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关键词:流体力学 教学改革 教学方法
中图分类号:G641 文献标识码:A 文章编号:1003-9082(2013)12-0220-01
一、重视“绪论”课
在正式绪论课之前,先以“引子”的方式引入流体力学的概念,并列举生活中存在的流体力学现象,例如球类运动,运输行业,长距离体育项目激发学生对流体力学的兴趣,并强调流体力学存在于自身身边,并不是高深的学问,打消学生对学习困难的顾虑。
再列举流体力学在专业中的应用,例如水力学中的管道、渠道等,空气动力学中的气象污染扩散、室内通风等,强调流体力学对于专业来说是一门重要的专业基础课,在流体力学课程的基础上架设的多门专业课如《化工原理》、《水污染控制工程》、《大气污染控制工程》均需要流体力学课程相关理论的支撑,使学生知晓学好流体力学课程的重要性与必要性。
之后再少量列举专业外流体力学的应用,如水力发电、火力发电、心脑血管疾病、石油的开采和运输、航空航天、给排水等向学生传达学好流体力学不仅可以在本专业有所发展,还可以向相关专业进行渗透,进一步激发学生学习的兴趣。
二、教学手段的改革
1.利用辅助教学手段,将抽象教学转换为形象教学
1.1针对流体力学课程制作助教型和助学型两套多媒体辅助教学软件。利用目前国际上比较前沿的软件Fluent(在美国的市场占有率为60%。凡跟流体,热传递及化学反应等有关的工业均可使用。它具有丰富的物理模型、先进的数值方法以及强大的前后处理功能,在航空航天、汽车设计、石油天然气、涡轮机设计等方面都有着广泛的应用。其在石油天然气工业上的应用包括:燃烧、井下分析、喷射控制、环境分析、油气消散/聚积、多相流、管道流动等等)、Flash、虚拟现实、录像等手段针对流体力学课程制作助教型和助学型两套多媒体辅助教学软件。
1.2充分利用助学型教学软件,使授课系统化。授课前先将流体力学助学型教学软件下发至每一位学生,要求部分内容自学,部分内容课堂讨论、部分内容自行设计、搭建模型并求解,充分解决传统讲授部分学时占用过大,大部分的学时均被教师用来课堂推导、计算、分析、总结,没有充分调动学生的积极性和主动性的缺点。并将一些涉及到科技前沿应用的知识点、和日常生活非常接近的知识点以及涉及到的相似相近内容体现在助学型教学软件中,增加学生对课程学习的兴趣。
1.3充分利用助学型教学软件,加强学生实践环节训练。流体力学实验不仅涉及到经典的流体力学模型建立、计算、求解、验证还包括可以将各种模型相互组合,组合后验证经典流体力学经典公式、模型在新模型建立及求解过程中的应用。在助学型多媒体课件软件中,设计各种经典流体力学实验环节,规定学生在课余时间自己动手在虚拟的助学型教学软件中进行实验环节,达到使学生锻炼动手动脑能力的目的。另外,还可利用助学型课件软件中的典型模型组合功能,在课余辅导中,让学生自己动手建立模型。
1.4充分利用助教型教学软件,使教学不再枯燥乏味。在流体力学教学过程中,经常会遇到简单口述和简单二维图片无法阐述清楚的内容,在教学过程中辅助老师的讲授进行演示,不仅可以减少教师的无谓劳动也可以增强学生对这些知识点的理解。
2.增加习题课比例,注重实践性习题
之前的教学过程中只是对课后习题中出错率较高的习题进行课堂专门讲解,但经过一段时间的教学探索,发现这样的方式对学生的学习积极性并没有起到大的促进和改善,因此将课堂教学时间的一部分专门开设为习题课,选择有实践性甚至是直接从实践环节总结出的习题,习题给出后,并不由教师直接讲授解题思路与方法,而是选择学生上讲台,一边解题一边向大家介绍自己的解题思路,在解题的过程中有的学生就能够发现自己考虑的不周全的地方,或者下一位学生就能够指出上一位学生的出错点,这样全班学生的思想都被调动起来进行思考,题目也在大家的讨论中得到了正确的解答,学生对于这个知识点的掌握也就更加清楚明了。这样的做法虽然会压缩理论课教学时间,但是学生对于相应概念、公式、理论的理解却更加深入。让学生真正成为课程学习的主体,达到“教”与“学”的同步。
三、考核方式的改革
传统教学模式中,考试卷子可谓“分量最重”,学生对该门课程的掌握程度完全凭借一张试卷中的十几道试题体现,在题目的设置、试卷的审阅、批改过程中难免会遇到平时课堂表现不错但实际考分却并不理想的学生,因此,笔者将《流体力学》课程考核方式设定为40%平时成绩+60%考试成绩组成,平时成绩由课堂随机提问、习题课习题完成情况、作业成绩、课堂出勤率共同组成,强调在随机提问与习题课中,只要积极回答问题就会得到相应的加分,鼓励学生积极参与课堂讨论。考试试卷也由原先的重视计算题和应用题转为多种题型增强多种形式的考核,从多方面考查学生对知识的掌握程度。
也可以通过开卷或大作业形式考核学生灵活运用基本理论分析问题、解决问题的能力,题型可为一些综合性的计算题和分析题,如:简单管网的计算、简单管网系统运行工况的分析等,分值可计算入平时成绩并在平时成绩中占60%~70%的比例。
总之,改革课程考核内容是“流体力学”教学综合改革的又一项重要内容。必须多能力、全方位地考核学生,全面反映学生掌握该课程基本知识的程度和综合运用能力,动手能力。
