前言:一篇好文章的誕生,需要你不斷地搜集資料、整理思路,本站小編為你收集了豐富的流體力學的基礎知識主題范文,僅供參考,歡迎閱讀并收藏。
論文摘要:根據環境工程專業特點,分析了該專業技術基礎課“工程流體力學”和主干專業課“水污染控制工程”在教學中存在的問題,文章從教學內容、教學模式、師資配置、考核方式四個方面提出了“工程流體力學”和“水污染控制工程”教學改革思路。
論文關鍵詞:環境工程專業;工程流體力學;水污染控制工程;教學改革
“工程流體力學”是研究流體(液體、氣體)處于平衡狀態和流動狀態時的力學規律、流體與固體之間的相互作用及其在工程技術中應用的一門科學,是力學的一個獨立分支,有其自身的理論體系,其基礎理論主要由三部分組成:流體靜力學、流體運動學和流體動力學。“水污染控制工程”是關于控制水體污染途徑以及各種廢水處理方法(包括物理處理方法、化學處理方法、生物處理方法等)的基本理論、工作原理及設計計算的一門科學。“工程流體力學”是環境工程專業的重要技術基礎課,“水污染控制工程”是環境工程專業的核心專業課,這兩門課程在環境工程專業本科教學中有著舉足輕重的作用,同時兩者之間也存在著重要的相互理論關系。
“工程流體力學”是水利、環境、能源、土木、機械、動力等學科的一門技術基礎課程,該課程的教學內容紛繁豐富,其特點是理論性和綜合性比較強,概念抽象,難于理解。“水污染控制工程”課程內容與“工程流體力學”內容結合相對比較緊密,如城市排水溝道系統、各種污水處理構筑物等的設計計算,以及在構筑物中的生化反應、化學絮凝反應中水力條件的控制等均是工程流體力學理論知識在水污染控制工程中的實際應用。目前,在環境工程專業教學方面,“工程流體力學”和“水污染控制工程”課程正面臨著比較尷尬的局面:一方面課程內容趨于復雜和廣泛;另一方面在課時量逐漸壓縮的情況下,“工程流體力學”和“水污染控制工程”教學內容沒有起到應有的相互銜接,教學內容彼此脫離。由此形成環境工程專業“工程流體力學”教學內容與專業課銜接不夠,在教學過程中學生感到內容枯燥,概念抽象;而在“水污染控制工程”教學過程中,學生感到工程流體力學基礎理論知識不扎實,不能夠熟練應用工程流體力學基礎理論解決水污染控制工程方面的實際問題。
針對目前環境工程專業課程設置及教學內容的狀況,本文從教學內容、教學模式、師資配置、考核方式四個方面提出“工程流體力學”與“水污染控制工程”教學改革,提高教學質量,培養學生綜合能力。
一、改革教學內容
對“工程流體力學”教學內容進行改革,結合環境工程專業特點,重構環境工程專業的“工程流體力學”課程,對該課程中的主要內容進行優化設計,緊密結合后續專業課“水污染控制工程”的內容進行改編,為“水污染控制工程”的講授奠定基礎理論知識。“工程流體力學”教學內容主要包括理論教學和實踐性教學兩部分,其中在理論教學內容部分,如“工程流體力學”中涉及到的流體粘滯性、流體內摩擦定律等內容,結合水污染控制工程的斜板斜管沉淀池中水的流態所需要的雷諾數內容為實例進行教學內容改革;“流體靜力學”中絕對壓強、相對壓強、真空度等概念、理論在水污染控制工程中虹吸濾池、脈沖澄清池以及沉淀池、污泥濃縮池重力式排泥所需要的靜水頭壓力等實際工程中的應用為實例進行教學內容改革;流體運動學中基本理論對“水污染控制工程”中的數學模式的建立為實例進行教學內容改革;“流體動力學”中壓力損失理論在水污染控制工程中的水力計算,水射器理論在水污染控制工程中的計量作用、加藥作用、射流曝氣作用為實例進行教學內容改革等。其次,“工程流體力學”實踐性教學內容部分,改革傳統的實驗教學內容,除驗證性實驗之外,增加工程應用性實驗,如文丘里流量計、三角堰流量計、巴氏計量槽、畢托管測速儀、虹吸管、孔口與管嘴的工程應用等內容,既加強了動手操作能力,也培養了學生將基礎理論知識轉化為現實生產力的綜合分析與應用能力,不僅使教學內容豐富,也提高了學生學習的熱情和積極性。
對“水污染控制工程”教學內容進行改革包括理論教學內容改革和實踐性教學內容改革,強調“工程流體力學”基礎理論知識在水污染控制工程中的應用。在理論教學內容方面,“水污染控制工程”中的污水溝道系統水力計算、水處理構筑物中水力參數的確定、污水在構筑物中的最佳流態、各水處理構筑物之間高程布置、混合反應池中攪拌強度的確定、過濾池中配水系統的設計及其濾速確定等一系列涉及工程流體力學問題的相關內容進行必要教學改革,加強學生對“工程流體力學”基礎理論知識在水污染控制工程中的工程應用有一個更清晰的認識,理解“工程流體力學”基礎理論知識在水污染控制工程中的重要性,使學生既掌握了“水污染控制工程”應用設計方法、設計原則、計算方法等知識,也加強了學生對“工程流體力學”基礎知識在水污染控制實際工程的應用。在實踐性教學內容方面,加強工程性應用實驗教學內容,從不同的工業企業和居民生活區采集不同的廢水水樣,根據化驗所得廢水水質,確定所采用的處理技術和處理工藝,并通過實驗驗證在各種廢水處理工藝中所選擇的工程流體力學水力參數,基于“工程流體力學”基礎理論知識分析廢水處理工藝水力參數的合理性。
二、改革教學模式
“工程流體力學”特點是理論性、綜合性、系統性較強,概念抽象、邏輯結構嚴謹。目前傳統的教學模式基本上是教師講、學生聽,“授—受”型單一模式,盡管在學的過程中采用了多種形式的多媒體教學方式,但仍沒有改變學生在學習過程中的被動地位,學生缺乏主動性和實踐性。改革傳統教學模式,實施探究式、啟發式、開放式的創新教學模式,結合水污染控制工程中的實際問題,以工程實例為背景,應用工程流體力學基礎知識解決實際工程問題,誘導學生積極思考,在教學過程中形成教學互動,調動學生學習的主動性和參與性。根據教學內容性質,“工程流體力學”教學內容可以分為基礎理論和實際工程應用兩個部分。在流體靜力學、流體運動學和流體動力學三個基礎理論部分,采用形象化的多媒體演示、軟件模擬、小型實驗相結合探究式、啟發式教學模式,鼓勵學生課堂討論;在實際工程應用教學部分,如孔口管嘴、有壓管流和明渠流部分,以水污染控制工程中的工程實例為背景,采用適量的實際工程圖片,豐富教學信息量,刺激學生的感官,激發學生的學習興趣,拓寬學生的思路,開闊學生的視野,可以使枯燥、乏味的內容變得趣味盎然,使抽象、晦澀的內容變得直觀生動。
“水污染控制工程”特點是實踐性、工程應用性強,因為不同的廢水水質達到處理要求所采用的處理技術、處理工藝不同;即便相同的廢水水質,如果污水量不同,所采用的處理工藝也不同;一個廢水處理工程,即廢水水質、水量數據相同,也可以采用不同的處理技術和處理工藝,工程流體力學參數的選擇是確定不同廢水處理技術、工藝的主要影響因素之一。因此,在“水污染控制工程”的教學過程中,改革傳統教學模式,實施探究式、啟發式、開放式的實踐教學模式,以工程實例為背景,通過開放性的實踐性實驗正確選擇工程流體力學參數,并通過實驗研究對參數的選擇、廢水處理效果等進行科學驗證。通過工程實例和實踐性教學改革,使學生既對廢水處理工程設計過程有一個清晰的思路,又能達到舉一反三的效果。
三、優化師資配置
師資隊伍優化,一靠資源,二靠制度,師資隊伍優化也是一個相對的漸進過程,優化的標準和措施與所處時代、社會背景及其自身所處發展階段和學科特色有關。環境工程專業特點要求師資隊伍結構合理、質量可靠。“工程流體力學”與“水污染控制工程”是本專業的主要技術基礎課和主干專業課,兩門課程在講授過程中存在著千絲萬縷的必然聯系,這就對師資配置和師資隊伍建設提出了更高的要求。首先,建立高質量的師資隊伍,定期或不定期對教師進行專業培訓和實踐工程訓練,要求講授“工程流體力學”和“水污染控制工程”兩門課程的教師對兩個學科均有一定的研究,或者承擔一定量研究科研工作,洞悉當前“工程流體力學”和“水污染控制工程”發展的最新前沿理論和技術;其次,在師資配置方面,要求講授“工程流體力學”的教師對“水污染控制工程”有一定的研究或承擔相關科研項目,講授“水污染控制工程”的教師對“工程流體力學”有扎實的理論研究或承擔相關的科研項目;第三,建立教師研討會制度,講授“工程流體力學”的和講授“水污染控制工程”的教師定期或不定期舉行教學研討會,避免兩門課程的講授內容出現彼此分裂現象。如果在師資配置中,講授“工程流體力學”的教師畢業于力學專業,即使講授“工程流體力學”的教師對力學有很高的造詣,對該門課程的講授有聲有色,但如果該教師對環境工程專業“水污染控制工程”專業理論知識或實踐工程知之甚少,那么在教學過程中,必然不能夠將“工程流體力學”與“水污染控制工程”教學內容相結合,對環境工程專業學生來說,這樣的師資配置,必定不是最優化的師資配置。
四、改革考核方式
論文關鍵詞:流體力學;制冷與低溫工程;教學改革
目前,鄭州輕工業學院(以下簡稱“我院”)的制冷與低溫工程專業已被評為國家級特色專業。為了加強制冷與低溫工程專業學生能力的培養,造就人才,有必要對制冷與低溫工程專業的教學進行全面的改革。
“流體力學”是制冷與低溫工程專業的一門重要的專業基礎課,主要分為流體靜力學和流體動力學,研究流體平衡、運動規律、流體和周圍物體之間的相互作用力及其實際應用的科學。由于流動現象和流動規律及其影響因素十分復雜,故其具有理論性強、概念抽象和公式較多、實際工程應用廣、對學生的綜合分析處理問題的能力要求較高等特點。加上學生對流體流動機理普遍缺乏感性認識,導致“流體力學”課程歷來被公認為是教師難教、學生難學難懂的課程之一。因此,迫切需要進行“流體力學”課程教學改革,使學生學好本門課程,提高課程教學質量,使學生能更深刻地理解和掌握專業理論知識,培養學生的綜合分析應用能力和創新能力,全面提高專業素質。
