基于產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的“流體機(jī)械”課程改革及教材建設(shè)

賈曉奇，陳德勝，崔寶玲

（浙江理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 浙江 杭州 310018）

隨著我國(guó)能源、石油化工等領(lǐng)域的快速發(fā)展，高參數(shù)化特征加上使用工況苛刻，對(duì)離心泵、壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)等流體機(jī)械裝備提出了更高的要求，對(duì)從事相關(guān)領(lǐng)域的人才也提出了更加嚴(yán)格的要求。流體機(jī)械是過程裝備與控制工程和能源與動(dòng)力過程等專業(yè)必修課程，該課程具有較強(qiáng)的專業(yè)性和突出的工程背景，課程內(nèi)容應(yīng)當(dāng)注重基礎(chǔ)理論、前沿技術(shù)以及工程實(shí)踐三者相互結(jié)合，注重培養(yǎng)學(xué)生的理論素養(yǎng)、科研能力以及實(shí)踐能力[1-3]。為了提升流體機(jī)械的教學(xué)效果，培養(yǎng)高層次的理論與應(yīng)用型復(fù)合人才，高校教師在教學(xué)過程中應(yīng)完善課程教學(xué)內(nèi)容、靈活運(yùn)行創(chuàng)新型教學(xué)方法，改變傳統(tǒng)考核方式，從而提高學(xué)生的基礎(chǔ)理論水平、科學(xué)研究素養(yǎng)、實(shí)踐能力。真正做到理論學(xué)習(xí)、科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，提高教學(xué)成效，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量創(chuàng)新型應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，滿足社會(huì)對(duì)高素質(zhì)、高層次的人才需求。

深化高等學(xué)校教育改革，大力培養(yǎng)創(chuàng)新人才，是國(guó)家實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，亦是加快建設(shè)新時(shí)代強(qiáng)國(guó)的助推器。在高校人才培養(yǎng)中，教師要能引導(dǎo)學(xué)生選擇正確的學(xué)習(xí)方向，引領(lǐng)學(xué)生采用科學(xué)的研究方法，更要能調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，通過因材施教，鼓勵(lì)學(xué)生自我開導(dǎo)、自主創(chuàng)新[4]。本文針對(duì)目前流體機(jī)械教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，以創(chuàng)新、實(shí)踐能力培養(yǎng)為目的，探索流體機(jī)械課程內(nèi)容、教學(xué)方式和相關(guān)教材的改革和建設(shè)。

1 課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

“流體機(jī)械”是面向理工科相關(guān)專業(yè)的入門必修課程，如能源與動(dòng)力工程、過程裝備與控制工程、航空航天等。該課程的主要目的是提供學(xué)生在流體力學(xué)、氣動(dòng)力學(xué)等方面的基礎(chǔ)知識(shí)、技能[5]，主要包括流體力學(xué)、氣動(dòng)力學(xué)、能源轉(zhuǎn)換等內(nèi)容，該課程的研究還與其他學(xué)科交叉并融合。例如，與計(jì)算機(jī)學(xué)科相結(jié)合的計(jì)算流體力學(xué)數(shù)值仿真、與材料科學(xué)相結(jié)合的熱交換研究、與儲(chǔ)能相結(jié)合的能量轉(zhuǎn)換等。這些交叉和融合推動(dòng)了“流體機(jī)械”的進(jìn)一步創(chuàng)新和應(yīng)用。

通過“流體機(jī)械”課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生了解并掌握各種流體機(jī)械的基本作用原理、結(jié)構(gòu)形式和各自的用途[6]。這些知識(shí)在工程實(shí)踐和應(yīng)用中具有重要意義，例如在大型抽水蓄能系統(tǒng)中用到的液力透平等能量回收裝置、航空航天火箭發(fā)動(dòng)機(jī)供油系統(tǒng)中用到的高溫高壓燃油泵裝置、核動(dòng)力系統(tǒng)中用到的循環(huán)水泵裝置等。由于流體力學(xué)與熱工基礎(chǔ)課程內(nèi)容覆蓋面廣且相對(duì)獨(dú)立、內(nèi)容邏輯性強(qiáng)且抽象、理論性強(qiáng)且實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)，各高校課程教學(xué)質(zhì)量一直不太理想[7-9]。“流體機(jī)械”的課程教學(xué)大多停留在書本理論知識(shí)講授的階段，并沒有結(jié)合本行業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)和科研，這與近年來國(guó)家提倡的“產(chǎn)學(xué)研”結(jié)合不相符。通過前期的教學(xué)和調(diào)研發(fā)現(xiàn)該課程中主要存在以下幾個(gè)方面的教學(xué)問題，制約著創(chuàng)新思維及人才的培養(yǎng)。

