流体力学重要概念范文
时间:2023-12-18 17:56:41
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篇1
论文关键词:流体力学;制冷与低温工程;教学改革
目前,郑州轻工业学院(以下简称“我院”)的制冷与低温工程专业已被评为国家级特色专业。为了加强制冷与低温工程专业学生能力的培养,造就人才,有必要对制冷与低温工程专业的教学进行全面的改革。
“流体力学”是制冷与低温工程专业的一门重要的专业基础课,主要分为流体静力学和流体动力学,研究流体平衡、运动规律、流体和周围物体之间的相互作用力及其实际应用的科学。由于流动现象和流动规律及其影响因素十分复杂,故其具有理论性强、概念抽象和公式较多、实际工程应用广、对学生的综合分析处理问题的能力要求较高等特点。加上学生对流体流动机理普遍缺乏感性认识,导致“流体力学”课程历来被公认为是教师难教、学生难学难懂的课程之一。因此,迫切需要进行“流体力学”课程教学改革,使学生学好本门课程,提高课程教学质量,使学生能更深刻地理解和掌握专业理论知识,培养学生的综合分析应用能力和创新能力,全面提高专业素质。
分析目前我院制冷与低温工程专业“流体力学”课程教学的现状,发现存在以下主要问题:首先,“流体力学”理论性强,概念多而抽象,难以理解,学生普遍缺乏对流体力学问题的感性认识,学习兴趣不高;其次,课程中公式繁多,推导过程复杂,且大多涉及到“高等数学”的偏微分方程,另还涉及到“大学物理”、“理论力学”、“材料力学”等方面的知识,学生理解困难;另外,学生对所学的知识不能灵活应用。因此怎样激发学生的学习兴趣,选择合适的教学模式组织教学,全面实现该课程教学目标,提高教学质量,是该课程教学亟待解决的问题。
一、改革教学方法
学好“流体力学”这门课对于制冷与低温工程专业的学生来说至关重要。让学生理解流体静止和运动的规律及其影响因素,不仅能为学生学习后续的专业课程提供必要的理论基础,也能为学生以后分析解决实际工程中的实际问题提供理论指导。怎样才能让学生学好这门课,笔者结合自己的教学经验,认为可以从以下几方面着手。
1.激发学生学习兴趣
学生是学习的主体,而“流体力学”又是大家公认难学的课程,因此学生的学习积极性高低决定着“流体力学”这门课教学的成败。
要提高学生学习“流体力学”的积极性,首先要上好“绪论”课。“绪论”课是学生接触和了解“流体力学”这门课的窗口,也是教师的教学水平和教学方式的第一次展示,“绪论”课上得好不好直接影响到“流体力学”课程教学的成功与否。通过“绪论”课让学生对“流体力学”的发展及其广泛的工程实际应用有一个大致的了解,使他们充分意识到“流体力学”知识和我们的生活及国家的建设密切相关,深刻理解“流体力学”知识在今后的学习和解决实际工程问题中的重要作用。
教师在讲授一些理论知识之前,可先举出很多贴近生活的有趣实例或者先提一些问题来激发学生的学习兴趣,启发引导学生积极地思考。例如在讲液体的粘性之前,可以先问学生:在水中游得快还是在油中游得快?为什么?又如在描述流体运动有两种方式——拉格朗日法和欧拉法时,可以将在座的学生和教室里的每个座位作为研究对象来进行类比,从而让学生很容易的理解两种方式。通过举例和提问的方式,让学生带着问题去学习,让学生亲身感受到参与教学活动是一件乐事、趣事,由愿学到爱学再到乐学。实践表明:列举事例或提问的方式可以避免学生学习的枯燥感,活跃课堂气氛,不仅可以吸引学生的注意力,激发学生学习的主观能动性,还可以使学生充分意识到本课程对今后学习和工作的重要意义,并且能加深学生对所学知识的理解和记忆,使学生分析问题和解决问题的能力得以提高。
另外,还应充分利用多媒体,通过图片、动画让学生直观了解各种流动现象,而不是停留在抽象层面,从而提高学生学习“流体力学”的兴趣。
2.巧妙讲解公式
为了定量地描述流动现象和分析流动机理,需要应用数学工具。学生要真正理解基本概念、重要公式,首先就要读懂数学,然而读懂了数学不一定意味着明白了数学符号背后所代表的物理意义。“流体力学”教学实践表明,学生从读懂数学到理解流动问题的物理本质有一个过程。教师的一个重要任务就是做好各方面的工作,帮助学生完成从读懂数学到理解流动的物理本质这一过程的转变,进一步建立起科学的思维方式。
“流体力学”在分析介绍欧拉平衡微分方程、欧拉运动方程、连续方程、动量方程、伯努利方程等理论知识时都有大量的公式,这些公式涉及一些高数、物理、力学方面的知识,特别是大量的偏微分方程,加上“流体力学”的公式推导采用欧拉法,与物理及其他力学不同,学生的观念不易改变,而且推导过程复杂,学生理解掌握很困难。如果过分强调“流体力学”知识的严密性和完整性,对每个公式的每个推导细节都逐一介绍,推导过程将会枯燥无味,学生只会被弄得糊里糊涂,兴趣全无。而如果直接给出公式,让学生死记硬背,只能让学生不知其所以然,当然也就不能真正用所学知识来解决实际问题了。
根据多年的教学经验,笔者认为:“流体力学”中公式的讲解应将重点放在概念引入、理论模型建立的思想、基本原理和主要步骤以及公式的物理意义与应用限制上。首先对基本概念力争讲透,概念清楚了,公式的讲解推演才有意义。然后重点使学生明确公式的物理意义及公式中各项参数的物理意义和几何意义,只有真正理解了公式的物理意义,才能灵活使用公式解决实际工程问题。最后应强调公式的应用范围及应用注意事项。由于流动的多样性,“流体力学”中的很多方程都是在一定的条件下得到的,如伯努利方程就有多种形式(理想流体、实际流体、流体是否可压等),在具体运用时,要根据具体情况选用正确的形式。
3.充分利用作业
学习的最终目的是让学生能够独立自主地解决实际工程问题。如果基本原理掌握了,接下来就是如何用这个原理去解决实际问题。课后作业是检查学生对所学知识理解、掌握程度的一种手段,同时也是培养学生分析、解决问题能力的一种方法。
首先应由学生独立地完成一定量的课后练习题,这是“流体力学”学习过程的重要组成部分,解题过程实质就是利用“流体力学”的基本原理和基本方程分析和解决实际问题的一个训练过程,课后习题可以帮助学生加深对基本概念和基本理论知识的理解。
然后再由教师通过习题课的方式,利用具有代表性的习题和一些学生普遍认为困难、出错多的习题,讲述流体力学原理在工程实例中的应用。在讲解习题时,重在提供条理清晰的解题思路、详细具体的解题步骤,使学生在此过程中掌握解决问题的正确方法和技巧,以便在以后的学习工作中举一反三、触类旁通、学以致用。这一过程增强了学生对流动过程物理本质的理解,将物理问题与数学工具有机地结合起来,有助于学生对与专业相关联的实际工程问题进行认真思考,有效的增强了学生分析并解决实际问题的能力。
二、改革教学手段
多媒体教学以其形象、直观、生动、具体、易于理解的教学特点,丰富的教学内容,被高等院校广泛采用,并深受广大师生的欢迎。
多媒体教学在“流体力学”教学过程中发挥着重要的作用。利用多媒体,可将“流体力学”中那些难以用语言描述的流动图像、抽象难懂的知识点,如拉格朗日和欧拉法的描述,流线与迹线、层流、湍流等,通过图片、动画和视频资料直观形象地展现给学生,使其从感性认识开始建立清晰的物理概念,较容易地掌握相关内容,并使学生的逻辑思维、综合分析能力得以提升。另外一些需占用大量时间写板书表述的和不易通过板书表述的内容也可利用多媒体制作Power Point课件。如莫迪图、水头线、各种流场和一些典型的例题习题等。采用多媒体教学,授课的信息量增多了,教学内容更丰富了,学生在有限的时间内接收的知识更多了,学生的学习兴趣提高了,学生的思路拓宽了,教学质量也提高了。
多媒体教学的发展并不意味着要摒弃传统的板书教学。有很多学生认为板书能让他们有更多的时间去思考消化一些抽象的东西,更有利于对基础知识的理解和掌握。根据“流体力学”既有抽象复杂的流动机理又有大量的基本概念、基本方程的特点,在教学过程中应将多媒体教学与板书教学相结合,扬长避短,发挥各自的优势,为教学工作更好地服务。如对某些特定的流动现象,可以通过多媒体教学,加深学生对流动现象和机理的理解。而对于较重要的公式及一些重点难点内容还是采用板书教学,例如流体力学基本方程的推导过程依然使用传统教学中的板书,有利于学生集中注意力,让学生更清楚地看清步骤、方法和解题思路。这样既可留给学生足够的思考时间,又可加深学生对重要知识的理解,从而获得良好的教学效果。
篇2
注重多媒体与传统板书教学的有机结合
随着计算机技术的普及和网络技术的迅速发展,以多媒体技术为主的教学手段已经普遍应用于高校的课堂教学中[1]。在流体力学教学过程中,采用多媒体教学手段可以将流体力学中抽象的概念和理论具体化、形象化,在有限的时间内将许多复杂的流动物理图像直观的展现给学生,有利于加强学生对流动现象的感性认识,加深对概念的理解,从而激发学生的学习兴趣,提高课堂教学效率,扩大学生知识面。另一方面,使用多媒体教学手段增加了授课容量的同时也提高了讲课速度,教师容易忽略学生对课件内容的消化吸收过程,致使学生的思维跟不上教师讲解的速度,降低了教学效果。因此,就流体力学的课程特点而言,多媒体技术并不能完全取代传统的板书教学,教师应采取多媒体和传统板书有机结合的方式,充分利用二者的优点,达到最佳的教学效果。如在讲解流体流动的两种流态时,放映雷诺实验的Flas,学生可以清楚地理解层流和湍流的现象与特点;辅以PowerPoint幻灯片可以清晰直观地表现尼古拉兹实验曲线和莫迪图的五个分区等。
注重实验教学及课后作业