分析目前我院制冷與低溫工程專業“流體力學”課程教學的現狀,發現存在以下主要問題:首先,“流體力學”理論性強,概念多而抽象,難以理解,學生普遍缺乏對流體力學問題的感性認識,學習興趣不高;其次,課程中公式繁多,推導過程復雜,且大多涉及到“高等數學”的偏微分方程,另還涉及到“大學物理”、“理論力學”、“材料力學”等方面的知識,學生理解困難;另外,學生對所學的知識不能靈活應用。因此怎樣激發學生的學習興趣,選擇合適的教學模式組織教學,全面實現該課程教學目標,提高教學質量,是該課程教學亟待解決的問題。
一、改革教學方法
學好“流體力學”這門課對于制冷與低溫工程專業的學生來說至關重要。讓學生理解流體靜止和運動的規律及其影響因素,不僅能為學生學習后續的專業課程提供必要的理論基礎,也能為學生以后分析解決實際工程中的實際問題提供理論指導。怎樣才能讓學生學好這門課,筆者結合自己的教學經驗,認為可以從以下幾方面著手。
1.激發學生學習興趣
學生是學習的主體,而“流體力學”又是大家公認難學的課程,因此學生的學習積極性高低決定著“流體力學”這門課教學的成敗。
要提高學生學習“流體力學”的積極性,首先要上好“緒論”課。“緒論”課是學生接觸和了解“流體力學”這門課的窗口,也是教師的教學水平和教學方式的第一次展示,“緒論”課上得好不好直接影響到“流體力學”課程教學的成功與否。通過“緒論”課讓學生對“流體力學”的發展及其廣泛的工程實際應用有一個大致的了解,使他們充分意識到“流體力學”知識和我們的生活及國家的建設密切相關,深刻理解“流體力學”知識在今后的學習和解決實際工程問題中的重要作用。
教師在講授一些理論知識之前,可先舉出很多貼近生活的有趣實例或者先提一些問題來激發學生的學習興趣,啟發引導學生積極地思考。例如在講液體的粘性之前,可以先問學生:在水中游得快還是在油中游得快?為什么?又如在描述流體運動有兩種方式——拉格朗日法和歐拉法時,可以將在座的學生和教室里的每個座位作為研究對象來進行類比,從而讓學生很容易的理解兩種方式。通過舉例和提問的方式,讓學生帶著問題去學習,讓學生親身感受到參與教學活動是一件樂事、趣事,由愿學到愛學再到樂學。實踐表明:列舉事例或提問的方式可以避免學生學習的枯燥感,活躍課堂氣氛,不僅可以吸引學生的注意力,激發學生學習的主觀能動性,還可以使學生充分意識到本課程對今后學習和工作的重要意義,并且能加深學生對所學知識的理解和記憶,使學生分析問題和解決問題的能力得以提高。
另外,還應充分利用多媒體,通過圖片、動畫讓學生直觀了解各種流動現象,而不是停留在抽象層面,從而提高學生學習“流體力學”的興趣。
2.巧妙講解公式
為了定量地描述流動現象和分析流動機理,需要應用數學工具。學生要真正理解基本概念、重要公式,首先就要讀懂數學,然而讀懂了數學不一定意味著明白了數學符號背后所代表的物理意義。“流體力學”教學實踐表明,學生從讀懂數學到理解流動問題的物理本質有一個過程。教師的一個重要任務就是做好各方面的工作,幫助學生完成從讀懂數學到理解流動的物理本質這一過程的轉變,進一步建立起科學的思維方式。
“流體力學”在分析介紹歐拉平衡微分方程、歐拉運動方程、連續方程、動量方程、伯努利方程等理論知識時都有大量的公式,這些公式涉及一些高數、物理、力學方面的知識,特別是大量的偏微分方程,加上“流體力學”的公式推導采用歐拉法,與物理及其他力學不同,學生的觀念不易改變,而且推導過程復雜,學生理解掌握很困難。如果過分強調“流體力學”知識的嚴密性和完整性,對每個公式的每個推導細節都逐一介紹,推導過程將會枯燥無味,學生只會被弄得糊里糊涂,興趣全無。而如果直接給出公式,讓學生死記硬背,只能讓學生不知其所以然,當然也就不能真正用所學知識來解決實際問題了。
根據多年的教學經驗,筆者認為:“流體力學”中公式的講解應將重點放在概念引入、理論模型建立的思想、基本原理和主要步驟以及公式的物理意義與應用限制上。首先對基本概念力爭講透,概念清楚了,公式的講解推演才有意義。然后重點使學生明確公式的物理意義及公式中各項參數的物理意義和幾何意義,只有真正理解了公式的物理意義,才能靈活使用公式解決實際工程問題。最后應強調公式的應用范圍及應用注意事項。由于流動的多樣性,“流體力學”中的很多方程都是在一定的條件下得到的,如伯努利方程就有多種形式(理想流體、實際流體、流體是否可壓等),在具體運用時,要根據具體情況選用正確的形式。
3.充分利用作業
學習的最終目的是讓學生能夠獨立自主地解決實際工程問題。如果基本原理掌握了,接下來就是如何用這個原理去解決實際問題。課后作業是檢查學生對所學知識理解、掌握程度的一種手段,同時也是培養學生分析、解決問題能力的一種方法。
首先應由學生獨立地完成一定量的課后練習題,這是“流體力學”學習過程的重要組成部分,解題過程實質就是利用“流體力學”的基本原理和基本方程分析和解決實際問題的一個訓練過程,課后習題可以幫助學生加深對基本概念和基本理論知識的理解。
然后再由教師通過習題課的方式,利用具有代表性的習題和一些學生普遍認為困難、出錯多的習題,講述流體力學原理在工程實例中的應用。在講解習題時,重在提供條理清晰的解題思路、詳細具體的解題步驟,使學生在此過程中掌握解決問題的正確方法和技巧,以便在以后的學習工作中舉一反三、觸類旁通、學以致用。這一過程增強了學生對流動過程物理本質的理解,將物理問題與數學工具有機地結合起來,有助于學生對與專業相關聯的實際工程問題進行認真思考,有效的增強了學生分析并解決實際問題的能力。
二、改革教學手段
多媒體教學以其形象、直觀、生動、具體、易于理解的教學特點,豐富的教學內容,被高等院校廣泛采用,并深受廣大師生的歡迎。
多媒體教學在“流體力學”教學過程中發揮著重要的作用。利用多媒體,可將“流體力學”中那些難以用語言描述的流動圖像、抽象難懂的知識點,如拉格朗日和歐拉法的描述,流線與跡線、層流、湍流等,通過圖片、動畫和視頻資料直觀形象地展現給學生,使其從感性認識開始建立清晰的物理概念,較容易地掌握相關內容,并使學生的邏輯思維、綜合分析能力得以提升。另外一些需占用大量時間寫板書表述的和不易通過板書表述的內容也可利用多媒體制作Power Point課件。如莫迪圖、水頭線、各種流場和一些典型的例題習題等。采用多媒體教學,授課的信息量增多了,教學內容更豐富了,學生在有限的時間內接收的知識更多了,學生的學習興趣提高了,學生的思路拓寬了,教學質量也提高了。
多媒體教學的發展并不意味著要摒棄傳統的板書教學。有很多學生認為板書能讓他們有更多的時間去思考消化一些抽象的東西,更有利于對基礎知識的理解和掌握。根據“流體力學”既有抽象復雜的流動機理又有大量的基本概念、基本方程的特點,在教學過程中應將多媒體教學與板書教學相結合,揚長避短,發揮各自的優勢,為教學工作更好地服務。如對某些特定的流動現象,可以通過多媒體教學,加深學生對流動現象和機理的理解。而對于較重要的公式及一些重點難點內容還是采用板書教學,例如流體力學基本方程的推導過程依然使用傳統教學中的板書,有利于學生集中注意力,讓學生更清楚地看清步驟、方法和解題思路。這樣既可留給學生足夠的思考時間,又可加深學生對重要知識的理解,從而獲得良好的教學效果。
關鍵詞:流體力學 教學改革 互動啟發式教學
中圖分類號:G424 文獻標識碼:A 文章編號:1673-9795(2014)02(b)-0030-02
近年來,作為在新的歷史時期全面推進我國高校人才培養模式改革的重要舉措,中國礦業大學(北京)大力開展全面建設研究型本科教育教學體系,加強學生創新能力的培養,落實“創新教學環節”的教學改革研究。“創新教學環節”由創新方法類課程、創新實踐活動組成。包括科研導論課、科研技能實踐、以及大學生創新訓練項目等等。然而,大學本科生在校的大多數學習時間還是以課堂為主,如何對課堂教學進行改革,以適應研究型本科教育教學體系的需要,是本文探討的問題。
1 流體力學課程的指導思想及定位
流體力學是工程力學專業的核心基礎課程,為后續課程提供必要的基礎知識和應用工具。因此,牢固掌握流體力學課程的基本內容,熟練運用該課程的基本方法,透徹理解其基本思想,是打開力學專業階段學習的關鍵。對于流體力學這門課的普遍認識是,老師們難教,學生們難學。究其原因,是因為學生在中學沒有接觸過流體方面的知識,是“懵懂無知”的狀態;而到了大學,一開始就要接觸流體的性質、模型、運動學和動力學的概念,是“被動接受”的狀態。這對于大學生來說勢必會感覺很難,從上課聽不懂,習題不會做到上課不想聽,習題抄答案,形成惡性循環,而教師的灌輸式教學更使得這門課預期達到的教學目標難以實現。學生的基礎沒有打好,對于后續課程的學習勢必產生不良影響。如何使學生在學習過程中既能獨立思考,又能積極響應教師的互動提示,進行有效的互動,這是提高教學效果的關鍵所在。
以學生為主體、教師為主導的互動式教學思想[1]在教學工作中逐步得到鞏固和落實,在教學方法的改革上取得了可喜成績。但是,要真正實現“教以學為本”[2],還需要不斷在教學思想、教學方法、課堂結構等諸多方面進行創新性的探索與研究。作者近年來一直從事流體力學課程的教學工作,對如何讓學生學好這門課進行了一定的研究。作者認為,啟發式教學[3]對于流體力學難教、難學這一問題是一有益的解決方案。通過在課堂上與學生互動以及在適當的時候對學生進行啟發,能夠改變流體力學課堂沉悶,學生不想聽講的氛圍,同時對培養學生的力學修養與力學能力大有裨益。教師在教學過程中切實重視、真正確立學生在學習過程中的主體地位,通過學生自悟、質疑、寫練的同時,加強學生主體之間的信息交流,以及教師的適時點撥啟導,構建“互動啟發式”這一課堂教學結構體系,能更好地讓學生學會學習,逐步提高學習修養。