①改進(jìn)傳統(tǒng)教學(xué)方法。隨著時(shí)代的發(fā)展以及國(guó)家科技實(shí)力的進(jìn)步，對(duì)人才提出的要求是理論深度與實(shí)踐能力并重。這就對(duì)傳統(tǒng)課堂教學(xué)方法提出了嚴(yán)格的要求。傳統(tǒng)單一課堂教學(xué)模式下，學(xué)生對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容興趣不大，學(xué)習(xí)效率低下，缺乏學(xué)習(xí)主動(dòng)性。因此，需要采用課堂理論教學(xué)、學(xué)科前沿技術(shù)掌握、課外生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方法來引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生的理論學(xué)習(xí)能力、科學(xué)研究素養(yǎng)以及實(shí)踐動(dòng)手能力。

②教材選用存在的問題?，F(xiàn)在各高校流體機(jī)械教學(xué)中除了采用規(guī)劃教材，還用自編教材。但各種教材的著重點(diǎn)與特點(diǎn)以及相關(guān)的教材內(nèi)容差距很大。流體機(jī)械是一門與行業(yè)發(fā)展、技術(shù)創(chuàng)新息息相關(guān)的學(xué)科。因此，為了保證學(xué)生所學(xué)的知識(shí)能夠跟上科技的進(jìn)步以及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，必須對(duì)相關(guān)教材進(jìn)行革新，不斷將行業(yè)、學(xué)科前沿中涉及的“高精尖新”知識(shí)引入教學(xué)素材，并進(jìn)行升華，真正做到“產(chǎn)學(xué)研”相結(jié)合。

③實(shí)踐教學(xué)條件不足。流體機(jī)械的學(xué)習(xí)不僅僅需要學(xué)生對(duì)相關(guān)理論基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，還需要學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)以及工程應(yīng)用。但是目前教學(xué)條件的限制，迫使教師更注重理論知識(shí)的講解，而忽視了知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用，這也就阻礙了學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)。

④課程考核方式單一。一門理工科類專業(yè)課程完善的考核方式應(yīng)包括理論知識(shí)考核、實(shí)踐能力考察、課程設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)等方面。但是，目前流體機(jī)械這門課的最終成績(jī)的評(píng)定主要還是按理論知識(shí)的考試成績(jī)以及平時(shí)課堂問答成績(jī)的綜合而來。這就容易造成學(xué)生注重理論知識(shí)的死記硬背，缺乏對(duì)理論知識(shí)背后的創(chuàng)新、探索和實(shí)踐認(rèn)知。

針對(duì)上述問題，本文對(duì)流體機(jī)械課程從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教材內(nèi)容以及考核方式等方面進(jìn)行改革研究，探索課堂與課后理論與實(shí)踐相融合的“產(chǎn)學(xué)研”教學(xué)模式，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和分析解決實(shí)際問題的能力。

2 教學(xué)改革措施

針對(duì)能源與動(dòng)力工程、過程裝備與控制過程、機(jī)械工程等專業(yè)的流體機(jī)械課程，以提升教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)創(chuàng)新型人才為目標(biāo)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、材料內(nèi)容、考核方式等方面進(jìn)行教育教學(xué)改革，使“流體機(jī)械”課程更加適合具備理論與實(shí)踐知識(shí)的高素質(zhì)人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求，使其獲得解決實(shí)際問題的創(chuàng)新能力。為了提高能源與動(dòng)力、過程裝備與控制工程等專業(yè)高等院校本科生及研究生的創(chuàng)新水平，開展基于“產(chǎn)學(xué)研”相結(jié)合的“流體機(jī)械”課程改革及教材建設(shè)。具體課程教改和教材建設(shè)思路如下。

