基于過程控制的“工程流體力學(xué)”課程教學(xué)改革與實(shí)踐

金麗珠　嚴(yán)軍　高豪杰　熊永蓮

【摘 要】根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，分析我院能源動(dòng)力工程專業(yè)“工程流體力學(xué)”課程定位及主要教學(xué)內(nèi)容。從加強(qiáng)過程控制的角度入手，以學(xué)生為主體和核心，根據(jù)學(xué)情因材施教，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力，發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性，注重思維引導(dǎo)及學(xué)習(xí)方法的培養(yǎng)，并提出教學(xué)改革的建議。

【關(guān)鍵詞】過程控制；工程流體力學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)： G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）23-0171-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.23.075

【Abstract】According to the talent training goal and combining with teaching practice，the course orientation and main teaching contents of engineering fluid mechanics of energy power engineering specialty in our school were analyzed. Starting from the perspective of strengthening process control，taking students as the subject and core，teaching students according to their aptitude and learning situation，stimulating students' learning motivation，giving full play to students' subjective initiative，paying attention to the cultivation of thinking guidance and learning methods，and putting forward suggestions for teaching reform.

【Key words】Process Control；Engineering Fluid Mechanics；Course Reform

0 引言

流體力學(xué)是力學(xué)的重要分支，主要研究流體的力學(xué)運(yùn)動(dòng)規(guī)律及應(yīng)用。該課程運(yùn)用了高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)、大學(xué)物理等課程的知識(shí)點(diǎn)作為理論基礎(chǔ)，課程的理論性、抽象性均較強(qiáng)，學(xué)習(xí)難度較大。對(duì)于我院能源與動(dòng)力工程專業(yè)學(xué)生，數(shù)學(xué)推導(dǎo)部分僅要求掌握思路，重要公式要求掌握適用條件、物理意義、使用注意事項(xiàng)等內(nèi)容，側(cè)重于工程實(shí)際問題的解決[1]。

1 課程定位及主要內(nèi)容

《工程流體力學(xué)》是能源與動(dòng)力工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握流體平衡、運(yùn)動(dòng)、能量轉(zhuǎn)換的一般規(guī)律和有關(guān)的基本概念與基本理論，學(xué)會(huì)必要的流體力學(xué)分析計(jì)算方法和一定的實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力及創(chuàng)新能力，為專業(yè)課的學(xué)習(xí)、解決工程中的流體力學(xué)問題、獲取新知識(shí)和進(jìn)行科學(xué)研究提供必要的理論基礎(chǔ)。教學(xué)內(nèi)容主要包含流體及其物理性質(zhì)、流體靜力學(xué)、流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)、流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)、量綱分析和相似原理、管內(nèi)流動(dòng)的沿程及局部損失、管流的水力計(jì)算、理想流體有勢(shì)流動(dòng)、邊界層理論及氣體的一維流動(dòng)等。

2 教學(xué)改革與實(shí)踐

傳統(tǒng)的教學(xué)模式以教師傳遞、學(xué)生接受為主，可使學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)接受到完整、系統(tǒng)的知識(shí)點(diǎn)，但該方式為單向傳遞，不利于學(xué)生思維方式和學(xué)習(xí)方法的培養(yǎng)[2]。

拒絕“滿堂灌”的教授方式，以學(xué)生為主體，根據(jù)學(xué)情因材施教，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力，發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性，注重思維引導(dǎo)及學(xué)習(xí)方法的培養(yǎng)，將達(dá)到事半功倍的效果。

2.1 注重細(xì)節(jié)講解和思維引導(dǎo)

根據(jù)學(xué)情因材施教，授課過程中注重細(xì)節(jié)的講解，相關(guān)公式推導(dǎo)注重思維引導(dǎo)，要求學(xué)生掌握基本推導(dǎo)方法與思路，重點(diǎn)強(qiáng)化學(xué)生對(duì)公式的理解和應(yīng)用，對(duì)應(yīng)用時(shí)的注意事項(xiàng)逐一說明，重要內(nèi)容舉例講解，如控制體的選擇、公式的矢量性、方程的聯(lián)用等，提高學(xué)生工程實(shí)踐應(yīng)用能力和水平。如在恒定總流動(dòng)量方程的應(yīng)用中，引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)際問題入手，建立完整的分析體系：1）確定控制體；2）對(duì)控制體中和控制面上流體的受力進(jìn)行分析；3）建立坐標(biāo)系；4）建立動(dòng)量方程（有時(shí)需聯(lián)合連續(xù)性方程、伯努利方程）；5）解方程；6）對(duì)于未知力，求解后需注意：如果所求未知力為負(fù)值，說明與原假設(shè)方向相反。另需注意所求的力是否為反作用力。通過思路的分析及應(yīng)用舉例，使學(xué)生快速掌握相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用方法。

2.2 教授學(xué)生理解記憶的方法

重難點(diǎn)公式的記憶采用理解記憶的方式，教授學(xué)生記憶方法，如在工程流體力學(xué)三大重要方程的講解中，注重從量綱角度引導(dǎo)學(xué)生理解并記憶公式，并掌握基本公式的適用條件、物理意義及幾何意義，為應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

2.3 采用翻轉(zhuǎn)課堂形式，發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性

采用翻轉(zhuǎn)課堂的形式講解量綱分析法中的π定理：在前期教學(xué)過程中，指導(dǎo)學(xué)生采用量綱分析法理解并記憶公式，引出幾個(gè)問題，請(qǐng)學(xué)生自主講解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，其他同學(xué)輔助提問，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。最后進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和補(bǔ)充講解，幫助學(xué)生快速理解相關(guān)內(nèi)容。

