单位文秘网 2021-07-28 08:08:57 点击: 次
【摘要】分析了军队工科院校工程流体力学课程的地位与主要特点,根据人才培养计划要求提出了课程建设必须紧密结合装备的基本原则,制定了课程标准,进行了课堂教学设计,建设完成了网络课程等教学环境,初步构建了适应军校要求的工程流体力学课程体系。
【关键词】课程建设 工程流体力学 教学
【中图分类号】TB126 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)08-0117-02
1 引言
工程流体力学属于专业基础课程,为我院“4+1”模式学员机械工程及其自动化专业的本科三年级的学员开设的必修课。通过本课程的学习,为学习后续专业课程如车用内燃机学、液压技术等打下重要的理论基础,同时培养学员正确运用工程流体力学理论解决工程实际问题的能力。
结合军队院校人才培养需求的实际情况和培养计划,制定工程流体力学课程标准,确定教学内容,配置教学队伍,选择适宜的教材,在教学手段和方法上下功夫,突出装备特色与背景,结合网络课程建设和多媒体教案的制作,初步构建了具有军校特点的工程流体力学教学体系。
2 课程地位分析
工程流体力学是通用性很强的课程,几乎所有工科院校都开设。但由于人才培养目标和方案不同,军校必须根据自己的特点和需求进行工程流体力学课程建设。
从军队工科院校总体看,主要职能就是培养出能够适应部队装备建设和作战需要的高素质人才,这主要依靠相应的课程建设和教学来实现。可以说,加强课程建设是教学实践与工程实践、工程实践与装备建设实践相衔接的重要保障。军队工科院校教育不仅要为当前部队装备建设输送人才,更要为未来战争中的装备保障储备人才。为此,课程建设还要着眼于未来战争条件下装备保障建设与发展的需要,紧跟军事高技术的发展前沿,重点加强新知识、新技术、新装备的内容更新,以培养学员的发展潜力。工程流体力学作为院校课程建设总体系中的一部分,以有关前导课程为基础,为后续课程特别是涉及装备类的课程打基础,同时还要培养学员应用所学知识解决部队装备使用、管理中遇到的实际问题的能力,要求理论基础与实际应用兼顾,这一点与地方工科院校有很大的区别。
我院机械工程及其自动化专业人才培养要求是系统掌握机、电、液等本专业相关学科的基础理论与知识;了解车辆工程等相邻学科专业发展前沿和趋势。其中液是一个很重要的部分,特别是随着装备技术水平的提高,液压、液力装置在装备上的应用越来越多,工程流体力学在整个课程体系中扮演的角色也愈显重要。
与地方工科院校相比,军队院校在相关课程学时数上要少一些,其结果军校学员工程师素质的培养就有所欠缺,因此应该结合有关课程特别是专业基础类课程的教学来弥补总时间的不足。对于工程流体力学而言,就应该在课程教学中适当融入有关工程实践特别是与装备相关的内容,在素质培养上承担起比地方工科院校更重要的任务。
3 课程标准的制订
课程标准是对课程的总体设计,是指导和规范课程教学与课程建设的纲领性文件,是选编教材、组织教学、开展课程教学质量评价与实施课程管理的基本依据,是院校办学的基本文件之一。以课程标准替代教学大纲,体现了由“以教为主”向“以学为主”的转变和“教为主导、学为主体”为教育理念。课程标准的核心是内容标准。
3.1 基本原则
流体力学学科既是基础学科,又是用途广泛的应用学科;既是古老的学科,又是不断发展、充满活力的学科,涉及内容广泛。作为我院首次开设的课程,确定课程的目标和任务是一个需要解决的首要问题。鉴于学时数较少的实际情况,课程的设计以服务于装甲装备的工程应用为目标。既注重基础理论知识,又强调工程流体力学理论与装备动力装置的结合,重点在重要的基本概念、关键的过程分析方法、基础理论与实际装备(主要是装甲车辆及其动力装置)的关系上下大功夫,确保学员在有限的时间内学到必要的基础知识,掌握工程流体力学分析问题的基本方法。
3.2 课程内容的确定与组织
从总体上看,学时数与课程内容的完整性存在突出矛盾。在制定课程标准时,我们采取了两个方面兼顾的原则,即从内容上保证涵盖传统流体力学的基本知识点,通过各部分内容的细节、分配学时和教学要求上予以区分。例如理想流体与实际流体总流伯努利方程等重要基础理论作为重点,学时充足,保证能够进行细致的分析,使学员有较为深入的理解,而理想流体的势流,则是粗线条的介绍,让学员对物理现象有一个基本的了解即可;对于管路的流动阻力分析计算,与装甲装备的工作相关(发动机润滑、冷却、燃油供给系统内部的流动、传动与液压系统内部的流动),也安排了足够的时间讲解,并通过例题和作业加深学员对这部分内容的理解和掌握,而对于流体的外部流动及边界层理论,则仅要求了解其基本物理概念和基本思路即可。
