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石油工程水射流基礎(chǔ)與應(yīng)用課程建設(shè)

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石油工程水射流基礎(chǔ)與應(yīng)用課程建設(shè)

摘要:為了進(jìn)一步提升《水射流基礎(chǔ)與應(yīng)用》課程教學(xué)效果,對(duì)教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了修訂,輔以課堂教學(xué)方法改革,提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與參與性,與改革前相比,學(xué)生的平均成績、優(yōu)秀率、學(xué)生評(píng)教等均有明顯提高。

關(guān)鍵詞:石油工程;水射流基礎(chǔ)應(yīng)用;課程建設(shè);教學(xué)改革

一、完善教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)大綱

水射流基礎(chǔ)與應(yīng)用是本科生的選修課,主要講述水射流基礎(chǔ)理論、水射流切割機(jī)理、噴射系統(tǒng)和噴嘴、磨料水射流、空化與自振射流、脈沖和聚能射流、旋轉(zhuǎn)水射流等七章內(nèi)容,共計(jì)2學(xué)分,32學(xué)時(shí),其中實(shí)驗(yàn)教學(xué)2學(xué)時(shí),課堂討論2學(xué)時(shí)。課堂最后2學(xué)時(shí)以講座的形式介紹水射流技術(shù)在石油工程領(lǐng)域的應(yīng)用,拓寬學(xué)生的知識(shí)面。隨著科技的快速發(fā)展,出現(xiàn)了多種新型射流技術(shù),并在相關(guān)領(lǐng)域得到了成功應(yīng)用,因此改革后的教學(xué)內(nèi)容中增設(shè)了新型射流技術(shù)與應(yīng)用,主要介紹低溫液氮射流技術(shù)、超臨界CO2射流技術(shù)、高溫?zé)崃ι淞骷夹g(shù)等,使學(xué)生對(duì)射流技術(shù)領(lǐng)域的最新進(jìn)展有所了解。此外,在過去幾年的教學(xué)過程中,以原理講解為主,實(shí)例較少,學(xué)生理解起來較為困難。在大量調(diào)研和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,對(duì)原有的七章連續(xù)高壓水射流發(fā)生裝置基礎(chǔ)內(nèi)容進(jìn)行了更新,增加了最新的理論與發(fā)現(xiàn),同時(shí)增加了大量的實(shí)例應(yīng)用,通過視頻、圖片等流媒體形式展示,通俗易懂。使學(xué)生在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論的同時(shí),對(duì)現(xiàn)場應(yīng)用有了更深的了解。

二、教學(xué)方法改革

從教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),學(xué)生對(duì)水射流技術(shù)在石油工程中的應(yīng)用了解甚少,難以建立起感性認(rèn)識(shí),導(dǎo)致課堂教學(xué)時(shí)學(xué)生參與意識(shí)不強(qiáng)、大多時(shí)間是被動(dòng)聽講,缺乏互動(dòng)交流的基礎(chǔ)和研討式教學(xué)過程。為了提高學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的積極性,提高石油工程本科生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力,對(duì)課堂教學(xué)模式進(jìn)行了改革,從原有的“填鴨式”講解教學(xué),轉(zhuǎn)變?yōu)閱l(fā)式、小組討論教學(xué)模式,同時(shí)輔助了課堂實(shí)驗(yàn),提高了教學(xué)效果。

(一)啟發(fā)式教學(xué)

教學(xué)屬于師生雙邊活動(dòng),調(diào)動(dòng)師生的積極性,使之在教學(xué)活動(dòng)中發(fā)生有效互動(dòng),才能提高教學(xué)質(zhì)量與效果。本門課程主要采用懸念情境的創(chuàng)設(shè)方法提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。課前進(jìn)行充分的教學(xué)素材準(zhǔn)備,如相關(guān)的動(dòng)畫、圖片等,同時(shí)對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行精心安排,第一步講什么、第二步講什么都要進(jìn)行精心策劃,逐步引導(dǎo)學(xué)生,吸引學(xué)生的注意力。以第一章水射流基礎(chǔ)理論為例,課下需準(zhǔn)備日常生活中常見的水射流現(xiàn)象及其相關(guān)工業(yè)應(yīng)用圖片以及動(dòng)畫視頻,先以動(dòng)畫開場讓學(xué)生們了解什么是水射流,在日常生活中存在哪些水射流現(xiàn)象,相關(guān)的工業(yè)應(yīng)用有哪些。隨后提出問題:水射流是如何產(chǎn)生的?給學(xué)生充足的思考時(shí)間,并引導(dǎo)學(xué)生積極回答問題,讓學(xué)生對(duì)水射流有了基本認(rèn)識(shí)之后,再進(jìn)行相關(guān)基礎(chǔ)理論的講解,以此提高教學(xué)效果。對(duì)積極參與討論的學(xué)生予以記錄,在期末評(píng)定中的平時(shí)成績中加分,進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

