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[关键词] 专业基础课;创新型人才;教学方法;实验教学;考试改革
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1005-4634(2011)06-0074-03
根据“厚基础、重实践、强能力”的人才培养战略,华北电力大学制订了热能动力工程专业2008版本科专业人才培养方案,确定了“培养基础扎实、知识面宽、能力强、素质高,具有一定创新能力、较强实践能力和良好发展潜力的高级专门人才”的培养目标。教学计划中突出了创新型人才的培养,要求明确各课程及其教学环节在人才培养中的地位,进一步发挥其培养创新型人才的作用。
专业基础课程作为提高人才培养质量和培养创新型人才的基础环节,起着举足轻重的地位[1]。其教学目的是要求学生掌握课程的基本理论、基本方法和基本实验技能,培养学生分析和解决实际问题的能力,通过知识的不断积累和融合,为后续课程的学习打下扎实的基础。教学过程涉及教学目的、教学内容、教学方法、实验教学和考试方法等多个环节。目前,各教学环节均存在可深层次挖掘的潜力,尚未充分发挥在人才培养、尤其是创新型人才培养中的作用。这表现在教学方法上仍为“师授生录”的传统模式、学生主体作用不突出;教学内容上为重理论、轻实践的“一手硬、一手软”现象;实验内容多为验证性实验,深层次和边缘性的实验现象未被重视和挖掘;考试方法多为理论内容,忽视实验教学内容等诸多方面。教学实践中,如能对上述各环节进行深入研究和探讨,充分挖掘其深层次内涵,并在实践中加以实施,必能有效提高人才培养质量。
本文以华北电力大学热能动力工程专业的专业基础课工程热力学、流体力学和传热学为研究对象,旨在通过深入研究各教学环节在人才培养,尤其是创新型人才培养中的地位和作用,达到全面提高教学效果的目的,将培养目标真正落到实处。
1 明确教学目的
教学目的是培养创新型人才的指南和方向。热能动力工程专业设置有电厂热能动力工程、电厂集控运行、制冷与空调工程等三个专业方向。三个方向虽有不同,但其专业基础课均为工程热力学、流体力学和传热学,是学习各后续专业课的前提和基础。这三门课程既相互独立,又相互衔接,如流体力学的学习需要工程热力学的知识,传热学的学习又以工程热力学和流体力学的内容为基础,因此开课顺序依次为工程热力学、流体力学和传热学。
三门专业基础课程教学目的又各具特色。工程热力学的教学目的是通过学习工程热力学的基本理论和基本知识,重点掌握热力学基本概念,热力学第一、第二定律,水和水蒸气性质,动力装置循环和制冷循环等。流体力学要求学生掌握流体力学基本概念和基本理论,重点掌握流体的平衡和运动规律、势流理论、边界层理论、相似原理和气体动力学基础等。传热学的目的是使学生掌握有关热量传递的基本理论知识(热传导、对流换热、辐射换热和换热器),具备分析和计算传热学问题的能力。同时,各专业基础课均要求掌握一定的实验技术和实验操作技能。
热能动力工程专业中的诸多实际现象或科学问题,可能需要其中一门或多门课程的知识,或者可以从不同方向进行分析,进而达到全面认识的目的。因此,上述三门课程的学习不可偏废,而且只有明确了各专业基础的教学目的和要求,才能达到人才培养的基本要求。
2 优化教学内容
教学内容是培养创新型人才的核心。教师应根据课程教学大纲的要求,明确教学内容中的基本要求和核心要求。在此基础上,适当拓宽、拓展教学内容,同时密切关注、跟踪本专业不断涌现的新的发展方向,不断将与课程相关的新问题、新现象和新理论补充进来,通过丰富和优化教学内容,从而激发学生的学习兴趣和动力。
如工程热力学中,对于复杂动力装置的分析以往多从热I律(焓)角度进行研究,而目前文献多从热II律(焓和熵)角度出发,以找到节能降耗的薄弱环节和实现能量的梯级利用;又如流体力学和传热学近年来涌现了大量新问题,如微纳尺度内流体的流动与传热,活性剂溶液铺展过程的指进现象,负压状态下液滴的雾化过程等,以及新技术的应用,如高速摄像技术、PIV测速技术等等。在这些方面,教师可结合相关领域的研究和应用现状,或自身的科研进展和兴趣,将新的科学现象、科研成果融入本科教学,在拓宽知识面和提高学生科研兴趣时,逐渐培养和发现创新型人才,并使部分有想法的同学提前进入预研状态。
3 改进教学方法
教学方法是培养创新人才的关键环节,教学方法不同其教学效果也会有所不同。对于专业基础课,教学内容多为经典的理论内容或方程推导,并由此展开实际应用的讨论,目前这类课程多采用以教师为主的讲授式方法。授课中,以教师为主体,学生基本处于被动位置,学生在课堂上很少主动提问或敢于就不同见解与教师商榷[2,3]。实践表明,这种传统的教学模式不仅不能发挥学生的主动性,也不利于创新型人才的培养。因此,转变教学观念、改进教学方法,逐步形成研究型教学的现代教育理念就成为培养创新型人才的迫切需要。当然,不同的教学内容应选择恰当的教学模式,切不可盲目“一刀切”。对于基础性和原理性的内容,仍以教师讲授为主;在此前提下,针对课程有关内容(如持不同观点),通过合理运用启发式教学、讨论式教学、准研讨式教学[4]等形式,鼓励学生广开思路,敢于“于不疑处有疑”,在积极主动的教学活动中促进学生创新意识的培养。
发挥学生主体作用是培养创新人才的催化剂。为此,教师应逐步树立教师主导、学生主体的教学理念[5]。教学中,积极创造良好的课堂氛围,充分调动学生的主观能动性,激发其学习动机和兴趣,使其逐步成为教学活动的主角,从而将知识转化为能力、将兴趣转化为动力、将质疑和问题转化为研究课题。例如流体力学中,机翼理论中关于机翼升力的形成过程,又如关于边界层分离现象中的分离位置,这些内容在不同教材有着不同的观点,同学可自行查阅书籍和文献,进而展开讨论;传热学中,如何正确理解外掠圆管换热局部换热系数在不同雷诺数下的回升现象与边界层发展和分离的关系,以及各种新型高效换热器的型式和机理,而且同学均充分发挥想象力,从理论上提出新型换热器。另外,有些拓展性内容也可让学生讲解,如流体力学讲到超声速流动及其现象时,对于音障现象及其对飞机的影响,可由1名同学来讲,既拓展了知识面,又激发了学习兴趣。
教学之外,针对学生对知识的求知欲、对新问题和未知现象的探索精神,充分发挥其主观能动性和独立思考的能力,鼓励学生敢于想象,大胆提出自己的设想和观点,逐步达到学以致用、能力和水平逐步提高的目的。目前,部分学生在专业教师指导下,利用动力系实验基地,积极参与全国和学校大学生创新计划、数学建模比赛、大学生挑战杯和大学生节能大赛等科技活动,以及教师的一些纵、横向科研项目中。通过主持或参与具体的科研项目,不断发现和解决新问题,逐步提高了自身的创新能力,同时也锻炼了组织能力,培养了团队精神,综合能力得到明显提升。通过上述实践活动,目前已涌现出一些具有一定创新意识和创新能力的学生,或发表了学术论文,或授权了实用新型专利。而且也作为保送研究生的优选条件之一,也进一步促进了学生的参与热情和科研积极性。
4 挖掘实验教学内容
