流體力學(xué)的研究方法范文

時(shí)間:2023-12-21 17:20:08

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流體力學(xué)的研究方法

篇1

    the development and application of a flow chamber for platelet research

    cheng hong,yuan yanhong,fan yubo,li deyu,dai keisheng

    (department of bioengineering,beihang university,beijing,100083,china)

    abstract: objective  to establish an in vitro model for observing the realtime interaction between platelets and vascular vessel.methods  thin glass tubes coated with von willebrand faeter ( vwf) were used to form the flow chambers.siphonage system,peristaltic pump and a constant flow syringe pump were adopted to supply different kinds of flow and well defined shear rates.with inverted microscope and chargecoupled device (ccd),a series of reactions of platelets and chinese hamster ovary(cho) cells transfected with glycoprotein ibⅸ under flow conditions were recorded simultaneously.results  platelets and cho cells transfected with glycoprotein ibⅸ rolled and steadily adhered on the tube wall through binding to vwf under different kinds of flow and well defined shear rates.conclusion  this flow chamber allows realtime observation and record of the interaction between platelets and vwf under welldefined shear rate.this approach can be applied to platelet adhesion research.

    key words:  flow chamber; platelet; glycoprotein ibⅸ(gp ibⅸ); von willebrand factor

    血小板表面膜糖蛋白(glycoprotein,gp)ibα與受損血管內(nèi)皮表面血管性假性血友病因子(von willebrand factor,vwf)的結(jié)合是血小板血栓形成的起始步驟。這一結(jié)合使得血小板與血管內(nèi)皮表面發(fā)生瞬時(shí)的結(jié)合,并以滾動(dòng)的方式黏著于血管內(nèi)皮表面,與此同時(shí),啟動(dòng)血小板內(nèi)一系列的細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑,發(fā)生ca2+濃度增加,pi3k活化等反應(yīng)[1],使得血小板表面整合素αⅱbβ3活化[2]。αⅱbβ3與vwf和血漿中纖維蛋白原結(jié)合,最終使得血小板牢固附著于血管表面,并相互聚集成團(tuán),形成血栓。可見(jiàn),gp ibα與vwf的結(jié)合在血小板血栓形成中起著起始、關(guān)鍵的作用。這一過(guò)程的研究對(duì)預(yù)防和治療血栓形成性疾病有著重要價(jià)值。

    血小板和vwf的相互作用通常的研究方法有:使用血小板聚集儀檢測(cè)瑞斯托霉素(ristocetin)誘導(dǎo)的血小板聚集;流式細(xì)胞儀技術(shù)或elisa直接檢測(cè)血小板和vwf的結(jié)合等。但這些方法很難反映體內(nèi)血管流動(dòng)條件下血小板與血管內(nèi)皮的直接相互作用的實(shí)時(shí)情況。在本研究中,我們將vwf包被于細(xì)玻璃管表面以模擬血管受損的情況,同時(shí)分別使用負(fù)壓裝置、蠕動(dòng)泵和恒定注射泵以產(chǎn)生不同流態(tài)和精確剪切率的流體環(huán)境,成功地建立了體外流體條件下血小板與vwf相互作用的流體模型,為血小板相關(guān)的基礎(chǔ)研究,以及抗血小板相關(guān)的抗血栓藥物研究,提供了一種切實(shí)有效的研究方法。

    1  材料和方法

    1.1  試劑和儀器

    1.1.1  實(shí)驗(yàn)材料  轉(zhuǎn)染gpibⅸ的中國(guó)倉(cāng)鼠卵巢細(xì)胞(cho)[3],vwf(本實(shí)驗(yàn)室自備),新鮮健康人全血。

    1.1.2  儀器  倒置顯微鏡(ix71,olympus),color uideo camera (tkc1381,jvc),照相軟件(mpegⅱ capture player),負(fù)壓水柱的控制系統(tǒng)(st2s兩軸信號(hào)控制器,上海億奧信息光學(xué)科技有限公司),蠕動(dòng)泵(755030,北京中科科爾儀器有限公司),注射泵(wzb50,長(zhǎng)沙維科特科技有限公司),玻璃細(xì)管(gc1207.5,內(nèi)徑0.69 mm,外徑1.2 mm,長(zhǎng)7.5 cm,harvard apparatus inc.)。

    1.2  實(shí)驗(yàn)方法

    1.2.1  vwf的包被  用0.1m的nahco3(ph 8.3)把vwf稀釋到30 μg/ml,注入玻璃管,置于濕盒中4℃孵育過(guò)夜。pbs沖洗玻璃管3次。pbs液配制5%的牛血清白蛋白室溫下封閉2 h。pbs沖洗玻璃管3次。

