以重作,重新評分。另外,要求學(xué)生在課程結(jié)束前,選擇書中的問題提交一個研究報告,老師給予輔導(dǎo)、評分,并計入平時成績。以上措施在培養(yǎng)學(xué)生的研究型學(xué)習(xí)方法上起到了十分重要的作用。
(4)積極引導(dǎo)、支持學(xué)生開展創(chuàng)新科研活動。指導(dǎo)學(xué)生針對教學(xué)中的重點和難點開展解題方法、教學(xué)方法的研究,并將結(jié)果撰寫成研究報告或教改論文。在授課期間,對有學(xué)生要求給予科研的學(xué)術(shù)指導(dǎo),總是熱情響應(yīng)。
5 流體力學(xué)教學(xué)工作的展望
(1)繼續(xù)充實、完善習(xí)題庫、多媒體課件、實驗錄像等教學(xué)資源,實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享。
(2)以創(chuàng)新型人才培養(yǎng)、研究型學(xué)習(xí)方法為目標(biāo),繼續(xù)開展教學(xué)方法的研究,不斷完善“互動啟發(fā)式”教學(xué)方法的內(nèi)涵。
(3)現(xiàn)有的力學(xué)專業(yè)《流體力學(xué)》教材或深度不夠、或難于自學(xué)。準(zhǔn)備在多年流體力學(xué)教學(xué)積淀與撰寫的講義的基礎(chǔ)上,出版一部通俗易懂、學(xué)術(shù)水平高、具有礦業(yè)特色的流體力學(xué)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(zhǔn)備集自己多年在微分幾何、張量與場論理論的學(xué)習(xí)心得,在撰寫的講義基礎(chǔ)上,出版一部側(cè)重于講解張量、場論主要定理幾何意義及其在流場描述應(yīng)用的學(xué)術(shù)論著,作為力學(xué)專業(yè)《流體力學(xué)》課程的參考教材。
(5)跟蹤國際上最新研究成果、發(fā)表高水平科研與教改論文,提高自身素質(zhì),促進教學(xué)水平的提高。
6 結(jié)語
用“互動啟發(fā)式教學(xué)”法進行教學(xué),不但能使學(xué)生順利地接受新知識,而且教給學(xué)生利用已有的知識通過歸納總結(jié)去認(rèn)識新知識的一種有效的學(xué)習(xí)方法,這就給了學(xué)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(xué)雙邊活動有聲有色,而且在重溫舊課時輕松愉快的認(rèn)識和掌握深奧、抽象、復(fù)雜的概念和規(guī)律,起到事半功倍的效果?!盎訂l(fā)式教學(xué)”是傳授知識、啟迪思維提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段,是一種行之有效的、科學(xué)的教學(xué)方法。
總而言之,作為大學(xué)教師,為了改革傳統(tǒng)的教學(xué)模式,必須在了解自己學(xué)生的基礎(chǔ)上采取相應(yīng)的教學(xué)策略和教學(xué)方式?;訂l(fā)式教學(xué)方式克服了傳統(tǒng)教學(xué)方式的不足,調(diào)動了學(xué)生的積極性和主動參與性,它是大學(xué)教學(xué)改革的必然要求,應(yīng)該堅持并努力完善這種教學(xué)方式,使教學(xué)真正做到學(xué)以致用。
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[論文摘要]結(jié)合學(xué)習(xí)主體所處的時代環(huán)境變化和流體力學(xué)知識體系的學(xué)科跨度大以及對數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識要求很高的特點,分析了流體力學(xué)教學(xué)中存在的問題和難點,提出大量采用實驗?zāi)P秃蛯嵗虒W(xué)以加強流體流動現(xiàn)象的觀察理解對提高流體力學(xué)教學(xué)效果的必要性和重要性。
前言
流體無固定形狀,即使受到的剪切力再小,只要持續(xù)存在,其變形便會隨時間持續(xù)增大,不像固體那樣,一定的受力只能產(chǎn)生一定的變形。流體力學(xué)的基本理論非常嚴(yán)密,描述流體流動現(xiàn)象的數(shù)學(xué)方程非常復(fù)雜,高度非線性[1],因此學(xué)生對流體力學(xué)敬而遠之的現(xiàn)象比較嚴(yán)重。此外由于因特網(wǎng)及電子計算機的普及,各種虛擬現(xiàn)象泛濫,在這樣的環(huán)境下成長的學(xué)生接觸和感受實際發(fā)生的各種流體流動現(xiàn)象的機會大大減少,對自然現(xiàn)象的觀察和理解能力很弱。很多學(xué)生在接受流體力學(xué)教育之前所受的應(yīng)試教育的影響下[2],學(xué)習(xí)只是為了在短時間內(nèi)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(xué)者從教育學(xué)的角度提出了疑問[2]。只有直面實際的流體流動現(xiàn)象,抓住問題的本質(zhì),才能誕生真正的學(xué)問和研究。筆者基于對本科和研究生的流體學(xué)教學(xué)中存在的難點和問題,指出了重視流體流動現(xiàn)象的觀察和理解對提高流體力學(xué)的教學(xué)效果的必要性和重要性。
一、流體力學(xué)教學(xué)面臨的問題
(一)新形勢下學(xué)生所處的社會環(huán)境變化
學(xué)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(xiàn)象的機會大大減少。
因特網(wǎng)的普及使得在短時間內(nèi)獲得大量的信息或?qū)崟r獲得信息成為可能,近年來出現(xiàn)學(xué)生過度依賴因特網(wǎng)的傾向,疏遠了紙質(zhì)圖書及相關(guān)文獻這些知識比較系統(tǒng)邏輯性也有保證的傳統(tǒng)信息載體。但因特網(wǎng)上除了正確的信息外,還有很多不準(zhǔn)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(tǒng)性,因此學(xué)生僅通過因特網(wǎng)難以建立系統(tǒng)的知識體系的。
手機在學(xué)生中的普及也使得學(xué)生們在實際問題時,不是自己獨立分析問題,找出問題發(fā)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(yǎng)獨立制定計劃,對可能事態(tài)進行預(yù)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(yōu)秀的技術(shù)人員的必經(jīng)的磨礪之道。
(二)流體力學(xué)教學(xué)面臨的問題
流體流動的力學(xué)模型及其運動的物理意義難以理解[3]。流體粘性產(chǎn)生的模型與牛頓粘性定律之間的對應(yīng)關(guān)系就是最好的一個例證。大多數(shù)學(xué)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(chǎn)生粘性卻不能正確的理解。的確,對于涉及到流體力學(xué)的某些技術(shù)或產(chǎn)品設(shè)計,只要懂得一定的計算即可,但是對于開發(fā)和設(shè)計全新的產(chǎn)品,如不能準(zhǔn)確把握所涉及到的相關(guān)流體流動的物理本質(zhì),有時會產(chǎn)生完全錯誤的設(shè)計結(jié)果。
流體的運動狀態(tài)繁多,流體力學(xué)融合領(lǐng)域廣,要求學(xué)生掌握更多的學(xué)科預(yù)備知識,尤其對數(shù)學(xué)知識的要求更高,使部分學(xué)生覺得流體力學(xué)是難以接近的一門課。同一流動現(xiàn)象常??梢詮亩鄠€角度進行解釋,容易使學(xué)生產(chǎn)生混亂。比如對翼型的流體力學(xué)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(xué)生產(chǎn)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(zhì),只有完全理解各種解釋方法所依據(jù)的理論,才可以解除認(rèn)識上的混亂,將學(xué)到的知識條理化、系統(tǒng)化。
描述流體流動的數(shù)學(xué)方程高度非線性化,數(shù)學(xué)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(shù)學(xué)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(shù)學(xué)功底,但近年來學(xué)生的數(shù)學(xué)和力學(xué)基礎(chǔ)存在下降的趨勢。
學(xué)生在進入大學(xué)前所接受的應(yīng)試教育的影響很大,以考試成績自評學(xué)習(xí)效果的認(rèn)識根深蒂固[4]。實際的流體流動現(xiàn)象往往沒有單純的標(biāo)準(zhǔn)答案,有時甚至存在多個解,重要的是抓住流動現(xiàn)象的物理本質(zhì),系統(tǒng)的理解流體力學(xué)的基本原理。
二、教學(xué)方法對應(yīng)
解決上述問題的根本方法,筆者認(rèn)為只有從流體力學(xué)教學(xué)上,直面涉及流體的各種現(xiàn)象,使學(xué)生準(zhǔn)確的把握物理本質(zhì)。為此在流體力學(xué)課堂上,廣泛采用流體模型教學(xué)和實例教學(xué),增加學(xué)生觀察理解各種流動現(xiàn)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(xiàn)象背后的物理本質(zhì)進行思考的習(xí)慣,這對解決流體力學(xué)教學(xué)所面臨的問題至關(guān)重要。