实验教学是培养创新人才的有力手段。实验教学不仅是对理论内容的实际验证,更重要的是培养学生实验技能和分析能力的重要措施[6],也是发挥学生主体作用的最有效的实践环节之一。专业基础课实验分为验证性和综合性实验,验证性实验侧重对基本原理的验证和再现,综合性实验则侧重于较复杂现象的分析,二者侧重点各有不同。实验中,若能充分发挥学生的主体作用和探究精神,通过深挖实验教学内容的内涵,鼓励对有关边缘性现象的观察和深层次问题的探索,势必能在很大程度上提高培养学生的创新意识和能力。因此,实验中,强调学生亲自动手操作实验、主动分析实验现象、独立思考问题和解释问题。
验证性实验也能在很大程度上提高学习效果。如流动演示实验中,在突然扩大的流动通道内,可清晰地观察到突扩前的截面上其流线为接近于平行直线,这也是为何在理论分析中可以把该截面近似作为缓变流截面的原因所在,若不通过实验现象,仅靠想象既不直观又缺乏说服力,而且可通过改变流速,进一步验证这一假设是否始终成立。又如流体力学中的伯努利方程实验,该实验再现了各测点处的总水头和静水头在不同流量下沿流动方向的变化规律,若脱离实验过程,也可以从能量守恒和能量转换的角度得出上述规律,这当然需要扎实的理论基础和分析能力,但理论和实验教学的有机结合,可起到事半功倍的效果。
综合实验更能全面考察学生的学习效果和运用知识的能力。如换热器综合实验中,为何对于相同的换热器结构,逆流情形下的传热系数要小于顺流情形;并联管路特性及流量分配实验中,为何具有相同结构的各并联管道其流量不同,压力损失也不同;离心泵并联及工况调节实验中,在不同负荷下,采用共用阀和非共用阀进行调节其经济性为何不同;边缘性现象,如泵性能实验中的汽蚀特征及噪声特性也值得进一步研究。
另外,对于实验数据的处理,坐标系选用线性坐标还是对数坐标,参数是以有量纲还是无量纲形式进行整理,实验数据坏点的正确剔除和有效数据的保留等,都有充分发挥的余地,也是培养学生科学思考问题和获得正确结果的关键之处。
5 改革考试方法和内容
考试作为教学活动的最后一环,是教学成效和学习效果的综合反映,教学过程的各个环节,尤其是薄弱环节都可以从成绩分布上反映出来。因此,考试方法和内容是否能够有效地反映了教和学的全过程,将在一定程度上影响创新型人才的培养。为此,笔者一改过去单纯采用闭卷考试的方法,从内容到形式上进行了多方面尝试,探讨了多种教学环节有机结合的考试方法,力求实现对教学效果的全过程评价。
目前,在考试内容方面,一是在符合教学大纲要求的前提下,将实验教学内容纳入考核范围,分值为150%,内容包括实验现象和参数变化的分析、仪器的测量原理和用途等。实践表明,此项措施的实施在很大程度促进了对实验教学全过程的重视,取得了预期的效果。二是增加了理论联系实际较强的题目,或综合性题目或拓展性题目,分值为10%,进一步提高提炼科学问题或全面综合运用知识的能力,也有助于发现创新型的学生。在考试方法方面,采取了包括开卷考试、期中+期末考试、实验成绩+期末考试、平时测评+期末考试等在内的多种方式。无论是开卷还是闭卷,均将复杂必要的公式附在试卷上或给出相关提示,将考核重点放在知识的应用能力和分析能力上面。期中+期末和平时+期末这两种方式通过强调平时的知识积累和复习,做到及时发现问题、及时解决问题。
总之,以专业基础课为载体,通过深挖和细化教学活动各环节的深层次潜力,将创新型人才的培养贯穿于教学的全过程,可促进教学效果和人才质量的全面提高。
参考文献
[1]张文慧,龚毅.加强专业基础课教学改革,培养学生实践创新能力[J].中国电力教育,2009,(15):70-71.
[2]赵艳林.培养创新人才:大学教学模式的传统与变革[J].中国高等教育,2003,(15):31-32.
[3]王志英,宁洪,戴葵,等.综合性人才创新能力与素质培养[J].高等教育研究学报,2005,28(1):80-82.
[4]李建文,刘伍权,薛云.工科专业基础课“准研讨式”教学法的探索与实践[J].理工高教研究,2010,29(1):117-119.
关键词:传热学;教学改革;教学方法;考试方式
作者简介:田娟荣(1976-),女,陕西渭南人,北京京北职业技术学院建筑工程系,讲师。(北京 101400)
中图分类号:G712 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2012)01-0077-02
“传热学”是研究由温差引起的热量传递规律的科学,与工程热力学、流体力学并称能源动力的三大支柱[1]。传热学课程是高职高专院校建筑设备工程技术专业的一门非常重要的职业基础课程,是从事通风空调、供热及锅炉设备工作的高等技术管理和施工安装技术人员必须掌握的基础理论知识,具有很强的应用性。本文针对该课程的特点和在教学中存在的问题,并结合自己的教学实践及教学体会,对传热学课程的教学改革做了探讨和总结。
一、“传热学”课程的特点和教学中存在的问题
1.课程的特点
“传热学”课程虽然属于职业基础课,但其不像流体力学和工程热力学那样系统严谨完备且偏重理论,而是一门发展中的应用性极强的基础课程,同时传递现象的理论分析又涉及到许多数学理论与方法,如导热微分方程是数学物理方法课程中的三大偏微分方程之一[2]。传热学课程为学习后继的专业课程提供必要的理论基础和分析解决工程问题的能力。传热学课程的内容多且散,各部分内容相对独立,连贯性差;同时图表及经验公式、半经验公式较多,且难以理解与记忆,这给学生的学习带来了一定难度。因此,如何提高传热学课程的教学质量,加强能力培养,是目前一个迫切需要解决的问题。
2.课程在教学中存在的问题
(1)课程内容的设计未突出“高职”特色。现有的高职传热学教材,仍然采用传统的教材编写模式,侧重知识的系统性和逻辑性,没有形成清晰、完整的技能培养体系。大部分传热学教材在内容上与本科教材并无太大区别,理论性很强,公式推导很多。同时教师大都采用传统的教学方法,使传热学课程偏向于介绍原理和公式推导,最后套用公式解题。另外,因为在推导过程中要用到很多高等数学的知识,而高职学生高等数学基础较差,所以学生感觉课程推导太多,太难,无从理解,从而丧失了学好这门课的信心。还有些学生认为这些原理和公式推导根本没有用,从而不愿去学习。总之,目前传热学课程内容的设计只重视了高等教育“高”的一般特性,而忽略了“职”的特色,使高职教育以应用能力为主线这一本质要求落不到实处。
(2)教学方法和教学手段不能满足高职教育的要求。传热学课程理论性强、公式多,历届学生都反映课程难度大。以前在本课程的教学当中,主要采用传统的教学方法,教师讲学生听,学生基本不参与教学活动,教学内容主要根据传统教材的章节顺序一一讲授。这种教学方法是以灌输学科知识为宗旨,把学习理解为封闭在书本上知识的获得过程,过多倚重接受学习,忽视发现学习、探究学习和行动学习在人的发展中的价值,忽视社会经验的获得和实践能力的形成。事实证明这种教学方式不能满足如今高职教育的要求,对该课程的教学改革势在必行。