    1.2.2  血小板懸液制備  取健康獻(xiàn)血者新鮮的靜脈血,加入1/7的acd(2.5%檸檬酸三鈉,2.0%d葡萄糖,1.5%檸檬酸)抗凝。300 r/min離心10 min取上清得到血小板富集血清(prp)。prp,1 500 r/min,離心15 min。cgs(0.12 m nacl,0.0129m檸檬酸三鈉,0.03m d葡萄糖,0.1%牛血清白蛋,ph 6.5)洗2次,modified tyrode’s buffer(2.5 mm hepese,150 mm nacl,2.5 mm kcl,12 mm nahco3,5.5 mm d葡萄糖,1 mm cacl2,1 mm mgcl2,1mg/ml bsa,ph 7.4)重懸浮血小板。37℃下靜置1~2 h使血小板重新恢復(fù)到靜息狀態(tài)。

    1.2.3  轉(zhuǎn)染gpibⅸ的cho  表達(dá)gpibⅸ的cho細(xì)胞生長(zhǎng)至100%蓋滿培養(yǎng)瓶,取出75%重植在新培養(yǎng)瓶生長(zhǎng)過(guò)夜。消化下cho細(xì)胞,modified tyrod’s buffer重懸浮細(xì)胞。室溫下靜置1/2 h。

    1.3  流動(dòng)腔實(shí)驗(yàn)  把包被了vwf的玻璃管裝在倒置顯微鏡上,分別使用負(fù)壓裝置、蠕動(dòng)泵、恒定注射泵3種動(dòng)力系統(tǒng),根據(jù)公式r=4qπr3精確計(jì)算玻璃管中的剪切率[4],使得血小板或cho細(xì)胞懸液通過(guò)玻璃管。流動(dòng)起始后,顯微錄像系統(tǒng)顯示并記錄玻璃管中的情況。最后用modified tyrode’s buffer在同樣剪切率調(diào)節(jié)下沖洗玻璃管5 min,仍然黏附的細(xì)胞即為激活了整合素αⅱbβ3的穩(wěn)定黏附。

    2  結(jié)    果

    血小板血栓的形成與血管中的血流情況密切相關(guān)[5]。病理性剪切力能誘導(dǎo)血小板的黏附、聚集[6]。有研究者采用平板流動(dòng)腔和錐板黏度計(jì)來(lái)模擬體內(nèi)血液流動(dòng)。我們采用細(xì)玻璃管簡(jiǎn)單而直觀的觀察到流動(dòng)條件下血小板與vwf結(jié)合的全過(guò)程(示意圖見(jiàn)圖1)。gpⅰbα與vwf的相互作用使得血小板在vwf表面以滾動(dòng)的方式發(fā)生瞬時(shí)的黏附,同時(shí)啟動(dòng)血小板內(nèi)一系列細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,最終激活整合素αⅱbβ3導(dǎo)致血小板發(fā)生穩(wěn)定的黏附。

    圖1  實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖

    把包被了vwf的玻璃管裝在倒置顯微鏡上,通過(guò)硅膠管連接到提供動(dòng)力裝置,樣品分別在負(fù)壓裝置、蠕動(dòng)泵、恒定注射泵的帶動(dòng)下流經(jīng)玻璃管,在流出口收集樣品。同時(shí)通過(guò)ccd系統(tǒng)將圖像傳輸?shù)接?jì)算機(jī),同步顯示并錄像。

    2.1  負(fù)壓系統(tǒng)  利用虹吸原理,根據(jù)液面差的不同,可提供相對(duì)較恒定流態(tài)的流體環(huán)境。但限于裝置本身的特點(diǎn),往往只能提供較低剪切率的流體環(huán)境,本研究中使用的流體剪切率為315.817s1。

    2.1.1  血小板  將血小板懸液流經(jīng)包被有vwf的玻璃管,可見(jiàn)不斷有血小板以滾動(dòng)方式黏附到玻璃管表面,這是gpⅰbα與vwf的相互作用所介導(dǎo)的血小板在玻璃管表面的瞬時(shí)結(jié)合。其中大部分滾動(dòng)的血小板經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后便不再滾動(dòng),牢固地結(jié)合在玻璃管表面,表明αⅱbβ3已被激活。也有一小部分血小板在短暫的停留即瞬時(shí)黏著后,又開始滾動(dòng),然后被沖走。見(jiàn)圖2。