使用電吹風(fēng)斜向上吹一個讓學(xué)生事先準(zhǔn)備好的氣球模型,沒經(jīng)驗的學(xué)生會意外的發(fā)現(xiàn)氣球會向斜上方飄起。這一流體流動現(xiàn)象可從風(fēng)從氣球上部通過時,由于氣球表面的影響風(fēng)的流向會產(chǎn)生變化,也就是流線產(chǎn)生彎曲,根據(jù)風(fēng)的動量變化必然產(chǎn)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(yīng)得到解釋。從這一簡單的模型教學(xué),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(xué)上的工作原理。
在一個裝滿水的塑料瓶內(nèi)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(fā)現(xiàn)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(xiàn)象引導(dǎo)學(xué)生:泡沫球運動得較快是因為等加速運動瓶內(nèi)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(chǎn)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(xué)比一般教科書上關(guān)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(xué)生抓住問題本質(zhì),且能培養(yǎng)學(xué)生獨立思考之習(xí)慣,使學(xué)生體會到透過流體流動現(xiàn)象來正確觀察和理解把握流體力學(xué)基本規(guī)律的樂趣。
經(jīng)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(xué)生們甚有興趣,追問其中的奧秘,當(dāng)教師根據(jù)伯努利定律做出解釋并介紹伯努利這位集物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、力學(xué)家及醫(yī)學(xué)家于一身的瑞士的大科學(xué)家的基本情況后,學(xué)生們頓時對這位科學(xué)家充滿了崇敬之情,通過大量這種實驗?zāi)P图皩嵗虒W(xué),學(xué)生們對學(xué)習(xí)流體力學(xué)這門課更有了興趣和信心,教學(xué)效果的提高自不待言。
三、結(jié)語
本文詳盡的分析了計算機、因特網(wǎng)、手機等現(xiàn)代化通訊工具普及后對學(xué)生產(chǎn)生的影響,由于流體力學(xué)課程知識體系的特點,這種影響產(chǎn)生的負(fù)面問題很多,尤其是教授成長在應(yīng)試教育體制下走入大學(xué)的學(xué)生,更需要轉(zhuǎn)換認(rèn)識,改變教學(xué)觀念,在課堂教學(xué)中廣泛植入實驗?zāi)P徒虒W(xué)和實例教學(xué),讓學(xué)生直面實際存在的各種流體流動現(xiàn)象,通過實際的流體流動現(xiàn)象的觀察和理解,達到生動及形象的把握這些流動現(xiàn)象背后的流體力學(xué)的基本定理,有效提升教學(xué)效果的同時,通過簡單實驗?zāi)P偷闹谱鬟€可提高學(xué)生的動手能力,這對學(xué)生走向社會成為一個具有創(chuàng)造性思維能力、獨立思考的優(yōu)秀技術(shù)人員也是一個必不可少的雛形磨礪。
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在傳熱與流體流動問題的數(shù)值計算研究中,主要存在兩種思路,一種是應(yīng)用數(shù)學(xué)家針對空氣動力學(xué)問題發(fā)展的可壓縮流動計算方法,以有限差分法為主,國內(nèi)習(xí)慣上稱其為計算流體力學(xué)(CFD);另一種是物理學(xué)家針對傳熱問題發(fā)展的不可壓縮流動計算方法,以有限體積法為主,國內(nèi)習(xí)慣上稱為計算傳熱學(xué)(NHT)。通過某種特殊處理,兩種思路都試圖將方法推廣到另一種思路所側(cè)重的問題。流體流動和傳熱現(xiàn)象十分復(fù)雜,其中不少子課題均可并且已經(jīng)形成獨立的學(xué)科。數(shù)學(xué)模型和數(shù)值計算方法也名目繁多、千姿百態(tài)。想要花費較少的時間歷數(shù)各類流動和傳熱現(xiàn)象、各類數(shù)學(xué)模型和數(shù)值方法,幾乎是不可能;對于初學(xué)者來說也沒有這個必要[2]。許多專門講解計算流體力學(xué)的各種書籍,由于需要較多的數(shù)學(xué)知識,而顯得晦澀難懂。針對初學(xué)者的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該是能夠突出介紹傳熱和流體流動數(shù)值計算核心算法,而又盡量避免深奧的數(shù)學(xué)知識,特別是為他們克服最初的入門障礙,以便建立起對CFD和NHT的興趣和信心,為繼續(xù)學(xué)習(xí)更深入的相關(guān)知識做好鋪墊。教學(xué)過程中要力求做到以較簡單的數(shù)學(xué)方程來解釋計算流體力學(xué)和計算傳熱學(xué)的基本知識。在世界范圍內(nèi)得到廣泛認(rèn)可的作為CFD和NHT入門學(xué)習(xí)的教材有1980年P(guān)atankarS.V.[6]撰寫的《Nu-mericalHeatTransferandFluidFlow》(1984年張政[7]譯為中文,科學(xué)出版社出版),1995年VersyeegH.K.和MalalasekeraW.[8]撰寫的《AnIntroductiontoComputationalFluidDynam-ics—theFiniteVolumeMethod》(2005年李人憲[9]撰寫的《有限體積法基礎(chǔ)》大量參考了此書的有關(guān)內(nèi)容(作者注),國防工業(yè)出版社出版),1995年AndersonJ.D.[10]撰寫的《Computa-tionalFluidDynamics—theBasicswithApplications》(2007年吳頌平和劉趙淼[2]譯為中文版,機械工業(yè)出版社出版)。這三本書中,前兩本主要介紹有限體積法,數(shù)值計算方法主要為壓力修正的SIMPLE算法系列;第三本書主要專門介紹有限差分法,對有限體積法只是一帶而過。我們知道,當(dāng)前流體流動和傳熱問題的數(shù)值計算方法有多種,如有限體積法、有限差分法、有限元法、譜分析法、各類格子類方法等。每一種方法都有其特點和使用范圍。在應(yīng)用于傳熱和流體流動問題數(shù)值計算的眾多方法中,有限體積法由于其物理意義明確、實施過程簡便、數(shù)值特性優(yōu)良而獲得了特別廣泛的應(yīng)用,是當(dāng)前主流通用商品化CFD軟件(如:PHOENICS、FLU-ENT、Star-CD、CFX)中最常用的核心算法,也是最為成熟的一種方法。特別是自20世紀(jì)80年代以來,由于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)的發(fā)展,有限體積法更是得到了長足的進步。值得指出的是,雖然有限體積法表現(xiàn)出優(yōu)異的程序通用性和對求解域的廣泛適應(yīng)性,但因為這樣的原因而只是去了解有限體積法的知識是不夠的。原因如下:第一方面,有限差分法是有限體積法的基礎(chǔ),有限體積法是在有限差分法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。第二方面,如何分析和判斷一個離散格式的有效性和可靠性,即離散格式的數(shù)學(xué)特性(相容性、收斂性、穩(wěn)定性、數(shù)值耗散與色散)的分析,必須借助于有限差分法才能完成。有限體積法是無法看見離散格式的內(nèi)在微觀特性的。這也是很多初學(xué)者學(xué)習(xí)完計算傳熱學(xué)(有限體積法)后,再去學(xué)習(xí)計算流體力學(xué)(有限差分法)時仍然感到吃力和困難的原因。有限差分法更多地是建立在數(shù)學(xué)概念上的,需要學(xué)習(xí)者要有較為厚實的數(shù)學(xué)功底;有限體積法是從物理概念入手,顯然容易理解和接受,但難以透徹理解各物理量的內(nèi)在聯(lián)系。第三方面,有限差分法簡便易行、格式和離散方案豐富多彩,求解變量設(shè)置隨意,是初學(xué)者練習(xí)編寫小程序而能深刻理解數(shù)值計算精髓很好的方法。第四方面,有限體積法在當(dāng)前仍然被廣泛使用,特別是在航空航天領(lǐng)域更是必不可少。綜上所述,對于教授初學(xué)傳熱與流體流動數(shù)值計算的學(xué)生而言,在安排教學(xué)內(nèi)容時應(yīng)當(dāng)涵蓋有限體積法和有限差分法兩方面的內(nèi)容。兩種方法是否應(yīng)當(dāng)有所側(cè)重,得依據(jù)修課學(xué)生的專業(yè)情況來具體舍取。另外,對于初學(xué)者要立足基礎(chǔ),突出物理概念和數(shù)學(xué)模型的循序漸進、由淺入深。因為精確科學(xué)的目標(biāo)就是通過數(shù)學(xué)而簡化自然界的問題,以確定物理上的量。反之,片面追求起點高、內(nèi)容深,會使大部分學(xué)生感到畏懼,敬而遠之,從而失去繼續(xù)深入學(xué)習(xí)的興趣。
二、明確本課程的學(xué)習(xí)方法