(3)考试方式太单一。目前,传热学课程的考试方式大都采用闭卷考试的形式。这种考试方式也存在着很大的问题。因为该课程中有大量的经验公式,特别是对流换热这部分内容,大部分公式都是经验公式,而且往往对同一个问题又有好几个公式可供选择,加之这些公式较为复杂,若让学生将这些公式熟记,这根本不可能,而且也没有必要。因此,闭卷考试时这部分内容的命题将面临很大难度,最后将不得不将这些内容删除,这样使考试命题范围必然受到很大的限制。如果采用开卷考试的形式,又可能使学生过于依赖课本,考前不做复习,考试中遇到问题不独立思考,而是急于翻书找答案,使考试达不到应有的目的。因此,单一的考试方式已不适合高职教育的人才培养宗旨。
综上所述,认真分析目前传热学教学中存在的问题,对现行传热学课程的教学内容、教学方法、教学手段和考试方式等内容进行改革势在必行。
二、教学内容的改革
教学内容的改革是教学改革的核心。为了突出“高职”特色,本课程采用了项目化教学方式,以职业岗位所需的基本技能为依据来设计课程内容,向着学时缩短、注重应用、内容更新等方向发展。讲授的内容系统、注重经典知识的讲解和现代科学技术应用与发展的结合。根据实际工程的施工需要,将课程分为五个学习项目,供学生学习。五个学习项目分别为管道保温层设计计算、换热器设计计算、换热器校核计算、空调房间的负荷计算和冷库围护结构隔热计算。每个学习项目又分为若干个学习情境。由于高职学生毕业后大部分从事施工工作,所以在力求讲清基本概念及数学模型建立的基础上,简化或省略一些与今后工作联系不大的数学推导过程,而将重点放在这些知识点的应用上。教学中结合补充传热学的最新研究成果、研究方法和日常生活和工业生产中的各种传热学问题,增加学生的感性认识、扩大知识面和提高解决实际问题的能力,突出高职教育以应用能力为主线的培养目标。
为了使学生对传热学课程的教学内容、教学进度有一个全面的了解,根据实际教学情况,自编了传热学教学补充材料。补充材料包括课程标准、教学计划、习题与思考题、复纲、实验及实训指导书与任务书等。
三、教学方法和教学手段的改革
1.教学方法改革
在教学过程中,结合课程特点,根据不同的教学内容实施特色的教学模式,分别采用了项目教学法、课堂讲授法、分组讨论法、自学指导法等多种形式。
(1)项目教学法。全部学习内容根据传热学的五个学习项目展开,通过师生共同实施一个完整的项目工作而进行教学活动。在项目教学中,教师处于主导地位,学生处于主体地位,人人参与创造性实践活动,注重完成项目的过程性;学习过程成为学生在项目中实践的过程,理解和把握课程要求的知识和技能,体验创新的艰辛与乐趣,培养分析问题和解决问题的思想和方法。
(2)案例教学法。根据本课程的教学内容,选用提高学生对实际工程问题的处理能力。在教学过程中,紧密联系课程的教学内容和学生的专业方向,选用实际工程案例及学生在生活中熟悉的传热现象作为范例进行教学,创造逼真的教学情境,使学生感受到传热学领域跟自己的实际生活息息相关,努力地激发学生学习传热学的兴趣。例如有人将一碗热稀饭置于一盆凉水中进行冷却,为使稀饭凉得更快一些,你认为他应该搅拌碗中的稀饭还是盆中的凉水,为什么?冬天,新建的居民楼刚住进去时比住了很久的旧楼感觉更冷,为什么?同样的室内温度,为什么夏天在室内穿短袖就可以了,而冬天却要穿毛衣呢?通过这些问题的提出,学生开始对传热学知识感兴趣,而且感觉传热学知识的应用无时不在,无处不在。学生通过对这些问题的思考和讨论,会提出很多问题,老师通过回答问题会自然地引入传热学的基本内容。
(3)分组讨论法。分组讨论法是双向交流的教学方法,它可以激发学生就所要讨论的问题进行积极地思考,提高学生的思维能力和认识水平。组织学生分组,小组成员之间交流对工作任务的认识,分组按照讨论方案进行工作任务的学习,最后小组派代表进行汇报答辩,进行自评与互评。
通过学生与学生之间的交流培养团体合作精神,通过学生与教师的交流促进了师生关系,通过学生的大胆发言提高学生的口头表达能力和增强心理素质,通过引导树立对立面,鼓励学生勇于质疑,提出自己的新观点,促进学生的创造性思维的发展,从而进一步深化素质教育[2]。
(4)自学指导法。对于传热学的发展现状、传热学在各个领域中的应用概况及当前存在的问题等内容,可以安排学生进行自学。一般提前将题目布置给学生,学生通过上网搜索或在图书馆找资料学习,来完成学习任务。最后再讲自己总结的内容与小组成员进行交流讨论,小组进行总结,派代表进行汇报。通过自学指导法,引导学生学会科学的学习方法,培养学生自主学习的能力。
2.教学手段改革
在教学过程中注意现代教学技术手段的应用,给学生营造一种立体的、全面的、动态的学习情景,借助多媒体技术,使抽象的概念具体化,复杂问题简单化,让学生易学易懂,激发学生学习的积极性、主动性和创造性。但是,纯理论推导的部分采用多媒体课件的效果并不理想,虽然信息量很大,但接受下来的不多,课后又无笔记可查。因此,在讲解一些理论推导等理论性很强的内容时,仍然采用传统的板书教学。板书教学条理性强,还可以以提问的方式刺激并调动学生积极参与课堂教学活动。这种多媒体教学与板书结合的方式深受学生的欢迎。
四、考试方式的改革
全面、合理、客观、严格的考试内容和考试方法,也是提高教学质量的一种手段。合适的考题、恰当的考试方式,可以较准确地检测学生掌握所学知识和应用能力提高的情况,也可以促使学生在考前更好地按教学要求进行复习,而且还可以较客观地检验教师的教学效果,对整个教学状况有一个客观、科学的评价[3]。为此,我们设计了“全方位多层次”的考核办法。课程成绩以100分计,其中平时成绩占20%,设计性实验、讨论汇报等占30%,期末成绩占50%。平时成绩中,作业、小测验占10%,课堂提问、互动占5%,学习态度、纪律占5%。
对于期末考试,如果采用传统的闭卷考试形式,则会使教师的出题范围受到很大的限制。因为传热学课程中有大量的经验公式,这些公式不可能也没必要让学生死记硬背,但若闭卷考试,这部分内容就不太好出题。如果采用开卷考试,则很多学生就会认为考试很简单,没有从思想上重视考试,对于一些基本概念、基本原理也不去详细复习,考试时过于依赖教材,反而导致及格率偏低。这样学生对于基本概念、基本原理的掌握也非常不利。针对以上分析及传热学课程的特点,笔者认为采用“一页纸开卷”的考试形式最佳。也就是教师在考试之前给每个学生发一张盖有公章及教师签名的A4纸,学生在复习过程中可以在这张纸上写上公式等任何自己认为对考试有帮助的内容,在考试时可将这张纸带入考场参加考试。采用“一页纸开卷”的考试方式,教师出题范围不受限制,又为学生节省了大量死记硬背公式的时间,同时还有助于学生对课程重点知识的总结、归纳和筛选。
五、结语
通过几届学生的试验表明,传热学课程按照上述方法改革之后取得了良好的教学效果。学生通过学习,可以熟练掌握传热学课程的基本理论知识,为后续专业课程奠定了坚实的理论基础,同时,学生的实践知识、计算机应用能力、团队协作能力及自主学习能力等都得到了综合锻炼,满足高等职业教育的人才培养目标。
参考文献:
[1]李敏,李湛.工程热力学与传热学多媒体应用分析[J].理工高教研究,2004,(1):101-102.
