流体力学教学范文
时间:2023-12-25 17:51:54
导语:如何才能写好一篇流体力学教学,这就需要搜集整理更多的资料和文献,欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文,供你借鉴。
篇1
一、采用多媒体教学的意义
大部分工科专业基础科目之一就是流体力学,例如土木工程、机械工程和水利工程等,流体力学不仅需要专业的理论知识,还需要技能实践,因此流体力学是一门兼具实践性和理论性的课程。由于我国教育体制的变化,我国高等院校流体力学课时数减少,但是需要教授的内容没有变化,要在有限的时间内向学生完整介绍流体力学的理论知识和其在其他领域的具体应用,就要突出重难点,解决教学中存在的诸多问题。如果采用传统理论传授式的教学方法,虽然能够保证每位学生接收知识,但是显然难以提高效率。在计算机和互联网技术飞速发展的今天,多媒体教学被越来越多的高校采用,多媒体教学不受地点和时间限制,多媒体素材多种多样,包含图像、声音和视频等,能够更加方便地向学生传授信息和知识。传统教学方式易于学生接受,但是流体力学包含了很多推导公式和理论分析,其中一部分内容较适用于传统教学方式,对于一些抽象的、难以用语言描述的理论知识,则很难采用这种方法传授,再加上教学方式比较枯燥,学生在短时间内接收的信息量较少。因此,除了传统教学方法,我们还可以恰当地采用网络教学、多媒体教学等其他教学方法,将传统教学和多媒体教学的优势结合起来,提高教学效率,改善教学效果。
二、多媒体教学的优缺点
多媒体技术是近年来应用非常广泛的一项技术,综合了视频动画、文本、音乐、图像等多种媒体素材,经过计算机控制和处理,展现给学生。多媒体教学既能够提供丰富的教学内容,又具有良好的交互性,能为学生提供多样的、友好的交互方式;多媒体教学不受空间和时间限制,一些物理现象很难让学生们看到,而利用多媒体技术则可以解决这个问题;多媒体教学能够为学生提供直观、清晰的学习材料,让学生能够直观地看到事物的变化和运动发展。多媒体技术具有信息量大、生动具体、形象直接的优点,便于学生理解晦涩难懂的知识。在流体力学中,诸如空化、流线、边界层等知识,用语言和二维图像很难解释清楚,如果将图像、动画和视频结合起来,就能让学生更加深刻地理解知识,加深记忆,激发学生的学习积极性和主动性,培养发散思维。通过多种多样的多媒体素材,给予学生感官刺激,帮助学生集中注意力,提高教学效率。
三、多媒体在流体力学教学中的应用
(一)课堂教学
学生的学习主动性是决定教学效果的重要因素,在流体力学中,有很多用语言难以描述的物理图像,例如紊流、涡流、拉格朗日法描述、欧拉法的描述等,如果采用多媒体教学手段,能够让知识更加清晰直观,让学生对于物理概念有更加深入的理解,学习效率提高。使用PPT课件,将诸如射流流场、水头线、莫迪图、静压强分布图等包含信息量较大并且难以通过板书讲解的知识纳入到课件中,这样学生能够更加容易地理解重难点,学习兴趣大大提高,教学质量得到了极大改善。对于教师来说,应该选择日常生活中和流体力学紧密相关的现象,作为多媒体教学素材,例如以贝克汉姆的弧线球作为例子,讲解气体的流体黏性知识,通过分析足球表面压强进一步讲解到马格努斯效应的知识。
(二)实验教学
流体力学是一门和实验联系非常紧密的学科,因此实验教学必须贯穿于理论教学中。流体力学实验可以分为演示型实验、验证型实验两种,目前的实验教学主要是教师演示,学生跟着做,实验室实验设备数量有限,不能保证每位学生都掌握实验方法。实验涉及到很多知识点,适当地增加演示型实验,能够保证学生掌握实验方法,发散学生思维,取得良好的教学效果,在实验室演示设备不足的情况下,运用多媒体教学的方式,用Flas、视频等素材替代,虽然也有一些缺陷,但是也能保证学生掌握实验技巧和方法,完成教学目标。
(三)数值模拟
学生学习枯燥乏味,主要是由于流体形状不固定,学生对此缺少感性认识。如果采用多媒体教学,将流体运动用动画的形式展现出来,可以让学生看清流场细节,通过直观的模拟提高学生的学习兴趣。
四、结束语
篇2
[论文摘要]论文结合教学实践,提出了以传统教学模式为主、以现代化教学手段为辅的教学方法。结合实例讲清楚基本概念,够用为度重点突出理论公式的应用是常规教学应遵循的模式,并与多媒体辅助教学手段有机地结合起来,力求课堂教学的形式和方法多样化,既能保证课堂信息量大,又能避免单纯多媒体授课的不足,达到提高教学效果、提升教学质量的目的。
一、前言
《流体力学》是研究流体所遵循的宏观运动规律以及流体和周围物体之间的相互作用规律的科学,它建立在现场观测、实验室模拟、经典理论分析、数值计算基础上,具有严谨的理论性、原理的抽象性、概念多、方程推导繁杂等特点,对学生具备高等数学知识及综合分析与处理问题能力的要求较高,因而大部分学生觉得该课程抽象、枯燥、难懂,普遍缺乏对流体力学理论的感性认识,都有某种程度的畏惧感,导致教师难教、学生难懂成为较普遍的现象。
我校机械设计制造及自动化、过程装备与控制工程、土木工程、安全工程、采矿工程、环境工程、矿物加工工程、建筑环境与设备工程、工程力学等专业的学生都须具备不同程度的流体力学知识和技能,它是各专业后续课程如:液压传动、水力学、流体机械、空气调节、传热学等课程的基础。
为此,作者通过教学实践,就多样化的教学方法、更新的教学内容、引入高科技的教学手段等方面进行探讨,以期提高《流体力学》的教学质量。
二、以传统课堂教学为主
《流体力学》的课程体系分为基本理论、基本应用和专门课题三大知识模块,它要求学生具备扎实的微积分知识、力学知识等。学生在接触流体力学课程伊始,对抽象的理论理解速度慢,对枯燥的公式及其推导过程容易厌烦,因而《流体力学》的教学应该以传统教学方法为主。因为在传统的课堂教学中,学生获取知识主要是听教师讲课,通过板书教师细致耐心地阐述概念、推导公式、突出重点、强调难点,以学生容易接受的讲课速度,留给学生更多的思考和消化的时间,再配合上教师的表情、手势、师生之间的互动,会达到很好的教学效果。
(一)结合实例,讲清楚基本概念
流体力学的概念多、现象多,且很多概念和现象比较抽象,难以理解,诸如:拉格朗日法、欧拉法、流线、迹线、边界层等。因而利用身边的实例对这些抽象的概念进行讲解,例如在讲授描述流体运动的两种方法——拉格朗日法和欧拉法时,学生们很难理解。为了将概念通俗化,上课时笔者以城市公共交通部门统计客运量所采用两种方法为例:①在每一辆公交车上安排记录员,记录每辆车在不同时刻(站点)上下车人数,此法类似于拉格朗日法的质点跟踪,它与迹线的定义对应;②在每一公交站点安排记录员,记录不同时刻经过该站点车辆的上下车人数,此法等同于欧拉法,与流线的定义对应。