鑒于傳熱與流體流動數(shù)值計算課程的重要性,特別是許多學(xué)生在接下來的學(xué)位論文工作時,都要采用數(shù)值計算的手段去研究自己的特定問題。那么如何才能學(xué)好CFD或NHT?或者是應(yīng)該采用什么樣的方法來學(xué)好這門課程?這是初學(xué)者經(jīng)常愛詢問的問題。有效的學(xué)習(xí)方法能起到事半功倍的效果,對于本門課程學(xué)習(xí)中需要注意以下幾方面的問題:1.要有扎實的流體力學(xué)和傳熱學(xué)基本知識。所謂計算流體力學(xué)或計算傳熱學(xué),顧名思義,就是數(shù)值計算和流體力學(xué)(或傳熱學(xué))兩方面知識的結(jié)合。要想學(xué)好CFD和NHT,首先要有扎實的數(shù)學(xué)功底、流體力學(xué)和傳熱學(xué)的基本知識。在理解并應(yīng)用CFD和NHT的所有知識之前,我們必須充分理解流體力學(xué)和傳熱學(xué)控制方程,包括它們的數(shù)學(xué)形式和它們所描述的物理現(xiàn)象。有的同學(xué)在學(xué)習(xí)過程中想要繞過流體力學(xué)和傳熱學(xué)的基本知識,特別是粘性流體力學(xué)的內(nèi)容,最終的效果只能是知其然而不知其所以然。2.不要忽視自己動手編寫程序。這是一門理論和編程并重的課程,應(yīng)使理論與編程操作相結(jié)合,二者才能相得益彰。因此,想要學(xué)好CFD和NHT,應(yīng)該鼓勵自己去編寫一些計算簡單問題的程序。而且只有通過編寫程序來親手實踐,才能了解CFD和NHT究竟是如何一回事。3.要學(xué)習(xí)使用商品軟件。自己編程是一個良好的學(xué)習(xí)方法,針對某一較簡單的問題編程容易實現(xiàn);而對于復(fù)雜問題,自己動手從零開始編寫程序?qū)且粋€繁雜的工作。對于作為工程計算而非專門的研究型人員來說,學(xué)會使用一個通用的商品軟件是有益的,像流行的PHOENICS、FLU-ENT、CFX和Star-CD等商品軟件,雖說不是針對性軟件,應(yīng)用于某些專門問題的計算時可能表現(xiàn)出效率低、精度低,但要自己編制一個計算復(fù)雜流場的軟件,還是要慎重思考。
三、結(jié)束語
論文關(guān)鍵詞: 流體輸配管網(wǎng) 時間安排 教學(xué)內(nèi)容 學(xué)習(xí)方法
論文摘要: 《流體輸配管網(wǎng)》是建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)的一門主干課程,但目前卻存在著授課時間安排不合理、授課內(nèi)容急需調(diào)整等突出問題。因此。合理安排授課時間、對授課內(nèi)容進行調(diào)整、使學(xué)生掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法等是擺在任課教師面前的一項重要任務(wù)。
《流體輸配管網(wǎng)》是建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)一門主干課程,該課程將《空調(diào)工程》《燃氣輸配》《通風(fēng)工程》《建筑給排水》《鍋爐及鍋爐房設(shè)備》《建筑消防工程》《工廠動力工程》等課程中的管網(wǎng)系統(tǒng)原理抽出,經(jīng)提煉后與《流體力學(xué)泵與風(fēng)機》中的“泵與風(fēng)機”部分進行整合、充實而成。如何講授好本課程,處理好本課程與其他專業(yè)課程之間的銜接問題,進而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)質(zhì)量,是任課教師急需解決的難題。
一、授課時間安排方面存在的問題
以往,《流體輸配管網(wǎng)》課程曾安排在第二學(xué)年第二學(xué)期,也有安排在第三學(xué)年第一學(xué)期與第二學(xué)期的。有學(xué)者與教師認(rèn)為,這門課程是專業(yè)課程 ,應(yīng)安排在第四學(xué)年第一學(xué)期 ,這樣可以讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過各專業(yè)課程之后集中學(xué)習(xí)管網(wǎng)理論知識 ,達到使學(xué)生融會貫通并激發(fā)學(xué)生的想象力與創(chuàng)造力的目的。
l將本課程安排在專業(yè)課程學(xué)習(xí)之前存在的問題
《流體輸配管網(wǎng)》包括“泵與風(fēng)機理論基礎(chǔ)知識”“管網(wǎng)系統(tǒng)組成”“管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計理論”及“管網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)理論基礎(chǔ)知識”等主要內(nèi)容。將本課程安排在《流體力學(xué)》課程之后、相關(guān)專業(yè)課程之前,與專業(yè)基礎(chǔ)理論課程《傳熱學(xué)》《工程熱力學(xué)》與《熱質(zhì)交換設(shè)備》等放在同一學(xué)年授課,優(yōu)點是提前學(xué)習(xí)“泵與風(fēng)機理論基礎(chǔ)知識”“泵與風(fēng)機和管網(wǎng)的匹配”等主要內(nèi)容,可以為后續(xù)的專業(yè)課程學(xué)習(xí)帶來方便 ,因為學(xué)習(xí)專業(yè)課程需要學(xué)生具備一定的泵與風(fēng)機理論基礎(chǔ)知識。
將本課程安排在專業(yè)課程學(xué)習(xí)之前存在的問題是,在講授 “流體輸配管網(wǎng)系統(tǒng)類型及裝置”“流體管網(wǎng)水力特征與水力計算”等內(nèi)容時學(xué)生普遍反映,雖然課程理解起來不難.但要將課程前后內(nèi)容聯(lián)系起來達到融會貫通卻十分困難,原因主要有兩點:一方面,學(xué)生對管網(wǎng)系統(tǒng)還十分生疏,沒有前期專業(yè)課程的鋪墊便突然要學(xué)習(xí)管網(wǎng)類型、裝置及管網(wǎng)系統(tǒng)知識,對學(xué)生來說顯然有困難,因而達不到預(yù)期的教學(xué)目的;另一方面,目前《流體輸配管網(wǎng)》的授課主線不太突出,學(xué)習(xí)時需要學(xué)生具備一定的專業(yè)基礎(chǔ)知識。
2.將本課程安排在專業(yè)課程學(xué)習(xí)之后存在的問題
針對學(xué)生反映的問題.筆者所在的教研組及時修正了教學(xué)計劃,將該課程安排在第三學(xué)年第二學(xué)期 .從教學(xué)效果上來看還是很好的.但在其他專業(yè)課程授課過程中有部分學(xué)生反映 .由于缺少“泵與風(fēng)機理論基礎(chǔ)知識”.在學(xué)習(xí)“管網(wǎng)系統(tǒng)水力工況分析”與“系統(tǒng)工況調(diào)節(jié)”等內(nèi)容時有一定的難度。根據(jù)這些問題,筆者所在的教研組決定將《流體輸配管網(wǎng)》課程安排在第三學(xué)年第一學(xué)期,與專業(yè)課程同時講授,并對其中部分章節(jié)的順序和內(nèi)容進行調(diào)整 實踐證明,這種安排的優(yōu)點比較突出。
3.對本課程授課時間安排的一些想法與建議
《流體輸配管網(wǎng)》為專業(yè)課程,其目的就是讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過各專業(yè)課程之后集中學(xué)習(xí)管網(wǎng)理論知識,以使學(xué)生融會貫通,激發(fā)學(xué)生的想象力與創(chuàng)造力,提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。因此筆者認(rèn)為,本課程應(yīng)該安排在專業(yè)課程學(xué)習(xí)之后,也就是應(yīng)該安排在第四學(xué)年第一學(xué)期,然后將本課程內(nèi)容靈活分為兩大部分,分別在不同學(xué)年講授,其中一部分是“泵與風(fēng)機理論基礎(chǔ)知識”.可以安排在第二學(xué)年第二學(xué)期專業(yè)課程學(xué)習(xí)之前或與專業(yè)課程同時講授:另外一部分就是“管網(wǎng)系統(tǒng)及管網(wǎng)設(shè)計與管網(wǎng)工況調(diào)節(jié)理論知識”,可以安排在第四學(xué)年第一學(xué)期專業(yè)課程學(xué)習(xí)之后。
二、授課內(nèi)容存在的問題
提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,合理安排教學(xué)內(nèi)容,對學(xué)生掌握本課程理論知識、提高解決實際工程問題能力具有至關(guān)重要的作用。因此筆者認(rèn)為,本課程的授課主線與 目的必須突出、明確,與專業(yè)課程的銜接必須恰當(dāng)。
1.對本課程授課章節(jié)順序進行調(diào)整
本課程是在專業(yè)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)完之后開始講授,或與主要專業(yè)課程的學(xué)習(xí)同時進行,或在主要專業(yè)課程學(xué)習(xí)完成之后進行,其主要基礎(chǔ)知識是流體力學(xué),流體力學(xué)內(nèi)容已經(jīng)包括了簡單管路、復(fù)雜管路及環(huán)狀管路組成與水力計算基礎(chǔ)理論部分,學(xué)生對管網(wǎng)知識已有了初步的了解。因此.可以結(jié)合其他專業(yè)課程的需要,對授課章節(jié)順序進行相應(yīng)調(diào)整 ,以使授課主線與目的更加清晰 、明確 可以將第五章“泵與風(fēng)機理論基礎(chǔ)”、第六章“泵與風(fēng)機與管網(wǎng)的匹配”、第七章“枝狀管網(wǎng)水力工況分析與調(diào)節(jié)”中第一節(jié)“管網(wǎng)系統(tǒng)壓力分布”等內(nèi)容放在前面講授.一是因為學(xué)生已經(jīng)具備了掌握這些知識的能力,二是因為開設(shè)的其他專業(yè)課程需要學(xué)生首先具備這些專業(yè)理論基礎(chǔ)知識。這樣調(diào)整之后 ,有關(guān)管網(wǎng)類型、裝置,枝狀、環(huán)狀管網(wǎng)水力計算與工況分析調(diào)節(jié)等內(nèi)容即可放在專業(yè)課程學(xué)習(xí)之后或與專業(yè)課程同時講授。從筆者這幾年的教學(xué)實踐來看,這種調(diào)整具有一定的優(yōu)勢。
另外,有學(xué)生反映,第二章“氣體管網(wǎng)水力特征與水力計算”中第二節(jié)“流體輸配管網(wǎng)水力計算的基本原理和方法”應(yīng)單獨列為一章,因為這一節(jié)的內(nèi)容是氣體與液體管網(wǎng)水力計算的基礎(chǔ)理論知識,而這也是流體力學(xué)的主要內(nèi)容。筆者認(rèn)為這個意見提得較好,調(diào)整后可以使本課程授課主線更加突出與明朗。但筆者建議 ,可以將“流體輸配管網(wǎng)水力計算的基本原理和方法”“枝狀管網(wǎng)水力共性與水力計算通用方法”和“環(huán)狀管網(wǎng)水力計算的基本原理與方法”相結(jié)合,列為單獨的一章,這樣設(shè)置更合理,也使授課主線更突出。
