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《工程流體力學(xué)》是工科專業(yè)的一門基礎(chǔ)學(xué)科,是力學(xué)的一個重要分支,主要目的是為了將流體力學(xué)知識充分運用到生產(chǎn)生活當中。工程流體力學(xué)的研究方法主要包括實驗研究、理論分析以及數(shù)值計算等。其中實驗研究主要是利用各種實驗儀器對流體現(xiàn)象進行觀測分析,總結(jié)出流體運動的規(guī)律,并在此基礎(chǔ)上進行預(yù)測,通常采用模型進行實驗分析;理論分析主要是根據(jù)質(zhì)量守恒、動量守恒以及能量守恒等定律,加以數(shù)學(xué)分析的手段,對流體運動進行分析研究;數(shù)值計算則是利用數(shù)學(xué)語言將流體運動的普遍規(guī)律表達出來,從而獲得質(zhì)量守恒、動量守恒以及能量守恒的計算方程,這些方程組合在一起成為流體力學(xué)基本方程組?!豆こ塘黧w力學(xué)》課程設(shè)置的根本目的是為了讓學(xué)生熟練地掌握流體的機械運動規(guī)律,將其運用到實際生活當中,以此來解決各種與流體力學(xué)相關(guān)的問題,但是長久以來我們在課堂教學(xué)中所強調(diào)的是知識點的灌輸,學(xué)生進行機械化的記憶,缺乏創(chuàng)新,因此需要對傳統(tǒng)的教學(xué)理念進行徹底改變。
(一)幫助學(xué)生建立流體力學(xué)的思維方式
《工程流體力學(xué)》的教學(xué)大綱要求學(xué)生能夠了解及應(yīng)用流體力學(xué)的基本運動規(guī)律,掌握流體力學(xué)的理論研究方法。在傳統(tǒng)教學(xué)理念中,課堂教學(xué)過分注重基本概念、基本理論和計算方法的學(xué)習,學(xué)生在應(yīng)試教育的環(huán)境中對書本上的知識進行機械化的記憶,很大一部分學(xué)生對于知識點的記憶僅僅是為了完成考核任務(wù),因此無法形成系統(tǒng)的知識體系,也無助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)的思維方式,使其在日后工作和學(xué)習當中遇到關(guān)于流體力學(xué)相關(guān)的問題時,無從下手。鑒于此,在現(xiàn)代教育理念下需要教師引導(dǎo)學(xué)生建立系統(tǒng)的流體力學(xué)知識體系,并學(xué)會運用科學(xué)的思維方式對流體力學(xué)相關(guān)的問題進行分析研究。
(二)提高學(xué)生綜合分析應(yīng)用能力
《工程流體力學(xué)》課堂教學(xué)不僅要求學(xué)生建立科學(xué)的思維方式,還需要具備對流體力學(xué)知識的綜合分析和應(yīng)用能力。在傳統(tǒng)教學(xué)理念的影響下,學(xué)生被動地接受知識,嚴重缺乏學(xué)習的積極性和熱情,對知識和計算公式的機械化記憶,無助于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維。因此需要在《工程流體力學(xué)》課堂教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生對知識進行自主總結(jié),通過對知識點的歸納總結(jié),形成鮮明形象的記憶;與此同時在課后練習中需要增加綜合性,促進學(xué)生對流體力學(xué)知識的綜合應(yīng)用。
(三)培養(yǎng)學(xué)生的實踐操作能力
實驗是《工程流體力學(xué)》教學(xué)活動的重要組成部分,通過實驗設(shè)計來檢驗一個理論或證實一種假設(shè)而進行的一系列操作或活動,從而更加清晰地理解和認識流體力學(xué)規(guī)律。通常實驗要預(yù)設(shè)“實驗?zāi)康?rdquo;、“實驗環(huán)境”,進行“實驗操作”,最終以“實驗報告”的新聞形式發(fā)表“實驗結(jié)果”。在傳統(tǒng)教學(xué)模式下,學(xué)生只能在有限的范圍內(nèi)進行實驗操作,根本無法鍛煉學(xué)生的實踐操作能力,因此需要學(xué)生自主獨立的進行試驗操作,讓學(xué)生自行設(shè)計實驗內(nèi)容,確定實驗方案,在實踐中不斷提高自己的操作和知識的運用能力。
(四)充分體現(xiàn)學(xué)生的主體地位
傳統(tǒng)教學(xué)與現(xiàn)代教學(xué)理念嚴重背離之處在于課堂教學(xué)活動中,教師往往處于主導(dǎo)地位,而作為教學(xué)活動關(guān)鍵核心的學(xué)生群體則成為了知識的被動接受者,單方面機械地完成課堂教學(xué)任務(wù),無法真正達到教學(xué)的目的。這就要求,在課堂教學(xué)過程中,教師必須時刻關(guān)注教學(xué)同步,充分調(diào)動學(xué)生的參與熱情,通過討論、提問等方式,讓學(xué)生真正參與到學(xué)習活動當中,學(xué)會發(fā)現(xiàn)問題,解決問題的方法。
二、啟發(fā)式教學(xué)的具體應(yīng)用
(一)啟發(fā)式教學(xué)的實質(zhì)
啟發(fā)式教學(xué)源遠流長,歷久彌新,“啟發(fā)”一詞最早源于古代教育家孔丘的“不憤不啟,不悱不發(fā)”。朱熹解釋說“:憤者,心求通而未得之意;悱者,口欲言而未能之貌。啟,謂開其意;發(fā),謂達其辭。”憤與悱是內(nèi)在心理狀態(tài)在外部容色言辭上的表現(xiàn)。就是說在教學(xué)前務(wù)必先讓學(xué)生認真思考,已經(jīng)思考相當長時間但還想不通,然后可以去啟發(fā)他;雖經(jīng)思考并已有所領(lǐng)會,但未能以適當?shù)难赞o表達出來,此時可以去開導(dǎo)他。在現(xiàn)代教育理念當中,啟發(fā)式教學(xué)主要是指教學(xué)活動中教師依據(jù)課程學(xué)習的客觀規(guī)律,引導(dǎo)學(xué)生積極主動自覺地掌握知識的教學(xué)方法。啟發(fā)式教學(xué)可以很好地詮釋教育學(xué)之間的關(guān)系,通過設(shè)置問題情境,充分調(diào)動學(xué)生參與的積極性和主動性,啟發(fā)學(xué)生獨立思考,發(fā)展學(xué)生的邏輯思維能力,并且通過教師的適當引導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力和獨立解決問題的能力。
(二)設(shè)置問題情境
啟發(fā)式教學(xué)的關(guān)鍵在于設(shè)置問題情境,同時也是激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維的一種有效方式。這就要求教師在《工程流體力學(xué)》課程教學(xué)中有目的、有意識地創(chuàng)設(shè)各種情境,鼓勵學(xué)生主動發(fā)現(xiàn)問題,讓學(xué)生獨立地進行探索分析。在《工程流體力學(xué)》課程教學(xué)過程中,學(xué)生遇到任何疑問都應(yīng)該及時提出,向同學(xué)和老師進行探討。大量的教學(xué)實踐表明,提問可以充分調(diào)動學(xué)生的注意力和學(xué)習的積極性,通過提問鍛煉學(xué)生的探索欲和邏輯思維能力。學(xué)生在啟發(fā)式教學(xué)模式下還應(yīng)該增加主動性,尋找自己的興趣點,去鉆研。這樣學(xué)生才會有問題意識,可以提出問題,而不是在別人背后去解答問題。另外,設(shè)置問題情境要與實際生活相融合??梢酝ㄟ^創(chuàng)設(shè)生活或工作式的教學(xué)情境,讓學(xué)生真正感受到《工程流體力學(xué)》課程教學(xué)的多樣性以及前瞻性,通過不斷探索激發(fā)出學(xué)生潛在的學(xué)習興趣以及好奇心。
