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關(guān)鍵詞:流體力學(xué);教學(xué)模式;改革
作者簡(jiǎn)介:楊衛(wèi)波(1975-),男,湖北安陸人,揚(yáng)州大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院,副教授;毛紅亞(1976-),女,湖北天門人,揚(yáng)州大學(xué)財(cái)務(wù)處,會(huì)計(jì)師。(江蘇 揚(yáng)州 225127)
中圖分類號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-0079(2013)23-0083-02
“流體力學(xué)”作為土木、機(jī)械、能源、動(dòng)力、環(huán)境、化工等學(xué)科的一門主干技術(shù)基礎(chǔ)課程,由于其理論性強(qiáng)、概念抽象、方程繁瑣、難以理解與記憶,導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)的難度較大,從而影響教學(xué)進(jìn)程和專業(yè)人才培養(yǎng)的質(zhì)量。因此,如何針對(duì)“流體力學(xué)”課程自身特點(diǎn),結(jié)合專業(yè)建設(shè)目標(biāo),探索出一套新的適合各專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的流體力學(xué)教學(xué)模式具有非常重要的意義。本文結(jié)合工科院校學(xué)生的實(shí)際情況及筆者教學(xué)實(shí)踐與體會(huì),從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考核方式三方面對(duì)流體力學(xué)教學(xué)模式改革進(jìn)行了深入的探析。
一、教學(xué)內(nèi)容
1.教學(xué)內(nèi)容的選擇
教學(xué)內(nèi)容的選擇對(duì)于提高教學(xué)質(zhì)量、改善教學(xué)效果具有重要的意義。根據(jù)教育心理學(xué)理論,[1]在教學(xué)中應(yīng)把課程中具有廣泛遷移價(jià)值的科學(xué)成果作為教材的主要內(nèi)容,從而可實(shí)現(xiàn)利用已有知識(shí)來(lái)同化現(xiàn)有知識(shí)的作用,提高學(xué)生的接受能力。“流體力學(xué)”作為大學(xué)工科專業(yè)的一門課程,雖然其內(nèi)容相對(duì)比較陌生,但其所包含的基本知識(shí)卻貫穿于中學(xué)相關(guān)課程之中。如流體力學(xué)中的速度、壓力、壓強(qiáng)、質(zhì)量守恒方程、能量守恒方程及動(dòng)量守恒方程等,學(xué)生均在中學(xué)物理中均學(xué)過(guò),因此在講述相關(guān)內(nèi)容時(shí)可以將其與中學(xué)內(nèi)容相聯(lián)系,從而提高學(xué)生的理解能力。又如在講述管路的串聯(lián)與并聯(lián)特性時(shí),其流量、阻力及阻抗特性正好與中學(xué)物理中電學(xué)的串聯(lián)與并聯(lián)電路的電流、電阻特性一致,如果在講述之前引出中學(xué)的電路串并聯(lián)原理,則可大大加強(qiáng)學(xué)生對(duì)管路串并聯(lián)水力特性的理解能力。因此,根據(jù)學(xué)習(xí)遷移理論,將相關(guān)內(nèi)容與學(xué)生已有知識(shí)進(jìn)行對(duì)接,并闡述其相互之間的關(guān)系,不僅可以有效發(fā)揮學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)來(lái)同化現(xiàn)有知識(shí)的作用,而且對(duì)于改善教學(xué)效果具有積極作用。
2.教學(xué)內(nèi)容的編排
要合理編排教學(xué)內(nèi)容就必須使教材結(jié)構(gòu)化、一體化,以使構(gòu)成教材內(nèi)容的各要素具有科學(xué)、合理的邏輯關(guān)系。目前,國(guó)內(nèi)“流體力學(xué)”課程的教學(xué)體系一般包括流體靜力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)(理想流體流動(dòng)與實(shí)際流體流動(dòng))、流動(dòng)阻力損失、孔口管嘴管路流動(dòng)及特殊流動(dòng)現(xiàn)象等。每部分內(nèi)容既獨(dú)立,同時(shí)各部分之間又有相互的聯(lián)系。為了使學(xué)生容易學(xué)習(xí),可以按照流體力學(xué)實(shí)際應(yīng)用路線由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的方式來(lái)編排教學(xué)內(nèi)容。如可以從最簡(jiǎn)單的流體靜力學(xué)部分開(kāi)始,因?yàn)殪o力學(xué)部分中學(xué)物理中已講授,生活中很常見(jiàn),學(xué)生容易接受。由于靜止是相對(duì)的,運(yùn)動(dòng)才是絕對(duì)的,自然界流體應(yīng)用中更多的是運(yùn)動(dòng)著的流體,讓學(xué)生明白這個(gè)道理后很自然將教學(xué)內(nèi)容過(guò)渡到流體動(dòng)力學(xué)部分,從而可提高學(xué)生繼續(xù)往下學(xué)習(xí)的興趣。在講述流體動(dòng)力學(xué)部分時(shí),先從簡(jiǎn)單的一元理想流體運(yùn)動(dòng)部分著手,然后逐步過(guò)渡到多元理想流體流動(dòng)及實(shí)際流體運(yùn)動(dòng)。在講到實(shí)際流體運(yùn)動(dòng)時(shí),由于能量方程中出現(xiàn)了阻力損失項(xiàng),這樣就很自然將內(nèi)容過(guò)渡到流動(dòng)阻力損失計(jì)算這一部分內(nèi)容。由于生活中的復(fù)雜管路往往是由簡(jiǎn)單管路串聯(lián)與并聯(lián)而構(gòu)成,因此,復(fù)雜管路的水力特性(流量、阻力等)需要確定,這樣就可以根據(jù)流體力學(xué)實(shí)際應(yīng)用需要將內(nèi)容由阻力損失部分轉(zhuǎn)移到孔口管嘴管路流動(dòng)部分。最后,根據(jù)各專業(yè)培養(yǎng)需要,選擇適合的特殊流動(dòng)現(xiàn)象內(nèi)容進(jìn)行講解,以加強(qiáng)流體力學(xué)的實(shí)際工程應(yīng)用。這種以流體力學(xué)實(shí)際應(yīng)用路線由簡(jiǎn)單到復(fù)雜作為主線的教學(xué)內(nèi)容選擇模式,內(nèi)容組織層次感較強(qiáng),講起來(lái)更加引人入勝和重點(diǎn)突出,教學(xué)過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)化。
3.教學(xué)內(nèi)容的彈性化
教學(xué)內(nèi)容彈性化有兩個(gè)方面的含義:一方面要根據(jù)每屆學(xué)生不同的知識(shí)背景和不同的定位要求,采用不同的表達(dá)方式,以滿足學(xué)生多樣化的學(xué)習(xí)需要。另一方面是要根據(jù)時(shí)代的發(fā)展,不斷更新教學(xué)內(nèi)容,以適應(yīng)最新科技發(fā)展的需要。[2]例如在“流體力學(xué)”教學(xué)過(guò)程中,為了讓學(xué)生更容易接受,可以刪去大量的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo),如流體連續(xù)性方程、動(dòng)量方程、能量方程的推導(dǎo)等,這些內(nèi)容對(duì)于學(xué)生是否掌握流體力學(xué)基本知識(shí)并無(wú)影響。又如,對(duì)于不同的學(xué)生群體,應(yīng)根據(jù)學(xué)生今后的定位不同選擇適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)內(nèi)容,對(duì)于高職高專的學(xué)生,由于其畢業(yè)后大多數(shù)要走出校門從事實(shí)際工作,因此,在講述時(shí)應(yīng)側(cè)重于流體力學(xué)實(shí)際應(yīng)用方面的知識(shí)。而對(duì)于普通本科院校的學(xué)生而言,畢業(yè)后有相當(dāng)一部分的學(xué)生要繼續(xù)從事相關(guān)的研究工作(如考研等)。因此,應(yīng)加強(qiáng)學(xué)生流體力學(xué)理論方面的教學(xué)與培養(yǎng),以提高學(xué)生將來(lái)的研究能力。隨著時(shí)代的發(fā)展和計(jì)算機(jī)的普及,將計(jì)算機(jī)用于求解流體力學(xué)問(wèn)題的計(jì)算流體力學(xué)已越來(lái)越顯示出其重要的作用。所以,流體力學(xué)教學(xué)中,適當(dāng)介紹當(dāng)今常用的計(jì)算流體力學(xué)商業(yè)軟件,如Fluent、Star-CD、CFX及Ansys等,以擴(kuò)充學(xué)生的知識(shí)視野,為今后有意繼續(xù)深造的學(xué)生提供鋪墊。
4.教學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)際相結(jié)合
興趣是最好的教師。教育心理學(xué)[1]的研究表明:當(dāng)學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)生已有的知識(shí)和生活實(shí)際相聯(lián)系時(shí),才能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和解決問(wèn)題的興趣。因此,在流體力學(xué)教學(xué)過(guò)程中,應(yīng)結(jié)合專業(yè)目標(biāo)盡可能多地介紹流體力學(xué)廣泛的工程應(yīng)用背景,引導(dǎo)學(xué)生提高自主學(xué)習(xí)流體力學(xué)的興趣和積極性。如在講述流體靜力學(xué)中液體作用在曲面的總壓力計(jì)算時(shí),可以介紹1998年特大洪水災(zāi)害長(zhǎng)江決堤事件等;在講到流體靜力學(xué)中平面總壓力計(jì)算時(shí),可以適當(dāng)引入長(zhǎng)江三峽水壩閘門的設(shè)計(jì)與計(jì)算;在講到沿程與局部阻力損失[3]時(shí),可以講述如何選擇水泵,并以每天生活用水管道供水為例來(lái)分析等;在講到動(dòng)量方程應(yīng)用時(shí),引入如何確定彎管及分叉管路中水流對(duì)管道的沖擊力,從而可計(jì)算出管道支墩所受的推力;在講述畢托管時(shí),可講述如何測(cè)量風(fēng)管的風(fēng)量與風(fēng)壓,在講述傾斜式微壓計(jì)時(shí),可與畢托管一起講述如何利用兩者來(lái)測(cè)量正壓與負(fù)壓風(fēng)管段的動(dòng)壓、靜壓及全壓等。任課教師在平時(shí)授課過(guò)程中,結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)適當(dāng)穿插講述一些發(fā)生在我們身邊的與流體力學(xué)有關(guān)的實(shí)例,使學(xué)生認(rèn)識(shí)到流體力學(xué)在生活及工程中的重要性,激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣,以提高教學(xué)效果。
二、教學(xué)方法
目前課堂授課中常用的教學(xué)方法主要有傳統(tǒng)教學(xué)模式與以多媒體技術(shù)為代表的現(xiàn)代教學(xué)模式。傳統(tǒng)教學(xué)模式是指教師通過(guò)口授、板書完成特定教學(xué)內(nèi)容的一種課堂教學(xué)形式,該模式學(xué)生容易接受,可以達(dá)到預(yù)期教學(xué)目標(biāo)。但缺乏創(chuàng)新與探索知識(shí)的功能,尤其是在當(dāng)今知識(shí)快速更新的年代,更是面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。現(xiàn)代教學(xué)模式是指在課堂教學(xué)中引入多媒體技術(shù),通過(guò)形象逼真的動(dòng)畫的運(yùn)用,生動(dòng)形象地展示教學(xué)內(nèi)容,從而可以充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,使教學(xué)方式形象生動(dòng),有利于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、想象能力和創(chuàng)造能力。
考慮到傳統(tǒng)與現(xiàn)代教學(xué)模式各自的優(yōu)缺點(diǎn),在流體力學(xué)教學(xué)過(guò)程中應(yīng)將兩種教學(xué)方法有機(jī)結(jié)合起來(lái)。如在講述相關(guān)理論公式時(shí),就以傳統(tǒng)的板書教學(xué)為主,對(duì)公式的推導(dǎo)和例題的講解,用板書的方式條理化,通過(guò)板書一邊寫、一邊對(duì)學(xué)生提問(wèn),一邊推導(dǎo)相關(guān)公式,讓學(xué)生參與到教學(xué)中,從而可以加強(qiáng)學(xué)生與教師間的互動(dòng),激發(fā)與調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。而在流體力學(xué)理論的工程應(yīng)用部分則較多地采用多媒體課件,例如在講授層流與紊流[3]這部分內(nèi)容時(shí),單純地板書講解其概念很抽象,用多媒體課件展示雷洛實(shí)驗(yàn)講解則直觀生動(dòng),容易理解。在講解孔口管嘴管路流動(dòng)及虹吸現(xiàn)象時(shí),用生動(dòng)動(dòng)畫顯示其流動(dòng)全過(guò)程,可說(shuō)明其流動(dòng)過(guò)程中截面收縮及可能出現(xiàn)的真空現(xiàn)象,從而給學(xué)生留下深刻的印象。
三、考核方式
考核的作用主要是了解教師教與學(xué)生學(xué)的情況,及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題以便改進(jìn)。考核方式的合理性不僅能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,同時(shí)還可以提高教學(xué)效果。“流體力學(xué)”作為一門理論性極強(qiáng)的基礎(chǔ)課程,傳統(tǒng)的考核通常采用平時(shí)考核與期末閉卷考試相結(jié)合的方式,兩者所占比例通常為30%與70%。平時(shí)考核主要是學(xué)生的出勤率與作業(yè)完成情況,而期末考試主要是卷面所取得的成績(jī)。這種考核方式存在一定的問(wèn)題,不僅不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,在某種程度上還會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生抵觸心理。由于流體力學(xué)中有大量的經(jīng)驗(yàn)公式和圖表,如阻力系數(shù)計(jì)算公式與莫迪圖、納維-斯托克斯方程等,若采取閉卷考試,則勢(shì)必要求學(xué)生背熟這么多的公式,容易陷入死記硬背的怪圈。
事實(shí)上,這部分內(nèi)容的教學(xué)要求是讓學(xué)生能熟練應(yīng)用這些公式和圖表解決工程實(shí)際問(wèn)題,而不需要死記硬背。因此,在考核方式中可以嘗試平時(shí)開(kāi)卷考核與期末閉卷考核相結(jié)合的考核方式。即將不適合閉卷考試的一些無(wú)法記憶而又要求學(xué)生掌握與應(yīng)用的內(nèi)容,放在平時(shí)教學(xué)中進(jìn)行開(kāi)卷考核,而將一些基本原理、基本概念、基本計(jì)算方法的考核放在期末閉卷考試中。這樣,一方面,通過(guò)平時(shí)不定期的考核能提高平時(shí)學(xué)生的出勤率,另一方面,通過(guò)平時(shí)考核也可以激發(fā)學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)習(xí)效率;此外還可以通過(guò)考核及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,改善教學(xué)方法。通過(guò)這樣的考核方式,既能激發(fā)學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)興趣,同時(shí)還可以提高教學(xué)效果,考試結(jié)果能較真實(shí)地反映學(xué)生對(duì)本課程知識(shí)的掌握和應(yīng)用能力。
四、結(jié)語(yǔ)
教學(xué)不僅是一門科學(xué),也是一門藝術(shù)。每一種教學(xué)模式都有其特定的適用范圍和條件。流體力學(xué)作為工科院校相關(guān)專業(yè)的一門主干技術(shù)基礎(chǔ)課,由于其理論性強(qiáng)、概念抽象、經(jīng)驗(yàn)公式多,給其教與學(xué)帶來(lái)難度。如何根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)將其與各專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合,通過(guò)教學(xué)模式的探索使其教學(xué)融入到各專業(yè)人才培養(yǎng)中,將是“流體力學(xué)”教學(xué)模式改革的進(jìn)一步目標(biāo)。
參考文獻(xiàn):
[1]譚頂良.高等教育心理學(xué)[M].南京:河海大學(xué)出版社,2006.