2.對本課程授課內(nèi)容進行調(diào)整
《流體輸配管網(wǎng)》是從各專業(yè)課程中將管網(wǎng)系統(tǒng)原理抽出經(jīng)提煉后形成的課程,因而不可避免地會造成各門課程之間的沖突。筆者認(rèn)為,本課程中“管網(wǎng)類型及裝置”可在專業(yè)課程中講授.“管網(wǎng)的水力工況分析及調(diào)節(jié)”應(yīng)在本課程中講授.這樣可以更好地突出管網(wǎng)的水力工況分析與調(diào)節(jié)共性,使學(xué)生掌握不同管網(wǎng)設(shè)計、管網(wǎng)水力分析與調(diào)節(jié)的基本規(guī)律。
三、學(xué)習(xí)方法的問題
《流體輸配管網(wǎng)》課程實踐性、應(yīng)用性較強,管網(wǎng)系統(tǒng)千差萬別。因此 ,要想提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣 ,使學(xué)生牢牢掌握管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計、管網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)基本原理和方法 。學(xué)習(xí)方法尤為重要。
有學(xué)生反映,這門課程理解起來并不難,但要將課程前后內(nèi)容聯(lián)系起來達到融會貫通卻十分困難。筆者認(rèn)為原因有兩點:一方面,盡管管網(wǎng)系統(tǒng)千差萬別,但管網(wǎng)系統(tǒng)水力特征、水力計算及管網(wǎng)調(diào)節(jié)理論分析卻是流體力學(xué)的基本知識,都主要是一元穩(wěn)定流動能量方程的運用 ,學(xué)生對這個基本規(guī)律的運用可以說是得心應(yīng)手,無論是動力確定還是壓力分布等都難不倒學(xué)生,因此“理解起來并不難”:另一方面 ,授課時間安排不合理 ,學(xué)生沒有見過這個系統(tǒng),分不清系統(tǒng)形式與系統(tǒng)裝置的區(qū)別 ,這就使得學(xué)生上課時能夠理解,下課后就忘記了。要想解決這個問題。筆者認(rèn)為應(yīng)加強兩項主要教學(xué)工作:第一是加強學(xué)生對基本概念 、專業(yè)術(shù)語的掌握。第二就是加強實踐教學(xué),做到理論聯(lián)系實際、實踐與理論結(jié)合、課堂與實踐結(jié)合。傳統(tǒng)的實驗臺實驗滿足不了教學(xué)要求,因此教師在授課時應(yīng)加強實踐教學(xué)內(nèi)容。如安排2~4學(xué)時或課后時間讓學(xué)生參觀不同類型的管網(wǎng)系統(tǒng) .繪制管網(wǎng)系統(tǒng)圖,找出系統(tǒng)設(shè)計合理 、不合理之處,校核泵 、風(fēng)機與管網(wǎng)是否匹配。有條件的話還可以讓學(xué)生自己動手調(diào)節(jié)管網(wǎng)流體參數(shù),在管路系統(tǒng)中安裝調(diào)節(jié)閥。通過實踐 ,將課本知識上升到理論分析的高度 ,這樣就能有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率。
參考文獻
關(guān)鍵詞 食品工程原理;教學(xué)質(zhì)量;提升途徑
中圖分類號 G42 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739(2016)20-0289-02
食品工程原理是食品科學(xué)與工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程,主要任務(wù)是研究單元操作的基本原理、典型設(shè)備的構(gòu)造及工藝尺寸的計算(或選型),目的在于培養(yǎng)分析和解決有關(guān)單元操作各種實際問題的能力[1-9]。本課程內(nèi)容涉及學(xué)科多,理論性強,與工程結(jié)合緊密,課程難度大,在食品類專業(yè)人才培養(yǎng)中具有重要的地位和作用,如何提高課程教學(xué)質(zhì)量就成為授課教師探索的重要目標(biāo)。筆者從事食品工程原理課程教學(xué)多年,結(jié)合長期積累的經(jīng)驗,通過舉例法對如何提高本課程教學(xué)質(zhì)量進行了有益探索,以期為承擔(dān)本課程教學(xué)任務(wù)的教學(xué)工作者提供有益參考和借鑒。
1 形成宏觀意識,樹立工程觀念
食品工程原理是一門實踐性、工程性很強的應(yīng)用基礎(chǔ)課程,教學(xué)過程中應(yīng)注重建立學(xué)生的宏觀意識,樹立工程觀念,培養(yǎng)學(xué)生的工程思維,提高分析與解決工程問題的能力。例如,流體力學(xué)中把大量流體分子構(gòu)成的集團稱為流體微團或流體質(zhì)點,流體就是由無數(shù)個微團或質(zhì)點組成的連續(xù)工質(zhì)。流體力學(xué)就是研究流體流動宏觀規(guī)律的一門學(xué)科,涉及的流體不僅有牛頓流體,也有非牛頓流體。有了流體微團或流體質(zhì)點的概念,研究流體運動規(guī)律時就不必考慮復(fù)雜的分子運動而從宏觀上來研究流體流動所遵循的規(guī)律,這在工程上是許可的。
2 更新教學(xué)大綱,優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容
教學(xué)大綱是教師進行教學(xué)的主要依據(jù),包括教學(xué)目的、教學(xué)要求、教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時分配等,也是檢查和評定學(xué)生學(xué)業(yè)成績和衡量教師教學(xué)質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)[2,8-9]?,F(xiàn)代食品工業(yè)科技發(fā)展迅速,技術(shù)更新快,已成為我國工業(yè)快速發(fā)展的推動力量。食品工程原理涉及章節(jié)多、難度大,而學(xué)時有限。因此,教師應(yīng)該根據(jù)專業(yè)或?qū)W科特色進行合理取舍,不斷更新教學(xué)大綱,及時優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容,只有這樣才能及時跟上時代的步伐。例如,畜產(chǎn)品加工與貯藏方向應(yīng)側(cè)重流體力學(xué)、傳熱、冷凍、膜分離、蒸發(fā)和干燥等單元操作,農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏方向應(yīng)側(cè)重于粉碎、篩分、攪拌、吸收、蒸餾和吸附等單元操作。
3 轉(zhuǎn)變教學(xué)方式,改進教學(xué)方法
教學(xué)方式是教師在要求學(xué)生獲取知識,提高能力,獲取學(xué)習(xí)方法的過程中所采用的方式,包括談話式、討論式、歸納式、講授式、互動式、總結(jié)式和實踐活動式等。教學(xué)方法是教師為了實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)和完成教學(xué)任務(wù),在教學(xué)過程中運用的方式與手段的總稱[4,9]。食品工程原理涉及各個單元操作的基本原理、典型設(shè)備構(gòu)造、物料衡算和能量衡算等,若按傳統(tǒng)的教學(xué)方式和手段進行組織教學(xué),學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高,學(xué)習(xí)興趣不強,重難點不易掌握和理解,學(xué)習(xí)效果較差。因此,在食品工程原理教學(xué)過程中,教師需不斷轉(zhuǎn)變教學(xué)方式,改進教學(xué)方法,提高教學(xué)質(zhì)量和水平。例如,傳熱這一單元操作,教師可從古人利用冰窖貯藏食物、世界能源短缺、全球氣候變暖、能量傳遞和利用、傳熱學(xué)發(fā)展簡史和熱力學(xué)三大定律入手,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動機,使學(xué)生主動求知和自主學(xué)習(xí),加強師生相互交流,這樣就可提高教師教學(xué)質(zhì)量和增強學(xué)生學(xué)習(xí)效果。
4 加強師資建設(shè),提升教師素質(zhì)
教育大計,教師為本。教師是教育事業(yè)發(fā)展的第一資源,教師在教學(xué)過程中起引導(dǎo)和主導(dǎo)作用,教師素質(zhì)與教學(xué)質(zhì)量密切相關(guān)。加強教師隊伍建設(shè)是食品工程原理課程教學(xué)改革和發(fā)展規(guī)劃中一個十分重要的方面。加強教師隊伍建設(shè)包括以下方面:一是建設(shè)高素質(zhì)教師隊伍,采取引進高層次人才和自己培養(yǎng)相結(jié)合的方式,不斷提高教師隊伍水平;二是加強師德師風(fēng)建設(shè),使一切教育工作者具備相應(yīng)的道德觀念、情操和品質(zhì),在言傳身教過程中起著十分重要的示范作用;三是提高教師業(yè)務(wù)能力和水平,采取主講教師定期與不定期培訓(xùn)學(xué)習(xí)的方式,校內(nèi)與校外鍛煉的方式,以此來提高教師的業(yè)務(wù)能力和水平,提升教學(xué)質(zhì)量;四是加強教師獎懲制度建設(shè),對長期從事本課程教育教學(xué)、科學(xué)研究和管理、服務(wù)工作并取得顯著成績的教師和教育工作者,可授予相應(yīng)榮譽稱號,頒發(fā)相應(yīng)的獎?wù)潞妥C書,給予一定的物質(zhì)獎勵,以此來激勵教師努力工作、勇于奉獻。
5 強化實踐教學(xué),培養(yǎng)創(chuàng)新意識