(三)充分調(diào)動學(xué)生的主動性
在啟發(fā)式教學(xué)過程中,需要充分調(diào)動學(xué)生的主動性和積極性,讓學(xué)生真正意義上成為學(xué)習活動的主導(dǎo)者。《工程流體力學(xué)》課程需要打破傳統(tǒng)應(yīng)試教育的束縛,讓學(xué)生的積極性和主動性得到充分釋放。教師組織學(xué)生進行討論時,要注意學(xué)生的反映,激發(fā)起學(xué)生發(fā)的求知欲望,引導(dǎo)學(xué)生通過收集資料了解流體運動的基本規(guī)律以及這些規(guī)律在工程實際中的應(yīng)用,幫助他們對問題的獨立思考。例如教師可以列舉一些流體力學(xué)在生活和生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的實例,使學(xué)生了解流體處于平衡及運動狀態(tài)下的力學(xué)規(guī)律,加強理論概念與現(xiàn)實生活的相互聯(lián)系??傊?,只有主動參與其中,學(xué)生才能對問題有一個深入的了解,并且能夠切身地投入自身全部的精力想方設(shè)法去解決當前所面臨的問題,而教師則完全不用花費大量的精力進行講解,只需要進行適當?shù)闹敢ぷ?,使學(xué)生的自學(xué)能力能夠充分發(fā)揮。實驗是檢驗學(xué)生動手操作以及對知識運用的最佳方式,借助實驗也可以充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習的積極性和主動性。在問題情境環(huán)節(jié)中,學(xué)生大膽假設(shè)和創(chuàng)新提問以后,就需要通過實驗對問題進行模擬分析,并得到結(jié)論。在安全的保障下,進入實驗室,在教師的引導(dǎo)下,自己動手去做,積極探索。這樣會對學(xué)習更有幫助,而這一過程會提高學(xué)生的研究熱情,也可以提高學(xué)生團隊的協(xié)作能力。此外,在《工程流體力學(xué)》課程教學(xué)過程中,學(xué)生還可以自由組合進行某一問題的研究,當假設(shè)足夠成立的情況下,通過查詢相關(guān)的文獻資料,并進入實驗室去尋找答案。這樣一來,學(xué)生在今后的學(xué)習或者工作中,如果遇到問題,就可以真正獨立地進行思考和研究。
(四)建立輕松愉悅的學(xué)習氛圍
建立輕松愉悅的學(xué)習氛圍是啟發(fā)式教學(xué)實現(xiàn)的前提。而長久以的來灌輸式教學(xué),讓教師成為課堂教學(xué)的主體,其高高在上的形象,讓不少學(xué)生產(chǎn)生畏懼感,這也使得學(xué)習氛圍過于凝重、刻板甚至拘束。因此在教學(xué)方式上需要打破傳統(tǒng)教學(xué)模式的束縛,改掉以往死氣乏味的課堂教學(xué),教師應(yīng)該是教學(xué)活動的組織者和設(shè)計者,通過營造出民主、和諧、愉悅的課堂氣氛等方式更好地幫助學(xué)生調(diào)動他們的主觀能動性和積極性,鼓勵學(xué)生親自動手,并且給學(xué)生提供更多的進行流體力學(xué)討論研究的空間和機會,讓學(xué)生在獨立思考、互相討論以及動手操作中完成問題的發(fā)現(xiàn)與解決過程。此外,教師還需要引導(dǎo)學(xué)生相互尊重、相互理解,課堂氣氛做到張弛有度。讓學(xué)生在合作交流中真正理解和掌握《工程流體力學(xué)》的理論知識和基本技能,使他們真正成為學(xué)習的主人。
三、結(jié)語
關(guān)鍵詞:工程流體力學(xué);課程體系;創(chuàng)新
Construction and improvement of course system on engineering fluid mechanics
Lan Yamei, Wang Shiming, Song Qiuhong, Liu Shuang
Shanghai Ocean University, Shanghai, 201306, China
Abstract: Combined with the working practice on construction process of engineering fluid mechanics, which is rated as Shanghai elite course, construction and improvement of course system is discussed on engineering fluid mechanics on Shanghai Ocean University. The main contents include teaching content, textbook publishing, improvement of experimental condition, training of innovation ability.
Key words: engineering fluid mechanics; course system; innovation
隨著我國海洋戰(zhàn)略布局和海洋經(jīng)濟的發(fā)展,我校在海洋學(xué)科和相關(guān)專業(yè)建設(shè)方面發(fā)展迅速,流體力學(xué)知識的應(yīng)用愈來愈廣泛。流體力學(xué)是工科院校普遍開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程,學(xué)科的滲透性很強,與所有基礎(chǔ)和專業(yè)學(xué)科之間都有交叉,在學(xué)生知識能力培養(yǎng)和知識體系結(jié)構(gòu)中起著承上啟下的作用。2013年,我校流體力學(xué)被評為上海市精品課程。在4年多的建設(shè)過程中,流體力學(xué)課題組先后承擔了校級、上海市級重點課程建設(shè)及重點教材建設(shè)等多項教改項目,堅持以培養(yǎng)海洋工程創(chuàng)新型人才為目標,在流體力學(xué)教學(xué)體系的建設(shè)方面取得了寶貴的經(jīng)驗。
1 結(jié)合海洋大學(xué)特點,調(diào)整教學(xué)內(nèi)容,完善課程體系