在讲解伯努利方程原理的时候,例举1912年“豪克”号铁甲巡洋舰与同行疾驶“奥林匹克”号远洋轮相撞的船吸现象,让学生清楚掌握流体的压强与它的流速有关,流速越大,压强越小;反之亦然。
概念是公式推演的基石,没有准确的概念,后续的公式推演几乎难以为继,清晰的概念会使公式的讲解和推演变得更加简易。利用浅显易懂的生活实例来阐述抽象的概念及其之间的内部联系和区别,教师易教、学生易懂,将会达到事半功倍的效果。
(二)以用为度,重点突出理论公式的应用
伯努利方程是能量守恒定律在流体力学中的具体应用,是流体静力学和流体动力学的基础,始终贯穿着整篇教材。在讲解该理论公式的时候,先从容易理解的静力学平衡微分方程推导开始,强调公式所依据的原理是牛顿第二定律,假设条件是平衡、理想、静止的流体,重点引导学生如何理解公式各项的几何意义和物理含义,掌握公式的实际应用。这样学习到后面的动力学伯努利方程时,先易后难、循序渐进,学生就觉得不会那么深奥。在讲解相对平衡的流体压强分布规律时,就要求学生必须掌握推导过程,因为它在解决一般平衡流体内部的压强分布规律及其对固体壁面的作用力问题时非常重要。而对于连续性方程和动量方程的学习,只强调记住结论和理解公式中各个物理量的含义。这样做,有效地避免了大量公式繁琐的推导给学生带来的畏难情绪,也能够做到以用为度、重点突出。
不可否认,依靠粉笔与黑板的教学条件、以教师为主体的传统教学模式,教学形式单一,教学手段不先进,教学效率不高,适应不了课程教学学时少、受教育学生数增加的情况。
三、以现代化的教学手段为辅
当前以计算机多媒体技术为主的现代化教学手段已经普遍地应用于高校的教学中。制作教学用的视频、多媒体软件、电子课件等素材,作为课堂教学有力的辅助教学手段,可以在有限的时间内,利用图文并茂的信息传播方式,将课程内容及有关背景资料以影像、图片等形式,直观地传播给学习者,将流体力学中抽象的概念和理论具体化、形象化,激发学生学习兴趣,使得学生能够从感性认识开始,逐步上升到理性认识,进而能够达到运用知识解决问题的能力。
结合流体力学精品课程的建设,教学团队制作了流体力学多媒体电子教案,并在教学过程中不断完善,逐步取得了良好的教学效果。在设计与制作多媒体课件时,遵循课堂教学的基本规律,既发挥传统板书教学中容易带动学生思路、逐条在黑板上书写的特点,在课件制作中根据讲解的进度逐条展现公式条目等内容,同时又将难以理解、难以用语言描述的拉格朗日法和欧拉法、流线、边界层和紊流等抽象概念和流动现象,以多媒体的方式在课堂上直观地呈现出来,帮助学生建立清晰的印象。教学团队收集、制作了大量的多媒体素材,例如在讲解雷诺判据的时候,制作了雷诺实验的fliash素材,以动画的形式向学生展示了流体流动的两种不同状态,以及流态判据—雷诺数与流动速度、管径、流体种类有关系。运用多媒体辅助手段表达后,能够帮助学生很好地理解课程的重、难点,提高教学效率。利用多媒体技术,还可以制作需占用大量时间板书和不易通过板书表述的内容,提高了教学效率。
多媒体教学的内容一定要做到提纲挈领、重点突出,有所为有所不为。多媒体技术没有好坏之分,只有合理使用与不当使用之别。但是实践应用中,发现有的教师完全抛弃以往的黑板式教学模式,离开多媒体手段就上不了课;有的教师将教材内容全部照搬到了课件中,自己就成了的幻灯片放映员,“照机宣科”;有的教师制作的多媒体课件过分追求课件的美观性,界面过于华丽,淡化了教学重点;也有的教师忽略学生对课件内容理解消化的时间,致使学生的思维跟不上教师讲解的速度,降低了教学效果。上述现象将会造成一种新形式的“满堂灌”,只不过是由“人灌”变成“机灌”而已。
四、总结
流体力学作为一门专业基础课程,其重要性不言而喻。传统教学模式能够将前后知识贯通,突出重点,化烦就简、引入实例形象阐述概念原理,促进知识的系统化进程;多媒体教学能将难于理解的知识通过图文、音像生动地显现出来,帮助学生理解性记忆。借助于先进的教学手段,将多媒体辅助教学手段与传统教学方法有机地结合起来,力求课堂教学的形式和方法多样化,既能保证课堂信息量大,又能避免单纯多媒体授课的不足,才能提高教学效果、提升教学质量。以上是笔者在流体力学教学实践中的体会,愿与同行共同切磋。
基金项目:2009年安徽省教育厅《流体力学》精品课程
[参考文献]
[1]许贤良,王传礼,张军等.流体力学[m].北京:国防工业出版社,2006.
篇3
工程流体力学教学手段教学效果《工程流体力学》是机械工程专业、石油工程专业、化学工程专业等诸多工科专业的一门十分重要的专业基础课,在各个工程领域都有着广泛的应用。作为力学的一个分支,工程流体力学主要研究流体的平衡和运动的基本规律以及流体与固体的相互作用的力学特点,用于分析解决工程设计和使用中的实际问题。其特点是数学公式多,大部分内容都是围绕数学方程的推导,理论性强。学生在学习过程中普遍感觉吃力并且枯燥。因此,为提高教学质量,教育界同行不断地进行着各种各样的教学改革探索。
一、联系实际,理论与实践相结合
流体力学内容抽象,概念性强,整门课程从头到尾充斥着偏微分方程,公式推导繁杂。而且与其他力学课程不同,流体力学是采用欧拉方法解决问题,这一点学生理解起来非常困难,导致流体力学这门课程被公认为大学课程里最难学的课程之一。为了提高教学效果,在教学实践过程中注重理论与实践相结合,更有利于学生对知识的理解与掌握。本课程主要围绕几大偏微分方程展开,在讲述过程中如果过于强调数学理论的推导过程,学生肯定会感觉枯燥无趣,而且不知道学习的真正目的,从而失去学习的动力。针对这种情况,我在讲述公式推导部分时着重分析研究思路和方法,重点介绍公式的适用条件及意义,尽量避免长篇大论的数学推导过程。比如伯努利方程是本课的重点,在课堂上我只是把推导思路给大家讲清楚,后面花了两节课的时间来讲它的应用,包括皮托管测速计、节流式流量计以及在一般水力计算中的应用等。在课程的最后部分,针对授课专业特点,结合现场实际工程案例,讲述了流体力学基本理论在实际中的应用,同时也对课程内容进行了总结和回顾。通过上述具体应用实例,使学生能够理论联系实际,培养学生以后工作时解决实际问题的能力,同时还能使学生认识到课程的重要性,增加了学习兴趣。
二、启发-联想式教学