    2.1.2  cho細(xì)胞  由于血小板是無(wú)核細(xì)胞碎片,無(wú)法對(duì)其進(jìn)行基因調(diào)控以及蛋白表達(dá)變化情況進(jìn)行研究。為克服這一缺陷,我們將gpⅰbα、gpib和gpⅸ 基因?qū)隿ho細(xì)胞,建立了能表達(dá)完整的gp ibⅸ的cho細(xì)胞。為研究表達(dá)gp ibⅸ的cho細(xì)胞在該系統(tǒng)中的作用與血小板有無(wú)差別,我們將cho細(xì)胞懸液流經(jīng)玻璃管,也同樣觀察到和血小板一樣的黏附現(xiàn)象。說(shuō)明該系統(tǒng)也同樣適合于對(duì)表達(dá)gp ibⅸ復(fù)合物的細(xì)胞與vwf的相互作用情況進(jìn)行研究。見(jiàn)圖3。a.剪切率1034.166s1,血小板濃度1.32×107/ml。由于濃度降低,血小板黏附的數(shù)目明顯減少。

    b.剪切率1034.166s1,細(xì)胞濃度1.6×105/ml。由于細(xì)胞沒(méi)有吹散,有連在一起的2個(gè)細(xì)胞一起發(fā)生黏附。黏附的細(xì)胞數(shù)比低剪切率情況下多,說(shuō)明高剪切力有利用gpib與vwf的結(jié)合。

    2.2  蠕動(dòng)泵  蠕動(dòng)泵產(chǎn)生流量近似為正弦式的脈動(dòng)流,更類似于血液流動(dòng)的情況,而且,蠕動(dòng)泵的動(dòng)力系統(tǒng)可機(jī)械調(diào)控,能提供一個(gè)相對(duì)較高的剪切力環(huán)境,因此,我們選擇蠕動(dòng)泵對(duì)作為動(dòng)力來(lái)源,對(duì)血小板在該流態(tài)下與玻璃管表面vwf的結(jié)合情況進(jìn)行了研究。本研究中使用的流體剪切率為1034.166s1,相當(dāng)于41.4 dynes/cm2,略高于正常人動(dòng)脈中的剪切力范圍20~30 dynes/cm2。有研究顯示[7],隨著剪切力從低變高,gp ibⅸ介導(dǎo)的血小板黏附增多。為進(jìn)一步驗(yàn)證這一結(jié)論,我們分別對(duì)在本條件下,對(duì)血小板和cho細(xì)胞與vwf相互作用情況進(jìn)行研究,并與2.1中的結(jié)果進(jìn)行比較。

    2.2.1  血小板  我們把血小板的濃度稀釋1倍,血小板流經(jīng)玻璃管壁與vwf相互接觸的幾率就變小,因此發(fā)生穩(wěn)定黏附的血小板數(shù)目必然減少。血小板懸液經(jīng)蠕動(dòng)泵產(chǎn)生的剪切率為1034.166s1的流態(tài)通過(guò)vwf包被的玻璃管后,仍然有一定數(shù)量血小板發(fā)生了穩(wěn)定黏附。見(jiàn)圖4

    圖4  在注射泵提供的流態(tài)下血小板和表達(dá)gpibⅸ的cho細(xì)胞在vwf表面的黏附情況

    a.剪切率250s1,血小板濃度3×108/ml。正常生理濃度情況下,大量的血小板與vwf結(jié)合。

    b.剪切率250s1,細(xì)胞濃度1.0×106/ml。傳代多次后,gpib的表達(dá)量降低,黏附的細(xì)胞數(shù)減少。細(xì)胞黏附的數(shù)目與細(xì)胞膜表面gpib的表達(dá)量正相關(guān)。

    2.2.2  cho細(xì)胞  我們把與2.1中相同濃度表達(dá)gp ibⅸ復(fù)合物的cho細(xì)胞,在蠕動(dòng)泵較高的剪切力作用下通過(guò)vwf包被的玻璃管,可見(jiàn),與低剪切力(負(fù)壓裝置)條件相比,有更多的細(xì)胞穩(wěn)定黏附到玻璃管壁上。

    結(jié)果表明,在蠕動(dòng)泵產(chǎn)生的脈動(dòng)流態(tài)下,可以觀察到血小板膜蛋白gp ibⅸ和vwf的相互作用;在相對(duì)較高剪切力條件下,gpibⅸ介導(dǎo)的血小板在vwf表面的黏附增多。

    2.3  注射泵  注射泵可以提供一個(gè)比較寬的剪切率范圍(217 000 s1),雖然其流態(tài)仍然是脈動(dòng)流,但相對(duì)于蠕動(dòng)泵要平穩(wěn)的多,因此,我們用注射泵作為動(dòng)力來(lái)源,對(duì)血小板在該流態(tài)下與玻璃管表面vwf的結(jié)合情況進(jìn)行了研究。選擇剪切率為250s1。

    2.3.1  血小板  正常生理濃度的血小板(300×108/l)懸液流經(jīng)vwf包被的玻璃管時(shí),視野中有大量的血小板黏著到玻璃管的表面。穩(wěn)定黏附的血小板的數(shù)目與血小板懸液的濃度是正相關(guān)的。