我校流體力學(xué)類課程覆蓋海洋漁業(yè)科學(xué)與技術(shù)、海洋環(huán)境、海洋技術(shù)、熱能動力工程、建筑環(huán)境與設(shè)備工程、環(huán)境工程、環(huán)境科學(xué)、機械設(shè)計制造及其自動化等專業(yè),每年選課學(xué)生超過700人。針對各個專業(yè)學(xué)生的不同需求,我們在課程設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容上都做了相應(yīng)的調(diào)整與完善。本課程在我校的定位是:以海洋學(xué)院的海洋漁業(yè)科學(xué)與技術(shù)、海洋環(huán)境、海洋技術(shù)、環(huán)境工程專業(yè)為重點的海洋類本科生的專業(yè)基礎(chǔ)主干課程;面向食品學(xué)院和生命學(xué)院的熱能動力工程、建筑環(huán)境與設(shè)備工程、環(huán)境科學(xué)專業(yè)的工程應(yīng)用類本科生的專業(yè)基礎(chǔ)平臺課程,滿足工程學(xué)院的機制專業(yè)培養(yǎng)要求。以工程流體力學(xué)課程為龍頭,以培養(yǎng)海洋人才的創(chuàng)新能力為目標,完善優(yōu)化流體力學(xué)類課程群的配置、學(xué)時安排,并完成所有課程新教學(xué)大綱的編寫工作,逐步形成一個完整的課程體系,重點完成了實驗課和仿真課程軟硬件的配套建設(shè),突出強調(diào)流體力學(xué)的應(yīng)用實踐環(huán)節(jié)。根據(jù)工程實際需要,將流體力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容分為三個層次,即流體力學(xué)的基礎(chǔ)理論、流體力學(xué)知識與進展、流體力學(xué)應(yīng)用與實踐。根據(jù)不同專業(yè)對流體力學(xué)知識的需要,設(shè)計了不同的模塊組合。如對海洋相關(guān)專業(yè)的學(xué)生,增加了水波理論,重點強調(diào)實驗實踐環(huán)節(jié);針對食品專業(yè)的需要,增加了氣體及熱力學(xué)類內(nèi)容,并編寫了多套相關(guān)自測題供學(xué)生選用;針對水產(chǎn)及生物類專業(yè)的學(xué)生,為讓學(xué)生能夠更好地研究魚類等的動物習性,增加了數(shù)值仿真模擬,克服了以往過分重視理論知識的介紹,輕視其應(yīng)用的弊端。此外,還相繼開出了流體力學(xué)獨立實驗課、計算流體力學(xué)等。
2 出版多部教材,完善流體力學(xué)課程教材體系完備
2002年,《工程流體力學(xué)》教材被列為上海市教委普通高等學(xué)校教材重點建設(shè)項目,歷經(jīng)3年多的編寫和有關(guān)專家的評審,我校教師編寫的《工程流體力學(xué)》于2006年2月由上海交通大學(xué)出版社出版。該教材的最大特點是考慮到普通工科院校非力學(xué)專業(yè)學(xué)生的情況,尤其是一般工科專業(yè)學(xué)生的基礎(chǔ)和專業(yè)需要,盡可能簡化對公式、定理的數(shù)學(xué)推導(dǎo),注重對物理概念的闡明、理解和應(yīng)用,特別強調(diào)知識的實際應(yīng)用。2007年,《工程流體力學(xué)》教材被上海市教委評為優(yōu)秀教材三等獎,2008年獲上海海洋大學(xué)教學(xué)成果一等獎。2011年,我們對第一版教材部分章節(jié)的內(nèi)容進行了更新、充實和修訂,更加注重拓寬知識面和實際工程應(yīng)用。2012年9月,第二版《工程流體力學(xué)》及配套教材《工程流體力學(xué)習題解析》由上海交通大學(xué)出版社出版發(fā)行。2011年3月,由同濟大學(xué)出版社出版的《力學(xué)基礎(chǔ)實驗指導(dǎo)―理論力學(xué)、材料力學(xué)、流體力學(xué)》,其中的流體力學(xué)部分(第三大部分),重點強化課程體系中的實驗環(huán)節(jié),完善了流體力學(xué)課程的教材體系。我們還完成了流體力學(xué)試題庫建設(shè)工作,提高了試題質(zhì)量,真正做到了教考分離,為相關(guān)師生提供了豐富的教學(xué)資源庫,促進了教學(xué)質(zhì)量的提高。
早在2006年,我們就開始了“流體力學(xué)研究型教學(xué)的改革與實踐”上海水產(chǎn)大學(xué)(2008年更名為上海海洋大學(xué))一般課題項目的研究工作;為配合新出版的教材,我們還申請了校級一般課程建設(shè)項目“工程流體力學(xué)(CAI課件)建設(shè)”,制作了與教材配套的、有自主知識產(chǎn)權(quán)的課件光盤,課件共有700余張PPT,圖片色彩鮮明,其中插入的20多個原創(chuàng)動畫形象生動逼真,做到了工程流體力學(xué)電子教案光盤版與教材同步發(fā)行。
3 完善實驗教學(xué)條件,形成完整的實驗教學(xué)體系
隨著我國,特別是上海市海洋戰(zhàn)略布局和海洋經(jīng)濟的發(fā)展,我校海洋學(xué)科發(fā)展迅速。首先,為配合新開設(shè)的獨立實驗課,添置了多種類、多套數(shù)的多功能流體力學(xué)實驗裝置、動量定理實驗儀、空化實驗儀等流體力學(xué)常規(guī)實驗設(shè)備,保證了高質(zhì)量完成流體力學(xué)本科實驗教學(xué)任務(wù)。根據(jù)購置的實驗設(shè)備,自行編寫了實驗指導(dǎo)書,明確了儀器設(shè)備的工作原理、實驗過程的具體步驟、實驗結(jié)果的分析和處理以及實驗中的注意事項等內(nèi)容;為了實現(xiàn)實驗教學(xué)的多樣化,自行編制了工程流體力學(xué)實驗教學(xué)演示軟件,內(nèi)容形象直觀,使學(xué)生一目了然;合作研制了小型循環(huán)水槽及直流式風洞,并配備了數(shù)據(jù)測試采集系統(tǒng),可進行圓柱、翼型、浮標、波能裝置等模型的流場顯示及水動性能測試,使實驗教學(xué)的質(zhì)量和效率得到了提高。針對個別專業(yè)的特殊需要,開設(shè)了流體力學(xué)獨立實驗課。實際的流體運動非常復(fù)雜,而流體力學(xué)實驗是揭示流體運動規(guī)律的一種重要手段,為此,經(jīng)多方籌建,我校海洋環(huán)境專業(yè)于2009年開設(shè)了流體力學(xué)獨立實驗課,幫助學(xué)生加深對所學(xué)理論的理解,更好地用所學(xué)理論解決生產(chǎn)實際中的問題。實驗課共16學(xué)時,實驗內(nèi)容主要包括:能量方程實驗、雷諾實驗、動量定律實驗、沿程水頭損失實驗、局部水頭損失實驗、畢托管測速實驗、管道測流量實驗、流動顯示實驗、虹吸實驗及勢流疊加實驗等。針對食品專業(yè)的需要,開設(shè)了氣體及熱力學(xué)類實驗。
為了滿足海洋學(xué)科對流體力學(xué)實驗的更高要求,我們陸續(xù)建成了大型室內(nèi)動力深水壓力桶,配備了數(shù)據(jù)測試采集系統(tǒng),可進行圓柱、翼型、浮標、波能裝置等模型的流場顯示及水動性能測試。我校地處臨港,旁臨東海,學(xué)生參加各種海試試驗方便。利用這些實驗平臺,相繼開設(shè)了多種設(shè)計性、綜合性實驗,主要包括湍流、流體數(shù)值模擬計算應(yīng)用、波浪能發(fā)電裝置開發(fā)等,對于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)起到了至關(guān)重要的作用。
4 以科研促進教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力,構(gòu)建創(chuàng)新型培養(yǎng)體系
