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[关键词]流体力学 教学方法 生活常识
一、前言
《工程流体力学》是机械类各专业的一门重要技术基础课,该课程主要讲述流体力学的基本原理及其在工程中的应用。它是为学生后面专业课的学习的基础,对学生的要求较高,但由于该课程对学生的高等数学、大学物理、工程力学以及综合分析和处理问题的能力的要求较高,因此学生普遍反映是一门难学的课程。为了让学生较好地学习这门课程,任课应该做到以下几点。
二、方法
1.上好绪论课
绪论课不仅仅是指《工程流体力学》课程教学的开始,同时也应该是每一章的前言介绍。
在绪论课的教学上,教师应该把握以下三点:(1)树立学生学习该课程的信心。由于上新课的学生可能从各种渠道了解的流体力学是一门难学的课程,从而对该课程产生畏惧感,学生就会带着一种逃避心理去学习,仅仅接受课堂上的知识,而自己不去钻研思考,这样是学不好该课程的。教师要让学生感觉到,这门课程并不难学,其实我们在中学的时候已经接触到了其中的很多内容,只是现在表述发生了变化或者增添了新的内容,使该学科体系更加完善、合理;(2)教师需要激发学生的学习兴趣。兴趣是学习的最大动力,教师应该让学生直观形象地了解工程流体力学的广泛应用性以及内容的趣味性,将一些学生感兴趣的与日常生活或生产实际有关的例子介绍给学生;(3)突出课程的重要意义和实践价值。教师应在绪论课中做到精心组织策划,让学生了解该学科体系的研究对象和研究方法,让学生知道为什么要学习该课程,在今后的学习中应该用什么样的方法去学习。
在大多数的教材中,在每一章之前,都会有一段比较简短的文字介绍,告诉学生本章的知识点以及相应的学习方法,这是比较重要的一个部分,能够使学生站在一定的高度把握整章的内容,知道各知识体系之间的相互结构,但是学生在阅读的时候往往会忽略的,以至于学完课程之后,只能对简单的问题进行分析处理,遇到复杂的问题就不知道从哪个地方着手,因此需要教师在讲课时加以强调。
2.及时对所学内容进行总结
工程流体力学是以流体作为研究对象的,所涉及的概念比较多,容易让学生产生混淆。如果及时的对所学内容进行总结,就会加深学生对概念的理解和记忆。例如,流体力学中有几个比较重要概念,理想流体、定常流动、不可压缩、平面流动、无旋运动等等,在任何一本教材中,这些概念都不是同时出现的,学生可能会对某些概念产生遗忘,或者是知道概念,但不知道具体该如何去应用,因此在相关概念介绍完之后,可以建立如下的表1,使个概念的物理含义,数学表达式一目了然。由于目前流体力学教材大多按照由浅入深的原则编写,即先讲静力学后讲动力学;先讲一元流动后讲平面流动;先讲理想流体后讲粘性流体。各章的内容分得比较细,每一章都有许多公式和理论,各公式的得出也分别采取了不同的方法,给人以流体力学的理论模型和公式非常之多难于掌握的感觉。实际上,这些理论和公式大多是交叉重复的,因此对于教材中出现的流体静止的微分方程、理想流体的运动方程以及N-S方程也可以放在一起加以总结。
另外,在有些时候,学生学完了一章的内容,却不清楚这一章到底在研究一个什么问题,这就更需要教师在上课时进行总结。以文献[1]的第四章为例,在前面的及格小节中介绍了流体运动状态、紊流的分布状况等等,学生学完之后往往会产生疑惑:为什么要研究这些东西?其中哪些是重点?作为教师应该及时告诉学生,这一章研究的是如何计算粘性流体的流动损失,其中关键的是沿程阻力系数的计算,而沿程阻力系数与流体流动的状态有关,层流可以有定解,而紊流中影响沿程阻力系数的因素过多,大多数用半理论半试验的方法求解,前面的内容是为后面做铺垫的,主要讲述了研究流体的一种思路,这样学生才能够站在一定的高度去学习和思考。
表1 物理概念和表达式的对应关系表
3.将流体力学知识与中学知识和生活联系起来
学生在学习的时候,往往会把自己新学到的知识和原有知识进行联系,同时做出比较。教师应该掌握学生的学习心理,积极引导学生进行学习。例如在讲解伯努力方程时,为了加深学生对公式的记忆和理解,可以将方程两边同乘以mg,所得到的结果类似于中学所学到的机械能守衡,首先使学生了解到伯努力方程的实质是能量守衡;但是与机械能守衡相比多出来pm/ρ=pV一项,可以解释成因为流体的流动性,整个流体不是一个整体,流体之间还存在压力能的作用,让学生进一步理解的流体的流动性所产生的影响;最后可以使学生清楚地理解每一项的含义:位置水头、速度水头以及压力水头。同样的,在学习静止液体的压强分布是可以和中学的压强计算公式联系起来,学习动量方程的时候可以和中学的冲量定律联系起来等等。
流体力学的理论性较强,公式较多,学生的理解比较困难,也缺乏相应的学习兴趣,需要教师在讲课过程中不断和生活相联系。需要教师在课程的讲解过程中,多穿插一些实际生活中的现象,与课本中的理论结合起来讲,可大大提高学生的学习兴趣。例如,在讲流体的粘性时,可以让学生比较水的粘性和糖浆的粘性;在讲解流体流动的两种状态的时候,可以让学生回想轻轻打开水龙头时的现象:开始水流是一非常细的层流细流,随着水流下降,在重力加速度作用下,速度逐渐加快,水滴开始飘动,水流由层流转化为紊流;在在讲解因边界层分离而产生的压差阻力,可以谈谈现实中的克服压差阻力的方法,一是将物体表面做成流线型(如汽车),二是增大物体表面的粗糙度,增大紊流度(如垒球),从而推迟边界层的分离。
4.注重对学生学习方法的培养
“授人以鱼,不如授人以渔”。《工程流体力学》不同于其它力学,所用的研究方法――欧拉法――是学生首次遇到的,让学生掌握方法显得尤为重要。另外,由于课堂教学时间的限制,教师不可能把每一个问题都讲透彻,就需要学生自己课后去领悟。例如,在讲解水击的形成、音速以及激波的时候,为了满足定常的条件,都用到了相同的坐标建立方法和分析方法,教师在课程上只需要讲清楚一个问题,剩下的只需要强调几个物理现象之间的区别以及由此产生不同的结论就可以了,这样既提高了了学生学习学习方法的能力,又节约了课堂教学时间。同样的还有流体运动方程的推导、相似准则数表达式的推导等等。
三、结束语
综上所述,上好绪论课、及时对所学内容进行总结、将流体力学知识与中学知识和生活联系起来以及让学生注重对学习方法的学习是教师在讲授《工程流体力学》课程中需要注意的几个方面,这四个方面在实际讲课中并没有明显的界线,是相互联系的:上好绪论课是课程前的准备,及时对所学内容进行总结是课程后的复习,而将流体力学知识与中学知识和生活联系起来以及让学生注重对学习方法的学习是方法和手段。如何提高《工程流体力学》课程的教学水平是一个十分广泛而复杂的课题,以上只是笔者在教学改革中的一些体会和认识,其中许多问题尚需进一步探索和研究。
参考文献:
[1]莫乃榕. 工程流体力学[M].华中科技大学出版社,2000.