实验教学是流体力学课程的重要环节,通过实验,各种水流现象一目了然,能够将抽象的理论知识形象化;同时通过实验数据的采集和处理、实验误差分析,基本仪器的原理及使用等,加深学生对基础理论和概念的理解和掌握,有助于开拓学生视野,培养学生的动手能力和思考能力。改变传统实验教学模式,将实验内容分为实验录像、演示实验、验证性实验以及综合设计性实验等不同层次。建议将静压传递实验、流体横向绕流实验、紊流射流实验等以实验录像的形式展示给学生;将流线实验、雷诺实验、水跃实验等作为演示实验;学生自制动手完成流速和流量的测定实验、能量方程实验和动量方程实验的内容[2];鼓励学有余力的学生利用课余时间,多留意身边的流体力学现象,结合课堂所学知识,设计应用性小实验,如三角形堰和梯形堰在流量测量中的应用等。课后作业是对学生所学知识理解、掌握程度的检查,是加强对上课所学内容的强化,同时也是对学生独立分析、解决问题能力的培养。首先由学生独立完成一定数量的课后作业题,可以帮助学生加深对基本概念和理论知识的理解;然后由教师通过习题课的方式,对有代表性的习题和学生普遍出现错误较多的习题进行讲评,引导学生从解题的过程中掌握解决问题的思路、方法和技巧,以便达到举一反三、触类旁通的效果,在以后的学习工作中学以致用,可以有效的增强学生分析并解决实际问题的能力。
考核方式的改变
传统的考核方式是以期末一次性考试为主,这种考核方法会造成学生平时不努力,考前几天突击考试的现象,不利于对学生综合能力的考查。对于流体力学课程来说更是如此,学习的目的是要提高学生运用所学知识对实际工程问题进行分析和解决的能力,而不是对课本理论知识和大量复杂公式的记忆能力。因此,对传统的考核方式进行适当的改变,实行综合成绩评定方法,降低期末考试在成绩中所占比重,增加课堂互动、课后作业和实验能力考查等环节。并且期末试卷中集中给出考题中所涉及的相关的经验公式、图表等,供学生选择使用,可以减少学生无谓记忆经验公式的时间,而又较好地考查了学生利用基本理论和公式分析解决实际问题的能力[3]。
结语
篇3
关键词:启发-互动;对比式;讨论式
中图分类号:G642.4 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)35-0065-03
《流体力学》是高等学校和职业院校众多理工科专业必修或选修的一门专业基础课程,在各个工程领域有着广泛的应用。但是,该课程理论性强、概念抽象,加之对数学知识要求较高,理论与工程实际结合困难,《流体力学》课程是众多学生难啃的一块硬骨头。“启发”式教学思想是:学生是学习的主体,教师充分调动学生的积极性,力促教师主导与学生自主相结合、书本知识与直接经验相结合。“互动”式教学强调两个“动”,即教师的“动”和学生的“动”。两种教学模式都有比较好的教学效果,笔者从这些年的教学中体会到,如果把两种教学模式结合起来,应用于《流体力学》课程教学或其他课程教学,可能更好地调动学生的学习主动性,培养学生自我解决问题的能力,提高教学质量和效果。
一、《流体力学》的教学现状
《流体力学》是一门应用型的专业基础课程,目前的《流体力学》课程教学呈现两个特点:一个是偏重于数学公式的推导,忽视它的物理意义和工程应用;另一个是忽视其基础地位,片面追求其为专业服务。这导致学生对这门课程学习上的困惑,一方面产生对该课程的恐惧和畏难,另一方面不能勾起学生的求知欲望和达不到对学习能力的培养。
1.课堂教学现状。课堂教学是《流体力学》课程教学的主体,但是目前,《流体力学》的教学手段落后、教学方法单一。大多采用“满堂灌”的教学模式,不注重学生综合素质的培养,导致学生学习积极性不强、教学效果不好,也不利于教师自身素质的提高。
2.实验教学现状。实验教学是《流体力学》课程教学的一个重要组成部分,是流体力学理论发展的重要基础,掌握流体力学的实验技能至关重要。但是,目前在绝大多数高校开展的流体力学实验多为传统的验证性实验,这种实验模式不利于学生对理论的理解,忽略学生的积极性、主动性、创造性,不利于学生综合素质的培养。
二、“启发-互动”式教学的探索
“启发-互动”式教学是一种教学理念,而不是一种教学方法。针对《流体力学》理论性强、工程应用广、概念易混淆、公式较多等特点,总结出以下几种适合于《流体力学》课程教学的“启发-互动”模式。
1.对比式“启发-互动”。在教学过程中,对比“启发-互动”模式教学包括以下几种:(1)相近或相反对比:将概念相近或相反的进行对比,达到条理清晰、对比鲜明、便于记忆的目的。例如,在讲解系统与控制体、研究流体运动方法(欧拉法和拉格朗日法)、流体运动的概念(流线与迹线、恒定流动与非恒定流动,层流与湍流)等就可以采用对比“启发-互动”。具体案例:在讲解控制体和系统时,可以以老师清点学生迟到人数为例,把学生看成系统,而把学生出入的教室门看成控制体,系统是可以变的,而控制体则是固定不变的。在讲解欧拉法和拉格朗日法时,可以将上一个问题进一步深入,老师清点迟到人数有两种方法,一种采用跟踪每一个迟到的学生,记下迟到学生人数,这种方法就如拉格朗日法(俗称“跟踪法”),另一种则是老师站在门口,记下迟到学生的名字就可以知道迟到学生人数,这种方法就如欧拉法(俗称“布哨法”)。而后将问题进一步延伸,你可以询问学生哪一种老师的方法更聪明,进而告诉他我们课程中研究流体运动的方法是欧拉法,但是采用拉格朗日法也有其更大的优点。通过这个案例,学生就更好地理解了概念,也方便于记忆。(2)新旧对比:将以前学过的与刚学过的知识对比,便于学生在旧知识的基础上加速对新知识的掌握。便于记忆和理解两种方程的理解、记忆和应用。(3)理论与实践对比,使抽象的内容更为具体化,加深学生的认识。例如,讲完理想流体的伯努利方程和实际流体的伯努利方程后,可以讲解它的工程应用,进一步加深对两个方程的理解和认识。
2.讨论式“启发-互动”。课堂教学中,采用讨论式教学也是一种比较好的一种教学形式,它是学、思、论的一种动态融合,同时具有一定的趣味性。这种教学形式的效果取决于以下几个方面:(1)讨论题目的选取;(2)讨论气氛的协调;(3)老师的总结;(4)学生思维的延伸。例如,在讲第一次课的时候,我就会给以下几个问题思考:光滑球和粗糙球在空中运行的距离哪一个更远?小鸟在空中飞行靠的是空气的浮力吗?……当然,学生只能做一些自我的选择性判断,但是这就引起了学生对这门课程的一些兴趣。到了我们要学习绕流问题的时候,在上这次课之前,我会把一张白纸用手拿着放在嘴前方,使白纸自然下垂,然后教学生跟我一样操作,朝纸的上方吹气,观察纸的运动方向,提出为什么纸是向上运动的?待把绕流问题讲完以后,我们就可以把第一次课的问题拿来与学生进行讨论了,找出这几个问题的共性,并加以对以上问题的总结,学生以前思考的答案是否是正确的?指出他的错误所在。同时,也可让学生发挥自己的想象,是否身边也有和这相关的自然现象和工程实践。从教学效果来看,讨论式“启发-互动”教学给了学生一个良好的学习氛围,让学生参与到问题中去,提高了学生的思考能力和创新能力。
3.作业“启发-互动”。作业“启发-互动”包括课堂练习和课后作业启发“启发-互动”。当然,课堂练习和课后作业这两种模式在传统式教学中也广泛采用,重要的是“启发-互动”。在课堂练习中,老师选择的题目要有典型性、综合性和实践性,重要的是实践性,题目一定是要与工程应用相结合,老师必须拿出一个工程问题或工程中的某一部分,在教师启发和提示的基础上,让学生参与讨论,逐步深入,达到学习和应用相结合。例如讲解虹吸管应用问题,我们可以拿抽水马桶为例,学生可能不知道虹吸管与马桶怎么就套上关系了,边讲解边讨论,最后就明白了抽水马桶就是一个虹吸管,而虹吸管的原理就是伯努利方程的工程应用,伯努利方程的解题步骤“三选一列一找”(选基准面、选计算断面、选计算点、列伯努利方程、找边界条件和初始条件)就一目了然了,最后计算得到答案。通过有代表性的课堂习题训练,比传统的讲解一些例题更为学生所接受,便于学习和巩固所学知识。课后作业也是对所学知识的一种巩固,一方面作业的量要适度,做到少而精,避免学生因任务繁重而互相抄袭,另一方面改变传统的“学生作、教师批”的模式,让学生参与到作业批改过程中去,具体做法是:老师先粗略看一下作业,将典型错误做好记录,并随机发给不同的学生,让学生互相批改,不能自己批改自己的,批改时必须指出错误之处并要求改正,而且必须签上批改人的姓名,最后提交老师由老师审阅,相应给出两个成绩,一个作业成绩,一个批改作业成绩。这样就提高了学生的主动性、思考能力和判断能力。
4.实验“启发-互动”。实验教学是《流体力学》教学中一个不可缺少的部分。在传统开设的流体力学实验中,多为验证性实验,为了提高学生的动手能力和创新能力,建议开设应用性实验和设计性实验。应用性实验如毕托管测流速实验,必须学生自己动手操作,而且希望学生能上网或其他途径了解其它一些用来测流速的仪器,了解不同仪器的测速原理,同时鼓励学生自己制作简单的测量流速仪器。设计性实验如模型试验,拟出实验题目、提供实验设备和条件,或学生自行购买实验用料,要求学生自行设计实验方案、实验步骤、处理实验数据,撰写实验报告等,提高学生的动手能力,发挥学生的想象空间,开发思维能力和创新能力。
“启发-互动”式教学思想的核心是启发学生的思维,将教与学有机地结合,充分调动学生的自主积极性,使课堂教学枯燥转为生动,从被动转为主动,从机械转为灵动。教师在教学中要明确自己的定位,充分启发学生的思维,调动学生学习的主动性、积极性和创造性,这样才能使学生在《流体力学》课程的学习中获得一个良好的教学效果。当然,如何提高《流体力学》教学效果是一个不断探索的过程,需要教师在教学过程中,不断地探索及总结经验,这样,才能不断地转变教学理念、改进教学模式,直至取得良好的教学效果。
参考文献:
[1]梁丽珍,牛俊玲.互动式流体力学教学模式探索[J]化工时刊,2011,(2).