當(dāng)前高等學(xué)校面臨的一項重要任務(wù)是轉(zhuǎn)變教育思想,更新教育觀念,實施創(chuàng)新教育,培養(yǎng)具有較強創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的新時代大學(xué)生。培養(yǎng)創(chuàng)新型人才,著力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力。教育部曾提出:“要大力加強實踐教學(xué),切實提高大學(xué)生的實踐能力?!奔訌姼咝嵺`教學(xué)有助于提高高校教育質(zhì)量、培養(yǎng)高素質(zhì)人才,適應(yīng)我國社會的發(fā)展。實踐教學(xué)內(nèi)容包含課程實驗、課程實習(xí)、課程設(shè)計、生產(chǎn)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計和畢業(yè)論文等,是理論教學(xué)的延續(xù)、補充、拓展和深化,有助于培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的實踐能力、增強動手能力、提高分析問題和解決問題能力、培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神等[6-9]。食品工程原理是一門實踐性很強的應(yīng)用性課程,應(yīng)該以改革創(chuàng)新為動力,以強化學(xué)生實踐創(chuàng)新能力為目標(biāo),堅持教學(xué)與科研結(jié)合、課內(nèi)與課外結(jié)合、校內(nèi)與校外結(jié)合,優(yōu)化實踐教學(xué)體系,建設(shè)實踐教學(xué)平臺,提升實踐教學(xué)隊伍水平,完善實踐教學(xué)管理,創(chuàng)新實踐育人模式,提高人才培養(yǎng)質(zhì)量,為服務(wù)食品工業(yè)輸送大批勤奮踏實、基礎(chǔ)扎實、知識面寬、實踐創(chuàng)新能力強的創(chuàng)新型和應(yīng)用型人才[10]。
6 激發(fā)學(xué)習(xí)動機,培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣
教學(xué)過程是由教師的教和學(xué)生的學(xué)2個方面構(gòu)成的統(tǒng)一活動過程。教學(xué)質(zhì)量不僅與教師的教學(xué)態(tài)度、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)效果等有關(guān),還與學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)效果有關(guān)。學(xué)習(xí)效果的好壞與學(xué)習(xí)動機和興趣密切相關(guān)。因此,教師在教學(xué)過程中要激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機,培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,以達到預(yù)期的教學(xué)目的,提高教學(xué)質(zhì)量。例如,流體力學(xué)基礎(chǔ)這一章,可從大禹治水、都江堰水利工程入手,提出應(yīng)用了哪些流體力學(xué)的原理,以此引起學(xué)生的注意,激發(fā)學(xué)習(xí)動機,培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣。
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關(guān)鍵詞:卓越計劃;《石油化工過程及裝備》;過程裝備與控制工程;課程建設(shè)
“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”(簡稱“卓越計劃”)是貫徹落實《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》的重大改革項目。東北石油大學(xué)在2011年被批準(zhǔn)為教育部“卓越計劃”第二批試點高校,其中過程裝備與控制工程專業(yè)是首批入選專業(yè)。經(jīng)過5年多的改革與實踐,專業(yè)建立了以培養(yǎng)“石油石化行業(yè)卓越工程師”為目標(biāo)的人才培養(yǎng)模式,并開展了與之相適應(yīng)的專業(yè)改革和建設(shè),取得了較好的效果。其中,《石油化工過程及裝備》是過程裝備與控制工程系根據(jù)“卓越工程師”培養(yǎng)要求,對該專業(yè)課程進行調(diào)整和整合出的一門專業(yè)主干課程。該課程既具有較強的理論性又緊貼工程實際,對學(xué)生畢業(yè)后從事設(shè)備專業(yè)及相關(guān)工作具有舉足輕重的作用。本文從《石油化工過程及裝備》的課程定位出發(fā),對案例分析的運用、師資力量建設(shè)、突出實踐教學(xué)地位以及開發(fā)仿真課件和網(wǎng)絡(luò)平臺、改革考核機制等措施進行探討,以適應(yīng)過程裝備與控制工程“卓越人才”培養(yǎng)目標(biāo)需要、適應(yīng)市場需求。取得的經(jīng)驗和成果可為同類院校相近專業(yè)開展卓越工程師教育培養(yǎng)計劃提供借鑒。
一、課程描述
《石油化工過程及裝備》是研究石化設(shè)備工藝設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計的專業(yè)課。該課程整合過程裝備流體力學(xué)、過程流體機械中流體力學(xué)基礎(chǔ)部分和機器工作原理部分、化工原理,并加入化工過程反應(yīng)動力學(xué),融入石油石化特色,形成了一門集流體力學(xué)、反應(yīng)動力學(xué)、質(zhì)量傳遞動力學(xué)、傳熱動力學(xué)和各類型石油石化裝備結(jié)構(gòu)設(shè)計的綜合性課程,分上下兩冊,計劃學(xué)時為128學(xué)時。在裝備專業(yè)卓越工程師教育體系中,該課程不僅是學(xué)習(xí)后續(xù)課程及在各個學(xué)科領(lǐng)域中進行理論研究和實踐工作的必要基礎(chǔ),是卓越工程師教育實訓(xùn)環(huán)節(jié)之一――石油石化設(shè)備設(shè)計實訓(xùn)的先導(dǎo)課程,而且對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng),提高學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)以及整體的素質(zhì),為在未來的學(xué)習(xí)工作中提高科研能力和創(chuàng)新能力都起著重要的作用。因此,建設(shè)好《石油化工過程及裝備》課程對于進一步提升本學(xué)科培養(yǎng)水平及影響力具有重要的意義。
二、課程目前存在的不足
《石油化工過程及裝備》有堅實的資源基礎(chǔ)和建設(shè)經(jīng)驗,但是要符合卓越工程師培養(yǎng)的要求,將單元設(shè)計捏合成有機的整體,并將各個資源合理搭配使用,仍然需要做大量的工作。
課程參考書目的建設(shè)。迫切需要在現(xiàn)有條件下,對《石油化工過程及裝備》課程參考書目進行整合和革新,以滿足卓越工程師培養(yǎng)計劃要求,符合課程發(fā)展和專業(yè)發(fā)展的需要。
石油化工過程及裝備實驗課程體系的建設(shè),對流體流動和化工單元操作的實驗需要進行開發(fā)與整合,形成系列化的實驗教學(xué)體系,輔助學(xué)生對課程教學(xué)內(nèi)容的消化與吸收。
課程多媒體資源建設(shè)。需要在化工原理,過程流體機械,和過程裝備流體力學(xué)基礎(chǔ)上,整合多媒體資源,革新教學(xué)CAI課件。
建設(shè)適合本課程的實踐教學(xué)條件和教學(xué)環(huán)境。在對課程內(nèi)容進行整合和細化的基礎(chǔ)上,對課程設(shè)計進行調(diào)整,以實現(xiàn)對學(xué)生整體觀和大局觀的培養(yǎng)。
三、課程改革與實施
根據(jù)“卓越工程師”培養(yǎng)計劃要求,針對上述存在的不足,經(jīng)過多次系內(nèi)和課程改革團隊會議討論,研究和修改,已經(jīng)完成了對課程的整合以及新課程教學(xué)大綱的建設(shè)工作。目前主要著力于課程教學(xué)內(nèi)容細節(jié)的優(yōu)化,并在石油化工過程與相應(yīng)裝備應(yīng)用間確立明確的邏輯關(guān)系,以其實現(xiàn)課程內(nèi)的良好過渡,為學(xué)生更好的吸收、消化石油化工過程中所涉及到的單元操作基礎(chǔ)知識、計算分析過程和工程應(yīng)用案例打下堅實基礎(chǔ)。在以上思路下,圍繞《石油化工過程及裝備》課程改革有如下實施路徑。
(一)提高案例分析在課程內(nèi)容中的比重
《石油化工過程及裝備》工藝計算部分公式繁多,為了方便學(xué)生學(xué)習(xí)并掌握此門課程,通過導(dǎo)入案例、案例實際應(yīng)用和完成大作業(yè)等方式,在教學(xué)實施過程中引入典型案例的方法。一方面以案例為切入點,引出相關(guān)的原理、技術(shù)等;另一方面根據(jù)實際案例分析來講解例題,使學(xué)生深入理解基本原理,更重要是讓學(xué)生掌握如何利用所學(xué)理論知識去解決工程實際問題。例如“導(dǎo)熱速率方程式”一講當(dāng)中可選擇鍋爐導(dǎo)熱的案例,鍋爐爐墻屬于多層平壁導(dǎo)熱,里面爐管屬于圓筒壁的導(dǎo)熱,再比如選擇管道以黃夾克作保溫,若已知管道內(nèi)外側(cè)的工業(yè)溫度,可讓同學(xué)們計算所需要多厚的黃夾克作保溫等實例。
(二)加強實踐環(huán)節(jié),提高學(xué)生實踐能力