[2]劉立平,師少鵬.傳熱學(xué)課程教學(xué)的改革探索[J].高等農(nóng)業(yè)教育,
關(guān)鍵詞:輔助教學(xué)軟件;流體力學(xué);教學(xué)模式
中圖分類號(hào):G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-9324(2016)40-0273-02
一、引言
多媒體技術(shù),尤其是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在現(xiàn)代教育教學(xué)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛,能創(chuàng)建新型的教學(xué)模式,改善傳統(tǒng)課堂教學(xué)的效果。應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)教學(xué)軟件,幫助學(xué)生自主選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容,彌補(bǔ)課堂教學(xué)的不足,及時(shí)檢驗(yàn)所學(xué)知識(shí)的掌握程度,這種教學(xué)方式稱為CAI(Computer Assist Instruction),即計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)[1]。《流體力學(xué)》是很多工科專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課,如安全工程、環(huán)境工程、土木工程等。該課程是一門理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的課程,涉及的高等數(shù)學(xué)和物理學(xué)的知識(shí)比較多,基本概念比較多,計(jì)算公式比較多。學(xué)生普遍反映該課程的學(xué)習(xí)難度比較大,理解和掌握該課程的內(nèi)容比較困難,學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性不高[2]。隨著教學(xué)模式的變化及研究型教學(xué)的要求,如何提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生能力、及時(shí)檢查學(xué)習(xí)效果,最大程度地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性,是教學(xué)面臨的主要問(wèn)題之一。作者在近幾年的教學(xué)實(shí)踐中,根據(jù)《流體力學(xué)》課程的教學(xué)要求及特點(diǎn),設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了《流體力學(xué)》輔助教學(xué)軟件,在教學(xué)實(shí)踐中取得了良好的教學(xué)效果。
二、教學(xué)軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本課程開(kāi)發(fā)的《流體力學(xué)》輔助教學(xué)軟件包括四個(gè)模塊:系統(tǒng)管理、課程要點(diǎn)、工程實(shí)例、自我測(cè)試。
1.系統(tǒng)管理。系統(tǒng)管理模塊包括用戶管理、試題管理、學(xué)習(xí)記錄等功能。《流體力學(xué)》輔助教學(xué)軟件需要登錄,登錄界面包括學(xué)號(hào)和密碼兩個(gè)部分。學(xué)生以用戶身份進(jìn)入軟件后,可以修改密碼、查看學(xué)習(xí)記錄,但不能使用試題管理功能。教師用戶用管理員賬號(hào)登錄,可以增加、刪除用戶,能增刪和修改試題,并能瀏覽學(xué)生學(xué)習(xí)的詳細(xì)情況和掌握測(cè)試結(jié)果等。
2.課程要點(diǎn)。課程要點(diǎn)模塊主要包括《流體力學(xué)》課程各章節(jié)的內(nèi)容,如:基本概念、流體靜力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)、流動(dòng)阻力計(jì)算、流體出流及管流等,可根據(jù)教學(xué)的實(shí)際情況增加和刪除內(nèi)容。基本概念部分將課程各章的主要概念集中起來(lái),每章均選取比較重要的、需要學(xué)生掌握的內(nèi)容放在軟件中,尤其是對(duì)重點(diǎn)的計(jì)算公式進(jìn)行解釋,讓學(xué)生能夠有重點(diǎn)地進(jìn)行學(xué)習(xí),提高學(xué)習(xí)的效率。
3.工程實(shí)例。該部分收集了與流體力學(xué)知識(shí)相關(guān)的工程實(shí)例,尤其是重大工程實(shí)例以及近年來(lái)的一些熱點(diǎn)問(wèn)題實(shí)例,這樣能引起學(xué)生的積極性和興趣。工程實(shí)例對(duì)應(yīng)各章內(nèi)容,包括文字描述、圖片、視頻等,并提出相關(guān)流體力學(xué)問(wèn)題。比如:南水北調(diào)工程、長(zhǎng)江三峽大壩工程、飛機(jī)導(dǎo)彈的研制、潰壩事故、臺(tái)風(fēng)登陸等,使學(xué)生能理論聯(lián)系實(shí)際、拓寬知識(shí)面、提高學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。
4.自我測(cè)試。自我測(cè)試模塊根據(jù)不同的知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)有不同的題型,主要包括填空題、判斷題、選擇題、簡(jiǎn)單計(jì)算題和應(yīng)用題。學(xué)生可以自主選擇不同題目進(jìn)行測(cè)試,及時(shí)了解知識(shí)掌握程度和學(xué)習(xí)效果,查看試題答案可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)自己的薄弱環(huán)節(jié)。教師查看測(cè)試成績(jī)可以了解學(xué)生掌握相關(guān)知識(shí)的情況,發(fā)現(xiàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題,有針對(duì)性地進(jìn)行改進(jìn)。教師事先建立測(cè)試試題庫(kù),并能不斷完善。學(xué)習(xí)完成選擇的測(cè)試題后可以隨時(shí)查看成績(jī)和正確答案,教師對(duì)主觀題可以給出詳細(xì)的評(píng)閱,指出出錯(cuò)的關(guān)鍵點(diǎn)。
三、教學(xué)軟件功能的實(shí)現(xiàn)
1.開(kāi)發(fā)工具的選擇。《流體力學(xué)》輔助教學(xué)軟件的開(kāi)發(fā)選取B/S的開(kāi)發(fā)模式,學(xué)生能方便使用該軟件。選用Visual Basic 6.0作為軟件開(kāi)發(fā)語(yǔ)言,VB6.0提供了可視化的Windows界面設(shè)計(jì)功能,具有強(qiáng)大和快速的數(shù)據(jù)處理能力。本軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)選取Access數(shù)據(jù)庫(kù),能方便和快速管理各類數(shù)據(jù)。Access的優(yōu)點(diǎn)在于它有豐富的開(kāi)發(fā)界面及使用環(huán)境,有著強(qiáng)大的報(bào)表創(chuàng)建功能[3]。
2.各模塊功能的實(shí)現(xiàn)。《流體力學(xué)》輔助教學(xué)軟件按照各模塊的功能,采用友好的界面實(shí)現(xiàn)各部分功能。在菜單中點(diǎn)擊各按鈕可以進(jìn)行各模塊界面,再點(diǎn)擊進(jìn)入各子功能模塊;也可以在下拉菜單中選擇子菜單直接進(jìn)入各子功能模塊。自我測(cè)試模塊先選擇題型,再進(jìn)行各種題型的答題操作。答題時(shí)可隨時(shí)返回重新選擇試題,查看試題答案時(shí)可以通過(guò)鏈接查看相關(guān)知識(shí)要點(diǎn),有針對(duì)性地復(fù)習(xí)課程的基礎(chǔ)知識(shí),以便牢固掌握易混淆、難理解的知識(shí)點(diǎn)。學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì),可以不受課堂的限制,隨時(shí)主動(dòng)、靈活地選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容,及時(shí)查缺補(bǔ)漏,充分調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性。圖1為應(yīng)用題測(cè)試界面。
四、輔助教學(xué)的效果評(píng)價(jià)
該輔助教學(xué)軟件在《流體力學(xué)》的教學(xué)中連續(xù)運(yùn)用了幾年,并不斷進(jìn)行了完善。為了評(píng)價(jià)該輔助教學(xué)軟件的效果,設(shè)計(jì)了調(diào)查問(wèn)卷,以便了解該軟件的應(yīng)用效果。調(diào)查問(wèn)卷如表1所示。
經(jīng)過(guò)幾年的教學(xué)實(shí)踐,對(duì)回收的有效問(wèn)卷進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果看,該《流體力學(xué)》輔助教學(xué)軟件有效彌補(bǔ)了課堂教學(xué)的不足,教學(xué)內(nèi)容選擇恰當(dāng),重點(diǎn)突出,充分體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的優(yōu)點(diǎn),軟件簡(jiǎn)便、實(shí)用。95%以上的學(xué)生愿意使用該輔助教學(xué)軟件,認(rèn)為能充分利用課余時(shí)間,積極、主動(dòng)地選擇自己感興趣的內(nèi)容,拓寬了自己的知識(shí)面,激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣,對(duì)自己的學(xué)習(xí)有較大幫助,希望不斷豐富和完善該教學(xué)軟件。
五、結(jié)語(yǔ)
素質(zhì)教育的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是要使學(xué)生能主動(dòng)地學(xué)習(xí),采取個(gè)體化教學(xué)方式,理論聯(lián)系實(shí)際。采用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)軟件,學(xué)生可以量身定制自己的學(xué)習(xí)計(jì)劃,不受時(shí)間和空間限制自主選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容,實(shí)時(shí)檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果,提高學(xué)習(xí)的興趣和積極性,取得最佳的學(xué)習(xí)效果。輔助教學(xué)軟件的應(yīng)用是傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式的有益補(bǔ)充,對(duì)提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力有重要的促進(jìn)作用。
參考文獻(xiàn):
[1]胡鄉(xiāng)峰,沈慧娟.多媒體CAI課件的制作與評(píng)價(jià)[J].通化師范學(xué)院學(xué)報(bào),2012,(6):44-47.