[2]高殿荣,吴晓明.工程流体力学[M].机械工业出版社,1999.
[3]W.F.休斯, J.A.布赖顿.流体动力学[M].科学出版社,2002.
[4]李文科.流体力学与流体机械课程教学改革与实践[J].安徽工业大学学报(社会科学版).
关键词:流体力学;课程改革;考核方式;教学方法
0引言
《流体力学》是工科专业的一门基础课程,在各工程领域也有着非常广泛的应用[1-3]。通过对流体力学的学习掌握就可以为后续专业课的学习奠定坚实的基础,而在实地教学中却存在诸多问题。因为大部分本科生以前接触的力学都是简单的固体力学,研究的是看得见摸得着的事物。而流体力学着重研究流体的静止及运动状态的规律,研究流体的质量守恒、能量守恒及动量守恒三大定律及其应用,对数学学习要求较高,课程中的概念较抽象、公式较复杂[4],使很多学生难以理解其知识点,难以把握学习的要领,进而容易遗忘或者产生厌学情绪。因此,根据安全工程专业特点,对流体力学课程教学内容和教学方法等进行改革是非常必要的。
1课程教学特点及现状
《流体力学》是安全工程专业的一门学科基础必修课程,是一门多学科交叉融合的课程,涉及数学、物理学、力学等,理论性和工程实用性都较强。课程的研究对象为流体,区别于固体的主要特点是易流动,课程中的许多概念较为抽象,且方程的推导需要运用数学的方法,对学生运用数学知识分析问题的能力要求较高,总体来说,学生学习难度较大。目前,《流体力学》的课堂教学以理论知识讲解为主,习题练习为辅,要求学生数学基础、理解能力、逻辑思维能力较好,课上认真听讲,课后及时复习巩固。但是学生的学习主动性和积极性不高,课程作业的完成质量不高,只是单一的应付考试。
2课程改革探讨
为提高学生的学习效果,适应新形势下应用型人才的培养目标,培养学生严谨、认真的学习态度,培养学生分析及解决流体力学问题的能力,及运用流体力学方法进行科学研究的基本能力,并为后续专业课程的学习打下良好的基础。本文拟从教学内容、教学方法、考核形式三个方面对《流体力学》课程进行改革。
2.1教学内容
根据《流体力学》在安全工程专业中的课程定位,将流体力学的内容分为流体静力学、流体动力学基础、流动阻力及能力损失、管路流动、相似原理及因次分析等五大模块。课程内容围绕流体静止、运动两个状态及力学的三大方程展开,由浅入深。培养学生的工科思想及意识,能够对安全工程专业的流体力学问题进行分析。
2.2教学方法
整合传统和现代教学手段,采用不同的教学方式,如课堂教学与网络辅助教学相结合,将相关的习题解答方法及课堂练习同步至超星在线课堂,给学生课后复习巩固提供资料,并通过网络资源及时进行解答;多媒体教学与板书结合,将复杂的流体流动过程以多媒体动画的形式展现出来,让学生更直观的了解某种现象,增加对理论知识的理解和掌握;增加课堂习题练习及讲解,注重师生互动,注重理论练习实际,在课堂组织教学中通过师生互动调动学生学习积极性,并通过该环节了解学生课堂知识的掌握情况,及时调整讲授方法。
2.3考核方式
采用多元化的考核方式,变单纯的期末考试为平时和期末多层次考试,建立平时成绩考核机制。平时成绩考核包括章节测试、期中测试、课后作业、课堂练习及课考勤四部分内容,其中每一部分成绩占总成绩的10%;期末考试成绩占总成绩的60%。章节测试一般是针对每一章的重点难点,用3-5道典型习题,耗时45min,检测学生的掌握情况。要求学生在规定时间内完成,章节测试的平均成绩计入期末综合评定成绩。对于章节测试的习题进行批改、统计成绩、分析成绩,并对教学方法进行反馈,及时调整。课堂练习一般针对课堂中的知识点进行测试,习题主要以填空、选择、判断的形式出现,方便、灵活、易于控制时间。通过练习,让学生查缺补漏,同时根据练习情况及时调整授课进度及方法,确保学生对课程知识的主要内容了解和掌握。课后练习是对课程内容的巩固和补充,是对学生理论知识运用情况的检测,但课后作业易出现抄袭现象,对于疑似抄袭的作业,作业的分值不会给高分,通过课堂的互动可以判断抄袭者的范围,在课后习题讲解过程中有意让抄袭者进行讲解,同时通过作业重复练习,让学生真正理解作业的解题思路及方法。
【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
关键词:流体力学;课程建设;创新能力
作者简介:李伟锋(1976-),男,湖北麻城人,华东理工大学资源与环境工程学院,副教授;刘海峰(1971-),男,山东文登人,华东理工大学资源与环境工程学院,教授。(上海 200237)
基金项目:本文系2011年华东理工大学本科教育教学改革重点项目、华东理工大学《流体力学》精品课程建设项目的研究成果。
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)13-0103-02
“为什么我们的学校总是培养不出杰出人才?”这就是著名的“钱学森之问”。“钱学森之问”是关于中国教育事业发展的一道艰深命题,需要整个教育界乃至社会各界共同破解。钱老的话一针见血,既对我国高校人才培养中存在的创新性不足问题提出了尖锐批评,又对改革高校人才培养模式提出了殷切希望。[1]
为此,在党的十报告中明确提出实施创新驱动发展战略,指出科技创新是提高社会生产力和综合国力的战略支撑,必须摆在国家发展全局的核心位置。那么我国大学生的创新能力相对欧美发达国家为何比较薄弱?相比较而言,中国式教育比较注重学生掌握的“知识量”和解题能力,欧美发达国家教育更注重学生的独立思维和发现问题、解决问题的能力;中国教育侧重于知识获取和掌握,欧美发达国家教育侧重于创新能力培养。这种教育的结果导致中国学生的知识量大、解题能力强,弱点在于不善于“质疑”和“提问”,直接导致科技创新能力较差。这个问题的解决除了需要改革高等教育制度之外,也需要每个高校教育工作者共同去面对。