(二)小組討論式教學(xué)

啟發(fā)式教學(xué)過程中并不能完全調(diào)動(dòng)所有學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,為此還需要配合小組討論式教學(xué)模式,強(qiáng)化學(xué)生參與。將學(xué)生分為5—8人的討論小組,每個(gè)小組推選一名組長。根據(jù)相關(guān)教學(xué)內(nèi)容設(shè)置不同的討論問題,均以工程項(xiàng)目的形式提出,自主選題并組織實(shí)施,同時(shí)根據(jù)難易程度賦予相應(yīng)分值(該分?jǐn)?shù)將與期末考試成績掛鉤),通常給學(xué)生4周時(shí)間,最終選派一名學(xué)生以多媒體講解的形式答辯,并由老師和各小組組長打分。經(jīng)過三個(gè)學(xué)期的實(shí)踐和完善,共設(shè)置了5個(gè)討論題:①消防噴嘴種類及結(jié)構(gòu),如何提高消防水槍射程?舉例說明(70分);②自然界中的空化現(xiàn)象有哪些?工業(yè)生產(chǎn)中如何減小空化破壞作用?又如何利用空化作用?舉例說明(80分);③影響磨料射流切割的因素有哪些?如何提高磨料射流切割效果?舉例說明(70分);④利用fluent軟件模擬錐形噴嘴射流,得到其速度場、壓力場分布,并給出提高錐形噴嘴射流效率的意見和建議(100分);⑤實(shí)驗(yàn)或數(shù)值模擬對(duì)比研究薄壁出流及厚壁出流不同,得到其各自初始時(shí)刻的出流軌跡(公式),保存視頻、圖片等資料(100分)。經(jīng)過實(shí)踐,發(fā)現(xiàn)大部分學(xué)生選擇了分值較高的④、⑤兩題,并且在答辯過程中進(jìn)行了很好的展示,有的學(xué)生甚至將簡單的模擬實(shí)驗(yàn)器材拿到現(xiàn)場進(jìn)行演示,表現(xiàn)出了很高的積極性。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn),90%以上的學(xué)生參與了小組討論,學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意愿較強(qiáng);學(xué)生講解完畢后,進(jìn)行提問和解答,深入討論,最后老師進(jìn)行講解,對(duì)項(xiàng)目實(shí)施的效果、講解表達(dá)能力、多媒體制作能力等進(jìn)行詳細(xì)點(diǎn)評(píng)和講解,使學(xué)生通過訓(xùn)練提高其項(xiàng)目組織實(shí)施能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、講解表達(dá)能力等,同時(shí)強(qiáng)化其工程意識(shí),為學(xué)生走向工作崗位奠定基礎(chǔ)。

(三)完善課堂實(shí)驗(yàn)