引导和注入是启发式教学方法与灌注式教学方法在本质上的差别之一。启发式教学方法强调的是引导,也就是通过引导,调动起学生的主动性、积极性,让学生自己去发展思维而获取知识。而灌注式教学方法则是通过注入,使学生被动地接受传授给他的知识。因此在引导与注入这两种手段上,有着明显的差别。所谓引导,是指当学生要解决某个问题,但又感到难以解决时,恰到火候,教师及时给以启发,让学生自己发现新知识,这样才能很好的发展学生的智能。
流体力学的研究方法和内容同工程力学、工程热力学等其他力学课程有很多相通的地方。所以在教学过程中可以通过启发学生对以前学过的内容进行总结回顾,从而引出所讲内容。比如在讲解研究流体运动的两种方法:拉格朗日方法和欧拉法时,启发学生对两种方法进行比较。由于欧拉法是以空间点为研究对象,这与基于质点为研究对象的工程力学的研究方法不同,学生已经习惯于质点研究方法,所以接受起来有点困难,这时我以气象观测站这样一个大家都熟知的例子来阐述欧拉法的含义,采用直白易懂的语言讲述这样一个抽象的问题,学生理解起来容易多了。
学生在已有的力学基础上学习流体理论,并加以比较,不仅可以促使学生积极思考,而且能利用一门课程中已学会的知识快速掌握另一课程中的内容,增强了教学效果,提高了教学质量。
三、Fluent软件在教学中的应用
流体力学课程的特点是知识涉及面广,对学生来说流体力学课程里面的概念与原理非常抽象难懂,课程涉及的数学知识和力学知识比较多,且与工程实际现象紧密结合,这对本科生来说更加大了他们学习本门课的难度。同时受教学实验条件的限制,任课教师很难形象地将流体流动的现象讲授给学生,这样就造成理论知识的讲解与实际现象脱节。FLUENT软件是目前非常流行的一个商业计算软件,将其引入本科生流体力学课堂教学,对流体力学课程中的流动机理既能实现直观演示,又可以进行定量分析。比如在讲圆管内层流和紊流两种流态运动规律时,如果采用传统的教学方法,由于牵扯的数学理论知识较多,学生学起来很吃力,而且最终推导出的结论比较抽象,学生很难提起兴趣。如果采用FLUENT软件模拟两种流态,做出不同工况条件下的速度分布曲线、速度分布云图、速度等值线、切应力分布曲线,让学生通过对这些曲线进行分析得出不同流态下的运动规律,学生的积极性和主动性就能被充分调动起来,从而可以提高教学效果。
在课程教学中不断改进教学方法和手段,用心钻研,不断探索,有助于学生理解掌握课程知识,增强学生的学习兴趣,为学生将来从事工程实践奠定坚实的基础。
参考文献:
[1]陈小珊,洪文鹏,张玲.工程流体力学课程改革的思考[J].东北电力大学学报,2006,(3):54.
篇4
【关键词】船舶流体力学 任务化模式 教学改革
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810(2015)22-0057-02
在船舶与海洋工程本科专业学生的培养计划中,船舶流体力学是其中的专业基础课程,包括流体的性质、流体静力学、流体运动的描述和基本方程、伯努利方程、势流理论、波浪理论、粘性流体力学、边界层理论等,课程教学在一个学期,其内容非常复杂。一方面为了使学生更加全面地理解应用相关的知识,另一方面培养学生往应用型科技人才的方向发展,在船舶工程专业人才的培养模式上,我们应该改变原有的教学方式以适应时代要求和技术变迁,将任务化模式教学融入船舶流体力学的教学过程。我们在船舶流体力学这门本科课程的教学中,尝试以任务化模式教学的形式,将数字化、实验化的教学过程放到船舶流体力学教学课程的全过程中,以船舶流体力学的基本知识应用为向导布置任务化模块课题,学生以小组的形式完成任务化模块,在完成任务化模块的过程中理解应用知识,并培养其知识的应用能力,实现从注重知识传授向更加重视能力和素质培养的方向转变。
一 目前船舶流体力学教学存在的问题
以钦州学院为例,船舶流体力学课程定位为船舶与海洋工程专业的主干课程,是进一步学习船舶原理等课程的基础。长期以来,因概念抽象、学生数学基础较差,使得流体力学课程既难教也难学,要想让学生将学到的知识与相关的实际问题结合起来尤为困难。尽管流体力学具有悠久的历史,丰富的内涵和外延,但是作为专业基础课,船舶流体力学为专业课服务的定位极大地限制了课程的教学时间。在学生素质参差不齐的情况下,使得培养学生扎实的基础和拓宽知识面两方面不能兼顾,顾此失彼。这一问题的存在不但限制了学生学习的积极性,也不利于培养学生在工程中分析问题和解决问题的能力。因此有必要对这一问题进行研究,找到解决问题的方法,改善流体力学教学的效果。
二 以任务化模块为导向的教学模式探索
对流体力学教学途径的探索和改革一直在开展,其中提高学生学习的兴趣是改善教学效果的核心,而任务化模块是有效的手段之一。应用型科技大学的教育以培养企业需要的高素质应用型人才为目标,为适应船舶工业发展对人才的需求,本课程的教学方式基于专题化模块为导向,采用讲授、自学、讨论、数字化工程训练、总结等手段。本质就是结合船舶流体力学课程性质和鲜明特点,通过布置课程任务让学生查找资料进行科学分析、研究和探索、小组讨论、数字化工程操作等,最后让学生理解所学知识。
1.任务化模块的选取
任务化模块主要是基于课本的基本知识,提出课程任务,课程任务的目标是让学生在完成任务的过程中对基本知识可以有更深刻的认识,以及应用这些基本知识,提高学生的应用知识能力。所以在布置教学任务时应注意以下几点:
第一,围绕问题意识选取任务化模块。围绕问题意识,注重培养学生的探索精神。所谓问题意识,本质上就是一种寻根求源的探索精神、是一种革新的批判精神,问题意识是萌发创造思维的前提。古语说“心有灵犀一点通”,这里的“灵犀”其实就是问题,学生头脑中时刻装着问题,才能进人“日有所思,夜有所梦”的地步,才会产生灵感。就像受命鉴别皇冠的阿基米德那样,在沐浴时受到浮力的启发,而发现了浮力定律。
例如,在学习第三章流体的描述和基本方程时,我们可以提出:什么是流线、如何理解好动量方程等问题。这些围绕问题意识提出的小问题就可以组成一个任务化模块。
第二,围绕工程意义选取任务化模块。在应用型科技大学教育中,船舶流体力学这门课程应着力于提高学生工程素质和学生专业基础知识为目标进行课题教学。
譬如,机翼理论是船舶流体力学的重点难点内容,部分概念抽象难懂,公式复杂,机翼理论对于船舶与海洋工程领域的重要性不言而喻,在螺旋桨的学习、高速船的学习等均需要机翼理论作为基础。对类似极具实际工程意义的问题,肯定要布置任务化模块。
2.任务化模块的实施
在船舶流体力学的任务化模块教学改革中应遵循理论教学和技能训练相结合,走理论与工程实践相结合的道路,所以之前的准备工作必须充分,并且依据教学内容设计出适合这门课程的任务方案。大致的任务化模块实施流程如图所示。
任务化模块实施流程图
