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    流體力學課程創新教育的改革與探索

    更新時間:2019-01-07      點擊次數:2493

    流體力學課程創新教育的改革與探索


    流體力學是過程裝備與控制工程專業的專業基礎課,是二年級上學期的核心課程,同時也是該專業其他六門課程傳熱學、熱工基礎、化工原理下、過程流體機械、計算流體力學和過程設備設計的先修課程。流體力學是2016 年江南大學課程建設項目,在近兩年的課程建設中,課題組在教師構成、教學內容,教學設計等方面進行了一系列改革,在課程設計和建設方面,除了課題組的交流與探討外,“包裝工藝學”的課題組老師也給我們提供了一些好的建議與指導。而過程裝備與控制工程專業流體力學課程的建設也為其他專業流體力學的課程建設提供了一定的示范與引導作用。
    一 課程課程建設
    流體力學主抓學生的探究、實踐、創新,強調教師的啟發、指導、點撥,注重學生學習知識的過程和思維能力的培養。其基本環節如下:導學-探究-精講-精練-拓展 。在教學過程中注意學科整體框架的導入,幫助學生學習遷移;引導學生對本學科的科學理論和實踐知識產生探索的興趣;選擇重點內容、關鍵內容精講;安排課后作業,提高分析計算能力;走入企業,開展一線的實習實踐,提高感性認識。
    1. 科技成果的引入
    1)引入流體力學發展的前沿知識和理念;
    2)引入有限元設計方法運用于流體力學計算;
    3)引入物聯網技術應用到壓力、溫度、流量、液位等參數測量中。
    2. 批判性教學環境的營造
    為了培養批判性創造性思維,在教學過程中嘗試建立鼓勵冒險、增強自信、氣氛寬松的學習環境。
    1)強調以教師主導、以學生主體的教學理念;
    2)鼓勵師生之間平等地進行學術交流;
    3)鼓勵學生提出問題、解決問題,激發學生學習興趣。

    圖1 流體力學的課程銜接與地位
    二 流體力學課程創新改革
    ( 一) 教師構成
    本教學團隊6 人,均具有博士學位6 人,所占比例為100%;教授1 人,副教授2 人;年齡層分布合理, 50-59 歲1 人,所占比例為17%,40-49 歲1 人,所占比例為17%,30-39 歲3 人,所占比例為66%。
    機械學院過程裝備系每屆有兩個班級,共有學生60 余人,師生比為1:12。其中,主講教師與學生比為1:20,輔導教師與學生比為1:15,實驗教師與學生比為1:20,分布較合理。優良師資小班授課保證教學質量,并增強了學生與教師的互動。
    本課程主講教師均為機械工程學院富有活力的骨干教師,他們的學歷層次高,并積極主動地獻身于教學實踐,潛心鉆研教學方法改革,同時在科學研究上也取得突出成果。這支隊伍是一支生氣勃勃、積極努力、團結友愛的隊伍,幾位青年主講教師均已定為機械工程學院重點培養對象。在機械工程學院領導的支持下,努力為課程建設傾心奉獻。
    (二) 課程內容改革
    由于教學計劃調整,課程建設的流體力學課程教學學時是32 學時,其中教學28 學時,實驗4 學時, 學時減少,而且增加了實驗教學的比例。按照新的教學計劃,為了鍛煉學生理論與實際結合的能力,我們選用了蔡增基主編的《流體力學泵與風機》。章節見圖1:

    圖2 流力體的課程內容
    (三) 課程設計體現
    A. 教學過程的多樣化
    教學過程是教與學的系統工程,系統中各組成部分的相互關系對教學效果有直接的影響。目前課程組織主要分為8 個環節,分別是理論講授、課堂討論、多媒體教學、習題加強訓練、實習實驗、現代軟件技術、手段應用和組織學生參加過程裝備大賽。
    B. 實踐鏈式教學模式
    以實踐教學為核心,設計和構建實踐鏈式教學模式。采用課堂討論、現場點評、課外實踐講授、綜合考核一體的輔導方法;以多媒體技術配合多種實驗為主要教學手段;建立教師引導、學生實踐為主的實訓模式,形成以學生為主導,教師為啟發,研究、合作、自主為主線的課外教學輔導方法;本課程組所有教師與實驗人員全程參與學生的課外輔導。在實踐教學過程中,大幅度增加課外實踐的實習活動、創新活動,培養學生的創新精神和實踐能力,強化學生的動手能力。
    C. 現代手段的引用
    引導學生運用COMSOL 和fLUENT 軟件進行模擬與仿真,安排教學內容與形式,充分發揮CFD 軟件在流體力學教學中的3 種功能。(1)軟件模擬結果的演示功能。流體力學課程中,很多內容都可以用FULENT 進行模擬、演示;軟件操作對學生學習興趣的引導功能。教師在課堂上簡單介紹軟件的基本思想、用途及簡單操作等相關知識,使學生對流動計算的相關軟件有所了解,增加學習的興趣。實踐表明,很多學生希望在課后能夠了解、學習相關軟件,并積極參與大學生創新性計劃項目,實踐創新能力得到了很大的提高。(2)軟件解決科研問題的應用功能。結合教師的科研工作,通過引入CFD軟件解決實際科研問題的應用實例,比如食品攪拌機械中流體的運動狀態與粒子追蹤,將以CFD 軟件為工具解決實際科研問題的教學案例,有機融合到課堂教學之中。
    D. 通過課程教學設計,課題組也相應的調整了教學方法學生參與相關的大學生創新活動和競賽增加,除了每年的國家大學生創新設計的參加人數增加外,課題組教師近兩年積極參過全國過程裝備大賽和節能大賽,更多的學生積極參與其中并受益頗多。
    E. 通過習題的訓練,學生對知識的掌握更加牢靠。
    F. 課外的實習訓練增加了學生的知識的掌握,并開闊了視野。
    大作業的擴展訓練,學生在查閱文獻并整理,歸納,鍛煉了學生獨立解決問題的能力。

    圖3 流體力學課程創新教育改革建設
    三 在同類課程中的示范作用
    化工原理( 上) 包含流體力學和傳熱學,化工原理(下)在二年級下學期講解,所以流體力學是化工原理( 下) 的先期課程;流體力學同時還是??苹A課過程流體機械、傳熱學,計算流體力學和過程設備設計的先期課程。流體力學的教學改革與實踐成效可以為其他課程提供一定的堅實基礎,并具有一定的指導和示范租用。具體體現在:
    (一) 教學形式多元開放互動形式
    采用小組討論,章節討論,項目參與實踐等開放、協作、自主的學習氛圍,提高學生的學習興趣,并加深課程的理解。據統計,過程1501 與過程1601參與大創的人數多余2/3,學生積極參與大創與高數競賽,獲得全國過程裝備大賽等獎項。
    (二) 結合課程與教師科研的現代軟件的引用
    充分發揮CFD 軟件在流體力學教學中的3種功能,運用COMSOL 和fLUENT 軟件進行模擬與仿真。目前,過程1501 和過程1601 中每班接觸軟件模擬與仿真,并實際參與到老師項目的學生達到1/3,使用CFD 軟件為工具解決實際科研問題的教學案例,有機融合到課堂教學和教師科研中,學生掌握新技能的同時,提高了解決實踐問題的能力。
    流體力學課程在過程1501 和過程1601 的實踐教學探討中,學生對知識的掌握更加牢靠;學生的獨立分析能力,解決問題和團隊協作能力提升;該課程的教學形式、實踐鏈式教學模式、軟件輔助教學也為其他相關課程及兄弟高校課程建設提供了一定的借鑒經驗和示范作用。

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