[2]李晖.“流体力学”课程的启发式教学[J].重庆与世界,2011,(03).
[3]吴银树,刘妍,于薇.流体力学教学改革与实践[J].北华航天工业学院学报,2012,(2).
篇4
(甘肃农业大学 工学院,甘肃 兰州 730070)
摘要:启发式教学是现代教育研究当中的一个重要课题,尤其是在高等教育全面改革的大背景下,通过启发式教学引导学生自主学习,勇于创新,让学生的个性自由发挥,充分调动学习的积极性和热情,促进学生身心的健康发展。本文主要探讨的是启发式教学在《工程流体力学》课程教学中的运用,彻底摒弃传统的教学观念,让学生成为教学活动的主体,通过教师的启发引导,让学生更加主动地学习。
关键词 :工程流体力学;启发式教学;教学实践;运用
中图分类号:G642文献标识码:A文章编号:1673-2596(2015)03-0274-02
一、引言
《工程流体力学》是我国普通高等学校工科专业的基础课程,是一门研究液体和气体的机械运动规律以及应用的学科。工程流体力学在土木工程、能源、动力、环境、设备、化工、航空以及国防等领域都有很重要的应用,尤其是热能与动力工程专业的学生需要掌握系统、全面的《工程流体力学》理论知识,通过学习本课程,确保学生能够熟练地掌握流体力学的基本概念和原理,通过实验操作能够将理论知识运用到实际当中,为日后的工作和学习打下坚实的基础。鉴于此,本文主要探讨启发式教学在《工程流体力学》课程教学中的运用。
二、《工程流体力学》传统教学理念的转变
《工程流体力学》是工科专业的一门基础学科,是力学的一个重要分支,主要目的是为了将流体力学知识充分运用到生产生活当中。工程流体力学的研究方法主要包括实验研究、理论分析以及数值计算等。其中实验研究主要是利用各种实验仪器对流体现象进行观测分析,总结出流体运动的规律,并在此基础上进行预测,通常采用模型进行实验分析;理论分析主要是根据质量守恒、动量守恒以及能量守恒等定律,加以数学分析的手段,对流体运动进行分析研究;数值计算则是利用数学语言将流体运动的普遍规律表达出来,从而获得质量守恒、动量守恒以及能量守恒的计算方程,这些方程组合在一起成为流体力学基本方程组。《工程流体力学》课程设置的根本目的是为了让学生熟练地掌握流体的机械运动规律,将其运用到实际生活当中,以此来解决各种与流体力学相关的问题,但是长久以来我们在课堂教学中所强调的是知识点的灌输,学生进行机械化的记忆,缺乏创新,因此需要对传统的教学理念进行彻底改变。
(一)帮助学生建立流体力学的思维方式
《工程流体力学》的教学大纲要求学生能够了解及应用流体力学的基本运动规律,掌握流体力学的理论研究方法。在传统教学理念中,课堂教学过分注重基本概念、基本理论和计算方法的学习,学生在应试教育的环境中对书本上的知识进行机械化的记忆,很大一部分学生对于知识点的记忆仅仅是为了完成考核任务,因此无法形成系统的知识体系,也无助于培养学生的科学的思维方式,使其在日后工作和学习当中遇到关于流体力学相关的问题时,无从下手。鉴于此,在现代教育理念下需要教师引导学生建立系统的流体力学知识体系,并学会运用科学的思维方式对流体力学相关的问题进行分析研究。①
(二)提高学生综合分析应用能力
《工程流体力学》课堂教学不仅要求学生建立科学的思维方式,还需要具备对流体力学知识的综合分析和应用能力。在传统教学理念的影响下,学生被动地接受知识,严重缺乏学习的积极性和热情,对知识和计算公式的机械化记忆,无助于培养学生的发散思维。②因此需要在《工程流体力学》课堂教学过程中引导学生对知识进行自主总结,通过对知识点的归纳总结,形成鲜明形象的记忆;与此同时在课后练习中需要增加综合性,促进学生对流体力学知识的综合应用。
(三)培养学生的实践操作能力
实验是《工程流体力学》教学活动的重要组成部分,通过实验设计来检验一个理论或证实一种假设而进行的一系列操作或活动,从而更加清晰地理解和认识流体力学规律。通常实验要预设“实验目的”、“实验环境”,进行“实验操作”,最终以“实验报告”的新闻形式发表“实验结果”。③在传统教学模式下,学生只能在有限的范围内进行实验操作,根本无法锻炼学生的实践操作能力,因此需要学生自主独立的进行试验操作,让学生自行设计实验内容,确定实验方案,在实践中不断提高自己的操作和知识的运用能力。
(四)充分体现学生的主体地位
传统教学与现代教学理念严重背离之处在于课堂教学活动中,教师往往处于主导地位,而作为教学活动关键核心的学生群体则成为了知识的被动接受者,单方面机械地完成课堂教学任务,无法真正达到教学的目的。这就要求,在课堂教学过程中,教师必须时刻关注教学同步,充分调动学生的参与热情,通过讨论、提问等方式,让学生真正参与到学习活动当中,学会发现问题,解决问题的方法。④
三、启发式教学的具体应用
(一)启发式教学的实质
启发式教学源远流长,历久弥新,“启发”一词最早源于古代教育家孔丘的“不愤不启,不悱不发”。朱熹解释说:“愤者,心求通而未得之意;悱者,口欲言而未能之貌。启,谓开其意;发,谓达其辞。”愤与悱是内在心理状态在外部容色言辞上的表现。就是说在教学前务必先让学生认真思考,已经思考相当长时间但还想不通,然后可以去启发他;虽经思考并已有所领会,但未能以适当的言辞表达出来,此时可以去开导他。在现代教育理念当中,启发式教学主要是指教学活动中教师依据课程学习的客观规律,引导学生积极主动自觉地掌握知识的教学方法。启发式教学可以很好地诠释教育学之间的关系,通过设置问题情境,充分调动学生参与的积极性和主动性,启发学生独立思考,发展学生的逻辑思维能力,并且通过教师的适当引导培养学生的动手操作能力和独立解决问题的能力。⑤
(二)设置问题情境
启发式教学的关键在于设置问题情境,同时也是激发学生创新思维的一种有效方式。这就要求教师在《工程流体力学》课程教学中有目的、有意识地创设各种情境,鼓励学生主动发现问题,让学生独立地进行探索分析。在《工程流体力学》课程教学过程中,学生遇到任何疑问都应该及时提出,向同学和老师进行探讨。大量的教学实践表明,提问可以充分调动学生的注意力和学习的积极性,通过提问锻炼学生的探索欲和逻辑思维能力。⑥学生在启发式教学模式下还应该增加主动性,寻找自己的兴趣点,去钻研。这样学生才会有问题意识,可以提出问题,而不是在别人背后去解答问题。另外,设置问题情境要与实际生活相融合。可以通过创设生活或工作式的教学情境,让学生真正感受到《工程流体力学》课程教学的多样性以及前瞻性,通过不断探索激发出学生潜在的学习兴趣以及好奇心。
(三)充分调动学生的主动性
在启发式教学过程中,需要充分调动学生的主动性和积极性,让学生真正意义上成为学习活动的主导者。《工程流体力学》课程需要打破传统应试教育的束缚,让学生的积极性和主动性得到充分释放。教师组织学生进行讨论时,要注意学生的反映,激发起学生发的求知欲望,引导学生通过收集资料了解流体运动的基本规律以及这些规律在工程实际中的应用,帮助他们对问题的独立思考。例如教师可以列举一些流体力学在生活和生产中广泛应用的实例,使学生了解流体处于平衡及运动状态下的力学规律,加强理论概念与现实生活的相互联系。总之,只有主动参与其中,学生才能对问题有一个深入的了解,并且能够切身地投入自身全部的精力想方设法去解决当前所面临的问题,而教师则完全不用花费大量的精力进行讲解,只需要进行适当的指引工作,使学生的自学能力能够充分发挥。⑦
实验是检验学生动手操作以及对知识运用的最佳方式,借助实验也可以充分调动学生学习的积极性和主动性。在问题情境环节中,学生大胆假设和创新提问以后,就需要通过实验对问题进行模拟分析,并得到结论。在安全的保障下,进入实验室,在教师的引导下,自己动手去做,积极探索。这样会对学习更有帮助,而这一过程会提高学生的研究热情,也可以提高学生团队的协作能力。此外,在《工程流体力学》课程教学过程中,学生还可以自由组合进行某一问题的研究,当假设足够成立的情况下,通过查询相关的文献资料,并进入实验室去寻找答案。这样一来,学生在今后的学习或者工作中,如果遇到问题,就可以真正独立地进行思考和研究。⑧
(四)建立轻松愉悦的学习氛围
建立轻松愉悦的学习氛围是启发式教学实现的前提。而长久以的来灌输式教学,让教师成为课堂教学的主体,其高高在上的形象,让不少学生产生畏惧感,这也使得学习氛围过于凝重、刻板甚至拘束。因此在教学方式上需要打破传统教学模式的束缚,改掉以往死气乏味的课堂教学,教师应该是教学活动的组织者和设计者,通过营造出民主、和谐、愉悦的课堂气氛等方式更好地帮助学生调动他们的主观能动性和积极性,鼓励学生亲自动手,并且给学生提供更多的进行流体力学讨论研究的空间和机会,让学生在独立思考、互相讨论以及动手操作中完成问题的发现与解决过程。此外,教师还需要引导学生相互尊重、相互理解,课堂气氛做到张弛有度。让学生在合作交流中真正理解和掌握《工程流体力学》的理论知识和基本技能,使他们真正成为学习的主人。⑨
综上所述,启发式课堂教学强调学生在学习过程中的主体地位。只有充分调动起学生的积极性,才能够提高《工程流体力学》课堂教学的质量。为此,本文总结了传统教学模式下《工程流体力学》课堂教学的种种弊端,然后在此基础上对启发式教学的有效途径进行了深入研究。通过营造和谐的学习氛围以及建立良好的师生关系,使《工程流体力学》课堂教学变得更加生动、形象。
注释:
①张晓宏.高校研究型教学范式之探究——启发式教学[J].教育探索,2007(3).