什么是热能与动力工程?
我们可以从字面上对本专业名字进行一下拆解,其实就是热能、动力、工程。首先是工程,因此本专业就是一个工科专业,如果你希望获得诺贝尔物理奖、化学奖这些理科方面的成就的话,你就不要再把你的眼光停留在这个专业上了。其次就是热能与动力,因此只要工程中涉及到热(或冷)、能量、能源、动力等这些问题时,这个专业几乎都能解决。因此它的就业面非常的广,大到热电厂、核电厂,飞机、船舶、汽车的发动机设计,小到电子设备冷却等,厉害到航天飞行器的热管理、热回收,一般到家用空调、冰箱的设计。我们这专业无处不在。
那你也许有疑问,就业面这么广,是不是学习很累?其实也未必。目前,拥有这个专业的高校有很多,比如清华大学、西安交通大学、上海交通大学、中国科学技术大学、华中科技大学、浙江大学等一些顶尖大学,一般的有比如南京航空航天大学等这些“211工程”大学,普通的比如南京工程学院等。不同的高校,学的侧重点也会有所不同。比如东南大学侧重的是电力领域,北京航空航天大学侧重的就是航空航天领域,江苏大学侧重的是流体机械领域,还有一些大学侧重的可能是制冷、空调这些领域。但是无论你大学里学的侧重哪个领域,就业时也可以再次选择。比如在大学你学的是侧重制冷领域的,以后就业时你也可以去电力领域,因为本科学到的专业的基础都是一样的。
都要学点什么?
这个问题很好回答,因为我的八年时间就是在不停上课、自习、实验、写论文中度过的。刚进大学,学校的一些权威教授就会给你讲述一下什么是热能动力工程,其实和我上面说的也差不多。当然你可以通过他们了解到一些细节,不过那时的你估计还并不能完全理解。
在大一一年、大二上半年这段时间内估计接触不到我们专业的很多东西,这一年半,主要就学习外语、高等数学、线性代数、大学物理等一些公共基础课,这时候还是高中向大学的过渡阶段,学习也需要认真、需要做题,但不会像高中那么累。这时候的基础需要打牢,但不要和高中一样,尽做难题,应该以掌握基础知识为主要任务。因为这些内容的学习主要是服务后期的专业课学习的,因为我们专业是工科,不需要像理科一样。同时,课余时间可以去参加参加活动,培养一项兴趣爱好,这会使你终身受益。
在公共基础课程学习中,还会学习一些机械、弱电方面的基础知识,比如机械制图、电工电子学等。为什么学习这些课程呢?因为在我们的专业课中经常会出现机械和电子这些领域的一些专业知识。因此作为未来的热能工程师,不仅要有扎实的能源方面的基础知识,还得学会看机械图和知道一些自动化的原理。所以学习还是比较苦的。不过也不要太担心,因为其他专业只要掌握一些原理知识就行了。
无论你在哪个高校学习,无论你将来侧重哪个领域的工作,专业基础课是必须要学好的。虽然不同的高校在公共基础课和专业课的设置上会有些不同,但流体力学、工程热力学、传热学这三门大课是大家一致认同的专业基础课。工程热力学这么课相对来说简单,因为在大学物理课上都有所介绍,学起来也不是太累,而且得高分的概率很大。流体力学和传热学是两门新课,学起来也会有点压力,且流体力学又是传热学的基础,因此这两门课都需要认真对待。同时这两门课又对你的就业、考研和将来的科研帮助极大。在专业基础课学完后,就可以学专业课了,比如主要有涡轮机原理、锅炉原理、电厂设备、热力系统等。这些课程的名字虽然比较拗口,但实际上学起来并不太难,因为专业课主要破解的就是一些原理问题。涡轮机是一种原动机,主要通过叶片的转动将气体的热能转换成机械能,从而带动发电机或作为飞机的动力。涡轮机原理这课一直被认为是所有专业课中比较难的一门,因为课程里面几乎涵盖了所有的专业基础课。但由于涡轮应用范围广,相应的就业机会大,获得的报酬多,因此受到大部分热能工程师的青睐,因此如果你以后致力于涡轮机方面的工作,基础课的学习绝对不可以偷懒。
工科除了理论知识的学习,还有不少的实习需要去完成。去大中型电厂实习,是大三、大四时的主要任务。说是去实习,其实也就是去参观一下而已,从而了解电厂的流程。很多人认为女生去学工科很累,其实也未必。学工科的女生比较少,因此受关注也会多一点,谈恋爱的机会也会大很多。而且女生比较刻苦,获得保送研究生的机会也大。现在的工科已经不是大家想象的那样了,满脸油污、力大如牛这些词已经不合适了。在电厂,大部分时间你只要按个按钮就行了,因此这些工作同样适合女生。因此热能与动力工程这个专业适合所有人群。
到了研究生阶段,还会有高等工程热力学、高等流体力学、高等传热学、燃烧学、计算热物理等课程,研究手段主要有理论研究、实验研究和计算机模拟,利用这三种研究手段去解决一些工程中的问题,是热能与动力工程专业研究生的主要任务。
就业、再升学情景如何?