近三年,教師發(fā)表學(xué)術(shù)論文40余篇,SCI收錄4篇;課題組教師主持省部級及以上科研課題共20余項,其中國家自然科學(xué)基金1項,上海市自然科學(xué)基金2項,農(nóng)業(yè)部專項3項,海洋工程國家重點實驗室開放基金2項,國家海洋局重大專項2項,上海市教委創(chuàng)新項目2項。有20余名碩士研究生、多名本科生參與科研項目,學(xué)生創(chuàng)新意識和能力得到了培養(yǎng)與鍛煉。近年來,學(xué)生在科研創(chuàng)新方面熱情很高。在全國“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽中,2011年,我校羊曉晟、侯淑榮、馬利娜、沈小青的“一種新型海洋波浪能發(fā)電裝置”獲得全國競賽三等獎;2012年,曹星、陳功的“風浪發(fā)電轉(zhuǎn)換機”獲得全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計大賽上海賽區(qū)二等獎。工程學(xué)院學(xué)生孫奇結(jié)合所學(xué)流體力學(xué)知識,自主創(chuàng)業(yè),創(chuàng)立了上海鑫靚科技服務(wù)有限公司,開辦節(jié)水高效汽車洗車業(yè)務(wù)服務(wù)師生。2011~2012年,學(xué)生成功申報市、校、院級涉及海洋工程方向的大學(xué)生創(chuàng)新性項目16項。在流體力學(xué)教師指導(dǎo)下,學(xué)生還獲得43項國家實用新型專利,另有多項發(fā)明專利進入實審階段。學(xué)生參加教師科研項目19項,均取得了很好的成效。在我校機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)本科學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計題目中,海洋工程類流體力學(xué)相關(guān)研究比例較高,特別是在大學(xué)生科技創(chuàng)新活動中心的組織下,我校成為上海市船舶與海洋工程學(xué)會的團體會員單位,并在我校建立了上海市船舶與海洋工程學(xué)會學(xué)生分會,流體力學(xué)的師生參與熱情較高。
5 結(jié)束語
工程流體力學(xué)是一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程,它具有較強的理論性、抽象性和實踐性。筆者主要介紹了我校工程流體力學(xué)課程體系的建設(shè)與實踐,主要包括:多層次、多專業(yè)的課程體系構(gòu)建;先后出版了《工程流體力學(xué)》《工程流體力學(xué)習題解析》和《力學(xué)基礎(chǔ)實驗指導(dǎo)―理論力學(xué)、材料學(xué)、流體力學(xué)》教材,流體力學(xué)課程教材充足;完善實驗教學(xué)條件,形成完整的教學(xué)實驗體系;培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力,構(gòu)建創(chuàng)新型培養(yǎng)體系;以科研促進教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力,構(gòu)建創(chuàng)新型培養(yǎng)體系,不斷培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和工程實踐能力,提高創(chuàng)新能力,使學(xué)生真正掌握該課程的核心知識,提高分析問題和解決問題的能力。
參考文獻
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關(guān)鍵詞:雙語教學(xué);SPOC;教學(xué)模式;流體力學(xué)
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)16-0249-02
一、引言
隨著全球經(jīng)濟一體化的不斷發(fā)展,對復(fù)合型人才的需求越來越大,高等教育的國際化也逐漸成為發(fā)展趨勢。國內(nèi)高校如何實現(xiàn)人才的國際化提高教育的國際競爭力,引起廣泛的思考。雙語教學(xué)被認為是高等教育國際化的重要內(nèi)容。流體力學(xué)課程是能源動力類專業(yè)及機械類部分專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課,具有較強的工程性、技術(shù)性和實踐性,課程基礎(chǔ)知識與生產(chǎn)生活實際密切相關(guān),除流體力學(xué)的基本理論和方法講解外,還需注重實驗測試、工程應(yīng)用等實踐教學(xué)。雙語教學(xué)可以使學(xué)生具備一定的專業(yè)英語技能,采用原版教材接觸國外最新的專業(yè)知識,使在人才培養(yǎng)上與國際接軌成為可能。但是流體力學(xué)雙語教學(xué)存在一些問題,實踐教學(xué)部分如何體現(xiàn)雙語授課及其意義與價值,還需進一步思考,流體力學(xué)雙語教學(xué)模式仍處于探索階段。
二、流體力學(xué)課程雙語教學(xué)現(xiàn)狀
1.教學(xué)目標不夠清晰。流體力學(xué)課程本身概念多、專有名詞多、流動原理復(fù)雜,用中文教學(xué)時部分學(xué)生尚且不能很好地完成該課程的學(xué)習,雙語教學(xué)時通常引進原版的英語教材,學(xué)生英語水平參差不齊,對于英語水平不佳的學(xué)生來說,學(xué)習難度將進一步提高,流體力學(xué)雙語教學(xué)往往變成了專業(yè)外語課,專業(yè)詞匯及專業(yè)術(shù)語的解釋占據(jù)了課堂大部分的時間,忽視專業(yè)知識的講授,與雙語教學(xué)實施的初衷大相徑庭。
2.缺乏專職的雙語教學(xué)師資。雙語教師既要精通專業(yè)知識,又要有較高的外語水平,能流利地應(yīng)用外語講授課程。目前,擔任雙語教學(xué)的教師主要是外語水平相對好的專業(yè)課教師,沒有受過系統(tǒng)的語言教學(xué)方面的訓(xùn)練,遇到突發(fā)事件時,很難用英語準確、充分地表達自己的想法。另外,承擔雙語課程的教師一般比較年輕,教學(xué)經(jīng)驗不足,教學(xué)手段、教學(xué)方法和教學(xué)能力還需進一步完善。
3.學(xué)生接受度不佳。雙語授課時,通常是教師用英文向?qū)W生傳授知識,學(xué)生始終是被動地聽講、被動地接受英語和專業(yè)知識,師生之間幾乎沒有互動,學(xué)生的英語聽說能力、英語應(yīng)用能力依然得不到鍛煉。雙語教學(xué)過程中必然會涉及大量生僻的專業(yè)詞匯,學(xué)生很容易由于一些句子沒聽懂,產(chǎn)生畏難情緒,影響課程雙語教學(xué)效果。
三、MOOC模式與SPOC模式
