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关键词:计算流体力学;课程改革;应用型本科;项目驱动
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2017)22-0123-02
计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)是一门集成了流体力学、计算数学与计算机科学的交叉学科。计算流体力学的基本思想为[1]:通过计算机数值计算和图像显示,对包含流体流动和传热等相关物理现象做出系统的分析。随着计算机技术的发展,计算流体力学在各行各业得到了广泛的应用。
《计算流体力学》课程开设的主要目的在于使学生掌握流动及传热问题数值模拟的基本理论与建模思路、掌握常用商用CFD软件的使用方法,能够利用计算流体力学方法解决实际研究问题[2]。课程内容涉及了流体力学理论、数值计算理论、计算机程序设计以及计算软件的工程应用等。课程理论内容较多,学生学习起来较为吃力,常处于被动学习状态,因此需要改进教学策略,培养学生学习兴趣,改被动学习为主动学习[2]。同时该课程还与实际应用联系紧密,如何将理论与工程实际相结合,培养学生解决实际工程问题的能力,也是本课程教学中需要探讨的问题。经过多年在教学过程中的改革和摸索,下面浅谈一下我们在《计算流体力学》课程改革方面的一些探索。
一、计算流体力学课程内容
计算流体力学包含内容甚广,从总体上讲,可按照不同的应用领域分为两个主要方向:
1.将计算流体力学自身作为对象的课程体系。该体系的研究对象为计算流体力学本身,主要以流体力学数学物理模型模型构建、数值离散方法、高性能数值计算算法开发为主要内容,侧重点为计算流体力学理论及其实现方法。
2.以算流体力学应用为主的课程体系。此体系以如何更好地将计算流体力学方法应用于工程作为研究对象,主要以应用技能为课程目标,侧重点为现实物理问题的简化建模、利用计算机程序解决物理问题以及对计算结果的科学解释等。
对于应用型本科《计算流体力学》课程来讲,应当更多地关注计算流体力学在工程中的应用,将计算流体力学作为一项解决工程问题的工具,培养学生在利用该工具解决实际工程中的流体问题的能力[3]。
二、原有教学方法的弊端
西南石油大学机械工程专业较早开设了《计算流体力学》课程,培养了多届学生,积累了一些宝贵的教学经验。然而,该课程教学方式仍不够成熟,存在一些弊端,教学效果受到影响。这些弊端主要表现为:
1.教学内容偏于理论。在教学过程中,当前的教学内容还延续中传统的计算流体力学的基本内容,即:流体流动控制方程的推导、离散方法及线性方程的解法等,在课程讲解过程中,仍以有限差分法、有限体积法及这些数值算法的收敛性、稳定性、计算精度等方面作为主要的讲解对象,教授过程中涉及到大量的理论推导及数学理论的应用。在教学过程中,学生们普遍反映教学内容难懂难学,枯燥乏味。同时大量的理论教学还影响了上机教学时间。
2.工程实践能力转化不足。当前教学计划中虽然搭配了16个课时的上机教学,但仍显不足。经过多次的上机练习,部分学生能够掌握利用计算流体动力学方法解决工程问题的一般流程,但是大部分学生仍然不具备解决新问题的能力。在上机练习过程中,学生按照教师提供的上机指导书中的计算模型操作完成,而对于计算中非常重要的如计算区域创建、网格划分、数值计算模型选择、边界条件、初始条件及计算控制参数等缺乏自主的思考。针对上述问题,迫切需要对课程进行教学改革,提出新的教学理念,利用合理的教学方式,提高教学质量。
三、课程改革措施
计算流体力学课程改革主要从三方面进行。
Abstract: Hydromechanics is a course combining theory with practice and has abstract concept. The traditional teaching method is difficult to achieve good teaching effect. Based on the practice and exploration in the teaching process of Hydromechanics, this paper proposes some suggestions and measures for the teaching reform.
关键词:流体力学;过程装备与控制;教学改革
Key words: Hydromechanics;process equipment and control;teaching reform
0 引言
《流体力学》课程主要描述自然环境中的流体运动的一般规律及特定条件下流动机理。其内容涉及基本概念的理解、公式推导、计算方法等。考虑到大二学生尚未接触实际工程问题,因此教学双方对流体力学的学习过程均存在困惑。本文针对流体力学课程的特点及教学过程中遇见的问题,对《流体力学》教学改革进行相关探索,总结教学过程中积累的经验,提出相应改进方案。
1 合理运用现代化教学手段与技术
首先,以《流体力学》教材中所采用的大量流场图片为例,对流场理解的正确与否决定其学习流体力学的兴趣与积极性,传统的教学方法多采用授课教师手绘流线等方法来说明流体的流动过程,在讲解的过程中,由于流场仅仅是枯燥的曲线静态分布,无法有效吸引学生注意力,使学生对流动机理有进一步深刻认识和理解,从而降低教师的教学效率和教学效果。
在《流体力学》教学中采用多媒体课件,通过制作一些流体运动的Flash动画演示把流动的特性形象地展示在学生眼前,表现形式相对新颖、活泼、再加上图文并茂的效果,使学生可以直观地观察有趣的物理流体现象,通过这一环节的改进,可以主动改变沉闷的教学过程,创造出生动活泼的教学场景,激发学生的学习兴趣,调动学生的学习积极性。