之前已经提及我们这个专业就业面是非常广的,虽然有时我们也感慨我们是一群“丝”,但我还没听说有失业的,就连四年在网吧度过的哥们都可以找到工作。本科一般都会把我们专业命名为热能与动力工程,虽然也分方向,比如电厂方向、制冷方向等,但就业不受很大影响。到了研究生,我们这个专业的大名就叫做动力工程及工程热物理专业,底下又分为工程热物理、热能工程、制冷、动力机械、流体机械、车辆工程等一些小方向,又根据不同的导师会有不同的研究方向。但无论怎么细化,专业基础课还是一样的。因此工作时改方向也比较容易。
关键词:传热学;英文教学;能源动力工程
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)42-0208-02
一、英文《传热学》教学的重要意义
《传热学》、《工程热力学》和《流体力学》被是能源动力专业的三大核心专业基础课[1]。传热学是研究在温差存在的情况下,物理内部或者物体与物体之间发生的能量传递规律的一门课程。由于自然界和科学生产中均处处存在导致热量传递的温差,所以传热不仅是一种常见的自然现象,而且广泛存在于各工程领域,如能源动力、机械制造、建筑节能、航空航天、生物工程等[2]。随着科学技术的不断发展,传热学的应用范围也不断扩展,对《传热学》课程的教学要求也在不断提高。为提高教学质量,培养出能够参与国际化竞争和挑战的“专业+外语”的复合型人才,2001年教育部颁布了《关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见》[3]。在意见中提出,要在国家发展急需的专业开展双语教学,这是教育部首次从国家战略的高度提出要发展双语教学[4]。而后,教育部分别在2005年、2007年多次颁布意见[5-7],大力推广双语教学和英文教学。
英文教学的顺利开展不仅有利于学生掌握专业术语,获取学科前沿知识,为以后的国际交流打下基础,而且有利于培养出更多的国际化、复合型人才,在我国高校的人才培养格局中发挥着重要作用。此外,要实现高等教育走出去的国家战略,并实现高等教育国际化,英文教学是重要的基础和手段[8]。在传热学领域中,为了了解时下的前沿动向,学习到国外先进的科学理念,借鉴最新的科研成果,与国际上的优秀学者进行有效地沟通与交流,加之国际上大多数的优秀科研期刊都是英文资料,国际会议也是用英文进行交流,我们必须要不断提高自身的英语水平。由于学科交流中涉及到大量的专业术语,普通的英语教学已不能满足需求,因此有针对性的专业英文教学势在必行。在能源动力专业中的本科《传热学》教学中引入全英文教学也可以更好地提高国际化办学程度,推进教育国际化的进度,不仅能够有的放矢、大幅度提高中国学生该领域的英语水平,而且能够吸引外国留学生,方便他们对该领域学科的学习,促进了国际间的学术交流和沟通。
二、英文《传热学》教学的现状和问题
文本作者在国外留学期间从事《传热学》的教学和研究工作。曾在爱荷华州立大学机械工程系开展了三个学期的《传热学》教学工作,既包括实验课也参与了课堂教学,具有一定的《传热学》全英文教学基础。在国内工作期间,利用中文《传热学》课程的教学机会,部分穿插了双语教学和全英文授课的尝试,并引入国外大学教授直接授课的模式,丰富了《传热学》课程的教学,并使学生受益。在开展这项工作的过程中,逐渐发现了全英文和双语教学中的优势,更发现了当前教学过程中的一些问题。因此对此进行了思考和总结。
教学过程中发现,学生对开展英文授课模式较为感兴趣,可以极大地吸引学生的注意力。结合美国本科生课堂中比较注重与学生互动这一特点,英文《传热学》的教学比中文授课更加激发学生的学习兴趣。对于进入重点大学进行本科学习的学生英语水平基本达到参加双语课程的要求[9]。结合自身英语学习提高的方面,面对《传热学》英文课,学生在自身能够理解课堂内容的基础上,常抱着浓厚的兴趣学习。与平时的中文课相比,英文课从形式展示上做了全新的改变,这对学生无疑有着强烈的吸引力,学好这样的课对于他们也是一项挑战。
然而在教学的过程中也发现存在部分问题,比如学生的表达部分受阻。由于缺少英语口语使用的语言环境以及本科学习对英语口语水平要求有限,国内学生的英语水平普遍为“哑巴”英语,所以在英文课堂上,也存在着和必须要面对的一些问题。受口语水平的局限,多数学生在课堂上不愿意用英语提问,学生与老师之间的课堂沟通机会会有所限制,学生对教学活动的参与主要为被动式。因此在授课中需要注意要采取循序渐进的方式,初期先穿行外语教学,随着讲解的不断深入,学生理解能力的增强和专业知识的提高,可以过渡到全英文授课的模式。此外,教师通过有趣的研究故事和经历调动学生的积极性,同时关注学生情感,及时关注关心学生的学习过程、认知反映和学习效果,及时发现问题,建立师生之间双语交流的常态关系,从而提高双语教学质量。随着全英文课程的逐步推进,学生逐渐愿意交流,并在课堂上用英文大胆提问。
在课程内容上,英文《传热学》与中文《传热学》的授课内容基本一致,但是对于具体的标点符号、公式形式,以及解题思想上有部分区别,因此对这一问题要进行注意。目前,双语教学的学校大多采用国外进口的原版教材。因为与国内教材相比,国外原版教材英文规范,表达清晰,内容丰富、新颖,阅读量大,可读性强,能提供该领域较新的专业知识[10]。然而,国外出版的英文《传热学》教材种类很多,但基本上是针对母语为英语的学生编写的教材。所以在教材选择方面还存在一些问题。与国内教材相比,国外教材在公式表达、标点符号运用,甚至解题思想方面都存在着一定差异,这给学生顺利使用教材带来了一些困难。
全英文教学中的考核不易控制。比如学生作业中,受英文水平的限制,学生对英文写作表达规范和标准把握不到位,他们完成的课后作业往往存在水平不一、表达不清晰、前后顺序不统一等问题,在考试中也存在这一问题。此外,《传热学》课程涉及公式、专业词汇较多,考虑到学生不同的学习目的,他们有的侧重于大量掌握专业词汇,有的侧重于理解和掌握专业知识重点和难点,为此考试标准难以制定和统一。
三、英文《传热学》教学的对策和建议
在对《传热学》英文教学过程中存在的部分问题,可以尝试以以下方式进行解决:
1.尝试对学生分类管理,分别开设《传热学》中文和《传热学》英文班,让学生自由选择(针对自己的发展方向进行),考试时对不同班级分开考核。为了兼顾学生不同的学习目的,可以尝试分别开设《传热学》中文和《传热学》英文班。其中,中文班侧重于讲授《传热学》中的理论、公式推导、实验原理以及应用问题的解决,英文班侧重于讲授《传热学》中的理论、公式推导等及相关的专业词汇和表达规范、该领域较新的专业知识英文文献阅读等。学生可以依据各自的发展方向进行自由选择相应的课程学习。考试时对这两种班级进行分开考核,依据各自教授的重点制定考试形式和题目等。
2.《传热学》中英文半交叉上课,学生可以自由流动,课程内容加深理解。在开设两种班级的基础上,利用两种班级教授内容侧重不一、上课时间不重合的新颖形式,吸引和鼓励学生在上好各自选择的课程的基础上,自由流动,参与另一种形式的课程学习,以期积累浓厚学习《传热学》的兴趣,拓展自己专业视野,加深对课程内容的理解。然而具体的问题还有,因此需要在教学的实践过程中,不断丰富,继而找到全英文教学有效地实施之路。
参考文献:
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[9]韩建侠,俞理明.我国高校进行双语教学学生需具备的英语水平[J].现代外语:季刊,2007,30(1):65-72
[10]李孔清,邹声华,向立平.传热学双语教学教材选择浅谈A]//第六届全国高等院校制冷空调学科发展与教学研讨会论文集[C].2010.