MOOC(Massive Open Online Course,大規(guī)模開放式在線課程)模式將多種形式的數(shù)字化資源放在網(wǎng)上,學(xué)習者反復(fù)觀看教學(xué)視頻,理解課程講授的知識。將MOOC模式應(yīng)用到流體力學(xué)雙語教學(xué)中,可以有效解決學(xué)習者由于英語水平不高而引起的學(xué)習困難的問題。然而,MOOC模式下的教學(xué)活動主要是以知識為中心的理解類活動,個性化學(xué)習和學(xué)習體驗缺失,虛擬實驗無法替代真實實驗。流體力學(xué)課程除了要求學(xué)習者掌握基本知識點外,還要求學(xué)習者學(xué)會知識點的應(yīng)用。MOOC模式下單一的線上教學(xué)不足以激發(fā)學(xué)生的熱情,課程完成率不高的缺點亦廣為詬病。流體力學(xué)課程雙語教學(xué)的目的在于在講授流體力學(xué)知識的同時,培養(yǎng)學(xué)生具有較強的英語應(yīng)用能力,學(xué)生若不能有效地完成課程學(xué)習,則新教學(xué)模式的探索就顯得毫無意義。SPOC(Small Private Online Course)是小規(guī)模限制式在線課程,其受眾可以限制為在校大學(xué)生,設(shè)計和利用優(yōu)秀的MOOC資源,克服MOOC單一的線上學(xué)習的缺點,實施混合式教學(xué),將MOOC之所長與面對面教學(xué)融為一體,增加師生互動,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習熱情,提高課程完成率和學(xué)習成績。因此,SPOC模式將更加適合流體力學(xué)雙語教學(xué),幫助教師與學(xué)生突破英語水平不高的限制,高效地完成流體力學(xué)知識的講解與學(xué)習,同時提高教師與學(xué)生的英語聽說能力及英語應(yīng)用能力,實現(xiàn)教學(xué)相長的良性循環(huán)。
四、流體力學(xué)SPOC雙語教學(xué)資源
1.流體力學(xué)SPOC雙語課程教學(xué)視頻。眾所周知,看電影學(xué)英語是提高英語水平的一個好方法,通過視頻看情節(jié),重復(fù)聽取單詞,更加容易了解單詞的發(fā)音及其用法,當然還能學(xué)到更加地道的生活化語言。受這一方法的啟發(fā),引進國外優(yōu)秀的流體力學(xué)MOOC資源,根據(jù)國內(nèi)大學(xué)生思維方式、知識結(jié)構(gòu)的特點進行優(yōu)化,編寫雙語教材,精心制作流體力學(xué)SPOC雙語課程教學(xué)視頻,讓學(xué)生聽英語學(xué)流體力學(xué)知識。
2.流體力學(xué)SPOC雙語實踐教學(xué)視頻。流體力學(xué)SPOC雙語教學(xué)開展3~4周后,學(xué)生對流體力學(xué)課程及專有詞匯有了一定了解,此時可以開展流體力學(xué)SPOC雙語實踐教學(xué)。雙語實踐教學(xué)視頻僅提供流體力學(xué)專有詞匯的中文意思,要求學(xué)生逐漸適應(yīng)全英語教學(xué)。在視頻頁面顯示實驗名稱,提供英文版實驗?zāi)康?、實驗原理及實驗步驟、實驗數(shù)據(jù)處理方法說明、實驗報告撰寫要求及思考題回答要求,這部分文本依然提供鼠標取詞功能,幫助學(xué)生理解實驗要求。流體力學(xué)SPOC雙語實踐教學(xué)視頻可以不局限在本校流體力學(xué)實驗室能開設(shè)的實驗,可以是國外的實驗裝置、先進測量方法等的解說,讓學(xué)生了解學(xué)科的前沿知識。
五、教學(xué)過程
1.課堂教學(xué)。流體力學(xué)雙語課開課前,教師將每次課的授課內(nèi)容、相應(yīng)的教材章節(jié)、相關(guān)的雙語課程教學(xué)視頻列表發(fā)放給學(xué)生,讓學(xué)生明確SPOC雙語教學(xué)模式下教與學(xué)雙方所需要的改變與努力,以期獲得良好的教學(xué)效果,同時師生共同提高英語應(yīng)用能力。課堂教學(xué)采用翻轉(zhuǎn)課堂的講學(xué)模式,要求學(xué)生課前觀看SPOC雙語課程教學(xué)視頻,理解視頻中的主要內(nèi)容,思考教師前一次課布置的討論主題。在課堂上,教師講評教學(xué)視頻中的重難點,不再講解課程的全部內(nèi)容,課前備課的精力不再集中在背熟講稿,而是更專注于主題的設(shè)置、問題的解答及流體力學(xué)知識的應(yīng)用方法,預(yù)估學(xué)生可能的回答內(nèi)容并準備合理有度的評論。組織學(xué)生學(xué)習小組,一個自然班通常為30名學(xué)生,分成6組,每組5人,設(shè)小組長1人。每次課教師針對重點與難點準備30個問題,基本從易到難設(shè)置,分成五輪問答。每輪小組抽簽得到問題,各小組派一名學(xué)生回答,若用英語回答正確得25分,用中文回答正確得20分,回答不完全正確,由教師酌情給分。每組各成員得分之和即是該學(xué)習小組的得分,多次平均后作為平時成績。
2.實踐教學(xué)?;诹黧w力學(xué)SPOC雙語實踐教學(xué)視頻,實踐教學(xué)改變了傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式。按照原有的教學(xué)方式,學(xué)生進入實驗室,教師針對實驗臺講解后,學(xué)生立刻開始做實驗采集數(shù)據(jù),沒有時間深入思考實驗相關(guān)流體力學(xué)知識,很難將理論與實踐聯(lián)系起來。在SPOC雙語教學(xué)模式下,學(xué)生在實驗前先觀看相關(guān)視頻,進入實驗室后,實驗指導(dǎo)教師拿出測試卡要求學(xué)生答題,全部正確后,學(xué)生才進入實驗室采集數(shù)據(jù)。學(xué)生仍以課堂學(xué)習時的學(xué)習小組為單位進入實驗室,采集并整理數(shù)據(jù),形成全英文的實驗報告。流體力學(xué)SPOC雙語實踐教學(xué)視頻要求每位學(xué)生均觀看,測試卡答題可由學(xué)習小組派代表完成測試,實驗操作、實驗數(shù)據(jù)處理以及實驗報告撰寫等任務(wù)由學(xué)習小組自行安排分工,小組成員協(xié)同合作,培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作精神。在SPOC雙語教學(xué)模式下,要求學(xué)生觀看雙語實踐教學(xué)視頻8個,學(xué)生學(xué)習小組根據(jù)各自的興趣愛好選擇2個,完成實驗數(shù)據(jù)采集,整理分析形成英文實驗報告。教師根據(jù)實驗數(shù)據(jù)及思考題準確程度給分,兩項實驗平均分為各學(xué)習小組的實驗成績。
六、課程考核
流體力學(xué)SPOC雙語教學(xué)采用多樣化的考核形式,最終成績由課堂平時成績(40%)、實驗成績(20%)、學(xué)習小組組長打分(10%),學(xué)生自評分(10%)及期末考試成績(20%)組成。其中課堂平時成績及實驗成績占60%,大幅降低了期末考試成績的所占百分比,鼓勵學(xué)生在平時認真準備雙語課程的學(xué)習,真正做到學(xué)以致用。其次,課堂平時成績、實驗成績均是以學(xué)習小組為單位給出的團體得分,要想獲得好分數(shù),各成員必須共同努力。學(xué)習小組組長對各成員打分,占最終成績的10%。學(xué)生自評分是學(xué)生對自己的評價,在學(xué)期結(jié)束時總結(jié)自己的學(xué)習成效,占最終成績的10%。期末考試試卷設(shè)置50%的英語題量,占最終成績的20%。
七、結(jié)語