四、结语
《流体力学》是面向应用型工程技术人才的课程,教师在教学时要注重教学理念的转变,不断进行教学方法的改革,使学生全面学习和掌握知识,进一步提高“工程流体力学”课程的教学水平。
参考文献
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[2]施雯,王琪. 油气储运专业“工程流体力学”课程教学改革[J]. 中国电力教育, 2011, 16:129
关键词:双语教学;SPOC;教学模式;流体力学
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)16-0249-02
一、引言
随着全球经济一体化的不断发展,对复合型人才的需求越来越大,高等教育的国际化也逐渐成为发展趋势。国内高校如何实现人才的国际化提高教育的国际竞争力,引起广泛的思考。双语教学被认为是高等教育国际化的重要内容。流体力学课程是能源动力类专业及机械类部分专业的专业基础课,具有较强的工程性、技术性和实践性,课程基础知识与生产生活实际密切相关,除流体力学的基本理论和方法讲解外,还需注重实验测试、工程应用等实践教学。双语教学可以使学生具备一定的专业英语技能,采用原版教材接触国外最新的专业知识,使在人才培养上与国际接轨成为可能。但是流体力学双语教学存在一些问题,实践教学部分如何体现双语授课及其意义与价值,还需进一步思考,流体力学双语教学模式仍处于探索阶段。
二、流体力学课程双语教学现状
1.教学目标不够清晰。流体力学课程本身概念多、专有名词多、流动原理复杂,用中文教学时部分学生尚且不能很好地完成该课程的学习,双语教学时通常引进原版的英语教材,学生英语水平参差不齐,对于英语水平不佳的学生来说,学习难度将进一步提高,流体力学双语教学往往变成了专业外语课,专业词汇及专业术语的解释占据了课堂大部分的时间,忽视专业知识的讲授,与双语教学实施的初衷大相径庭。
2.缺乏专职的双语教学师资。双语教师既要精通专业知识,又要有较高的外语水平,能流利地应用外语讲授课程。目前,担任双语教学的教师主要是外语水平相对好的专业课教师,没有受过系统的语言教学方面的训练,遇到突发事件时,很难用英语准确、充分地表达自己的想法。另外,承担双语课程的教师一般比较年轻,教学经验不足,教学手段、教学方法和教学能力还需进一步完善。
3.学生接受度不佳。双语授课时,通常是教师用英文向学生传授知识,学生始终是被动地听讲、被动地接受英语和专业知识,师生之间几乎没有互动,学生的英语听说能力、英语应用能力依然得不到锻炼。双语教学过程中必然会涉及大量生僻的专业词汇,学生很容易由于一些句子没听懂,产生畏难情绪,影响课程双语教学效果。
三、MOOC模式与SPOC模式
MOOC(Massive Open Online Course,大规模开放式在线课程)模式将多种形式的数字化资源放在网上,学习者反复观看教学视频,理解课程讲授的知识。将MOOC模式应用到流体力学双语教学中,可以有效解决学习者由于英语水平不高而引起的学习困难的问题。然而,MOOC模式下的教学活动主要是以知识为中心的理解类活动,个性化学习和学习体验缺失,虚拟实验无法替代真实实验。流体力学课程除了要求学习者掌握基本知识点外,还要求学习者学会知识点的应用。MOOC模式下单一的线上教学不足以激发学生的热情,课程完成率不高的缺点亦广为诟病。流体力学课程双语教学的目的在于在讲授流体力学知识的同时,培养学生具有较强的英语应用能力,学生若不能有效地完成课程学习,则新教学模式的探索就显得毫无意义。SPOC(Small Private Online Course)是小规模限制式在线课程,其受众可以限制为在校大学生,设计和利用优秀的MOOC资源,克服MOOC单一的线上学习的缺点,实施混合式教学,将MOOC之所长与面对面教学融为一体,增加师生互动,激发学生的学习热情,提高课程完成率和学习成绩。因此,SPOC模式将更加适合流体力学双语教学,帮助教师与学生突破英语水平不高的限制,高效地完成流体力学知识的讲解与学习,同时提高教师与学生的英语听说能力及英语应用能力,实现教学相长的良性循环。
四、流体力学SPOC双语教学资源
1.流体力学SPOC双语课程教学视频。众所周知,看电影学英语是提高英语水平的一个好方法,通过视频看情节,重复听取单词,更加容易了解单词的发音及其用法,当然还能学到更加地道的生活化语言。受这一方法的启发,引进国外优秀的流体力学MOOC资源,根据国内大学生思维方式、知识结构的特点进行优化,编写双语教材,精心制作流体力学SPOC双语课程教学视频,让学生听英语学流体力学知识。
2.流体力学SPOC双语实践教学视频。流体力学SPOC双语教学开展3~4周后,学生对流体力学课程及专有词汇有了一定了解,此时可以开展流体力学SPOC双语实践教学。双语实践教学视频仅提供流体力学专有词汇的中文意思,要求学生逐渐适应全英语教学。在视频页面显示实验名称,提供英文版实验目的、实验原理及实验步骤、实验数据处理方法说明、实验报告撰写要求及思考题回答要求,这部分文本依然提供鼠标取词功能,帮助学生理解实验要求。流体力学SPOC双语实践教学视频可以不局限在本校流体力学实验室能开设的实验,可以是国外的实验装置、先进测量方法等的解说,让学生了解学科的前沿知识。