②朱昌流.论启发式教学的有效实施[J].教育与职业,2007(18).
③李小川.工程流体力学教学改革模式的探索与实践[J].中国现代教育装备,2012(10).
④吴翊.启发式教学再认识[J].中国大学教学,2011(1).
⑤刘全忠.关于工程专业流体力学课程教学改革的探讨[J].教育教学,2014(1).
⑥Wuhan University、scientific Research Publishing.The Heuristic Teaching Practice Based on Innovative Thinking [A].Proceedings of Conference on Creative Education(CCE2012).2012(5).
⑦朱辉,陈洪杰,刘飞.CDIO教育模式下工程流体力学课程教学改革与实践[J].桂林航天工业学院学报,2013(12).
⑧刘莹.解立平.基于“卓越工程师”培养计划的工程流体力学课程教学改革初探[J].时代教育,2014(2).
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论文关键词:工程流体力学;教学研究;改革探索
“工程流体力学”课程在能源动力类工科专业中占有非常重要的地位,主要研究流体(液体和气体)的平衡、运动规律及其实际工程应用的技术科学,是力学的一个重要的分支学科。通过本课程流体力学的基本概念和基本原理的学习,学生掌握分析和解决本专业中涉及流体力学问题的能力,为后续专业课程学习奠定基础,然而当前的教学效果并不理想。自然界和人类生活中,以及工农业生产的各行各业中均广泛存在流体流动现象,但是由于缺乏对生活的观察,学生很难做到对课本讲授内容形成直观映像。此外,自然界中的流动现象往往包含多种流动方式,在理论分析与公式推导中涉及许多复杂的数学理论与方法,经验公式多,且不易理解记忆,给学生的学习带来很大困难,导致教师难教、学生难学,实践与应用起来更是难上加难,教学效果不理想,教学目的难以实现。还对后续专业课的学习造成很大影响,进而影响本科教学的整体质量。因此,“工程流体力学”教学改革势在必行。
一、“工程流体力学”教学调查研究
“工程流体力学”课程通常是开设于热能动力工程专业二年级阶段。对扬州大学的学生的问卷调查显示,多数学生对“工程流体力学”课程的评价是“难学”。为何会有这样的评价,通过分析发现,存在几个方面的原因。
1.研究对象比较抽象
“工程流体力学”课程本身研究对象是流体,没有一定的形状和具有流动性,这是流体区别于固体的本质特征。这一特征决定了流体力学研究理论比较抽象、经验公式繁多且推导过程复杂不易理解、易混淆,进而导致了本课程教师难教、学生难学,教学效果不够理想。因此,能否将前面学习过的对“固体”平衡和运动物理规律的分析方法通过比拟的方式移植到“流体”上,并使其形成正向的学习迁移是学生能否很快的掌握本门课程学习方法、学好本课程的一个很重要的方面。
2.教师与学生
“教学”包括“教”与“学”两个方面的内容,忽视任何一个方面都有可能造成教学效果的不理想。理论课教学是工程流体力学课程教学的主要方面,是进行实验指导和应用于工程实践的基础。某些任课教师为了自己的方便省事,教材和教学内容仍然是多年前的老教材,对现阶段流体力学的发展方向和研究成果,以及本学科的最新科技前沿理论及工程应用进展不能做到及时更新,教学内容与实际应用严重脱节。
教学方法单一呆板,无法吸引学生的兴趣。经常看到这样一种现象:教师在讲台上只顾着自己滔滔不绝地讲,忽视了课堂教学的互动性和学生的主观能动性,学生了无兴趣的在座位上睡觉、开小差、玩手机,基本上是教师在向学生单方面地传授知识,这样的教学效果是很低的。
本专业本科生新的培养方案中课程设置有这样一个特点:课程增加,课时压缩,总学分保持不变。“工程流体力学”课程理论课学时从64压缩到48学时,在教学内容总量不变的情况下,每堂课教授的内容,即学生需要接受的信息量就大大增加了,严重增加了学生的负担。“浮躁”是当代很多大学生所普遍具有的心理特征,导致的直接结果是学生自制力差、怕吃苦,上课前不预习、课后不认真复习、作业普遍抄袭。
二、教学改革的目标
围绕当前“工程流体力学”课程教学中存在的问题,以提高课程教学质量、实现教学目标为目的,进行了如下方面的改革:改变教育理念,以课程改革与教学适应新时代的要求为目的;加强教学方法与教学手段的改革,提高“教”的质量;加强课程的应用性,解决基础理论课程的知识教育、应用能力与创新能力的培养,全面提升学生的综合素质;加强课程教学评价与考核体系改革,引入全程教学评价与考核机制。
三、“工程流体力学”教学改革探索
从上面的分析可知,“工程流体力学”课程教学效果不理想存在很多方面的原因,因此,教学改革也要同时从多方面入手才可以起到事半功倍的效果。以下是笔者在扬州大学热能与动力工程专业本科生课程教学中进行的探索与尝试,取得了较好的效果。
1.教学方法的探索与实践
(1)俗话说“良好的开端是成功的一半”,第一堂课的重要性也就不言而喻了。兴趣是学生学习的直接原动力,能否在开始就激发学生对“工程流体力学”课程的学习兴趣是学好本课程的关键。运用多媒体技术,通过生动的视频和动画向学生展示生活中随处可见的流体力学现象。如,男孩子喜欢足球、乒乓球的比较多,可以用“香蕉球”和“弧圈球”现象的流体力学解释来吸引他们的注意力,还有其他的现象如高尔夫球表面的凹坑设计依据,飞机机翼能够产生巨大升力,跑车外形设计成流线型又是什么道理等等。此外我国正在实施的“南水北调”工程同样涉及很多流体力学相关知识,以上这些事例都是学生所非常熟悉而又在学习之前无法用理论来解释的现象,很容易引起学生的注意力和想要探索的兴趣。
(2)合理使用多媒体。在流体力学的教学过程中,采用多媒体有利于学生对流动现象的感性认识,加深对概念的理解,提高学习兴趣。但是,采用过多或华丽的多媒体也会产生一些负面作用,如多媒体教学替代板书节约了时间,增加了授课容量,但相应的讲课速度也就比较快,学生不易吸收和消化,容易造成学生“跟不上”进度,产生厌学情绪。因此,传统板书与多媒体有机结合的教学方式可以充分利用各自的优点,达到最佳教学效果。当然,不同教学方式之间的比例分配的“度”是需要关注的问题。
2.教学内容的选择
“工程流体力学”课程是机械、能源、化工、动力、建筑、生物、航天等专业的重要的专业基础课,这些专业具有不同的特点,对流体力学知识需求的侧重点也不同。因此,教材的选取要有针对性,即根据本专业特点和要求、学生层次来选择教材。此外,教师要能够跟踪掌握现阶段流体力学最新的发展方向与研究成果,不断更新和补充教学内容,做到课程内容的与时俱进。
3.重视实验教学
实验教学是“工程流体力学”课程教学必不可少的组成部分,属于实践教学环节。通过实验对理论进行验证,从而加深对课程基本概念和理论的理解和掌握。在基础实验外增加设计性实验、建立开放性实验室,锻炼学生的动手能力,培养学生发现问题、分析问题和综合运用所学知识解决实际问题的能力。
4.课程评价与考核体系
对于“工程流体力学”课程来说,学习要达到的目的是学生运用所学知识对实际工程问题的进行分析和解决的能力,而不是对课本理论知识和大量复杂公式的记忆能力。因此建立合理、公正、客观的课程评价与考核体系非常重要。针对学生普遍存在的平时不努力、考前几天突击考试的现象,摒弃“一考定成绩”的考核方式,采用灵活的、全程考核方式取得了很好的教学效果。具体做法是:提高平时成绩所占最终成绩权重,包括出勤率、课堂互动和讨论、小测试、作业质量等平时学习各方面的表现;期末考试成绩权重减少,采用闭卷方式,但考题中所涉及的公式、图表等会在试卷中集中给出,并增加一些干扰公式进去,既避免了学生花大量时间去记忆毫无规律可言、而又易忘的经验公式,同时也达到了考核学生选取基本理论和公式去分析、解决实际问题的能力,实现了教学目的。
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关键词: 流体力学 教学方法 教学改革 自学方法
教育是一个国家的立国之本,我国自春秋战国时期就有先贤孔子开始教书育人。然而在我国传统教学中往往以教师作为主体,重教而轻学,教师在课堂上使出各种方法强化教学效果,而对学生的“学”重视不足,甚至视而不见。对于很多学科而言,这种教学方式对于学生掌握知识情况的改善确实有显著的效果,但是对于《流体力学》课程,这种教学方式影响十分有限。究其原因主要有:1.课程对数学基础要求高;2.概念理解困难,费时;3.公式多且难,学生容易失去学习兴趣。当学生处在课后不学、课上不听或听也听不懂的状态时,教师的诸多课堂教学手段在实施时就像没有观众的表演一样是达不到良好教学效果的。正是由于《流体力学》课程的这种特性,使得教学中的“学”在该课程的教授过程中显得越来越重要。这里的“学”,不应仅仅是传统教学方式中,学生在课堂上被动接受,而应包含课外自主学习。通过对过往学生学习情况的了解,有良好自学习惯和自学方法得当的学生往往《流体力学》课程成绩优于没有自学习惯的学生。正因如此,引导学生养成良好自学习惯和教会学生学会选择恰当的自学方法在《流体力学》的教学中显得尤为重要。为了达到以上教学目的,需对传统教学方法进行如下调整。