2.1 以理論教學(xué)為基礎(chǔ)，工程實(shí)踐為輔的教學(xué)方法

以理論教學(xué)為基礎(chǔ)，工程實(shí)踐為輔，增加相關(guān)教學(xué)實(shí)驗(yàn)和課外工程實(shí)踐活動(dòng)，緊密結(jié)合學(xué)生的培養(yǎng)要求，對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)方法等進(jìn)行改革，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。同時(shí)，通過觀摩學(xué)習(xí)、參加培訓(xùn)與交流、自己摸索等手段不斷創(chuàng)新教育教學(xué)方法，探尋本課程每個(gè)章節(jié)的最優(yōu)教學(xué)方法與授課模式。根據(jù)預(yù)期學(xué)習(xí)目標(biāo)，實(shí)施多樣性學(xué)習(xí)任務(wù)和學(xué)習(xí)活動(dòng)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生挖掘應(yīng)用中的理論分析方法，營(yíng)造濃厚的課堂教學(xué)氛圍，培養(yǎng)學(xué)生的整體創(chuàng)新思維、工程意識(shí)與實(shí)踐能力。此外，在流體機(jī)械課程教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)學(xué)生利用課余時(shí)間學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)知識(shí)，例如三維建模、數(shù)值仿真以及科研試驗(yàn)等，來增強(qiáng)實(shí)際課程學(xué)習(xí)中的理解。

2.2 經(jīng)典教材及自制教材相結(jié)合

以往“流體機(jī)械”這門課主要采用的是傳統(tǒng)的經(jīng)典教材，平時(shí)的教學(xué)中較少涉及工程實(shí)際的內(nèi)容，因此本課程的教學(xué)與實(shí)際生產(chǎn)和科研活動(dòng)是有所脫節(jié)的，目前還沒有將流體機(jī)械教學(xué)教材融合最新的行業(yè)背景和實(shí)際應(yīng)用，需要在教學(xué)的過程中，結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的難點(diǎn)和重點(diǎn)，選取合適的先進(jìn)案例進(jìn)行課堂演示。

因此，在流體機(jī)械教材選用上，應(yīng)當(dāng)采用經(jīng)典教材和自制教材相結(jié)合的模式，對(duì)于理論知識(shí)教學(xué)等內(nèi)容，采用經(jīng)典教材進(jìn)行課程教學(xué)；對(duì)于實(shí)踐性強(qiáng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容，針對(duì)性地選用與工程實(shí)踐以及學(xué)科前沿相貼近的相關(guān)素材開展教育教學(xué)。在教學(xué)過程中，基于動(dòng)畫、視頻、PPT 等方式，將課程中涉及的流體機(jī)械三維建模、數(shù)值仿真、教學(xué)試驗(yàn)、工程實(shí)踐與“流體機(jī)械”有機(jī)結(jié)合，形象地展示立體圖形，在降低學(xué)生理解難度的同時(shí)，增強(qiáng)課程的趣味性和靈活性。

2.3 加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，強(qiáng)化自主創(chuàng)新意識(shí)

以往，流體機(jī)械的教學(xué)以課本知識(shí)為主，很少涉及實(shí)際案例。因此，很多學(xué)生在學(xué)完本課程后，對(duì)其實(shí)際用途不了解，對(duì)所學(xué)的知識(shí)也不能融會(huì)貫通，難以形成知識(shí)體系。如何選取適合不同學(xué)習(xí)階段的實(shí)踐案例也需要斟酌考慮。同時(shí)，學(xué)生如果對(duì)所學(xué)專業(yè)不了解，容易導(dǎo)致學(xué)生陷入迷惘和缺乏積極性，有必要在實(shí)踐內(nèi)容中引入相關(guān)行業(yè)和企業(yè)的案例進(jìn)行講解和實(shí)際操作。因此，如何選取實(shí)踐案例，使案例既能和相關(guān)行業(yè)企業(yè)掛鉤，又能綜合考慮課本知識(shí)內(nèi)容，同時(shí)在難度上又適度，是理論聯(lián)系實(shí)踐教學(xué)的關(guān)鍵。