作者針對上述問題,參考了國內外教學資料,結合多年教學經驗,并以工程力學08級的“流體力學”教學為研究對象,成立了“巖爆研究大學生創新小組”。小組成員利用課余時間,參加重點實驗室的科研活動,在北京市學會第17屆學術年會上了表了三篇論文[4~6]。小組成員的學習熱情、學習成績、研究水平得到了很大的提高。由此可見“互動啟發式”教學適應教學改革的需要。“互動啟發式”教學方式改變了過去那種學生被動接受的狀況,它要求教師的教學必須以調動學生的積極性為主,學生是主動的參與教學,而不是被動的去記憶。作者在教學中發現,互動啟發式教學方式是教師學生“雙贏”的教學方式,它促進了師生間的情感交流,調節了課堂氣氛,是符合大學教學大綱的新選擇。
2 流體力學的基礎性、前沿性和時代性
《流體力學》課程是計算流體力學、多相流動、非牛頓流體力學的基礎性理論。同時,本門課程對于許多理論性較強的學科,如工程熱力學、傳熱學、應用數學、應用物理學、流固耦合、滲流力學等,都是必不可少的基礎理論課。《流體力學》課程中的許多專題:如邊界層理論、湍流、渦動力學、水波動力學、氣體動力學等都是發展迅速的前沿學科。當前,隨著環境和資源探測要求的增長與技術進步,出現了許多或以流體力學為基礎、或與流體力學相交叉的新學科,如CCS(碳固存)、煤巖中的瓦斯流動、多場耦合、多相流及非牛頓流體力學;特別是隨著高超音速飛行器和運載工具、超靜音潛艇、以及現代武器系統的發展,為流體力學學科提出了更多的新問題,也為學習《流體力學》的學生提供了廣闊的發展空間。
3 流體力學教學改革的嘗試和成效
在教學中努力踐行“研究型學習”[7]與“創新型人才”[8]的培養。開展“互動啟發式”教學法改革,培養學生積極思考、研究型學習、創新型思維的能力。在平時成績考核中,增加了“研究報告”一項,指導并鼓勵學生針對書中的重點、難點問題進行深入研究,在創新教育理念與研究性教學相融合上做出了有益的實踐。
3.1 教學方式的改革
《流體力學》課程的特點是:理論性很強,對學生的數學基礎要求較高。例如,除了需要了解一般張量變換和指標運算的規則外,還需要了解張量場論、曲線坐標系下的張量微分學、微分幾何中關于點、線、面間的拓撲關系;以及由Gaussian定理、Stokes定理、標量勢、矢量勢、Helmholtz張量分解定理、向量場的梯度來表示流體力學的求解域,需要了解它們的幾何意義以及在流場幾何描述中的應用。另外,在對不同流動現象的偏微分方程定解問題的求解中,需要講解有關的數學物理方法的背景知識,如解波動方程的行波法、求解渦旋場中的格林函數法等。僅采用PPT教學,難以表達在定理推導或偏微方程求解中的思辨、引證與推理過程。
因此,將傳統“板書式”教學與現代教育技術相結合,各種方法互為補充,探索啟發式教學法的創新,采用了以下的教學方法與教學手段:
(1)對于建立流體力學基本方程組或偏微分程求解過程中的數學推導,采用板書講解為主,PPT為輔的教學方法。由于多數學生的張量場論與張量微分學的基礎較薄弱,在從這些定理出發建立流體力學基本方程的教學中,需要進行較長時間的數學推導,很容易造成學生的疲勞。采用傳統的“問-答”為主的“啟發式”教學法,往往得到“啟發”的只是部分基礎較好的同學,多數學生很少能主動響應,容易形成流體力學“難以學懂”的印象。
針對上述問題,創造性地設計了“互動啟發式”教學法。所謂“互動啟發式”教學,就是在設置啟發問題過程中,對被啟發對象的思維過程施加以強烈的影響,激發學生深入思考的方法。具體是,在理論學習、定理推導、或典型例題講解過程中,由老師首先進行提綱式講解,針對教材中的重點且難點問題,要求學生進行一定時間(5~7 min)的課堂練習作業,啟發學生提出問題。最后,再由老師進行板書講解的“講解―學生練習-提問―再講解”的課堂教學過程。
“互動啟發式”教學法實施的關鍵,是由教師對講解的問題進行綱要式分析,給出主要思路并交待相關背景知識,對其中的關鍵問題設置疑問點;在學生進行5~7分鐘的課堂練習過程中進行巡查,發現學生遇到的難點并適時提問,最后,有重點地進行分析與講解。在這一過程中,給學生提供了一個獨立思考的機會、創造了一個平等、自由的提問環境,使學生可以毫無顧慮地與老師交流,也便于老師及時發現問題。老師在學生達到思維臨界點時的講解,學生的印象深刻,可以達到事半功倍的效果。
(2)對于流體力課程中應用型專題和涉及實際物理現象較多的章節,采用PPT或錄像為主的現代化教學方法。這樣,可以在有限的課時內,在使學生充分掌握書中的理論知識的同時,對相關的物理現象有感性認識,加深對理論知識理解,以激發學生的科學探索精神,提高學生的學習興趣。為此,通過課程建設,編制了實驗錄像。實驗錄像介紹流體力學理論的背景知識,如有關流體粘性、壓縮性、靜力學實驗、伯努利方程實驗、雷諾實驗、邊界層流動等,利用PPT等現代化教學方法在課堂教學中加以運用。
(3)耐心、細致的課后輔導。對于在課堂上提出問題的學生,無論問題對錯、難易,在回答問題前,首先用“這是一個很好的問題,……”“你的問題很重要,……”等加以鼓勵,然后再回答問題;對勤于思考的同學加以表揚。
(4)改革考試的形式和內容,促進教學質量的提高。教學實踐中,對期末考試進行改革:平時成績定量化計分制;要求每位同學選擇教科書中的一個專門問題進行研究,提交一份專題研究報告;在期末考試卷面成績出題中與評分中,強調解題的分析過程。通過上述方法,在考試內容上,將知識測試與創新能力測試相結合。
3.2 教學改革效果
自我校工程力學專業開設《流體力學》課程以來,作者一直致力于以創新型人才培養、研究型學習方法建立為目標的教學改革,在不斷提高自身理論水平的同時,提出了“互動啟發式”教學方法并在教學實踐中加以運用。學校教學督導組的資深老師多次聽課,都給予了很高的評價。在授課中注重板書推演、思辨清晰、嚴謹、通俗易懂,在課后熱情輔導同學們的學習與創新研究活動。作者的授課及輔導受到同學們的廣泛歡迎。
4 課程特色
力學專業《流體力學》課程理論性強、對張量分析、場論、數學物理方法與特殊函數等數學基礎知識要求高。作者在不斷提高自身的理論水平、積極開展教學研究與改革的基礎上,形成了以下課程特色:
(1)在建立流體力學基本方程組與求解流場數學模型過程中,板書推演思辨清晰、嚴謹、通俗易懂,對所需的張量、場論、數學物理方法背景知識可進行詳細分析或精講。為使理論分析連續、易于啟發學生的思維,撰寫了近60萬字的背課筆記/授課講義,在板書推導中,多數情況下可以脫稿講解。
(2)采用“互動啟發式”教學方法,在課堂上形成與學生間的良好互動,啟發學生的自主思維、深入思考,以達到深入理解復雜數學、力學理論的目標。“互動啟發式”教學方法不斷充實完善,形成了包括課堂的即時啟發教學、平時的考察輔導與期末考試互相支持的系統方法。為研究型學習與創新型人才培養提供了有力保障。該方法得到了越來越多的認同。工程力學系的同仁,如黎立云教授、祝捷副教授等老師都采用了“互動啟發式”教學法,并形成了自己的特色,取得了很好的教學效果。
(3)強調“研究型”學習方法。在平時的作業中,要求學生將每一道習題當作一個“模型科學問題”,以論證與推演過程是否合理來評價學生作業的優良等級。對學生的作業認真評分并計入平時成績。允許作業成績不理想的同學可以重作,重新評分。另外,要求學生在課程結束前,選擇書中的問題提交一個研究報告,老師給予輔導、評分,并計入平時成績。以上措施在培養學生的研究型學習方法上起到了十分重要的作用。
(4)積極引導、支持學生開展創新科研活動。指導學生針對教學中的重點和難點開展解題方法、教學方法的研究,并將結果撰寫成研究報告或教改論文。在授課期間,對有學生要求給予科研的學術指導,總是熱情響應。
5 流體力學教學工作的展望
(1)繼續充實、完善習題庫、多媒體課件、實驗錄像等教學資源,實現優質教學資源共享。
(2)以創新型人才培養、研究型學習方法為目標,繼續開展教學方法的研究,不斷完善“互動啟發式”教學方法的內涵。
(3)現有的力學專業《流體力學》教材或深度不夠、或難于自學。準備在多年流體力學教學積淀與撰寫的講義的基礎上,出版一部通俗易懂、學術水平高、具有礦業特色的流體力學教材。
(4)目前的張量分析、場論的教材大都比較抽象,受眾較少。準備集自己多年在微分幾何、張量與場論理論的學習心得,在撰寫的講義基礎上,出版一部側重于講解張量、場論主要定理幾何意義及其在流場描述應用的學術論著,作為力學專業《流體力學》課程的參考教材。
(5)跟蹤國際上最新研究成果、發表高水平科研與教改論文,提高自身素質,促進教學水平的提高。
6 結語
用“互動啟發式教學”法進行教學,不但能使學生順利地接受新知識,而且教給學生利用已有的知識通過歸納總結去認識新知識的一種有效的學習方法,這就給了學生一雙點石成金的手。同時,由于采用對比、比喻等方法,引進一些生動活潑、通俗易懂、典型直觀的事例,不僅使教學雙邊活動有聲有色,而且在重溫舊課時輕松愉快的認識和掌握深奧、抽象、復雜的概念和規律,起到事半功倍的效果。“互動啟發式教學”是傳授知識、啟迪思維提高教學質量的重要手段,是一種行之有效的、科學的教學方法。
總而言之,作為大學教師,為了改革傳統的教學模式,必須在了解自己學生的基礎上采取相應的教學策略和教學方式。互動啟發式教學方式克服了傳統教學方式的不足,調動了學生的積極性和主動參與性,它是大學教學改革的必然要求,應該堅持并努力完善這種教學方式,使教學真正做到學以致用。
參考文獻
[1] 陸以理.探索交流互動式的教學方法[J].寧波高等專科學校學報,1999(3):18-20.
