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探究型流體力學(xué)課程改革探索

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探究型流體力學(xué)課程改革探索

[摘要]針對(duì)大學(xué)生科研素養(yǎng)和創(chuàng)新能力較弱的狀況,我們通過“探究型”流體力學(xué)課程改革來強(qiáng)化大學(xué)生科研思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。授課團(tuán)隊(duì)依托科研成果優(yōu)勢(shì),對(duì)流體力學(xué)課程進(jìn)行改革,通過授課內(nèi)容、授課方式、課程評(píng)價(jià)和實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行教學(xué)科研互動(dòng),構(gòu)建了“探究型”流體力學(xué)精品課程,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和思考,從而全面提升大學(xué)生的創(chuàng)新能力和科研素養(yǎng),取得了較好的效果。

[關(guān)鍵詞]流體力學(xué);“探究型”課程建設(shè);教學(xué)改革;科研素養(yǎng);創(chuàng)新能力

一、“探究型”授課內(nèi)容改革

我們對(duì)教材進(jìn)行了改革和修訂,分別于2009年和2016年出版了兩版《工程流體力學(xué)》教材[2]。新版教材共9章,前5章為流體力學(xué)基礎(chǔ)理論部分,主要包括流體力學(xué)的三大基本守恒定律(質(zhì)量、動(dòng)量和能量)、流體流動(dòng)阻力損失及其計(jì)算、不可壓縮流體的N-S方程等基本知識(shí);后4章為流體力學(xué)知識(shí)的應(yīng)用和進(jìn)展,主要內(nèi)容包括典型流體流動(dòng)過程、流體輸送機(jī)械、流場(chǎng)顯示及流體測(cè)量儀器及方法、流體數(shù)值模擬方法及軟件。流體力學(xué)應(yīng)用部分主要設(shè)置講授如何運(yùn)用流體力學(xué)基本原理和定律來求解和分析復(fù)雜流體運(yùn)動(dòng),以提高學(xué)生分析和解決問題的能力。同時(shí),依托華東理工大學(xué)煤氣化及能源化工教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研優(yōu)勢(shì),我們?cè)诮虒W(xué)中對(duì)團(tuán)隊(duì)的流體力學(xué)科研成果進(jìn)行重點(diǎn)介紹。如“典型流體流動(dòng)”章節(jié)的教學(xué)中對(duì)射流與撞擊流的基本理論、工程應(yīng)用及最新進(jìn)展進(jìn)行介紹,通過華東理工大學(xué)多噴嘴氣化爐開發(fā)歷程的典型案例,讓學(xué)生掌握“射流、受限射流、同軸射流和撞擊流”中速度、壓力分布和能量轉(zhuǎn)換規(guī)律,了解這些流動(dòng)形態(tài)在煤氣化爐中的優(yōu)缺點(diǎn)和調(diào)控原理及方法;同時(shí)向?qū)W生展示團(tuán)隊(duì)在這些典型流動(dòng)領(lǐng)域20多年來的科研論文和研究進(jìn)展,極大地增強(qiáng)了學(xué)生的自信心和科研熱情。再如在“流體流動(dòng)顯示和測(cè)量”部分,我們除了講解常規(guī)的流動(dòng)測(cè)試儀器和方法之外,依托團(tuán)隊(duì)的先進(jìn)流動(dòng)測(cè)試平臺(tái),重點(diǎn)講述尖端流體測(cè)試儀器和研究方法,如熱線風(fēng)速儀、激光多普勒測(cè)量儀、顆粒圖像測(cè)速儀、高速攝像儀和激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)等。課堂上展示用這些先進(jìn)儀器捕捉到的流動(dòng)圖譜,極大地提高了學(xué)生的注意力和科研興趣。

二、引入“探究型授課”方式

在傳統(tǒng)的教育體制下,一段很長的時(shí)間里,人才培養(yǎng)的重點(diǎn)放在知識(shí)記憶和應(yīng)試能力上,學(xué)生被動(dòng)地接受或吸收知識(shí),其創(chuàng)新能力沒有得到有效的培養(yǎng)和鍛煉。為此,我們進(jìn)行了“探究型”課程建設(shè),通過授課內(nèi)容、授課模式和實(shí)踐教學(xué)等環(huán)節(jié)的改革,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性,從而培養(yǎng)其科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力[3]。

(一)著眼于學(xué)生創(chuàng)新能力提升的授課方式改革

我們改變了傳統(tǒng)的“老師在上面講,學(xué)生在下面記”的模式,引入學(xué)生課程演講和分組討論,以及查資料、撰寫課程小論文的綜合模式,全方位開展參與式、討論式和互動(dòng)式教學(xué),引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探索和研究流體力學(xué)問題,培養(yǎng)學(xué)生的科研素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