    2.3.2  cho細(xì)胞  表達(dá)gpibⅸ的cho細(xì)胞(1.0×106/ml),流經(jīng)vwf包被的玻璃管時(shí)黏附到玻璃管的表面。但由于經(jīng)傳代多次后,gpib的表達(dá)量有所降低,因此黏附的細(xì)胞數(shù)明顯減少,進(jìn)一步表明細(xì)胞黏附的數(shù)目與細(xì)胞膜表面gpib的表達(dá)量正相關(guān)。

    3  討    論

    血小板發(fā)揮止血功能和產(chǎn)生血栓需要血小板黏著到內(nèi)皮下基質(zhì),而這一過(guò)程是由血小板膜糖蛋白ibα與vwf相互作用所起始的。gpⅰbα與vwf的結(jié)合誘導(dǎo)一系列的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)使得黏附的血小板被激活:ca2+濃度的改變,蛋白激酶c、pi3k、蛋白磷酸化酶和酪氨酸激酶等的活化,并發(fā)生血小板肌動(dòng)蛋白的重新排列[8],活化整合素αiibβ3介導(dǎo)更穩(wěn)定的黏附,致密顆粒釋放出內(nèi)容物誘導(dǎo)血小板聚集。gpⅰbα與vwf的結(jié)合是血小板發(fā)揮其功能的關(guān)鍵步驟。

    目前體外研究血小板功能的方法主要可分為2類:一類是在靜止的條件下,例如流式細(xì)胞術(shù),elisa,免疫熒光染色,聚集儀。但是以上的這些方法都不能反應(yīng)流動(dòng)狀態(tài)下血小板發(fā)生的黏附、聚集反應(yīng);另一類是采用平板流動(dòng)腔和錐板黏度計(jì)研究剪切力對(duì)血小板的功能的作用[9]。平板流動(dòng)腔結(jié)合顯微鏡、錄像系統(tǒng)主要被應(yīng)用于觀察、檢測(cè)流動(dòng)狀態(tài)下血小板的黏附反應(yīng),錐板黏度計(jì)主要應(yīng)用于研究剪切誘導(dǎo)的血小板聚集(shearinduced platelet aggregation,sipa)。這兩種裝置可以記錄下流動(dòng)條件下血小板黏附、聚集的全過(guò)程。

    我們所建立的方法可觀察和記錄特定剪切率條件下,血小板或轉(zhuǎn)染細(xì)胞發(fā)生黏附的過(guò)程。與通常使用的平行平板流動(dòng)腔和錐板黏度計(jì)相比,我們的方法有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):(1) 裝配簡(jiǎn)單,剪切力不會(huì)因?yàn)檠b配的誤差而產(chǎn)生影響。平行平板流動(dòng)腔提供的剪切力與上下平板間距離的平方成反比,裝配時(shí)的誤差會(huì)對(duì)計(jì)算剪切力帶來(lái)較大的影響。而錐板黏度計(jì)的錐尖由于長(zhǎng)期使用會(huì)產(chǎn)生磨損,改變了錐體與平板間原有的角度,這樣所產(chǎn)生的剪切力將不再是一致的。我們的方法不存在裝配誤差對(duì)剪切力的影響。(2) 樣品使用量小,節(jié)約了樣本。(3) 便于觀察。由于玻璃管是透明的,我們?cè)诠鈱W(xué)顯微鏡下就能清楚地觀察到血小板懸液流動(dòng)和黏附的情況。我們的系統(tǒng)也可以對(duì)血小板或細(xì)胞進(jìn)行熒光染色觀察。而目前還沒(méi)有商品化的可視化的錐板黏度計(jì),需要實(shí)驗(yàn)室自己加工。(4) 表面處理簡(jiǎn)單。當(dāng)我們研究剪切力對(duì)血小板直接作用的機(jī)制時(shí),必須消除血小板表面同實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)間的相互作用。使用錐板黏度計(jì)時(shí)通常采用硅油或其它非血栓形成材料表面來(lái)消除這些相互作用。而使用玻璃管只需要采用bsa封閉就可以達(dá)到要求,操作簡(jiǎn)單又方便。

    我們的方法也存在一些缺點(diǎn)。當(dāng)負(fù)壓系統(tǒng)提供動(dòng)力時(shí),是由于虹吸原理把細(xì)胞懸液吸入到玻璃管中,可在此過(guò)程中,水柱的液面高度差逐漸縮小,使得流速緩慢地發(fā)生改變。蠕動(dòng)泵是在流動(dòng)腔技術(shù)中廣泛采用的,但是產(chǎn)生的是正弦流動(dòng),這與我們希望的穩(wěn)定恒流不同。注射泵流速穩(wěn)定,但不能建立循環(huán)的流動(dòng)系統(tǒng),由于血小板黏附反應(yīng)時(shí)間較短,所以使用注射泵完全能夠滿足要求。本系統(tǒng)除了可以研究血小板和vwf的相互作用外,還可以用于研究血小板各種黏附因子與其受體的相互作用。本方法高效易行,能廣泛應(yīng)用于體外血小板的功能研究,在揭示止血和血栓的形成機(jī)制,以及診斷血栓疾病等方面有重要的應(yīng)用前景。