論文摘要:根據(jù)環(huán)境工程專業(yè)特點(diǎn),分析了該專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課“工程流體力學(xué)”和主干專業(yè)課“水污染控制工程”在教學(xué)中存在的問(wèn)題,文章從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、師資配置、考核方式四個(gè)方面提出了“工程流體力學(xué)”和“水污染控制工程”教學(xué)改革思路。
論文關(guān)鍵詞:環(huán)境工程專業(yè);工程流體力學(xué);水污染控制工程;教學(xué)改革
“工程流體力學(xué)”是研究流體(液體、氣體)處于平衡狀態(tài)和流動(dòng)狀態(tài)時(shí)的力學(xué)規(guī)律、流體與固體之間的相互作用及其在工程技術(shù)中應(yīng)用的一門科學(xué),是力學(xué)的一個(gè)獨(dú)立分支,有其自身的理論體系,其基礎(chǔ)理論主要由三部分組成:流體靜力學(xué)、流體運(yùn)動(dòng)學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)。“水污染控制工程”是關(guān)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(xué)處理方法、生物處理方法等)的基本理論、工作原理及設(shè)計(jì)計(jì)算的一門科學(xué)。“工程流體力學(xué)”是環(huán)境工程專業(yè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課,“水污染控制工程”是環(huán)境工程專業(yè)的核心專業(yè)課,這兩門課程在環(huán)境工程專業(yè)本科教學(xué)中有著舉足輕重的作用,同時(shí)兩者之間也存在著重要的相互理論關(guān)系。
“工程流體力學(xué)”是水利、環(huán)境、能源、土木、機(jī)械、動(dòng)力等學(xué)科的一門技術(shù)基礎(chǔ)課程,該課程的教學(xué)內(nèi)容紛繁豐富,其特點(diǎn)是理論性和綜合性比較強(qiáng),概念抽象,難于理解。“水污染控制工程”課程內(nèi)容與“工程流體力學(xué)”內(nèi)容結(jié)合相對(duì)比較緊密,如城市排水溝道系統(tǒng)、各種污水處理構(gòu)筑物等的設(shè)計(jì)計(jì)算,以及在構(gòu)筑物中的生化反應(yīng)、化學(xué)絮凝反應(yīng)中水力條件的控制等均是工程流體力學(xué)理論知識(shí)在水污染控制工程中的實(shí)際應(yīng)用。目前,在環(huán)境工程專業(yè)教學(xué)方面,“工程流體力學(xué)”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(nèi)容趨于復(fù)雜和廣泛;另一方面在課時(shí)量逐漸壓縮的情況下,“工程流體力學(xué)”和“水污染控制工程”教學(xué)內(nèi)容沒(méi)有起到應(yīng)有的相互銜接,教學(xué)內(nèi)容彼此脫離。由此形成環(huán)境工程專業(yè)“工程流體力學(xué)”教學(xué)內(nèi)容與專業(yè)課銜接不夠,在教學(xué)過(guò)程中學(xué)生感到內(nèi)容枯燥,概念抽象;而在“水污染控制工程”教學(xué)過(guò)程中,學(xué)生感到工程流體力學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)不扎實(shí),不能夠熟練應(yīng)用工程流體力學(xué)基礎(chǔ)理論解決水污染控制工程方面的實(shí)際問(wèn)題。
針對(duì)目前環(huán)境工程專業(yè)課程設(shè)置及教學(xué)內(nèi)容的狀況,本文從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、師資配置、考核方式四個(gè)方面提出“工程流體力學(xué)”與“水污染控制工程”教學(xué)改革,提高教學(xué)質(zhì)量,培養(yǎng)學(xué)生綜合能力。
一、改革教學(xué)內(nèi)容
對(duì)“工程流體力學(xué)”教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革,結(jié)合環(huán)境工程專業(yè)特點(diǎn),重構(gòu)環(huán)境工程專業(yè)的“工程流體力學(xué)”課程,對(duì)該課程中的主要內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),緊密結(jié)合后續(xù)專業(yè)課“水污染控制工程”的內(nèi)容進(jìn)行改編,為“水污染控制工程”的講授奠定基礎(chǔ)理論知識(shí)。“工程流體力學(xué)”教學(xué)內(nèi)容主要包括理論教學(xué)和實(shí)踐性教學(xué)兩部分,其中在理論教學(xué)內(nèi)容部分,如“工程流體力學(xué)”中涉及到的流體粘滯性、流體內(nèi)摩擦定律等內(nèi)容,結(jié)合水污染控制工程的斜板斜管沉淀池中水的流態(tài)所需要的雷諾數(shù)內(nèi)容為實(shí)例進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容改革;“流體靜力學(xué)”中絕對(duì)壓強(qiáng)、相對(duì)壓強(qiáng)、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(shí)際工程中的應(yīng)用為實(shí)例進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容改革;流體運(yùn)動(dòng)學(xué)中基本理論對(duì)“水污染控制工程”中的數(shù)學(xué)模式的建立為實(shí)例進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容改革;“流體動(dòng)力學(xué)”中壓力損失理論在水污染控制工程中的水力計(jì)算,水射器理論在水污染控制工程中的計(jì)量作用、加藥作用、射流曝氣作用為實(shí)例進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容改革等。其次,“工程流體力學(xué)”實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容部分,改革傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,除驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)之外,增加工程應(yīng)用性實(shí)驗(yàn),如文丘里流量計(jì)、三角堰流量計(jì)、巴氏計(jì)量槽、畢托管測(cè)速儀、虹吸管、孔口與管嘴的工程應(yīng)用等內(nèi)容,既加強(qiáng)了動(dòng)手操作能力,也培養(yǎng)了學(xué)生將基礎(chǔ)理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的綜合分析與應(yīng)用能力,不僅使教學(xué)內(nèi)容豐富,也提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和積極性。
對(duì)“水污染控制工程”教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革包括理論教學(xué)內(nèi)容改革和實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容改革,強(qiáng)調(diào)“工程流體力學(xué)”基礎(chǔ)理論知識(shí)在水污染控制工程中的應(yīng)用。在理論教學(xué)內(nèi)容方面,“水污染控制工程”中的污水溝道系統(tǒng)水力計(jì)算、水處理構(gòu)筑物中水力參數(shù)的確定、污水在構(gòu)筑物中的最佳流態(tài)、各水處理構(gòu)筑物之間高程布置、混合反應(yīng)池中攪拌強(qiáng)度的確定、過(guò)濾池中配水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其濾速確定等一系列涉及工程流體力學(xué)問(wèn)題的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行必要教學(xué)改革,加強(qiáng)學(xué)生對(duì)“工程流體力學(xué)”基礎(chǔ)理論知識(shí)在水污染控制工程中的工程應(yīng)用有一個(gè)更清晰的認(rèn)識(shí),理解“工程流體力學(xué)”基礎(chǔ)理論知識(shí)在水污染控制工程中的重要性,使學(xué)生既掌握了“水污染控制工程”應(yīng)用設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)原則、計(jì)算方法等知識(shí),也加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)“工程流體力學(xué)”基礎(chǔ)知識(shí)在水污染控制實(shí)際工程的應(yīng)用。在實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容方面,加強(qiáng)工程性應(yīng)用實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,從不同的工業(yè)企業(yè)和居民生活區(qū)采集不同的廢水水樣,根據(jù)化驗(yàn)所得廢水水質(zhì),確定所采用的處理技術(shù)和處理工藝,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證在各種廢水處理工藝中所選擇的工程流體力學(xué)水力參數(shù),基于“工程流體力學(xué)”基礎(chǔ)理論知識(shí)分析廢水處理工藝水力參數(shù)的合理性。
二、改革教學(xué)模式
“工程流體力學(xué)”特點(diǎn)是理論性、綜合性、系統(tǒng)性較強(qiáng),概念抽象、邏輯結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)。目前傳統(tǒng)的教學(xué)模式基本上是教師講、學(xué)生聽(tīng),“授—受”型單一模式,盡管在學(xué)的過(guò)程中采用了多種形式的多媒體教學(xué)方式,但仍沒(méi)有改變學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的被動(dòng)地位,學(xué)生缺乏主動(dòng)性和實(shí)踐性。改革傳統(tǒng)教學(xué)模式,實(shí)施探究式、啟發(fā)式、開(kāi)放式的創(chuàng)新教學(xué)模式,結(jié)合水污染控制工程中的實(shí)際問(wèn)題,以工程實(shí)例為背景,應(yīng)用工程流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題,誘導(dǎo)學(xué)生積極思考,在教學(xué)過(guò)程中形成教學(xué)互動(dòng),調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和參與性。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容性質(zhì),“工程流體力學(xué)”教學(xué)內(nèi)容可以分為基礎(chǔ)理論和實(shí)際工程應(yīng)用兩個(gè)部分。在流體靜力學(xué)、流體運(yùn)動(dòng)學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)三個(gè)基礎(chǔ)理論部分,采用形象化的多媒體演示、軟件模擬、小型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合探究式、啟發(fā)式教學(xué)模式,鼓勵(lì)學(xué)生課堂討論;在實(shí)際工程應(yīng)用教學(xué)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(shí)例為背景,采用適量的實(shí)際工程圖片,豐富教學(xué)信息量,刺激學(xué)生的感官,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,拓寬學(xué)生的思路,開(kāi)闊學(xué)生的視野,可以使枯燥、乏味的內(nèi)容變得趣味盎然,使抽象、晦澀的內(nèi)容變得直觀生動(dòng)。
“水污染控制工程”特點(diǎn)是實(shí)踐性、工程應(yīng)用性強(qiáng),因?yàn)椴煌膹U水水質(zhì)達(dá)到處理要求所采用的處理技術(shù)、處理工藝不同;即便相同的廢水水質(zhì),如果污水量不同,所采用的處理工藝也不同;一個(gè)廢水處理工程,即廢水水質(zhì)、水量數(shù)據(jù)相同,也可以采用不同的處理技術(shù)和處理工藝,工程流體力學(xué)參數(shù)的選擇是確定不同廢水處理技術(shù)、工藝的主要影響因素之一。因此,在“水污染控制工程”的教學(xué)過(guò)程中,改革傳統(tǒng)教學(xué)模式,實(shí)施探究式、啟發(fā)式、開(kāi)放式的實(shí)踐教學(xué)模式,以工程實(shí)例為背景,通過(guò)開(kāi)放性的實(shí)踐性實(shí)驗(yàn)正確選擇工程流體力學(xué)參數(shù),并通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究對(duì)參數(shù)的選擇、廢水處理效果等進(jìn)行科學(xué)驗(yàn)證。通過(guò)工程實(shí)例和實(shí)踐性教學(xué)改革,使學(xué)生既對(duì)廢水處理工程設(shè)計(jì)過(guò)程有一個(gè)清晰的思路,又能達(dá)到舉一反三的效果。
三、優(yōu)化師資配置
師資隊(duì)伍優(yōu)化,一靠資源,二靠制度,師資隊(duì)伍優(yōu)化也是一個(gè)相對(duì)的漸進(jìn)過(guò)程,優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)和措施與所處時(shí)代、社會(huì)背景及其自身所處發(fā)展階段和學(xué)科特色有關(guān)。環(huán)境工程專業(yè)特點(diǎn)要求師資隊(duì)伍結(jié)構(gòu)合理、質(zhì)量可靠。“工程流體力學(xué)”與“水污染控制工程”是本專業(yè)的主要技術(shù)基礎(chǔ)課和主干專業(yè)課,兩門課程在講授過(guò)程中存在著千絲萬(wàn)縷的必然聯(lián)系,這就對(duì)師資配置和師資隊(duì)伍建設(shè)提出了更高的要求。首先,建立高質(zhì)量的師資隊(duì)伍,定期或不定期對(duì)教師進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)和實(shí)踐工程訓(xùn)練,要求講授“工程流體力學(xué)”和“水污染控制工程”兩門課程的教師對(duì)兩個(gè)學(xué)科均有一定的研究,或者承擔(dān)一定量研究科研工作,洞悉當(dāng)前“工程流體力學(xué)”和“水污染控制工程”發(fā)展的最新前沿理論和技術(shù);其次,在師資配置方面,要求講授“工程流體力學(xué)”的教師對(duì)“水污染控制工程”有一定的研究或承擔(dān)相關(guān)科研項(xiàng)目,講授“水污染控制工程”的教師對(duì)“工程流體力學(xué)”有扎實(shí)的理論研究或承擔(dān)相關(guān)的科研項(xiàng)目;第三,建立教師研討會(huì)制度,講授“工程流體力學(xué)”的和講授“水污染控制工程”的教師定期或不定期舉行教學(xué)研討會(huì),避免兩門課程的講授內(nèi)容出現(xiàn)彼此分裂現(xiàn)象。如果在師資配置中,講授“工程流體力學(xué)”的教師畢業(yè)于力學(xué)專業(yè),即使講授“工程流體力學(xué)”的教師對(duì)力學(xué)有很高的造詣,對(duì)該門課程的講授有聲有色,但如果該教師對(duì)環(huán)境工程專業(yè)“水污染控制工程”專業(yè)理論知識(shí)或?qū)嵺`工程知之甚少,那么在教學(xué)過(guò)程中,必然不能夠?qū)ⅰ肮こ塘黧w力學(xué)”與“水污染控制工程”教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合,對(duì)環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō),這樣的師資配置,必定不是最優(yōu)化的師資配置。