五、教学过程
1.课堂教学。流体力学双语课开课前,教师将每次课的授课内容、相应的教材章节、相关的双语课程教学视频列表发放给学生,让学生明确SPOC双语教学模式下教与学双方所需要的改变与努力,以期获得良好的教学效果,同时师生共同提高英语应用能力。课堂教学采用翻转课堂的讲学模式,要求学生课前观看SPOC双语课程教学视频,理解视频中的主要内容,思考教师前一次课布置的讨论主题。在课堂上,教师讲评教学视频中的重难点,不再讲解课程的全部内容,课前备课的精力不再集中在背熟讲稿,而是更专注于主题的设置、问题的解答及流体力学知识的应用方法,预估学生可能的回答内容并准备合理有度的评论。组织学生学习小组,一个自然班通常为30名学生,分成6组,每组5人,设小组长1人。每次课教师针对重点与难点准备30个问题,基本从易到难设置,分成五轮问答。每轮小组抽签得到问题,各小组派一名学生回答,若用英语回答正确得25分,用中文回答正确得20分,回答不完全正确,由教师酌情给分。每组各成员得分之和即是该学习小组的得分,多次平均后作为平时成绩。
2.实践教学。基于流体力学SPOC双语实践教学视频,实践教学改变了传统实验教学模式。按照原有的教学方式,学生进入实验室,教师针对实验台讲解后,学生立刻开始做实验采集数据,没有时间深入思考实验相关流体力学知识,很难将理论与实践联系起来。在SPOC双语教学模式下,学生在实验前先观看相关视频,进入实验室后,实验指导教师拿出测试卡要求学生答题,全部正确后,学生才进入实验室采集数据。学生仍以课堂学习时的学习小组为单位进入实验室,采集并整理数据,形成全英文的实验报告。流体力学SPOC双语实践教学视频要求每位学生均观看,测试卡答题可由学习小组派代表完成测试,实验操作、实验数据处理以及实验报告撰写等任务由学习小组自行安排分工,小组成员协同合作,培养学生的团队合作精神。在SPOC双语教学模式下,要求学生观看双语实践教学视频8个,学生学习小组根据各自的兴趣爱好选择2个,完成实验数据采集,整理分析形成英文实验报告。教师根据实验数据及思考题准确程度给分,两项实验平均分为各学习小组的实验成绩。
六、课程考核
流体力学SPOC双语教学采用多样化的考核形式,最终成绩由课堂平时成绩(40%)、实验成绩(20%)、学习小组组长打分(10%),学生自评分(10%)及期末考试成绩(20%)组成。其中课堂平时成绩及实验成绩占60%,大幅降低了期末考试成绩的所占百分比,鼓励学生在平时认真准备双语课程的学习,真正做到学以致用。其次,课堂平时成绩、实验成绩均是以学习小组为单位给出的团体得分,要想获得好分数,各成员必须共同努力。学习小组组长对各成员打分,占最终成绩的10%。学生自评分是学生对自己的评价,在学期结束时总结自己的学习成效,占最终成绩的10%。期末考试试卷设置50%的英语题量,占最终成绩的20%。
七、结语
流体力学SPOC双语教学新模式的关键在于优质的SPOC视频教学资源和师生之间的互动配合,学习世界一流大学的教学视频优化SPOC教学资源,可以快速缩小与世界一流大学教育水平的差距,教师备课的重点由知识传授转变为知识的深入理解与应用,学生从被动地接受知识转变为主动学习知识并尝试应用。并且,教师与学生的英语听说能力、英语应用能力都能得到锻炼。在流体力学SPOC双语教学模式下,教师有更多的时间准备创新性的教学设计与教学内容,学生以团队形式组队学习,在课堂上与教师互动,培养学生灵活应用知识的能力与创新能力。基于流体力学SPOC双语教学模式,可以形成优质的双语教学师资队伍,培养学生具备创新精神、双语沟通能力和团队合作能力,满足教育国际化的需要。
参考文献:
(1.新疆工程学院机械工程系,新疆 乌鲁木齐 830091;
2.安徽理工大学材料科学与工程学院,安徽 淮南 232001)
【摘要】流体力学作为工科院校的一门专业基础课程,其理论性强,内容丰富,知识点多,难度系数大,学生不易理解和接受。结合教学实践与学生专业素养培养要求,从师资队伍建设、教学大纲改革、绪论课讲解和完善实验教学环节等方面对专科教学中的流体力学课程改革进行了探讨。
关键词 流体力学;专科教学;课程改革
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;
流体力学是一门综合性的专业方向必修课,属于专业基础课。通过本课程使学生掌握流体平衡与运动的基本理论、基本知识和基本技能,为学生学习后续课程和掌握专业知识以及为今后解决工程实际问题奠定初步的流体力学理论基础。本科压缩型的专科生在理论知识掌握成熟度上不如本科生, 而实践动手操作能力和到基层的吃苦敬业精神不如中专生。为了适应社会形式的发展和面临教学对象的不同,专科教学中的流体力学课程改革势在必行。为此,我们结合教学实践与学生专业素养培养要求,认为可以从以下几个方面进行课程教学改革。
1加强师资队伍建设