采用由简到繁,由一元到三元,以一元为主的体系,区别于力学体系的从最一般的现象出发的模式,符合现阶段一般工科专业的教学规律。先由流体的物理性质开始,使学员对本门课程的研究对象流体有一基本的了解,然后分析其在静止状态下遵循的规律,再进一步分析其在运动状态下的规律;在研究流体的运动时,又先由最简单的理想流体出发,将得到的结论和规律加以修正,得到实际流体的流动规律。这种由简单到复杂,由局部到全局,采用难度递进式教学组织方式,使学员更容易、更明了的学习和掌握工程流体力学理论。
3.3 突出装备特色
如上所述,军校工程流体力学课程教学有着自身独特的需求,要突出装备特色就要在课程内容及其组织中有所体现。有关基本理论的具体定义与描述是统一的,是在基本物理概念和数学层次的展示,对任何学习流体力学的专业都是一样的。而基本理论的应用则各有千秋,例如水力专业的侧重于展示江河湖海,气象专业的则看天观云,对于军校机械工程及其自动化类专业,我们更关注装备中的流体力学现象与问题,例如液力传动、液压操控、动力舱气体流动、发动机中油、水、气的流动及其影响等。在课程标准中,我们规定了说明基本物理概念和基本定理的辅助材料尽量使用装备中的例子,例如伯努利方程的解释就结合发动机废气抽尘器的工作原理进行,沿程阻力分析则结合发动机中润滑油与冷却液的流动路线介绍。另外有关的例题也尽量采用装备设计研究中的实例及其简化形式,例如发动机冷却系统的布置设计、风扇水泵的计算等。流体力学的最新发展例如CFD的应用,结合我们有关装备科研的成果向学员展示,如坦克动力舱内空气流动CFD仿真、发动机冷却水流动仿真、发动机气缸内气体流动与燃烧现象的CFD演示等等。这样,以较少的时间既保证了基本概念与定理描述与分析的准确,又使学员对装备的认识和理解有所提高,工程师素质得到加强,满足人才培养目标中的要求,达到设置本课程的目的。
4 教学设计
教学设计是课程标准的一个组成部分,但在课程标准中只是提出一个总的要求,具体细节则要在课程建设的其它环节予以确定。
4.1 基本要求
注重启发式,引导学员将所学的理论知识与装备及其工程实践结合起来,认识到基本概念和基本方法的重要性及在工程实践中的作用。注重形象化教学,结合工程实践和生活实际,列举生动的例子,启发学员思考和理解有关概念。
充分利用现代化教学手段,制作信息量大,内容丰富,形式多样的多媒体课件,提高教学效率和效果,解决学时数少和内容多的矛盾。
注意结合我军新装甲装备及世界范围动力装置的研究发展动态,向学员介绍工程流体力学理论在装甲装备动力装置发展中所起的重要作用,加深学员对学习本课程重要性的认识。
4.2 课堂教学
针对不同的教学内容,采用相应的方式组织教学过程。对于非常重要的基本概念和理论,例如伯努利方程和动量方程,要求保证描述的准确性和完整性、推导演绎的系统性和严密性,对其内涵即物理意义进行透彻的讲解,对其适用范围作出清晰、明确的交代,列举生活实际和工程实践中的例子,将抽象的理论与实际的现象结合起来,使学员对理论的重要性有较深层次的理解,最后通过例题介绍理论的具体应用与解题思路、方法和技巧,重在理论与问题的搭接,然后结合作业巩固所学内容。而对于流体的外部流动,例如边界层、绕流、升力等概念,则仅从物理现象上予以一般性的阐述,借助于图片、动画等手段使学员对这些内容有基本的了解即可。
过去的流体力学课堂教学往往是教师写完了擦,擦完了写,黑板前粉笔末飞扬,学员们则手慌眼晕地记下公式推导的每一个细节。低效的信息传递导致学习课程内容要花费大量的时间。另外,对于许多工程实践的生动的例子,只能在文字说明与口授的层面上向学员介绍,使学员的感性认识大打折扣,对一些抽象的概念缺乏深入的认识,对一些重要过程的了解也不够全面。多媒体技术应用于教学从根本上改变了这种低效率传递信息的状况。大量的板书内容可以在课下充分准备,课堂上省下的时间使得教师能够从容、细致地讲解重要概念,把精力放在“讲清楚”上,而学员则可以在网络上或课后从老师处拷贝有关讲稿,不用担心记不全,把精力用到“听明白”和“想清楚”上。本科学员在学习工程流体力学课程前没有参加过工程实习,缺乏感性认识,对抽象的理论难以理解。借助于多媒体技术展示流动现象, 使抽象的概念可视化,从感性认识开始,逐渐上升到理性认识,达到逻辑思维判断综合能力的培养。如势流举例、流场演示、波的传播、流线的概念、迹线的概念等均可利用计算机动画演示,起到画龙点睛的作用,既可使学员加强理解,又增加了学习的兴趣。