四、改革考核方式
[論文摘要]論文結(jié)合教學(xué)實(shí)踐,提出了以傳統(tǒng)教學(xué)模式為主、以現(xiàn)代化教學(xué)手段為輔的教學(xué)方法。結(jié)合實(shí)例講清楚基本概念,夠用為度重點(diǎn)突出理論公式的應(yīng)用是常規(guī)教學(xué)應(yīng)遵循的模式,并與多媒體輔助教學(xué)手段有機(jī)地結(jié)合起來(lái),力求課堂教學(xué)的形式和方法多樣化,既能保證課堂信息量大,又能避免單純多媒體授課的不足,達(dá)到提高教學(xué)效果、提升教學(xué)質(zhì)量的目的。
一、前言
《流體力學(xué)》是研究流體所遵循的宏觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及流體和周圍物體之間的相互作用規(guī)律的科學(xué),它建立在現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)、實(shí)驗(yàn)室模擬、經(jīng)典理論分析、數(shù)值計(jì)算基礎(chǔ)上,具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撔浴⒃淼某橄笮浴⒏拍疃唷⒎匠掏茖?dǎo)繁雜等特點(diǎn),對(duì)學(xué)生具備高等數(shù)學(xué)知識(shí)及綜合分析與處理問(wèn)題能力的要求較高,因而大部分學(xué)生覺(jué)得該課程抽象、枯燥、難懂,普遍缺乏對(duì)流體力學(xué)理論的感性認(rèn)識(shí),都有某種程度的畏懼感,導(dǎo)致教師難教、學(xué)生難懂成為較普遍的現(xiàn)象。
我校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化、過(guò)程裝備與控制工程、土木工程、安全工程、采礦工程、環(huán)境工程、礦物加工工程、建筑環(huán)境與設(shè)備工程、工程力學(xué)等專業(yè)的學(xué)生都須具備不同程度的流體力學(xué)知識(shí)和技能,它是各專業(yè)后續(xù)課程如:液壓傳動(dòng)、水力學(xué)、流體機(jī)械、空氣調(diào)節(jié)、傳熱學(xué)等課程的基礎(chǔ)。
為此,作者通過(guò)教學(xué)實(shí)踐,就多樣化的教學(xué)方法、更新的教學(xué)內(nèi)容、引入高科技的教學(xué)手段等方面進(jìn)行探討,以期提高《流體力學(xué)》的教學(xué)質(zhì)量。
二、以傳統(tǒng)課堂教學(xué)為主
《流體力學(xué)》的課程體系分為基本理論、基本應(yīng)用和專門課題三大知識(shí)模塊,它要求學(xué)生具備扎實(shí)的微積分知識(shí)、力學(xué)知識(shí)等。學(xué)生在接觸流體力學(xué)課程伊始,對(duì)抽象的理論理解速度慢,對(duì)枯燥的公式及其推導(dǎo)過(guò)程容易厭煩,因而《流體力學(xué)》的教學(xué)應(yīng)該以傳統(tǒng)教學(xué)方法為主。因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)的課堂教學(xué)中,學(xué)生獲取知識(shí)主要是聽(tīng)教師講課,通過(guò)板書教師細(xì)致耐心地闡述概念、推導(dǎo)公式、突出重點(diǎn)、強(qiáng)調(diào)難點(diǎn),以學(xué)生容易接受的講課速度,留給學(xué)生更多的思考和消化的時(shí)間,再配合上教師的表情、手勢(shì)、師生之間的互動(dòng),會(huì)達(dá)到很好的教學(xué)效果。
(一)結(jié)合實(shí)例,講清楚基本概念
流體力學(xué)的概念多、現(xiàn)象多,且很多概念和現(xiàn)象比較抽象,難以理解,諸如:拉格朗日法、歐拉法、流線、跡線、邊界層等。因而利用身邊的實(shí)例對(duì)這些抽象的概念進(jìn)行講解,例如在講授描述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法——拉格朗日法和歐拉法時(shí),學(xué)生們很難理解。為了將概念通俗化,上課時(shí)筆者以城市公共交通部門統(tǒng)計(jì)客運(yùn)量所采用兩種方法為例:①在每一輛公交車上安排記錄員,記錄每輛車在不同時(shí)刻(站點(diǎn))上下車人數(shù),此法類似于拉格朗日法的質(zhì)點(diǎn)跟蹤,它與跡線的定義對(duì)應(yīng);②在每一公交站點(diǎn)安排記錄員,記錄不同時(shí)刻經(jīng)過(guò)該站點(diǎn)車輛的上下車人數(shù),此法等同于歐拉法,與流線的定義對(duì)應(yīng)。
在講解伯努利方程原理的時(shí)候,例舉1912年“豪克”號(hào)鐵甲巡洋艦與同行疾駛“奧林匹克”號(hào)遠(yuǎn)洋輪相撞的船吸現(xiàn)象,讓學(xué)生清楚掌握流體的壓強(qiáng)與它的流速有關(guān),流速越大,壓強(qiáng)越小;反之亦然。
概念是公式推演的基石,沒(méi)有準(zhǔn)確的概念,后續(xù)的公式推演幾乎難以為繼,清晰的概念會(huì)使公式的講解和推演變得更加簡(jiǎn)易。利用淺顯易懂的生活實(shí)例來(lái)闡述抽象的概念及其之間的內(nèi)部聯(lián)系和區(qū)別,教師易教、學(xué)生易懂,將會(huì)達(dá)到事半功倍的效果。
(二)以用為度,重點(diǎn)突出理論公式的應(yīng)用
伯努利方程是能量守恒定律在流體力學(xué)中的具體應(yīng)用,是流體靜力學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ),始終貫穿著整篇教材。在講解該理論公式的時(shí)候,先從容易理解的靜力學(xué)平衡微分方程推導(dǎo)開(kāi)始,強(qiáng)調(diào)公式所依據(jù)的原理是牛頓第二定律,假設(shè)條件是平衡、理想、靜止的流體,重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生如何理解公式各項(xiàng)的幾何意義和物理含義,掌握公式的實(shí)際應(yīng)用。這樣學(xué)習(xí)到后面的動(dòng)力學(xué)伯努利方程時(shí),先易后難、循序漸進(jìn),學(xué)生就覺(jué)得不會(huì)那么深?yuàn)W。在講解相對(duì)平衡的流體壓強(qiáng)分布規(guī)律時(shí),就要求學(xué)生必須掌握推導(dǎo)過(guò)程,因?yàn)樗诮鉀Q一般平衡流體內(nèi)部的壓強(qiáng)分布規(guī)律及其對(duì)固體壁面的作用力問(wèn)題時(shí)非常重要。而對(duì)于連續(xù)性方程和動(dòng)量方程的學(xué)習(xí),只強(qiáng)調(diào)記住結(jié)論和理解公式中各個(gè)物理量的含義。這樣做,有效地避免了大量公式繁瑣的推導(dǎo)給學(xué)生帶來(lái)的畏難情緒,也能夠做到以用為度、重點(diǎn)突出。
不可否認(rèn),依靠粉筆與黑板的教學(xué)條件、以教師為主體的傳統(tǒng)教學(xué)模式,教學(xué)形式單一,教學(xué)手段不先進(jìn),教學(xué)效率不高,適應(yīng)不了課程教學(xué)學(xué)時(shí)少、受教育學(xué)生數(shù)增加的情況。
三、以現(xiàn)代化的教學(xué)手段為輔
當(dāng)前以計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)為主的現(xiàn)代化教學(xué)手段已經(jīng)普遍地應(yīng)用于高校的教學(xué)中。制作教學(xué)用的視頻、多媒體軟件、電子課件等素材,作為課堂教學(xué)有力的輔助教學(xué)手段,可以在有限的時(shí)間內(nèi),利用圖文并茂的信息傳播方式,將課程內(nèi)容及有關(guān)背景資料以影像、圖片等形式,直觀地傳播給學(xué)習(xí)者,將流體力學(xué)中抽象的概念和理論具體化、形象化,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,使得學(xué)生能夠從感性認(rèn)識(shí)開(kāi)始,逐步上升到理性認(rèn)識(shí),進(jìn)而能夠達(dá)到運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力。
結(jié)合流體力學(xué)精品課程的建設(shè),教學(xué)團(tuán)隊(duì)制作了流體力學(xué)多媒體電子教案,并在教學(xué)過(guò)程中不斷完善,逐步取得了良好的教學(xué)效果。在設(shè)計(jì)與制作多媒體課件時(shí),遵循課堂教學(xué)的基本規(guī)律,既發(fā)揮傳統(tǒng)板書教學(xué)中容易帶動(dòng)學(xué)生思路、逐條在黑板上書寫的特點(diǎn),在課件制作中根據(jù)講解的進(jìn)度逐條展現(xiàn)公式條目等內(nèi)容,同時(shí)又將難以理解、難以用語(yǔ)言描述的拉格朗日法和歐拉法、流線、邊界層和紊流等抽象概念和流動(dòng)現(xiàn)象,以多媒體的方式在課堂上直觀地呈現(xiàn)出來(lái),幫助學(xué)生建立清晰的印象。教學(xué)團(tuán)隊(duì)收集、制作了大量的多媒體素材,例如在講解雷諾判據(jù)的時(shí)候,制作了雷諾實(shí)驗(yàn)的fliash素材,以動(dòng)畫的形式向?qū)W生展示了流體流動(dòng)的兩種不同狀態(tài),以及流態(tài)判據(jù)—雷諾數(shù)與流動(dòng)速度、管徑、流體種類有關(guān)系。運(yùn)用多媒體輔助手段表達(dá)后,能夠幫助學(xué)生很好地理解課程的重、難點(diǎn),提高教學(xué)效率。利用多媒體技術(shù),還可以制作需占用大量時(shí)間板書和不易通過(guò)板書表述的內(nèi)容,提高了教學(xué)效率。
多媒體教學(xué)的內(nèi)容一定要做到提綱挈領(lǐng)、重點(diǎn)突出,有所為有所不為。多媒體技術(shù)沒(méi)有好壞之分,只有合理使用與不當(dāng)使用之別。但是實(shí)踐應(yīng)用中,發(fā)現(xiàn)有的教師完全拋棄以往的黑板式教學(xué)模式,離開(kāi)多媒體手段就上不了課;有的教師將教材內(nèi)容全部照搬到了課件中,自己就成了的幻燈片放映員,“照機(jī)宣科”;有的教師制作的多媒體課件過(guò)分追求課件的美觀性,界面過(guò)于華麗,淡化了教學(xué)重點(diǎn);也有的教師忽略學(xué)生對(duì)課件內(nèi)容理解消化的時(shí)間,致使學(xué)生的思維跟不上教師講解的速度,降低了教學(xué)效果。上述現(xiàn)象將會(huì)造成一種新形式的“滿堂灌”,只不過(guò)是由“人灌”變成“機(jī)灌”而已。
四、總結(jié)
流體力學(xué)作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課程,其重要性不言而喻。傳統(tǒng)教學(xué)模式能夠?qū)⑶昂笾R(shí)貫通,突出重點(diǎn),化煩就簡(jiǎn)、引入實(shí)例形象闡述概念原理,促進(jìn)知識(shí)的系統(tǒng)化進(jìn)程;多媒體教學(xué)能將難于理解的知識(shí)通過(guò)圖文、音像生動(dòng)地顯現(xiàn)出來(lái),幫助學(xué)生理解性記憶。借助于先進(jìn)的教學(xué)手段,將多媒體輔助教學(xué)手段與傳統(tǒng)教學(xué)方法有機(jī)地結(jié)合起來(lái),力求課堂教學(xué)的形式和方法多樣化,既能保證課堂信息量大,又能避免單純多媒體授課的不足,才能提高教學(xué)效果、提升教學(xué)質(zhì)量。以上是筆者在流體力學(xué)教學(xué)實(shí)踐中的體會(huì),愿與同行共同切磋。
基金項(xiàng)目:2009年安徽省教育廳《流體力學(xué)》精品課程
[參考文獻(xiàn)]
[1]許賢良,王傳禮,張軍等.流體力學(xué)[m].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2006.
[關(guān)鍵詞]工程流體力學(xué) 教學(xué)方法 改革 工程實(shí)踐
一、提煉課程核心思想、調(diào)整教學(xué)內(nèi)容
近幾年來(lái),隨著我國(guó)及上海市海洋戰(zhàn)略布局和海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,上海海洋大學(xué)作為一所以海洋、水產(chǎn)和食品為特色的高校,在學(xué)科和專業(yè)建設(shè)方面取得了較大進(jìn)步,《工程流體力學(xué)》作為一門專業(yè)基礎(chǔ)理論課,其地位愈來(lái)愈顯得重要。其中海洋學(xué)院、食品學(xué)院和工程學(xué)院幾十年來(lái)在本科和研究生教育中,一直將《工程流體力學(xué)》和《高等流體力學(xué)》作為一門相當(dāng)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。特別是,工程學(xué)院的機(jī)制專業(yè)將《工程流體力學(xué)》作為該專業(yè)學(xué)生的一門必修課,隨著學(xué)校的發(fā)展,這門課程必將滲透到生命學(xué)院的水產(chǎn)、水生物、設(shè)施漁業(yè)、水環(huán)境等專業(yè)和方向中。目前根據(jù)已定的教學(xué)計(jì)劃,每學(xué)年有近650名學(xué)生學(xué)習(xí)這門課,由于各專業(yè)對(duì)其內(nèi)容眼球的不同,需要結(jié)合各專業(yè)的特點(diǎn),提煉課程核心思想、調(diào)整教學(xué)內(nèi)容,通過(guò)不同的模塊組合,確實(shí)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高。
上海海洋大學(xué)《工程流體力學(xué)》任課教師根據(jù)多年的教學(xué)大綱及要求編寫了“工程流體力學(xué)”教材,同時(shí)完成了配套教材的ppt電子教案,要求學(xué)生掌握流體力學(xué)的基本知識(shí)、原理和計(jì)算方法,主要包括:靜平衡微分方程、流體對(duì)固壁的總壓力、流體運(yùn)動(dòng)的描述、伯努利方程、動(dòng)量(矩)方程、量綱分析、相似原理、繞流阻力等。在弄清概念,掌握理論的基礎(chǔ)上,能夠?qū)W會(huì)運(yùn)用基本理論分析解決實(shí)際問(wèn)題,并掌握基本的實(shí)驗(yàn)技能,為從事專業(yè)工作、科研和其他專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。為了便于學(xué)生的自主學(xué)習(xí),又出版了配套教材的“工程流體力學(xué)習(xí)題解析”一書。同時(shí)根據(jù)實(shí)際工程需要,將《工程流體力學(xué)》的教學(xué)內(nèi)容分為3個(gè)層次,即流體力學(xué)的基礎(chǔ)理論、流體力學(xué)知識(shí)與進(jìn)展、流體力學(xué)應(yīng)用與實(shí)踐, 克服了以往過(guò)分重視理論知識(shí)的介紹,輕視其應(yīng)用的弊端。此外,還相繼開(kāi)出了流體力學(xué)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課、計(jì)算流體力學(xué)等。
同時(shí),根據(jù)不同專業(yè)的具體需求,在課程設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容上都作了許多相應(yīng)的調(diào)整。例如在全校新開(kāi)了“工程流體力學(xué)的應(yīng)用”課程,受到了學(xué)生們的歡迎,選修這門課的學(xué)生相當(dāng)多,容量達(dá)95%以上。并設(shè)計(jì)了不同的模塊組合,對(duì)機(jī)械專業(yè)的學(xué)生,在已完成《工程流體力學(xué)》教材的二版修訂中,在第8章中增加了明渠流動(dòng)內(nèi)容,增加了水波理論等內(nèi)容;針對(duì)食品專業(yè)的需要,增加了氣體及熱力學(xué)類內(nèi)容,并補(bǔ)充五套自測(cè)題供學(xué)生選用,確實(shí)提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,并促進(jìn)了教學(xué)質(zhì)量的提高。
二、改進(jìn)教學(xué)手段,優(yōu)化教學(xué)過(guò)程,加強(qiáng)教學(xué)互動(dòng)