一、让学生具有主动自学的意愿
要引导学生主动学习,首先要让学生有自学的意愿,较常用的有以下两种方法。
1.上好第一堂课。
“第一印象效应”是妇孺皆知的一种心理效应,在日常生活中经常用到,如面试者注意仪表,为官者的“下马威”等。这个道理在流体力学教学中同样适用。聪明的教师通常特别注意教授第一堂课,这样更容易引起学生的兴趣,调动学生的积极性。针对工程流体力学的第一堂课,教师最好避免采用过于生硬的公式或太理论化的概念进行教授,可将现实中的一些有趣现象与课程进行联系或提及一些与课程有关且同学们感兴趣的问题。这一点得到很多教师的共识,如上海交通大学的丁祖荣教授在其《流体力学》公开课中就以高尔夫球为什么不采用光滑表面、汽车的形状怎样最优等几个有趣的例子将看不见、摸不着的力与现实生活联系在一起,使得学生对学习流体力学充满期待。“兴趣是最好的老师”,有了兴趣之后学生自然愿意投入精力学习。
2.重点强调“前车之鉴”。
这里的“前车之鉴”当然可以指流体力学考试的一次通过率较低和流体力学成绩普遍偏低的现实,但是事实证明,这种“前车之鉴”对调动学生学习的主动性效果并不显著,反而容易引起部分学生的畏惧心理,不利于学生自学积极性的提高。通常来讲最好的办法就是对比平时喜欢学习和善于自学的同学与平时没有自学习惯且学习态度不端正的同学进行对比,通过两类同学在这门课程上取得的不同学习效果使得学生意识到自学对于流体力学课程的重要性。
当然以上两种方法在增强学生自学意识上第一种效果更佳,但过于依赖学生兴趣会使学生对后续课程的趣味性要求提高,反而不利于理论部分的教学,所以教师在课程上应尽可能将两种方法结合,以期达到最佳效果。
二、让学生学会流体力学课程的自学方法
仅有自学意识和自学动力对于流体力学课程的学习是远远不够的,受制于中国基础教育,我国进入大学学习的学生多半擅长记忆,而不是对公式概念的理解和运用。记忆固然重要,但是仅擅长记忆对于流体力学课程自学而言是远远不够的。于是很多高校教师面临的问题除了专业知识的教授外,还多了本应在中小学教育中教授的自学方法。为了使学生学会力学课程的自学方法,在教学中要注意以下几点。
1.由浅到难。
所谓的由浅到难即留给学生自学的内容难度应由浅到难。有的老师为了提高学生自学能力,只要是自己不感兴趣的章节或自认为不重要的章节统统不讲解,完全留给学生自我消化。这样的方法固然能够极大地促进学生自学能力的提高,然而仅对本身自学能力较强的学生有效。这种教学方式对于重点院校的本科生,其差异性表现不明显,但对于大多数普通院校的学生而言,只有少数学生适应这种教学方式,大多数学生则会因为难度过大而过早丧失学习兴趣。因此教师在教授过程中,可先留一些较简单的问题让学生自学,等学生习惯自学且达到一定自学能力后再将部分较复杂的理论推导留给学生。
2.保证课前预习,课后复习。
自学能力不是一蹴而就,掌握方法就能立即提高的,需要不断地练习。对于流体力学这门课程而言,其学习过程也需要循序渐进,因为流体力学的课程内容包含大量模型简化、理论推导、概念理解、公式运用等需要大脑复杂加工的过程,一次的内容接触不足以使大脑完成所有的任务。因此要保证课程学习质量,对课程内容的反复斟酌是必不可少的过程。通常要使得该课程学习效果最佳,除了上课听教师的讲解外,课前预习和课后复习对于学生而言也是必不可少的。学生课前预习的主要目的是贯穿课堂知识点,整体把握课程内容的难点和自己不容易理解的。为促使学生养成课前预习习惯,教师除了在第一堂课调动学生兴趣外,还可在前一次课堂上布置少量预习任务,要求学生下一次课进行回答,但主要还是依靠学生的自觉性。而课后复习的主要目的是加深学生对课堂教学内容的理解和提高知识运用能力。通常教师可以通过布置练习题的形式达到目的,偶尔可采用小测验的形式对学生学习情况进行测试,通过测试可增强学生课后学习的动力。
3.教会思考,举一反三。
上述两点都是教师使学生了解怎样有效自学的引导手段,而流体力学不同于其他学科自学的真正关键之处则在于教会学生如何思考。
不同于诸多学科,流体力学的学习不仅仅依赖对公式和知识点的记忆,学生对知识点的理解和运用更重要。因此往往有些学生学习很用功,但是遇见问题总是无法自己解决,只能通过背题目的方式应付考试。这种学生就是典型的学习方法不得当,没有学会思考。实际上,学习流体力学知识和其他力学课程类似,大部分知识点都不脱离假设、建模、公式推导和公式运用的流程,学生在学习知识点时只要能够回答出“3W1H”,那么这个知识点就已经掌握了。
那么这“3W1H”到底是什么呢?第一个“W”就是“When could I use it?”什么时候可以用这个知识点?这就意味着学生在学习中一定要先弄清楚运用知识点的前提,力学当中的很多概念都是在一定先决条件下得到的推理,因此对于这些知识点而言,其使用不得违背这些先决条件。第二个“W”就是“What problems could I solve?”我能够解决什么问题,所有的知识都不是万能的,它仅仅只是研究或解决某一类问题的方法或手段,流体力学中的知识点很多体现的是各种物理量之间的关系,而这些关系决定了我们可以解决什么样的问题。第三个“W”是“What situation should I use it?”什么情况下我应该用这个知识点?在运用知识点解决问题的时候,一个问题往往有很多种解决思路,不同的物理量之间有多种表示关系的公式,选用公式的时候一定要找准问题的关键点,最终选择合适的公式或运用正确的知识点解决问题。最后一个“H”,指的是“How should I use it?”我怎么用这个知识点。选择了正确的知识点并不意味着你就会用了,什么地方我们该忽略掉,什么地方要补充其他知识点,都是需要考虑的问题。通过将各知识点进行组合,分析他们的逻辑、数学或物理等关系,最终才能解决要求的问题。举一个简单的例子:假设现要求某处的静水压力,这个题目只涉及单一的知识点。我们首先要分析,静水压力是什么?什么情况下才有?静水压力的求救问题属于水静力学部分的知识点,也就是当液体处于静止状态或相对静止状态时,静水压力才存在。第二步,则要分析静水压力这个知识点能解决什么问题或与其他的物理量之间有什么关系。显然和静水压力相关的有静水压强和作用面积,压强乘以面积即压力,那么我们现在的思路出来了,要解决静水压力的问题首先要了解静水压强和液体作用面积的情况,现在问题变为了考静水压强这个知识点。第三步,什么情况下我应该运用这个知识点?由于这个问题较简单,解题思路清晰,因此对于该题这一步可以跳过。最后就是怎样用这个知识点,根据静水压强的特性,其方向都是垂直于作用面,任一点处各方向上的静水压强大小相等,各点处静水压强大小不同。因此我们知道对于该物体的静水压力不能直接用某一点的压力乘以物体的面积而应该将物体上每一微面积上的静水压强与面积乘积计算得出各微面积上的静水压力再进行矢量加和。这样这个问题的思路就完整了。当然对于这个思路来讲只能保证将所有问题都分析清楚。在实际解题过程中,学生还要在不违背以上各物理量关系的前提下,想想能不能找到简化的方法,如果有,思考为什么可以这样简化,该简化方法有没有局限性。
以上就是我们学习和分析流体力学问题的基本思路。该思路貌似复杂,但当学生按照该过程接受了一定量的练习之后,便可以快速分析出某一流体力学问题的关键。同时,这个过程对于学生的自学也是至关重要的。只有真正学会这样思考的同学,才可能避免题海战术,对任一知识点都可以做到举一反三。这样的自学过程不仅是对学生自学能力的锻炼,而且是对学生分析问题能力的锻炼。而这种综合逻辑分析问题的思路不仅在流体力学学习时需要,对于其他的如数学、大学物理等很多理工科课程也是必不可少的。然而在现有的基础教育和高等教育中往往缺少的就是分析问题方法的教育,更多的是让学生通过数学学习无意识地培养逻辑分析能力。
三、让学生养成自学习惯
自学动力有了,学习方法也掌握之后,要使学习效果得到充分体现就需要学生持之以恒,真正将自学变为自己习惯的一部分。对于这一点而言,主要靠学生本身的自觉性,但是老师也可以给其少量外部刺激,促使学生养成这种习惯,如课后布置作业,定期小测验,甚至可以通过举行类似于结构大赛的流体力学兴趣大赛等形式提高学生学习兴趣,促使其自学。
通过如上教学方法改革,我所带班级的学生对流体力学课程的学习热情普遍提高,同时分析解决问题能力得到增强。但是这种教学方法也存在一个明显的缺点,即过分依赖学生自觉性,对于少部分没有自学习惯且学习态度不好的学生不仅没有促进其学习而且使得个别学生为自己的缺勤找到了充分理由。学生的两极分化现象更加明显,虽然良好率提高了,但课程总淘汰率有小幅提高。
总体而言,该课程的教学方法改革是有意义且有成效的,但其中遇到的某些问题还需进一步深化研究。
参考文献:
[1]李国正.培养自学能力引导学生成长――浅谈自学方法在学习过程中的渗透[J].新课程・上旬,2011,09:144-145.