[2] 季哲.以學為本的課堂教學系統的研究[D].華東師范大學,2012.
[3] 劉慧.啟發式教學思想新論:內涵和特點[J].天津職業院校聯合學報,2009(4):50-52.
[4] 胡安琪,宮偉力.湍射流理論與紅外熱成像及數值模擬研究[C]//北京力學會第17屆學術年會論文集.2011:43-44.
[5] 陳滔,杜帥,馮旭偉,等.軟巖巷道的變形過程紅外熱像的混沌分析[C]//北京力學會第17屆學術年會論文集.2011:496-498.
[6] 宮偉力,馮旭偉,胡安琪,等.巖爆瓦斯滲流真三軸物理模擬實驗研究[C]//北京力學會第17屆學術年會論文集.2011:246-247.
針對工程流體力學課程當前存在的問題,結合CDIO工程教育模式,從理論和實踐之間的關系、學風建設、教師身份轉換以及考核機制方面進行改革,重點加強對學生主動學習能力,工程應用能力和團隊合作能力的培養。實踐表明,實施CDIO工程教學改革達到了預期的人才培養目標,也對其他課程的教學改革具有參考意義。
關鍵詞:
CDIO工程教育模式;工程流體力學;教學改革;三級項目
0引言
隨著中國工業化進程的不斷推進和“再工業化”戰略的提出[1],我國需要一大批有著扎實的專業知識、具備良好工程能力的工程師人才。應用型本科院校承擔著培養創新能力和工程能力人才的重任。如何使畢業生具備良好的自主學習能力、團隊合作意識、系統分析和動手能力,已成為我國高等工程教育改革的重點和難點。CDIO是一種強調創新與工程實踐的新型高等教育模式,其核心是將教學與工程實踐緊密結合,以滿足企業對工程人才知識結構和工程能力的需求,解決傳統工科高等院校在人才培養中出現的重理論教學輕實踐問題。按CDIO模式培養的學生,學習遷移能力、理論聯系實踐能力強,具備自主學習能力和“終生學習”的習慣,深受社會與企業歡迎[2,3]。工程流體力學是力學的一個重要分支,側重在生產生活上與氣體和液體相關的工程實際應用,它不追求數學上的嚴密性,而是趨向于解決工程中出現的實際問題[4]。要求學生對試驗研究、理論分析和數值計算有深入的理解,才能對實際工程問題進行定性、定量分析。將CDIO教學模式引入工程流體力學的課程教學改革中,更有利于提高學生的工程實踐能力和水平。
1工程流體力學課程存在的問題
1.1理論教學困難
隨著教學計劃改革的進行,工程流體力學課程的教學計劃課時由傳統的50課時縮減為目前的32課時。其中,教學學時為26課時,實驗學時為6課時,學時少,內容多,學生理解困難。
1.2學生學習主動性差
傳統課程理論性較強,需要熟練掌握的公式復雜,內容較為抽象,學生存在理解困難、理論與實踐脫節等問題。同時實驗環節學生的參與度很低,看多于做,更談不上思考和理解。
1.3考核方式單一
傳統的筆試考核方式造成了學生學習依賴心里嚴重,學習遷移能力差等問題。只在乎基本理論的死記硬背和卷面考試,面對實際問題無從下手,難以判斷學生對課程的掌握情況。
2CDIO工程教育理念
CDIO工程教育模式是由麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學組成的跨國研究團隊于2001年創立的新型的工程教育模型。CDIO即構思(Conceive)、設計(Design)、實施(Implement)和運行(Operate),包括了三個核心文件:1個愿景、1個大綱和12條標準[5]。根據工程師應具備的能力以逐級細化的方式表達出來,為工程教育改革提供了系統全面的指導,代表了當代工程教育的發展趨勢。CDIO工程教育模式從2005年引進我國以來,取得了令人矚目的成就。燕山大學作為教育部機械類、電氣類的CDIO工程教育模式研究與實踐課題組試點的第一批高校之一,積極推進CDIO工程教育改革進程。自2008年春季學期開始實施基于CDIO模式的教學改革以來,已經培養了七屆畢業生,積累了豐富的教學改革經驗,并不斷進行創新,為CDIO工程教育模式在中國的發展做出了一定的貢獻。
3規劃調整基于現代工程環境下的“工程流體力學”課程體系
傳統的工程流體力學教學體系已經不能滿足當今社會對工程人才素質的需求。基于CDIO思想構建的新的課程體系,加強了對學生基礎知識積累和運用的要求,強化工程實踐環節,重視對學生動手能力的培養。同時,重點介紹工程流體力學的最新科學技術領域和工程領域的發展,以構建新型多層次課程教學體系。在實際改革進程中,要強調基礎素質的培養,采用課堂理論教學、課下多層次實驗和三級項目相結合的方法,注重與學生之間的交流與反饋,將基于CDIO的課程教育改革平穩、有序地進行[6]。
4基于CDIO的課程具體教改內容
4.1理論教學環節改革
針對工程流體力學學科基礎性強,理論難度大,應用范圍廣的特點,基于CDIO思想的課程改革采用將授課內容精簡,關鍵知識點精講,綜合性知識點布置主題性任務的方法,讓學生主動學習,拓展知識面,培養了學生進行獨立思考的能力。充分利用互聯網資源以及教師的實際工程經驗,對知識點進行剖析,增強學生對知識點的感性認識。同時制作大量的流體流動動畫,展示最新工程流體力學學科應用資料,極大地豐富了教學資源,便于理解重要知識點,激發學生的學習興趣和主動性。
4.2實踐教學環節改革
華裔諾貝爾物理學獎獲得者李政道先生,在關于杰出科學人才培養的問題上特別強調實驗精神和實驗能力。基于CDIO思想課程改革的實踐環節,以三級項目為主,多層次實驗教學為輔,全面鍛煉學生的知識檢索能力,團隊協作交流能力,多學科、大系統的掌控能力,并能夠對學生知識的掌握情況進行深入的了解[7]。工程流體力學三級項目包括:系統全面的任務要求,靈活多變的題目選擇,細致的團隊任務分工,明確的節點匯報形式,以及一套合理的考核機制。以2014年秋季學期工程流體力學三級項目為例,要求每個班級的學生自行組隊,3-5人一組,每組選出一個組長,分別從六個題目中任選一個為題,對該題目進行分析、求解,明確組內成員分工,按時進行節點匯報,最后提交三級項目的課程報告和項目感想,抽簽進行PPT匯報。通過對學生的反饋信息和實際表現進行分析可以看出,三級項目的方法可以將CDIO教育改革理念與課程知識完美融合。不僅讓學生對所學知識有了更加深刻的理解,鍛煉工程實踐能力,而且讓教師的參與者和引領者作用得到充分發揮。
4.3學風建設環節改革
工程流體力學課程的理論難度較大,采用傳統的課堂式教學和單一卷面考核的方式,使學生只關注考試得高分,做實驗不提前準備、不關注原理,更讓一部分學生產生了課程學了也毫無用處的想法。基于CDIO工程教育的流體力學課程改革,嚴格按照CDIO的12條標準與能力大綱的要求,設計出一套合理的、循序漸進的三級項目考核機制。在項目的進展過程中,學生需要付出很多的課余時間,對項目的相關內容進行廣泛的搜索和學習,通過軟件仿真、理論計算以及與工程應用對比等方式,使學生對所學知識有了更深刻的認識。同時,學生充分體會到了團隊合作過程中,成員間交流、溝通、共享的重要性,體會到了集體智慧帶來的沖擊,以及團隊合力完成項目的成就感。在聽取其他小組匯報的過程中,對整個課程也有了更加深刻的理解。
4.4教師身份轉換環節改革
根據CDIO工程教育改革方案的要求,教師不僅僅是知識的傳播者,更是知識交流的參與者和引導者[8]。教師在自身知識和工程經驗積累的基礎上,嚴格按照CDIO工程教育改革能力大綱要求,系統、全面地整理出獨具特色的課堂教學教案。表2給出了工程流體力學課程某一個單位學時的部分課堂教學教案,只有按照詳盡的能力大綱的要求,才能充分保障教學質量。在三級項目考核機制的進程中,每個小組都要與教師在課下進行深入的溝通和交流。這種輕松、愉悅的溝通方式,不僅拉近了教師與學生之間的距離,而且使教師能夠更加充分地發揮參與者和引領者的作用,積極地引領學生走向自主學習和探索的階段。
4.5考核機制環節改革
與傳統單一卷面考核的方式相比,基于CDIO工程教育改革的考察機制更加注重對學生學習態度和學習能力的考察。目前采用的考核方法是:課堂出勤0.1,平時作業0.1,實驗成績0.1,三級項目0.1,考試卷面成績0.6。其中,三級項目由二部分組成:①組內互評等分,總分5分,最優分和最差分相差不得小于1分,組內人均得分為4分;②導師評分,總分5分,最優分和最差分相差不得小于1分。實踐證明,CDIO工程教育改革的考核機制更加公平、合理,克服了學生對卷面考試的依賴,提高了學習的積極性,同時保證了課程、實驗和三級項目的正常有序進行。近三年的課程合格率由改革前的低于75%,穩步增長并保持在90%以上,獲得了學生們的廣泛認可。
5結束語
CDIO工程教育體系是基于歐美發達國家的教育基礎而提出發展的,并不完全符合我國的教育情況和社會背景。如何將CDIO工程教育改革消化吸收,與中國的社會現狀和教育現狀相結合,走出一條具有中國特色的教學改革之路,是今后CDIO在中國發展的重點和難點。通過對幾年來基于CDIO工程教育理念的工程流體力學課程改革成果進行分析,可以得出很多寶貴的經驗。應用型本科院校必須克服困難,強調方法,將改革進行下去,只有這樣才能培養出符合當代社會發展需要的工程型人才。同時,教育改革是一個漫長的過程,必須本著“決策—實施—檢查—反饋—修正”的閉環管理思路,才能將改革合理、平穩地進行下去。
作者:袁曉明 王超 杜冰 單位:燕山大學河北省重型機械流體動力傳輸與控制重點實驗室 燕山大學先進鍛壓成形技術與科學教育部重點實驗室
參考文獻:
[1]黃群慧.中國的工業化進程:階段、特征與前景[J].經濟與管理,2013,07:5-11.