第一,布置任务书。根据不同的教学内容分别设置不同的任务化模块,根据上一节提出任务化模块的方法,提出与本节知识相关的任务化模块。
第二,学生攻克任务化模块。学生根据任务书的要求,通过网络收集相关资料、实验室的硬件了解学习、数字化实验室软件的自学,结合所学相关知识完成任务化模块并提交报告。
例如,在流体运动的描述和基本方程任务化模块,让学生利用网络搜集与其相关的资料,以及参观实验室的流线实验、动量方程实验,将收集的资料制作成有丰富材料的PPT、报告、视频等,总结说明各种情况下流体运动的特点、在实验中如何体现动量方程等。
再比如,实施机翼理论任务化模块时,学生组成任务攻克小组,利用网络搜集与机翼理论相关的资料,以及学习FLUENT、Shipflow软件,应用计算机辅助设计程序CATIA、AutoCAD软件。曾经有学者提议将数字化软件应用到教学中,但并没有说明具体的措施。这里需要注意的是,学生可以通过学校网站上的微课视频自学FLUENT、SHIPFLOW、CATIA、AutoCAD软件,相关的微课视频由教师提前录制好放在网站上供学生点击观看,反复学习。最后让学生使用FLUENT、SHIPFLOW软件完成机翼的流体计算、利用计算机辅助设计程序CATIA、AutoCAD软件画出机翼三维图。
第三,总结任务化模块完成情况。根据学生完成任务化模块的情况以及提交的报告进行总结。在总结中分析存在问题,对相关问题进行理论的补充学习,加强学生的理解。
第四,考核。通过任务化模块的完成过程对学生的不同能力进行考核,考核阶段就分为了基本素质考核、自学能力考核和应用能力考核。考核学生基本知识掌握情况、收集相关资料的情况,学生自学相关软件的考核,对任务化模块攻关的报告评价。
三 结语
通过任务化模式的教学改革使学生通过理论结合实践的方式理解一门理论性极强的课程,并从培养应用型科技人才的角度出发,采用这样创新的教学方法,使学生能真正地掌握一门专业知识,培养学生的学习兴趣,提高教学质量。同时重视学生个体差异发展的特点,以攻克小组的形式互补长短,培养学生的团队协作能力。这样任务化教学模式应认真对待教学改革活动进程中出现的问题,所布置任务应有针对性,在整个过程中以学生为主导,贯穿于整个教学过程中。更加要注重教学活动的每一个细节,肯定学生每一步所取得的成绩,以其调动学生主动学习的积极性。
参考文献
[1]崔海航、张鸿雁、张志政等.流体力学小专题讨论提升课堂教学效果的研究[J].大学教育,2013(9):106~108
[2]宫伟力、彭岩岩.流体力学教学改革与应用[J].中国科教创新导刊,2014(5):30~31
[3]李冬琴.“船舶原理”课程教学研究与实践[J].中国科教创新导刊,2009(29):195
篇5
关键词:流体力学;多媒体;交互式学习
作者简介:叶学民(1973-),男,河北邢台人,华北电力大学能源动力与机械工程学院,副教授;李春曦(1973-),女,河北唐山人,华北电力大学能源动力与机械工程学院,副教授。(河北?保定?071003)
基金项目:本文系华北电力大学2010年本科教育教学改革教育教学重点项目的研究成果。
中图分类号:G642?????文献标识码:A?????文章编号:1007-0079(2012)22-0052-02
一、“流体力学”教学现状
“流体力学”作为能源动力类专业的一门专业基础课,以研究流体的运动规律为主要内容,并为后续的传热学课程学习提供必要的基础。由于教学内容涉及面较广,既有工程应用性,又包括大量的理论性内容,且运用高等数学知识较多,因此学生普遍感到该课程概念模糊、内容抽象且理论性较强,这在一定程度上影响了教学效果。[1-3]究其原因,一方面,传统的板书教学模式虽然在公式推导、理清思路、强化记忆、深入思考方面具有不可替代的优势,但同时也存在缺乏生动、活泼、形象的一面;另一方面,由于学生尚未具备对多数基本概念的物理直觉、对于呆板文字描述的理解需要丰富的想象力,难以激发其积极性。
多媒体技术作为一种新的教学手段,通过教材内容与动态文本、图像、动画、音频、计算机模拟技术的有机整合,使得原来抽象的概念形象化、枯燥的方程式清晰化、晦涩的物理过程机理生动化,可从多方面激发学生的积极性和创新思维,并且通过与传统教学模式相结合起到了相得益彰的作用。近年来,随着多媒体技术在计算机辅助教育领域的深入应用,多媒体辅助教学模式在高等教育中发挥了愈来愈重要的作用。[4-5]本文通过介绍自行开发的多媒体流体力学辅助教学系统,分析了该辅助教学系统在教学实践中的应用效果,为进一步提高教学效果起到了积极的示范作用。
二、辅助教学系统简介
以Visual C++作为编程语言,结合Windows Media Player多媒体功能,在遵循软件开发一致性、易用性、容错和联机帮助等设计原则基础上,通过对教学内容的系统性和连贯性梳理,并参考国内外多媒体流体力学的基础上,[6]开发了多媒体流体力学辅助教学系统,其界面如图1所示。该系统包括动力学、边界层、运动学、名人堂、虚拟实验室、演示、模拟、模拟器、图片和表格、流动可视化等模块,涵盖了流体力学的绝大部分内容。
动力学包含了流体的经典研究方法、牛顿第二运动定律、纳维尔-斯托克斯方程和各种边界条件等。边界层包含了边界层概念、平板突然启动产生的边界层、层流边界层、边界层分离、不稳定现象和紊流边界层等,其中的教学短片不乏趣味性、生动性。运动学涵盖了由质点到场和由物质导数到各种流动线等内容,生动细致地描述了迹线、流线、脉线和等时线等抽象概念,通过运用丰富的流动显示技术将运动过程展示出来。虚拟实验室将动力学、运动学和边界层等模块中需要深入讨论的部分细化出来,结合Java虚拟技术,让使用者亲自实现对流体流动等方面的模拟演示。演示将一部分录像短片组织起来,作为特殊的演示呈现给使用者。模拟器基于Java虚拟机,将分子动力学模拟器、流体势流构造器和边界层微分方程数值解等独立出来,从使用者亲自实践。图片和表格将一些纷繁芜杂的图片和教学短片有机地综合起来,通过表格或视频播放的形式,将这些信息归纳整理起来。流动可视化通过可视化手段将不可见的流体流动清晰演示出来。名人堂中阐述了十五位具有杰出贡献的科学家的生平和卓越贡献。
三、教学实践效果分析
在“流体力学”的教学实践中,适时地应用了多媒体流体力学辅助教学系统(以下简称辅助教学系统),取得了良好的教学效果,现分析如下。
1.激发学生的求知欲
激发学生的兴趣和求知欲是开展学习并获得良好学习效果的前提。如果学生对于课程内容的学习缺乏基本的兴趣,很难想象他能投入到课程的有效学习之中,更无从谈起知识的综合运用。因此,提高学习兴趣就成了摆在授课教师面前的首要问题和关键所在。流体力学的内容浩如烟海,涉及日常生活和工业应用的方方面面,辅助教学系统的各模块中提供了大量的鲜活实例,从而可有效地激发学生的求知欲。