其次,《流体力学》教材中涉及了大量的基本概念、假设、原理及公式推导等,据统计大量公式的推导过程占据板书时间的较大比例,这有可能造成教师无法在有效课时完成教学大纲规定的教学内容,降低教学效率。在《流体力学》教学中的应用PPT多媒体技术,复杂繁琐的公式推导可以较形象地展现在学生面前,对学生理解公式有较大好处。一旦形成这样的教学场景,那么在规定的课堂时间内必将可以细致透彻地完成教学任务,达到事半功倍的教学效果。
灵活采用各种PPT制作技术在一定程度上可以避免“多媒体”变成“单媒体”,在《流体力学》教学中对多媒体的使用多集中于流体运动学与动力学基础、圆管流动、薄厚壁孔口出流、缝隙流动及气体动力学基础等。
此外,考虑到多媒体教学蕴含的信息较大,合理分配PPT播放时间对教师的课堂教学掌控能力是一个挑战。如果“整个教学过程从头到尾充斥着大量复杂的信息、不停转动的画面,而没有充分考虑学生的思维水平和思维速度,像电视或电影画面那样一闪而过,不断向学生灌输,这样的‘填鸭’式教学形式会引起学生的‘消化不良’,扼杀了学生创作的机会”。
2 建立新的教学手段模型,提高考试成绩
本文所建立的教学模型如图1所示,为提高教学效果及学生考试成绩,采用立体式的教学手段。该模型包括以下四项内容:情景式启发,多媒体技术,工程实例讲解,动态视频辅助。
情景式启发属于现代教学论范畴,创造一定的“休闲、放松、特色”的学习环境。通过营造启发式学习的氛围,让学生获得更加美好的学习体验。这种方式能充分调动学生的学习积极性,对激发学生的学习热情和学习需要能够产生有效的激励作用。
工程实例讲解是以学生常见的工程问题作为引入点,但同时大部分同学对该类问题理解不深或是出现偏颇。结合该类问题,解释其中所蕴含的流体力学定理,加深学生对该问题及相关定理的认识,无疑有利于学生学习流体力学。
动态视频辅助是一些在实际生活中难以见到,但又属于流体力学理论范围的现象再现,通过这些视频可以加深学生对流体力学相关理论的理解。
最后可以发现:采用先进教学手段的班级,无论是考试的优良率还是平均分数均比采用传统教学方法讲解的班级高出约15%左右,从而达到提高教学效果的目的。
3 重组教学内容,调整知识布局
根据《流体力学》课程的教学大纲,借鉴国内外对本课程改革的成果,按照当前教学改革发展的要求对教材内容进行调整,以流体的流动为主线,将相关内容有机地融合在一起最终形成能够相互促进的教学模式,如图2所示。
课程体系分为三个部分:第一部分是不动的液体,主要讲述流体基本概念与流体静力学内容;第二部分是运动的液体,使学生掌握流体运动学及动力学规律,对简单的管道流动及缝隙流动有定性及定量的认识;第三部分是运动的气体,可以把这章内容采用视频播放加师生互动方式讲解,来培养学生独立自学的能力。
4 加强实践教学,提高学生认知能力
《流体力学》实验是学生职业技能培养的重要环节,因为它的实验课题是以流体运动为背景的,如毕托管测速实验,雷诺实验等典型实验。通过选取典型的实验现象给学生展示实验结果,加深学生对流动原理、流场结构特点等信息的了解。同时教师在指导流体力学实验过程中可对部分操作手段进行相应改进,也可设计并提出一些新的实验内容。合理利用已有条件培养学生理论与实践相结合的能力,做到学以致用。
5 结束语
《流体力学》教学改革是一项艰巨、长期的工作,本文从合理运用现代化教学手段与技术,建立新的教学手段模型,提高考试成绩,重组教学内容调整知识布局、加强实践教学,提高学生认知能力等三个方面论述了相关经验和具体的实施手段。虽然在一些方面探索出若干经验并取得了一定的效果,但还相对薄弱。改进教学手段,引入多种教学方法,因材施教等均可提高学生的学习和接受能力,为以后学习专业课及工作奠定坚实的基础。
参考文献:
关键词:流体力学;多元化;课堂教学模式
作者简介:张明辉(1972-),女,河北沧州人,山东科技大学机械电子工程学院,副教授;陈庆光(1969-),男,山东临沂人,山东科技大学机械电子工程学院,教授。(山东 青岛 266590)
基金项目:本文系山东科技大学省级机械电子工程品牌专业建设项目的研究成果。
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)01-0064-02
“流体力学”课程是我国高等院校工科各专业的一门主干专业基础课。该课程是联系前期“高等数学”、“理论力学”等基础课程和后续专业课程的桥梁和纽带,在学生能力培养和知识体系构建过程中起着“承上启下”的作用。[1]当前的“流体力学”主要以经典理论或实验内容为主,教材中包含大量的计算公式及理论推导,这就要求学生具备一定的高等数学知识及较高的综合分析和处理问题能力。但由于大多工科学生数学知识相对薄弱,再加上学生自主学习的能力较差,导致教师难教、学生厌学成为较普遍的现象。如何提高学生的学习兴趣,让学生正确理解和掌握流体力学知识,使“流体力学”课程的教学水平迈上一个新台阶,是教育工作者的责任和使命。许多文献[2][3]为了提高流体力学的教学效果,在课堂教学模式、教学手段、实验教学等方面进行了探讨和研究。通过多年来在“流体力学”教学中的若干思考和实践,笔者提出了构建多元化教学模式的教学理念,即将启发式教学、对比分析法教学贯穿课堂教学中,以加深学生对理论知识的感性认识。同时,为了适应个性化发展和高素质教育,培养学生创新能力,在引导他们熟练掌握基本分析方法的同时,还要教会学生多视角、多层次的分析问题和解决问题。另外,为了提高教学效果,课堂教学中还运用多媒体技术作为辅助教学手段,工程图片、计算机动画和视频素材等各种教育信息使得教学更加生动、直观和多样化,开阔了学生的视野,激发了学习兴趣。
一、启发式教学模式