[2]胡文龍.基于CDIO的工科探究式教學改革研究[J].高等工程教育研究,2014,01:163-168.
[3]顧學雍.聯結理論與實踐的CDIO—清華大學創新性工程教育的探索[J].高等工程教育研究,2009,01:11-23.
[4]高殿榮,張偉.工程流體力學[M].北京:化學工業出版社,2014,1.
論文關鍵詞:力學,土木工程,力的平衡,建筑力學
1 力學的基本內容
力學在高中物理中的概念定義為物體間的相互作用[1]。一個物體受到力的作用,一定有另外的物體施加這種作用,前者是受力物體,后者是施力物體。各種力可以用兩種不同的方法來分類:一種是根據力的性質來分類的,如重力、彈力、摩擦力、分子力、電磁力等等;另一種是根據力的效果來分類的,如拉力、壓力、支持力、動力、阻力等等。而力的合成、分解和平衡也是力學原理中的重要內容,貫穿于整個力學,是整個物理學學習的基礎,也是高中學習的重點、難點和考點。力學原理來源于實際生活,故在實際應用中可以用力的方法簡化問題,解決問題,突出力學的實際效果。
2 力學與建筑力學的聯系
建筑力學是應用于土木工程中的基礎理論,它由理論力學、材料力學和結構力學三大部分組成。理論力學主要研究物體受力的分析方法和物體在力的作用下的平衡問題[2];材料力學研究材料在各種外力作用下產生的應變、應力、強度、剛度、穩定和導致各種材料破壞的極限[3];結構力學主要研究工程結構受力和傳力的規律,以及如何進行結構優化[4]。不管是理論力學、材料力學還是結構力學,都是以力學為基礎的,是力學的擴展應用。
但是,從另一方面看,力學的發展也離不開建筑工程的推動和促進。比如在建筑中出現了極端條件下的工程技術問題,這是無法用實驗方法來直接測定。而建筑工程這個天然的實驗環境就正好驗證了這些力學的原理,并提出了新的力學問題,推動了理論的發展。
綜上所述,力學原理是建筑力學的前身,建筑力學是在力學的基礎上發展起來的,是對力學的進一步應用和擴展。反過來,建筑力學的發展又對力學原理進行了驗證和補充。但是力學并不是建筑力學,它們是交叉學科,有可以共同解釋的部分,但是也有互相不能解釋的。例如,力學原理可以解釋高溫氣體、氣體激光器和核物理等領域的科學問題,而建筑力學解釋不了。而用力學方法去解釋固體的塑性、強度、損傷和斷裂等方面,卻遇到了極大的困難。
3 力學在土木工程實踐中的應用實例
我國的石拱橋在全世界都聞名遐邇,那么簡單石塊堆砌的橋梁怎么保持得穩定,怎么實現得力的平衡,下面以一個簡單的例子介紹力學原理在土木工程中的應用。假設石拱橋的簡化圖如圖1所示,整個石拱橋由4塊石塊構成,左右對稱結構,第1、4塊石塊直接和地基相連,第2、3石塊分別與1、4石塊相連,試用力的平衡原理對這一石拱橋進行分析。
首先,對第1石塊進行受力分析,其受力分析圖如圖2所示。第1石塊受3個作用力,分別為石塊的重力G1,支座的反作用力F0和第2石塊給它的反作用F21。用正交分解法進行力的計算。列方程式如下所示。
其次,對第2石塊進行受力分析,其受力分析圖如圖3所示。水利工程論文第2石塊亦受3個作用力,分別為石塊的重力G2,第3塊石塊給它的反作用力F32和第1石塊給它的反作用F12。用正交分解法進行力的計算。列方程式如下:
由于第3石塊、第4石塊和第1石塊、第2石塊是對稱的,其受力分析是一樣的,只不過方向相反,故不對這兩石塊進行再次分析。
由上例可以看出可以用力的平衡原理計算橋梁在靜止狀態下的內力值,通過分析每一石塊的受力,計算出最大受力值,利用最大受力值作為可控力的范圍,可以保證橋梁的安全性,當然這里沒有考慮石拱橋承載汽車等荷載的情況,但是思路是一樣的。這樣根據力的平衡的計算,就可用于設計橋梁時選擇截面尺寸,合適的建筑材料,以及怎么使橋梁經濟化。
4 力學在建筑領域內的發展
力學在建筑工程中的發展,主要是與建筑專業的結合形成了多種建筑力學理論。力學和建筑理論的結合主要體現在以下幾個方面。
第一,形成了建筑理論力學。
理論力學是一般力學各分支學科的基礎,是研究物體機械運動基本規律的學科[2]。它通常分為3個部分:靜力學、運動學與動力學。
靜力學主要研究物體在力的作用下處于平衡的規律,以及如何建立各種力系的平衡條件[2]。靜力學還研究力系的簡化和物體受力分析的基本方法。這些都用到了力學原理中力的合成、分解和平衡,而且這些問題可以用平行四邊形法則、三角形法則和正交分解法則進行計算。同時,也涉及到力學原理中的慣性和牛頓三定律等內容。而從動力學方面來講,由于動力學研究的是物體機械運動與受力的關系。所以,動力學亦是以牛頓運動定律、萬有引力定律為研究基礎的,這恰恰也是力學原理的知識點。
第二,形成了建筑固體力學。
固體力學是力學中研究固體機械性質的學科,主要研究固體介質在外力、溫度和形變的作用下的表現。一般包括材料力學、彈性力學、塑性力學等部分。固體力學與力學原理聯系緊密,力學原理中的拉力、壓力和阻力等是材料力學的理論基礎,例如材料力學的主要研究內容之一是對桿件進行力學分析,桿中的內力計算涉及到力的合成、分解和平衡等內容。力學原理中的彈力結合建筑原理形成了新的學科 —— 彈性力學;而力學中的動力、摩擦力等延伸為固體力學中的動力學等等。隨著計算機的飛速發展,分子動力學等微觀模擬方法、復雜結構的仿真分析將更大規模更迅速地在固體力學和工程設計中得到應用和發展,這也涉及到了力學的基礎知識。固體力學的上述發展,必將推動科學和工程技術的巨大進步。
第三,形成了建筑流體力學。
流體力學是在人類同自然界作斗爭和在生產實踐中逐步發展起來的。中國有大禹治水疏通江河的傳說,秦朝李冰父子領導勞動人民修建了都江堰,至今還在發揮作用。大約與此同時,羅馬人建成了大規模的供水管道系統,這些都是流體力學在建筑工程中成功應用的案例。流體力學的發展主要是為了盡可能多地開采地下石油和天然氣,而化工流程的設計,很大程度上也歸結為流體運動的計算問題,又或者是測定地下流水對建筑物的影響等。總之,流體力學對建筑工程的發展有著不可替代的作用。流體力學的主要內容,包括物體浮力定理和浮體穩定性在內的液體平衡理論,這也為流體靜力學奠定了基礎。而浮力和液體平衡理論也恰恰是力學原理的內容。
綜上所述,力學原理是形成建筑理論的基礎,它與建筑理論的結合是多方面的,從而形成了多種建筑力學。力學原理與建筑工程的其他學科也有交叉,如流體彈性力學、爆炸力學等等。這些不同的力學學科貫穿于整個土木工程的壽命期,從設計、施工、后期維修保養,直到最后的爆破消亡,都會運用到力學的原理去解決工程中的實際問題。
5 結語
建筑的發展和力學是有密切關系的,可以說沒有可靠的力學支撐,就不能保證建筑結構的安全,就不能建造出那么多的優秀建筑物和構筑物。而力學原理與建筑力學的結合,也是發展現代高科技建筑的必然趨勢,它們互相替代,互相促進,互相發展。相信有了力學的支撐,建筑工程會越走越遠,會有越來越多優美堅固的建筑屹立在東方大陸上。
參考文獻
[1] 張大昌.物理1[M].人民教育出版社,2010:50.