本文以华东理工大学“流体力学”课程建设为例,抛砖引玉,介绍如何通过课程改革,提升学生的创新能力。就“流体力学”课程而言,基本任务和要求是老师完成知识的讲授,学生完成听讲、作业及考试。但是,这些要求对创新能力培养而言还远远不够,为此对华东理工大学“流体力学”课程的授课内容、授课方式以及创新实践进行了改革和探索。
一、确立以人为本的教学改革思路
在我国古书中最早明确提出“以人为本”的是春秋时期齐国名相管仲。到了近现代,“以人为本思想”在国家执政方略和企业管理等方面有了新内涵和新发展。高等教育在教学上是以人为本,还是以知识为本?传统的大学教育模式,忽视引导学生探索新的知识,忽视对学生进行创新教育;以教师为中心,没有充分调动学生的积极性。我国目前仍有相当多的大学采用的是“我在上面讲,你在下面记”的教学方式,这没有把学生作为主体。因此课程改革的基本指导思想是要把以教师为中心转变为以学生为中心,教师是大学生创新能力培养的主导者,而大学生则是创新能力培养的主体。[2]
具体到“流体力学”课程内容的改革,以人为本的思想表现为教师设身处地为学生着想:当今大学生需要什么样的知识和能力?华东理工大学(以下简称“我校”)热能工程专业的本科生,将来一部分成为热能工程领域的工程师,一部分会进一步深造读研或者攻博,成为科研工作者。对于这两种学生,除了强化理论知识的学习和掌握之外,前者渴望了解流体力学在工程实践中是如何应用的,如何让书本上的流体力学知识成为将来工作中的工具和技能;后者渴望获取流体力学的科学研究思路及方法,如何利用现有的流体力学知识开展创新性的科学研究等。为了解决学生的需求,依托我校煤气化及能源化工教育部重点实验室的科研优势,对“流体力学”课程的授课内容进行了改革。授课过程中,除了基本的三大守恒定律(质量、动量和能量)以及纳维斯托克斯方程的讲解外,还着重对流体力学在工程中的应用和科学研究进展进行补充讲解。比如,我们加大了对流体力学的发展历史和最新进展的讲解,让学生了解流体力学学科中哪些已解决,哪些尚未解决,困难在哪里?哪些老问题有了新进展和新思维?在理论性比较强的部分,通过展示本团队在流体力学方面的研究成果,让学生了解流体力学科学研究的基本方法和基本思路,引导学生参与科研和投身科学;在实践性比较强的部分,通过展示本团队在技术开发和技术转让建设的工业装置上各个环节中流体力学知识是如何应用的,让学生获得直观的感受,为他们将来走上工作岗位打下基础。通过这些教学内容的改革,学生普遍反映课程容量大、学有所用。
二、引入探究型授课方式
我国以往的教育体制在一个很长的时间里把人才培养的重点放到知识记忆和应试能力上,学生对知识被动地接受或吸收,因而学生的创新能力没有得到有效的培养和锻炼。因此,我国高等教育的重点应该放在培养学生的创新意识上,大学教师在教授已有知识的同时,必须把创新理念传达给学生,引导学生去创新。[3]在“流体力学”课程授课方式的改革中,重点在以下三个方面对学生的创新能力进行了引导和培养。
1.从教师提问转变为学生提问
课堂提问是教师检验学生对讲课接受程度的一个有效手段,能强迫学生集中精力进行思考,但是对学生来说是被动的。我们在授课中,鼓励学生课堂提问和课间提问,也鼓励学生课后采用电话、短信和邮件进行提问。提问的内容可以是任何和流体力学相关的,对于这些提问,我们都给予详细的解答。特别需要注意的是,对于学生的原创思维,哪怕是很幼稚或者明显是错误的,教师也要予以肯定并进行委婉的引导。
2.引导发散性思维
“流体力学”课程的讲授中,注重引导学生进行学科交叉和发散性思维,鼓励学生运用流体力学的基本知识思考身边的自然现象,比如河流、龙卷风、泥石流、沙尘暴和海啸等,引导学生思考生物体内的生物流体力学现象等。在讲授流体尾流知识时,引导学生思考汽车、火车和飞机运动时的阻力形成的原因以及减小阻力的措施;在讲到流体输送机械和流体阻力时,从微观角度引导学生思考我们身体内血液和细胞液的输送和流动;从宏观角度引导学生思考自来水输水管网的铺设方式和阻力分布特点,进而让大家思考我国正在实施的“西气东输”和“南水北调”等大工程的技术特点和难点。通过诸如此类的引导,学生深刻领会到流体力学知识不光是书本上枯燥的公式和推导,而是和自己的身体、生活、生产实践以及国民经济的发展息息相关的。这些发散思维的引导,拓展了学生的视野,激发了他们学习和投身科研的热情。
3.引导学生质疑
大学生们思维方式中一个最大的问题就是对任何知识都喜欢抱着“非此即彼,非对即错”以及“教科书中的知识就是真理”的观念。殊不知,这些观念是创新能力培养的大敌,科技创新需要一股质疑知识、质疑权威的观念和勇气。因此,在授课过程中,我们告诉学生有些流体力学知识也是不完善的,也在不断发展和完善之中,需要包括在座的各位同学在内的众多科研工作者去继承、去发展、去完善。比如,流体力学中的湍流是公认的世界级难题,在现阶段还没有完善的公式和理论,但是近年来在不断发展和完善,通过这种存疑方式的教学,来引导学生挑战权威和经典的意识和勇气。
三、全面实施创新实践环节
提高大学生的创新能力,创新实践是重要的一环,是创新能力培养从理论走向实践的关键。为了提高大学生的实践能力和创新能力,我校每年开展各种级别(校级、上海市级和国家级)大学生创新实验计划项目,并进行一定的经费资助和跟踪管理。为此,我们每年开展多项流体力学相关的各种级别的大学生创新实验课题。这些课题分成两种类型,一种是修完“流体力学”的学生根据兴趣,通过查阅相关资料后自拟的课题;另一类是教师从承担的各种科研项目中挑选流体力学相关的小课题来供学生进行双向选择。在整个项目的实施过程中,从资料的查阅到课题的立项,从项目组成员的组建到经费的管理,从实验装置的搭建、实施到数据处理,从撰写创新实践论文到项目检查和答辩,都是由学生来实施完成的,教师只起到指导和协助的作用。学校在项目的执行过程中,主要起到监督和管理的作用,比如项目的立项答辩和筛选、中期检查和结题验收答辩以及经费使用的监督等。在项目立项、中期检查和结题验收几个环节都有严格的淘汰制,防止有的学生走过场、片面追求创新学分而不注重实效。通过实施这些创新实验项目,学生巩固了书本知识,更重要的是完成教学和科研的互动以及理论和实践的结合,培养了学生思考问题、发现问题、解决问题的能力,创新能力得到了较大提高。