启发式教学就是让学生充分运用他们拥有的知识和能力去正确比较、分析、综合、判断、概括、归纳和解决问题,探索结论。一方面可以使学生开动脑筋,积极思维,另一方面也能够开发学生的智力,培养学生的能力。笔者在教学过程中将启发式教学贯穿始终。例如,流体微团运动分析是流体力学中的一个难点问题,很多学生对微团运动过程中发生的角变形很困惑。为了让学生更好地理解角变形的原因,笔者将矩形流体微团四个角点的速度全部写出,如图1所示。然后分别用红笔标出C、D点和A、B两点X方向速度的第三项,让学生观察两者的差别,学生很快发现D点比C点、A点比B点在X方向的速度大,这势必产生一个与垂直方向的夹角。接着,笔者又用蓝色笔标出,C、B点和D、A两点Y方向速度的第二项,让学生观察两者的差别,学生很快发现B点比C点、A点比D点在Y方向的速度大,这势必产生一个与水平方向的夹角。这样,学生很自然就画出了流体微团的角变形图,如图2所示。最后,笔者又把问题引申到三维,让学生写出其他两个方向上的角变形公式。这样学生在学习过程中,在理解和接受理论知识的基础上,学会了发现、解决和总结。除了在分析问题时采用启发式教学外,也可以启发学生对所学的概念、理论、公式进行对比,在加深理解的同时找出它们的内在联系和区别。譬如,在推导伯努利积分方程时先让学生回忆流体静力学基本方程。这样学生很快发现两者之间仅相差动能项。从而明白在流体静力学中满足势能守恒,而在动力学中转换为机械能守恒。通过对比分析,学生不但很容易地理解了伯努利方程的物理意义,也对静力学基本方程加深了印象。
二、对比分析法教学
由于“流体力学”课程涉及的知识比较广,如材料力学、大学物理、线性代数、工程热力学、高等数学等多学科的知识,再加上“流体力学”比较抽象,理解起来相当困难。在教学中“流体力学”这门课教师难教,学生难学。为了便于学生掌握流体力学的概念和基本原理,在讲授流体力学知识时,笔者经常采用对比分析教学法,让学生通过思考与对比增强所学知识的连贯性,提高学习效果。由于流体力学是力学的分支,因此力学的定律也适用流体力学,但流体的特性决定了流体力学在与固体力学有千丝万缕联系的同时,又有它独有的一些特性。所以,笔者在授课时会让学生先回忆相关的固体力学知识,再将固体力学定律引申到流体力学当中,让学生轻松地理解和掌握流体力学中的概念和原理。例如在讲授流体静平衡微分方程这一章节时,笔者就会问学生:在理论力学中,如果物体处于平衡状态应满足什么样的条件?学生很自然地想到要所有的合外力为零。然后笔者又会引导学生流体力学的研究对象为流体质点,而流体质点在空间上是很小的,需要对微元体建立平衡方程。换句话说就是微元体要保持平衡,其所受的合外力也需要为零,由此就可得到流体静平衡微分方程。这样静平衡微分方程的物理意义就很直观地展现在学生面前。除了将流体力学和固体力学进行对比分析外,笔者还会将流体力学中的一些概念通过列表的方式进行对比,让学生了解这些概念的异同点。比如,笔者在讲到流体运动学这一章节时讲解两种描述流体运动的方法,就给出了表1。学生借助表格一目了然地看到了拉格朗日法和欧拉法各自的特点。通过对比分析法不但有助于学生理解和掌握流体力学知识,还能让学生将所学知识融会贯通,提高分析问题、解决问题的能力。
三、多层次多视角分析问题
现代教育观念认为,高等教育应当融知识的传授和能力的培养于一体。[4]为了适应个性化发展和高素质教育,培养学生创新能力,在引导他们熟练掌握基本分析方法的同时,还要教会学生多视角、多层次的分析问题和解决问题。为此,笔者除了讲授基本方程、基本定理的推导,还会将问题进一步深化、演绎,将枯燥乏味的理论知识点进行归纳整合,建立学生的哲学思维观。例如,在学习静止流体对平面的总压力这一节时要求学生能够计算总压力大小、方向和作用位置。讲授首先从求解矩形水平面的总压力入手,再延伸到求解矩形垂直面总压力,再到求解矩形斜平面总压力,最后求解任意平面的总压力,如图3所示。这种层层剥茧的讲授让学生不知不觉中掌握了求解总压力的方法和技巧。逐层分析的方法教会了学生如何将一个复杂问题分解,然后再借助已有的知识进行求解,达到触类旁通的效果。同时,为了让学生更加深入、全面地了解平面所受的静压力,讲授时又分别采用了解析法和压力图法进行求解。通过这一章节的学习,学生明白了解决许多工程问题可以从多个侧面、多个视角分析,尽管采用的方法和理论不尽相同,但都可以获得正确的结果,殊途同归,增强了创新意识。
除了在教学过程中改变传统的教学方法,构建多元化的课堂教学模式以外,为了提高教学效果,运用多媒体技术为基础的立体化辅助教学手段也非常重要。随着计算机技术的发展,工程实际图片、动画和视频素材使各种教育信息的表达更加生动、直观和多样化,能很好地刺激学生的感官,激发学生学习的兴趣,开阔学生的视野,可以收到纯板书教学所无法达到的效果。因此,“流体力学”教学过程中对于难以理解的概念,如势流与旋流、流线与迹线的概念、流场的演示、流态的判别和波的传播、边界层的形成等内容均利用计算机动画给学生进行演示,起到了画龙点睛的作用。
四、结束语
多元化课堂教学模式是一个先进的教学理念。本文提出的启发式教学、对比分析和多视角教学模式将原本抽象的概念、复杂的理论推导直观地展现在学生面前,让学生在分析比较与思考中学会将固体力学遵循的原理定律融会贯通到流体力学中,寻求概念之间、知识点之间和章节之间内在的关联性,举一反三,把原本杂乱的概念形成清晰的知识体系。这种多元化的教学模式在很大程度上提高了学生的学习兴趣和学习积极性,培养了学生分析、解决工程实际问题的能力,改善了教学效果。
参考文献:
[1]王发辉,桑俊勇,等.“流体力学”立体化教学体系的构建[J].中国电力教育,2009,(12):102-103.
[2]孙恒,朱鸿梅,舒丹.“启发—联想式”教学方法在流体力学教学中的应用[J].中国电力教育,2011,(5):81-82.