(二)引入線上線下混合式學(xué)習(xí)模式

傳統(tǒng)的課堂授課方式有很多優(yōu)勢(shì),但在因材施教、培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和創(chuàng)新能力方面有一定局限性。因此,本課程探索逐步引入線上線下混合式學(xué)習(xí)模式。學(xué)生在線上自主完成知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí),培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力。線下集中課堂互動(dòng)式學(xué)習(xí)主要進(jìn)行答疑解惑和能力培養(yǎng)。線上線下混合式學(xué)習(xí)模式通過如下4個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)施:1.授課團(tuán)隊(duì)制作流體力學(xué)教學(xué)微視頻和配音PPT等數(shù)字資源投放在課程平臺(tái),學(xué)生進(jìn)行線上自主學(xué)習(xí)并完成課堂測(cè)試和問題反饋;2.授課教師通過網(wǎng)絡(luò)“平臺(tái)收集學(xué)生疑問,通過線上指導(dǎo)與答疑,及時(shí)、有效地為學(xué)生提供學(xué)習(xí)支持;3.授課教師通過線下課堂教學(xué),鞏固學(xué)生所學(xué)知識(shí),解決學(xué)生線上學(xué)習(xí)時(shí)遇到的難題,重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力;4.借助課堂實(shí)施評(píng)價(jià)體系,師生共同完成相關(guān)評(píng)價(jià)活動(dòng)。

(三)課程評(píng)價(jià)改革

和授課方式改革相對(duì)應(yīng),在課程考核和評(píng)價(jià)機(jī)制方面,我們對(duì)一張?jiān)嚲矶ǔ煽兊暮唵巫龇ㄒ策M(jìn)行了改革。課程的綜合評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)由平時(shí)成績(作業(yè)、出勤)、參與互動(dòng)(課程演講、互動(dòng)討論和課程論文)及試卷成績?nèi)糠纸M成。另外,我們探索增加1~2道沒有標(biāo)準(zhǔn)答案的應(yīng)用題,內(nèi)容是關(guān)于流體力學(xué)在科學(xué)研究和工業(yè)裝置上的應(yīng)用,以考核和提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和科研素養(yǎng)。

三、全面實(shí)施創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)節(jié)

要提高大學(xué)生的科研素養(yǎng)和創(chuàng)新能力,實(shí)踐是重要和關(guān)鍵的一環(huán)。我們依托團(tuán)隊(duì)科研優(yōu)勢(shì),全方位、多層次開展實(shí)踐教學(xué)和教學(xué)科研互動(dòng),形成了“課程實(shí)驗(yàn)—專業(yè)實(shí)驗(yàn)—?jiǎng)?chuàng)新實(shí)踐—畢業(yè)論文”完整的實(shí)踐體系。課程實(shí)驗(yàn)主要包括基本的流體力學(xué)實(shí)驗(yàn),如壓力測(cè)量、雷諾實(shí)驗(yàn)、管路阻力測(cè)定和離心泵特性曲線測(cè)定等,用于鞏固書本上的重要概念和定律。專業(yè)實(shí)驗(yàn)主要是和熱能工程相關(guān)的流體力學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),如水煤漿流變特性測(cè)定、噴嘴霧化性能測(cè)定和粉體剪切性能測(cè)定等,目的是讓學(xué)生了解和掌握流體力學(xué)基本知識(shí)和理論在熱能工程中的應(yīng)用,提高學(xué)生的專業(yè)水平和素養(yǎng)。為了提高大學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力,授課團(tuán)隊(duì)每年開展各種級(jí)別(校級(jí)、上海市級(jí)和國家級(jí))和流體力學(xué)相關(guān)的大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目。這些課題分成兩類,一類是修完流體力學(xué)的學(xué)生根據(jù)興趣,查閱相關(guān)資料后自擬的課題;另一類是從授課團(tuán)隊(duì)老師承擔(dān)的科研項(xiàng)目中挑選出的與流體力學(xué)相關(guān)的小課題,供學(xué)生進(jìn)行選擇。學(xué)生自主組成項(xiàng)目團(tuán)隊(duì),在導(dǎo)師指導(dǎo)下完成查閱文獻(xiàn)、自主選題、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、統(tǒng)計(jì)處理、結(jié)果分析、論文撰寫和論文答辯整個(gè)過程,以培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)技能和創(chuàng)新能力。畢業(yè)論文的課題則直接來源于授課團(tuán)隊(duì)承擔(dān)的國家自然科學(xué)基金和國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等科研項(xiàng)目,大四本科生在研究生和導(dǎo)師的帶領(lǐng)下,歷時(shí)一學(xué)期,直接參與國家級(jí)的科研項(xiàng)目,進(jìn)行科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā)的訓(xùn)練,培養(yǎng)探索精神和創(chuàng)新能力。

四、結(jié)語

授課團(tuán)隊(duì)依托科研優(yōu)勢(shì),對(duì)流體力學(xué)課程進(jìn)行了系統(tǒng)改革,通過授課內(nèi)容、授課方式、課程考核和實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行多層次的教學(xué)科研互動(dòng),構(gòu)建了“探究型”流體力學(xué)精品課程,全面提升了大學(xué)生的創(chuàng)新能力和科研素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn):

[1]王琪,郭易圓,王士敏.力學(xué)類課程探究型教學(xué)模式的研究與實(shí)踐[J].中國大學(xué)教學(xué),2014(11):14-17.

[2]李偉鋒,劉海峰,龔欣.工程流體力學(xué)[M].2版.上海:華東理工大學(xué)出版社,2016.

[3]程樹銘.關(guān)于探究型教學(xué)模式的研究[J].中國高教研究,2003(3):82-83.44

作者:李偉鋒 劉海峰 單位:華東理工大學(xué)煤氣化及能源化工教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室