《石油化工過程及裝備》課程的實踐教學(xué)主要體現(xiàn)在課程匹配實驗、石油石化設(shè)備設(shè)計實訓(xùn)和本科畢業(yè)設(shè)計這3個環(huán)節(jié)。安排必修實驗教學(xué)8學(xué)時。石油石化設(shè)備設(shè)計實訓(xùn)當(dāng)中包含一周的典型設(shè)備工藝設(shè)計,學(xué)生運用給定的工藝參數(shù)進行工藝計算,確定設(shè)備的特性尺寸。這一周課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計中某些題目涵蓋了換熱器工業(yè)計算、塔設(shè)備工藝計算以及攪拌釜工藝計算等。同時聘請大慶石化、大慶油田設(shè)計院工程師作為學(xué)生校外指導(dǎo)老師,舉辦多次科技講座,為學(xué)生講授設(shè)備工藝設(shè)計過程等專題,并到油田、石化等單位現(xiàn)場各科室全面參觀學(xué)習(xí)。另外,吸收部分學(xué)生參與專業(yè)教師創(chuàng)新團隊的科研項目,對學(xué)生進行產(chǎn)學(xué)研結(jié)合教育,使其具有相應(yīng)理論知識和較強實踐能力,使其成為為經(jīng)濟社會發(fā)展服務(wù)的專門人才。
(三)研制課程仿真實驗課件、開發(fā)課程資源共享平臺
在“卓越計劃”實施的過程中,隨著高校視頻資源建設(shè)的逐步推進,如何使建設(shè)的資源得到充分利用成為探索的主題,而資源平臺的建設(shè)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。因此,在課程建設(shè)中,制作與實驗教學(xué)相匹配的仿真實驗課件,構(gòu)建課程資源庫、開發(fā)課程資源共享平臺,實現(xiàn)資源的網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)。學(xué)生可以在《石油化工過程及裝備》實驗課實際操作之前,在網(wǎng)絡(luò)平臺的CAI課件上進行學(xué)習(xí)操作方法、操作步驟,避免實際操作中出現(xiàn)問題。營造一種符合現(xiàn)場實際的仿真教學(xué)環(huán)境,輔助學(xué)生對課程教學(xué)內(nèi)容的消化與吸收。平臺運行后,不斷革新技術(shù)、后期管理和維護具備可持續(xù)性,保證學(xué)習(xí)效果的積極性和長效性。
(四)建設(shè)一支適應(yīng)“卓越工程師”培養(yǎng)要求的教師隊伍
“卓越計劃”必須以建設(shè)一支具有豐富實踐經(jīng)歷、滿足人才培養(yǎng)要求的高水平教師隊伍才能保證“卓越計劃”的順利實施并取得預(yù)期成果。因此,師資隊伍方面,課程負(fù)責(zé)人在本專業(yè)具備豐富的教學(xué)經(jīng)驗和現(xiàn)場實踐經(jīng)驗,青年教師具備博士學(xué)位,課程團隊積極從事教學(xué)改革與教學(xué)研究,并針對本課程制定教學(xué)改革規(guī)劃,制定青年教師培養(yǎng)規(guī)劃,具體措施如下。
1.青年教師的培訓(xùn)。鼓勵課程組教師參與國內(nèi)外專業(yè)課程教學(xué)研討和訪問交流,并定期把青年教師送到外院校、設(shè)計院等單位進修培訓(xùn),積累現(xiàn)場工作經(jīng)驗,為學(xué)生講授課程時以現(xiàn)場實際為導(dǎo)向,掌握本學(xué)科發(fā)展前景。
2.提高青年教師教學(xué)水平。教研室定期開展教學(xué)研究活動,省規(guī)劃辦、省高教學(xué)會立項時,鼓勵青年教師積極參與立項,要求青年教師撰寫教研論文。教研內(nèi)容主要涉及本學(xué)科人才培養(yǎng)模式、課程體系設(shè)置等方面。通過學(xué)習(xí)和研討,讓相關(guān)教師具備堅實的過程設(shè)備設(shè)計、化工原理等專業(yè)知識,掌握所承擔(dān)的課程在教學(xué)環(huán)節(jié)中的作用,以及與其他課程的銜接關(guān)系。
3.青年教師講課比賽。積極推舉教師參加各級教學(xué)新秀評選和各類賽課活動,以此促進教師的成熟和教學(xué)進步。通過以上措施加強師資隊伍建設(shè),從而更好地推動課程建設(shè)。
(五)考核機制的改革
本門課程采用多樣的考核方式,考查學(xué)生分析問題和解決問題的能力,不再采用單一的閉卷考試模式。課程組成員將《石油化工過程及裝備》考核分為閉卷考試占60%、平時成績占40%,平時成績由三部分組成:實踐部分20%、大作業(yè)10%、研究性學(xué)習(xí)10%。閉卷考試類型包括選擇填空題、分析題、計算題等。實踐部分主要用于考查學(xué)生的實際操作能力、合作學(xué)習(xí)能力等,這部分內(nèi)容由實驗操作過程和實驗報告質(zhì)量確定。大作業(yè)是案例教學(xué)的一個重要環(huán)節(jié),學(xué)生通過完成大作業(yè),提高其獨立思考能力與理論聯(lián)系實際的能力。研究性學(xué)習(xí)主要是學(xué)生加入裝備大學(xué)生創(chuàng)新團隊、參與教師所研究的科研項目,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。
為了便于對過程流體機械教學(xué)方法實施教學(xué)改革,滿足工程教育的要求,對過程流體機械課程的特點進行分析。理論性強,需要良好的基礎(chǔ)知識要想較好地學(xué)習(xí)過程流體機械專業(yè)課程,學(xué)生不僅需具備扎實的力學(xué)基礎(chǔ)知識(如流體力學(xué)、工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、理論力學(xué)以及材料力學(xué)知識),還需具備良好的專業(yè)基礎(chǔ)知識(如機械原理、機械設(shè)計等)。對于以“講授”為主的傳統(tǒng)的教學(xué)方法而言,學(xué)生要想在課堂上完全理解教師講授的教學(xué)知識點,緊跟教師的備課思路,就必須對這些現(xiàn)行課程有良好的認(rèn)識和理解。專業(yè)性強,內(nèi)容復(fù)雜、繁多過程流體機械專業(yè)課程涉及的內(nèi)容非常廣泛,包括機構(gòu)原理、熱力學(xué)計算、流體力學(xué)原理、動力學(xué)計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計、運行維護、故障診斷、總體方案設(shè)計與選型等。每一個知識點似乎都涉及一門獨立的基礎(chǔ)課或者專業(yè)課程。如果學(xué)生沒有充分的準(zhǔn)備,聽課時似乎很難對教師講授的知識做出敏捷的反應(yīng),極大地影響課堂的互動氣氛。知識點與工程實踐緊密聯(lián)系過程流體機械專業(yè)課程涉及的知識點與工程生產(chǎn)實踐緊密聯(lián)系,其理論水平遠高于實際,可用于指導(dǎo)流體機械在企業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中的穩(wěn)定操作和運行,以及機器的技術(shù)改造與新機型的開發(fā)。課程講授過程中需要注重培養(yǎng)學(xué)生的工程意識與理論聯(lián)系實際的意識和能力。結(jié)合課程的學(xué)習(xí),勢必要學(xué)生開展一定的工程訓(xùn)練,以加強學(xué)生的工程觀念,讓學(xué)生做到實踐與理論相結(jié)合,以及理論與實踐相結(jié)合。
2過程流體機械課程教學(xué)存在的問題
鑒于傳統(tǒng)教學(xué)的陋習(xí)和目前本科教學(xué)改革的深入,導(dǎo)致目前過程流體機械教學(xué)方法的弊病不斷暴露出來。基礎(chǔ)知識欠缺不可否認(rèn)的是,隨著教學(xué)改革的推進,一些非常重要的基礎(chǔ)課程(如工程熱力學(xué)和傳熱學(xué))由于學(xué)時短缺而被逐漸砍掉。有的課程(如流體力學(xué))雖在開設(shè),但由于學(xué)時短或為選修課程,得不到足夠的重視,學(xué)習(xí)效果不理想,導(dǎo)致學(xué)習(xí)過程流體機械課程時,學(xué)生連最基本的概念(如內(nèi)能、焓、熵等)都不知道,當(dāng)涉及一些運用基礎(chǔ)課程知識點來理解工程問題時感到非常吃力。這就導(dǎo)致以講授為主的傳統(tǒng)教學(xué)方法很難適應(yīng)目前的教學(xué)形勢,而且教學(xué)效果不佳,出現(xiàn)死記硬背、不善于理解應(yīng)用的學(xué)習(xí)局面。實踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱實踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱似乎是工程教學(xué)的通病[7]。實踐教學(xué)主要包括實驗、實習(xí)、實訓(xùn)、課程設(shè)計、畢業(yè)論文(設(shè)計)等環(huán)節(jié),是培養(yǎng)工科專業(yè)學(xué)生的必備環(huán)節(jié),對學(xué)生工程意識與能力的培養(yǎng)至關(guān)重要。對于工程性極強的過程流體機械課程而言,實踐環(huán)節(jié)尤為重要。然而目前普遍存在一些問題。1)實習(xí)與實驗教學(xué)環(huán)節(jié)需要加強。就本專業(yè)的實習(xí)而言,目前主要集中于化工設(shè)備制造廠和化工產(chǎn)品生產(chǎn)車間的參觀和學(xué)習(xí),基本上忽略了有關(guān)流體機械制造廠的參觀和學(xué)習(xí),導(dǎo)致學(xué)生對流體機械沒有感官認(rèn)識。而且實驗學(xué)時在不斷縮減,目前僅開設(shè)往復(fù)壓縮機示功圖測試和高速轉(zhuǎn)子靜平衡兩個實驗。離心泵汽蝕實驗被砍掉,導(dǎo)致學(xué)生對離心泵主要性能得不到很好的理解。2)畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)需要加強。鑒于一系列原因(比如工程熱力學(xué)知識的欠缺、有關(guān)流體機械書籍和標(biāo)準(zhǔn)的缺乏),目前絕大多數(shù)畢業(yè)課題僅局限于化工設(shè)備設(shè)計,基本上很少布置有關(guān)流體機械課程方面的畢業(yè)課題。這嚴(yán)重限制了學(xué)生對流體機械課程的進一步理解和工程應(yīng)用能力的鍛煉。課程評價存在問題由于課程學(xué)時的縮減,目前過程流體機械課程評價基本上是“一錘定音”——期末考試,忽略了大作業(yè)的訓(xùn)練和熱點研究方向文獻的閱讀和總結(jié)。這種考核方式不能實事求是地反映學(xué)生對知識點的掌握和理解,更談不上運用所學(xué)知識分析和解決工程實際問題的能力。因此,教師也很難及時對教學(xué)存在的問題給予修正和彌補。