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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].
[2]陈俊俊,李义科,牛永红,庞S佶,刘素霞.新版《流体力学》课程教学大纲修订及思考[J].科学管理研究,2011,(2).
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【关键词】工程流体力学 石油教学 学习 改革
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2013)12-0231-02
近几年随着后备储量持续增长,我国的石油工业以前所未有的速度向前发展,这就要求石油工程技术人员必须掌握扎实先进的专业知识。石油工程专业有其自身浓郁的行业特点,其目标是培养能在石油工程领域从事油气钻井工程、采油工程、油藏工程、油气储运等方面人才。在油气勘探开发储存运输过程中,存在广泛而复杂的流体流动现象,所以工程流体力学一直以来都是石油工程专业的核心基础课。
一、上好“绪论”课
“绪论”是教材的开篇之言,通常对全书有一个概括性的介绍。包括内容的设置、该学科的发展简史、与相关学科的联系和今后的发展方向及动态。在教学过程中,充分备课,形象生动地上好绪论课,使教师在后继的教学工作中事半而功倍。总结多年的实践经验,讲好“绪论”可从以下几个方面对教学产生积极的作用和影响:1.可激发学生的学习兴趣和求知欲。知之者不如好之者,好之者不如乐知者,三个层次呈递进状态,乐学是最高层次的学习热情,浓厚的兴趣能推动学生独立进行探索性的学习,而且在学习中主动克服困难,排除干扰;2.可促使学生在学习过程中将流体知识运用到专业课中,使知识融会贯通,有利于加深对专业知识的理解;3.可帮助学生了解学科的前沿动态,吸收最新知识,有利于学生对个人求学生涯的整体规划,优化职业生涯。
二、定位教材,扩展内容
很多工科院校都开设了工程流体力学,针对不同的专业,流体力学的学习侧重点肯定不一样,那么对于石油工程专业而言,流体力学知识服务于钻井、采油,偏重于工程运用,所以在讲授过程中不必要求学生熟练掌握每一个公式的推导过程,只需了解就可以,更多讲解与专业相关的实际运用,那么教材的选择就很重要了。广泛阅读流体教材,选择与专业最匹配的教材是首要任务。目前市面上有很多版本内容不同的教材,在定位教材后,难免教材在编排上不是尽善尽美,那么就要对选定教材的内容进行适当的扩展,可以加深加宽知识体系,更有利于激发学生的学习热情。
三、讲究课堂内教学方法和手段
自工作来,对于教学方法和手段进行了不断的摸索完善,工程流体力学侧重于应用流体力学的基本原理、理论与方法研究,解决工程实际问题。研究方法也遵循“实践-理论-实践”的基本规律。在实际教学过程中,发现学生最大的问题在于――不知道怎么学,不是学不会,而是没有找到适合这门课的学习方法。所以需要教师讲究课堂教学方法,采用合适的教学手段,让学生不至于感到知识晦涩难懂,继而失去学习兴趣。例如:每次上课前提问回答上次课的学习重点内容,集中学生的注意力,在此同时给了学生收拾情绪的时间,以利于新课的讲授;在上课过程中对于有散发性的问题,可以采用提问的方式调动学生主动思考,并给予一定的奖励;如果章节内容相对简单易懂,可以促使学生自己上台讲授,一方面激发学生自主学通学透,另一方面建立学生强大的自信心。
四、积极收集反馈信息
一方面在课间与学生主动沟通,了解学生的思想动态,拉近与学生的距离,才能最广化地获得反馈信息,师生关系。另一方面及时布置练习,既要起到巩固的作用,又要充分发现学生的学习难点,然后有的放矢的解决难题。要想获得预期的效果,教师在布置作业前必须精心研究习题内容,布置有代表性的习题,既不重复也不遗漏,然后尽快批改作业,在知识遗忘的截止时间前纠正错误,使学生形成正确的知识结构。
五、善用多媒体工具
随着科技越来越发达,原本的板书形式慢慢远离学生的视线,取而代之的是多媒体教学,在充分享受信息化的同时,要考虑学生的接受能力与接受程度。目前学生普遍反映多媒体教学虽然信息量大,但对于较大的信息量,学生难以全部接受,更容易形成抵触心理。在充分征求学生的意见后,得到的结论是:善用多媒体工具――用于展示图片、动画和教学影像。
将板书与多媒体合理地结合在一起,板书用于基础知识的学习,多媒体展示流体复杂的流动状态与工程实际运用,便于学生的理解接受,最大化地保持学生的学习热情。
六、重视实验课
目前,学生中普遍存在重理论轻实践的心理,做实验敷衍了事,写实验报告只用粘贴复制就可以了,无论数据合理与否,应付交差就完事了,数据不正常也不思考,实属本末倒置。流体力学是一门以实验为基础的力学分支,实验探究不仅是教学的内容,更是培养学生科学素养的手段。加强实验教学有利于激发学生学习兴趣、有利于培养学生动手能力、有利于概念的构建、有利于模型的建立、有利于定律的导出、有利于结论的检验、有利于创新能力的培养。特别是流体力学中很多经验公式,都是大量做实验总结出来的,所以实验是理论的源泉。现在实验课均是实验教师演示给学生看,然后学生参照实验指导书依葫芦画瓢做一遍,遇到问题依赖于教师,不主动思考,完全失去了做实验的意义。
七、结论
工程流体力学是一门专业基础课,对专业知识的学习有着至关重要的意义,对工程流体力学的教学思考是永无止境的,作为一线教师,要在工作中不断摸索实践,积累丰富的教学经验,在教学中实践改革,提高教学质量,使学习工程流体力学的过程充满乐趣与动力。
参考文献:
[1]李会芬.热能动力类《工程流体力学》课程学习的几点建议[J].广西大学学报,2007,(10).
[2]黄卫星,肖泽仪,伍勇,魏文韫.过程装备专业工程流体力学课程的地位与教学要求[J].化工高等教育,2010,(1).
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关键词:流体力学 教学改革 互动启发式教学
中图分类号:G424 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2014)02(b)-0030-02
近年来,作为在新的历史时期全面推进我国高校人才培养模式改革的重要举措,中国矿业大学(北京)大力开展全面建设研究型本科教育教学体系,加强学生创新能力的培养,落实“创新教学环节”的教学改革研究。“创新教学环节”由创新方法类课程、创新实践活动组成。包括科研导论课、科研技能实践、以及大学生创新训练项目等等。然而,大学本科生在校的大多数学习时间还是以课堂为主,如何对课堂教学进行改革,以适应研究型本科教育教学体系的需要,是本文探讨的问题。
1 流体力学课程的指导思想及定位
流体力学是工程力学专业的核心基础课程,为后续课程提供必要的基础知识和应用工具。因此,牢固掌握流体力学课程的基本内容,熟练运用该课程的基本方法,透彻理解其基本思想,是打开力学专业阶段学习的关键。对于流体力学这门课的普遍认识是,老师们难教,学生们难学。究其原因,是因为学生在中学没有接触过流体方面的知识,是“懵懂无知”的状态;而到了大学,一开始就要接触流体的性质、模型、运动学和动力学的概念,是“被动接受”的状态。这对于大学生来说势必会感觉很难,从上课听不懂,习题不会做到上课不想听,习题抄答案,形成恶性循环,而教师的灌输式教学更使得这门课预期达到的教学目标难以实现。学生的基础没有打好,对于后续课程的学习势必产生不良影响。如何使学生在学习过程中既能独立思考,又能积极响应教师的互动提示,进行有效的互动,这是提高教学效果的关键所在。
以学生为主体、教师为主导的互动式教学思想[1]在教学工作中逐步得到巩固和落实,在教学方法的改革上取得了可喜成绩。但是,要真正实现“教以学为本”[2],还需要不断在教学思想、教学方法、课堂结构等诸多方面进行创新性的探索与研究。作者近年来一直从事流体力学课程的教学工作,对如何让学生学好这门课进行了一定的研究。作者认为,启发式教学[3]对于流体力学难教、难学这一问题是一有益的解决方案。通过在课堂上与学生互动以及在适当的时候对学生进行启发,能够改变流体力学课堂沉闷,学生不想听讲的氛围,同时对培养学生的力学修养与力学能力大有裨益。教师在教学过程中切实重视、真正确立学生在学习过程中的主体地位,通过学生自悟、质疑、写练的同时,加强学生主体之间的信息交流,以及教师的适时点拨启导,构建“互动启发式”这一课堂教学结构体系,能更好地让学生学会学习,逐步提高学习修养。
作者针对上述问题,参考了国内外教学资料,结合多年教学经验,并以工程力学08级的“流体力学”教学为研究对象,成立了“岩爆研究大学生创新小组”。小组成员利用课余时间,参加重点实验室的科研活动,在北京市学会第17届学术年会上了表了三篇论文[4~6]。小组成员的学习热情、学习成绩、研究水平得到了很大的提高。由此可见“互动启发式”教学适应教学改革的需要。“互动启发式”教学方式改变了过去那种学生被动接受的状况,它要求教师的教学必须以调动学生的积极性为主,学生是主动的参与教学,而不是被动的去记忆。作者在教学中发现,互动启发式教学方式是教师学生“双赢”的教学方式,它促进了师生间的情感交流,调节了课堂气氛,是符合大学教学大纲的新选择。
2 流体力学的基础性、前沿性和时代性