四、结语
创新人才的培养是摆在教育工作者面前的一项刻不容缓的系统工程,需要努力探索新的思路和举措。在课程建设中,应贯彻学生是主体、教师是主导的教育思想,树立知识、能力和创新三位一体的教育理念,构建注重培养学生科学思维、实践能力和创新能力的新教学模式。教学过程中,应引入探究型学习模式,引导学生质疑和提问,并使学生积极参与创新实践环节。通过这些课程和教学方式的改革来综合提高学生的创新能力,以培养适应新世纪我国现代化建设需要的具有创新精神、实践能力和创业精神的高素质人才。
参考文献:
[1]马德秀.寻找人才培养模式突破 致力培养创新人才[J].中国高等教育,2006,(11):19-21
【关键词】流体力学实验 大学物理 实验创新
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2015)10-0175-02
1.引言
对于理工科院校来说,大学物理实验是一门必修课,同时这门课程具有的实践性也是相当强的,作为大学生接受大学教育关于系统试验方法和实验技能训练的开端,但是,从当前教学工作的开展来看,大学物理实验教学存在不少问题,常见的就有普遍存在“填鸭式”这种单一的教学模式,在教学理念上也没有太大的突破,“验证理论”模式仍然是主导,教学内容上多存在繁多和陈旧的问题,经典性试验所占的比重比较大,而设计性试验的比重较少,课时不足,影响了学生学习的积极性,未能取得理想的教学效果。这一系列问题导致大学物理实验教学质量难以实现质量上的跃进,可见,对实验课程内容和实验体系的改革是势在必行的。笔者以流体力学实验为例,谈谈当前大学物理实验的创新研究。
2.传统流体力学实验普遍存在的问题
2.1实验内容不够丰富,实验课时不足
结合流体力学实验教学来看,主要集中在流体压强测量到流体力学三大基本方程的验证等内容上,这就是大部分属于验证性实验,设计性实验安排不到位,缺乏了综合性实验,阻碍了学生关于创新能力方面的培养和发展,还有一点值得注意的是,当前大学教育仍然没有摆脱重理论、轻实践的弊端,所以实验课程安排的课时是不够的。
2.2教学方法和教学模式未有新破图
受到了我国传统教学观念的影响,在实验教学的过程中,老师通常采用的教学步骤都是讲授-演示-指导-批改实验报告等,而学生就一味地跟着同一个指示来进行实验,缺乏了自己的思考,一旦发现问题,也是请教老师来直接帮忙助理,那么实验课程就会无形中形成了一门应付式的课程。
2.3实验室开放工作开展程度不够
当前高校基本上都开设了关于流体实验操作的相关设备和平台,而高校也普遍存在着这样的一个问题:实验室仅仅对参加竞赛的同学或者一部分教师开放,这样不仅导致设备没有得到有效的利用,还影响了学生对实验设备的认识,所以即使实验设计方案多么理想,也会导致学生因为不能使用设备的问题,而无法进行开放性实验,从而也就不利于学生自主创新能力的培养。
3.完善当前流体力学实验的对策
3.1改进实验内容和教学方法
适当修改目前使用的实验指导书,目的就是将原理方面的内容尽量做到简明扼要;实验操作的步骤不宜过于细致;第一,可以考虑通过增加思考题和小设计来激发学生的学习兴趣,在流体流动方面可以增加压强、液位、流量和流速等方面的测量,让学生能够在宏观的层面上对流体有一定的感知,通知在大脑中也能形成关于流体的基本表征的感知,加强学生对理论知识的学习;第二,增设演示性实验的内容,让学生可以提前对仪器有所认识,从而实现了学生课堂上对抽象概念的感性认识,也有利于区分不同实验的侧重点指出;针对验证性实验来说,研究的重点应当在实验原理、操作技能、数据分析和整理结果上,要求学生能够结合实验基本原理,运用所学到的知识,将实验过程和步骤详细地写出来,设计出数据处理的方法,能够对实验结果进行分析和整理。
3.2改进实验教学的模式
重视学生启发式教学的意义,结合实验目的和内容,通过举一反三的提问方式,为学生提供独立思考的空间,要求学生注意对实验现象的观察,增加对实验规律的分析和总结,而老师也应当在这个层面上进行总结,可以对学生提出更加深一层次的问题来让学生再次思考。
3.3转变实验方式
用设计实验或者综合性实验取代部分实验,让学生能够在实验中将所学的知识充分利用起来,以雷诺实验为例,测量圆管内流过的水体积是利用接水盘的,而水流的时间是通过秒表来测量的,从而再对圆管内水流的速度进行计算。同时,我们可以让学生设计出几个方案,采用不同的方法来对圆管内水流的流速进行测量,例如,通过毕托管和孔板来对流量进行测量等。学生在进行设计方案的过程中一般都会对毕托管、孔板等相关流量计的测量原理和构造产生了解,这在一定程度上又可以巩固自己所学到的理论知识。这样的教学模式对于老师来说,促进了老师对实验的专研素养,业务能力有所提高,对于学生来说,其学习的思维的活跃程度也有所上升,激发了学生的学习兴趣,提高了学生对于新知识的理解能力,让学生可以在独立的空间内进行思考,实现实验的创新。
4.结束语
进行实验课程教学,一方面需要对学生独立解决问题的能力进行培养,另一方面还需要激发学生在学习过程中的学习兴趣,改变过去学生依赖老师的心理,让学生的综合素质可以得到全面的提高。流体力学实验教学在学科学习中的份量不可忽视,其能够将学生的理论知识和实践活动紧密结合在一起,调动了学生的学习积极性,实现创新能力的培养。
参考文献:
[1]虞娇婷,陈都,曹志旭.基于FLASH的虚拟流体力学实验平台设计[J].科技风,2015(05).