流體力學(xué)SPOC雙語教學(xué)新模式的關(guān)鍵在于優(yōu)質(zhì)的SPOC視頻教學(xué)資源和師生之間的互動配合,學(xué)習世界一流大學(xué)的教學(xué)視頻優(yōu)化SPOC教學(xué)資源,可以快速縮小與世界一流大學(xué)教育水平的差距,教師備課的重點由知識傳授轉(zhuǎn)變?yōu)橹R的深入理解與應(yīng)用,學(xué)生從被動地接受知識轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習知識并嘗試應(yīng)用。并且,教師與學(xué)生的英語聽說能力、英語應(yīng)用能力都能得到鍛煉。在流體力學(xué)SPOC雙語教學(xué)模式下,教師有更多的時間準備創(chuàng)新性的教學(xué)設(shè)計與教學(xué)內(nèi)容,學(xué)生以團隊形式組隊學(xué)習,在課堂上與教師互動,培養(yǎng)學(xué)生靈活應(yīng)用知識的能力與創(chuàng)新能力?;诹黧w力學(xué)SPOC雙語教學(xué)模式,可以形成優(yōu)質(zhì)的雙語教學(xué)師資隊伍,培養(yǎng)學(xué)生具備創(chuàng)新精神、雙語溝通能力和團隊合作能力,滿足教育國際化的需要。
參考文獻:
關(guān)鍵詞:計算流體力學(xué);求解;基本原理;化學(xué)工程;應(yīng)用
化學(xué)工程在我國具有較長的研究與應(yīng)用歷程,并在實際的生產(chǎn)與生活中取得到巨大的應(yīng)用成效,不僅能夠供給正常的生活需求,同時根據(jù)新材料的開發(fā),能夠滿足現(xiàn)代型環(huán)保材料的使用。在化學(xué)工程中,較多的反映環(huán)境和反應(yīng)機制都是在溶液中進行的,具有質(zhì)量守恒和熱量守恒定律的應(yīng)用。而這種質(zhì)量與能量的關(guān)系正是計算流體力學(xué)的主要原理。通過對實際應(yīng)用環(huán)境和原理的分析,能夠優(yōu)化工程設(shè)計和工藝改進,提高化學(xué)工程的生產(chǎn)效率。
1計算流體力學(xué)在化學(xué)工程中的基本原理
計算流體力學(xué)簡稱CFD,是通過數(shù)值計算方法來求解化工中幾何形狀空間內(nèi)的動量、熱量、質(zhì)量方程等流動主控方程,從而發(fā)現(xiàn)化工領(lǐng)域中各種流體的流動現(xiàn)象和規(guī)律,其主要以化學(xué)方程式中的動量守恒定律、能量守恒定律及質(zhì)量守恒方程為基礎(chǔ)。一般情況下,計算流體力學(xué)的數(shù)值計算方法主要包括數(shù)值差分法、數(shù)值有限元法及數(shù)值有限體積法,其也是一門多門學(xué)科交叉的科目,計算流體力學(xué)不僅要掌握流體力學(xué)的知識,也要掌握計算幾何學(xué)和數(shù)值分析等學(xué)科知識,其涉及面廣。針對計算流體力學(xué)的真實模擬,其主要目的是對流體流動進行預(yù)測,以獲得流體流動的信息,從而有效控制化工領(lǐng)域中的流體流動。隨著信息技術(shù)的發(fā)展,市場上也出現(xiàn)了計算流體力學(xué)軟件,其具有對流場進行分析、計算、預(yù)測的功能,計算流體力學(xué)軟件操作簡單,界面直觀形象,有利于化學(xué)工程師對流體進行準確的計算。
2計算流體力學(xué)砸你化學(xué)工程中的實際應(yīng)用
2.1在攪拌中的應(yīng)用分析
在攪拌的化學(xué)反應(yīng)中,反映介質(zhì)之間的流動性比較復(fù)雜,依據(jù)傳統(tǒng)的計算形式根本無法解決,并在化學(xué)試劑在攪拌中存在不均勻擴散的特點,在湍流的形式中能量的分布狀況也存在著空間特點。若是依據(jù)實驗手段測得反映中物質(zhì)、能量和質(zhì)量的變化規(guī)律,其得出的結(jié)構(gòu)往往存在較差時效性,實驗騙差加大。通過對二維計算流體力學(xué)的應(yīng)用,能夠?qū)嚢柚辛黧w的形式進行模擬,并進行質(zhì)量、能量等數(shù)據(jù)的驗證。但是流體的變化,不僅與化學(xué)試劑的濃度、減半速度有關(guān),還與時間、容器的形狀等有著之間的聯(lián)系,需要建立三維空間模擬形式進行計算流行力學(xué)。隨著科學(xué)技術(shù)和研究水平的提高,在通過借助多普勒激光測速儀后,已經(jīng)對三維計算形式有了較大的突破,這對于化工工程中原料的有效應(yīng)用和工程成本的減低具有促進的作用,但是在三維計算流體力學(xué)中還存在一定的缺陷,需要在今后的研究中不斷的完善。
2.2CFD在化學(xué)工程換熱器中的應(yīng)用分析
換熱器是化學(xué)工程中主要的應(yīng)用設(shè)備,通過管式等換熱器、板式換熱器、冷卻塔和再沸器等的應(yīng)用,能夠有效的控制化學(xué)試劑在反應(yīng)中的溫度變化。其中根據(jù)換熱器的形式不同,計算流體力學(xué)的方式也就不同。在管式換熱器中主要是通過流體湍流速度的改變,增加換熱速率的。在板式換熱器中是通過加大流體的接觸面積,提高換熱效率的。而在冷卻塔和再沸器中,熱量交換的形式更為復(fù)雜,但是卻群在重復(fù)性換熱的特點,增加了換熱的時間,提高了換熱的效果。從總體上分析,計算流量力學(xué)中,需要對溫度變化、流體的速度變化、熱交換面積變化和時間變化進行分析。通過CFD計算流體力學(xué)的應(yīng)用,能夠計算出不同設(shè)備的熱交換效果,并根據(jù)生產(chǎn)的實際需求進行換熱器的選擇使用。
2.3在精餾塔中的應(yīng)用
CFD已成為研究精餾塔內(nèi)氣液兩相流動和傳質(zhì)的重要工具,通過CFD模擬可獲得塔內(nèi)氣液兩相微觀的流動狀況。在板式塔板上的氣液傳質(zhì)方面,Vi-tankar等應(yīng)用低雷諾數(shù)的k-ε模型對鼓泡塔反應(yīng)器的持液量和速度分布進行了模擬,在塔氣相負荷、塔徑、塔高和氣液系統(tǒng)的參數(shù)大范圍變化的情況下,模擬結(jié)果和現(xiàn)實的數(shù)據(jù)能夠較好的吻合。Vivek等以歐拉-歐拉方法為基礎(chǔ),充分考慮了塔壁對塔內(nèi)流體的影響,用CFD商用軟件FLUENT模擬計算了矩形鼓泡塔內(nèi)氣液相的分散性能,以及氣泡數(shù)量、大小和氣相速度之間的關(guān)系,取得了很好的效果。在填料塔方面,Petre等建立了一種用塔內(nèi)典型微型單元(REU)的流體力學(xué)性質(zhì)來預(yù)測整塔的流體力學(xué)性質(zhì)的方法,對每一個單元用FLUENT進行了模擬計算,發(fā)現(xiàn)塔內(nèi)的主要能量損失來自于填料內(nèi)的流體噴濺和流體與塔壁之間的碰撞,且用此方法預(yù)測了整塔的壓降。Larachi等發(fā)現(xiàn)流體在REU的能量損失(包括流體在填料層與層之間碰撞、與填料壁的碰撞引起的能量損失等)以及流體返混現(xiàn)象是影響填料效率的主要因素,而它們都和填料的幾何性質(zhì)相關(guān),因此用CFD模擬計算了單相流在幾種形狀不同的填料中流動產(chǎn)生的壓降,為改進填料提供了理論依據(jù)。CFD模擬精餾塔內(nèi)流體流動也存在一些不足,如CFD模擬規(guī)整填料塔內(nèi)流體流動的結(jié)果與實驗值還有一定的偏差。這是由于對于許多問題所應(yīng)用的數(shù)學(xué)模型還不夠精確,還需要加強流體力學(xué)的理論分析和實驗研究。