从中国科技馆获悉,中国科学院力学研究所研究员、博士生导师、中国科学院院士、力学研究所学术委员会主任李家春日前在中国科技馆开办主题为“身边的流动”的讲座,通过唐代诗人李白和张继的名诗《早发白帝城》和《枫桥夜泊》解释古人观察到的流动现象。探寻日本“3・11”海啸与福岛核泄漏、2011年极端气象灾害和美国航天飞机退役等事件当中的流体力学的原理。
我们身边存在着很多流体现象,也许看不见、摸不着,然而它们就像空气和水,是一种重要的存在,影响着我们的生活。气象灾害、日本海啸、美国航天飞机的退役等均与流体力学有着密切的关系。由此可见,身边的流体现象无处不在。日前,中国科学院力学研究所研究员,博士生导师,中国科学院院士李家春来到了中国科学技术馆与广大市民面对面,为我们详细讲解“身边的流动”。
李家春说,2011年,人们遭遇了众多极端事件:日本海底地震导致海啸和福岛电站核泄漏;澳大利亚飓风、我国干旱与洪水灾害等异常气候问题,而它们的预测、预警都是流体力学的前沿问题。同样是在这一年,美国航天飞机历经30年,共飞行130余次,而后全面退役。在其退役的种种原因中,防热系统不可靠等安全问题,成为流体力学工作者需着力解决的重要课题。
日本海啸与流体有关
“日本‘3・11’地震海啸灾害伤亡惨重,并导致了福岛第一核电站的核泄漏。海啸灾害的发生需要几个条件,其中包括6.5级以上的海底地震、震源深度小于50公里、海底板块垂向运动等。传播到浅海海湾和海滩地区,因水的积聚和涌升而致灾,在夹带杂物以后冲击力更强。利用地震波与海啸传播的速度差,可以预警防灾。”李家春说,“为什么日本这次没有做好呢?原因有两个,一个是震源很近,离海岸线仅133公里,时间差很短;第二在于日本没有预见到九级地震会造成如此大海啸,防波堤设计标准低。如果核电站建在西海岸就要好得多。”
气候异常缘于大气环流非常不规则
2011年气候的异常使人类遭受很多损失。澳大利亚百年难遇的“雅斯”飓风;韩国首尔百年一遇的暴雨;包括北京城区内洪水也相对严重。气候异常究竟缘由何在?李家春对此解释:“由于海陆分布、地形高低、植被覆盖、土壤干湿等因素,还有诸如地球自身的公转和自转、日地关系、太阳活动、火山爆发等自然原因,大气环流是非常不规则的。近百年来,还有温室气体排放等人类活动的干扰,导致全球变暖,大气活动增强,表现为平均值缓慢上升,在平均值上下幅度的变化也增大。”
美国航天飞机退役,因为防热系统没有设计好
美国航天飞机退役原因也是瞩目的焦点之一。我们知道,航天飞机的好处是运送量大,把人和物资运到空间站去,所以人能够长期地在空间站进行科学活动;可以多次往返,似乎可以节省费用;还有一个好处就是回地落点比较准确。李家春说:“航天飞机退役最重要的原因是,防热系统没有设计好,维修费用很高,失事率高。两次失事,一次是挑战者号,一次是哥伦比亚号,牺牲了14个人,这样就不经济、不安全了。所以在2011年的2月、5月、7月,发现号、奋进号和亚特兰蒂斯号最终退役。两架失事,三架放到博物馆。”
诗词里的“流动”
有谁想到古人的诗词中蕴藏着丰富的流体现象呢?在讲座上,李家春先以大家耳熟能详的七言绝句《早发白帝城》为例,“朝辞白帝彩云间,千里江陵一日还。两岸猿声啼不住,轻舟已过万重山。”这首诗将诗人遇赦后愉快的心情以及江山的壮丽多姿融为一体,描写的淋漓尽致,而“轻舟已过万重山”这顺水行舟的流畅轻快则体现出了一种流动现象。
李家春说:“为什么三峡建成前后,船的航速不一样?没建三峡之前可以轻快如飞。三峡工程建成以后,‘高峡出平湖’,流速就大大减缓了。实际上,这是由于河道的比降不同,也就是说水面的坡度不同所致。河水流动的动力,来自于重力沿着底坡的分量,比降大,该分量也大,所以流速也就增加了。”
此外李家春还举出《枫桥夜泊》里的一句“姑苏城外寒山寺,夜半钟声到客船。”从表意来讲,是说苏州城外的寒山古寺,半夜敲响的钟声传到了诗人的船头。那为什么晚上寒山寺的钟声能传过来?“这里面反映了一个科学原理,”李家春说,“声波在大气当中的折射现象。到了晚上,大气的密度处于稳定层结,上轻下重,这样声音就会全反射回来,而白天的分层情况不同,所以可能听不到钟声。”
延伸阅读
现代流体力学具有先导作用
什么是流体力学?在讲座上李家春通过解答流体和固体的差别、流体的相态以及流体运动的表现形式等问题,说明了流体力学是研究流体介质的对流、扩散,以及相伴的物理、化学、生物过程,导致质量、动量、能量输送的现象。
流体力学既是一门经典学科又是一门现代学科。在17世纪,牛顿基于前人的天文观测和力学实验,发明了微积分,并总结出机械运动三大定律和万有引力定律,发表了著名的《自然哲学的数学原理》一书。由于原理是普适自然与工程各个领域的规律,从而使力学成为自然科学的先导。
自20世纪60年代以来,由于超级计算机、先进测试技术的发展和应用,力学进一步凸显宏微观结合和学科交叉的特征,并进入现代力学发展新阶段。李家春说:“现代流体力学在航空航天、海洋海岸、环境能源、生物医学、材料信息等诸多工程领域都发挥着不可或缺的作用。因此,现代流体力学不仅是一门重要的基础学科,而且在同国家经济、社会发展相关的各个工程技术领域仍具先导作用。”
流体力学的发展历程
流体力学历史悠久,它发展的过程可以分成四个阶段:基于实践经验的古代流体力学,基于严密数学理论的经典流体力学,基于物理洞察力的近代流体力学,以及基于现代高新技术的现代流体力学。
西方的古代力学,最早的有阿基米德的浮力原理和提水机,达・芬奇的扑翼机和降落伞,以及哈根・泊肖叶的管流实验。这些也都是流体力学,而且西方关于定量化的研究做得好,并上升为规律和理论。经典力学则以牛顿力学体系的建立为代表,主要推广到连续介质――就是像水、空气这样的介质。李家春说,经典力学可以得到很多理论公式,但是也面临困难,比如说解决不了飞机的问题。而近代力学靠的是物理思想,在1904年,普朗特在海德堡数学会上提出了边界层理论,解决了阻力和飞机设计问题。如果没有这个理论,到现在为止,我们不可能坐飞机在十几个小时到达纽约。
“中国古代的流体力学有很多好成就和贡献,最重要的一个贡献,就是2000多年前的都江堰水利工程。”李家春说,“鱼嘴分水堤严格控制内外江的水沙量,飞沙堰溢洪道控制洪水量,宝瓶口起着一个水库的作用,这些都是流体力学原理。”
专家答疑
疑问:要解决比如说航天、海洋、能源、环境问题,是用数学模式、物理思想、现代的超级计算机,还是兼而有之?
李家春:关于研究手段,比如气候预报,需要的计算量非常大,单纯靠手算是不现实的。100年以前曾有一位天文学家预测一个天体运动,推导了100多项,后来发现计算错了,结果算了一辈子都白算了,所以没有计算机不行。但是现在有另外一种趋向,就是年轻人不爱学数学、物理,单单学计算机,而且公式不推了,程序也不编了,为什么啊?因为有软件。人家编好程了,他只需要输进去数据,结果就能出来,挺不错啊,就是他不了解里边的含义,错了也没法改,这是不行的。只有学习了数学、物理中基本的知识以后,才能了解算出来东西对还是不对,了解里边的规律是什么,才能做到创新。
疑问:如果某些力学问题解决了,它能够带动哪些技术,解决人类的哪些问题?