Some Considerations in English Teaching of Undergraduate Heat Transfer Course
YUE Ya-nan,XU Yan-ru,WAN Xiang
(Wuhan University,School of Power and Mechanical Engineering,Wuhan,Hubei 430072,China)
关键词:课程综合;模式;高职教育;教学改革
教育的基础活动是课程。课程是为完成预先确定的某项目标或明确规定的一组教育任务而组织的有一定排列顺序的教育活动。而相互关联的课程组合起来就形成了课程体系。
高等职业技术教育专业教学改革的一个重要环节是将优化选择的教学内容综合为课程,从而构建课程体系。原则上讲,课程综合的主要依据是各部分教学内容之间在知识、能力等方面所存在的某种内在联系。这种内在联系十分紧密,使得各部分内容可以较为自然地融合在一起,而且有利于学生某一方面知识的学习或能力的培养。这种内在联系可以从几个方面进行分析,并由此而产生几种课程综合的模式。
一、技术领域知识能力综合模式
专业教学内容一般包含几个领域的技术基础。制冷工程专业包含了制冷技术基础、电气技术基础、机械技术基础等等。传统工程教育中每一领域技术基础所需知识的学习和能力的培养分别由数量不等的几门专业基础课来完成。这些专业基础课属同一技术范畴,具有课程综合的可能条件,但并非必要条件。
进一步的分析可以看出,每一领域的技术基础课程门数较多,根据知识和能力间联系的主线可以找出联系比较紧密的几门课。制冷技术基础课一般有工程热力学、流体力学、传热学、泵与风机、制冷原理等等。前三门课称为制冷工程专业三大基础课程,内容十分丰富,是物理学中热学部分在工程领域的延伸、扩展和细化。但其核心部分,也是制冷工程高职专业选择的部分是能量转换与传递的理论和工程应用的三个分支。工程热力学从工程的观点出发研究热能与机械能相互转换的规律,比较集中地表现为能量方程,该方程反映转换中总能量的守恒关系。流体力学研究流体运动规律并据此计算工程中所需流体压力和速度。主要理论依据为稳定流能量方程,该方程展示流动过程中上下游断面间的机械能守恒规律。传热学则集中地研究热能传递的三种方式及其工程应用,以计算温度、热流密度等参数。上述内容因能量转换和传递这条主线而在知识能力方面产生紧密的联系,由此综合为一门课就.比较顺理成章了,其关系表现图1所示:
这种模式的两个关键条件为:同属某一技术领域;各部分内容以某一研究问题为主线产生了紧密的联系。寻找这条客观存在的主线,遵循其规律综合课程内容是问题的关键。这种模式可以抽象如图 2所示:
二、核心技术综合模式
高职教育的特色之一是教学内容体现对职业岗位群的针对性。分析岗位群工作范围和技术领域,可以把专业技术范畴的工作分为若干核心技术,每一核心技术包含了一定范围的专业知识和能力要求,与岗位有一定的对应关系。相关的教学内容,以技术为核心发生了紧密的联系,可以水到渠成地综合为一门新的课程。这种情况多对专业技术课而盲,这种组合有利于学生集中地学完该技术所需教学内容,便于形成围绕该项核心技术的综合技术应用能力,或解决该项技术实际问题的能力。这种组合方式可称为核心技术综合模式。由此组合的课程可以仅仅包含理论知识,也可以是理论与实践教学的综合性课程,视乎具体情况而定。核心技术综合模式可表达如图4所示:
三、核心与支撑技术综合模式
核心技术是专业技术的概念,而核心技术是需要支撑的,支撑技术大多属于专业基础课的范畴。核心与支撑技术的综合则指专业技术课与所需专业基础课相关内容的综合。
传统高等教育的课程设置分为基础课、专业基础课和专业课三个阶段,此种模式亦称为三段式结构。目前已有不少学者在探讨打破三段式结构的可能性及其得失。打破三段式结构,主张专业课与专业基础课相结合,构成基础课与专业课的两段式结构。而人文社科课程及部分文化基础课程组成通识教育课程,从而使整个教学计划形成专业教育与通识教育结合的模式。这种模式的教学使学生尽快进入专业课学习,所需专业基础课溶入其间。此种模式易于形成技术应用能力,也易于通过专业技术的学习反过来巩固和加深对专业基础理论的理解。一般而言,单纯的专业基础理论是高职学生学习的难点,而专业基础理论学习的缺陷又往往会影响人才的可持续发展。三段式与两段式的长处和不足有不少的争论,也有不同的观点。而美国社区学院已经这样做了,这就不能不引起高职教育工作者的关注和深入的研究。
这种模式的关键是以核心技术为主线,融人需要的专业基础课内容,其模式表达如图7所示:
美国亚利桑那州盖特威社区学院制冷专业的一门课程称为采暖、通风和空调,其综合内容十分丰富(参见图8)。
四、交叉学科综合模式
随着科学技术的发展,学科之间的交叉和渗透越来越多,也就可能出现一种新的综合模式,即以工作项目为主线,融人若干学科专业的部分内容表现为如图9所示的形式。
美国盖特威社区学院制冷专业的另一门典型综合课程为机电装置,包括了三部分内容(参见图10):
[参考文献]
[1]施良方.课程理论[M]北京:教育科学出版社,1996.
[2]杨晓东。机械类工程图学课程教学体系的重构与思考[J].职业技术教育,2002,(3)、
新能源科学与工程专业简介
新能源科学与工程是中国普通高等学校本科专业。
该专业培养具备能源工程、传热学、流体力学、动力机械、动力工程等基础知识,掌握新能源转换与利用原理、新能源装置及系统运行技术、风能、太阳能、生物质能等方面的新能源科学领域专业知识,能在国家风能、太阳能、地热、生物质能等新能源领域开展教学、科研、技术开发、工程应用、经营管理等方面的高级应用型人才,跨学科复合型高级工程技术人才,和具有较强工程实践和创新能力的专门人才。
新能源科学与工程专业课程
工程力学,空气动力学,电路,电机学,电子技术基础,自动控制理论,电力电子技术,机械设计基础,风能资源测量与评估,风力机理论与设计,风力发电机组原理,风电机组调节与控制,风电场电气部分,风电场规划与设计等。
新能源科学与工程专业就业前景
新能源基本用来发电。分别有风能,太阳能,生物能,潮汐能,地热等。但现在技术上比较成熟的还是前两者。不过其中风能的缺点就是在国内并网比较困难,风能应用最好的是欧盟。太阳能的话,其制造过程污染很大。总的来说新能源前景绝对光明,只是道路可能有些曲折,还要看国家政策的侧倾力度。
本专业毕业生就业前景广阔,可在风能、太阳能、生物质能等新能源和节能减排领域的企事业单位、高等院校和政府部门从事技术研发、工程设计、新能源科学教育与研究、新能源管理等相关工作。
专业培养在风能、太阳能、地热、生物质能等新能源领域从事相关工程技术领域的开发研究、工程设计、优化运行及生产管理工作的跨学科复合型高级工程技术人才,和具有较强工程实践和创新能力的专门人才。专业学生主要学习新能源科学与工程的基础理论和基技能,受到新能源科学与工程方面的基训练,具有独立思考能力、动手能力和工程实践能力。
新能源科学与工程科必备能力
1.具有较扎实的数学、物理、化学、机械、电子等学科基础知识;
2.较好的人文社会科学基础和管理科学基础知识;
3.掌握新能源科学与工程的基知识和基理论;
4.具有综合分析和解决实际问题的基能力;
5.能比较熟练地阅读专业的外文资料;
[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.
