单位文秘网 2021-07-28 08:11:09 点击: 次
摘要:针对“流体力学”课程理论性强、公式多、难以理解的特点,结合教学实践与体会,从教学内容、教学方法及考核方式三方面对“流体力学”课程教学模式的改革进行了探索,为改善流体力学的教学效果及进一步开展教学改革提供了指导。
关键词:流体力学;教学模式;改革
作者简介:杨卫波(1975-),男,湖北安陆人,扬州大学能源与动力工程学院,副教授;毛红亚(1976-),女,湖北天门人,扬州大学财务处,会计师。(江苏 扬州 225127)
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)23-0083-02
“流体力学”作为土木、机械、能源、动力、环境、化工等学科的一门主干技术基础课程,由于其理论性强、概念抽象、方程繁琐、难以理解与记忆,导致学生学习的难度较大,从而影响教学进程和专业人才培养的质量。因此,如何针对“流体力学”课程自身特点,结合专业建设目标,探索出一套新的适合各专业培养目标的流体力学教学模式具有非常重要的意义。本文结合工科院校学生的实际情况及笔者教学实践与体会,从教学内容、教学方法及考核方式三方面对流体力学教学模式改革进行了深入的探析。
一、教学内容
1.教学内容的选择
教学内容的选择对于提高教学质量、改善教学效果具有重要的意义。根据教育心理学理论,[1]在教学中应把课程中具有广泛迁移价值的科学成果作为教材的主要内容,从而可实现利用已有知识来同化现有知识的作用,提高学生的接受能力。“流体力学”作为大学工科专业的一门课程,虽然其内容相对比较陌生,但其所包含的基本知识却贯穿于中学相关课程之中。如流体力学中的速度、压力、压强、质量守恒方程、能量守恒方程及动量守恒方程等,学生均在中学物理中均学过,因此在讲述相关内容时可以将其与中学内容相联系,从而提高学生的理解能力。又如在讲述管路的串联与并联特性时,其流量、阻力及阻抗特性正好与中学物理中电学的串联与并联电路的电流、电阻特性一致,如果在讲述之前引出中学的电路串并联原理,则可大大加强学生对管路串并联水力特性的理解能力。因此,根据学习迁移理论,将相关内容与学生已有知识进行对接,并阐述其相互之间的关系,不仅可以有效发挥学生利用所学知识来同化现有知识的作用,而且对于改善教学效果具有积极作用。
2.教学内容的编排
要合理编排教学内容就必须使教材结构化、一体化,以使构成教材内容的各要素具有科学、合理的逻辑关系。目前,国内“流体力学”课程的教学体系一般包括流体静力学、流体动力学(理想流体流动与实际流体流动)、流动阻力损失、孔口管嘴管路流动及特殊流动现象等。每部分内容既独立,同时各部分之间又有相互的联系。为了使学生容易学习,可以按照流体力学实际应用路线由简单到复杂的方式来编排教学内容。如可以从最简单的流体静力学部分开始,因为静力学部分中学物理中已讲授,生活中很常见,学生容易接受。由于静止是相对的,运动才是绝对的,自然界流体应用中更多的是运动着的流体,让学生明白这个道理后很自然将教学内容过渡到流体动力学部分,从而可提高学生继续往下学习的兴趣。在讲述流体动力学部分时,先从简单的一元理想流体运动部分着手,然后逐步过渡到多元理想流体流动及实际流体运动。在讲到实际流体运动时,由于能量方程中出现了阻力损失项,这样就很自然将内容过渡到流动阻力损失计算这一部分内容。由于生活中的复杂管路往往是由简单管路串联与并联而构成,因此,复杂管路的水力特性(流量、阻力等)需要确定,这样就可以根据流体力学实际应用需要将内容由阻力损失部分转移到孔口管嘴管路流动部分。最后,根据各专业培养需要,选择适合的特殊流动现象内容进行讲解,以加强流体力学的实际工程应用。这种以流体力学实际应用路线由简单到复杂作为主线的教学内容选择模式,内容组织层次感较强,讲起来更加引人入胜和重点突出,教学过程相对简化。
3.教学内容的弹性化
教学内容弹性化有两个方面的含义:一方面要根据每届学生不同的知识背景和不同的定位要求,采用不同的表达方式,以满足学生多样化的学习需要。另一方面是要根据时代的发展,不断更新教学内容,以适应最新科技发展的需要。[2]例如在“流体力学”教学过程中,为了让学生更容易接受,可以删去大量的数学公式推导,如流体连续性方程、动量方程、能量方程的推导等,这些内容对于学生是否掌握流体力学基本知识并无影响。又如,对于不同的学生群体,应根据学生今后的定位不同选择适当的教学内容,对于高职高专的学生,由于其毕业后大多数要走出校门从事实际工作,因此,在讲述时应侧重于流体力学实际应用方面的知识。而对于普通本科院校的学生而言,毕业后有相当一部分的学生要继续从事相关的研究工作(如考研等)。因此,应加强学生流体力学理论方面的教学与培养,以提高学生将来的研究能力。随着时代的发展和计算机的普及,将计算机用于求解流体力学问题的计算流体力学已越来越显示出其重要的作用。所以,流体力学教学中,适当介绍当今常用的计算流体力学商业软件,如Fluent、Star-CD、CFX及Ansys等,以扩充学生的知识视野,为今后有意继续深造的学生提供铺垫。