关键词:教学目标;流体力学;理念
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2017)07-0199-02
一、引言
随着新信息技术的发展,高等院校课程的教学模式已从粉笔加黑板传统单一的授课方式进化为应用现代化教学设备如多媒体课件、微课、幻灯片等多元化的授课模式。现代化的教学手段使枯燥的理论知识、复杂的运行状态、难解的装置结构呈现在屏幕上,化解了问题难点,开阔了学生视野,拓展了学生思维,节省了授课时间,为更新内容创造了条件。本人作为教学一线教师,充分认识到有些课程,特别是专业基础课和专业课的概念抽象,理论晦涩难懂,学生产生了抵触情绪。经十余年教学经验总结,以流体力学课程为例提出采用现代化教育手段激发学生发散性思维从而达到提高学习兴趣的目的,在讲授过程中与实际应用紧密联系在一起,使学生达到举一反三、触类旁通,并通过课上提问、随堂测验、实验检测与期末考试来考核学生学习效果的理念。流体力学课程在教学过程中遵循“以人为本”的教育理念,充分发挥教师的主导作用和尊重学生的主体地位,根据学生特点精心做好教学设计方案;教学队伍成员教学思想活跃,积极开展教学改革和教学研究工作,承担校级教学研究课题,大大推动教学改革工作;课堂教学采用启发式教学方法,加强习题课、讨论课比重,注重学生能力培养等等。
流体力学课程是我校建筑环境与设备工程、给排水科学与工程、环境工程、热能动力工程等多个专业中核心专业基础课程之一,是其他专业的主要专业基础课程,在专业培养方案及整个教学体系中处于承上启下的重要位置。但由于该课程理论性较强,概念抽象,学生普遍缺乏对流体的感性认识,使流体力学课程历来被认为是教师难教、学生难学的课程之一。因此,需要在教学方法、内容及形式上做出改进,在此基础上本文提出了基于IAE(Interest,Apply,Exam)理念的教学模式。
二、学习的兴趣――Interest
流体力学学科既是基础学科,又是用途广泛的应用学科,它不但涵盖了经典理论而且与各类工程专业紧密结合。所以又可以称之为既古老又充满活力,不断发展的学科。在教学内容上我们科学地处理了“基础”与“前沿”、“经典”与“现代”、“理论”与“实际”的关系,建立了完善的培养方案和课程体系,流体力学课程体系可分为基本理论、基本应用与专门课题三大模块。对于这样一个课程如何提高学生学习兴趣,首先,从开课伊始便让学生对授课老师产生兴趣,继而对该课程产生兴趣。为此需老师通过丰富的阅历、发散性的思维、渊博的知识、新颖的教学方法等来吸引学生、激发其学习兴趣。课程内容固定,但教学方法是灵活的,结合实际生活、学科的前沿知识引导学生去提问、思考和探索。比如讲到流体的物理学性质――粘性,学生看到教材上枯燥的长篇理论,深奥的道理很可能兴趣全无,在讲授过程中将日常生活中常用的水与食用油作为切入点,对比两者粘性大小,引起学生好奇,达到活跃思维,激发创新的目的。另外,在高科技技g引领下,每个人都离不开智能手机,学生也不例外,甚至课堂上玩手机,既然离不开手机,索性将一些枯燥的理论制作成生动的视频,与学生共享,在枯燥的课堂上用现代的技术手段(微课或慕课)活跃气氛,激发学生学习的积极性。这样学生通过发散性的思维模式去理解抽象的概念往往会有意想不到的结果,进而将书本知识内容融会贯通、学以致用,即使是再枯燥的理论也会产生浓厚的兴趣。
三、实际的应用――Apply
当前流体力学课程的发展进入了一个崭新时期,分析手段更加先进,与其他学科的交叉渗透更加广泛深入,与实际工程联系更为紧密。为有效提高教学效果,更好地实现培养目标,经过多年的摸索,我校形成了能够理论联系实际,课内外结合,融知识传授、能力培养和素质教育于一体的显著教学效果组织形式,即理论课教学―实验实习―课程设计互动的综合教学模式。遵循了从实践中来到实践中去的原则,符合学生对知识从感性认识到理论学习再应用到实践的认识规律。这种教学内容的组织与安排模式各环节紧密衔接,理论与实践结合得更加紧密,使学生在学习知识时能够融会贯通,对培养学生的创新思维和独立分析问题、解决问题的能力具有较好的效果,促进了学生综合素质的提高。该课程的基本应用是指应用流体力学的基本理论及相关方程求解与专业相关的典型工程流动问题,如孔口、管嘴及有压管路流动,以及气体射流流场特征与参数求解等。专门课题是指对流体力学领域中的一些典型或热点课题,如“流体减阻理论与方法”及“有压管中的水击现象”等给予生动形象的讲解。并将该课程应用到专业前言知识中去,比如海绵城市建设,智慧水务与智慧城市构建、水资源开发利用存在问题等,能够达到更好的教学效果。
四、考核的方式――Exam
学生考核的可靠性和可行性问题一直是我们探讨的问题。教学过程中全面考核学生的能力,主要方式有以下几种:
1.随堂测验与课后作业:流体力学知识点较多,每次课都需留3―4道习题练习,以便学生掌握巩固课堂所学内容,考核知识积累能力。教师通常批改一半作业,另外通过辅导答疑了解学生的学习情况,从而在课堂上有针对性地进行教学总结,提出存在的问题,研究解决办法,提出改进措施,教师对每个学生每次的作业都要有成绩记录。
2.实验考核:该考核可检测学生理论联系实际、分析问题的实践能力,实验指导教师对实验报告全批全改。学生完成作业和实验报告质量较高,教师对作业和实验报告的批改量≥70%,且有成绩记录。通过基础性实验教学加强学生对基本概念、理论的理解掌握,使学生掌握静压强、动压强、流量、水头损失等基本参数的测量方法及基本技能;通过综合性实验,培养学生对实际工程中涉及的流体力学问题进行实验研究的兴趣,使其在实验的安排与设计、仪表的选用、现象的观察、实验数据的处理、结果的分析及报告的撰写等方面均得到较好的训练,从而为学生创新能力和综合素质的培养创造条件。
3.期末考试:该环节主要考核学生综合分析和解决问题的能力。通常考试是检验学习效果的一个重要途径,但是我们要避免一考定最终成绩的现象,因这样有些同学会在考前死记硬背课本上的内容,或“临阵磨刀”,甚至“越磨越糟”,往往适得其反。多年来,流体力学一直使用试题库出题,考题难易适度,试卷内容包括基础知识与基本理论、分析计算能力、灵活应用知识,符合教学大纲要求,体现了教学过程中加强基础知识、基本理论及基本能力的教学思想。
4.总评成绩:综合以上几方面确定学生的最终成绩,即平时成绩、实验成绩与期末考试成绩的加权组合。实践证明此计分方法,既激发了学生的学习积极性,又全面考核了学生全学期的学习成绩。
除此以外,我们利用校园网络平台,建立流体力学网络辅助教学体系,在网上提供教学大纲、电子教案、教学日历、自我测试题、电子版流体力学题库、题解、学习指南、模拟试卷、多媒体课件、教学录像及网上答疑系统等,建设丰富的网络教学资源,给学生课后复习、自学、辅导和练习创造条件。
五、结语
本文提出的基于IAE理念的教学模式已在我校部分院系逐步发展,但仍处于探索阶段,为了提高教学质量,有效地实施高等院校的素质教育,培养创新型人才,我们应该随着时代的步伐,技术的革新不断地去调整教学模式与方法,更好地适应时代的发展。通过采用有效的教学方法、先进的教学手段和灵活的教学方式,使教学更加科学化、规范化、生动化和形象化,将所要讲授的内容与一系列问题相结合,启发学生思考和研究,鼓励学生提出问题,开展课堂讨论,鼓励学生大胆发表不同见解。有效地调动学生的学习积极性,使学生容易掌握重点和难点,所学知识能够连成线,穿成串,结成网,形成体,教学效果显著,同时培养了学生独立思考、创新意识和创造性思维能力。
参考文献:
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[3]王建平.力学课程教学改革浅析[J].教育科学,2009,(01):183.