[2] 范欽珊,陳建平.理論力學[M].高等教育出版社,2010:1-7.
[3] 孫訓方.材料力學[M].高等教育出版社,2009:1-3.
關鍵詞:液壓傳動課程;教學改革;一體化教學
液壓傳動這門課程是講述如何以液體作為工作介質,在密閉系統中,依靠液體壓力來傳遞運動、動力或某種信息(如開、關信號)的傳動方式。該技術自1795年誕生以來經歷了兩百多年的發展歷程,如今液壓傳動技術已經廣泛地同機械、電子、氣動技術結合,形成了很多融機、電、氣、液于一體的設備。作為大多數機器或裝置的一個重要組成部分,也就決定了液壓傳動這門課程必將成為中等職業學校機械類專業學員的一門重要專業基礎課。通過對當前經濟發展需求和中職學生現狀分析,文章提出新形勢下,中職學校專業課只有在教學內容、教學觀念、教學形式、教學評價等方面作出符合市場職業需求的改革,才能為社會培養出合格有用的技術行業初、中級人才。筆者想簡單談談結合課改精神中職液壓傳動課程的教學,和廣大同行做個交流。如何提高液壓傳動課程的教學質量,我認為以下三點很重要:
一、抓住學科脈絡
液壓傳動課程主要講授三大部分的內容:
1.基礎知識
基礎知識部分包括:工作介質、液體靜力學、液體動力學、孔口與縫隙流量、氣穴與液壓沖擊。講授這部分知識大概需要10課時。這部分知識的特點是大部分物理量、單位為初、高中所學,關鍵是復習,難點在單位的換算;另外就是流體力學新知識的掌握。
2.系統的組成
此部分為系統的各個組成元件的結構和工作原理。講授這部分知識大概需要20課時。重點是動力元件和控制元件的結構與工作原理。這一部分涉及大量機械制圖知識。
3.整個系統
此部分是將所有局部組合在一起構成整體,這是液壓傳動課程中最難理解的部分,也是最重要的部分。講授這部分知識大概需要12課時。根據這門課程的地位、作用和學習這門課程所需的知識體系,綜合分析該課程最佳開課時間應設在學生系統的學習機械專業課程的同時,也就是一年級的第二學期,學期課時數應在42學時以上。
二、多種教學手段靈活運用
1.針對基礎知識的教學
針對這一部分和動力元件的參數部分,因為理論性較強,有些兄弟院校在教改過程中決定干脆砍掉不講,以免被說成是大學教育的壓縮版。我不贊成將這一部分砍掉不講。道里很淺顯,假如你不懂得流體力學的基礎知識,那么你不會了解液體在系統內流動時的能量轉換關系,在遇到實際問題時你就不能從病理的角度去分析故障,其結果只能是頭疼醫頭腳痛醫腳。但是,這部分知識也不能講得太深入,否則,就真成了“大學教育的壓縮版”了。筆者認為的尺度是:學員應該對最基礎的單位及單位之間的換算達到熟練掌握的程度,對流體力學的一些理論應能夠理解,但并不要求記憶公式,在輔助資料齊全的情況下,學員應能夠查得公式及有關參數來完成老師布置的練習任務。教學的主要方法就是傳統的講授法和練習法相結合,采用一體化教學模式,即講即練,重在練習。
2.針對系統組成的教學
針對這部分教學我主張采用演示法與練習法相結合。以多媒體動畫演示結構和工作過程,在以實物拆解的方法加以練習,真正做到讓學生看得見、摸得著。但在多媒體教學過程中,由于信息量較大,有時學員難以把握課節重點,最好能將多媒體教學與板書相結合,便于學員抓住課節脈絡,及時做好記錄。
3.針對整個系統的教學
學習這一部分的難點在于工作介質是在管路和元件的內部流動,難于觀察,不容易獲得感性認識。教學方法的改革在很大程度上依賴教學基礎設施的投入,在有條件的情況下,可以借助動態透明系統教具,通過觀察法教學,還可以采用實驗法,通過學生親自動手組裝系統,完成實驗任務,使學員獲得感性認識。沒有條件的,可以有演示法,通過多媒體動畫演示系統的工作。光靠課本圖解、掛圖來講解,教學效果是很差的。
三、嚴謹的考核方式
培養應用型人才不是紙上談兵,要杜絕高分低能,這就要求我們在考核學員的時候要貫穿整個教學過程,這樣才能及時發現不同個體存在的不同問題,及時解決。筆者的考核方法是:期末筆試成績占總成績的50%,用以考核知識的掌握程度;平時成績占總成績的50%,包括:課堂提問、練習、實驗、作業、出勤,用以考核整個教學過程中學員的實際表現,只有在各個方面都有突出的表現才能在總成績上獲得優異的成績。
最后,教學的過程是教師教與學生學的過程,無論你采取什么辦法,只要你在確保教授內容的正確性的同時又能極大程度地調動學生學的積極性,那么你的方法應該就是可取的。筆者愿意同廣大同行交流技術問題,交流教學心得,不周之處望批評指正。
參考文獻:
什么是熱能與動力工程?
我們可以從字面上對本專業名字進行一下拆解,其實就是熱能、動力、工程。首先是工程,因此本專業就是一個工科專業,如果你希望獲得諾貝爾物理獎、化學獎這些理科方面的成就的話,你就不要再把你的眼光停留在這個專業上了。其次就是熱能與動力,因此只要工程中涉及到熱(或冷)、能量、能源、動力等這些問題時,這個專業幾乎都能解決。因此它的就業面非常的廣,大到熱電廠、核電廠,飛機、船舶、汽車的發動機設計,小到電子設備冷卻等,厲害到航天飛行器的熱管理、熱回收,一般到家用空調、冰箱的設計。我們這專業無處不在。
那你也許有疑問,就業面這么廣,是不是學習很累?其實也未必。目前,擁有這個專業的高校有很多,比如清華大學、西安交通大學、上海交通大學、中國科學技術大學、華中科技大學、浙江大學等一些頂尖大學,一般的有比如南京航空航天大學等這些“211工程”大學,普通的比如南京工程學院等。不同的高校,學的側重點也會有所不同。比如東南大學側重的是電力領域,北京航空航天大學側重的就是航空航天領域,江蘇大學側重的是流體機械領域,還有一些大學側重的可能是制冷、空調這些領域。但是無論你大學里學的側重哪個領域,就業時也可以再次選擇。比如在大學你學的是側重制冷領域的,以后就業時你也可以去電力領域,因為本科學到的專業的基礎都是一樣的。
都要學點什么?
這個問題很好回答,因為我的八年時間就是在不停上課、自習、實驗、寫論文中度過的。剛進大學,學校的一些權威教授就會給你講述一下什么是熱能動力工程,其實和我上面說的也差不多。當然你可以通過他們了解到一些細節,不過那時的你估計還并不能完全理解。
在大一一年、大二上半年這段時間內估計接觸不到我們專業的很多東西,這一年半,主要就學習外語、高等數學、線性代數、大學物理等一些公共基礎課,這時候還是高中向大學的過渡階段,學習也需要認真、需要做題,但不會像高中那么累。這時候的基礎需要打牢,但不要和高中一樣,盡做難題,應該以掌握基礎知識為主要任務。因為這些內容的學習主要是服務后期的專業課學習的,因為我們專業是工科,不需要像理科一樣。同時,課余時間可以去參加參加活動,培養一項興趣愛好,這會使你終身受益。
在公共基礎課程學習中,還會學習一些機械、弱電方面的基礎知識,比如機械制圖、電工電子學等。為什么學習這些課程呢?因為在我們的專業課中經常會出現機械和電子這些領域的一些專業知識。因此作為未來的熱能工程師,不僅要有扎實的能源方面的基礎知識,還得學會看機械圖和知道一些自動化的原理。所以學習還是比較苦的。不過也不要太擔心,因為其他專業只要掌握一些原理知識就行了。
無論你在哪個高校學習,無論你將來側重哪個領域的工作,專業基礎課是必須要學好的。雖然不同的高校在公共基礎課和專業課的設置上會有些不同,但流體力學、工程熱力學、傳熱學這三門大課是大家一致認同的專業基礎課。工程熱力學這么課相對來說簡單,因為在大學物理課上都有所介紹,學起來也不是太累,而且得高分的概率很大。流體力學和傳熱學是兩門新課,學起來也會有點壓力,且流體力學又是傳熱學的基礎,因此這兩門課都需要認真對待。同時這兩門課又對你的就業、考研和將來的科研幫助極大。在專業基礎課學完后,就可以學專業課了,比如主要有渦輪機原理、鍋爐原理、電廠設備、熱力系統等。這些課程的名字雖然比較拗口,但實際上學起來并不太難,因為專業課主要破解的就是一些原理問題。渦輪機是一種原動機,主要通過葉片的轉動將氣體的熱能轉換成機械能,從而帶動發電機或作為飛機的動力。渦輪機原理這課一直被認為是所有專業課中比較難的一門,因為課程里面幾乎涵蓋了所有的專業基礎課。但由于渦輪應用范圍廣,相應的就業機會大,獲得的報酬多,因此受到大部分熱能工程師的青睞,因此如果你以后致力于渦輪機方面的工作,基礎課的學習絕對不可以偷懶。
工科除了理論知識的學習,還有不少的實習需要去完成。去大中型電廠實習,是大三、大四時的主要任務。說是去實習,其實也就是去參觀一下而已,從而了解電廠的流程。很多人認為女生去學工科很累,其實也未必。學工科的女生比較少,因此受關注也會多一點,談戀愛的機會也會大很多。而且女生比較刻苦,獲得保送研究生的機會也大。現在的工科已經不是大家想象的那樣了,滿臉油污、力大如牛這些詞已經不合適了。在電廠,大部分時間你只要按個按鈕就行了,因此這些工作同樣適合女生。因此熱能與動力工程這個專業適合所有人群。
到了研究生階段,還會有高等工程熱力學、高等流體力學、高等傳熱學、燃燒學、計算熱物理等課程,研究手段主要有理論研究、實驗研究和計算機模擬,利用這三種研究手段去解決一些工程中的問題,是熱能與動力工程專業研究生的主要任務。
就業、再升學情景如何?