流体力学课程目前的任课教师队伍基本分为两类,一类是专门研究流体的科研人员,另一类则是相关专业的专业课教师。而实践反应出的问题是,这两类教师在教学过程中都存在着各自的缺陷。前者本身确实有很坚实的理论基础,但是缺乏对所授学生相应专业的了解,以至于在课堂上无法列举出与学生所学专业相关的工程实践实例,这必然导致学生无法学以致用,与后续专业课的学习脱节,在某种程度上可能造成学生认为学习该门课程是否必要。后者可以很好的弥补前者专业知识的匮乏,但是一般专业老师在自身学习流体力学的时候也是作为专业基础课程来对待,因此对于基础知识的掌握同样存在着明显的不足。对于任课教师的选择,我们提出的建议是加强学科交叉。在学校邀请资深专家做学术报告和专题讲座时,可以组织该专业所有任课老师都参加,加深他们对所授学生专业的了解,以便在课堂上讲解时能结合专业实际,从而打造出一支理论基础知识扎实,专业性强的师资队伍。
2改革教学大纲内容
2.1模块化教学内容
所谓模块化,即将流体力学划分为流体物理学性质、流体静力学、流体动力学、理想流体动力学、 粘性流体动力学、 流动阻力相关计算、 压缩气体管路、 管路系统水力计算等几个模块。根据不同的专业要求, 进行不同的取舍和组合[3]。比如给排水专业可以将明渠流部分作为学习重点,而热能动力专业则需要将气体部分作为重点学习内容。由于教师在专业基础课上有针对性的教学,学生在后续的专业课学习中就能轻松做到理论联系实际,达到预期的教学效果。
2.2多样化教学手段
积极推行多媒体技术与传统的板书授课方法相结合的手段。随着计算机科技的发展和普及,多媒体教学方法已经广泛的应用在各种课堂教学中。同样,通过多媒体演示功能,能够生动、具体、形象、直观的解决流体力学教学进程中的一些抽象的难点部分。但传统教学方法的教学效果不能因此被忽视,尤其在理论分析、公式推导上,仍然是教师利用板书进行教学的方法占明显优势。教师通过传统的教学方法,一方面能够很好的把握课程节奏,与学生互动;另一方面也便于学生做好笔记,易于知识点的消化吸收。
2.3变更考核方式
目前我校的专科考核方式与本科一致,统一采用的都是闭卷考试成绩占70%,考勤、作业、实验占30%,而实际实验部分只占了10%。但从专科学生的专业培养素养要求来看,既要重理论,又要重实践。因此,对于流体力学这类专业基础课的考核方式要做到两手都要抓。我们建议的考核方式是闭卷考试成绩占60%,实验占30%,考勤、作业占10%。
3把握绪课讲解
经过多年的教学总结,学生反馈回来的信息是流体力学难度太大,部分专业术语太抽象。甚至部分学生在还没有开始学习的时候,就已经产生了退怯心里,这对接下来的学习极为不利,以至旷课的现象普遍。流体力学虽然理论性较强, 但却是一门及其贴近生活的学科。然而绪论作为一本教材的概述,是学生最先接触到的部分,是对教材整体内容的高度浓缩和概括,贯穿整个教学过程,更对学生的学习起到引领、提示和导向等作用,所以讲好一堂绪论课至关重要。物质包括固液气三项,而流体就占液体和气体两项,可见流体占据了我们生活中的大部分空间。教师在讲课时,应侧重于多列举一些生活中的实例来说明流体力学基本理论知识及其应用。比如,我们每天呼吸的空气,喝的水,都是流体;而我们能呼吸到新鲜的空气,喝到水,这体现流体具有流动性的特点。另外教师在讲授绪论课时,务必要介绍整本书的内容纲要,以实用为目的,以必须、够用为度,以掌握概念、强化应用为原则,并列举工程实际中可能遇到的需要用教材理论知识解决的问题。在此基础上学生能对要学什么知识、能解决什么样的问题做到心中有数,能积极调动学生的求知欲和学习的兴趣。这样的方式也可以用在后续课程讲解上,教师在每堂课结束前留下悬疑,并随着课程的进展逐步解开疑问,层层递进,一边解决问题一边学习新的知识点,一举两得。
4完善实验教学环节
专科学生毕业后一般都工作在相关专业的一线岗位,这就注重学生的实操能力。要做到理论与实际融会贯通,实验课的教学环节不容忽视。传统的实验教学模式基本都是验证实验,以班级为单位,分组进行,部分实验甚至只由老师进行演示,负面的抑制了学生的自主创新能力。当然,验证实验的开设非常必要,而且要与课程内容形成很好的衔接。但是除此之外,还应开展一些拓展学生发散能力和创新思维的实验,让很多有想法的学生自主实验,激发他们的学习兴趣,培养他们的创新思维。另外,教师要严格要求学生端正实验态度,尊重实验结果,让其养成严谨的实验习惯,才能对以后专业中的流体力学现象做出科学的定性分析及精确的定量计算,才能正确地解决工程中所遇到的流体力学方面的设计和计算问题。
5结束语
目前,随着各本科院校逐年扩招,每年大批应届毕业生流向社会,我国当前就业形势普遍严峻。从技术可信度来讲,用人单位会优先录用本科生;从岗位稳定性的角度出发,用人单位则会优先录用中专生,这一直是专科毕业生面临的挑战。本文从强化师资队伍,改正教学方法,多种教学手段的有机结合以及实验教学环节的完善等方面进行教学改革,以提高专科学生专业能力竞争力,适应人才市场的需求。
参考文献
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关键词:《流体力学》课程;实验教学;教学改革;建筑环境与能源应用工程
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)16-0225-02
一、前言
我校的学生培养定位是:“立足内蒙古,面向全国,服务国家基础工业和地方经济建设,培养岗位适应性强、工作作风踏实的应用型人才”[1]。