李家春:我举个例子――湍流,这是一个百年的难题。湍流是1883年雷诺发现的,实际上在我们周围到处都是,水流里边、大气里边到处是湍流现象。但解决它又非常难,因它是无规则运动。20世纪以来有很大进步,第一条,就是把它的发生原因、转变过程、统计规律以及它的结构弄清楚了,但现在要预测它,对飞行力学、空气阻力、传热这些现象十分重要。另一方面,因为它的尺度非常小,计算机能力还不行,现在十的七次方已经很多了,它可能要算到十的十五次方,现在做不到,所以还要靠大脑的智慧。大家要知道,不必要把所有物质都分辨到原子、分子,这不可能,只有依靠物理思想对小尺度的现象建立模型,进行简化,计算量就大大减少了。所以还要学普朗特的精神。如果这个问题解决了,实现了减阻,每年都能省很多石油,可以把环境污染问题做得更好。
另外,污染处理问题。流水不腐,户枢不蠹。水流动起来了就不会发生污染,这是非常简单的原理。但是处理污染事件时,做环境的人往往只用化学的方法,或者只用生态的方法,而不用流动的办法。实际上处理苏州河的时候,做流体力学就考虑利用潮水涨落把污染物带出去,这能提高效率、节省费用。昆明的滇池到现在为止也没有解决好。所以光靠化学不行,一定要用流体力学原理,利用或产生流动,使得水活起来,污染就可以治理好了。
(1.新疆工程学院机械工程系,新疆 乌鲁木齐 830091;
2.安徽理工大学材料科学与工程学院,安徽 淮南 232001)
【摘要】流体力学作为工科院校的一门专业基础课程,其理论性强,内容丰富,知识点多,难度系数大,学生不易理解和接受。结合教学实践与学生专业素养培养要求,从师资队伍建设、教学大纲改革、绪论课讲解和完善实验教学环节等方面对专科教学中的流体力学课程改革进行了探讨。
关键词 流体力学;专科教学;课程改革
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;
流体力学是一门综合性的专业方向必修课,属于专业基础课。通过本课程使学生掌握流体平衡与运动的基本理论、基本知识和基本技能,为学生学习后续课程和掌握专业知识以及为今后解决工程实际问题奠定初步的流体力学理论基础。本科压缩型的专科生在理论知识掌握成熟度上不如本科生, 而实践动手操作能力和到基层的吃苦敬业精神不如中专生。为了适应社会形式的发展和面临教学对象的不同,专科教学中的流体力学课程改革势在必行。为此,我们结合教学实践与学生专业素养培养要求,认为可以从以下几个方面进行课程教学改革。
1加强师资队伍建设
流体力学课程目前的任课教师队伍基本分为两类,一类是专门研究流体的科研人员,另一类则是相关专业的专业课教师。而实践反应出的问题是,这两类教师在教学过程中都存在着各自的缺陷。前者本身确实有很坚实的理论基础,但是缺乏对所授学生相应专业的了解,以至于在课堂上无法列举出与学生所学专业相关的工程实践实例,这必然导致学生无法学以致用,与后续专业课的学习脱节,在某种程度上可能造成学生认为学习该门课程是否必要。后者可以很好的弥补前者专业知识的匮乏,但是一般专业老师在自身学习流体力学的时候也是作为专业基础课程来对待,因此对于基础知识的掌握同样存在着明显的不足。对于任课教师的选择,我们提出的建议是加强学科交叉。在学校邀请资深专家做学术报告和专题讲座时,可以组织该专业所有任课老师都参加,加深他们对所授学生专业的了解,以便在课堂上讲解时能结合专业实际,从而打造出一支理论基础知识扎实,专业性强的师资队伍。
2改革教学大纲内容
2.1模块化教学内容
所谓模块化,即将流体力学划分为流体物理学性质、流体静力学、流体动力学、理想流体动力学、 粘性流体动力学、 流动阻力相关计算、 压缩气体管路、 管路系统水力计算等几个模块。根据不同的专业要求, 进行不同的取舍和组合[3]。比如给排水专业可以将明渠流部分作为学习重点,而热能动力专业则需要将气体部分作为重点学习内容。由于教师在专业基础课上有针对性的教学,学生在后续的专业课学习中就能轻松做到理论联系实际,达到预期的教学效果。
2.2多样化教学手段
积极推行多媒体技术与传统的板书授课方法相结合的手段。随着计算机科技的发展和普及,多媒体教学方法已经广泛的应用在各种课堂教学中。同样,通过多媒体演示功能,能够生动、具体、形象、直观的解决流体力学教学进程中的一些抽象的难点部分。但传统教学方法的教学效果不能因此被忽视,尤其在理论分析、公式推导上,仍然是教师利用板书进行教学的方法占明显优势。教师通过传统的教学方法,一方面能够很好的把握课程节奏,与学生互动;另一方面也便于学生做好笔记,易于知识点的消化吸收。
2.3变更考核方式
目前我校的专科考核方式与本科一致,统一采用的都是闭卷考试成绩占70%,考勤、作业、实验占30%,而实际实验部分只占了10%。但从专科学生的专业培养素养要求来看,既要重理论,又要重实践。因此,对于流体力学这类专业基础课的考核方式要做到两手都要抓。我们建议的考核方式是闭卷考试成绩占60%,实验占30%,考勤、作业占10%。
3把握绪课讲解
经过多年的教学总结,学生反馈回来的信息是流体力学难度太大,部分专业术语太抽象。甚至部分学生在还没有开始学习的时候,就已经产生了退怯心里,这对接下来的学习极为不利,以至旷课的现象普遍。流体力学虽然理论性较强, 但却是一门及其贴近生活的学科。然而绪论作为一本教材的概述,是学生最先接触到的部分,是对教材整体内容的高度浓缩和概括,贯穿整个教学过程,更对学生的学习起到引领、提示和导向等作用,所以讲好一堂绪论课至关重要。物质包括固液气三项,而流体就占液体和气体两项,可见流体占据了我们生活中的大部分空间。教师在讲课时,应侧重于多列举一些生活中的实例来说明流体力学基本理论知识及其应用。比如,我们每天呼吸的空气,喝的水,都是流体;而我们能呼吸到新鲜的空气,喝到水,这体现流体具有流动性的特点。另外教师在讲授绪论课时,务必要介绍整本书的内容纲要,以实用为目的,以必须、够用为度,以掌握概念、强化应用为原则,并列举工程实际中可能遇到的需要用教材理论知识解决的问题。在此基础上学生能对要学什么知识、能解决什么样的问题做到心中有数,能积极调动学生的求知欲和学习的兴趣。这样的方式也可以用在后续课程讲解上,教师在每堂课结束前留下悬疑,并随着课程的进展逐步解开疑问,层层递进,一边解决问题一边学习新的知识点,一举两得。