之前已經提及我們這個專業就業面是非常廣的,雖然有時我們也感慨我們是一群“絲”,但我還沒聽說有失業的,就連四年在網吧度過的哥們都可以找到工作。本科一般都會把我們專業命名為熱能與動力工程,雖然也分方向,比如電廠方向、制冷方向等,但就業不受很大影響。到了研究生,我們這個專業的大名就叫做動力工程及工程熱物理專業,底下又分為工程熱物理、熱能工程、制冷、動力機械、流體機械、車輛工程等一些小方向,又根據不同的導師會有不同的研究方向。但無論怎么細化,專業基礎課還是一樣的。因此工作時改方向也比較容易。
[關鍵詞] 冶金傳輸原理 理論和實踐 過程教學
冶金傳輸原理是以高等數學、大學物理和物理化學等課程為基礎并與冶金過程緊密聯系的冶金類專業基礎課。廣大師生普遍認為該課程“難學難教”[1],其中冶金傳輸原理的“難學”,主要體現在課程的相關概念、定理、定律,特別是相似原理、因次分析以及相似準數等的抽象性,對于第一次接觸這些內容的初學者,難以與實際的物理過程相結合,而表現為“難學”。對于冶金傳輸原理的“難教”,是該門課程數學與物理高度結合的特點,而學生專業知識的不足以及數學、物理知識不扎實等實際問題,在實際的教學過程中如何克服這些問題,能夠使學生理解和掌握教學大綱所規定的內容,是“難教”的主要表現。因此,針對這些問題,如何提高教學質量,培養具有實用型及創新型素質人才的要求,是該門課程教學改革始終探索的方向。
冶金傳輸原理的課程特點
冶金傳輸原理課程的特點是數理解析較重,其理論和研究方法來源于流體力學、傳熱學以及成熟的質量傳遞理論而形成一門獨立的學科,解析方法著眼于物理概念和數學表達的統一,并且突出了物理過程的特點[2]。它是一門既有較強的理論性,又有很強的實踐性的課程[3]。傳輸理論應用于冶金的實際過程,首先要對實際過程進行觀察分析,建立簡化的物理模型,然后建立相應的數學模型,再用數學分析解法、相似原理—模型實驗法和類比法等適合的方法求解給實際過程提供理論支持。自上世紀80年代以來,由于計算機軟、硬件的快速發展為傳輸過程的數值計算提供了強大支撐,使計算流體力學、計算傳熱學等也隨之有了長足的發展,目前,數值計算已成為傳輸原理的重要組成部分,同時也豐富了課程的內容。
冶金傳輸原理過程教學的方法
把冶金傳輸原理基本概念以及理論模型和冶金工程應用相結合,關鍵是介紹這些理論、模型與實際的冶金問題相結合的過程,實現理論聯系實際,學以致用。這樣一方面培養學生的實際應用能力,另一方面提高學生興趣,加深理論知識的理解以及對專業的認識,提高教學質量。結合教學經驗采取相應的方法和針對性的措施。
1.課內與課外相結合
課程數理解析較重的特點主要體現在涉及的數學、物理知識較多,為了更好地完成教學內容,就需要學生掌握扎實的數理知識,這樣,課前有針對性的預習就顯得很重要。因此課內與課外相結合就表現為課前的預習、課堂的聽講和筆記以及課后的復習和及時完成作業的模式。在課堂上,通過回想式的提問,鞏固上節課的知識點,起到承上啟下的作用,使本節的知識點能夠順暢銜接和充實,并且及時明確下節的內容,學生在預習時能夠有針對性地查漏補缺,從而有效地利用課堂時間進行傳輸原理的教學。通過這些環節的積極實施,提高課堂的教學效果。
2.啟發式與能動性相結合
冶金傳輸過程的相關概念、定理、數學物理模型以及解析方法,對于初學者來說比較抽象,特別傳輸過程簡化物理模型、數學模型的建立,以及數學模型的解析等,是知識的綜合應用,特別是數理解析過程復雜、繁瑣,對于基礎知識薄弱的學生顯得猶為枯燥乏味,影響了教學的效果。針對這種情況,在課堂上采用適當的提問進行啟發式互動,了解學生對基本概念的理解程度,及時引導概念的轉換。對于一些簡單的推導,在介紹基本的推導方法后,讓學生參與其中,共同完成過程的推導,使學生在這樣的方式中,掌握解析方法。另外,結合課堂教學內容,布置適當的課外作業,加深對所學內容的理解,提高了學生學習的能動性。
3.專業知識與自然知識相結合
根據專業培養計劃,冶金傳輸原理課程屬于專業基礎課,安排在認識實習實踐環節之后,學生雖然完成了認識實習,但對于專業的認識、工藝知識的理解還是有很大的局限性,加之冶金過程的高溫和不可見性,實際的冶金物理過程更具有抽象性,這些都加大了教學過程中與實際結合的難度,降低了學生學習的興趣,影響教學效果。因此,把冶金傳輸原理與實際生活中的應用結合起來,以提高學生學習興趣。例如自然對流傳熱在換熱方面的應用,即密度是溫度的函數,由于溫度的變化使密度變化而產生了自然流動,完成熱量的交換,這就是土暖氣的原理,以及煙囪是伯努利方程的實際應用、流體的黏性與渦流的產生等。這樣的實際應用提高學生學習興趣的同時也加深了對專業知識的理解。
4.教學與科研相結合
本科的教學與科研有著密切的關系,把教學科研團隊的研究成果與實際的教學進行有機的結合,擴充了學生的視野,豐富了課堂教學的內容,提高了學習的興趣和教學質量。如動量傳輸中流體流量的測量,就是伯努利方程的具體應用,其中對節流裝置的標定是采用實流標定或者風洞試驗,利用相似原理確定相關相似準數,根據相似充要條件,建立試驗模型系統和實際測量系統的相似準數方程,通過確定的相似準數將試驗模型系統與實際流體流量的測量連接起來,由于實際流體流量的測量;為了確定氧氣轉爐吹煉工藝參數而設計的轉爐冷態模擬實驗;以連續鑄鋼過程溫度場的模擬計算,根據結晶器、二冷卻區和空冷區的不同邊界條件,進行連鑄溫度場數值計算,并介紹典型的有限差分法、有限單元法和有限容積法等數值計算方法,介紹計算機在傳輸中的應用,同時介紹在計算流體力學、計算傳熱學的方面有成熟應用的如FLUENT、PHOENICS等商業軟件,使學生了解傳輸原理在數值計算方面的進展情況以及在冶金生產中的應用,如中間包流場的計算、鋼包桶式精煉爐底吹氬時流場的分布等。
5.理論與實踐以及實驗相結合
冶金傳輸原理工程技術基礎課程的特點決定了其實踐環節非常重要。在課堂教學的課時外,安排有6個-8個課時的實驗內容,主要有驗證位能、靜能和動能之和為常數的伯努利方程實驗;通過流速和差壓來進行流體流量測量的實驗;轉爐冷態模擬實驗等。采用教學與實驗相結合的方法,均可使學生對相應的物理過程有一個深刻的認識,強化理論與實踐相結合的過程。
在傳輸原理的教學過程中,要結合冶金工程專業的工藝特點與相關的傳輸原理進行有機的關聯,如埃根公式在高爐煉鐵中的應用、動量傳輸在連鑄中間包流場分布方面的應用以及渣-鋼間反應的傳質模型等,在這方面給學生一個有益的導向。
6.知識的持續更新
為了更好地實施冶金傳輸原理的過程教學,在平時要不斷進行教學方法、專業知識學習以及工程實踐的積累。對于教學方法的學習,一方面要查找教學過程的不足,另一方面要請教教學經驗豐富的教師、專家,通過聽課的方式,取長補短,積累教學經驗。專業知識方面的積累,主要是通過平時的備課以及在教學過程中發現的問題,及時查閱相關資料進行求證,如對流體力學、傳熱學以及數值計算、計算方法等方面知識的學習、積累,通過自學或請教于專家,來加強自己對專業知識的理解,同時,利用帶隊實習、與企業橫向課題合作以及去企業實踐鍛煉的機會,不斷充實自己的工程實踐知識,可以為過程教學提供更多、更豐富的工程實例,并且借助自己所在的教學科研團隊的平臺,把冶金實際以及科研的內容提煉為簡潔明了的課堂語言傳輸給學生,提高過程教學的效果。
結 論
冶金傳輸原理教學過程貫穿于每一個知識點、每一節課教與學的小環節,以及理論與實踐相結合的小環節之中,這樣的環環相扣,提高學生掌握知識的能力和教學質量。教學的關鍵是培養學生解決實踐問題的能力,授之以“漁”使學生在以后的工作中,在所掌握知識的基礎上,能夠繼續得到豐富和提高,培養實用型人才。
參考文獻:
[1]林萬明,王皓,陳津.《冶金傳輸原理》教學改革與實踐[J].科學之友,2006,7:75-76.
[2]王超,楊雙平,袁守謙,魯路.加強冶金傳輸原理課程理論聯系實際的過程教學[J].中國冶金教育,2010,9.