2.4 注重習(xí)題強(qiáng)化

習(xí)題課的實(shí)施方法：1）布置相關(guān)章節(jié)的習(xí)題，采用隨堂測(cè)試并請(qǐng)學(xué)生自主講解的方式。實(shí)踐表明，經(jīng)過學(xué)生的思考，解題方法和思路均有所拓寬。2）隨堂測(cè)試并批改，成績(jī)計(jì)入平時(shí)成績(jī)，督促學(xué)生提高學(xué)習(xí)效率和效果。

2.5 采用獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力

獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制主要體現(xiàn)在平時(shí)成績(jī)方面，上課主動(dòng)回答問題，回答正確加5分，回答錯(cuò)誤加3分，平時(shí)成績(jī)最終不高于100分，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)發(fā)言，積極思考。

2.6 輔助提問

在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，輔助提問式的教學(xué)方法可以提高學(xué)生上課的注意力；將重難點(diǎn)內(nèi)容通過課堂提問的方式進(jìn)行強(qiáng)化，督促學(xué)生及時(shí)復(fù)習(xí)，有利于學(xué)生清晰掌握重難點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

2.7 及時(shí)處理疑難點(diǎn)

及時(shí)講解作業(yè)和習(xí)題課中存在的問題，批改作業(yè)時(shí)針對(duì)性進(jìn)行批注，對(duì)作業(yè)做的好的同學(xué)進(jìn)行課堂表?yè)P(yáng)，樹立典型和榜樣，激發(fā)其他學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

2.8 注重實(shí)踐環(huán)節(jié)，加強(qiáng)理論與實(shí)踐的結(jié)合

實(shí)驗(yàn)過程中，通過講解和演示加強(qiáng)學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)和設(shè)備的熟悉程度，繼而分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，過程中及時(shí)幫助學(xué)生解決實(shí)驗(yàn)中的問題，要求每位學(xué)生查看過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，基本無誤后方可完成實(shí)驗(yàn)離開。

2.9 課后輔導(dǎo)答疑

輔導(dǎo)答疑主要采用網(wǎng)絡(luò)答疑及課后答疑相結(jié)合的形式，效果較好。針對(duì)平時(shí)掌握情況較差的學(xué)生進(jìn)行集中輔導(dǎo)，梳理基本知識(shí)點(diǎn)，將課堂上講過的重難點(diǎn)再進(jìn)行羅列和重復(fù)講解，以期實(shí)現(xiàn)每位學(xué)生對(duì)重難點(diǎn)知識(shí)基本掌握到位。

2.10 引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)了解學(xué)科前沿及工程實(shí)踐應(yīng)用案例

課程講授過程中，除主要內(nèi)容的講解及案例分析外，輔助參考文獻(xiàn)供學(xué)生課后閱讀學(xué)習(xí)。如講解伯努利方程方程時(shí)，除工程實(shí)際案例的分析和講解外，推薦學(xué)生閱讀楊中華等[3]的文獻(xiàn)“伯努利方程在燃油供給系統(tǒng)中的應(yīng)用”，該案例與學(xué)院能源與動(dòng)力工程專業(yè)的培養(yǎng)方向緊密結(jié)合，講解了有/無回油燃油系統(tǒng)中伯努利方程的實(shí)際應(yīng)用，既幫助學(xué)生了解了學(xué)科前沿發(fā)展現(xiàn)狀，又鞏固了理論知識(shí)，且增加趣味性，培養(yǎng)學(xué)生的科研思維，挖掘?qū)W生的科研能力。

3 實(shí)踐效果及反思

本課程的教學(xué)注重教與學(xué)的過程，從學(xué)生的平時(shí)表現(xiàn)看，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性較高，主動(dòng)回答問題且平時(shí)提問的同學(xué)較多。從考試的結(jié)果中反映出，所帶班級(jí)卷面成績(jī)的平均分分別為75.68和77.40，標(biāo)準(zhǔn)差分別為10.44和8.53，教學(xué)、考試狀態(tài)良好。

現(xiàn)有的考核方式中，實(shí)驗(yàn)成績(jī)占10%，課堂成績(jī)占90%，課堂成績(jī)中平時(shí)成績(jī)占30%，期末成績(jī)占70%。今后可在合理范圍內(nèi)，適當(dāng)提高平時(shí)成績(jī)的占比，以學(xué)促考，營(yíng)造良好的學(xué)風(fēng)，發(fā)揮過程控制的積極作用。

目前我院《工程流體力學(xué)》實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)的主要實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有：雷諾實(shí)驗(yàn)、管路沿程阻力及局部阻力實(shí)驗(yàn)等。由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備及指導(dǎo)教師人數(shù)等方面的限制，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)均為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，無法開設(shè)相關(guān)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，不能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和能力[4]。

課程建設(shè)方面，目前我院《工程流體力學(xué)》課程開設(shè)班級(jí)較少，未能形成較系統(tǒng)的課程研究體系，今后將努力創(chuàng)建課程團(tuán)隊(duì)，加強(qiáng)精品課程及特色教材建設(shè)，增加工程實(shí)踐案例，提高課程教學(xué)質(zhì)量。

大學(xué)生除了學(xué)習(xí)知識(shí)，更重要的是找到適合自己的學(xué)習(xí)方法，因此，授課過程中的思維引導(dǎo)至關(guān)重要，加強(qiáng)過程控制，可以幫助學(xué)生注重學(xué)習(xí)過程中的思維方式、學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，不論是知識(shí)抑或?qū)W習(xí)方法的高效應(yīng)用，均可為成為高水平應(yīng)用型人才奠定基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

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