4完善实验教学环节
专科学生毕业后一般都工作在相关专业的一线岗位,这就注重学生的实操能力。要做到理论与实际融会贯通,实验课的教学环节不容忽视。传统的实验教学模式基本都是验证实验,以班级为单位,分组进行,部分实验甚至只由老师进行演示,负面的抑制了学生的自主创新能力。当然,验证实验的开设非常必要,而且要与课程内容形成很好的衔接。但是除此之外,还应开展一些拓展学生发散能力和创新思维的实验,让很多有想法的学生自主实验,激发他们的学习兴趣,培养他们的创新思维。另外,教师要严格要求学生端正实验态度,尊重实验结果,让其养成严谨的实验习惯,才能对以后专业中的流体力学现象做出科学的定性分析及精确的定量计算,才能正确地解决工程中所遇到的流体力学方面的设计和计算问题。
5结束语
目前,随着各本科院校逐年扩招,每年大批应届毕业生流向社会,我国当前就业形势普遍严峻。从技术可信度来讲,用人单位会优先录用本科生;从岗位稳定性的角度出发,用人单位则会优先录用中专生,这一直是专科毕业生面临的挑战。本文从强化师资队伍,改正教学方法,多种教学手段的有机结合以及实验教学环节的完善等方面进行教学改革,以提高专科学生专业能力竞争力,适应人才市场的需求。
参考文献
[1]邢国清.流体力学泵与风机[M].中国电力出版社,2009,2.
[2]张敏,李好学.流体力学教学初探[J].河南机电高等专科学校学报,2008(11):157-158.
[3]徐正坦,陈鲲,马立艳.创新《流体力学》课程教学探索[J].福建工程学院学报,2008(10):487-489.
关键词:工程流体力学;精品课建设;师资建设
作者简介:陈国晶(1971-),女,黑龙江讷河人,黑龙江科技学院机械工程学院,讲师;赵存友(1969-),男,黑龙江安达人,黑龙江科技学院机械工程学院,副教授。(黑龙江 哈尔滨 150027)
基金项目:本文系黑龙江省高等教育学会高等教育科学研究“十一五”规划重点课题(课题编号:115C-174)、黑龙江科技学院教研课题“《工程流体力学》课程任务式教学内容的改革与实践”的研究成果。
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)13-0105-02
“工程流体力学”为黑龙江科技学院(以下简称“我校”)机械、采矿、环境、安全、土建等专业重要的专业技术基础课程。由于面向的专业范围广、学生层次多,因此要将该课建设成省级精品课程,对师资队伍和教学条件等要求高,需要改革的环节多,课程建设的难度大。我们在深入解读省级精品课程指标内涵的基础上,围绕课程建设的目标和任务,结合课程自身特点,根据各专业具体培养方向和要求,从课程教学的关键环节和基础工作入手,立足学生知识和能力的全面培养,狠抓师资队伍建设、教学内容、教学方法、教学手段以及学生成绩的考核改革,强化实验室、教材、多媒体课件、网络资源等教学条件的建设,构建多元化的教学体系,在2007年实现了课程建设目标。
一、加强师资队伍建设
我们将精品课程评审指标体系中所有二级指标的主要观测点概括为“德”、“才”、“勤”、“能”四个方面,并从这四个方面打造一流的师资队伍。通过对课程组教师进行优化组合,充分发挥每个人的特长,并进行重点培养,使课程组每个参与建设的教师都能从事最能发挥其才能的工作,各尽所能,使每个人都能有成就感,成为某个方面的行家里手。尤其对青年教师,使其能力在课程具体建设过程中得到充分的发挥和锻炼,业务能力和教、科研水平显著提高。
根据实际情况,我们将拓宽知识领域、提高知识层次(重点是专业理论知识、实践能力、教学能力、教研能力以及学历、职称的提高)作为“工程流体力学”师资队伍建设的内容及目标,并采取如下具体措施:
(1)导师制培养,实行“一带一”、“多帮一”工程,由老教师对青年教师进行一对一、多对一的指导,尤其是课程负责人在教学的各个环节、论文的撰写及教科研立项等方面对青年教师进行全方位的指导。
(2)制定助课、互相听课及集体备课制度,课程负责人听课程组成员的课每学期至少一次,年轻教师听老教师的课每学期至少一次,利用教研室活动时间经常进行集体备课及教学研讨。
(3)送出去培养与在职提高相结合,通过读硕、读博,努力提高课程组教师的学历水平。
(4)鼓励课程组教师积极参加学院及学校举办的教师教学技能大赛,参与实验室建设,指导“工程流体力学”创新设计大赛和指导大学生科技活动。
(5)鼓励青年教师在各项工作中勇挑重担,为青年教师创造展示才能的机会。
二、完善教学条件
1.教材及资料库建设
“适用”的教材才是一流的教材。遵循功能和谐原则、整体和谐原则、环境和谐原则、市场和谐原则和经济和谐原则,为不同专业选用了不同版本的教材。同时注重纸质及电子资料的收集和整理,注重教学研究成果的总结和提炼,创建了“工程流体力学”纸质及电子资料库。
2.实验室建设
将实验室建设纳入课程建设规划。与课程需要相适应的实验室建设才是科学、合理、有序、有度的建设,避免与课程建设相脱节的实验室建设,杜绝重复性建设。根据专业需求补充购置相应的实验教学仪器,用于开展常规实验、综合性实验和设计性试验。根据现场教学的需要,补充测压仪表、保留管路实验系统。为开展“流体力学创新设计大赛”和指导“大学生科技立项”等第二课堂活动创建虚拟实验室和创新设计实践基地。