針對(duì)流體機(jī)械教學(xué)中缺少實(shí)踐的問題，在教學(xué)過程中，融入企業(yè)中一些常用及具有代表性的案例實(shí)踐操作，通過實(shí)繪圖、三維建模、數(shù)值仿真以及教學(xué)試驗(yàn)和課外實(shí)踐活動(dòng)，使學(xué)生全方位的理解流體機(jī)械，做到理論和實(shí)踐的融會(huì)貫通。

2.4 以理論考試和實(shí)踐作業(yè)相結(jié)合的考核方式

以理論考試和實(shí)踐作業(yè)相結(jié)合的考核方式主要包含課程理論考核，實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)操作考核、課程設(shè)計(jì)考核等方面。這樣能夠相對(duì)全面綜合地評(píng)價(jià)學(xué)生的理論和實(shí)踐水平，理論考核與實(shí)踐考核要相互結(jié)合，增加實(shí)踐考核的占比。

具體來說，“流體機(jī)械”課程的考核主要分為三部分：期末理論知識(shí)點(diǎn)的考試，平時(shí)參與工程實(shí)踐過程中的表現(xiàn)及相關(guān)課后作業(yè)的考察以及布置的相關(guān)課程設(shè)計(jì)任務(wù)的完成情況和課后論文及制作演示情況。期末理論知識(shí)點(diǎn)的考試主要是考核學(xué)生對(duì)本課程基礎(chǔ)理論知識(shí)點(diǎn)的了解和掌握情況；工程實(shí)踐考察主要是考核學(xué)生在合作企業(yè)中實(shí)際動(dòng)手能力以及對(duì)理論知識(shí)的靈活運(yùn)用能力；課程設(shè)計(jì)主要是考核學(xué)生理論知識(shí)與工程實(shí)踐兩者結(jié)合的能力以及對(duì)前沿科技和工程熱點(diǎn)難點(diǎn)的掌握能力。

2.5 “產(chǎn)學(xué)研”課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)的建設(shè)

作為過程裝備與控制工程和能源與動(dòng)力過程等專業(yè)必修課程，“流體機(jī)械”具有較強(qiáng)的專業(yè)性和突出的工程背景，課程內(nèi)容應(yīng)當(dāng)注重基礎(chǔ)理論、前沿技術(shù)以及工程實(shí)踐三者相互結(jié)合，注重培養(yǎng)學(xué)生的理論素養(yǎng)、科研能力以及實(shí)踐能力。因此，本課程的教學(xué)團(tuán)隊(duì)也必須是理論基礎(chǔ)、工程經(jīng)驗(yàn)以及前沿科技三者有機(jī)的結(jié)合。課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)成員可以包括高校教師、企業(yè)工程師、研究院所的研究院等。相關(guān)教學(xué)人員應(yīng)主動(dòng)豐富課堂教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與教學(xué)資源，教學(xué)團(tuán)隊(duì)內(nèi)的各教學(xué)人員應(yīng)互相交流、互相學(xué)習(xí)，了解學(xué)生的真實(shí)學(xué)習(xí)情況，并對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及教材等作出調(diào)整，確保教學(xué)質(zhì)量，同時(shí)將自己對(duì)待教學(xué)、科研及工程開發(fā)的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度和做事準(zhǔn)則傳遞給學(xué)生。

3 結(jié)語

針對(duì)目前面向能源與動(dòng)力、過程裝備與控制工程等專業(yè)本科生及研究生的“流體機(jī)械”課程教學(xué)方式，結(jié)合國(guó)家對(duì)創(chuàng)新型、應(yīng)用型高素質(zhì)人才的需求，對(duì)該課程進(jìn)行教學(xué)改革和教材建設(shè)。通過改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、建材內(nèi)容以及考核方式等，創(chuàng)建基礎(chǔ)理論教學(xué)、前沿科技熱點(diǎn)以及工程實(shí)踐相融合的“產(chǎn)學(xué)研”教學(xué)模式，提升流體機(jī)械課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，與相關(guān)合作企業(yè)一起建立一支穩(wěn)定、優(yōu)秀的教學(xué)團(tuán)隊(duì)，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)踐動(dòng)手能力、理論與實(shí)踐結(jié)合能力，最終為高校培養(yǎng)創(chuàng)新型、應(yīng)用型高素質(zhì)人才。