关键词:发射架;流体力学
【中图分类号】G712
近些年来由于高压气动捕捉网发射装置这种非致命武器在军事、维护治安和野外勘察等多种领域得到了广泛地应用,这种非致命性武器的相关研究在全世界范围内也受到了越来越多地重视。高压气动捕捉网发射装置的发射架、弹丸拉头的空气动力学特性和流动规律为主要研究对象,基于流体力学、空气动力学和计算流体力学CFD,对发射架、弹丸拉头设计与流场数值模拟相关问题进行了研究,具有一定的经济价值。
高压气动捕捉网发射装置在国外自问世以来,便迅猛占领欧美市场,且目前美、英、法等发达国家和地区在防暴警察身上基本配备了该装置。为完善我国的司法实践,缩小我国和先进国家警察装备的差距,在我国有必要推广使用和研究此装置。
本文先对高压气动捕捉网发射装置进行了详细的介绍,然后建立了发射架的三维流场模型,基于Fluent计算流体力学软件,采用标准湍流模型对发射架进行了三维流场进行了数值模拟,对模拟结果进行了分析及规律总结。先对高压气动捕捉网发射装置进行建模及模型简化,利用FLUENT仿真软件中的流场分析模块对发射架及弹丸拉头进行流体特性研究。在气源及气压不变的情况下,通过仿真改善系统结构,以期模拟得到最高的发射初速度。依据仿真结果,对捕捉网发射装置进行实际优化与改造,这样既可以为高压气动捕捉网的优化设计提供了有价值的参考依据,也可以显着地减少设计成本。对整个流场的流动状态和压力、速度矢量等各种气动参数进行了详细分析,综合考虑,发射架的支撑板上孔的直径为3mm,数量为4个且导流筒的角度为14°时为最优结构,其综合气动性能优异,具有较大的推广价值。
高压气动捕捉网发射装置为便携式捕捉网发射器,其特点是体积小、重量轻、携带方便,以便根据实际需要可捕捉目标,并且此装置是非致命武器,广泛运用于公安的执法工作,也运用于铁路、矿山、资源保护区、工厂、银行、商场及公共娱乐等场所和治安保卫工作,在需要制止或捕捉犯罪嫌疑人时,当目标一进入发射的有效距离时,就可对准目标按下开关按钮,射出捕捉网,即能将目标罩住。
高压气动捕捉网发射装置以压缩气体为动力,利用气体压力释放产生的动力,将气体压缩到钢瓶中,利用空气管里的针尖扎破钢瓶,使高压气体释放在整个空气管和回帽里。然后将引发机构上的开关按钮处于开的位置,摁下按钮,打开保险锁,让高压气体穿过引发机构到发射架中,推动8个橡胶拉头带动捕捉网呈一定角度向前运动。网在运动过程中迅速张开,遇到前方目标时,捕捉网的橡胶拉头由于惯性作用,自动盘罩目标,从而达到抓捕目标的效果。
建立高压气动捕捉网装置中的三种外形弹丸拉头的三维实体模型、二维流场模型的构建,基于计算流体力学软件Fluent,采用RNG湍流模型对弹丸拉头进行了二维定常流场数值模拟分析,得到了整个流场、弹丸拉头附近的流动状态和压力、速度矢量等分布及阻力系数等重要气动参数和重要气动规律。数值仿真研究具有可行性,流线型弹丸拉头综合平衡了阻力、压强、速度等诸多因素,具有优良的综合性能。
在完成了高压气动捕捉网发射装置发射架和弹丸拉头结构优化的基础上,改善高压气动捕捉网装置的密封性能。将高压气动捕捉网装置空气管中的U形圈改为V形圈。这些研究结果对此装置的改进具有重要的指导价值。
以高压气动捕捉网的发射架、弹丸拉头的空气动力学特性和流动规律为主要研究对象,对发射架和弹丸拉头的设计与流场数值模拟相关问题进行了研究。其综合气动性能优异,具有较大的推广价值。建立了高压气动捕捉网装置中的三种外形弹丸拉头的三维实体模型、二维流场模型的构建,并进行了精细的网格划分,基于计算流体力学CFD软件Fluent,采用RNG湍流模型对弹丸拉头进行了二维定常流场数值模拟与分析,对整个流场、弹丸拉头附近的流动状态和压力、速度矢量等各种气动参数进行了详细分析,得出了阻力系数等重要气动参数和重要气动规律。数值仿真研究具有可行性,流线型弹丸拉头综合平衡了阻力、压强、速度等诸多因素,具有优良的综合性能。
研究结果既揭示了弹丸拉头的一般气动规律,为研究高压气动捕捉网装置空气动力学提供了一种较为直观和有效的方式;又证实了数值模拟的可信度,为高压气动捕捉网装置的设计、改进及研发工作提供了技术参数和新的研究思路。
介绍密封技术,并对O形和V形三种密封圈特点进行简单说明,为高压气动捕捉网装置密封性能的改善提供基础理论知识。然后对高压气动捕捉网装置空气管密封性能进改进,将O形圈改为V形圈。
高压气动捕捉网发射装置,对于高压气动捕捉网发射装置结构的发射过程是一项众多因素相互作用相互制约的过程,因为各种参数都会影响二氧化碳气体速度的大小,而流场中流体的层流和紊流随速度不同而变化。本文在高压气动捕捉网发射装置的仿真实验和真实实验分析方面做了一些相关的工作,但由于自身条件及实验条件的限制,本文在如下方面还存在不足或需要进行进一步深入的研究、拓展和完善:1.限于实验条件的限制,本文未进行改进后装置的实际发射实验,仅采用Fluent进行数值模拟的验证。这影响了本文的完备性及数值模拟的可信度。后续研究应与改进后装置的实际发射试验相结合。
使用Fluent对发射架进行仿真时,为了更方便得到仿真结果,未考虑当地气温对整个发射过程的影响,后续研究应考虑不同地方的气温对发射过程的的影响,这样能更接近真实情况。
参考文献:
教育模式在从应试教育向素质教育转换的过程中,如何去把握课堂上教师的“教”与学生的“学”之间的关系,己成为教育界同仁们共同关注的问题。教育的最终目的是让学生在掌握前人积累的丰富知识及经验的基础上,不断发展和创新。前苏联著名教育家苏霍姆林斯基说:“只有能够去激发学生进行自我教育能力的教育才是真正的教育”[1]。现代社会信息瞬息万变,教育者除教授知识外,更重要的是教给学生获取知识的方法和激发学生的学习兴趣,由学生主动去学习适合自己特点的课程。因此,学校的任务是研究如何向学生提供最好的服务,提供可以自由探索、自主学习的学习环境,改变“以教师为主体”的传统教学模式,在先进的教育科学理念的指引下,充分发挥现代化教育技术手段的作用,管理教学,组织教学,实施“以学生为主体”的教学模式。
一“以学生为主体”教学方式的内涵