由流體力學(xué)團(tuán)隊(duì)編寫的《工程流體力學(xué)》教材,于2006年由上海交通大學(xué)出版社出版,同時(shí)出版了與之配套的“工程流體力學(xué)習(xí)題解析”,為了便于教師教學(xué),同時(shí)制作了與本教材配套的制作精美、圖文并貌的CAI課件,生動(dòng)地描述了流體力學(xué)的一些理論及現(xiàn)象,大大減輕了流體力學(xué)理論的學(xué)習(xí)難度,提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和效率。這些系列教材的出版,對(duì)該課程的建設(shè)和質(zhì)量提升,起到了非常重要的作用。不但受到了本校學(xué)生的好評(píng),同時(shí)還受到陜西理工大學(xué)、中國(guó)民航大學(xué)、浙江海洋學(xué)院及天津城市建設(shè)管理職業(yè)技術(shù)學(xué)院等許多學(xué)校的歡迎,這些學(xué)校對(duì)系列教材給予了充分肯定。圖書發(fā)行突破2萬(wàn)本,出版方已無(wú)庫(kù)存。
充分利用網(wǎng)絡(luò)資源,將課堂理論教學(xué)教案、主講教師課堂教學(xué)的部分錄像進(jìn)行網(wǎng)上共享,使用錄像片、流體力學(xué)演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)片、電子教材等多媒體教學(xué)手段,使學(xué)生感到難以接受的流動(dòng)力學(xué)概念變得十分生動(dòng)具體,加深對(duì)教材內(nèi)容的理解,提高教學(xué)質(zhì)量。使學(xué)生能夠隨時(shí)復(fù)習(xí)、預(yù)習(xí)相應(yīng)的課堂教學(xué)內(nèi)容。同時(shí)充分利用上海海洋大學(xué)的E-Class網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)習(xí)題、例題解答,以及課后答疑網(wǎng)絡(luò)資源及軟硬件的建設(shè),形成師生交流的互動(dòng)平臺(tái),真正提高網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的實(shí)用性。強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)在流體力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用
在充分利用現(xiàn)代教學(xué)手段的同時(shí),不能忽視傳統(tǒng)教學(xué)方法的作用。本課程采用多媒體與板書相結(jié)合的教學(xué)模式,充分利用多媒體教學(xué)信息量大,圖像清晰生動(dòng)的特點(diǎn), 結(jié)合傳統(tǒng)板書講解復(fù)雜理論推導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn),不僅直觀清晰,一目了然,而且對(duì)重點(diǎn)部分又能反復(fù)講解,以達(dá)到學(xué)生基本理解并具有一定想象能力。例如在講解研究流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法:質(zhì)點(diǎn)法和空間點(diǎn)法時(shí),多媒體上會(huì)出現(xiàn)公交車客流量觀察方法的動(dòng)畫,使學(xué)生既易于分清這兩種方法的不同,同時(shí)又強(qiáng)調(diào)一個(gè)相同的目的。又如在講到流體的漩渦運(yùn)動(dòng)時(shí),有龍卷風(fēng)作強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的畫面;講到伯努利方程時(shí),有踢任意球進(jìn)球門的畫面。理論教學(xué)上嚴(yán)謹(jǐn),但是動(dòng)畫及多媒體生動(dòng)、形象,使得學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)既不感到枯燥,同時(shí)又能加強(qiáng)對(duì)基本理論的理解。由于學(xué)生數(shù)很多,教學(xué)上采用大班課的形式(基本上每個(gè)教學(xué)班有近100名學(xué)生),多媒體教學(xué)發(fā)揮了很大的作用。它使繁冗的公式推導(dǎo)成為一個(gè)簡(jiǎn)單的講解過(guò)程,將復(fù)雜的流體運(yùn)動(dòng)生動(dòng)形象地表現(xiàn)出來(lái),同時(shí)對(duì)重點(diǎn)和難點(diǎn)反復(fù)在黑板上演示講解。這兩個(gè)方法相輔相承,取得了很好的教學(xué)效果。這種授課方式既有利于避免研究生因長(zhǎng)時(shí)間精力高度集中而產(chǎn)生疲勞,又有利于他們理解并掌握復(fù)雜的流體力學(xué)基本理論。
2008年“工程流體力學(xué)”教材獲上海海洋大學(xué)教學(xué)成果一等獎(jiǎng)。作為普通高校重點(diǎn)教材建設(shè)項(xiàng)目之一,2009年被上海市教委評(píng)為優(yōu)秀教材三等獎(jiǎng),2011年獲得上海市教委重點(diǎn)課程建設(shè)項(xiàng)目(滬教委高〔2011〕48號(hào)),極大地提高了上海海洋大學(xué)來(lái)在流體力學(xué)行業(yè)的影響力。
三、完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件,形成完整的教學(xué)實(shí)驗(yàn)體系
在注重理論教學(xué)的同時(shí),加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié),2011年3月由上海海洋大學(xué)主編的《力學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)-理論力學(xué)、材料力學(xué)、流體力學(xué)》,由同濟(jì)大學(xué)出版社正式出版發(fā)行,其中的流體力學(xué)部分(第三大部分),從根本上解決了實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書與實(shí)驗(yàn)儀器不配套的問(wèn)題,有效提高了流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。2009年下半年新添置了多功能流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置、動(dòng)量定理實(shí)驗(yàn)儀、流動(dòng)圖形顯示儀、畢托管測(cè)速實(shí)驗(yàn)儀、虹吸管實(shí)驗(yàn)儀、勢(shì)流疊加儀、空化實(shí)驗(yàn)儀等流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備,新開(kāi)設(shè)了大量的設(shè)計(jì)型和創(chuàng)新型流體力學(xué)實(shí)驗(yàn),使學(xué)生、教師互動(dòng),用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證理論,來(lái)觀察抽象的流體運(yùn)動(dòng);用理論知識(shí)解釋一些流體現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)新的現(xiàn)象。這種教學(xué)手段提高了教學(xué)效果。同時(shí)在互動(dòng)中,將有關(guān)科研上對(duì)于流體力學(xué)的一些熱點(diǎn)問(wèn)題以討論的形式引入教學(xué),充分地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證加強(qiáng)感性認(rèn)識(shí):在許多重點(diǎn)和難點(diǎn)的地方,基本上有配套的實(shí)驗(yàn),從實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí),既能培養(yǎng)學(xué)生從實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行深入分析的思維習(xí)慣,激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情,同時(shí)也是加強(qiáng)印象、加深理解、克服難點(diǎn)的手段之一。
針對(duì)個(gè)別專業(yè)的特殊需要,開(kāi)設(shè)了流體力學(xué)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課。實(shí)際的流體運(yùn)動(dòng)非常復(fù)雜,因此通過(guò)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)是揭示流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一種重要手段,為了幫助學(xué)生加深對(duì)所學(xué)理論的理解,更好的用所學(xué)理論解決生產(chǎn)實(shí)際中的問(wèn)題,經(jīng)過(guò)多方籌建,2009年我校海洋環(huán)境專業(yè)開(kāi)設(shè)流體力學(xué)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課,共16學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要包括:能量方程實(shí)驗(yàn)、雷諾實(shí)驗(yàn)、動(dòng)量定律實(shí)驗(yàn)、沿程水頭損失實(shí)驗(yàn)、局部水頭損失實(shí)驗(yàn)、畢托管測(cè)速實(shí)驗(yàn)、管道測(cè)流量實(shí)驗(yàn)、流動(dòng)顯示實(shí)驗(yàn)、虹吸實(shí)驗(yàn)及勢(shì)流疊加實(shí)驗(yàn)等;針對(duì)食品專業(yè)的需要,開(kāi)設(shè)了氣體及熱力學(xué)類實(shí)驗(yàn)。
四、實(shí)現(xiàn)教學(xué)和科研的互動(dòng)
在任課教師積極參加各類相關(guān)的學(xué)習(xí)與培訓(xùn)的同時(shí),強(qiáng)化任課教師的科研觀念,以科研帶動(dòng)教學(xué),以教學(xué)促進(jìn)科研,進(jìn)行有效的縱、橫向科研聯(lián)合。任課教師積極參與各類教學(xué)改革和科研項(xiàng)目,如深水網(wǎng)箱水動(dòng)力研究、漁船螺旋槳軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、人工魚礁流場(chǎng)分析、海洋結(jié)構(gòu)物的流固偶合分析、海洋波浪能的研究開(kāi)發(fā)等。通過(guò)這些項(xiàng)目的研究,加深了對(duì)流體力學(xué)在海洋科學(xué)中實(shí)際應(yīng)用和最新進(jìn)展的了解。在畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),每年選作以流體力學(xué)基礎(chǔ)理論及其工程應(yīng)用為畢業(yè)論文課題的本科學(xué)生20余人,研究生10人。取得多項(xiàng)教學(xué)改革和教學(xué)研究成果,并在生產(chǎn)實(shí)踐中得到應(yīng)用,如流體力學(xué)團(tuán)隊(duì)教師編制的“漁船螺旋槳系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件”獲得2007年上海海洋大學(xué)科技成果三等獎(jiǎng),該軟件目前已被濰坊柴油機(jī)廠、玉林柴油機(jī)廠等國(guó)內(nèi)主要柴油機(jī)生產(chǎn)廠家廣泛應(yīng)用。我校工程學(xué)院羊曉晟、侯淑榮、馬利娜、沈小青同學(xué)的“一種新型海洋波浪能發(fā)電裝置”項(xiàng)目,參加2011年由、中國(guó)科協(xié)、教育部、全國(guó)學(xué)聯(lián)和地方政府共同主辦的、在大連理工大學(xué)舉行的第十二屆“挑戰(zhàn)杯”終審決賽,在全國(guó)1935所高校選送的16976件作品中突潁而出,獲得“全國(guó)競(jìng)賽三等獎(jiǎng)”。該項(xiàng)目由流體力學(xué)老師指導(dǎo),并突破了波浪及流固耦合理論,極大地激發(fā)了學(xué)生對(duì)本課程的學(xué)習(xí)熱情。今后,本課程將在大學(xué)生科技創(chuàng)新中發(fā)揮更大的作用。
五、教學(xué)效果的考核
《工程流體力學(xué)》課程具有理論性強(qiáng)、公式多、數(shù)理基礎(chǔ)要求高的特點(diǎn),為幫助學(xué)生的學(xué)習(xí),僅僅通過(guò)教材講解還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,需要配套必要的習(xí)題。在現(xiàn)有基礎(chǔ)上,更新試題內(nèi)容,完善試題庫(kù)建設(shè),考慮到我校研究生教學(xué)的特點(diǎn), 團(tuán)隊(duì)根據(jù)新編著教材的主要內(nèi)容, 以章節(jié)為單位,精心篩選和編寫了典型習(xí)題集,力圖做到其中的習(xí)題一定要具有典型性。習(xí)題的數(shù)量不能多,更不能類似和重復(fù),學(xué)生通過(guò)習(xí)題練習(xí),能有效地掌握教材中的基本知識(shí)。提高試題質(zhì)量,真正做到教考分離,促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高。該試題庫(kù)具有以下功能:平臺(tái)提供自動(dòng)組卷、手動(dòng)組卷、互動(dòng)組卷,條件設(shè)定靈活全面;試卷自動(dòng)轉(zhuǎn)換成WORD文檔,方便打印輸出;自定義追加試題入庫(kù),采用WORD文檔格式編輯批量入庫(kù)。
在考核中,平時(shí)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)課成績(jī)和期末成績(jī)比例為15%、20%和65%。實(shí)踐證明,該考核方法取得了很好的效果。
六、結(jié)語(yǔ)
總之,對(duì)于《工程流體力學(xué)》課程教學(xué)內(nèi)容改革的初步探索分析,可以促進(jìn)教學(xué)觀念的改變,按此目標(biāo)授課,對(duì)教師提出了更高的要求。同時(shí),還可以促進(jìn)教材建設(shè)、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)及其儀器設(shè)備的更新,提高學(xué)生的動(dòng)手能力及科研能力,從而實(shí)現(xiàn)“學(xué)有所用”,“教學(xué)相長(zhǎng)”。
高等教育教學(xué)改革,特別是專業(yè)基礎(chǔ)課程體系及教學(xué)內(nèi)容的改革,是一個(gè)系統(tǒng)和長(zhǎng)期艱巨的實(shí)踐過(guò)程,專業(yè)教師任重而道遠(yuǎn)。只要不斷努力和探索實(shí)踐,就可以開(kāi)拓出一條符合各個(gè)專業(yè)需求的、更加富有成效的新途徑,取得更好的教改成果。
本文受“2011年度上海市教委重點(diǎn)課程建設(shè)項(xiàng)目(滬教委高〔2011〕48號(hào))”資助
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工程流體力學(xué)教學(xué)手段教學(xué)效果《工程流體力學(xué)》是機(jī)械工程專業(yè)、石油工程專業(yè)、化學(xué)工程專業(yè)等諸多工科專業(yè)的一門十分重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,在各個(gè)工程領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。作為力學(xué)的一個(gè)分支,工程流體力學(xué)主要研究流體的平衡和運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律以及流體與固體的相互作用的力學(xué)特點(diǎn),用于分析解決工程設(shè)計(jì)和使用中的實(shí)際問(wèn)題。其特點(diǎn)是數(shù)學(xué)公式多,大部分內(nèi)容都是圍繞數(shù)學(xué)方程的推導(dǎo),理論性強(qiáng)。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中普遍感覺(jué)吃力并且枯燥。因此,為提高教學(xué)質(zhì)量,教育界同行不斷地進(jìn)行著各種各樣的教學(xué)改革探索。
一、聯(lián)系實(shí)際,理論與實(shí)踐相結(jié)合