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篇2

關(guān)鍵詞:流體力學(xué);教學(xué)改革;探討

中圖分類號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

流體力學(xué)是一門研究流體運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律以及流體與物體之間的相互作用力的學(xué)科,它作為一門嚴(yán)密的且應(yīng)用面很廣的專業(yè)基礎(chǔ)學(xué)科,是以數(shù)學(xué)、物理學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的,也是土木、機(jī)械、動(dòng)力、水利、環(huán)境等學(xué)科的一門技術(shù)基礎(chǔ)課程。改革開放以來(lái),雖然各院校在該課程教學(xué)實(shí)踐中都積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)并取得了不少成果,但是在該課程建設(shè)中仍存在著許多問(wèn)題。論文結(jié)合教學(xué)現(xiàn)狀,從學(xué)生興趣培養(yǎng)、教學(xué)方法改革以及師資隊(duì)伍建設(shè)三方面探討提高流體力學(xué)教學(xué)水平的方法。

一、 流體力學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀

流體力學(xué)是一門主要研究流體平衡和運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)科學(xué),具有理論性強(qiáng)、工程實(shí)際應(yīng)用廣、概念和方程較多且易混淆、對(duì)學(xué)生高等數(shù)學(xué)知識(shí)及綜合分析和處理問(wèn)題能力要求較高等特點(diǎn)。流體力學(xué)建立在理論、計(jì)算、實(shí)驗(yàn)三大技術(shù)手段之上,是化工、土木、機(jī)械等眾多學(xué)科或?qū)I(yè)的基礎(chǔ)學(xué)科。另外,流體力學(xué)在環(huán)境工程設(shè)計(jì)和實(shí)際工程中也有著廣泛的應(yīng)用,是水處理設(shè)備設(shè)計(jì)與應(yīng)用的必備知識(shí),以及生態(tài)分析的重要理論基礎(chǔ)。同時(shí),流體力學(xué)是環(huán)境工程與其他學(xué)科體系溝通的橋梁,這個(gè)橋梁作用是其他基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)課無(wú)法替代的,直接影響到環(huán)境工程學(xué)科體系的完善性。因此,提高流體力學(xué)課教學(xué)質(zhì)量,使學(xué)生學(xué)好本門課程,培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題的能力和創(chuàng)新能力,對(duì)流體力學(xué)課程教學(xué)進(jìn)行改革以適應(yīng)學(xué)科發(fā)展顯得十分必要。

目前國(guó)內(nèi)院校的流體力學(xué)課程教學(xué)過(guò)程大體可歸納為“課前預(yù)習(xí)、課堂教師講授、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)、課后教師評(píng)閱”的四段串行模式。實(shí)踐證明,這種傳統(tǒng)的教學(xué)模式在強(qiáng)化理論教學(xué)成果以及動(dòng)手能力的培養(yǎng)方面效果比較顯著,然而在創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)方面卻收效甚微。原因在于:①理論教學(xué)中注重經(jīng)驗(yàn)理論與公式的講解,而公式多且乏味,導(dǎo)致教師難教,學(xué)生難懂,課堂教學(xué)缺乏生動(dòng)性。另外,本科流體力學(xué)理論教學(xué)模式多為填鴨式教育,對(duì)學(xué)生而言,流體力學(xué)課缺少客觀體驗(yàn),理論抽象,不易理解,而由此帶來(lái)了一系列的問(wèn)題是現(xiàn)在流體力學(xué)課程教學(xué)的主要障礙;②目前,大部分院校的流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)多采用傳統(tǒng)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),每一學(xué)生進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)完全相同,教師由實(shí)驗(yàn)報(bào)告的數(shù)據(jù)評(píng)定實(shí)驗(yàn)成績(jī)。雖然實(shí)驗(yàn)有利于增進(jìn)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解,但此手段不能激發(fā)學(xué)生的積極性,無(wú)法體現(xiàn)學(xué)生的主體性,也不能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性[1]。由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容多數(shù)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),在按既定的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)方案實(shí)踐的過(guò)程中,學(xué)生所得到的主要是從理論知識(shí)到實(shí)踐成果的收獲,而教師的作用主要是理論知識(shí)的傳授,具體實(shí)驗(yàn)的演示、引導(dǎo)與糾錯(cuò),甚至有時(shí)會(huì)耳提面命,因此學(xué)生作為學(xué)習(xí)主體的創(chuàng)造性很難有機(jī)會(huì)得到展示。

因此,采用一種有效的教學(xué)方法進(jìn)行流體力學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性,以提高流體力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量,并對(duì)相關(guān)專業(yè)產(chǎn)生積極的影響,從而促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新性的培養(yǎng)非常有必要。