大量的工程实践和装备应用例子既开阔了学员的眼界,又加深了他们对理论联系实际重要性的认识。因此,我们确定了课堂教学以ppt为基本手段,以板书为辅助手段。电子课件的文字部分主要是标题、概念的定义及过程的表述,更多的是图片和动画及视频素材。最具特色的是与装甲装备紧密结合,例如流体性质部分的柴油机润滑油粘温特性,静力学部分的坦克液压与控制,流体运动学部分的燃油、润滑油、冷却液的流动,流体动力学部分的发动机各泵的工作,流体内部流动的冷却液流动阻力分析,流体外部流动的车体流线形,可压缩流动的发动机气缸内部流动与燃烧等。内容的展示模拟板书的书写过程,教员根据实际的讲授过程进行控制,画面背景、文字字体、粗细、大小也经过美学设计,保证教室内每个学员看得清,不出现视觉疲劳的情况。课件可拷贝给学员,同时挂在网络上,为学员课后复习和课前预习提供方便。
4.3 课外学习环境
作为流体力学的教学,必须保证学员一定的课外时间,用以看书、复习消化所学内容,完成作业。作为课外教学的辅助手段,我们按照军队网络课程建设的基本要求,完成了工程流体力学网络课程的建设工作,提供了学习自主化的一个平台,为学员预习、学习、复习课程相关知识,交流学习心得、拓展知识面及检验学习效果等提供了可靠的保障。将所授课程的重点、难点内容和练习测试题等直接挂在网上,提供学生课后反复思考和模拟训练,遇到疑难问题可通过校园网实现师生之间的交流讨论,充分挖掘和培养学生的创新思维能力。
作为一个服务于课外的学习平台,网络课程涉及的内容从广度和深度上都高于课堂教学,学有余力的学员可借助这个平台学习比课程标准规定更多的内容,一般程度的学员可利用此平台提供的案例从不同角度理解基本概念掌握基本方法,略感吃力的学员则可以通过平台提供的论坛向教员或其他学员求助。平台上提供的大量的装备素材是其它场合见不到的,这是我院工程流体力学网络课程最大的特色,也是贴近装备建设具有军校(陆军装备类院校)特色工程流体力学课程体系的一个重要体现。网络课程属于开放体系,可以陆续补充新的素材,使其能够及时跟踪装备与工程技术的发展。
除了网络课程,我们还建设了工程流体力学课程网页,挂在教研室的网站下,是课程的一个窗口。网页包含丰富的文字、图片、动画等内容,全面介绍了课程教学的主要内容,例如课程标准、文字教案、ppt讲稿、模拟试题、课程建设情况、文献资料等。另外,我们还制作了工程流体力学教学辅助系统软件,其内容限定在课程标准规定的范围内,主要为课外复习使用。
我院是第一次开设流体力学课程,尚未进行实验室建设。为此,我们根据课程教学需要,参照有关院校流体力学教学实验大纲,利用计算机多媒体制作了工程流体力学仿真实验系统。该系统挂在网上,供学员课后学习,在屏幕上“看”一些实验演示录像或动画,有些实验还具有交互功能,学员可以模拟实际实验过程操作,作为没有实验装置的补充。
4.4 教书育人与素质培养
在教学过程中注重调动学员的学习主动性,启发和诱导学员的创新思路,使其在知识获取和综合素质提高两个方面都有明显的收效。注重培养学员“思辨”的意识,即通过思考问题完善思维方法最终提高思想境界,通过辨识概念与现象锻炼辩论能力最终掌握辩证分析方法。结合重要概念、物理过程、工程实践等的描述、解释、分析,联系学员过去学习的数学、物理、工程力学等课程,在分析问题的思路上、解决问题的方法技巧上总结一般性的规律,以适当方式总结认识问题与解决问题的思路与方法,从方法论的层面上对比分析众多概念、方法的共性和个性问题,最终上升到哲学即观察了解认识世界的方法这个层次,帮助学员提高综合素质。例如在介绍定常与非定常流动概念时,引导学员辨正看问题,站在岸上看船游,为非定常流动;坐在船上看水流,又成为定常流动。另外通过流体力学基本理论在装备上的实际应用的介绍,帮助学员充分认识自己肩上的责任,将今天在课堂学习的知识与今后工作岗位上应该完成的任务结合起来。
5 展望
课程建设从总体上说需进一步完善,主要是根据实际教学过程的总结修订课程标准、优化课程内容,进一步丰富网络课程内容,特别在结合装甲装备中的流体力学应用上下功夫,根据使用情况和学员反馈信息优化学习环境和网络平台,为学员学习工程流体力学课程创造良好的条件。我们相信,经过不断地努力和实践,一定会建设一个符合教学规律的、满足我院人才培养要求的、科学的工程流体力学课程教学体系。
参考文献
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