关键词:建筑环境学 课程特点 改革 教学研究
中图分类号:TU-023 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2015)04(a)-0124-02
建设部有关部门和学科专业指导委员会在1998年将原来的“通风、采暖和空气调节”三个专业调整合并为“建筑环境与设备工程专业”[1],并同时设置了建筑环境学课程,使其与传热学、工程热力学、流体力学共同组成本专业的学科基础平台,但惟有建筑环境学是反应了本学科本质的特点,是学生认识建筑环境与能源应用工程专业的第一课[2]。该课程也是建筑环境与能源应用工程专业的核心基础课,它为后续的专业课奠定了基础,学好本门课程有助于学生理解本专业的任务,明确自己的使命。
1 课程的特点和教学难点
建筑环境学是建筑环境与能源应用工程专业的核心基础课,内容涉及到热学、流体力学、物理学、心理学、生理学、建筑学、劳动卫生学、城市气象学等学科知识,是一门跨学科的边缘学科,学习本课程的主要任务是了解人和生产过程需要什么样的建筑室内环境;了解各种内外部因素是如何影响建筑环境的;掌握改变或控制建筑环境的基本方法和手段。该课程理论性强,实际应用性不突出,学生学习起来兴趣不高,在实际教学中学生普遍反映本课程内容多,系统性不强,知识面广,逻辑性不突出,术语和理论公式较多,理解比较困难,学习效果不是很理想。
该课程中很多内容也是学术界的前沿,还有很多问题目前还处讨论中,譬如,第四章的第三节人体对动态热环境的反应,由于人体对动态环境反应的影响因素比较多,起步比较晚,成果还不成熟,这就要求老师在授课过程中不断关注学术发展,及时更新教学内容,同时这也给教学带来一定的难度。
2 教学研究的探索
为了增强学生的学习兴趣,调动学生学习的主动性,增强学生对本学科的认识和理解,笔者根据建筑环境学的课程特点,结合我院应用型人才培养的定位,对建筑环境学课程的教学进行了尝试性改革,收到了良好的效果。
2.1 教学内容的方面
2.1.1 结合后续课程,适当拓展或略弃
我院建筑环境学课程采用的教材,是清华大学朱颖心教授编写的建筑环境学(第3版),教材中有些内容涉及到复杂的数学推导,譬如在计算空气龄方法的推导中,用到了微积分,这些推导需要扎实的数学功底,详细讲述,使得部分学生把握重点偏离大纲,甚至使得部分学生产生厌倦感,失去学习本门课程的兴趣。为此,这些内容不做要求,感兴趣的同学可以课下自学。另外,第九章第一节室内环境对典型工艺过程的影响机理,讲述了室内环境对棉纺织工业,半导体器件,制药工业等的影响,都是泛泛而谈,没有很难理解的内容,所以这部分不作为授课内容,改为学生自学内容。这样可以节省部分课时和精力,去学纲要求的其它重点内容。
建筑环境学与后续的专业课“空气调节工程”存在部分重复,比如:第三章建筑热湿环境中通过维护结构的热湿传递,详细介绍了它的传热机理和实际运算,在介绍冷负荷和热负荷时,针对冷负荷与得热量之间的关系,负荷计算方法,都做了详细介绍,而这些内容都在后续专业课空气调节工程课程中有更为详细内容,重复介绍必然带来不必要的课时浪费。由于这部分内容与空气调节关系更为紧密,所以本课程略去此部分重复内容,有空气调节课程讲述。
第六章室内空气环境营造的理论基础,关于如何营造一个满足舒适要求的室内热湿环境和室内空气品质,教材内容涉及通风的方法,通风的稀释过程,而具体的通风设计原则与通风管道系统的设计没有给出,针对我院建筑环境与设备工程专业所开课程中,没有设置工业通风,根据笔者的经验在授课时拓展介绍《工业通风》中这部分内容,加深学生对这部分内容的理解,同时能增强内容的实用性,调动学生的学习主动性。
2.1.2 理论联系实际,增强学习兴趣
建筑环境学授课内容理论性强,实际应用性不突出,学生学习起来感觉枯燥,兴致不高,笔者结合自己多年的教学经验及工程经验,在授课过程中把实际应用与理论知识结合起来,加深学生对理论知识的理解,增强学生的学习兴趣。第四章人体对稳态热环境反应的描述中,有几个概念有效温度,新有效温度,标准有效温度,ASHRAE舒适区,很多同学理解不深,甚至不知道学习这些的目的,而教材中正是用新有效温度和舒适区来表示人体舒适区的范围,这也正好回答了空调系统设计时,设计温度和湿度确定的原因,根据笔者经验,在授课时,先提出问题,确定舒适性空调的设计温度和湿度原因,拓展介绍空调系统的设计过程,这不仅增加了学生的学习兴趣,还为后续课程内容作了铺垫。
置换法通风是借助室内热源的热羽流形成近似活塞流进行室内空气的置换,单纯从字面上去介绍,理解不够形象,笔者结合自己多年教学的经验,在授课过程中,增加一个实际置换通风的案例,并附上它的原理图,让学生直观感受置换通风,课堂上学生普遍反映理解透彻,记忆容易。
2.2 教学方法改革
多媒体是信息化的体现,也是社会发展的趋势,大力促进多媒体教育已成为教育发展的潮流。多媒体教学的优点是传播速度快,信息量大,图片生动,学生容易接受,但是也相应存在一些弊端,由于速度快,信息量大,学生稍微走神,就错过很多内容,另外,常出现学生自认为听明白,而实际理解不透;而传统的粉笔加板书特点是图片少,不够生动,但它能反映教学内容的系统、重点和层次,内容少而精,板书简洁、扼要,便于归纳、总结、概括。针对多媒体和板书教学的特点,笔者根据自己多年的教学经验,采用多媒体为主,粉笔加板书为辅,二者相结合的方式教学。
多媒体教学主要用于下面几种情况:内容难以用语言描述清楚,而用图文很直观表达,如通风中气流分布,浓度场,温度场,速度场等的分布;内容用语言描述很清楚,但比较枯燥,不够直观,形象的,用图文结合更容易让学生记忆的,如室内空气的污染途径;一些内容复杂且抽象的内容,用图形把概念由浅入深的表达出来,不会使得学生淹没在大量抽象而复杂的公式中感觉厌倦[3]。另外,对于多媒体教学课件,借鉴清华大学的教学模式,在课前发给学生,让学生在上课前打印出来,这样课上学生就可以紧跟老师的节奏,记录课件上没有的内容,提高上课效率,给课后复习也增加了依靠性。粉笔加板书主要用于一些公式推导,演算过程中,如自然通风原理的推导,在推导过程中,增强学生的集中注意力,加深了学生对内容的理解,同时也强化重点。
2.3 教学实验方面
2.3.1 实验内容
根据我院的实验条件开设一个实验―― 室内环境的调查,占用2个学时。实验要求通过实验认识分析影响室内热环境的相关因素,加深对热感觉和热舒适的了解,根据主观感觉和客观测量,评价教室环境,并提出相应的改进意见。
调查方法分主观调查和客观调查,两项调查同时进行。主观调查主要是采用调查问卷的形式,要求学生自己做出调查问卷,问卷内容包括,室内热感觉、湿度、温度、照明、声环境以及室内的空气品质和热舒适性。客观调查是利用热风速仪,温度计,湿度计测试教室内的风速,温度,湿度。根据调查结果,分析影响室内环境的因素,利用测量数据,综合应用建筑环境学,流体力学,工程热力学,传热学及高等数学计算出热感觉和热舒适性,并求出相应指标PMV,PPD指标,再根据主观调查和客观调查所得数据对所测教室的室内环境进行全面评价,提出了一些改进环境热舒适度及品质的措施。
2.3.2 实验成果
以往的实验成果要求是实验报告,而鉴于建筑环境学本门课程实验的特殊性―― 调查和实测。此次调查实验成果以组为单位提交调查报告和PPT,调查报告要求有,调查结论,产生结论原因,PPT要求每组委派1名同学在课上讲解,讲后讨论,由老师和同学提出问题和意见。实践证明,有25%的学生做的很认真,55%的同学做的一般,其余同学做的稍差。由于每一个学生都亲身投入到调查和调查问卷的设计中,不仅加深了学生对影响室内热环境因素,人体对热湿环境的反应,室内环境的营造这几方面知识的理解,还进一步掌握了建筑环境学的研究方法,这些都可以在学生的调查报告中反应出来,他们通过查阅教材和其它资料,了解影响室内环境,人体热舒适性的因素,寻找改进室内环境的方法。充分发挥了主观能动性,激发了学习热情。多数同学反映,通过此次试验,学生普遍反映这门课程系统化了,重点也突出了。这也说明此次试验改革得到了良好的效果。
3 结语
课程改革是教学改革乃至教育改革的重要组成部分,它的改革没有固定模式,提高教学质量才是最终目的。笔者从学生的实际情况出发,结合学校现有的条件,在教学内容、教学方法及实验安排方面对本课程进行改革,以希望最大限度的调动学生的学习主动性,增强学生的学习兴趣,培养学生的创新精神,同时为本学科的发展提供更多的帮助。
参考文献
[1] 于文艳.提高建筑环境学课程教学效果的措施[J].高等建筑教育,2008,17(2):73-75.