二、 培養(yǎng)學(xué)生對(duì)邏輯思維的興趣

學(xué)生對(duì)任何概念和公式的形成、理解有一個(gè)過(guò)程,而在流體力學(xué)中,這些概念、公式又較為抽象,要求學(xué)生具備較強(qiáng)的邏輯思維能力,因此,根據(jù)學(xué)生掌握知識(shí)的快慢,耐心引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行邏輯思維,培養(yǎng)學(xué)生對(duì)邏輯思維的興趣,使他們產(chǎn)生對(duì)邏輯推理的愛(ài)好,就成為教學(xué)中的關(guān)鍵。例如,流體力學(xué)中的三大方程――連續(xù)性方程、動(dòng)量方程和能量方程需通過(guò)輸運(yùn)公式逐步推導(dǎo)而來(lái),如此的教學(xué)安排便使知識(shí)較為系統(tǒng)、連貫、緊湊,并有利于認(rèn)識(shí)各個(gè)方程的物理意義。而輸運(yùn)公式的推導(dǎo)由于邏輯性較強(qiáng),講授時(shí)就需要花費(fèi)較多的學(xué)時(shí)和精力來(lái)理清邏輯思路,理解每一步推導(dǎo)中的物理含義和數(shù)學(xué)要領(lǐng),使學(xué)生對(duì)輸運(yùn)公式有一個(gè)清晰準(zhǔn)確地理解。最后,將輸運(yùn)公式中的物理量換成質(zhì)量、動(dòng)量、能量即可得出連續(xù)性方程、動(dòng)量方程和能量方程,如此便形成了較為完整的邏輯演繹體系。此種方式不僅使理論教學(xué)更加清晰明了,而且會(huì)使學(xué)生對(duì)將要學(xué)習(xí)的知識(shí)接受產(chǎn)生極大興趣,具有更加強(qiáng)烈的探索感和求知欲。

三、 教學(xué)方法探討

教學(xué)方法作為聯(lián)結(jié)教師和學(xué)生的重要紐帶,在提高教學(xué)質(zhì)量方面起著重要的保證作用。為了更好地適應(yīng)學(xué)科發(fā)展要求,工科“流體力學(xué)”課程方法的改革勢(shì)在必行,作者結(jié)合自身多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),針對(duì)該課程特點(diǎn),認(rèn)為應(yīng)該在以下幾個(gè)方面進(jìn)行課程教學(xué)方法改革。

(1)重視緒論課的作用

部分教師認(rèn)為緒論課僅是對(duì)流體力學(xué)的簡(jiǎn)單介紹,作用不大,所以對(duì)緒論的授課過(guò)程照本宣科、枯燥無(wú)味。其實(shí)緒論課對(duì)整個(gè)教學(xué)活動(dòng)的成功與否起了至關(guān)重要的作用,它不僅是學(xué)生了解流體力學(xué)課程的窗口,也是教師教學(xué)水平的第一次展示。

講授緒論課的較好方法是介紹流體力學(xué)的成就、發(fā)展方向、廣闊前景及其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要作用等。教師要注重講解流體力學(xué)知識(shí)在工程中的應(yīng)用,特別是教師自己承擔(dān)的科研項(xiàng)目,以展示流體力學(xué)在科學(xué)和工程技術(shù)中所取得的輝煌成就[2]。例如,通過(guò)介紹流體力學(xué)理論在“神舟號(hào)”系列飛船上的廣泛應(yīng)用,使學(xué)生明白流體力學(xué)這門相對(duì)古老的學(xué)科還具有旺盛的生命力;通過(guò)介紹美國(guó)華盛頓州的塔科馬懸索橋在1940年秋天的大風(fēng)中倒塌的例子,說(shuō)明在實(shí)際工程中忽視流體力學(xué)會(huì)造成巨大的災(zāi)難[3]。另外,流體力學(xué)的發(fā)展史對(duì)于激勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情也有著非常重要的作用。在上課的同時(shí),要善于借助互聯(lián)網(wǎng),及時(shí)的將一些重要理論的發(fā)展過(guò)程、重要研究成果展現(xiàn)在學(xué)生的面前[4]。