“以学生为主体”的教学理论,目的是让学生亲身经历知识的获得过程,体验成功的喜悦,培养学生的独立性、自主性、创造性。教师应该注重培养学生的参与意识,为学生探究知识创设物理情境,激发学生的创造潜能。在传统的教学中,教师是知识的拥有者、传授者,是教学过程中的绝对“权威”,学生则是“容器”,教师讲课的主要教学手段和方法是如何将知识输送到所谓的“容器”中去[2]。整个课堂上教师是主导者,是核心人物,而学生则是服从者;课堂是教师讲,学生听;教师写,学生记。教学中,学生完全处于被动状态,主要依靠教师在进行消极地学习。该方法严重影响了学生创造力和想象力的发挥,不利于提高学生学习知识的兴趣和运用所学知识的能力,这是与培养学生的创造性、自主性、独立性教育目标背道而驰的。教师应是整个教学活动的设计者、组织者,应该扮演引导者和参与者的角色,学生才是教学活动的主体。因此,教师应该在把握住“以学生为主体”的教育模式的内涵的基础上,努力为学生创造一种探究学习的气氛或情境,让学生根据探究的目标进行探索、甚至猜测,由学生通过自己的努力去获得最后的结论,让学生真正成为整个教学活动中的主体。当然了,“以学生为主体”的教学理论并不意味着教师的指导没有必要,教师不仅要帮助学生营造一个良好的学习气氛,更重要的是,教师在教学中应起引导和导向的作用。让学生独立自主地进行探究和学习当然重要,但是,为保证学生的探究和学习活动顺利进行下去,教师的有效引导也是非常必要的。
二计算流体力学课程的特点
计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,以下简称为CFD)是通过计算机数值计算和图像显示的方法,在时间和空间上通过数值解来定量的描述流场,从而达到对物理问题研究的目的的一门课程。CFD 可以作为一种研究工具去形象的展示流场的内部结构,从机理的角度解释相应流动的特点;也可以作为一种设计工具对产品的性能进行预测,从而达到节省研发成本的目的。总之,CFD 在现代生活和工业生产中的很多方面已表现出了巨大的作用[3]。
计算流体力学是流体力学的一个分支,它不仅是一种有效的关于流动和传热问题的研究手段,而且在几十年的发展中,又自成体系而成为一门独立的学科。CFD 是建立在流体力学的基础之上的,它的主要目的是求解微分方程,所以要学好这门课程,就要很好的掌握计算方法、偏微分方程的数值求解等课程的基本知识,同时,还要有很好的物理问题抽像简化能力及对结果的各种处理分析能力,正是由于CFD 课程的这种多学科交叉基础的特点,所以将其设置为研究生课程,也正因为如此,大部分学生在学习该课程时,常感到该课程的理论性强、概念抽象、公式推导复杂等诸多难点。
三硕士研究生阶段的教学特点
硕士研究生阶段专业课与本科专业课相比有深、广、新、专等特点,同时还要更高层次地体现素质教育的特点。所谓深,是指研究生课程应对该课程所涉及到的领域具有更深的论证、探讨与描述,以使学生对本学科有更深层次的理解。所谓广,是指研究生课程所涉及的内容应比相应的本科生课程涉及更广泛的领域,特别是与本学科的交叉领域。所谓新,是指研究生课程的内容应主要反应该领域科学技术的最新成果、最新的理论、观点与研究方法。所谓专, 是指与本科生相比,研究生教育具有更强的专业性,是为科研、教育、企业、政府、社会等各个部门培养实用的高级专业人才。研究生专业课的内容除了应具有上述特点之外还必须在更高层次上体现素质教育的特点,研究生的专业课教学必须在所有细节上都渗入素质教育的思想,使学生能够在自我培养、知识创新、思想表述、学术交流、协作精神、竞争意识等方面都有所提高。硕士研究生专业课程的教学内容不应该全部都是完全成熟了的经典的理论与方法, 而是要让学生了解本领域正在发展着的、有争议的、探索性的观点、假说、设计思想、研究思路、实验方法,等等。这就要求学生具有自主的、批判与选择的能动性;具有能够发现问题,研究问题和解决问题的能力;具有将所学内容进行能动比较,融汇贯通和总结提高的能力;具有将所选定的研究方向和现有条件相结合并归纳与提炼出研究课题的能力。
硕士研究生一般都经过了完整的本科四年教育,大多数为本专业或相关专业的优秀毕业生。他们大都较好地掌握了学习方法,特别是自学方法,并已养成了刻苦钻研的习惯。这一群体不但已初步掌握了本专业的最基本的理论基础、基本概念,还掌握了在这一领域工作的基本方法与基本原则。具有了在本领域进行科学技术研究或工程设计的基本素质。同时,这一群体的成员都经历过严格的毕业论文或毕业设计的工作与答辩过程,具有一定的独立分析问题、解决问题的能力。因此,硕士研究生到了专业课学习阶段,已具备了“学生主体”模式的教学条件。
四在教学和考试中应体现“以学生为主体”
研究生阶段的教学不同于本科阶段及其之前阶段的教学方式,前者以“研”为主,后者则以“学”为主,所以研究生教学应以研究为导向,以创新或者说研究成果的数量和质量为评判优劣的标准。
1 教学方法的改变
培养研究生检索文献和自主学习的能力是实施“以学生为主体”教学方式的第一步。文献检索是研究生从事科学研究的最重要环节。科学研究是具有连续性和继承性的,尤其是对刚从事研究性学习的学生,查找文献资料,掌握某一研究领域的发展现状及动态是进行研究性学习的第一步,这一步进行得好坏直接关系到以后一系列的研究活动。因此,在计算流体力学课程的学习中,教师可通过布置“文献检索”作业,让学生根据自己的兴趣爱好或课题方向查阅最新的中文或外文文献,写出此方向的文献综述;并鼓励学生整理成科技论文向国内外相关科技刊物投稿,并争取发表。研究生通过这样的学习锻炼,能提高他们的文献检索和总结提炼的能力,可为他们将来进行科研和撰写毕业论文奠定一定的基础。
开展课题研讨活动,培养研究生解决问题的实际能力及口头汇报能力是实施“以学生为主体”教学方式的关键。为达到此目的,教师在教学中可以将3~4 名研究生分为一个讨论小组,为每个小组布置不同的研究课题,让学生们在认真研究和理解文献的基础上,找出具体的切入点深入研究,并在课堂上分批次的汇报各自小组的研究内容,包括物理问题的简化,数学模型的建立,具体的求解过程及参数设置,以及结果的详细分析及讨论。在课堂上,每个研究生还可有选择性地汇报各自文献检索结果的综述,把自己感兴趣的和有深刻理解的专题进行讲解,其他的学生也可以现场提问,这样,研究生在汇报和回答提问的过程中,他们的理解能力和表达能力也都同时得到了锻炼.