流體力學(xué)內(nèi)容抽象,概念性強(qiáng),整門課程從頭到尾充斥著偏微分方程,公式推導(dǎo)繁雜。而且與其他力學(xué)課程不同,流體力學(xué)是采用歐拉方法解決問(wèn)題,這一點(diǎn)學(xué)生理解起來(lái)非常困難,導(dǎo)致流體力學(xué)這門課程被公認(rèn)為大學(xué)課程里最難學(xué)的課程之一。為了提高教學(xué)效果,在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中注重理論與實(shí)踐相結(jié)合,更有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解與掌握。本課程主要圍繞幾大偏微分方程展開(kāi),在講述過(guò)程中如果過(guò)于強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)理論的推導(dǎo)過(guò)程,學(xué)生肯定會(huì)感覺(jué)枯燥無(wú)趣,而且不知道學(xué)習(xí)的真正目的,從而失去學(xué)習(xí)的動(dòng)力。針對(duì)這種情況,我在講述公式推導(dǎo)部分時(shí)著重分析研究思路和方法,重點(diǎn)介紹公式的適用條件及意義,盡量避免長(zhǎng)篇大論的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程。比如伯努利方程是本課的重點(diǎn),在課堂上我只是把推導(dǎo)思路給大家講清楚,后面花了兩節(jié)課的時(shí)間來(lái)講它的應(yīng)用,包括皮托管測(cè)速計(jì)、節(jié)流式流量計(jì)以及在一般水力計(jì)算中的應(yīng)用等。在課程的最后部分,針對(duì)授課專業(yè)特點(diǎn),結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工程案例,講述了流體力學(xué)基本理論在實(shí)際中的應(yīng)用,同時(shí)也對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行了總結(jié)和回顧。通過(guò)上述具體應(yīng)用實(shí)例,使學(xué)生能夠理論聯(lián)系實(shí)際,培養(yǎng)學(xué)生以后工作時(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力,同時(shí)還能使學(xué)生認(rèn)識(shí)到課程的重要性,增加了學(xué)習(xí)興趣。
二、啟發(fā)-聯(lián)想式教學(xué)
引導(dǎo)和注入是啟發(fā)式教學(xué)方法與灌注式教學(xué)方法在本質(zhì)上的差別之一。啟發(fā)式教學(xué)方法強(qiáng)調(diào)的是引導(dǎo),也就是通過(guò)引導(dǎo),調(diào)動(dòng)起學(xué)生的主動(dòng)性、積極性,讓學(xué)生自己去發(fā)展思維而獲取知識(shí)。而灌注式教學(xué)方法則是通過(guò)注入,使學(xué)生被動(dòng)地接受傳授給他的知識(shí)。因此在引導(dǎo)與注入這兩種手段上,有著明顯的差別。所謂引導(dǎo),是指當(dāng)學(xué)生要解決某個(gè)問(wèn)題,但又感到難以解決時(shí),恰到火候,教師及時(shí)給以啟發(fā),讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)新知識(shí),這樣才能很好的發(fā)展學(xué)生的智能。
流體力學(xué)的研究方法和內(nèi)容同工程力學(xué)、工程熱力學(xué)等其他力學(xué)課程有很多相通的地方。所以在教學(xué)過(guò)程中可以通過(guò)啟發(fā)學(xué)生對(duì)以前學(xué)過(guò)的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)回顧,從而引出所講內(nèi)容。比如在講解研究流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法:拉格朗日方法和歐拉法時(shí),啟發(fā)學(xué)生對(duì)兩種方法進(jìn)行比較。由于歐拉法是以空間點(diǎn)為研究對(duì)象,這與基于質(zhì)點(diǎn)為研究對(duì)象的工程力學(xué)的研究方法不同,學(xué)生已經(jīng)習(xí)慣于質(zhì)點(diǎn)研究方法,所以接受起來(lái)有點(diǎn)困難,這時(shí)我以氣象觀測(cè)站這樣一個(gè)大家都熟知的例子來(lái)闡述歐拉法的含義,采用直白易懂的語(yǔ)言講述這樣一個(gè)抽象的問(wèn)題,學(xué)生理解起來(lái)容易多了。
學(xué)生在已有的力學(xué)基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)流體理論,并加以比較,不僅可以促使學(xué)生積極思考,而且能利用一門課程中已學(xué)會(huì)的知識(shí)快速掌握另一課程中的內(nèi)容,增強(qiáng)了教學(xué)效果,提高了教學(xué)質(zhì)量。
三、Fluent軟件在教學(xué)中的應(yīng)用
流體力學(xué)課程的特點(diǎn)是知識(shí)涉及面廣,對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)流體力學(xué)課程里面的概念與原理非常抽象難懂,課程涉及的數(shù)學(xué)知識(shí)和力學(xué)知識(shí)比較多,且與工程實(shí)際現(xiàn)象緊密結(jié)合,這對(duì)本科生來(lái)說(shuō)更加大了他們學(xué)習(xí)本門課的難度。同時(shí)受教學(xué)實(shí)驗(yàn)條件的限制,任課教師很難形象地將流體流動(dòng)的現(xiàn)象講授給學(xué)生,這樣就造成理論知識(shí)的講解與實(shí)際現(xiàn)象脫節(jié)。FLUENT軟件是目前非常流行的一個(gè)商業(yè)計(jì)算軟件,將其引入本科生流體力學(xué)課堂教學(xué),對(duì)流體力學(xué)課程中的流動(dòng)機(jī)理既能實(shí)現(xiàn)直觀演示,又可以進(jìn)行定量分析。比如在講圓管內(nèi)層流和紊流兩種流態(tài)運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí),如果采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法,由于牽扯的數(shù)學(xué)理論知識(shí)較多,學(xué)生學(xué)起來(lái)很吃力,而且最終推導(dǎo)出的結(jié)論比較抽象,學(xué)生很難提起興趣。如果采用FLUENT軟件模擬兩種流態(tài),做出不同工況條件下的速度分布曲線、速度分布云圖、速度等值線、切應(yīng)力分布曲線,讓學(xué)生通過(guò)對(duì)這些曲線進(jìn)行分析得出不同流態(tài)下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,學(xué)生的積極性和主動(dòng)性就能被充分調(diào)動(dòng)起來(lái),從而可以提高教學(xué)效果。
在課程教學(xué)中不斷改進(jìn)教學(xué)方法和手段,用心鉆研,不斷探索,有助于學(xué)生理解掌握課程知識(shí),增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,為學(xué)生將來(lái)從事工程實(shí)踐奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞: 流體力學(xué) 教學(xué)方法 教學(xué)改革 自學(xué)方法
教育是一個(gè)國(guó)家的立國(guó)之本,我國(guó)自春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期就有先賢孔子開(kāi)始教書育人。然而在我國(guó)傳統(tǒng)教學(xué)中往往以教師作為主體,重教而輕學(xué),教師在課堂上使出各種方法強(qiáng)化教學(xué)效果,而對(duì)學(xué)生的“學(xué)”重視不足,甚至視而不見(jiàn)。對(duì)于很多學(xué)科而言,這種教學(xué)方式對(duì)于學(xué)生掌握知識(shí)情況的改善確實(shí)有顯著的效果,但是對(duì)于《流體力學(xué)》課程,這種教學(xué)方式影響十分有限。究其原因主要有:1.課程對(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求高;2.概念理解困難,費(fèi)時(shí);3.公式多且難,學(xué)生容易失去學(xué)習(xí)興趣。當(dāng)學(xué)生處在課后不學(xué)、課上不聽(tīng)或聽(tīng)也聽(tīng)不懂的狀態(tài)時(shí),教師的諸多課堂教學(xué)手段在實(shí)施時(shí)就像沒(méi)有觀眾的表演一樣是達(dá)不到良好教學(xué)效果的。正是由于《流體力學(xué)》課程的這種特性,使得教學(xué)中的“學(xué)”在該課程的教授過(guò)程中顯得越來(lái)越重要。這里的“學(xué)”,不應(yīng)僅僅是傳統(tǒng)教學(xué)方式中,學(xué)生在課堂上被動(dòng)接受,而應(yīng)包含課外自主學(xué)習(xí)。通過(guò)對(duì)過(guò)往學(xué)生學(xué)習(xí)情況的了解,有良好自學(xué)習(xí)慣和自學(xué)方法得當(dāng)?shù)膶W(xué)生往往《流體力學(xué)》課程成績(jī)優(yōu)于沒(méi)有自學(xué)習(xí)慣的學(xué)生。正因如此,引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成良好自學(xué)習(xí)慣和教會(huì)學(xué)生學(xué)會(huì)選擇恰當(dāng)?shù)淖詫W(xué)方法在《流體力學(xué)》的教學(xué)中顯得尤為重要。為了達(dá)到以上教學(xué)目的,需對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方法進(jìn)行如下調(diào)整。
一、讓學(xué)生具有主動(dòng)自學(xué)的意愿
要引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí),首先要讓學(xué)生有自學(xué)的意愿,較常用的有以下兩種方法。
1.上好第一堂課。
“第一印象效應(yīng)”是婦孺皆知的一種心理效應(yīng),在日常生活中經(jīng)常用到,如面試者注意儀表,為官者的“下馬威”等。這個(gè)道理在流體力學(xué)教學(xué)中同樣適用。聰明的教師通常特別注意教授第一堂課,這樣更容易引起學(xué)生的興趣,調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。針對(duì)工程流體力學(xué)的第一堂課,教師最好避免采用過(guò)于生硬的公式或太理論化的概念進(jìn)行教授,可將現(xiàn)實(shí)中的一些有趣現(xiàn)象與課程進(jìn)行聯(lián)系或提及一些與課程有關(guān)且同學(xué)們感興趣的問(wèn)題。這一點(diǎn)得到很多教師的共識(shí),如上海交通大學(xué)的丁祖榮教授在其《流體力學(xué)》公開(kāi)課中就以高爾夫球?yàn)槭裁床徊捎霉饣砻妗⑵嚨男螤钤鯓幼顑?yōu)等幾個(gè)有趣的例子將看不見(jiàn)、摸不著的力與現(xiàn)實(shí)生活聯(lián)系在一起,使得學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)流體力學(xué)充滿期待。“興趣是最好的老師”,有了興趣之后學(xué)生自然愿意投入精力學(xué)習(xí)。
2.重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)“前車之鑒”。
這里的“前車之鑒”當(dāng)然可以指流體力學(xué)考試的一次通過(guò)率較低和流體力學(xué)成績(jī)普遍偏低的現(xiàn)實(shí),但是事實(shí)證明,這種“前車之鑒”對(duì)調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性效果并不顯著,反而容易引起部分學(xué)生的畏懼心理,不利于學(xué)生自學(xué)積極性的提高。通常來(lái)講最好的辦法就是對(duì)比平時(shí)喜歡學(xué)習(xí)和善于自學(xué)的同學(xué)與平時(shí)沒(méi)有自學(xué)習(xí)慣且學(xué)習(xí)態(tài)度不端正的同學(xué)進(jìn)行對(duì)比,通過(guò)兩類同學(xué)在這門課程上取得的不同學(xué)習(xí)效果使得學(xué)生意識(shí)到自學(xué)對(duì)于流體力學(xué)課程的重要性。
當(dāng)然以上兩種方法在增強(qiáng)學(xué)生自學(xué)意識(shí)上第一種效果更佳,但過(guò)于依賴學(xué)生興趣會(huì)使學(xué)生對(duì)后續(xù)課程的趣味性要求提高,反而不利于理論部分的教學(xué),所以教師在課程上應(yīng)盡可能將兩種方法結(jié)合,以期達(dá)到最佳效果。
二、讓學(xué)生學(xué)會(huì)流體力學(xué)課程的自學(xué)方法
僅有自學(xué)意識(shí)和自學(xué)動(dòng)力對(duì)于流體力學(xué)課程的學(xué)習(xí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,受制于中國(guó)基礎(chǔ)教育,我國(guó)進(jìn)入大學(xué)學(xué)習(xí)的學(xué)生多半擅長(zhǎng)記憶,而不是對(duì)公式概念的理解和運(yùn)用。記憶固然重要,但是僅擅長(zhǎng)記憶對(duì)于流體力學(xué)課程自學(xué)而言是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。于是很多高校教師面臨的問(wèn)題除了專業(yè)知識(shí)的教授外,還多了本應(yīng)在中小學(xué)教育中教授的自學(xué)方法。為了使學(xué)生學(xué)會(huì)力學(xué)課程的自學(xué)方法,在教學(xué)中要注意以下幾點(diǎn)。
1.由淺到難。
所謂的由淺到難即留給學(xué)生自學(xué)的內(nèi)容難度應(yīng)由淺到難。有的老師為了提高學(xué)生自學(xué)能力,只要是自己不感興趣的章節(jié)或自認(rèn)為不重要的章節(jié)統(tǒng)統(tǒng)不講解,完全留給學(xué)生自我消化。這樣的方法固然能夠極大地促進(jìn)學(xué)生自學(xué)能力的提高,然而僅對(duì)本身自學(xué)能力較強(qiáng)的學(xué)生有效。這種教學(xué)方式對(duì)于重點(diǎn)院校的本科生,其差異性表現(xiàn)不明顯,但對(duì)于大多數(shù)普通院校的學(xué)生而言,只有少數(shù)學(xué)生適應(yīng)這種教學(xué)方式,大多數(shù)學(xué)生則會(huì)因?yàn)殡y度過(guò)大而過(guò)早喪失學(xué)習(xí)興趣。因此教師在教授過(guò)程中,可先留一些較簡(jiǎn)單的問(wèn)題讓學(xué)生自學(xué),等學(xué)生習(xí)慣自學(xué)且達(dá)到一定自學(xué)能力后再將部分較復(fù)雜的理論推導(dǎo)留給學(xué)生。
2.保證課前預(yù)習(xí),課后復(fù)習(xí)。
自學(xué)能力不是一蹴而就,掌握方法就能立即提高的,需要不斷地練習(xí)。對(duì)于流體力學(xué)這門課程而言,其學(xué)習(xí)過(guò)程也需要循序漸進(jìn),因?yàn)榱黧w力學(xué)的課程內(nèi)容包含大量模型簡(jiǎn)化、理論推導(dǎo)、概念理解、公式運(yùn)用等需要大腦復(fù)雜加工的過(guò)程,一次的內(nèi)容接觸不足以使大腦完成所有的任務(wù)。因此要保證課程學(xué)習(xí)質(zhì)量,對(duì)課程內(nèi)容的反復(fù)斟酌是必不可少的過(guò)程。通常要使得該課程學(xué)習(xí)效果最佳,除了上課聽(tīng)教師的講解外,課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)對(duì)于學(xué)生而言也是必不可少的。學(xué)生課前預(yù)習(xí)的主要目的是貫穿課堂知識(shí)點(diǎn),整體把握課程內(nèi)容的難點(diǎn)和自己不容易理解的。為促使學(xué)生養(yǎng)成課前預(yù)習(xí)習(xí)慣,教師除了在第一堂課調(diào)動(dòng)學(xué)生興趣外,還可在前一次課堂上布置少量預(yù)習(xí)任務(wù),要求學(xué)生下一次課進(jìn)行回答,但主要還是依靠學(xué)生的自覺(jué)性。而課后復(fù)習(xí)的主要目的是加深學(xué)生對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容的理解和提高知識(shí)運(yùn)用能力。通常教師可以通過(guò)布置練習(xí)題的形式達(dá)到目的,偶爾可采用小測(cè)驗(yàn)的形式對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行測(cè)試,通過(guò)測(cè)試可增強(qiáng)學(xué)生課后學(xué)習(xí)的動(dòng)力。