在讲解绪论和各章节时,可通过观看录像、图片集、名家事迹等提高学习兴趣和动力。如因人体与外界环境存在温差产生的自然紊流对流及鼻孔处的强迫紊流(图2a),又如自然界中水蜘蛛在水面上运动形成的毛细波(图2b),再如通过数值模拟获得的肺部气管和支气管在呼吸过程中气体的速度分布(图2c)。这样的生动活泼的实例让学生感到大量有趣的流体力学现象就在身边,但对其内部物理机理的理解又需学习流体力学知识,从而可激发学习动力。另外,辅助教学系统中的名人堂模块,不仅可使学生了解诸如达芬奇(图2d)、牛顿、冯卡门等15名著名流体力学家的生平,也使其对流体力学和其他学科的卓越贡献有了较为全面的认识,从而激发学生探索自然科学的积极性和主动性。
2.建立物理直觉
篇6
【关键词】专业认证流体力学教学改革考核方式
1.教学现状及分析
流体力学是一门专业基础课,其主要的先修课程有高等数学、大学物理、理论力学、材料力学等。由于流体力学对知识储备要求高,研究对象又是不具固定形状的流体,其理论教学比较抽象,因此教学现状有以下几个特点。课堂教学尽管采用多媒体方式,但流体力学的理论性太强,使得现有的多媒体教学课件形式单一,内容不够丰富,导致教学仍以口授与板书为主,课堂互动性明显不足,学生学习缺乏主动性、积极性;缺乏实践性教学环节;缺少有效的师生沟通平台。由于师生交流少,容易造成“教”、“学”分离,给课程的教学效果大打折扣。
2.考核现状及分析
现阶段流体力学的考核方式,大部分仍然采取30%的平时成绩和70%期末考试成绩。本课程包含大量的经验公式及公式推导过程,对比近两年的学生成绩,目前该课程的考核方式并不理想。
3.改革措施
3.1教学改革措施
流体力学课程需要掌握的概念多、公式多,学生学习积极性不高,需要教师对课程不断开展改革探索。为解决目前流体力学课堂教学中存在的问题,针对教学环节提出以下几个改革方案。
3.1.1完善教学大纲
根据工程教育认证标准,应进一步修订和完善教学大纲和教学计划,优化学时分配。在保证《流体力学》基本概念、基本原理以及基本理论授课时间的基础上对课程设计进行改革。比如,适当增加数学知识基础;导入课程最好用动画或者试验吸引学生的注意力,提高学生学习的兴趣;适当增加学生课后的作业,以讨论性的分析和推导公式为主。
3.1.2增设案例及课堂讨论环节
增加相关内容的案例,设置科学问题,然后分组讨论,引导学生分析问题。以流体静力学的基本公式为例,通过电视节目中模拟的桶裂实验为引导,提出问题,留有悬念。然后通过公式推导理论验证,最后给同学们讨论的时间。另外,有条件的还可以专门设置一堂实验课,课上分组展示并讲解学生在课下自行设计的桶裂实验。
3.2考核评价改革措施
增加平时考核的占比是课程改革的趋势。根据专业认证的要求,增加平时的教学工作量,为学生准备与重点知识相关的小课题,增加课堂讨论环节是一个新思路。根据课堂表现进行部分考核,提高学生平时考核成绩。从而去除纯记忆类题目,只考核综合理解类和综合应用类试题,适当增加期末考核难度,以督促学生平时注意积累。
3.3自编应用型教材
教材是学习的依据,作为机械类流体力学教材要体现理论与实际相结合,突出应用性。对于有经验的教师,可以在总结多年知识积累和教学、科研成果的基础上,结合相关流体力学书籍,撰写属于自己的机械类教材《流体力学》。自编教材对学生而言更实用,体现在以下几点。一是自编教材主要以教学大纲为依据,整体上与课堂教学具备较高的统一性。内容编排按课堂教学节次循序渐进,学生自学时,逻辑和思路清晰,课上课下的自然衔接,更具有启发性;二是可以根据课上学生的反应精简方程式数学推导内容和过程,尽量将抽象概念形象化、简单化和透彻化,使之通俗易懂。或者在课堂上减少推导过程,而在书中将推导过程编写的更加详细,甚至添加多种推导方法,便于自学;三是理论联系实际,集教学与科研成果于一体,使得课堂内容具有较高的客观性、有效性和科学性,如此更有利于解决实际问题,指导工程实践和生产活动;四是丰富例题和习题,除计算题外还设有简答题、选择题等多种题型,并给出参考答案。
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关键词:地方高校;流体力学;理论;实践
0引言
以航空为特色的滨州学院的航空专业学生,流体力学是后期学习气体动力学、航空发动机构造、航空发动机原理等等课程的基础课程,航空发动机分为活塞式和喷气式,目前大型飞机多采用喷气式发动机产生飞机向前运动的推力,其原理是从外部大气中吸入大量的气体经压气机压缩后部分气体流入燃烧室和燃油充分混合燃烧后形成高温高压的热气流入涡轮,最后所有吸进发动机的气体由尾喷管喷出,吸入前和排除的气体发生了变化变为高压高温高速气体,根据力的反作用,由尾喷口喷出的气体可在发动机上产生强劲的推力,先进的喷气式发动机在设计阶段会根据相应的流体力学原理设计不同管径的流道,设计压气机和涡轮的叶片,因此理顺流体力学的知识点及学习思路至关重要。流体力学的研究方法可分为理论方法、实验方法、数值方法[1-2]。因此在教学时,可将3种研究方法贯穿流体力学的教学过程中。课程学习目标有如下4项:①了解流体力学与其他力学的本质的区别;②掌握最基本的流体力学理论知识点,如静力学、动力学、运动学等;③具有应用流体力学的知识,分析、处理基本流体力学问题的能力;④利用数值方法和实验方法,培养学生分析数据、整理数据、撰写实验报告的能力。
1理论方法
理论知识的学习是学生学习时的基础环节,而流体力学理论知识的学习过程中,多注重公式的推导。本文以流体力学的三大方程之一的连续性方程为例,讲解该公式学习的具体的过程,连续性方程式是质量守恒在流体力学中的表达式。首先学习连续性微分方程。需要建立流体的模型,在空间坐标系下选取一个微小的直角六面体A,并假设六面体内流体的密度ρ有梯度,六面体内流体的流动沿着x、y、z轴向,速度为ux、uy、uz,如图1所示。dt时刻内微小的直角六面体A的质量流量该变量驻M可分解为在x、y、z方向上质量流量的改变量驻Mx、驻My、驻Mz。以x方向为例,dt时间内,流进六面体A的流体质量流量Mx为ρuxdxdydt,流出六面体A的流体质量流量Mx′为。因此,dt时刻内在x方向上的流出的质量流量驻Mx可表示为:根据上述推导,可知dt时刻内在y、z方向上流出的质量流量驻My、驻Mz的大小表示为:因此,dt时刻内流出微小的直角六面体A的质量流量驻M:结合质量守恒定律,可推出dt时刻内直角六面体A的质量流量的变化量的变化关系。质量流量与密度、体积、速度的变量有关,又因为体积及速度没有变化,因此只和密度有关。控制体内密度的减小而减少的质量流量:然后学习恒定总流的连续性微分方程对总流的积分。从恒定总流A任意截取出来的细微的一段管道称为控制体[3-4]。其控制面如图2所示。过流断面截面积为A1、A2,平均流速为u1、u2。在单位时间内,经控制面流进流出控制体积内的液体质量流量应相等。因此可得:u1A1=u2A2即可知截面处的速度与面积成反比关系,截面积越大速度越小,反之亦然。