2.4CFD在化學(xué)反應(yīng)工程中的應(yīng)用研究
在化學(xué)反應(yīng)工程中,反應(yīng)物和生成物的化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)器、溫度和壓力等有著較大的聯(lián)系,在實際的反應(yīng)中可以利用計算流體力學(xué)進行數(shù)據(jù)的獲取。但是這數(shù)據(jù)的獲取具有一定的溫度限制,當反應(yīng)中溫度過大,就會造成分子的劇烈運動,其運動軌跡的變化規(guī)律就會異常,在利用計算流體力學(xué)的模型計算中,計算數(shù)據(jù)與實際情況會發(fā)生較大的偏差。由于高溫中分子的運動軌跡和運動速度難以獲取,在計算流體力學(xué)的實際計算中,就要借助FLUENT進行三維建型,并利用測速反應(yīng)器進行速度的測量,通過綜合的比較分析,利用限元法進行數(shù)據(jù)的計算??梢缘贸霾煌h(huán)境下的反應(yīng)器的流線、反應(yīng)器內(nèi)部的濃度梯度及溫度梯度。通過CFD軟件預(yù)測反應(yīng)器的速度、溫度及壓力場,可以更進一步理解化學(xué)反應(yīng)工程中的聚合過程,詳細、準確的數(shù)據(jù)可以優(yōu)化化學(xué)反應(yīng)中的操作參數(shù)。
3結(jié)束語
計算流體力學(xué)對于化學(xué)工程的應(yīng)用具有實際意義,并在經(jīng)濟效益的提高上具有重要的價值,在近幾年,化學(xué)工程技術(shù)人員不斷的計算流體力學(xué)中展開研究,以二維空間計算和模擬為基礎(chǔ),不斷的完善三維空間的流量計算,并得出了一系列的流體流動規(guī)律。根據(jù)計算流體力學(xué)在化學(xué)工程中的廣泛應(yīng)用,在今后的化學(xué)工程發(fā)展中,應(yīng)加強此類學(xué)科的教學(xué)與延伸,提供出更有效的反應(yīng)設(shè)備和工藝操作。
參考文獻
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關(guān)鍵詞:工程流體力學(xué);教學(xué)改革;大學(xué);專業(yè)基礎(chǔ)課
中圖分類號:642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1002-4107(2013)03-0030-02
“工程流體力學(xué)”課程是以高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、工程力學(xué)、工程熱力學(xué)為基礎(chǔ),集概念、公式、實際應(yīng)用于一體的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程基本概念抽象,公式結(jié)構(gòu)復(fù)雜,實際應(yīng)用眾多,尤其在石油行業(yè)尤為突出。石油工業(yè)中的許多問題都要采用流體力學(xué)理論解決,諸如鉆井液循環(huán)壓力和流速的設(shè)計,套管強度的校核,采油過程中油井采出的流體在泵或井筒內(nèi)的流動規(guī)律分析,地面管線的布設(shè),管徑設(shè)計,管線強度的校核,壓差與流量之間關(guān)系的確定,輸液泵的選擇和安裝位置的確定,儲油罐強度的校核,油品裝卸時間的計算,油品和天然氣的計量,氣蝕和水擊等現(xiàn)象的預(yù)防等。解決這些問題,要求從事石油工程技術(shù)的科學(xué)工作者必須具備“工程流體力學(xué)”知識,以便在石油工程的建設(shè)和管理中更好地發(fā)揮作用。為了使學(xué)生能夠更好地學(xué)習掌握該課程的內(nèi)容,教學(xué)環(huán)節(jié)尤為重要。對如何設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié),本文主要從以下四個方面加以說明。
一、教學(xué)由多媒體與板書共同完成
教學(xué)板書是教師教學(xué)思路的整體反映,是教師在教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習,幫助學(xué)生理解和記憶,以及啟發(fā)學(xué)生思考的重要手段,是教學(xué)過程中不可缺少的組成部分。教學(xué)板書以文字、符號、圖表等手段將教學(xué)內(nèi)容直接訴諸學(xué)生的視覺,豐富了學(xué)生的感知表象,有助于學(xué)生吸收和掌握知識信息。在授課過程中,筆者把學(xué)生對使用板書和多媒體的意見進行調(diào)查,90%的學(xué)生更傾向于使用板書教學(xué)。
由于“工程流體力學(xué)”課程,基本概念多、難理解,公式復(fù)雜難懂,采用板書邊寫邊講解,給學(xué)生留有足夠的時間去理解,去認知,接受起來更容易一些。但是流體本身運動復(fù)雜,沒有固定的形狀,在外力作用下,流體流動狀態(tài)、流動規(guī)律是什么樣的,在板書上表達起來可能不夠準確,不夠形象、逼真;而采用多媒體[1],將其制作成圖片或動畫課件,則直觀明了,生動具體,給學(xué)生在視覺上以新穎的感覺,在頭腦里的印象會更深刻一些。比如:講工程流體力學(xué)的發(fā)展史,單純講授枯燥無味。此時,制作多媒體課件展示給大家, 比如弧線球也稱香蕉球,找一個足球明星踢弧線球的視頻放里面,邊放映邊講解,學(xué)生很感興趣,還學(xué)到了知識,同時也激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習熱情,起到了很好的引導(dǎo)效果。
二、將計算流體動力學(xué)軟件融入到理論教學(xué)中
“工程流體力學(xué)”一般采用理論方法、實驗方法和數(shù)值計算三種方法研究,其中,數(shù)值計算就是使用計算流體動力學(xué)軟件計算[2],是當今比較常用也比較流行的方法。計算流體動力學(xué)(簡稱CFD)是通過計算機數(shù)值計算和圖像顯示,對包含有流體流動和熱傳導(dǎo)等相關(guān)物理現(xiàn)象的系統(tǒng)所做的分析。CFD可以看作是在流動基本方程控制下對流動的數(shù)值模擬。通過這種數(shù)值模擬,可以得到極其復(fù)雜問題的流場內(nèi)各個位置上基本物理量(如速度、壓力、溫度、濃度等)的分布,以及這些物理量隨時間的變化情況,確定漩渦分布特性、空化特性及脫流區(qū)等。CFD方法克服了理論方法和實驗方法的局限性,在計算機上實現(xiàn)一個特定的計算,就好像在計算機上做一次物理實驗。例如,機翼的繞流,通過計算機并將其結(jié)果在屏幕上顯示,就可以看到流場的各種細節(jié);如激波的運動、強度、渦的生成與傳播、流動的分離、表面的壓力分布、受力大小及其隨時間的變化等。數(shù)值模擬可以形象地再現(xiàn)流動情景,與做實驗沒有區(qū)別。