3.教會(huì)思考,舉一反三。
上述兩點(diǎn)都是教師使學(xué)生了解怎樣有效自學(xué)的引導(dǎo)手段,而流體力學(xué)不同于其他學(xué)科自學(xué)的真正關(guān)鍵之處則在于教會(huì)學(xué)生如何思考。
不同于諸多學(xué)科,流體力學(xué)的學(xué)習(xí)不僅僅依賴對(duì)公式和知識(shí)點(diǎn)的記憶,學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和運(yùn)用更重要。因此往往有些學(xué)生學(xué)習(xí)很用功,但是遇見(jiàn)問(wèn)題總是無(wú)法自己解決,只能通過(guò)背題目的方式應(yīng)付考試。這種學(xué)生就是典型的學(xué)習(xí)方法不得當(dāng),沒(méi)有學(xué)會(huì)思考。實(shí)際上,學(xué)習(xí)流體力學(xué)知識(shí)和其他力學(xué)課程類似,大部分知識(shí)點(diǎn)都不脫離假設(shè)、建模、公式推導(dǎo)和公式運(yùn)用的流程,學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)時(shí)只要能夠回答出“3W1H”,那么這個(gè)知識(shí)點(diǎn)就已經(jīng)掌握了。
那么這“3W1H”到底是什么呢?第一個(gè)“W”就是“When could I use it?”什么時(shí)候可以用這個(gè)知識(shí)點(diǎn)?這就意味著學(xué)生在學(xué)習(xí)中一定要先弄清楚運(yùn)用知識(shí)點(diǎn)的前提,力學(xué)當(dāng)中的很多概念都是在一定先決條件下得到的推理,因此對(duì)于這些知識(shí)點(diǎn)而言,其使用不得違背這些先決條件。第二個(gè)“W”就是“What problems could I solve?”我能夠解決什么問(wèn)題,所有的知識(shí)都不是萬(wàn)能的,它僅僅只是研究或解決某一類問(wèn)題的方法或手段,流體力學(xué)中的知識(shí)點(diǎn)很多體現(xiàn)的是各種物理量之間的關(guān)系,而這些關(guān)系決定了我們可以解決什么樣的問(wèn)題。第三個(gè)“W”是“What situation should I use it?”什么情況下我應(yīng)該用這個(gè)知識(shí)點(diǎn)?在運(yùn)用知識(shí)點(diǎn)解決問(wèn)題的時(shí)候,一個(gè)問(wèn)題往往有很多種解決思路,不同的物理量之間有多種表示關(guān)系的公式,選用公式的時(shí)候一定要找準(zhǔn)問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn),最終選擇合適的公式或運(yùn)用正確的知識(shí)點(diǎn)解決問(wèn)題。最后一個(gè)“H”,指的是“How should I use it?”我怎么用這個(gè)知識(shí)點(diǎn)。選擇了正確的知識(shí)點(diǎn)并不意味著你就會(huì)用了,什么地方我們?cè)摵雎缘簦裁吹胤揭a(bǔ)充其他知識(shí)點(diǎn),都是需要考慮的問(wèn)題。通過(guò)將各知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行組合,分析他們的邏輯、數(shù)學(xué)或物理等關(guān)系,最終才能解決要求的問(wèn)題。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子:假設(shè)現(xiàn)要求某處的靜水壓力,這個(gè)題目只涉及單一的知識(shí)點(diǎn)。我們首先要分析,靜水壓力是什么?什么情況下才有?靜水壓力的求救問(wèn)題屬于水靜力學(xué)部分的知識(shí)點(diǎn),也就是當(dāng)液體處于靜止?fàn)顟B(tài)或相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)時(shí),靜水壓力才存在。第二步,則要分析靜水壓力這個(gè)知識(shí)點(diǎn)能解決什么問(wèn)題或與其他的物理量之間有什么關(guān)系。顯然和靜水壓力相關(guān)的有靜水壓強(qiáng)和作用面積,壓強(qiáng)乘以面積即壓力,那么我們現(xiàn)在的思路出來(lái)了,要解決靜水壓力的問(wèn)題首先要了解靜水壓強(qiáng)和液體作用面積的情況,現(xiàn)在問(wèn)題變?yōu)榱丝检o水壓強(qiáng)這個(gè)知識(shí)點(diǎn)。第三步,什么情況下我應(yīng)該運(yùn)用這個(gè)知識(shí)點(diǎn)?由于這個(gè)問(wèn)題較簡(jiǎn)單,解題思路清晰,因此對(duì)于該題這一步可以跳過(guò)。最后就是怎樣用這個(gè)知識(shí)點(diǎn),根據(jù)靜水壓強(qiáng)的特性,其方向都是垂直于作用面,任一點(diǎn)處各方向上的靜水壓強(qiáng)大小相等,各點(diǎn)處?kù)o水壓強(qiáng)大小不同。因此我們知道對(duì)于該物體的靜水壓力不能直接用某一點(diǎn)的壓力乘以物體的面積而應(yīng)該將物體上每一微面積上的靜水壓強(qiáng)與面積乘積計(jì)算得出各微面積上的靜水壓力再進(jìn)行矢量加和。這樣這個(gè)問(wèn)題的思路就完整了。當(dāng)然對(duì)于這個(gè)思路來(lái)講只能保證將所有問(wèn)題都分析清楚。在實(shí)際解題過(guò)程中,學(xué)生還要在不違背以上各物理量關(guān)系的前提下,想想能不能找到簡(jiǎn)化的方法,如果有,思考為什么可以這樣簡(jiǎn)化,該簡(jiǎn)化方法有沒(méi)有局限性。
以上就是我們學(xué)習(xí)和分析流體力學(xué)問(wèn)題的基本思路。該思路貌似復(fù)雜,但當(dāng)學(xué)生按照該過(guò)程接受了一定量的練習(xí)之后,便可以快速分析出某一流體力學(xué)問(wèn)題的關(guān)鍵。同時(shí),這個(gè)過(guò)程對(duì)于學(xué)生的自學(xué)也是至關(guān)重要的。只有真正學(xué)會(huì)這樣思考的同學(xué),才可能避免題海戰(zhàn)術(shù),對(duì)任一知識(shí)點(diǎn)都可以做到舉一反三。這樣的自學(xué)過(guò)程不僅是對(duì)學(xué)生自學(xué)能力的鍛煉,而且是對(duì)學(xué)生分析問(wèn)題能力的鍛煉。而這種綜合邏輯分析問(wèn)題的思路不僅在流體力學(xué)學(xué)習(xí)時(shí)需要,對(duì)于其他的如數(shù)學(xué)、大學(xué)物理等很多理工科課程也是必不可少的。然而在現(xiàn)有的基礎(chǔ)教育和高等教育中往往缺少的就是分析問(wèn)題方法的教育,更多的是讓學(xué)生通過(guò)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)無(wú)意識(shí)地培養(yǎng)邏輯分析能力。
三、讓學(xué)生養(yǎng)成自學(xué)習(xí)慣
自學(xué)動(dòng)力有了,學(xué)習(xí)方法也掌握之后,要使學(xué)習(xí)效果得到充分體現(xiàn)就需要學(xué)生持之以恒,真正將自學(xué)變?yōu)樽约毫?xí)慣的一部分。對(duì)于這一點(diǎn)而言,主要靠學(xué)生本身的自覺(jué)性,但是老師也可以給其少量外部刺激,促使學(xué)生養(yǎng)成這種習(xí)慣,如課后布置作業(yè),定期小測(cè)驗(yàn),甚至可以通過(guò)舉行類似于結(jié)構(gòu)大賽的流體力學(xué)興趣大賽等形式提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,促使其自學(xué)。
通過(guò)如上教學(xué)方法改革,我所帶班級(jí)的學(xué)生對(duì)流體力學(xué)課程的學(xué)習(xí)熱情普遍提高,同時(shí)分析解決問(wèn)題能力得到增強(qiáng)。但是這種教學(xué)方法也存在一個(gè)明顯的缺點(diǎn),即過(guò)分依賴學(xué)生自覺(jué)性,對(duì)于少部分沒(méi)有自學(xué)習(xí)慣且學(xué)習(xí)態(tài)度不好的學(xué)生不僅沒(méi)有促進(jìn)其學(xué)習(xí)而且使得個(gè)別學(xué)生為自己的缺勤找到了充分理由。學(xué)生的兩極分化現(xiàn)象更加明顯,雖然良好率提高了,但課程總淘汰率有小幅提高。
總體而言,該課程的教學(xué)方法改革是有意義且有成效的,但其中遇到的某些問(wèn)題還需進(jìn)一步深化研究。
參考文獻(xiàn):
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(1.新疆工程學(xué)院機(jī)械工程系,新疆 烏魯木齊 830091;
2.安徽理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,安徽 淮南 232001)
【摘要】流體力學(xué)作為工科院校的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程,其理論性強(qiáng),內(nèi)容豐富,知識(shí)點(diǎn)多,難度系數(shù)大,學(xué)生不易理解和接受。結(jié)合教學(xué)實(shí)踐與學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)培養(yǎng)要求,從師資隊(duì)伍建設(shè)、教學(xué)大綱改革、緒論課講解和完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)等方面對(duì)專科教學(xué)中的流體力學(xué)課程改革進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵詞 流體力學(xué);專科教學(xué);課程改革
The Exploration on the Specialised Teaching of the Course of Hydromechanics
FANG Fei1.2LI You-bing2JI Min-min2
(1.Xinjiang Institute of Engineering,Department of Mechanical Engineering Urumqi, Urumqi Xinjiang 830092, China;
2.Anhui University of science and Technology, School of Materials Science and Engineering, Huainan Anhui 232001, China)
【Abstract】As a professional basic course in engineering colleges,hydromechanics is difficult for students because of its strong theory , rich content, more knowledge points and a large degree of difficulty coefficient.According to teaching practice and professionalism training requirements for students ,this paper explores the construction of the faculty, curriculum reform, teaching to introduction and improvement of the experiment teaching of the course of hydromechanics.
【Key words】Hydromechanics; Specialized teaching; Reform of teaching;
流體力學(xué)是一門綜合性的專業(yè)方向必修課,屬于專業(yè)基礎(chǔ)課。通過(guò)本課程使學(xué)生掌握流體平衡與運(yùn)動(dòng)的基本理論、基本知識(shí)和基本技能,為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)課程和掌握專業(yè)知識(shí)以及為今后解決工程實(shí)際問(wèn)題奠定初步的流體力學(xué)理論基礎(chǔ)。本科壓縮型的專科生在理論知識(shí)掌握成熟度上不如本科生, 而實(shí)踐動(dòng)手操作能力和到基層的吃苦敬業(yè)精神不如中專生。為了適應(yīng)社會(huì)形式的發(fā)展和面臨教學(xué)對(duì)象的不同,專科教學(xué)中的流體力學(xué)課程改革勢(shì)在必行。為此,我們結(jié)合教學(xué)實(shí)踐與學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)培養(yǎng)要求,認(rèn)為可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行課程教學(xué)改革。
1加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)
流體力學(xué)課程目前的任課教師隊(duì)伍基本分為兩類,一類是專門研究流體的科研人員,另一類則是相關(guān)專業(yè)的專業(yè)課教師。而實(shí)踐反應(yīng)出的問(wèn)題是,這兩類教師在教學(xué)過(guò)程中都存在著各自的缺陷。前者本身確實(shí)有很堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ),但是缺乏對(duì)所授學(xué)生相應(yīng)專業(yè)的了解,以至于在課堂上無(wú)法列舉出與學(xué)生所學(xué)專業(yè)相關(guān)的工程實(shí)踐實(shí)例,這必然導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法學(xué)以致用,與后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)脫節(jié),在某種程度上可能造成學(xué)生認(rèn)為學(xué)習(xí)該門課程是否必要。后者可以很好的彌補(bǔ)前者專業(yè)知識(shí)的匱乏,但是一般專業(yè)老師在自身學(xué)習(xí)流體力學(xué)的時(shí)候也是作為專業(yè)基礎(chǔ)課程來(lái)對(duì)待,因此對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)的掌握同樣存在著明顯的不足。對(duì)于任課教師的選擇,我們提出的建議是加強(qiáng)學(xué)科交叉。在學(xué)校邀請(qǐng)資深專家做學(xué)術(shù)報(bào)告和專題講座時(shí),可以組織該專業(yè)所有任課老師都參加,加深他們對(duì)所授學(xué)生專業(yè)的了解,以便在課堂上講解時(shí)能結(jié)合專業(yè)實(shí)際,從而打造出一支理論基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí),專業(yè)性強(qiáng)的師資隊(duì)伍。
2改革教學(xué)大綱內(nèi)容
2.1模塊化教學(xué)內(nèi)容
所謂模塊化,即將流體力學(xué)劃分為流體物理學(xué)性質(zhì)、流體靜力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)、理想流體動(dòng)力學(xué)、 粘性流體動(dòng)力學(xué)、 流動(dòng)阻力相關(guān)計(jì)算、 壓縮氣體管路、 管路系統(tǒng)水力計(jì)算等幾個(gè)模塊。根據(jù)不同的專業(yè)要求, 進(jìn)行不同的取舍和組合[3]。比如給排水專業(yè)可以將明渠流部分作為學(xué)習(xí)重點(diǎn),而熱能動(dòng)力專業(yè)則需要將氣體部分作為重點(diǎn)學(xué)習(xí)內(nèi)容。由于教師在專業(yè)基礎(chǔ)課上有針對(duì)性的教學(xué),學(xué)生在后續(xù)的專業(yè)課學(xué)習(xí)中就能輕松做到理論聯(lián)系實(shí)際,達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。