3過程流體機械課程教法改革思路
眾所周知,教學(xué)方法并不是一成不變的,它隨著社會的進步和科技的發(fā)展不斷地發(fā)展和演變。工程教育也是如此。大約二戰(zhàn)時期,工程教育從工程實際技術(shù)教育過渡到工程科學(xué)教育,這就要求涉及工程教育的教學(xué)方法也必須進行相應(yīng)的調(diào)整和改革。傳統(tǒng)的教學(xué)方法是單向性的,類似“學(xué)徒式”的教育,即以教師的“教”為主,學(xué)生只是被動地接受教學(xué)內(nèi)容。這種教育方式僅適用于以技術(shù)教育為主的工程教育,很難適應(yīng)以科學(xué)教育為主的工程教育方式。為此,發(fā)展了以學(xué)生為中心,積極主動的、學(xué)習(xí)式的教學(xué)方法,即將學(xué)生視為教師的角色[8]。學(xué)生能夠從教學(xué)活動過程中隱性地獲取知識,而教師主要的任務(wù)是開展有效的指導(dǎo)。教師和學(xué)生的角色界限模糊,二者有效地完成自身的任務(wù),即教師良好的教學(xué)任務(wù)、學(xué)生有效的學(xué)習(xí)任務(wù)。過程流體機械課程教學(xué)方法的改革正是沿著該思路進行的。針對過程流體機械課程教學(xué)存在的問題,同時為了適應(yīng)現(xiàn)階段工程教育的目的,下面從課程的準(zhǔn)備、課程的講授和課程效果評價三個階段提出相應(yīng)的改革措施。課程準(zhǔn)備首先,為了有效地完成教學(xué)任務(wù),教師必須全面深入地理解教學(xué)內(nèi)容。這必然要求教師大量查閱和學(xué)習(xí)與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的資料(如與過程流體機械有關(guān)的國內(nèi)外專著和書籍),彌補所選教材的缺點。查閱資料時,教師必須注意角色的轉(zhuǎn)換,查閱資料是為了更有效、更準(zhǔn)確、更生動地給學(xué)生講解,而不是為了個人學(xué)習(xí)。教師通過大量地閱讀文獻,將教學(xué)內(nèi)容給予重新組織和編排,以最合理的順序?qū)⒔虒W(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)給學(xué)生,便于學(xué)生理解接受,而不是照本宣科。其次,教師備課時要充分了解學(xué)生前期課程的學(xué)習(xí)情況,從而合理安排教學(xué)內(nèi)容,彌補存在的問題,避免影響學(xué)生對本課程知識點的理解;同時教師要了解學(xué)生個體在前期課程學(xué)習(xí)上存在的差異,這樣分組討論學(xué)習(xí)時便于優(yōu)良搭配,學(xué)生之間互相學(xué)習(xí),克服個人因前期課程學(xué)習(xí)不足而對本課程知識點理解帶來的障礙。再次,鑒于當(dāng)前的教學(xué)方法,以引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和討論為主,教師的講解和訂正為輔。這就要求教師在備課時要制訂引導(dǎo)學(xué)生開展自主學(xué)習(xí)的教學(xué)方案。對教師備課提出更高的要求,教師課前要告知學(xué)生:1)每節(jié)課要學(xué)的教學(xué)知識點;2)理解知識點需具備的基礎(chǔ)知識;3)學(xué)生需要查閱的書籍和準(zhǔn)備的內(nèi)容;4)本節(jié)課內(nèi)容在課程中和工程實際中的重要程度??梢哉f,備課是否充分直接決定了教學(xué)是否成功,因此,備課必須要做到備內(nèi)容、備學(xué)生和備方法。課堂學(xué)習(xí)課堂學(xué)習(xí)是教學(xué)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),直接決定了教學(xué)效果的好壞。課堂教學(xué),不是以教師單向傳輸為主的教學(xué),而是教師根據(jù)備課時制訂的教學(xué)方案,引導(dǎo)學(xué)生積極主動地討論教學(xué)內(nèi)容,避免學(xué)生消極被動地思考教師到底在講或者要講什么內(nèi)容。教師通過學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容積極主動地討論,發(fā)現(xiàn)和記錄教學(xué)存在的不足,便于課后進一步的思考、改進和反饋。教師上課時應(yīng)做到:1)上課時,教師首先要給出本節(jié)課主要的學(xué)習(xí)內(nèi)容、重點和難點;2)教師要給出每節(jié)課的“引子”,提出問題,并組織學(xué)生討論,評價每組學(xué)生給出的討論結(jié)果;3)最后教師要給出總結(jié),要評價本節(jié)課程內(nèi)容在工程實際應(yīng)用中的重要性;4)對于難以理解的、抽象的概念,教師要引導(dǎo)學(xué)生與日常生活聯(lián)系起來,使之形象化,便于學(xué)生理解。比如“余隙容積”這個概念,如果僅是書上給出的解釋“活塞行至終端止點時氣缸剩余的容積”,學(xué)生很難理解,很難想象這部分空間是怎么回事;但如果將其與蓋房子用到的“公攤面積”類比的話,就很容易理解:二者對于用戶來講都是有害的,但是必須具備的,只能盡力減小,卻不能避免。課程評價教學(xué)活動的最終環(huán)節(jié)是評價學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。通過教學(xué)評價,教師一方面可以了解每個學(xué)生對知識點的理解程度,發(fā)現(xiàn)和思考教學(xué)存在的問題,便于及時反饋;另一方面能夠了解學(xué)生運用所學(xué)知識解決實際問題的情況。為了保證教學(xué)質(zhì)量,及時了解學(xué)生對知識點的掌握情況和對所學(xué)知識的應(yīng)用情況,課程的評價應(yīng)從多個角度出發(fā),絕不能是僅以考試為基準(zhǔn)“一錘定音”。為此,教師應(yīng)從兩個方面對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進行評價。1)對知識點理解的評價。通過課堂上觀察學(xué)生的一系列反應(yīng),如面部表情、提出的問題,及時了解學(xué)生存在的問題,并給予及時的解釋和補充;另一方面通過作業(yè)、課程考試來綜合評價學(xué)生對知識的掌握程度和理解情況,便于教師在以后的教學(xué)中調(diào)整和彌補不足的地方和存在的問題。特別是學(xué)生提出的問題非常重要,一方面,可以測試教師對內(nèi)容的理解程度;另一方面,教師可以了解學(xué)生存在的困惑,明白師生間對知識點理解存在的偏差和分歧。教師應(yīng)對學(xué)生的問題積極反思,對教學(xué)內(nèi)容給予重新編排和闡釋,以便改進教師本身對基礎(chǔ)知識的理解。2)對學(xué)生運用所學(xué)知識解決實際問題能力的評價,可以通過實訓(xùn)、大作業(yè)、課程設(shè)計乃至畢業(yè)設(shè)計的形式進行,并將存在的問題匯總和分析,彌補教學(xué)存在的問題??傊?,教學(xué)評價是個連續(xù)的過程,合理的教學(xué)評價是為了保證教學(xué)質(zhì)量和促進教學(xué)改革,而不僅僅是為了給學(xué)生一個“成績”。
4教學(xué)改革對工程教育的促進
簡單的講,通過上述教學(xué)方法的運用和實施,學(xué)生獲得的技能基本能滿足工程教育的要求。具體體現(xiàn)在:1)通過對所學(xué)內(nèi)容的思考、提問和討論,學(xué)生獲得了良好的交流技術(shù);2)通過對教學(xué)內(nèi)容的準(zhǔn)備和講解,學(xué)生具備了一定的職業(yè)責(zé)任感;3)通過對教學(xué)內(nèi)容和大作業(yè)的分組準(zhǔn)備和討論,教學(xué)在團隊內(nèi)相互進行,學(xué)生改進和具備了一定的團隊合作精神;4)通過“教”這一環(huán)節(jié),學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容進行精選和重組,增加了學(xué)生對知識的理解程度,拓寬了學(xué)生的視野;5)通過一定的工程訓(xùn)練,學(xué)生對待工程的態(tài)度和信心發(fā)生積極的變化,增加了對工程設(shè)計過程的理解;6)通過學(xué)生自己對知識的準(zhǔn)備和理解,學(xué)生掌握了學(xué)習(xí)方法,具備了終身學(xué)習(xí)的素養(yǎng)。
5結(jié)束語
關(guān)鍵詞 化工過程流體機械;網(wǎng)絡(luò)教學(xué);實踐教學(xué)
中圖分類號:G642.4 文獻標(biāo)識碼:B 文章編號:1671-489X(2013)09-0110-02
Exploring and Practice of Teaching Method of Chemical Process Fluid Machinery//Zhou Changjing, Wang Zhenbo, Wang Zongming, Zhang Dahai
Abstract According to the requirement of students’ ability in many aspects of chemical process fluid machinery and teaching goal of course, through the change of teaching mode, strengthening practice teaching content and focus on the extension and expansion of basic theory to enhance the teaching effect, cultivate students’ ability to solve practical problems and to improve students’ comprehensive quality.