《流体力学》课程是计算流体力学、多相流动、非牛顿流体力学的基础性理论。同时,本门课程对于许多理论性较强的学科,如工程热力学、传热学、应用数学、应用物理学、流固耦合、渗流力学等,都是必不可少的基础理论课。《流体力学》课程中的许多专题:如边界层理论、湍流、涡动力学、水波动力学、气体动力学等都是发展迅速的前沿学科。当前,随着环境和资源探测要求的增长与技术进步,出现了许多或以流体力学为基础、或与流体力学相交叉的新学科,如CCS(碳固存)、煤岩中的瓦斯流动、多场耦合、多相流及非牛顿流体力学;特别是随着高超音速飞行器和运载工具、超静音潜艇、以及现代武器系统的发展,为流体力学学科提出了更多的新问题,也为学习《流体力学》的学生提供了广阔的发展空间。
3 流体力学教学改革的尝试和成效
在教学中努力践行“研究型学习”[7]与“创新型人才”[8]的培养。开展“互动启发式”教学法改革,培养学生积极思考、研究型学习、创新型思维的能力。在平时成绩考核中,增加了“研究报告”一项,指导并鼓励学生针对书中的重点、难点问题进行深入研究,在创新教育理念与研究性教学相融合上做出了有益的实践。
3.1 教学方式的改革
《流体力学》课程的特点是:理论性很强,对学生的数学基础要求较高。例如,除了需要了解一般张量变换和指标运算的规则外,还需要了解张量场论、曲线坐标系下的张量微分学、微分几何中关于点、线、面间的拓扑关系;以及由Gaussian定理、Stokes定理、标量势、矢量势、Helmholtz张量分解定理、向量场的梯度来表示流体力学的求解域,需要了解它们的几何意义以及在流场几何描述中的应用。另外,在对不同流动现象的偏微分方程定解问题的求解中,需要讲解有关的数学物理方法的背景知识,如解波动方程的行波法、求解涡旋场中的格林函数法等。仅采用PPT教学,难以表达在定理推导或偏微方程求解中的思辨、引证与推理过程。
因此,将传统“板书式”教学与现代教育技术相结合,各种方法互为补充,探索启发式教学法的创新,采用了以下的教学方法与教学手段:
(1)对于建立流体力学基本方程组或偏微分程求解过程中的数学推导,采用板书讲解为主,PPT为辅的教学方法。由于多数学生的张量场论与张量微分学的基础较薄弱,在从这些定理出发建立流体力学基本方程的教学中,需要进行较长时间的数学推导,很容易造成学生的疲劳。采用传统的“问-答”为主的“启发式”教学法,往往得到“启发”的只是部分基础较好的同学,多数学生很少能主动响应,容易形成流体力学“难以学懂”的印象。
针对上述问题,创造性地设计了“互动启发式”教学法。所谓“互动启发式”教学,就是在设置启发问题过程中,对被启发对象的思维过程施加以强烈的影响,激发学生深入思考的方法。具体是,在理论学习、定理推导、或典型例题讲解过程中,由老师首先进行提纲式讲解,针对教材中的重点且难点问题,要求学生进行一定时间(5~7 min)的课堂练习作业,启发学生提出问题。最后,再由老师进行板书讲解的“讲解―学生练习-提问―再讲解”的课堂教学过程。
“互动启发式”教学法实施的关键,是由教师对讲解的问题进行纲要式分析,给出主要思路并交待相关背景知识,对其中的关键问题设置疑问点;在学生进行5~7分钟的课堂练习过程中进行巡查,发现学生遇到的难点并适时提问,最后,有重点地进行分析与讲解。在这一过程中,给学生提供了一个独立思考的机会、创造了一个平等、自由的提问环境,使学生可以毫无顾虑地与老师交流,也便于老师及时发现问题。老师在学生达到思维临界点时的讲解,学生的印象深刻,可以达到事半功倍的效果。
(2)对于流体力课程中应用型专题和涉及实际物理现象较多的章节,采用PPT或录像为主的现代化教学方法。这样,可以在有限的课时内,在使学生充分掌握书中的理论知识的同时,对相关的物理现象有感性认识,加深对理论知识理解,以激发学生的科学探索精神,提高学生的学习兴趣。为此,通过课程建设,编制了实验录像。实验录像介绍流体力学理论的背景知识,如有关流体粘性、压缩性、静力学实验、伯努利方程实验、雷诺实验、边界层流动等,利用PPT等现代化教学方法在课堂教学中加以运用。
(3)耐心、细致的课后辅导。对于在课堂上提出问题的学生,无论问题对错、难易,在回答问题前,首先用“这是一个很好的问题,……”“你的问题很重要,……”等加以鼓励,然后再回答问题;对勤于思考的同学加以表扬。
(4)改革考试的形式和内容,促进教学质量的提高。教学实践中,对期末考试进行改革:平时成绩定量化计分制;要求每位同学选择教科书中的一个专门问题进行研究,提交一份专题研究报告;在期末考试卷面成绩出题中与评分中,强调解题的分析过程。通过上述方法,在考试内容上,将知识测试与创新能力测试相结合。
3.2 教学改革效果
自我校工程力学专业开设《流体力学》课程以来,作者一直致力于以创新型人才培养、研究型学习方法建立为目标的教学改革,在不断提高自身理论水平的同时,提出了“互动启发式”教学方法并在教学实践中加以运用。学校教学督导组的资深老师多次听课,都给予了很高的评价。在授课中注重板书推演、思辨清晰、严谨、通俗易懂,在课后热情辅导同学们的学习与创新研究活动。作者的授课及辅导受到同学们的广泛欢迎。
4 课程特色
力学专业《流体力学》课程理论性强、对张量分析、场论、数学物理方法与特殊函数等数学基础知识要求高。作者在不断提高自身的理论水平、积极开展教学研究与改革的基础上,形成了以下课程特色:
(1)在建立流体力学基本方程组与求解流场数学模型过程中,板书推演思辨清晰、严谨、通俗易懂,对所需的张量、场论、数学物理方法背景知识可进行详细分析或精讲。为使理论分析连续、易于启发学生的思维,撰写了近60万字的背课笔记/授课讲义,在板书推导中,多数情况下可以脱稿讲解。
(2)采用“互动启发式”教学方法,在课堂上形成与学生间的良好互动,启发学生的自主思维、深入思考,以达到深入理解复杂数学、力学理论的目标。“互动启发式”教学方法不断充实完善,形成了包括课堂的即时启发教学、平时的考察辅导与期末考试互相支持的系统方法。为研究型学习与创新型人才培养提供了有力保障。该方法得到了越来越多的认同。工程力学系的同仁,如黎立云教授、祝捷副教授等老师都采用了“互动启发式”教学法,并形成了自己的特色,取得了很好的教学效果。
(3)强调“研究型”学习方法。在平时的作业中,要求学生将每一道习题当作一个“模型科学问题”,以论证与推演过程是否合理来评价学生作业的优良等级。对学生的作业认真评分并计入平时成绩。允许作业成绩不理想的同学可以重作,重新评分。另外,要求学生在课程结束前,选择书中的问题提交一个研究报告,老师给予辅导、评分,并计入平时成绩。以上措施在培养学生的研究型学习方法上起到了十分重要的作用。
(4)积极引导、支持学生开展创新科研活动。指导学生针对教学中的重点和难点开展解题方法、教学方法的研究,并将结果撰写成研究报告或教改论文。在授课期间,对有学生要求给予科研的学术指导,总是热情响应。
5 流体力学教学工作的展望
(1)继续充实、完善习题库、多媒体课件、实验录像等教学资源,实现优质教学资源共享。
(2)以创新型人才培养、研究型学习方法为目标,继续开展教学方法的研究,不断完善“互动启发式”教学方法的内涵。
(3)现有的力学专业《流体力学》教材或深度不够、或难于自学。准备在多年流体力学教学积淀与撰写的讲义的基础上,出版一部通俗易懂、学术水平高、具有矿业特色的流体力学教材。
(4)目前的张量分析、场论的教材大都比较抽象,受众较少。准备集自己多年在微分几何、张量与场论理论的学习心得,在撰写的讲义基础上,出版一部侧重于讲解张量、场论主要定理几何意义及其在流场描述应用的学术论著,作为力学专业《流体力学》课程的参考教材。
(5)跟踪国际上最新研究成果、发表高水平科研与教改论文,提高自身素质,促进教学水平的提高。
6 结语
用“互动启发式教学”法进行教学,不但能使学生顺利地接受新知识,而且教给学生利用已有的知识通过归纳总结去认识新知识的一种有效的学习方法,这就给了学生一双点石成金的手。同时,由于采用对比、比喻等方法,引进一些生动活泼、通俗易懂、典型直观的事例,不仅使教学双边活动有声有色,而且在重温旧课时轻松愉快的认识和掌握深奥、抽象、复杂的概念和规律,起到事半功倍的效果。“互动启发式教学”是传授知识、启迪思维提高教学质量的重要手段,是一种行之有效的、科学的教学方法。
总而言之,作为大学教师,为了改革传统的教学模式,必须在了解自己学生的基础上采取相应的教学策略和教学方式。互动启发式教学方式克服了传统教学方式的不足,调动了学生的积极性和主动参与性,它是大学教学改革的必然要求,应该坚持并努力完善这种教学方式,使教学真正做到学以致用。
参考文献
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【关键词】实验考核体系;实验能力;流体力学实验
实验教学是高等学校教学工作的重要组成部分。高校实验教学应该注重培养学生的实验能力,满足高等教育应用型、创新型人才培养的要求。学生在实验室通过观察、思考和操作,来提高判断能力和创新能力,做到有思想地做实验,自主完成实验任务。实验能力的培养应该配合实验考核来具体实施,文章就此提出了一套旨在提高学生实验能力的流体力学实验考核体系,对实验前、实验中、实验后的各个环节列出了具体的考核方法,主要包括五个考核部分:实验准备、实验操作、实验报告、实验创新和实验考试。
1.实验准备考核