建筑环境与能源应用工程专业的培养目标是:“适应社会主义现代化建设需要,德智体全面发展,基础扎实、知识面宽、能力强、素质高、具有创新意识和工程实施能力的建筑环境与能源应用工程专业应用型高级技术人才”。毕业生能够从事工业与民用建筑室内环境与暖通空调、通风除尘、采暖供热、燃气供应、建筑给排水等公共设施系统、建筑热能供应系统的设计、安装、调试、运行、管理以及建筑自动化系统的方案制订,并具有初步的应用研究与开发能力,能够在设计研究院、建筑工程单位、物业管理公司及相关的科研、生产和教学等单位从事技术与管理工作。
《流体力学》是建筑环境与能源应用工程专业的一门主要技术基础课,也是我校重点建设课程之一,是该专业工程技术人员必须掌握的知识。同时,该课程也是我校环境工程、热能与动力工程、矿物加工工程、采矿工程、机械设计与自动化等工程专业必须开设的课程。通过本课程的学习,学生应掌握流体力学的基本概念、基本理论以及水力计算的基本方法。流体力学实验是流体力学课程的重要组成部分,流体力学实验是发展流体力学理论,验证流体力学假说,理解流体力学现象,解决流体力学工程问题的一个重要手段,该课程实验教学质量的好坏影响到学生对知识的了解和掌握,以及动手实践能力的培养,甚至影响到他们就业后对专业知识的灵活运用。
二、当前实验教学存在的问题
1.实验教学现状。流体力学实验是《流体力学》课程的重要环节。实验基本目的要求是:使学生观测流动现象,验证所学理论,掌握实验的方法和操作技能,训练学生整理实验资料、编写实验报告的能力,培养学生严格的科学作风。目前我校《流体力学》课程开设的主要实验项目有:雷诺实验、伯努利方程验证实验、圆形管道沿程阻力实验、圆形管道局部阻力实验、一元流动量方程验证实验、气体紊流射流实验等[2],全部是传统的验证型实验,由于实验室房间、实验器材、指导教师人数等方面的条件有限,综合型、设计型实验不能开出。不同专业、不同学时的《流体力学》课程的学生进行完全相同的实验。在实验课堂上,实验指导教师从实验原理、实验目的、实验仪器设备、实验操作步骤、实验注意事项、实验报告格式要求等方面进行讲解,之后学生分组进行实验操作,观察实验现象,采集实验数据,出现问题在指导教师的指导下进行处理,教师根据实验报告的书写完成情况和质量来评定成绩。虽然实验项目开设的比较全面,基本覆盖了课程的主要内容,也有利于增进学生对理论知识的理解,但没有激发学生的积极性,学生做实验的主动性和热情没有体现出来,只是被动的完成了实验教学过程,不能培养学生的创新性。
2.实验教学效果。近年来伴随着我国教育体制的改革发展和招生规模的扩大,给学校的发展带来了机遇,使学校的发展取得了长足的进步,但不可回避的是学生质量在不同程度上有所下降,基础知识不很扎实,给后续教学工作带来了困难,也是摆在全校师生面前的难题。另外还有相当一部分学生是通过调剂专业而来的,不是他们所钟情和喜爱的专业,因此,学习积极性也不高,疲于应付,学习目的不明确,态度不很认真,缺乏学习的热情和动力,只求考试及格过关了事,流体力学实验课的学习也是如此。
近年来,学校也做了很大努力,在改善实验条件方面投入不少,但由于学生人数众多,实验仪器设备台套数较少,实验小组人数偏多,亲自动手操作的次数不是很多,感性认识不够,尽管实验指导教师想尽一切办法,尽可能多的创造机会,但收效甚微,实验效果不理想,有的甚至连最基本的测试仪器,如毕托管的工作原理、使用及注意事项等都不清楚。另一方面,由于小组人数多,实验测试数据相同,实验报告抄袭现象严重,没有进行数据的处理、分析、结果的讨论,因此对实验的感悟不深,对所学理论知识的理解、体会起不到作用,同时给实验成绩的考核带来了不便。
三、课程实验教学改革内容
1.实验课的地位。实验是《流体力学》课程非常重要的组成部分,但是在教学实践中,往往更多强调的是理论的重要性,而忽视了实验对流体力学理论学习的帮助。因此要充分重视流体力学实验的地位,实验在流体力学教学中和理论课具有同样的重要作用,流体力学实验是验证理论、数值计算结果的唯一途径,是学生获得流体力学感性知识的主要方法,有利于学生对抽象知识的深入理解,促进学生进一步思考,培养他们的扩散思维,调动他们学习的积极性。另外,要树立重视实验教学、热情服务学生的观念。首先要重视实验室建设,无论从政策倾斜还是人力、物力以及资金投入等方面都予以高度重视;其次要尊重实验教师的地位和实验教师的劳动,吸引具有一定操作技能和设计构思能力的教师充实到实验教师队伍中。
2.优化实验教学内容。《流体力学》是建筑环境与能源应用工程专业的技术基础课,其内容贯穿了建筑环境与能源应用工程专业的所有领域,如采暖供热中的热媒介质(水)的流动,空调工程中空气、冷冻水、冷凝水的流动,通风除尘中空气以及粉尘粒子的流动,锅炉中的烟气、水、蒸汽、粉尘粒子的流动等,所有这些流动的参数测试分析类似于流体力学实验,因此流体力学实验应该与工程实践紧密结合。而目前《流体力学》课程开设的实验全部是传统的验证型实验,也是非常经典基础的实验,虽然实验项目开设的比较全面,基本覆盖了课程的主要内容,也有利于增进学生对理论知识的理解,但是,和专业工程实践脱节,联系不密切,学生学习的兴趣和积极性不高[3,4]。