Key words chemical process fluid machinery; network teaching; practice teaching
化工過程流體機械是中國石油大學(xué)(華東)化工裝備與控制工程專業(yè)主干專業(yè)課程,課程綜合了機械、結(jié)構(gòu)、流體力學(xué)、工程熱力學(xué)、調(diào)節(jié)控制和選型操作等多方面的知識。課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生掌握過程流體機械的結(jié)構(gòu)形式、工作原理、性能特點和調(diào)節(jié)控制,培養(yǎng)學(xué)生具有從事化工過程流體機械的使用、選型、調(diào)節(jié)控制及研究改造的基本能力,實現(xiàn)對理工科專業(yè)學(xué)生知識、能力、素質(zhì)的培養(yǎng)要求。為達到課程的教學(xué)目標(biāo)和對學(xué)生的培養(yǎng)要求,多年來,課程組一直致力于對化工過程流體機械課程進行教學(xué)方式的探索與研究。本文主要介紹“化工過程流體機械”教學(xué)過程中探索的教學(xué)方法。
1 更改教學(xué)模式,多媒體、板書、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相結(jié)合
在課程的授課過程中,采用多種教學(xué)手段相互配合的辦法,并根據(jù)授課內(nèi)容的特點,選用合適的教學(xué)手段和方法,以強化學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。
針對授課內(nèi)容中流體機械過流部件和關(guān)鍵機械零部件基本結(jié)構(gòu)形式部分及流體機械工作理論當(dāng)中涉及的抽象、難懂的問題,采用多媒體教學(xué)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的板書和圖片講解,二維的流體機械內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖和工作原理圖被設(shè)計成三維立體圖和裝配動畫,并輔之以學(xué)生現(xiàn)場實習(xí)期間及機器拆裝實踐期間所拍攝的照片和錄像。多媒體教學(xué)不但使復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和抽象的原理變得直觀、易懂,而且會增加真實感,拉近學(xué)生和所要學(xué)習(xí)對象的距離,增強學(xué)生對化工過程流體機械的認(rèn)識。對于授課過程中學(xué)生很難理解的流體在葉輪中的流動過程和離心泵氣蝕、氣縛等現(xiàn)象,則通過計算流體力學(xué)CFD獲得葉輪內(nèi)流場分布、三維動畫和試驗視頻展示給學(xué)生,在有利于學(xué)生掌握好相關(guān)知識同時,也增加了課程的生動性,提升了學(xué)生對課程學(xué)習(xí)的興趣。
化工過程流體機械同時也是一門理論性比較強的課程,授課過程中涉及很多流體機械理論公式的推導(dǎo)。針對公式的推導(dǎo)仍然采用傳統(tǒng)的板書形式,這樣公式推導(dǎo)過程中可以留給學(xué)生足夠的時間思考和消化,有助于學(xué)生對理論公式的理解和掌握,避免了多媒體幻燈片片片之間易脫節(jié),使公式推導(dǎo)不連貫,導(dǎo)致學(xué)生思考不足、理解不透、學(xué)習(xí)困難等問題。同時利用黑板板書能夠增強教師授課時即興講解的上課效果,增強教與學(xué)的互動性。
網(wǎng)絡(luò)教學(xué),是遠程教學(xué)的一種重要形式,是利用計算機設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對學(xué)生實行信息化教育的教學(xué)模式。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相比傳統(tǒng)教學(xué)模式,更能培養(yǎng)學(xué)生信息獲取、加工、分析、創(chuàng)新、利用、交流的能力[1]。針對化工過程流體機械授課人數(shù)多、授課學(xué)時少等特點,自2007年開始,利用中國石油大學(xué)(華東)精品課程網(wǎng)站建設(shè),課程組開始籌建化工過程流體機械課程教學(xué)網(wǎng)站,課程課件、授課教案、電子教材、授課錄像、學(xué)習(xí)資料、實踐教學(xué)資料、參考資料等教學(xué)資源相繼上網(wǎng),為學(xué)生在線學(xué)習(xí)提供了條件。根據(jù)學(xué)生網(wǎng)上學(xué)習(xí)反饋的信息,課程網(wǎng)站很好地發(fā)揮了輔教輔學(xué)功能,滿足了教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的需要。
2 強化實踐教學(xué)內(nèi)容,注重理論與實際相結(jié)合的教學(xué)方法
采用理論教學(xué)結(jié)合實踐教學(xué)過程、課堂教學(xué)結(jié)合實驗教學(xué)過程的教學(xué)方法,充分利用實踐教學(xué)環(huán)境、實驗教學(xué)條件,培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力,達到重視理論聯(lián)系實際、加強工程實踐意識和培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用能力的教學(xué)目標(biāo)。所以本課程在教學(xué)的設(shè)計上,采用多種實踐方法加強課程的實踐教學(xué)內(nèi)容。
在專業(yè)實習(xí)的安排上,將專業(yè)實習(xí)安排在課堂教學(xué)之前,通過專業(yè)實習(xí)期間機械運行現(xiàn)場參觀,加深學(xué)生對流體機械在化工生產(chǎn)中地位的認(rèn)識,激發(fā)學(xué)生對流體機械的學(xué)習(xí)熱情。通過校內(nèi)實習(xí)基地教學(xué)模型、實物流體機械設(shè)備講解化工生產(chǎn)中涉及的流體機械的結(jié)構(gòu)和工作原理,比較不同類型流體機械的結(jié)構(gòu)特點,加深學(xué)生對各類流體機械結(jié)構(gòu)、工作原理和性能的認(rèn)識。同時通過實習(xí)過程中對典型流體機械的拆裝訓(xùn)練,學(xué)生可以加深對機器基本結(jié)構(gòu)的掌握,提高動手能力,增強對課程學(xué)習(xí)的興趣。
在課程實驗教學(xué)上,通過開設(shè)往復(fù)活塞式壓縮機性能實驗、離心泵性能實驗和離心泵汽蝕實驗,使學(xué)生對往復(fù)活塞式壓縮機和離心泵的工作原理和操作控制有了更深的了解,同時加深了學(xué)生對泵和壓縮機性能曲線和工作點調(diào)節(jié)的認(rèn)識。在整理實驗數(shù)據(jù)的過程中,學(xué)生通過對離心泵在不同轉(zhuǎn)速下性能的換算,加深了對基本理論相似原理(比例定律)的理解,同時體驗了基本理論在實際工作中的應(yīng)用,很好地將基本理論與實際結(jié)合起來,強化了學(xué)生所學(xué)知識的工程應(yīng)用意識。
3 突破課本束縛,注重基本理論的擴展與延伸
化工過程流體機械課程對學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)之一是要使學(xué)生具備對化工過程流體機械調(diào)節(jié)和控制的基本能力,實際工程中工作點的調(diào)節(jié)方法有多種,而相似定律是通過調(diào)節(jié)機流體機械(泵與壓縮機)性能調(diào)節(jié)工作點的基礎(chǔ)。例如,因為簡單、方便,比例定律常用來確定性能調(diào)節(jié)所需轉(zhuǎn)速和估算變速調(diào)節(jié)的節(jié)能效果。然而,對于應(yīng)用比例定律計算變速調(diào)節(jié)節(jié)省的能量還有許多爭議[2-3]。實際上,現(xiàn)行化工過程流體機械教材上給出的比例定律表達式只是適合無靜揚程管路系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié),對于有靜揚程管路系統(tǒng)則不能簡單地套用比例定律來計算調(diào)節(jié)流量所需轉(zhuǎn)速和估算節(jié)能效果。教學(xué)過程中通過設(shè)計無靜揚程管路系統(tǒng)和有靜揚程管路系統(tǒng)流量變化后確定變速調(diào)節(jié)所需轉(zhuǎn)速的案例,讓學(xué)生通過實際計算體驗在兩種不同特性管路中比例定律計算結(jié)果的差別,無靜揚程系統(tǒng),轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)后泵提供的能頭正好等于管路所需能頭,而有靜揚程系統(tǒng)泵按比例定律調(diào)速泵提供的能頭小于管路所需能頭,系統(tǒng)不能正常工作。
利用所學(xué)基本理論解決實際問題遇到困難后,學(xué)生會帶著疑問和好奇,這時和學(xué)生一起分析有靜揚程系統(tǒng)比例定律不再適用的根本原因,指出問題的所在,接著再講解有靜揚程系統(tǒng)比例定律的數(shù)學(xué)修正[4]。這種基本理論的擴展不但加深了學(xué)生對基本理論的理解,拓展了學(xué)生的知識面,而且能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和科學(xué)精神,調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性后,再鼓勵學(xué)生不要滿足于書本上的知識,要研究和掌握書本上沒有的知識,鼓勵學(xué)生閱讀和教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的科研和教學(xué)論文,培養(yǎng)學(xué)生搜集資料、閱讀文獻的能力,逐步養(yǎng)成研究問題的良好習(xí)慣,學(xué)生就會樂于接受。
4 結(jié)論
通過改變教學(xué)模式、加強實踐教學(xué)和注重基本理論的延伸,大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,對提高化工過程流體機械的教學(xué)效率、強化學(xué)生專業(yè)知識工程應(yīng)用意識、增強學(xué)生學(xué)習(xí)主動性、激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識具有較好的效果。
參考文獻
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