4.教学内容与工程实际相结合
兴趣是最好的教师。教育心理学[1]的研究表明:当学习内容与学生已有的知识和生活实际相联系时,才能激发学生学习和解决问题的兴趣。因此,在流体力学教学过程中,应结合专业目标尽可能多地介绍流体力学广泛的工程应用背景,引导学生提高自主学习流体力学的兴趣和积极性。如在讲述流体静力学中液体作用在曲面的总压力计算时,可以介绍1998年特大洪水灾害长江决堤事件等;在讲到流体静力学中平面总压力计算时,可以适当引入长江三峡水坝闸门的设计与计算;在讲到沿程与局部阻力损失[3]时,可以讲述如何选择水泵,并以每天生活用水管道供水为例来分析等;在讲到动量方程应用时,引入如何确定弯管及分叉管路中水流对管道的冲击力,从而可计算出管道支墩所受的推力;在讲述毕托管时,可讲述如何测量风管的风量与风压,在讲述倾斜式微压计时,可与毕托管一起讲述如何利用两者来测量正压与负压风管段的动压、静压及全压等。任课教师在平时授课过程中,结合专业培养目标适当穿插讲述一些发生在我们身边的与流体力学有关的实例,使学生认识到流体力学在生活及工程中的重要性,激发其学习兴趣,以提高教学效果。
二、教学方法
目前课堂授课中常用的教学方法主要有传统教学模式与以多媒体技术为代表的现代教学模式。传统教学模式是指教师通过口授、板书完成特定教学内容的一种课堂教学形式,该模式学生容易接受,可以达到预期教学目标。但缺乏创新与探索知识的功能,尤其是在当今知识快速更新的年代,更是面临严峻的挑战。现代教学模式是指在课堂教学中引入多媒体技术,通过形象逼真的动画的运用,生动形象地展示教学内容,从而可以充分发挥学生学习的积极性,使教学方式形象生动,有利于培养学生的思维能力、想象能力和创造能力。
考虑到传统与现代教学模式各自的优缺点,在流体力学教学过程中应将两种教学方法有机结合起来。如在讲述相关理论公式时,就以传统的板书教学为主,对公式的推导和例题的讲解,用板书的方式条理化,通过板书一边写、一边对学生提问,一边推导相关公式,让学生参与到教学中,从而可以加强学生与教师间的互动,激发与调动学生的学习积极性。而在流体力学理论的工程应用部分则较多地采用多媒体课件,例如在讲授层流与紊流[3]这部分内容时,单纯地板书讲解其概念很抽象,用多媒体课件展示雷洛实验讲解则直观生动,容易理解。在讲解孔口管嘴管路流动及虹吸现象时,用生动动画显示其流动全过程,可说明其流动过程中截面收缩及可能出现的真空现象,从而给学生留下深刻的印象。
三、考核方式
考核的作用主要是了解教师教与学生学的情况,及时发现问题以便改进。考核方式的合理性不仅能激发学生学习的兴趣,同时还可以提高教学效果。“流体力学”作为一门理论性极强的基础课程,传统的考核通常采用平时考核与期末闭卷考试相结合的方式,两者所占比例通常为30%与70%。平时考核主要是学生的出勤率与作业完成情况,而期末考试主要是卷面所取得的成绩。这种考核方式存在一定的问题,不仅不能激发学生的学习热情,在某种程度上还会使学生产生抵触心理。由于流体力学中有大量的经验公式和图表,如阻力系数计算公式与莫迪图、纳维-斯托克斯方程等,若采取闭卷考试,则势必要求学生背熟这么多的公式,容易陷入死记硬背的怪圈。
事实上,这部分内容的教学要求是让学生能熟练应用这些公式和图表解决工程实际问题,而不需要死记硬背。因此,在考核方式中可以尝试平时开卷考核与期末闭卷考核相结合的考核方式。即将不适合闭卷考试的一些无法记忆而又要求学生掌握与应用的内容,放在平时教学中进行开卷考核,而将一些基本原理、基本概念、基本计算方法的考核放在期末闭卷考试中。这样,一方面,通过平时不定期的考核能提高平时学生的出勤率,另一方面,通过平时考核也可以激发学生平时的学习兴趣,提高学习效率;此外还可以通过考核及时发现问题,改善教学方法。通过这样的考核方式,既能激发学生平时的学习兴趣,同时还可以提高教学效果,考试结果能较真实地反映学生对本课程知识的掌握和应用能力。
四、结语
教学不仅是一门科学,也是一门艺术。每一种教学模式都有其特定的适用范围和条件。流体力学作为工科院校相关专业的一门主干技术基础课,由于其理论性强、概念抽象、经验公式多,给其教与学带来难度。如何根据专业特点将其与各专业培养目标进行有机结合,通过教学模式的探索使其教学融入到各专业人才培养中,将是“流体力学”教学模式改革的进一步目标。
参考文献:
[1]谭顶良.高等教育心理学[M].南京:河海大学出版社,2006.
[2]刘立平,师少鹏.传热学课程教学的改革探索[J].高等农业教育,
2004,(3):74-75.
[3]龙天渝,蔡增基.流体力学[M].北京:中国建筑工业出版社,2004.
(责任编辑:刘辉)
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