在完成传统经典基础验证型实验的之后,指导组织学生自行完成一次设计研究型实验,把原有单一的实验内容组合到新的设计实验中,如具有一定规模的管网设计实验,并对设计管网系统进行运行调试,分别测定不同工况下的运行参数,如流量、流速、压力等,这样既把流体力学知识和专业课的知识结合在了一起,由于是按照自己的意愿设计的实验,因而增加了学生的学习兴趣,又提高了学生的操作运行技能,同时,在解决出现问题的过程中,使学生学到的知识得到了综合应用。因此笔者以为,传统经典基础验证型实验固然重要,可以使学生所学知识得到加深巩固和理解,综合型设计性实验则是对学生综合能力得到锻炼和提高的有效途径。在实验教学过程中,优化现有实验资源,在完成传统经典验证型实验的同时,加强了设计性实验的开出。
3.教学手段与方法。为了达到应有的实验教学效果,在实验教学过程中,要打破传统的实验指导教师讲解学生听的模式,指导教师与实验学生采取互动的形式,共同探讨实验的目的、意义、背景、对应知识点以及和相关知识的联系、完成实验测定的技术路线等,使学生处于主体地位,积极参与,主动进行。方法可以灵活多样,教学手段可辅助以教学录像、多媒体等,对于实验过程中出现的问题应让学生互相讨论,从中获得答案,指导教师予以补充。实验成绩的考核不拘泥于实验报告,应根据学生对实验目的意义的感悟、对知识联系的理解、实验动手操作、问题分析讨论、实验报告质量等综合评价[3,4]。
四、结语
《流体力学》是建筑环境与能源应用工程专业的一门主要技术基础课,也是我校重点建设课程之一,同时也是环境工程、热能与动力工程等专业必须开设的课程。流体力学实验是该课程非常重要的组成部分,实验不仅可以提高学生的学习兴趣,还可以有意识的培养学生观察事物的能力、分析解决问题的能力和相互协调合作的能力。因此要转变观念,重视流体力学实验教学,整合流体力学实验资源,进一步补充完善实验教学内容,改革流体力学实验教学方法和手段,不断研究流体力学实验发展趋势,不仅要使学生完成经典基础的实验项目,更重要的是要放手让学生开发设计型、研究型实验,突出学生的主体性,提高学生学习的主动性和创新性,使每一个完成流体力学实验的学生从中得到锻炼和提高,为培养综合型建筑环境与能源应用工程专业人才奠定扎实的基础。
参考文献:
[1]内蒙古科技大学教务处组.内蒙古科技大学本科专业培养方案(2014版)[Z].
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关键词:流体力学;课程教学;课程考核;改革
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)17-0091-03
《流体力学》是我校环境工程专业一门重要的基础理论课程。流体力学是应用力学的一个分支,它以物理学为基础,力学为依据,以数学、科学实验及计算机为工具,研究流体平衡和运动的基本规律,以及流体与固体的相互作用力。作为一门实用的工程科学,流体力学有比较完整的体系,它不但可以独立解决一些工程实际问题,而且可以为学习多种工程专业课打下必要的基础。其任务在于使学生掌握流体力学的基本理论、基本计算方法、基本实验技能以及在工程实际中的初步应用。通过该课程的学习使学生初步具备分析和解决实际流体力学问题的能力,并对后续专业课程的学习以及将来从事相关专业的工作和科研打下良好的基础。多年来,流体力学的教学内容主要是经典的流体力学理论和传统的实验分析方法,偏重于理论分析,教学内容比较抽象和单一,不能反映当前流体力学学科发展的趋势,不利于拓宽学生的知识面、提高学生的学习能力和创新能力。具体可以概括为以下几点:
1.流体力学的教学大纲不适应高等教育改革发展的需要,对教学目标和教学基本要求的定位不准,与培养目标的要求不太一致。
2.流体力学教学与环境工程其他专业课程结合不紧,导致许多毕业生在从事环境工程过程中感觉到流体力学对环境工程的指导作用不明显。
3.流体力学中的部分概念与化工原理中的内容相重复。
4.流体力学教材中缺乏反映近代科技成果的新内容和流体力学的新发展,与现代科学技术的发展联系不紧密。
5.教学方法和教学手段没有考虑到学生主体。
6.流体力学教学中没有引入演示实验,将其中抽象的物理过程和物理图像形象化、直观化,学生不容易深刻理解和掌握。
7.成绩评定形式单一,不能全面地考核学生所学知识和综合运用知识的能力。考核形式基本上是通过学期末的一次性闭卷考试完成,试卷题型也大都为考察课程主要知识内容点的选择题、填空题、计算题、证明题等,这种考核形式有引导学生死记硬背的倾向,缺乏对学生综合应用能力与创新能力的考核。
这些问题的存在导致在学生心目中,流体力学似乎没有其他专业课重要,是一门可学可不学的课程。因此,传统的教学大纲、教学内容、教学方式、成绩评定不能适应流体力学教学的需要,必须进行适当地改革,构建面向工程的教学体系,注重实践环节训练,搭建能力培养平台,建立更科学的考核机制,以适应形势的变化发展。目前,我国高校所使用的流体力学教材主要有毛根海编著的《应用流体力学》、李玉柱、苑明顺编著的《流体力学》、丁祖荣编著的《流体力学》、汪楠、陈桂珍主编的《工程流体力学》。我校选用汪楠、陈桂珍主编的《工程流体力学》作为指定教材。2012年,在认真梳理流体力学、化工原理及环境工程相关学科教学内容与环境工程专业培养目标的基础上,对流体力学教学大纲进行了修订、对教学手段进行改进,制作完成了与汪楠、陈桂珍主编的《工程流体力学》相配套的多媒体课件,并在教学中投入使用,取得了良好的教学效果。