(2)從實(shí)例中引出教學(xué)內(nèi)容

流體力學(xué)雖有概念多、邏輯性強(qiáng)、理論上較難理解的特點(diǎn),但卻與生活和生產(chǎn)實(shí)際密切相關(guān)。在具體教學(xué)內(nèi)容的講解過(guò)程中,穿插一些生活中的現(xiàn)象,并結(jié)合課本中的理論“雙管齊下”,利用學(xué)生求趣、求新、求知的心理,引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)并掌握教學(xué)內(nèi)容。例如,在講流體粘性時(shí),比較水的粘性和油的粘性;在講流體靜力學(xué)知識(shí)時(shí),可講一些水庫(kù)垮壩事件,主要是設(shè)計(jì)時(shí)有缺陷和施工存在著質(zhì)量問(wèn)題,不能承受水對(duì)壁面的靜壓力。另外,還可以進(jìn)行一些相關(guān)事例的延伸,如是否建設(shè)三峽工程時(shí)流體力學(xué)專家的爭(zhēng)論,通過(guò)分析得到的建設(shè)三峽工程必要性的結(jié)論等,使學(xué)生切實(shí)體會(huì)到學(xué)好流體力學(xué)的重要性[5]。利用這些鮮活的事例,使課堂教學(xué)更生動(dòng)、更有意義。

(3)師生互動(dòng),培養(yǎng)良好學(xué)風(fēng)

調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)的學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)風(fēng),提高學(xué)生綜合素質(zhì),是加強(qiáng)流體力學(xué)教學(xué)效果的重要條件。作者在每次講課后都會(huì)對(duì)本次課程的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié),然后下次課隨機(jī)抽取部分學(xué)生回顧上次課的內(nèi)容,并讓其他學(xué)生作出補(bǔ)充和建議。在課堂上,多為學(xué)生提供隨堂練習(xí)的機(jī)會(huì),師生互相之間進(jìn)行探討和思考,針對(duì)練習(xí)中的問(wèn)題講解做題思路和方法,給予糾正和補(bǔ)充。這種授課模式充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性,課堂氣氛活躍,有利于拓寬學(xué)生的思維深度,查漏補(bǔ)缺。學(xué)風(fēng)對(duì)于任何一門課程教學(xué)的成功與否都起到了非常關(guān)鍵的作用,所以從第一堂課、第一次作業(yè)就要嚴(yán)格要求學(xué)生,對(duì)作業(yè)的批改做到一絲不茍,指出其作業(yè)中的各種問(wèn)題并要求其修改。例如,要求學(xué)生對(duì)作業(yè)中的每道題,在解答時(shí)必須寫出已知、求解,并畫出相應(yīng)圖示,這些小細(xì)節(jié)可以幫助學(xué)生以簡(jiǎn)明的方式加深理解題意,取得了較好的效果。

(4)重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)

流體力學(xué)按研究方法可以分為理論流體力學(xué)、實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)和計(jì)算流體力學(xué)。實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)是理論流體力學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ),是計(jì)算流體力學(xué)的檢驗(yàn)依據(jù)。因此,實(shí)驗(yàn)教學(xué)在流體力學(xué)教學(xué)中有著極其重要的地位。流體力學(xué)中的公式繁多,難以記憶,難以理解,通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)公式的感性認(rèn)識(shí),有助于學(xué)生深刻理解公式和概念的物理意義。例如,在講解伯努利方程意義的時(shí)候,單從公式上講解并不形象,通過(guò)能量方程實(shí)驗(yàn),可以使學(xué)生非常直觀的理解伯努利方程中每一項(xiàng)對(duì)應(yīng)的意義。對(duì)于沒(méi)有開的實(shí)驗(yàn)課,通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)上收集照片、視頻等展示給學(xué)生,也可提高學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解[6]。

(5)傳統(tǒng)教學(xué)方式和多媒體技術(shù)互補(bǔ)

過(guò)去,流體力學(xué)課程在教學(xué)手段上采用板書教學(xué),這種方式能夠在教師的書寫和同步的講解中促進(jìn)學(xué)生的積極思維與參與意識(shí),但對(duì)教學(xué)內(nèi)容中比較抽象的概念、復(fù)雜的流動(dòng)現(xiàn)象和流動(dòng)規(guī)律,很難用語(yǔ)言和文字準(zhǔn)確、形象地描述。多媒體教學(xué)最大的優(yōu)點(diǎn)是形象、生動(dòng)、具體、直觀、易于理解且信息量大,但也有不能突出推導(dǎo)過(guò)程和思維、學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握比較膚淺的一些弊端。將傳統(tǒng)教學(xué)方法和多媒體技術(shù)綜合應(yīng)用于教學(xué)過(guò)程是一種很好的方法,在講授偏重于推導(dǎo)過(guò)程的內(nèi)容時(shí)采用傳統(tǒng)授課方式,而講授直觀形象的內(nèi)容時(shí)采用多媒體教學(xué)方法,做到取長(zhǎng)補(bǔ)短、優(yōu)化組合,會(huì)獲得較好的教學(xué)效果[7]。

四、師資隊(duì)伍的建設(shè)