3.辅助教学资源建设
基于“精”、“新”、“奇”的指导思想,应用多媒体技术制作高质量多媒体课件及教学网站。[1]我们根据不同专业具体要求的不同,制作了分别与自编教材及与不同专业选用教材配套的多套多媒体课件及电子辅导资料,利用第二课堂活动,指导学生制作了大量的演示基本概念、流动现象、基本原理的Flas和典型实验的Flash模拟软件。在网站上提供必要的图片、实物照片,链接媒体素材、实验录像、演示流动现象及进行虚拟实验的Flas,插入重大流体事件、背景知识及相关学科前沿知识。教学网站上提供丰富的相关教学内容、链接国内外著名流体力学网站,为学生及时了解反映流体力学发展前沿和最新动态的科技文献资料提供便利,同时为考研的学生提供学习指导。教学网站板块全,内容丰富,实用性、可操作性强,而且嵌套有在线测试及网上考试系统,所有教学及辅导资料全部挂在网站上,成为学生课外自学和复习的良好平台。2007年利用学校webCT网络教学资源又开展了网络教学,进一步拓展了教学空间。
三、深化教学内容
任何课程的教学内容都不是一成不变的。教师所讲授的内容应是经过提炼和加工过的本门课程的精华部分。我们注重与专业的对接,根据各专业侧重点的不同,合理确定教学内容;根据生源质量的区别,以学生为本,实行分层次教学。根据我校应用型人才培养目标,明确课程为专业服务的目的和地位,以适合该门课程的思维方式来组织教学内容,并进行模块式整合,为不同专业设置相应的可选模块。在教学过程中注重有效知识和长效知识,压缩经典内容,充实应用实例,并将教改、教研成果及学科最新的前沿成果渗透到课程的教学当中,做到内容精炼,难易适中,主线突出,理论联系实际,融知识传授、能力培养、素质教育于一体。
四、改革教学方法、手段和考核方式
教学有法,教无定法,只有科学的方法和适用的手段相结合才是最优的组合,也只有方法的“灵活化”和手段的“多样化”才能体现出个性化教学。
教学方法上:在理论教学中,“精讲宽练、注重实践,教学互动、多元考核”。根据课程内容和学生特点,采用适当的教学方法灵活组织课堂教学,注重工程背景及实践应用,注重有效知识和长效知识,不盲目模仿和刻意追求。在实验教学中,根据实验性质的不同,由“问题”导入实验,着重强调实验目的、原理应用,注重实验技能和方法、数据分析和处理,启发学生独立思考,培养学生独立分析问题、解决问题的能力和创新精神。
教学方式和教学手段上:采用多媒体课件与板书相结合的授课方式。同时,鼓励学生充分利用虚拟实验室、课程网站等辅助教学资源进行预习、复习和自我测验。目前我们每学年面向全校5个教学单位的8个专业方向、30多个班级讲授“工程流体力学”,应用多媒体课件与板书结合进行授课的比例达100%。
在学生成绩考核上:采用“知识与能力并重”的“多元化”考核方式,平时成绩占总成绩的30%,其中课堂表现(包括出勤、听课情况和平时测验、回答提问等)满分10分,作业成绩满分10分,实验成绩满分10分。课堂表现及作业成绩由任课教师给出,而实验成绩由实验教师给出,如果学生实验成绩不合格,则不允许其参加期末考试。
五、构建多元化的教学体系
结合课程自身特点以及专业需求的不同,对实践教学过程进行科学规划,拓展外延、丰富内容,充实内涵,设置了“实验教学+现场教学+第二课堂活动”的多元化的实践教学环节。
结合学校开展的大学生科研立项等素质教育活动,积极对学生进行创新意识和综合能力的培养,鼓励学生在各实践环节中,综合运用各种知识和手段创造性地分析问题、解决问题。自2002年起,课程组在全校范围内成功举办了五届“流体力学创新设计大赛”。流体力学虚拟实验室拥有专用微机及相关软件;创新设计实践基地现有工作台、台钳、钻床、手电钻等简易设备及锤、锉、锯、螺丝刀等常用工具,为学生创新及科技制作提供常用耗材,基本能够满足Flas制作、演示、文字处理、实物加工制作的最基本要求。2007年,课程组开始指导大学生科技立项并有多项成果结题验收。
课程建设的目的是提高教学质量,归根结底是提高培养的学生的质量,而学生质量的衡量标准则是其综合素质及创新能力。运用“小课程大工程”的教学理念,从课堂教学、实验教学、网络教学、课外实践活动和学术讲座五个方面,将学生综合素质及创新能力的培养贯穿到课程教学的全过程。[2,3]总结出精品课程建设的“多元化”学生综合素质和能力的培养模式,即:
(1)正确处理经典与现代的关系,在课堂教学中,利用多媒体课件,融经验教学及现代教学为一体,开阔学生的视野,培养学生综合素质和能力。
(2)改革实验教学内容,增加实验项目,丰富实验教学方式,增强学生的实践动手能力。
(3)拓展课堂教学空间,利用网络资源,开阔学生的视野,丰富学生的学科知识。
(4)以创新设计大赛和大学生科技活动为载体,引导学生参加第二课堂活动,激发学生创造热情,培养学生科学素质和创新精神,提高学生获取知识、运用知识的能力和创新能力。
(5)通过科技讲座,丰富学生的专业和学科知识,培养学生的科研意识和科学精神。
六、结束语
精品课程建设是时代的要求,具有丰富的内容,并随着时代的发展而不断更新。精品课程建设是一个复杂过程,是一项系统工程,其中涉及大量的管理问题。精品课程建设作为中国教育发展史上的新生事物,需要广大教师投入大量的时间、精力,不断探索,不断创新,是一项永无止境的工作。如何针对不同地区、不同高校、不同教师学生,分层次、多样化地建立精品课程评价指标体系,如何更好地发展和完善现有的精品课程,如何更好地发挥各级各类现有精品课程的作用,将是未来精品课建设研究的发展方向,因此精品课程建设的研究与实践也是一项没有终结的研究课题。
参考文献:
[1]徐文娟,侯清泉,刘训涛.多媒体技术在《工程流体力学》教学中的应用[J].理工高教研究,2008,(2):94-95.