關鍵詞:核反應堆 熱工水力 教學 探索
中圖分類號:G64 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2015)09(a)-0113-02
核反應堆熱工本科專業是核工程與核技術的核心專業課之一。核反應堆熱工是一門工程性較強的課程,它著重講述了反應堆熱工的基礎理論和一些分析、計算方法,是核能科學與工程專業方向的一門專業主干課程。核反應堆熱工課程實際上是一門較難的課程,因為它要求的課程基礎較多,課程內容較為復雜抽象,能實踐的內容較少。因此,各大開設核專業的高校對這么課程的教學都十分重視,如何能較好的開展核反應堆熱工課程的教學已經成為高校教育中的一個難題。該文結合核反應堆熱工課程的教學實踐,通過教學內容的編排、教學模式的改善開展了一些教學的創新探索,收獲了一定的效果。
1 核反應堆熱工課程概況
核反應堆熱工課程是核工程專業的必修課,其的性質和任務是分析燃料元件內的溫度分布、冷卻劑的流動和傳熱特性以及預測在各種運行工況下反應堆的熱力參數,以及在各種瞬態和事故工況,壓力、溫度、流量等熱力參數隨時間變化的過程。要求學生前修課程包括反應堆物理分析、核反應堆工程原理、流體力學、傳熱學、高等數學、數值分析等。核反應堆熱工課程的主要教學內容包括堆的熱源及其分布、堆的傳熱過程、堆內流體的流動過程及水力分析、堆芯穩態熱工分析及堆芯瞬態熱工分析,此外還要求學生對傳熱學方面的知識非常了解。該課程40個學時,占2.5個學分,一般上課人數為40~50人。開設該課程的目的在于培養學生能夠掌握反應堆領域熱工水力學的基本分析方法,運用先修課程流體力學、傳熱學、工程熱力學和反應堆物理中學到的基本概念、基本公式和基本結論,以壓水堆堆芯為主要分析對象,達到既了解反應堆穩態工況下的工作情況以及在瞬態工況下的變化特點,又能訓練和培養獨立分析問題的技能和能力。通過該課程的學習為學生在畢業后從事核反應堆安全分析和設計運行等工作打下堅實的理論基礎并提供有益的工程借鑒。
核反應堆熱工課程的主要特點有以下幾方面。
(1)課程基礎多。熱工課程不僅要求學生對核反應堆無力分析的知識非常了解,還需要掌握核反應堆工程的專業知識,在具體的知識點學習中,還需要了解傳熱學的知識。在進行具體的熱工設計中,還需要流體力學方面的知識,進行計算時,高等數學、線性代數及數值分析等基礎理論的知識也不少。因此,要求如此多的課程基礎,少了任何一門都會使學生覺得此課程非常的有難度。
(2)課程內容抽象。從以上的介紹可以看出,課程中的許多內容涉及到很多基本概念和公式,在一一進行推導的時候十分的枯燥,難以引起學生的興趣。而且,課程的內容一環套一環,如果剛開始的課程學生沒有認真的學習,出現脫節現象,到后面的章節,學生學習起來難度將非常大。這也就導致學生在后面的學習失去了學習的熱情和信心。
(3)實踐的環節少。因為課程內容涉及到熱工水力和反應堆,但無論是流體力學還是反應堆,學校都不具備進行實驗的條件,這也就給本來枯燥、難度較大的教學內容帶來了更打的困難。
針對以上核反應堆熱工課程的特點,在教學過程中,我們采取了一些創新的教學探索,以期實現提高學生學習興趣,改善教學效果的目的。
2 教學創新探索
針對核反應堆熱工課程的特點,在教學過程中,通過以下幾個方面展開了教學創新探索。
2.1 抓好緒論課的教學
緒論課是教學的起點,有非常確定的目標,具有非常強的導向性。教師只有對課程的理解、掌握和控制到達了一定程度,才能在緒論課上將學生對教材的學習起到引領、提示和導向等作用,可以啟發學生對課程的興趣。通過緒論課使學生對這門課程的整體框架建立一個初步感觀,了解學習內容、明確學習方向、掌握學習方法、認識課程的前沿動態,進一步解決“為何學、學什么”和“如何學”三個問題,從而充分調動他們日后學習該課程的積極性。盡管每門課程的內容都不盡相同,但緒論課的主要的模式大致相同。緒論課的授課方式主要有以下幾個特點:從整體上介紹本課程、緒論課的內容求全不求精以及緒論課授課形式以老師講授為主。
俗話說得好:“良好的開端是成功的一半”。結合多年的教學經驗深刻體會到緒論課的重要性,可以說上好了緒論課,這個學期的教學就成功了一半。由于緒論課在整個課程內容中的特殊性,采取以上教學形式可以對學生進行有效引導,使學生快速地明白本課程的主旨和篇章結構,熟悉教材的知識系統,發揮主動學習課程的積極性,初步了解本課程的一般理論和研究方法[1-2]。但對于課程內容較為復雜、抽象和枯燥的課程,采取這種方式來組織緒論課的教學,未必能取得較好的效果。核反應堆熱工這門課程主要涉及到傳熱學、熱工水力、核反應堆物理分析等相關內容,各種物理原理、化學方法完全靠語言上的講解十分的枯燥,完全采用老師講授的方式,學生聽起來費勁,效果也很差。因此,有必要重新考慮核反應堆熱工緒論課的組織形式。通過認真的調研,本課程從重新編排緒論課的教學內容和調整緒論課的教學模式等方面對緒論課的教學進行了創新探索。
由于核反應堆熱工課程的內容十分的龐雜,要想在短短的2個學時內,將這些內容面面俱到的一一介紹,有一定的難度,也沒有必要。因此在本課程的編排上,必須對本課程的教學內容進行精簡,重新編排教學內容的原則是以點帶面。由于學生在前面的課程里已經上過一些專業課,對核反應堆物理分析的基礎知識有了一定的了解,因此這部分的內容可以有一定的刪減,既能對知識進行回顧,又要能引起學生們的興趣,這是對這部分內容的編排要求。對于后面具體的課程專業知識介紹,則挑重點介紹,而不是一一涉及。這樣重新編排緒論課的教學內容既繼承了傳統緒論課授課方式的優點,又在這個基礎上有新的突破。學生們聽起來既不會為龐雜而系統的知識感到厭倦,同時有興趣的知識點的深入探討又會引起他們足夠的興趣。雖然重新編排了教學內容,還是不能從根本上解決緒論課冗長的難題。因此,本課程也借鑒了研究型教學的模式。研究型教學是指在教學環節與過程中,有效促進教師主導地位與學生主體地位的雙向互動、并有機融合課程大綱與內容、研究選題與實踐、學生個性興趣與專業發展的多維統一從而教學相長的新型教學方式與課改實踐[3-4]。
2.2 使用好多媒體課件
多媒體課件是將文字、圖形、聲音、動畫、影像等多種媒體融為一體,將其于教學中,可以節省教師板書、畫圖等大量的時間,在相同的時間單元,可以給學生提供更多更大的信息量,拓展了學生的視野和思維,是傳統的“黑板+粉筆+教材”教學方法無法比擬的,而且顯示出了巨大的優勢。多媒體課件輔助教學在推動教育教學現代化、提高課堂教學效果等方面所起的積極作用是無可厚非[5]。在核反應對熱工課程中,使用多媒體課件尤其是視頻資料是非常適合的。因為在反應堆熱工課程中,許多熱工水力的原理及實驗是暫時沒有條件在現場或是實驗室展示的,因此通過視頻的方式來展現就變得尤為重要了,例如核電站核島內一回路管道、二回路管道內流體流動以及溫度分布等特點,通過講述的方式難以理解,而如果引入視頻的方式來展現就會變得特別直觀,易于學生理解。但多媒體課件的使用也存在一些問題,例如課程中視頻的時間不能過長,否則學生只看視頻的話,雖然印象深刻,但對于原理性的內容的理解反而不容易。
2.3 做好課程設計
核反應堆熱工課程內容非常多,需要檢驗學生對重點知識點的掌握和理解,以及是否有能力對這些知識加以綜合運用,解決核反應堆熱工中的問題。課程設計是一個非常好的選擇,通過課程設計,可以使學生對課程的內容的理解更為深刻,同時也鍛煉了他們的動手能力。例如,課程設計要求學生針對某壓水堆燃料組件熱工水力穩態特性進行分析計算,通過獨立編程計算鍛煉學生綜合應用課本理論知識的能力和計算機編程能力,為學生畢業后從事核反應堆程序開發工作打下基礎。例如,基于課程設計指導書內容,利用單通道模型思想對壓水堆燃料組件的熱工水力特性進行穩態分析計算,要求獨立編程計算,給出計算結果圖,并撰寫課程設計總結報告。例如基于課程設計指導書內容,利用單通道模型思想對壓水堆燃料組件的熱工水力特性進行穩態分析計算,要求獨立編程計算,給出計算結果圖,并撰寫課程設計總結報告。這些都是可以進行的課程設計內容。
3 教學實踐
基于以上的討論,我們展開了對核反應堆熱工課程的教學實踐。在教學實踐的過程中,認真做好緒論課的教學工作。根據學生們反饋,明顯能感覺到學生們對緒論課上教學內容的興趣得到了明顯的提高。在教學實踐過程中,做好多媒體課件的使用工作。很多同學在觀看多媒體課件時,尤其是播放核電站管道系統內流體流動的視頻時,很多同學都非常仔細的觀看。視頻觀看完畢后,有些同學立刻提出了自己的疑問,希望了解核電站內流體流動的具體情況。可見,在教師的引導下,學生們會自然而然的對核反應堆熱工課程的內容產生了具體的興趣。可見,多媒體課件特別是相關視頻的播放,也對提高學生們的學習興趣發揮巨大的作用。課程設計過程中,學生們展現的主觀能動性給任課老師也留下了非常深刻的印象,他們不僅學習熱情高,而且在課設過程中往往能有很多意想不到的創新性工作,使得這些課程設計在課程教學過程中發揮了巨大的作用。
4 結語
核反應堆熱工課程具有一定的難度。該文結合了核反應堆熱工課程的教學實踐,討論了在核反應堆熱工課程中可以采取的創新教學模式。通過抓好緒論課的教學,多媒體課件的使用以及課程設計等手段,提高核反應堆熱工課程的教學質量。實踐結果表明,這些手段都能在核反應堆熱工課程的教學過程中,發揮正面的作用,起到了良好的效果。
參考文獻
[1] 仝衛衛,王彩虹.《高等數學》緒論課教學方法淺談[J].中國西部科技,2015,14(1):97-98.
[2] 楊燕霞.教師課堂的“首場秀”――淺談關于“質量檢驗”緒論課的重要性[J].教育藝術,2015(5):32.
[3] 張琳,王佳.高校學科基礎課程研究型教學模式的實踐探索[J].教育教學論壇,2015(18):113-114.