水射流基礎(chǔ)理論主要來源于現(xiàn)場實(shí)踐與實(shí)驗(yàn),為此水射流基礎(chǔ)與應(yīng)用課程也無法脫離實(shí)驗(yàn)。針對(duì)小孔口出流理論與空化射流兩部分重要內(nèi)容,設(shè)置了課堂演示實(shí)驗(yàn),利用塑料瓶和吸管,自制小孔口出流實(shí)驗(yàn)裝置;利用亞克力管和注射器組合,自制空化發(fā)生裝置,通過課堂演示和學(xué)生體驗(yàn)操作,極大地激發(fā)了學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)的積極性。此外,結(jié)合課程主體內(nèi)容和中國石油大學(xué)(北京)高壓水射流實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),設(shè)置了超高壓磨料水射流切割以及超臨界CO2噴射破巖兩組實(shí)驗(yàn)。由于實(shí)驗(yàn)過程中均有高壓流體,存在一定的危險(xiǎn)性,因此兩個(gè)實(shí)驗(yàn)均采用觀摩的方式進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)前向?qū)W生全面介紹實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)以及關(guān)鍵零部件的組成和功能,同時(shí)對(duì)學(xué)生說明今后從事該實(shí)踐活動(dòng)過程中應(yīng)注意的事項(xiàng),尤其是安全教育方面。實(shí)驗(yàn)過程中,學(xué)生積極踴躍地提問,大大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過室內(nèi)觀摩實(shí)驗(yàn),使學(xué)生對(duì)高壓水射流技術(shù)及其應(yīng)用有了更加深入的了解,促進(jìn)了其課堂理論學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性,同時(shí)還能增強(qiáng)學(xué)生的安全生產(chǎn)意識(shí)。

(四)成績?cè)u(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)改革

以往的學(xué)生成績?cè)u(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)大多是以期末成績?yōu)橹鲗?dǎo),忽視平時(shí)成績。如期末考試成績占總分?jǐn)?shù)的80%,平時(shí)作業(yè)和考勤成績占20%。這種考核模式忽視了對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的考核,造成了部分學(xué)生平時(shí)不認(rèn)真學(xué),期末考試前突擊復(fù)習(xí)即可拿高分的現(xiàn)象,實(shí)際上這類學(xué)生并未學(xué)到真正的知識(shí)點(diǎn),考試結(jié)束后很快就會(huì)遺忘所學(xué)知識(shí)。為了減少高分低能現(xiàn)象,需加強(qiáng)學(xué)習(xí)過程考核。為此,該課程將考勤、課后作業(yè)、討論課成績、實(shí)驗(yàn)課成績等四項(xiàng)過程考核成績比例提高到40%,降低期末考試成績的比重。此舉可進(jìn)一步提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性,促使學(xué)生積極參與小組討論與實(shí)驗(yàn)課,提高動(dòng)手能力,為培養(yǎng)科研與實(shí)踐高素質(zhì)人才奠定基礎(chǔ)。

三、教學(xué)效果分析

通過2014年到2016年三個(gè)學(xué)期的不斷改革,學(xué)生平均成績和優(yōu)秀率均穩(wěn)步提高,此外學(xué)生對(duì)教師的教學(xué)評(píng)價(jià)得分也逐年升高,同時(shí)從學(xué)生問卷調(diào)查的反饋來看,大部分學(xué)生認(rèn)為課堂教學(xué)生動(dòng),輔以視頻教學(xué)、課堂討論、課堂實(shí)驗(yàn)等方式,提高了學(xué)生參與的積極性,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

四、結(jié)論

通過近四年的水射流基礎(chǔ)與應(yīng)用教學(xué)改革,促進(jìn)和完善了教學(xué)課程體系,達(dá)到了課程建設(shè)的總體目標(biāo):(1)以創(chuàng)新能力培養(yǎng)和提高綜合素質(zhì)為目標(biāo),完善了水射流基礎(chǔ)與應(yīng)用課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)大綱,增設(shè)了新型射流技術(shù)與應(yīng)用內(nèi)容,使學(xué)生了解最新射流理論與技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向;(2)對(duì)課堂教學(xué)模式進(jìn)行了改革,從原有的“填鴨式”講解教學(xué),轉(zhuǎn)變?yōu)閱l(fā)式、小組討論式教學(xué)模式,輔助了課堂實(shí)驗(yàn),提高了教學(xué)效果。此外,通過學(xué)生成績?cè)u(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)改革,將學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)從重視結(jié)果培養(yǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹匾曔^程培養(yǎng),提高了學(xué)生教學(xué)活動(dòng)參與的積極性;(3)通過三個(gè)學(xué)期的不斷深化改革,學(xué)生的學(xué)習(xí)成績和優(yōu)秀率均穩(wěn)步提高,學(xué)生的反饋意見也更加積極,對(duì)教師的滿意度也逐年提升。

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作者:王海柱 田守嶒 李根生 黃中偉 盛茂 張逸群 楊睿月 李敬彬 單位:中國石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院