2实验操作
理论知识的学习,离不开强力的逻辑思维能力,但是地方高校学生普遍缺乏此能力。而结合现有的设备,适当的跟进实验,便于学生理解理论知识,及时互动。因此设计了基于截面积改变,流体流速变化情况的基础实验。本实验室采用了气体动力学试验台模拟风速,斜压计测量截面处的动压强,斜压计顾名思义就是液压管倾斜放置的测压仪器,与桌面存在夹角,因压强变化量相对较小,倾斜放置可比竖直放置的管路读取的压强数值更为精确。如图3所示。根据斜压计的读值,由下列公式计算流速。试验前先做好准备工作,如连接好皮托管与斜压计的橡胶管,皮托管可感受来流总压和静压,从而得到动压差,皮托管如图4所示。把斜压计根据基座上的校正气泡调成水平放置,在斜压计内适当的放入部分无水乙醇,纯度为99.7%,它的密度为0.790*103kg/m3。液面和斜压计0点重合。静止时斜压计读数为0mm。实验过程中,可通过调整出风口截面积的大小,观测斜压计内读值(流速)与试验段截面积的关系,截面形状示意图如图5所示,实验数据如表1所示。结合试验结果,分析可知,在模拟风速不变的情况下,流速与截面积的大小成反比,截面积越大流速越小。而在日常生活中,我们能看到很多的现象和此原理有关,如河道突然变窄的区域水流速度很大,山谷里的风比平地上的风大。
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关键词: 流体力学;实践教学;教学改革
中图分类号:O35
流体力学是材料成型、机械、航空航天、土木、化工等多个学科的专业基础课程,主要研究生产、生活中遇到的流体平衡和运动规律的问题。流体力学具有理论性强、公式推导和基本概念多、对学生的数学物理知识要求高、应用广泛等特点。熟练掌握流体力学这门专业基础课程,对解决工程实际问题有着重要的意义。
结合实际的教学经验,目前的流体力学课程教学中存在如下问题。首先,大量的基本概念、定理、公式和理论模型需要学生掌握,抽象复杂,教师满堂灌输,学生被动接受,导致“教师难教,学生难学”的现象。其次,流体力学虽理论性较强,但与工程实际息息相关,课堂习题和课后练习往往与工程实际脱节,学生缺乏理论联系实际,不能很好地将所学知识应用于实际工程问题。再次,流体力学课程实验多为演示实验,学生不能主动设计实验并加以验证,不利于培养学生思考问题、分析问题、解决问题的能力。
针对流体力学课程特点和存在的问题,本文从教学内容、教学方法、教学考核等方面,对流体力学教学改革进行探讨。
一、 优化理论和实验教学内容
流体力学理论应该以掌握概念为基础,以分析计算为手段,以加强应用为目的来展开。教学过程中,应对教学章节划分轻重主次,进行合理取舍,课堂中引入工程实际问题,进行习题练习和思考分析,提高思考和解决问题的能力,培养出应用型人才。在内容选择上,根据专业人才培养方案的思路和流体力学自身规律,优化选取教学内容,注重点面结合。在完整全面介绍基础知识的前提下,实时穿插介绍流体力学最新科研成果、科学研究热点和具体的工程应用实例。在理论教学内容安排方面,应该遵循由简到繁,由易到难的原则,明确课程主线的基础之上,突出重点的基本概念、掌握基本方法和技巧、培养学生的思维方式。
在流体力学实验教学环节,学生可以加深对基本概念的理解和对重要公式的应用。实验教学内容分为三类:必开实验模块、选开实验模块和自主设计实验模块。在必开实验中,应该围绕流体力学最重要的理论内容,进行理解和掌握,去粗取精,探究核心内容。在选开实验中,应该结合流体力学科研热点和科研动向,整合实验教学资源,理论联系实际,进行工程应用的培养。自主设计实验模块从无到有,应该增大次模块比例,适当增加学生人数,培养学生自主创新和研发的能力,学生的实验作品,可进行展览或参赛,激发学生的创新热情,提高综合素质。
二、 改进教学方法和手段
流体力学课程内容复杂枯燥且抽象,对于高等数学的要求较多,大部分学生学习困难较大。为了培养学生学习兴趣,激发创造力,我们应该对教学方法进行探索和改进。
为了丰富课堂内容,教师应该巧妙地设计身边有趣的问题,将问题抛进课堂,启发学生的思维。例如,介绍伯努利方程之前,可以搜集吹纸片和吹风机吹乒乓球等有趣的伯努利现象,向学生提出问题,引入相对枯燥的课程内容,从而提高学生的学习兴趣。在课堂教学过程中,适当介绍最新的研究成果和研究热点,可以调节课堂气氛,极大地丰富了学生的知识面,提高学习积极性。例如讲解动量方程时,可以介绍军舰的不同推进方式,增加学生对流体力学用于军事装备的了解,增强了学习动力。教师讲解课堂内容时,不能仅限于内容本身,应该引入研究背景、科学家的研究思想和发展进程。通过此类介绍,使学生学会在实际工作中发现问题、提出问题、分析问题和自主解决问题,通过理论联系实际,从而达到培养综合能力的目的。最重要的是,教师讲解应该形成清晰的立体空间,讲解知识点的过程中,注意点线面相结合,形成清晰的脉络,有利于学生对课程的掌握。
三、 完善课程考核方式
考核的目的在于考察学生掌握程度,检验教学成果,从而促进教学方法的改M和课程的优化改革。因此,流体力学的课程考核应该在一定程度上反映学生的主观能动性,这样有助于营造良好的课堂氛围,促进教师与学生之间的互动和交流。相比于期末考试成绩占百分之百比重的传统考核方式,目前综合考核的方式更加人性化、合理,操作起来也更加复杂。
目前,我院主要采用平时成绩和期末成绩综合考核的方式进行课程评价。平时成绩包括课堂考勤、作业和实验报告,每一个部分占一定的成绩比例。平时成绩是学生对该课程的学习状况、掌握情况的重要反映,也是教师及时了解教学整体情况的重要途径,平时成绩应该是考核中最重要的内容。在平时成绩考核过程中,教师应该对作业和实验内容进行精心设计和优化,不能盲目采用题海战术,应分轻重主次,让学生对各章节的学习有的放矢,有利于调动学生学习积极性,进行综合素质的培养。期末考试可以采用开卷、半开卷的新形式,着重考核学生利用知识分析问题的能力和创新能力。