实验准备要求学生在实验前理解实验原理,明确实验要求,熟悉实验内容及步骤,并按照要求言简意赅地编写实验预习报告。通过实验准备培养学生的自学能力,加深对流体力学理论知识的理解。实验教师根据学生的实验准备情况进行具体考核,对实验预习报告打分,对未完成实验准备的学生,取消其实验资格。实验准备考核占实验总成绩的10%,详细评分标准见表1,取所有实验准备考核分值的平均分作为实验准备考核成绩。通过实验准备考核,可以起到两个作用:一是实验准备考核成绩组成实验总成绩的一部分;二是实验准备考核对学生进实验室起到一个筛选作用。
表1 流体力学实验准备考核评分标准
序号 评分标准 分值
1 实验准备充分,实验预习报告规范认真,有预习思考 10
2 实验准备比较充分,实验预习报告规范认真,有预习思考痕迹 8
3 实验准备基本充分,实验预习报告规范认真,但仅是抄书,无思考痕迹 6
4 实验准备不充分,实验预习报告马虎,不规范,无思考痕迹 4
5 未完成实验准备,未完成实验预习报告 0
在实验准备这一阶段,实验教师需要给学生准备具体的预习资料,包括:学生实验守则,规定学生进实验室需要遵守哪些规则;流体力学实验要求细则,对学生说明参加流体力学实验的具体要求;流体力学分室平面布置图,以便学生了解实验室情况;流体力学实验指导书,主要给学生提供每个实验的具体指导,如:实验目的要求、实验仪器、实验原理、实验方法与步骤、实验成果及要求、实验分析与讨论、实验数据记录表、实验数据计算表;另外,还可以补充说明一下,实验预习报告书写要求、原始实验数据记录要求、实验报告要求书写哪些内容等等。
特别是实验仪器这一块,因为学生事先不熟悉仪器,实验时操作仪器比较困难,所以一定要先让学生熟悉仪器设备,有必要提供实验仪器的说明书。另外,实验教师还可以提供一些经典实验的介绍,如雷诺实验的工作环境,增加学生的学习兴趣。实验教师可以把这些资料编写成流体力学实验指导书,印发给每位学生,还可以把相关资料放到实验室网站上去,让学生自行下载查阅学习。
2.实验操作考核
实验操作考核作为实验教师对学生连续评估的主要形式,在平时实验当中对学生进行观察,并将观察记录作为对学生操作能力的直接评价。实验操作主要考核学生实验操作技能和分析问题、解决问题的能力[1]。实验教师在实验指导过程中,以启发学生思维为主,充分发挥学生的主动性,在学生提问时予以适当指点和提示,主要考察学生的动手能力和排除故障能力。因为这部分考核以实验教师的主观判断为主,所以在实验操作考核过程中要作定性定量处理,以便实验操作考核具体实施。实验操作考核占实验总成绩的20%,具体评分标准见表2。下面简要介绍一下流体力学实验操作考核的过程。
实验开始时,实验教师对每组学生的实验情况进行观察,签字确认。如能量方程(伯努利方程)实验开始时,检查每组学生是否将能量方程实验仪的所有测压管液面调整到齐平状态,签字确认。
实验过程中,实验教师检查学生的实验操作情况。如实验操作时间是否符合要求,实验次数是否达标等等。
实验结束时,实验教师对每位学生的实验原始数据记录进行初步分析,判断实验结果是否符合规律,确保实验质量。引导启发学生分析归纳实验结果,撰写好实验报告。对实验有重大错误、失败或不能完成者,安排其在实验室开放时间重做。
实验结束后,要求学生按要求关闭仪器,清理现场,做好环境清洁工作。实验教师检查每组学生仪器设备整理情况,电源是否关闭,水桶(水杯)水是否倒入水箱中,雷诺实验的有色水阀门是否关闭,桌面是否整理,并作相应记录。
表2 流体力学实验操作考核评分标准
序号 评分标准 扣分值
1 测压管齐平缺认可/次 –0.5
2 测压管测点未达到实验要求/次 –0.5
3 排气泡缺核查/次 –0.5
4 操作时间未达到实验要求/次 –0.5
5 操作次数未达到实验要求/次 –1
6 仪器电源未关、阀门未关水未处理、桌面未整理/项 –0.5
7 实验结果不符合规律/组数据 –0.5
8 没参加实验操作/个实验 –5
注:流体力学实验操作考核满分20分,如在实验过程中,发生上述情况,则扣除相应的分值,扣完为止。
3.实验报告考核
实验报告作为考核的依据,自身存在不足的地方,既不能反映学生的操作技能,不能表现学生动手解决实际问题的能力。即使学生不动手或不作为主要参与者,也可以写出一份较好的实验报告。另外,由于实验报告是在实验室外完成的,可能会出现修改数据的现象,实验教师也很难了解学生对某些问题的理解程度和真实的看法。因此,实验报告需要补充一些主观方面的报告成果,比如实验作业、实验总结等等。实验报告考核占实验总成绩的30%,由三部分组成:实验报告成绩、实验作业成绩和实验总结成绩。
实验报告主要考核学生实验后对所做实验进行的分析和评价,以及撰写报告的能力,达到总结和提高的目的。实验报告成绩满分20分,取所有实验报告分值的平均分作为实验报告成绩,详细评分标准见表3,主要根据实验数据计算是否正确,实验现象分析是否客观完整等评定。对于实验报告其固有的缺陷,流体力学实验报告考核采用数据记录复份,来避免学生修改数据。
表3 流体力学实验报告评分标准
序号 评分标准 分值
1 实验报告规范认真,图表清晰,实验数据计算正确,实验现象分析客观完整,能做较深层的探研,优秀 20
2 实验报告规范认真,图表清晰,实验数据计算正确,实验现象分析比较客观,良好 16
3 实验报告规范,图表清晰,实验数据计算基本正确,实验现象分析基本客观,及格 12
4 实验报告格式规范,实验数据计算不正确,实验现象分析不正确,不及格 8
5 未完成实验报告 0
实验作业是根据实验内容和实验要求精心设计的,可以加深学生对实验的认识、补充和扩展。实验准备时,教师对将要进行的实验提出问题,引导学生深入思考。学生通过查找资料,操作实验,编写实验报告,将问题引入深层次的探究,然后回答问题。如能量方程实验,提出问题:“测点2、3和测点10、11的测压管读数分别说明了什么问题?[2]”学生进行一系列思考后探究答案。实验作业成绩满分5分,每个实验作业以5分制为标准进行评分,最后求平均分作为实验作业成绩。
实验总结在流体力学全部实验结束后完成。此时,学生对实验知识、技能、仪器设备等都有了真切的体会、深刻的认识,每个人都会有不同程度的收获。学生可以在实验总结中写:实验后的收获和感想,对实验教学的意见和建议,对实验室发展的建设性意见。这些信息反馈给实验教师,可使教师进一步了解学生对实验的真实感受,从而总结出宝贵的经验和教训,改进实验教学方法。实验总结是教师提高实验教学水平的基础。实验总结成绩满分5分,以5分制为标准打分。
4.实验创新考核
实验创新主要培养学生的创新能力。流体力学实验创新分两个方向:学习性实验创新和创造性实验创新。实验创新考核占实验总成绩的20%。
对于那些创新能力比较薄弱的学生,可以从学习别人的已有成果开始,让学生收集现有的实验创新实例,运用学过的流体力学理论知识和实验知识重新剖析,在规定的时间内阐明自己的观点,进行答辩。学习性实验创新成绩满分10分。
对于创新能力较强的学生,鼓励学生在现有仪器设备基础上,进行创新性、设计性研究与探索,组合成为新的实验或量测新的内容,也可以通过电脑进行模拟。实验创新也鼓励改良改进设计实验设备装置。另外,鼓励教师教改项目、科研项目带进实验室,开设综合性、设计性实验,研制开发教学仪器设备,更新和改造旧的实验内容和手段。
开展实验研究可由团体进行,研究的一般步骤包括:确定题目、收集资料、制订研究计划、实验测试、分析与概括、反复论证或实践验证、完成实验报告或论文。学生在教师的指导下,自主选题、自主进行研究性学习、自主进行实验方法设计、开展实验性研究、进行数据统计分析处理,撰写研究性论文和总结报告等工作。实验创新小组向全体参加同学和指导老师介绍实验设计思路、实验过程、创新点等主要内容,并回答同学和教师的提问,由同学和实验教师一起打分考核。创造性实验创新成绩满分20分。
通过实验创新求得学生的发展,教师的发展,实验室的发展。
5.实验考试考核
流体力学实验考核分两种形式:教师与学生的交谈、闭卷考试。实验考试考核占实验总成绩的20%,实验考试成绩满分100分,其中教师与学生交谈成绩50分,闭卷考试成绩50分。
教师与学生的交谈,可以了解学生在实验室获得知识的掌握情况,可以评估学生对知识的理解及口头表达的技巧,以及对实验结果的解释等,具有教高的表面效度。
闭卷考试可以克服实验报告的某些缺陷。流体力学实验考试内容侧重于实验方法与原理的理解,流体流动的某些基本概念和基本原理的认识,静态流动参数测试方法的掌握。
综合流体力学实验五个部分的考核,可以给出完整的流体力学实验考核体系,如表4所示。
表4 流体力学实验操作考核体系
序号 实验考核 比例 分值 备注
结束语:
随着实验课程的独立开设,需要更精确、更契合实际的实验考核方法来适应实验课程的发展建设需要。实验考核要求能够公平合理地评价每个学生的实验成绩,能够对学生实验学习起到较好的引导作用,激发学生的实验兴趣,规范学生的实验过程,提高学生的实验能力[3]。流体力学实验考核体系根据实验教学的过程,对实验前、实验中、实验后各个环节,分别进行具体考核,提出了一套新的实验考核体系。该实验考核体系从实验整体出发,注重培养学生各项实验能力,提高学生综合素质,提倡自主实验来提高学生的学习自主性,通过定性定量的实验操作考核来提高学生的实际动手能力,以实验创新考核来推动学生的创新能力,从而真正提高实验教学效果。
参考文献
[1] 葛年明、周泉.电子电工实验考核方法的改革〔j〕.实验技术与管理,2008(4):146-147,166