目前,CFD軟件中比較著名的就是Fluent軟件。所以可以在教學(xué)中使用Fluent軟件模擬,給學(xué)生展示流動規(guī)律和流動結(jié)果。例如:馮?卡門渦街,不同形狀物體繞流使用Fluent進行模擬,既直觀又能清楚地展現(xiàn)流動規(guī)律,同時對流體本身產(chǎn)生無限的向往,對“工程流體力學(xué)”課程充滿了期待和興趣,為學(xué)生以后學(xué)習軟件打下了基礎(chǔ)。
三、實施雙語教學(xué)
隨著我國與世界的接軌,隨著世界一體化進程,迫切需要大量精通兩種以上語言的人才,作為一種培養(yǎng)國際化人才的有效手段,雙語教學(xué)勢在必行。高等教育作為教育的前沿陣地,也要同國際接軌。雙語教學(xué)本身就是我國高等教育國際化趨勢的客觀要求,對高校來講,可以加強國內(nèi)高校和國外高校的教學(xué)合作,高校之間的合作項目越來越多,有助于國內(nèi)外專業(yè)領(lǐng)域知識體系的統(tǒng)一和完善;對教師來說,可以促進國內(nèi)高校教師同國外高校教師的學(xué)術(shù)交流,國內(nèi)高校教師可從中了解到很多世界前沿知識,并有效地傳遞給學(xué)生;從學(xué)生自身來看,打破了語言障礙,學(xué)生能夠在專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)較好地將母語和英語這兩種語言之間根據(jù)交際對象和工作環(huán)境的需要進行切換,有效地開展交流與合作,并且多掌握一種語言,就多了一份生存的手段,多了一份了解外部先進世界的途徑,多一份機會。雙語教學(xué)不僅可以培養(yǎng)學(xué)生運用外語解決實際問題的能力,而且有利于學(xué)生學(xué)習、掌握、精通一門外語(主要是英語),能夠多一種思維方式,學(xué)會從多種角度,用不同觀點看問題,進而提升競爭能力,同時也為培養(yǎng)“復(fù)合型”人才奠定了基礎(chǔ)。
現(xiàn)今實施“雙語教學(xué)”,既符合與時俱進的要求,又能夠提升教學(xué)水平,這意味著在教學(xué)中實施“雙語教學(xué)”勢在必行。在“工程流體力學(xué)”專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)中改變使用單純母語(漢語)的教學(xué)方式,將外語(主要是英語)運用于其教學(xué)的全過程之中,使之與母語教學(xué)互相融合、互相促進,既體現(xiàn)專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)的特色和針對性的同時,又能夠全面提高學(xué)生的外語應(yīng)用能力和綜合素質(zhì),使教學(xué)更好地適應(yīng)新世紀人才培養(yǎng)目標的要求。在“工程流體力學(xué)”教學(xué)中推行雙語教學(xué),使學(xué)生在雙語教學(xué)課堂中提高英語水平,學(xué)會用英語表達專業(yè)知識,繼而過渡到用英語去思維、求知、交流,以便熟練地用外語來解決實際問題。這種教學(xué)模式既符合經(jīng)濟迅速發(fā)展對涉外人才基本素質(zhì)的要求,也符合大學(xué)各專業(yè)交叉融合的發(fā)展方向,是教學(xué)改革的重要內(nèi)容。
根據(jù)“工程流體力學(xué)”課程的特點,在其教學(xué)中可以使用綜合型教學(xué)模式。即對一些基本概念、基本理論,比較好理解的,可以采用浸入型;而對一些公式的推導(dǎo),專業(yè)性比較強的,難于理解的采用過渡型。另外,將一些流體發(fā)展的歷史、實例用多媒體教學(xué)手段進行授課,達到直觀的效果。
四、注重實驗環(huán)節(jié)
“工程流體力學(xué)”也是一門實驗科學(xué)[3]。很多流體力學(xué)理論都是以實驗為基礎(chǔ)建立起來的,理論分析得出的結(jié)果需要通過實驗來驗證,而實驗的進行又需要用分析得出的理論來指導(dǎo)。因此,實驗是“工程流體力學(xué)”課程的重要組成部分,是必不可少的教學(xué)環(huán)節(jié)。它不僅是為了驗證理論,有助于學(xué)生學(xué)好流體力學(xué),而且是培養(yǎng)學(xué)生進行科學(xué)研究、提高獨立工作和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。
隨著大學(xué)教育的普及,受教育的人數(shù)迅猛增長,而實驗教學(xué)設(shè)備與人數(shù)增長不成比例,導(dǎo)致教學(xué)和實驗的間隔周期較長,使得實驗前,有些學(xué)生并沒有做好充分的準備,并且缺乏必要的理論復(fù)習,對即將做的實驗相關(guān)知識沒概念,致使理論和實驗嚴重脫節(jié),實驗效果不佳。但是對學(xué)生的考核僅僅是一份實驗報告,導(dǎo)致有些報告抄襲嚴重,甚至有些學(xué)生做實驗,看別人怎么做就怎么做。這樣,學(xué)生的動手能力、實踐能力怎么能培養(yǎng)出來?更不用說培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和發(fā)散思維。實驗課是教學(xué)的必要環(huán)節(jié),也是重要環(huán)節(jié),不容忽視。
1.實驗前,回顧與實驗相關(guān)的知識點,讓學(xué)生在短時間內(nèi)了解本次實驗和相關(guān)理論,這里的相關(guān)理論不是本實驗的結(jié)論,實驗結(jié)論應(yīng)該由學(xué)生通過做實驗總結(jié)出來;也可以將本實驗過程錄制成一段視頻,讓學(xué)生提前看一下,熟悉一下實驗過程,視覺在人心中留的印象會更深刻一些,做到心中有數(shù),這樣真正自己動手做實驗就不會茫然。
2.由于時間和設(shè)備的限制,實驗只能就某一種情況進行操作,對其他條件變化時會有什么樣的規(guī)律不能面面俱到,這時在實驗教學(xué)中應(yīng)用計算流體動力學(xué)軟件演示也會收到很好的教學(xué)效果。所以,計算流體動力學(xué)軟件不僅在教學(xué)中,在實驗中的作用也是顯著的。
3.在實驗課教學(xué)改革的同時,實驗課考核的方法也應(yīng)該相應(yīng)地加以整改。通過純粹的書面實驗報告和出勤率進行考核,學(xué)生互相抄襲,敷衍了事,實驗做完后真正的原理還沒弄明白。為了避免此類情況的發(fā)生,一方面,考核每個學(xué)生親自動手做實驗,邊做實驗邊講解,不僅能夠鍛煉學(xué)生動手的實驗?zāi)芰?,語言表達能力相應(yīng)地也有所提高,為此應(yīng)該增加實驗教師的人數(shù);另一方面,除了增加實驗課在最終成績的比例(10%)外,還要在期末試卷中增加實驗內(nèi)容,以檢驗學(xué)生對實驗的理解能力和掌握情況。
為了使學(xué)生能夠更好地掌握“工程流體力學(xué)”課程的內(nèi)容,教學(xué)需要改革,這就要求當代大學(xué)教師不斷地嘗試、不斷地探索新的教學(xué)模式,充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習熱情。本文針對“工程流體力學(xué)”這門專業(yè)基礎(chǔ)課程的特點,提出了幾點教學(xué)建議,希望對工作在一線的流體力學(xué)教師有點幫助。
參考文獻:
[1]于靖博,張文孝,李廣華.工程流體力學(xué)課程教學(xué)改革與實踐[J].裝備制造技術(shù),2011,(11).