1.1达西定律
法国工程师Darcy经过渗透实践验证,渗流量q不只同截面面积a成正比例,还与水头耗损(h1-h2)正比,与渗径尺寸l成反比,带入土粒构造与流体特性的定性常数k。
1.2渗流连续方程
渗流连续方程通常以质量守恒定律为基础,考虑可压缩土体的渗流加以引证,即渗流场中水在某一单元体内的增减速率等于进出该单元体流量速率之差。对于每一个流动的过程而言,皆是在特定的空间流场之中发生的,沿着其边界发挥支配功能的条件,成为边界条件。在开始进行研究的时候,在流场之内,流动的状态与其支配条件,成为初始条件。边界条件与初始条件合称定解条件。定解条件普遍是由室外测量数据或实验得出的,其对流动过程有着决定性功用。找寻某个函数(假如水头),让其在微分方程的条件下,又可以适应定解条件的便可认为是定解问题。
2渗流计算
2.1计算目的
坝体(堤身)浸润线的位置。渗透压力、水力坡降和流速。通过坝体(堤身)或坝(堤)基的渗流量。坝体(堤身)整体和局部渗流稳定性分析。
2.2渗流计算的主要方法
渗流计算求解方法一般可分为以下四种类型。流体力学的解决方案:是一个严谨的解决方案,在边界条件符合定解时,能够算出渗流场中随便一点的值。然而,解答的过程十分繁杂,并且适用范围窄,在现实运用上受到很多的制约。水力学的解决方案:这种解法跟流体力学的解法有点相似。就是根据某种假设,针对某种特殊的边界条件的进行的流体力学计算。同样在实际工程应用上受到较多的制约。模拟测试:根据以上那二种方式的劣势,对于现实中的项目,原本常常经过水力学模拟测试来解答渗流问题。数值模拟计算分析:通过计算机,在确定物理模型的情况下,第一步要求建立一个数学模型,然后利用相关模型对于具体问题进行求解,这有时也称为数值法,包括有限差分法和有限元法。现在,以上这些渗流的计算手段里面水力学求解与有限元法在水利工程里面经常使用。
3水力学解法在水利水电工程上的运用
对于上述问题利用水力学的方法进行求解,也就是利用流体力学的计算方法,进行一些边界条件的假设基础上进行,根据相关流体力学的要求,对于实际工况进行简化处理,还包括底层的渗透系数的简化处理等。考虑渗透系数差距在5倍以内的邻接薄质土壤层可以算作一层,将加权均衡的渗透系数当作计算的根据。两层土质构成的地基,当下面土壤层的渗透系数小于表层土壤层的渗透系数100倍或更高时,可以把第二层土壤层看作是不渗透水层;上层土壤层看作为弱透水层的情况下,就可按照两层地基来进行计算。当直接与堤坝地基相连的地基土壤的渗透系数比堤坝的本身的渗透系数大于等于100倍时,可以确认为堤坝本身不渗水,只对堤坝地基根据有压力水流进行渗透计算,堤坝本身浸润线的地方可以依据地基里面的压力水头来认定。
4有限元解法在水利水电工程上的运用
4.1数学模型的选取
从现在的应用探究状况看来,大概分为这几种计算形式:布辛内斯克方程式,拉普拉斯方程式,固结方程式,扩散方程式。上述不同的计算数学模型均含有它一定的适合环境,通过四种模型的计算对比可以总结为:大多数泥土和石子结构坝体与地基的不稳固渗流问题,都可以运用固结方程加流量补给条件的自由边界和相对应的初始条件和边界条件算出流场的分布,比较符合实际;对于固结完好再不进行压缩处理的土石筑坝的不稳定渗流问题,可以运用拉氏方程加流量补给条件的自由边界计算。实际上拉氏方程只是固结方程的一个特定解。
4.2有限元计算程序
当前,计算渗流有限元的方法有很多,即使它们都有自己的缺陷,但是在输入时都要注意边界条件。计算有限元渗流的方法除了有二维之外还有三维,当然还有专门针对岩体裂隙的计算方法。
5小结
一、教学方法和教学手段
采用工学结合、理实一体的教学模式,根据不同项目内容,在教学中灵活运用项目导向、任务驱动、案例分析、多媒体演示、分组讨论、实验、启发引导、边讲边练等教学方法,引导学生积极思考、乐于实践,提高教与学的效果。授课前一周向学生下达项目任务书,内容包括学习任务描述,学习场地、设备,知识、素质、能力目标,咨询问题和途径等,学生按照任务书的要求,咨询信息形成学习笔记,小组讨论形成项目实施方案。做到课内教学与课外教学相结合,自主学习与指导教学相结合。通过贴近岗位工作的电力生产实际案例导入知识,训练分析和计算能力,使能力培养与工程实践相结合。选题、选材注重共识性、综合性、工程性、创新性,同时体现新颖性、趣味性、互动性。将实践性强、技能训练要求高的内容,通过模拟实验、实验操作、边讲边练的方式,提高学生的动手能力。将传统教学方法与现代教育技术相融合,向学生提供教学资源库(包括教学课件、自学指导书、习题集、实验指导书、模拟实验软件、相关电力生产设备及系统视频和图片、国家精品课网址、其他参考教材等),开阔学生视野,拓宽学习渠道。充分利用多媒体课件、录像片、图、表、网络等现代化的教学手段,通过视觉、听觉,全方位加强学生对知识的理解和记忆,同时结合板书等传统授课手段,扬长避短,获得最佳效果。
二、学习方法和考核评价
以学生为中心,支持学生自主学习、协作学习和探究式学习,每个项目的实施都采用小组合作学习的方法,强化学生的团队协作精神,增强学生主动参与和个性发展。班级40人,分成4个小组,课上先由小组派代表汇报咨询信息情况、存在问题,再由教师适时讲解、分析,最后小组讨论总结,实验和水力计算项目由小组自行设计方案,分工合作完成。事实证明,试点班学生的学习能力、学习积极性和主动性明显提升。突破传统考核模式,加强过程考核,注重素质和能力培养,全面公正评价学生的学习效果。职业能力评价占总成绩的70%,职业素养评价占总成绩的30%。
1.职业能力评价
(1)基础知识评价。主要侧重于对各个工作任务中所涉及到的基本概念、基本原理的掌握和理解,如连续性方程、能量方程、阻力损失计算等。考核方式为期中测试和期末考试。
(2)专业能力评价。主要侧重于用所学的流体力学知识分析和解决工程实际问题。包括实验项目的操作能力表现,设计计算能力,分析和解决问题的能力。考核方式为完成每个教学项目过程中的咨询问题回答、学习档案检查、实验操作检查、课业报告检查。
2.职业素养评价
(1)平时考勤评价。根据平时上课和实验出勤率进行评价。
(2)学习态度评价。根据每个学习任务完成过程的实际表现,如学习态度、是否遵守纪律、是否团结互助等进行评定。考核方式为个人评价、教师评价、小组评价和小组互评。
三、结束语