一、《热工技术与应用》课程的特点
城市热能应用技术专业是我院的主干专业,《热工技术与应用》课程是本专业的一门主要专业基础课,在东北地区主要研究制热方向。一方面,它为学生今后学习专业课,如《锅炉原理》、《热工仪表与自动控制》等提供必要的基础理论知识和热工分析与热工计算能力,另一方面,通过实验、测试技能等综合训练,提高学生运用理论分析和解决工程实际问题的能力。但是该课理论性强、概念抽象、公式繁多,是学生公认的较难的课程。尤其对于城市热能应用技术专业(高职层次)教学来讲,由于学生高等数学基础薄弱,很多学不好本课程的学生,主要问题是出现在数学基础上。加上学时(56学时)有限,让初次接触该课的学生难以入门,从而产生畏惧心理。如何使《热工技术与应用》课程化难为易、化繁为简、化抽象为具体,以提高教学效果,在这里做初步研究。
二、课程改革的内容
1.教学内容的改革。本课程主要是研究热功转换及热传递规律的基本原理、概念,以及在热能工程问题上的应用。针对本课程概念多、公式多和线图多、理论性和应用性较强这些特点,在组织教学内容时努力做到:①重视基本概念和理论,精简公式推导,让学生理解基本概念和定理的实质,不必过分强调公式如何推导。②强化实际工程应用,将大量实际热力工程知识引入教学,列举大量工程实例,使学生能用热工知识分析和专业相关的实际问题,突出热工知识在城市热能应用技术专业中的应用,有助于培养学生对知识的理解和分析问题、解决问题的能力。③运用图表分析,紧密联系实际。图表分析是热工课中很重要的一部分内容,无论是工程热力学中的过程、循环、热量与功量分析,还是传热学中的换热分析计算,都以图表分析为基本工具。
2.教学方法和教学手段的改革。教学方法和教学手段的改革目的就是要提高课程教学内容的形象性、生动性和通俗易懂性,提高教与学的效率,提高教学质量。根据本课程的性质和内容,选择切实可行的教学方法,如头脑风暴法、分组讨论法、案例分析法和现场教学法等。充分利用现代化教学手段,制作了实用的多媒体课件;借助计算机多媒体演示,使抽象的概念具体化,复杂的问题简单化,繁琐的内容精炼化,实际问题形象化。①头脑风暴法。在教学过程中,针对基本概念和基本理论内容的讲解,应多引用学生身边的例子、工程应用的实例。教师引出问题,有意识地启发学生思考,让他们积极踊跃回答问题,提出自己的见解和方案。最后老师总结,选取最佳方案。这样既加深了学生对概念的理解,又充分调动了学习的积极性、主动性和创造性,并且提升了学生的工程意识和分析问题、解决问题的能力。比如在讲解圆筒壁导热章节时,向学生提出问题:为什么保温饭盒具有保温性能,并设计几种提高保温性能的方案。引导学生积极思考,最后再引申到工程实际-供热管道保温问题上来。②案例分析法。在《热工技术与应用》的教学过程中,应始终把握理论教学联系实际案例的教学思想,突出热工理论和专业相结合的重要性,让学生体会到本课程是与专业密切相关的,进一步增强学生的学习兴趣。比如讲解热力过程与循环时,联系到热力设备是如何制热的。讲解水蒸气饱和压力与饱和温度对应关系时,联系到锅炉热力设备额定工作压力与温度的调解关系。在讲到传热学稳态导热部分时,提出冬天怎样穿衣服会更温暖等问题。学生往往会反应热烈,感到热工学就在自己身边,热工理论并不是高深莫测的,从而消除了畏惧心理,提高了学习兴趣。然后再从身边的问题引申到工程实例,比如锅炉等动力设备的工作原理、热工计量测试仪器仪表的设计开发等,由浅入深,使学生由被动学习变为主动学习,充分提高的了学习效果。③现场教学法。利用实验实训室、实训基地、校企合作单位等途径,组织学生现场教学,帮助学生更好地理解、巩固所学的理论知识,也可以学到更多课堂上学不到的知识,同时加强了学生实践技能的培养。在实际授课过程中,由于我们学院地处哈尔滨,冬天特别寒冷。学院有自己的供暖锅炉房,夏天正值锅炉维修期间,我们可以带领学生到锅炉房现场讲解锅炉炉墙的组成结构。冬天是锅炉运行的季节,我们可以带领学生到现场体会锅炉炉墙的保温效果,并可以参与锅炉的热工测试全过程。不但提高了教学效果,还培养了学生的职业能力。
3.考试改革。在以往的教学过程中,对学生学习效果的评价,无论考试课还是考查课,主要是通过课程考试来实现,存在评价目标单一、评价内容片面、评价方法简单化的缺陷。所以,应该在评价标准方面做改进,督促学生学习。为了体现学生是否对所学知识真正掌握和使用,克服学生为了考试而学习的弊端,使学生走出死记硬背的学习习惯,应探讨灵活多变的考核形式,发挥学生的学习潜能。通过多种考核方式,来评定学生的成绩,有助于督促学生对基础知识的掌握与巩固,以及分析问题解决问题的能力和实际动手操作的能力。
我院是骨干高职院校,城市热能应用技术专业的人才培养模式不同于其他院校,我院的特色和优势是更加强调对学生实践应用能力的培养,注重对学生应用开发、研究、科学咨询和技术转换能力的训练。因此《热工技术与应用》课程作为城市热能应用技术专业的主要专业基础课程,通过课程改革,更加注重行业化的专业方向、应用化的课程教学方法的实施,达到工程热力学和传热学在课程设置上条理清晰,内容关联性强;充分发挥教师备课的创造性,有效避免照本宣科;更能适应行业就业特点和社会经济的发展需求,更能激发学生学习的兴趣,有利于培养学生独立思考问题的能力。
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