2.2多樣化教學(xué)手段
積極推行多媒體技術(shù)與傳統(tǒng)的板書授課方法相結(jié)合的手段。隨著計(jì)算機(jī)科技的發(fā)展和普及,多媒體教學(xué)方法已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在各種課堂教學(xué)中。同樣,通過(guò)多媒體演示功能,能夠生動(dòng)、具體、形象、直觀的解決流體力學(xué)教學(xué)進(jìn)程中的一些抽象的難點(diǎn)部分。但傳統(tǒng)教學(xué)方法的教學(xué)效果不能因此被忽視,尤其在理論分析、公式推導(dǎo)上,仍然是教師利用板書進(jìn)行教學(xué)的方法占明顯優(yōu)勢(shì)。教師通過(guò)傳統(tǒng)的教學(xué)方法,一方面能夠很好的把握課程節(jié)奏,與學(xué)生互動(dòng);另一方面也便于學(xué)生做好筆記,易于知識(shí)點(diǎn)的消化吸收。
2.3變更考核方式
目前我校的專科考核方式與本科一致,統(tǒng)一采用的都是閉卷考試成績(jī)占70%,考勤、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)占30%,而實(shí)際實(shí)驗(yàn)部分只占了10%。但從專科學(xué)生的專業(yè)培養(yǎng)素養(yǎng)要求來(lái)看,既要重理論,又要重實(shí)踐。因此,對(duì)于流體力學(xué)這類專業(yè)基礎(chǔ)課的考核方式要做到兩手都要抓。我們建議的考核方式是閉卷考試成績(jī)占60%,實(shí)驗(yàn)占30%,考勤、作業(yè)占10%。
3把握緒課講解
經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)總結(jié),學(xué)生反饋回來(lái)的信息是流體力學(xué)難度太大,部分專業(yè)術(shù)語(yǔ)太抽象。甚至部分學(xué)生在還沒(méi)有開(kāi)始學(xué)習(xí)的時(shí)候,就已經(jīng)產(chǎn)生了退怯心里,這對(duì)接下來(lái)的學(xué)習(xí)極為不利,以至?xí)缯n的現(xiàn)象普遍。流體力學(xué)雖然理論性較強(qiáng), 但卻是一門及其貼近生活的學(xué)科。然而緒論作為一本教材的概述,是學(xué)生最先接觸到的部分,是對(duì)教材整體內(nèi)容的高度濃縮和概括,貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程,更對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)起到引領(lǐng)、提示和導(dǎo)向等作用,所以講好一堂緒論課至關(guān)重要。物質(zhì)包括固液氣三項(xiàng),而流體就占液體和氣體兩項(xiàng),可見(jiàn)流體占據(jù)了我們生活中的大部分空間。教師在講課時(shí),應(yīng)側(cè)重于多列舉一些生活中的實(shí)例來(lái)說(shuō)明流體力學(xué)基本理論知識(shí)及其應(yīng)用。比如,我們每天呼吸的空氣,喝的水,都是流體;而我們能呼吸到新鮮的空氣,喝到水,這體現(xiàn)流體具有流動(dòng)性的特點(diǎn)。另外教師在講授緒論課時(shí),務(wù)必要介紹整本書的內(nèi)容綱要,以實(shí)用為目的,以必須、夠用為度,以掌握概念、強(qiáng)化應(yīng)用為原則,并列舉工程實(shí)際中可能遇到的需要用教材理論知識(shí)解決的問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上學(xué)生能對(duì)要學(xué)什么知識(shí)、能解決什么樣的問(wèn)題做到心中有數(shù),能積極調(diào)動(dòng)學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)的興趣。這樣的方式也可以用在后續(xù)課程講解上,教師在每堂課結(jié)束前留下懸疑,并隨著課程的進(jìn)展逐步解開(kāi)疑問(wèn),層層遞進(jìn),一邊解決問(wèn)題一邊學(xué)習(xí)新的知識(shí)點(diǎn),一舉兩得。
4完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)
專科學(xué)生畢業(yè)后一般都工作在相關(guān)專業(yè)的一線崗位,這就注重學(xué)生的實(shí)操能力。要做到理論與實(shí)際融會(huì)貫通,實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)環(huán)節(jié)不容忽視。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式基本都是驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),以班級(jí)為單位,分組進(jìn)行,部分實(shí)驗(yàn)甚至只由老師進(jìn)行演示,負(fù)面的抑制了學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。當(dāng)然,驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)非常必要,而且要與課程內(nèi)容形成很好的銜接。但是除此之外,還應(yīng)開(kāi)展一些拓展學(xué)生發(fā)散能力和創(chuàng)新思維的實(shí)驗(yàn),讓很多有想法的學(xué)生自主實(shí)驗(yàn),激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維。另外,教師要嚴(yán)格要求學(xué)生端正實(shí)驗(yàn)態(tài)度,尊重實(shí)驗(yàn)結(jié)果,讓其養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)習(xí)慣,才能對(duì)以后專業(yè)中的流體力學(xué)現(xiàn)象做出科學(xué)的定性分析及精確的定量計(jì)算,才能正確地解決工程中所遇到的流體力學(xué)方面的設(shè)計(jì)和計(jì)算問(wèn)題。
5結(jié)束語(yǔ)
目前,隨著各本科院校逐年擴(kuò)招,每年大批應(yīng)屆畢業(yè)生流向社會(huì),我國(guó)當(dāng)前就業(yè)形勢(shì)普遍嚴(yán)峻。從技術(shù)可信度來(lái)講,用人單位會(huì)優(yōu)先錄用本科生;從崗位穩(wěn)定性的角度出發(fā),用人單位則會(huì)優(yōu)先錄用中專生,這一直是專科畢業(yè)生面臨的挑戰(zhàn)。本文從強(qiáng)化師資隊(duì)伍,改正教學(xué)方法,多種教學(xué)手段的有機(jī)結(jié)合以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的完善等方面進(jìn)行教學(xué)改革,以提高專科學(xué)生專業(yè)能力競(jìng)爭(zhēng)力,適應(yīng)人才市場(chǎng)的需求。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:流體力學(xué);教學(xué)改革;現(xiàn)狀;思考
中圖分類號(hào):G640 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1003-2851(2013)-01-0148-01
流體力學(xué)是土建類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課,也是全國(guó)勘察設(shè)計(jì)注冊(cè)工程師基礎(chǔ)考試必考科目。流體力學(xué)作為力學(xué)的一個(gè)重要分支,主要研究流體在靜止或運(yùn)動(dòng)時(shí)所遵循的基本規(guī)律及其在工程中的應(yīng)用,是高等學(xué)校眾多工科專業(yè)的必修課。流體力學(xué)也是一門理論性和工程實(shí)際意義都較強(qiáng)的課程,具有理論不易掌握、概念和方程較多且易混淆、對(duì)學(xué)生高等數(shù)學(xué)知識(shí)及綜合分析和處理問(wèn)題能力要求較高等特點(diǎn),與枯燥、繁多的理論以及教學(xué)時(shí)數(shù)的減少形成了尖銳的矛盾。因此,尋求一種新的有效的教學(xué)手段,視聽(tīng)結(jié)合,充分發(fā)揮多媒體教學(xué)的優(yōu)越性,加大課堂教學(xué)的信息密度和知識(shí)密度,拓寬課堂教學(xué)的新思路成為必然。
一、流體力學(xué)課多媒體教學(xué)現(xiàn)狀
根據(jù)在流體力學(xué)教學(xué)中應(yīng)用多媒體課件的情況來(lái)看,多媒體課件的應(yīng)用使單位時(shí)間內(nèi)教學(xué)內(nèi)容大為增加得到公認(rèn),但對(duì)教學(xué)效果的看法反映并不一致。為了解使用多媒體課件的教學(xué)效果,我們兩次發(fā)出不記名問(wèn)卷。其中一次讓學(xué)生給打分,30名同學(xué)中認(rèn)為現(xiàn)在使用的流體力學(xué)多媒體課件有較大幫助和有所幫助的各有10名,合計(jì)占67%。經(jīng)討論分析,多媒體課件之所以會(huì)出現(xiàn)授課效果不佳的情況,主要是因?yàn)樵谡n件的制作和使用的過(guò)程中,存在如下這些“問(wèn)題”:
1.原有課件的制作和應(yīng)用沒(méi)有充分體現(xiàn)以學(xué)生為主體,只是將教師從粉筆、黑板中解放出來(lái)。有些章節(jié)內(nèi)容單調(diào)甚至照抄課本內(nèi)容,成了文本教材的電子化;有些則忽略了教學(xué)內(nèi)容的連貫性和邏輯性。
2.多媒體課件中,圖片、動(dòng)畫的選擇不符合整體教學(xué)的安排。要么簡(jiǎn)單拼湊,造成課件的形式缺乏多樣性;要么將簡(jiǎn)單的問(wèn)題復(fù)雜化,缺乏合理的思路,其結(jié)果是大量的圖片分散了學(xué)生的注意力,浪費(fèi)了時(shí)間,造成教學(xué)質(zhì)量下降。
3.課件包含知識(shí)過(guò)多,文字描述繁瑣。為了讓學(xué)生能夠在有限的課時(shí)內(nèi)學(xué)到更多的知識(shí),教師過(guò)于擴(kuò)大多媒體課件的知識(shí)量,造成了屏幕上顯示的內(nèi)容過(guò)多、講解時(shí)屏幕翻滾過(guò)快,學(xué)生對(duì)教師所講授的內(nèi)容沒(méi)有留下印象,也不知道大量的知識(shí)點(diǎn)該從何處著手記錄,導(dǎo)致學(xué)生不容易跟上教師的思路,不易復(fù)習(xí)。
4.課件內(nèi)容“乏味”,不能吸引學(xué)生注意力。部分課件內(nèi)容陳舊,有些內(nèi)容與講課內(nèi)容結(jié)合不緊密,還有一些音像不夠清晰,影響視聽(tīng)效果。
二、課程多媒體教學(xué)改革的思考
1.總方案設(shè)計(jì)。通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查及調(diào)研等方法,對(duì)流體力學(xué)多媒體教學(xué)的需求性、優(yōu)缺點(diǎn)、教學(xué)效果等方面進(jìn)行全面分析。調(diào)查研究存在于各個(gè)主要教學(xué)環(huán)節(jié)中的問(wèn)題,并進(jìn)行匯總分析,以確定出總體方案。
2.教學(xué)設(shè)計(jì)。根據(jù)《流體力學(xué)》教學(xué)目標(biāo),對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)過(guò)程等方面進(jìn)行安排,建立課程層次結(jié)構(gòu)。多媒體課件內(nèi)容的選取要以教材為藍(lán)本,從實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)、完成教學(xué)任務(wù)的需要出發(fā),但又不能為課本所束縛,要充分增加課件的含金量。一個(gè)優(yōu)秀的課件不能只是教材的幻燈片演示,而應(yīng)該增加它的生動(dòng)直觀的作用,因此教材內(nèi)容的選取很關(guān)鍵。隨著對(duì)課件制作認(rèn)識(shí)的提高,我們做課件的每一部分時(shí),都應(yīng)該做到心中有數(shù),對(duì)于每一頁(yè)面的制作都要做到精益求精,這樣做出的課件才能流暢的運(yùn)行。
3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)合理的流程,使教學(xué)內(nèi)容通過(guò)多媒體課件的方式表現(xiàn)出來(lái)。多媒體教學(xué)擺脫了黑板加粉筆的呆板表現(xiàn)形式,依賴于大量的多媒體素材,把以往受時(shí)間和空間限制的內(nèi)容搬進(jìn)課堂,體現(xiàn)了其特有的優(yōu)勢(shì)。素材的選取依授課內(nèi)容而決定。制作課件時(shí),老師本身就是一名導(dǎo)演,怎樣把“演員”(即素材)放到適合的位置,并使它表演得出色,全部依賴于導(dǎo)演的水平。因此教師要吃透教學(xué)內(nèi)容,在參透文字稿本的基礎(chǔ)上,反復(fù)構(gòu)思,進(jìn)行創(chuàng)作,設(shè)計(jì)出符合教學(xué)的課件來(lái)。
4.版面設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)技術(shù)性、藝術(shù)性以及應(yīng)用性良好的版面,提高課件的教學(xué)效果。課件制作過(guò)程要求熟悉電腦的基本操作、掌握相關(guān)軟件的使用方法。做課件并不是說(shuō)我只要掌握了課件制作軟件的使用就可以了,它需要多種軟件協(xié)同工作,比如圖像制作、聲音錄制、文字編輯、動(dòng)畫制作等等,所以要求我們平時(shí)注意多學(xué)一些操作方法,或在計(jì)算機(jī)專業(yè)人員的配合下共同完成課件的制作,以使課件不僅具有教學(xué)內(nèi)容的教育性、科學(xué)性,而且要有課件的技術(shù)性,藝術(shù)性。
5.收集使用反饋意見(jiàn)。為保證課件的正常使用,還需要多次測(cè)試,以便能夠發(fā)現(xiàn)課件在運(yùn)行當(dāng)中存在的問(wèn)題,及時(shí)修改,不斷完善。一個(gè)課件的好與壞,只有通過(guò)實(shí)踐才能真正得出結(jié)論。課件制作完成后,應(yīng)用于課堂教學(xué),然后根據(jù)學(xué)生的反饋信息,再將課件加以修改,從而使其達(dá)到最優(yōu)。如果制作的課件引不起學(xué)生的興趣,在課堂上起不到應(yīng)有的效果,那么這樣的課件無(wú)疑是失敗的。因此還需要不斷地對(duì)課件進(jìn)行修改、完善與升級(jí),使之更加適合教學(xué)的要求。
根據(jù)《流體力學(xué)》課程教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn),精心設(shè)計(jì)、制作多媒體素材,集圖、文、聲、像的綜合表現(xiàn)功能,融教育性、科學(xué)性、藝術(shù)性、技術(shù)性于一體的課件,可以有效調(diào)動(dòng)和發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性,最大限度地發(fā)揮學(xué)生的潛能,強(qiáng)化教學(xué)效果,提高教學(xué)質(zhì)量,從而促進(jìn)大學(xué)生對(duì)流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握和應(yīng)用,并提高利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
參考文獻(xiàn)
級(jí)別:北大期刊
榮譽(yù):Caj-cd規(guī)范獲獎(jiǎng)期刊
級(jí)別:省級(jí)期刊
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級(jí)別:省級(jí)期刊
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級(jí)別:統(tǒng)計(jì)源期刊
榮譽(yù):中國(guó)優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫(kù)