一、修订教学大纲
根据环境工程专业培养目标修订原有的教学大纲,使教学目标的工科特色更加明显。
二、改革教学内容
1.删减与化工原理重复的内容,对这部分知识点,把讲授的重点放在深化和提高上。
2.将流体的物理性质、静力学、动力学、水头损失和水力计算作为教学的重点。
3.大幅增加适应环境工程实践需要的内容,引入一些环境工程案例,让同学们未进入社会就能体会到流体力学对环境工程的指导作用
三、改革教学方法
新生入学开始就召开师生见面会,让学科负责人讲解专业培养方案,有经验的教师教授如何进入大学里的学习状态,引导新生尽快适应大学的教育环境和人文环境,树立全面人才培养的理念以及与之对应的教学模式、考核体系等内容。让新生对自己的大学生活作全局规划,从获得知识、提高专业技能的方式方法上不断开拓思维,寻求自己的努力方向。改变传统的“注入式”传授知识的教学方法,采用注重培养实践能力的教学方法,针对具体教学内容,灵活采用内容讲授、课堂讨论、双向交流、问题思考、习题训练、器材设计与制作、企业观摩考察等多种形式,使学生能较好地掌握流体力学的基本概念、基本规律,掌握分析解决流体力学问题的方法和思路,并使解决问题的能力得以提高。每次上新的章节时,先提出一些与环境工程实践密切相关的问题,然后告诉学生这一章节要学习的内容,通过这些内容的学习,就可以运用所学的相关知识解决这些实际问题,让学生带着问题学习,就不会盲目地学,激发学习的兴趣。如在流体的物理性质一章导入的阶段提出“为什么经验丰富的司机,总是要发动机预热一段时间后才开始行驶”?在流体静力学章节以“为什么点滴吊瓶的液体逐渐减少时而药液的流速却不变”?流体动力学中以“为什么飞机的头部有一根长长的针状物”等来导入。学完一个章节后,再告诉他们由于课堂教学时间有限,还有很多问题的解决需要更多的知识,引导大家自学。特别是课程教学已经过半以后,学生的基本流体力学知识有些储备后,要鼓励、启发、指导有兴趣的同学做一些拓展性的学习和思考,参与老师的科研或自己做些发明创造,如教学模具、实验器具等科技作品,培养学生的创新能力和解决实际问题的能力。这时我会带些有兴趣的同学到污水处理厂、环保科技公司去参观考察,了解企事业的技术需求和科技难题,和同学们一起思考探索问题的解决方案。针对流体力学中的概念和规律比较抽象和枯燥的特点,采用多媒体辅助教学与传统教学方式相结合的教学手段,综合运用图像、文字、动画等展现图文并茂的教学内容,运用视觉效应加强教学效果、扩大知识面。例如,流体动力学章节中讲述流线的性质时,我引入草原上的老鼠在夏天躲在洞穴里纳凉的图片。洞穴靠下风口堆了一个土包,外面凉爽的风能吹进洞穴,若下风口没有土包,凉风进不去。以这种生动的形式展现课程内容,而不是简单地播放幻灯片。学生不仅学到了知识,而且感受到知识的生动有趣性。对于重点内容,要严格进行板书推导,一方面有利于学生理清思路;另一方面,有利于培养学生严谨的科学作风,不能简单地把热热闹闹当做生动有趣。对一些工程或生活中碰到的案例或常识,也不太容易做课堂实验时,可以通过一些课件来模拟。将理论知识与视频、动画、工程案例、生活常识相结合,调动了同学们的学习激情,使其从被动式听课转变为主动式欣赏知识。如在流体动力学章节,我引入了美国南北战争时期的彼得斯堡战役的一段视频:讲述一个叫普莱曾茨的士兵,运用流体力学知识解决地道通风的问题,巧妙地将叛军的防御阵地炸毁。这些视频、动画、案例中的氛围、情景不仅启发了他们的思维,更让他们享受到听课的乐趣,激发了其学习的积极性。
四、引入演示实验
整合现有的实验中心、环境工程实验室、环境科学实验室的资源,自行搭建或购置一些演示实验装置,将演示实验引入流体力学课堂,使流体力学中抽象的物理过程和物理图像变得形象、直观和可信,使教学内容更有表现力,便于学生深刻理解和掌握。若暂时没有条件,也要积极引入一些相关实验或实例的视频,播放给同学们学习。如伯努利方程式是流体力学教学中的一个难点,非常抽象。因此,在学习这部分内容时,我就在课堂上做些表面上看起来匪夷所思的实验,但却可以用伯努利方程式很容易解释这种现象。例如嘴用力吹一个漏斗,乒乓球而不落地。学生非常惊诧这个现象,立刻想知道为什么会这样,学习的积极性立刻被调动起来。然后在黑板上画出示意图,再用伯努利方程式解释,学生就会理解透彻、记忆深刻。
五、加强素质拓展