2 考核方式的改变
在选修课的学习中,如果仍然采取传统的闭卷考试作为课程考评方式的话,就很难看到创新的教学改革手段体现在研究生身上的效果,因此,在课程的考核方法上应大胆改革,比如考核内容和成绩可如此规定:在100 分的总成绩中,报告占50 分。其中,对理论和方法的理解是否全面、准确和深刻占30 分;讲述是否清晰和是否引人入胜占10 分;讲解过程是否结合现代化媒体手段(如POWerpOINT,FLASH)占10 分,同时对积极提问和踊跃发言者适当加分;文献检索作业占10分,对检索较多外文文献的学生,如文献内容新颖,且紧跟科技发展的,可给予加分,而少交或迟交作业者则酌情扣分;FLUENT 软件实例计算作业占20 分,要求有详细的前处理网络模型和详细的结果处理分析,并且对总结成科技论文在优秀刊物上发表者给予加分;期末论文投稿占20 分,要求按标准科技论文格式书写,内容要详实、全面和观点独到,并以优秀篇数和刊物水平作为加分依据[4]。以上课程考核措施的制定,都是以调动研究生学习计算流体力学课程的积极性为首要前提,旨在提高他们的科技论文写作能力和解决流动传热实际问题的能力。
总之,“以学生为主体”的教学模式的实施是一个长期的、循序渐进的过程。在此过程中,势必会出现诸如教学内容更新、教学进度和学时调整等一系列新问题,这就要求任课教师要具有坚定不移的决心和高度负责的责任心,要以提高研究生的竞争力和生命力为己任,要不断创新、开拓和探索更加有效的教学手段和方法。另一方面,各级领导应该鼓励和支持对研究生课程的改革,研究生教学管理部门应承认并奖励教师在实施教学改革中增加的学时数量,在政策和经济上给予支持,创造有利于实施教学改革的环境和氛围,从而使之得到不断的深入和完善。
参考文献
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[2]陈德平, 倪文. 硕士研究生专业课教学中的“学生主体”模式认识与实践[J].中国冶金教育,200(5):65-68.
1 实验实践教学中的相关问题
从国内相关院校以及上海海洋大学工程学院工程基础实验、实践教材建设情况看,目前理论与实际相联系的内容详实、规范实用的实验、实践教学系列教材十分缺乏[5]。上海海洋大学经过几年的实践教学探索,虽然取得一些成绩,但也存在需要改进与完善的问题:首先,在实验、实践教材建设上没有系列化,正式出版的实践教材很少;其次,实验实践教学内容缺少深度和层次性,缺乏相关课程群组的关联与集成,较常采用传习性、因袭性的教育方法,缺乏对学生探究问题的鼓励;再次,实验实践教学考核模式单一,缺乏考核的层次性和多样性,采用所有学生按部就班地做一样的案例的方式较多,不利于学生综合能力和创新意识的培养[6]。
为了解决上述问题,实现上述目标,就要更好地发挥高校本科实验实践教学的作用。工程力学基础尤其是工程流体力学是海洋类大学的重要基础课程,本文以工程力学基础课程(工程流体力学)为主要研究对象,通过对本课程大纲、环节模块以及相关课程群的梳理,调研分析现行课程实验实践内容、条件以及不足之处,利用模块化层次化的架构,探索实验实践中的管理与运行机制。鉴于上海市教委对大学生创新的鼓励与项目的加大投入,本文提出对基于大学生创新能力培养的实验实践教学优化管理方案的研究,通过本科生创新思路、想法以及项目的综合分析利用,推动实验实践教学体系的优化进程。针对实验实践环节条件与教材完善,学生创新思想引导理论教学与实验实践内容深化,以及实验实践教学多方式灵活考核方法等方面展开探索,对现行工程力学基础课程实验实践教学的优化管理进行研究。
2 基于创新能力培养的教学优化管理方法
针对上述问题,基于大学生创新能力培养,推进工程力学基础课程实验实践教学的优化管理模式,优化工程综合类本科实验实践教学质量的关键领域和薄弱环节,优化本科实验实践教学的管理模块与层次,更好地为学校教学综合管理提升以及本科学生能力培养和素质提高提供服务和参考。
方法实施的主要流程包括:
1)以工程流体力学专业基础课程为对象,分析现有教学大纲,理清各个环节模块关系,研究构建学校、学院其他与之相关的课程群模型,完成与工程流体力学课程内容匹配与互补的体系架构;
2)总结现有实验实践课程开设情况与条件,分析与现有课程群组的关联关系,总结尚缺的环节条件;
3)调研分析现有大学生创新项目,结合工程流体力学理论课程与实验实践课程,完善更新实验实践教学系列教材;
4)以现有大学生创新思想需求及项目为基础,深化扩充现有实验实践教学案例、内容、环节及模块;
5)按照模块化训练模式,主要包括基础训练模块、专业训练模块以及综合训练模块来进行。
3 实施效果及分析
以上海海洋大学大三下学期本科学生为对象,针对开设的工程流体力学理论课程与实验课程、物流系统建模与仿真实践课程,采用上述方法,具体步骤如下。
1)整理大学生创新思想及项目,融入实验实践课程内容中,推进完善教学内容。
2)基于层次化、模块化的递阶式研究方法,分析并构建工程力学基础课程本科实验实践教学的优化管理机制与体系。
3)结合理论教学条件内容,在基础训练模块中,所涉及的实验实践内容主要是操作性实验,此类实验着重培养学生对应用及专业基本知识的理解和掌握,培养学生严肃认真的态度并为后续课程的学习提供基础知识。
4)在专业训练模块所涉及的实验实践内容主要是分析设计性实验,此类实验着重训练学生运用所学知识和获得的基本的实验技能,综合多课程群组的综合知识,在教师指导下对专业知识的全面理解和掌握,培养学生综合运用知识的能力以及创新思维设想。
5)在综合训练模块中所涉及的实验实践内容主要是综合性实验,结合现有和预想的创新思路项目,此类实验着重把理论知识和实际运用结合起来,接近实际工作,并深化学生在前两个模块中掌握的实验方法和操作技能,培养学生的综合分析能力和创新能力。
6)利用实验与问卷调查结合的方法,验证所获得的研究成果的有效性和实用性。
方法通过两届学生课堂实施进行验证,实施过程中的课堂效果与学生表现良好,课堂质量以及互动明显提升。分别对两届4个班的48名学生进行抽样问卷调查,通过结果分析显示:42名学生喜欢基于大学生创新能力培养的实验实践课程改革模式,3名学生选择一般,3名学生选择不喜欢而更习惯于传统教学方式;43名学生认为该方法值得推广到其他相应课程,4名选择一般,1名选择不值得推荐;对于存在的问题,学生反映较多的是除了大学生创新思想引导,还应加入更多的工程案例,因此融入合适的工程案例是继续改进的内容;同时学生通过课程引导,思路源于课程实验与实践,新增获5项大学生创新项目。
4 结束语
本科实验实践教学是培养大学生动手能力、创新能力以及解决分析处理实际问题能力过程中不可缺少的重要环节,而大学生创新精神和创新能力的培养与实验实践教学的管理机制是相辅相成、密不可分的。以工程流体力学实验实践课程为例,本文提出的基于大学生创新能力培养的方法在于改革优化现有的工程力学基础实验实践教学管理体制和运行模式,突破实验实践教学传统的不适应新形势的管理理念,创造新的人才培养模式,多角度全方位为学生实验实践教学管理与质量的提升提供参考。基于大学生创新能力培养,促进本科实验实践教学质量及管理机制的有效运转与提升,在全方位培养学生创新项目与能力的基础上,更好地推动工程力学基础课程本科实验实践教学的完善运转,更好地为学校其他专业课程的实验实践教学管理给予借鉴与参考。
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