结束语:
流体力学对后续专业课程的学习和解决实际工程问题是非常重要的,教师应该在教学过程中不断发现问题、分析问题和解决问题,不断改善教学方法,最终提高教学质量,培养学生的综合能力。
参考文献
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[2]欧阳莉.“流体动力学”教学内容及考核方法研究[J].大学教育,2015:117-118。
[3]杨扬,张勤星,王利霞,李倩.工科流体力学教学方法与改革[J].大学教育,2015:129-130。
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关键词: 《工程流体力学》 能源与动力工程专业 教学改革
一、引言
《工程流体力学》是研究流体的机械运动规律及其实际应用的科学[1],是能源与动力工程、车辆工程、机械工程、石油工程、化学工程专业等诸多工科专业的一门重要的专业基础课,在各个工程领域都有广泛的应用。其特点是,工程流体力学内容抽象,概念性强,涉及大学物理、材料力学、高等数学等,综合性极强,且教学里包括众多数学公式和偏微分方程的相关推导计算,需要学生有较强的综合能力。而我校是一所二本工科院校,学生在高等数学、大学物理、材料力学等方面的基础良莠不齐,因此存在老师难教、学生觉得枯燥难学的现象[2],导致《工程流体力学》被公认为是本科中最难学的课程之一。为提高学生学习兴趣和教学质量,有必要对该门课程进行必要的教学改革[3]。
二、教学改革
(一)教学方法改革
针对学生在高等数学、大学物理、材料力学等方面的基础存在良莠不齐的情况,为了更好地增强学生学习《工程流体力学》的学习效果和教学效果,需要在教学实践过程中对教学方法进行相应的改革。首先,为了避免学生觉得枯燥无趣,在教学过程中注意理论联系实际。比如,在《工程流体力学》的第一堂课上,我通过提出如“汽车在行驶过程中所受到的阻力主要来自前部还是尾部”,以及“高尔夫球表面和飞机表面为什么一个是粗糙一个光滑呢”等众多涉及流体力学知识的实际问题,一下子就把学生的兴趣提起来,整整一堂课学生学习兴趣高涨,没有恹恹欲睡的情况存在。在后续的课程中,由于主要围绕连续性方程,伯努利及动量方程等展开,因此在讲授的课程中,为了避免数学基础不够扎实的学生在上课中觉得无趣,我主要是通过讲例题的研究思路、方法,尽量避免变成单纯的数学推导过程,主要告诉学生如何分析,重点介绍公式的成立条件及如何使用。然后通过具体的例题讲解如何使用该公式来解决问题。比如对雷诺公式的理解应用,通过在课堂上播放雷诺试验的视频,并在课后安排学生到实验室进行雷诺实验,以加深对该公式所涉及相关因素的理解。在课程的后面章节,根据学生的认知发展水平重点讲解工程流体理论在实际中的具体应用实例,并选择适当的课题让学生积极参与,并总结出规律,建立适当的数学模型,这样既使学生保持了浓厚的学习兴趣,又很好地做到理论与实际的结合,大大提高学生解决实际问题的能力。
(二)教学内容改革
《工程流体力学》内容涉及面广,如何根据专业培养目标和课程体系的要求,制定合理的教学大纲,教学内容及教学计划显得尤为重要。首先,针对目前《工程流体力学》教材存在理论性强,数学公式推导众多的特点,在教学过程中有意识地弱化公式的数学推导过程,重点突出公式的适用条件和在实际问题中如何应用,尤其是如何利用这些公式来解决实际问题。比如实际流体恒定总流的伯努利方程,通过弱化过程的复杂推导,重点讲解其应用条件,让学生很快就明白该方程的意义,并掌握如何在实际过程中进行应用。
同时通过案例讲学,与学生所在能源与动力专业系紧密结合。比如在讲到流体运动的连续性方程及伯努利方程时,可以讲讲其在内燃机等设计中所起的作用,通过掌握空气和燃油的流动规律,才能设计好空气和燃料的流量比例、流动速度、温度控制等众多流体力学方面的知识。同时选取适当的跟能源与动力系紧密相关的习题,以帮助学生进一步巩固和消化课堂所学。因为现有教材习题偏水利和建筑的居多,所以需要老师在平时多收集和编撰相关的习题,以更好地促进学生掌握相关知识。
(三)考核方式的改革
由于《工程流体力学》所涉及学科多,综合性强,内容难,以前通常采用期末闭卷的方式加平常课后作业进行考核,存在学生平常作业抄袭、习惯老师划重点、考前死记硬背的问题,且考试内容基本都是学生平常见过、练习过的题型,不能很好地体现出该门课程的知识体系和价值,也无法让学生发挥他们的主观能动性。因此,针对以前的考核形式存在的问题,有必要对其进行改革,以更好更全面地反映学生掌握知识和相应能力的情况。
首先,增加课堂与平时考勤环节。现在的学生基本人手一部手机,尽管上课纪律三令五申,仍然存在部分学生上课偷偷玩手机的情况,再加上有些学生平常对自己要求不严,存在上课迟到、旷课、打瞌睡的情况。因此增加课堂考核环节,对上课不遵守课堂纪律、缺勤等,累积到一定次数后会有相应的惩罚措施。在课堂上表现积极,能主动回答老师问题等会有一定鼓励措施,适当地加分以激发学生更浓的学习兴趣,加强学生在课堂上和老师的互动,营造出更好的学习氛围。
其次,增加考试内容,丰富考试题型。从以往考试题型看,主要有填空题、选择题、判断题和计算题四大类型。因为考试内容比较依赖教材,所以不能很好地反映学生对相关知识的理解掌握。鉴于此,增加一些比较贴近相关专业和实际生活的问答题,比如“汽油在油箱里的存贮涉及流体力学里面的什么知识”、“汽车上的中央空调上平行的风扇叶片起什么作用”等,体现了考试内容的灵活性,又考察了相应的考点,能体现出学生对相关知识的具体分析和应用。
最后,完善最终成绩的评定方法。以前的成绩评定主要是期末考试成绩占60%,平时作业占40%,且存在许多同学课后作业照抄的情况。由于平时作业成绩占比过高,增强了不努力同学的侥幸心理,间接也会挫伤努力学习的学生的积极性。为了更好地反映学生的学习态度和对该门课程相关知识的掌握应用情况,综合评定学生的学习能力和实践能力,最终成绩的评定将计入课堂环节、实验环节等,将成绩比例改为:期末考试成绩70%,课堂环节包括考勤10%,平时作业10%,实验成绩10%,促使学生重视课堂纪律,增加课堂互动环节,减少平时作业的比例,增加动手实验的成绩,更能全方位、多元化地评定学生。
三、结语
本文对能源与动力工程专业所学《工程流体力学》的教学方法、教学内容及考核方式等进行了教学探讨与改革。通过在实践中的应用,取得了很好的教学效果,有利于学生学习能力提高和教学效果的增强。
参考文献:
[1]禹华谦.工程流体力学[M].高等教育出版社,2011.