鼓励学生积极与工程、生活、生产实际相结合,制作小发明小创造,参与科学研究、社会调查等。如在教学过程中,我多次组织学生参与各类科研论文大赛、发明大赛,取得了不错的成绩。通过这些锻炼,不仅加深了学生对课程的理解,更重要的是培养了学生的能力,增强了学生的自信心。积极组织学生参与本科生创新创业训练计划、优秀毕业论文培育计划、大学生科研论文大赛、大学生专利发明大赛以及环境与健康协会等;参与污水处理厂、环保部门、环保企业及各类生产单位的科研、生产工作。通过创建实习基地、培训基地、现场调研、技术咨询、项目合作等形式,获得与流体力学有关的技术难题。再以这些问题为范例,通过现场考察、技术交流、故障诊断、问题分析、解决方案、实施效果等环节,供学生学习参考。不仅解决了工程实际问题,而且开阔了学生的视野。让学生预先进入工作角色,以业务需求带动求知欲望。只有在实际工作中,学生才能对专业知识的应用、交叉学科之间的作用以及教学科研的关系有越来越明晰的认识,对于专业课程的学习重点、专业知识的获取有更明确的思路。
六、改革考核方法
教学内容、教学方法与教学手段的改革,必须与课程考核方法的改革相配套。为了提升考核环节对于人才培养的支撑度,推动教学理念与内容、方式与方法的变革,切实发挥课程考核对教学效果的检验与评价作用,我校于2011年制定了本科生课程考试管理办法,2013年制定了全面提高本科教学质量的实施意见,2014年学校启动教学考核改革试点工作,《流体力学》是我校第一批立项的课程考核改革试点课程。在新的考核方案中,我更加注重学生对基本概念、基本规律的理解,学生分析、解决实际问题的能力。实行过程化考核、多种形式的考核。全面考察学生对知识的掌握程度、概括能力和综合应用水平。可以单元测试时采用开卷考试,期末考试采用半开卷考试,试题有一半是自己出的试题。考核试题中的开发性试题就是用所学流体力学知识解释、处理日常生活、工程中的现象等。
1.丰富考核方式。紧扣课程目标,选择能够全面衡量学生学习效果的考核方式。将笔试、讨论、口试、项目设计、调查报告等多种形式相结合,将知识理论识记的考察与分析解决问题能力的检验并重,对学生进行系统地评价。
2.强化全程评价。把课程考核贯穿于教学的全过程,将过程评价与终结评价相结合,设计不同阶段、不同方式考核的分值比例,对学生的学习效果进行有效评价,改变“一考定成败”的现象,扭转“期末突击死记硬背”的不良学风。过程考核在评定学生综合素质和能力的同时,加强了对学生学习态度等非智力因素的考察,分课堂表现和课下表现,各占总成绩的10%。过程考核成绩占总成绩的30%,期末考核占总成绩的50%。过程考核有章节考核、期中考核和归纳总结考核。章节考核分3次进行,考核形式为开卷,每次5分,满分为15;期中考核,考核形式为开卷,满分为10分。每次考核用两套试题,一半学生用A试题,一半同学用B试题,学生预先不知道自己拿到何种试题;归纳总结能力考核,学生根据自己对课程的把握、见解出一份合适的试卷,教师据此评分,满分为5分。期末考核的考试形式为半开卷(一张复习纸的开卷考试),试题范围覆盖教学大纲,没有课本中能直接找到的概念性记忆性试题,但又要熟记并灵活运用课本知识,强调知识的综合应用和实践运用。题型包括选择题、计算题、作图题、项目设计型和开放性试题。建立电子试题库,实行抽题组卷,实现教考分离。试题库中有一半是学生出的试题(由教师筛选出优质的试题,或稍作修改),一半为教师出的试题。
3.优化考核内容。以促进学生全面发展为原则,选择考核内容。在评定学生对基础知识、基本理论和基本技能的同时,突出对学生分析解决问题、动手能力及综合素质的考察。采用体现创新特点的考试题型,以适应学科专业与相关行业发展的新要求。坚持合理性原则,考核内容的选择符合考核课程目标的要求。理论知识考核的重点为课程知识体系中核心要点、基本原理的理解与运用;实践知识方面突出对操作流程的熟悉程度、实践结果分析运用能力的检测;综合素质方面的考察坚持以能否有效支撑专业发展为标准。课程考核综合考虑各方面因素,首先是课堂表现,即学习态度,考核实行扣分制,满分为10分。如上课旷课、玩手机、听音乐、交头接耳等,第一次扣1分,第二次扣2分,第三次扣5分,四次以上全扣。其次是作业考核,满分为10分。作业次数为7,交1次作业得1分,总作业次数分为7;质量分为3,视工整度、正确率给分。
4.畅通信息反馈。考核结果及时上网公布,学生可以查看自己的考核成绩,对自己前段时间的学习效果有一个清醒的认识,及时调整学习态度、学习方法,激发学生学习的主动性与积极性。切实发挥课程考核对教学效果的检验与评价作用,对教学内容与方式改革的推动作用,对学生学习投入的引导作用,促进本科教学质量的不断提高。在教学过程中,选择适当时机向学生征求关于教学方法、考试考核模式等方面的意见或建议,以及前段时间学习的感受,我再根据学生反馈来的信息,及时调整教学方法、手段、进度等,认真处理好教与学的关系。并根据学生的意见、可采纳程度、对教学的关注程度进行打分,并计入该门课程的平时成绩。
七、结束语
流体力学是一门系统性、理论性很强的应用力学课程,体现了力学、数学、物理等交叉学科在工程中的应用。因此,如何将知识传授与提高学生应用能力、培养学生科研意识、适应社会需求相兼顾,对于教师自身素质、教学水平和教学方法是一个严峻的挑战。以环境工程专业学生流体力学的工程应用能力及创新能力为目标进行教学改革,并对考核方式、内容、过程和反馈进行配套改革,推动教学理念、方法的变革。加强学生学习的积极性和主动性,对所学知识的理解和应用,真正掌握相关知识,为日后工程,科研和工作打下良好基础。
参考文献:
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