篇10
关键词:教学质量;保障体系;工程流体力学
中图分类号:G642.3 文献标志码:B 文章编号:1674-9324(2012)12-0035-03
工程流体力学是热能与动力工程专业的重要专业基础课,也是矿业工程、安全工程、矿物加工、环境工程等许多专业的重要专业基础课。具有基础知识涉及面广、基本概念多、内容抽象等特点,是一门理论性和实践性均较强的课程,不但理论抽象,而且直接面向工程实践。在工程流体力学的教学过程中,学生普遍认为“这门课难学”。其客观原因主要体现在三方面:一方面是工程流体力学涉及的知识比较多,如材料力学、大学物理、高等数学等;另一方面是工程流体力学课内容比较抽象,学生理解起来相当困难;最后还由于工程流体力学工程背景强,学生普遍缺乏实践知识。为提高工程流体力学课程的教学质量,我们从构建教学质量保障体系入手。根据全面质量管理的理论和课程教学质量保障体系的功能及影响因素的分析,高校课程教学质量保障体系应由五个系统构成[1]。教学质量保障系统,就是把对教学产生重要影响的教学管理活动有机地联结起来,形成一个能够保障和提高教学质量的系统化、结构化、持续化的整体,其实质是不断探索如何以更合理的方式管理学校的人才培养活动,以有效地满足社会对高等教育不断增长的各种要求[2]。
根据课程建设情况,制定了图1的课程教学质量保障体系。
一、课程教学质量控制系统
工程流体力学课程教学质量保障体系的核心是其教学质量控制系统,主要包括教师队伍建设、教材建设、教学大纲修订、理论教学、实验教学和考试方式改进等。
青年教师的培养是师资队伍建设的重点。青年教师学历层次高、基础扎实;其不足是讲课内容与生产实际及后续课程结合较少,讲课时还不能收放自如。为此,安排青年教师边上课、边助课。实践证明,助课是一种培养年轻教师上好课的必要环节。教材是教学内容的主要载体,我们根据专业特点编写了一套符合专业培养目标、具有特色的高质量教材和辅助教材。针对能源与动力类专业本科教学要求,并兼顾其他相关专业的教学需要,2002年出版了《工程流体力学》第一版。该教材在江苏省教育厅的资助下,进行整体优化、精简、补充,突出工程背景和工程应用,作为江苏省高校立项精品教材,于2010年出版了第二版。为使学生更好掌握工程流体力学的内容,2007年,出版了配套学习辅导教材《流体力学学习辅导与习题解答》。该教材作为工程流体力学课程的配套学习辅导教材,受到学生的欢迎,取得了良好效果。同时,为满足《工程流体力学》双语课程教学需要,在参考国外原版教材的基础上,结合我校的实际情况,于2010年出版了英文版《工程流体力学》教材,完善了我校《工程流体力学》教材体系。为提高教材质量,特邀美国肯塔基大学Jimmy Smart教授参与了教材的编写工作,并对整本教材进行审阅、修改。在理论教学过程中,充分利用教师因素和学生因素[3]。教师是教学过程的组织者,在教学过程中发挥主导作用。通过实例让学生理论联系实际;通过实例来吸引学生的学习兴趣,加深印象。实验教学是理论联系实际的主要环节,开放的实验模式在对学生的基本实验技能掌握,知识的综合应用,创新意识、创新精神和开拓能力的培养方面起着重要的作用[4]。我们的实验教学以能力培养为重点,包括动手能力、观察能力和分析问题能力。从1999年起,我校将实测实验、演示实验和计算机模拟实验融为一体,极大地改善了实验手段。工程流体力学课程配套了16学时的综合实验课,学生可根据个人情况,选择合适的时间进行实验。为学生创造了一流的、开放的实验室课外学习基地,有利于培养学生的创新意识和动手能力。热能与动力工程专业本科生多次在全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛中获奖,与工程流体力学综合性、设计性实验的锻炼是分不开的。考试成绩是衡量教与学效果的一个主要指标,确保考试的严肃性和公平性,并使考试成绩能够如实反映教与学的效果。从学校的情况来看,还是以笔试为主,主要是考核学生对基础理论的掌握情况,是检验教学质量的主要手段,也是验证教学效果的主要途径[5]。考试的目的是为了了解学生对本课程知识体系的掌握情况,不能单靠死记硬背来检验学生对知识的掌握程度,考试内容要注重学生对基本理论的理解和运用上。使学生把学习的重点放在对基本理论和基本概念的应用和理解上,避免死记硬背式的学习方法。而计算题则突出对解题步骤的要求,按步骤给分,没有步骤就不给分。目前,我们正在积极开展工程流体力学习题库和试题库建设。在同时开课班级较多的情况下,采取统考的形式,使考、教分离,使考试能够更好地检查教与学的质量和效果。
二、课程教学质量信息收集与处理系统
课程教学质量信息收集与处理系统包括领导听课、教学检查、督导检查、学生信息员、学生评测等,目的是从不同侧面收集课程教学的相关情况,对课程教学质量进行监控。
领导听课主要是学院和系领导,通过听课了解工程流体力学课程的教学情况,解决教学问题。教学检查包括开学初、期中、期末教学检查,掌握教学信息,稳定教学秩序。教学督导员的工作以听课为主,督导员可随时对课堂教学、实验教学等进行听课检查、指导。为提高教学质量、加强教学管理、促进教学相长,我校2009组建了校、院两级学生教学信息员小组。学生教学信息员覆盖了全校所有的专业和班级,能全面地反映同学们在学习工程流体力学课程过程中发现的问题及建议,及时反映教学管理、教师教学中存在的问题。为更好地搞好工程流体力学课程建设,我们通过大范围调查问卷和小范围收集学生个人对工程流体力学课程的意见等方式,及时掌握学生对工程流体力学课程的意见和建议。调查问卷内容包括课程课时设置是否合适,教师教学方式安排,学生是否主动发言,学生对授课老师的要求,课程所使用的教材,课程作业量是否合适等。我们建立的这个教学质量信息收集系统,目的是多渠道、科学地收集有关工程流体力学课程教学质量的信息。本系统还有一个功能就是对这些信息进行科学的、合理的、公正的处理。信息收集和处理是为了诊断和评价,为了推进教学质量的逐步提高,为了帮助教师改进教学,促进学生、教师、管理人员三者之间围绕学校的办学目的、课程教学目标建立更为密切的关系,协调工作。
三、课程教学质量信息反馈系统
课程教学质量信息反馈系统包括教务处反馈、督导组反馈、教学秘书反馈、任课教师反馈和学生信息员反馈。我校常年承担工程流体力学课程教学的主讲教师6人,经常承担工程流体力学课程教学任务的教师6人。根据教务系统要求,每次课程结束后,每个学生均必须对本课程教学过程以及任课教师作出评价,并由教务处反馈给学院和教师。我校本科教学督导组分为学校和学院两级。督导组分别为学校、学院的教学改革工作提供咨询。通过听课、座谈、访问、征询、专题评估等各种方式对教学过程进行监督,并及时提供信息和反馈意见。在制定本科人才培养方案,教材建设,课程体系、教学内容改革,教学实践改革,教学管理以及教师教书育人,学风建设等方面提出意见和建议。教学秘书的工作涉及本院的全部教学工作,是连接各方面教学活动的桥梁和纽带,具有承上启下、协调左右、沟通信息和改善关系的作用。由于教学秘书非常熟悉教学管理、教学环节,又同时接触教师和学生。因此,通过教学秘书反馈的对于课程的意见和建议,对提高工程流体力学课程教学质量具有非常重要的作用。工程流体力学任课教师根据其教学过程的切身体会,对教与学两方面情况均比较熟悉。任课教师的反馈对于课程教学质量的提高具有直接的促进作用。教师还可通过教学例会及时反馈教学中的信息,解决教学中存在的问题。学生教学信息员小组是完善通畅的教学信息网络和健全教学检查、反馈、监督机制的重要手段,是学生和学校教学管理部门之间有效的信息沟通渠道。学院通过信息员反馈、学生测评、毕业生信息反馈等及时了解并解决教学问题。课程教学质量信息反馈系统通过以上多种渠道收集反馈意见,经过诊断和评价后,将结果反馈给教师,目的是帮助他们改进教学方法、提高教学质量。在我们的工程流体力学精品课程网站上,还有师生互动平台,学生可以将他们的意见和建议直接反馈给教师,教师也可以将其建议直接返回给学生。
工程流体力学是一门理论性和实践性均较强的课程,为切实提高其教学质量,构建了教学质量保障体系。该教学质量保障体系以课程教学质量控制系统为核心,通过教学过程信息收集、处理,并将意见和建议进行反馈,达到改进教学方法、提高教学质量的目的。
参考文献:
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