為適應(yīng)素質(zhì)教育的需要,教師不僅要掌握先進(jìn)的教學(xué)手段,而且要努力研究實(shí)施素質(zhì)教育的教學(xué)方法。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中,要靈活應(yīng)用各種教學(xué)方法,并且要善于歸納總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn),虛心向有經(jīng)驗(yàn)的教師請(qǐng)教,同時(shí)要高度重視學(xué)生的反饋信息,不斷調(diào)整自己的教學(xué)思路,只有這樣才能逐步提高自己的教學(xué)水平。社會(huì)發(fā)展對(duì)教師的自身素質(zhì)提出了更高的要求,教師要明確教學(xué)水平的提高和發(fā)展是一個(gè)畢生的過(guò)程,教師應(yīng)該不斷開闊視野,更新知識(shí)體系,才能形成對(duì)流體力學(xué)更深層次的理解和認(rèn)識(shí)。

五、 結(jié)論

論文結(jié)合流體力學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀,從學(xué)生興趣培養(yǎng)、教學(xué)方法改革及師資隊(duì)伍建設(shè)三方面論述的教學(xué)方法,將教與學(xué)有機(jī)結(jié)合起來(lái),使枯燥的流體力學(xué)課堂變得生動(dòng)活潑,多方面激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性、積極性及創(chuàng)造性。將上述方法運(yùn)用于教學(xué)實(shí)踐后發(fā)現(xiàn),該方法能夠有效的提高流體力學(xué)課程的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

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篇3

《工程流體力學(xué)》是工科專業(yè)的一門基礎(chǔ)學(xué)科,是力學(xué)的一個(gè)重要分支,主要目的是為了將流體力學(xué)知識(shí)充分運(yùn)用到生產(chǎn)生活當(dāng)中。工程流體力學(xué)的研究方法主要包括實(shí)驗(yàn)研究、理論分析以及數(shù)值計(jì)算等。其中實(shí)驗(yàn)研究主要是利用各種實(shí)驗(yàn)儀器對(duì)流體現(xiàn)象進(jìn)行觀測(cè)分析,總結(jié)出流體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行預(yù)測(cè),通常采用模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析;理論分析主要是根據(jù)質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒以及能量守恒等定律,加以數(shù)學(xué)分析的手段,對(duì)流體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析研究;數(shù)值計(jì)算則是利用數(shù)學(xué)語(yǔ)言將流體運(yùn)動(dòng)的普遍規(guī)律表達(dá)出來(lái),從而獲得質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒以及能量守恒的計(jì)算方程,這些方程組合在一起成為流體力學(xué)基本方程組。《工程流體力學(xué)》課程設(shè)置的根本目的是為了讓學(xué)生熟練地掌握流體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律,將其運(yùn)用到實(shí)際生活當(dāng)中,以此來(lái)解決各種與流體力學(xué)相關(guān)的問(wèn)題,但是長(zhǎng)久以來(lái)我們?cè)谡n堂教學(xué)中所強(qiáng)調(diào)的是知識(shí)點(diǎn)的灌輸,學(xué)生進(jìn)行機(jī)械化的記憶,缺乏創(chuàng)新,因此需要對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)理念進(jìn)行徹底改變。

(一)幫助學(xué)生建立流體力學(xué)的思維方式

《工程流體力學(xué)》的教學(xué)大綱要求學(xué)生能夠了解及應(yīng)用流體力學(xué)的基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律,掌握流體力學(xué)的理論研究方法。在傳統(tǒng)教學(xué)理念中,課堂教學(xué)過(guò)分注重基本概念、基本理論和計(jì)算方法的學(xué)習(xí),學(xué)生在應(yīng)試教育的環(huán)境中對(duì)書本上的知識(shí)進(jìn)行機(jī)械化的記憶,很大一部分學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的記憶僅僅是為了完成考核任務(wù),因此無(wú)法形成系統(tǒng)的知識(shí)體系,也無(wú)助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)的思維方式,使其在日后工作和學(xué)習(xí)當(dāng)中遇到關(guān)于流體力學(xué)相關(guān)的問(wèn)題時(shí),無(wú)從下手。鑒于此,在現(xiàn)代教育理念下需要教師引導(dǎo)學(xué)生建立系統(tǒng)的流體力學(xué)知識(shí)體系,并學(xué)會(huì)運(yùn)用科學(xué)的思維方式對(duì)流體力學(xué)相關(guān)的問(wèn)題進(jìn)行分析研究。

(二)提高學(xué)生綜合分析應(yīng)用能力

《工程流體力學(xué)》課堂教學(xué)不僅要求學(xué)生建立科學(xué)的思維方式,還需要具備對(duì)流體力學(xué)知識(shí)的綜合分析和應(yīng)用能力。在傳統(tǒng)教學(xué)理念的影響下,學(xué)生被動(dòng)地接受知識(shí),嚴(yán)重缺乏學(xué)習(xí)的積極性和熱情,對(duì)知識(shí)和計(jì)算公式的機(jī)械化記憶,無(wú)助于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維。因此需要在《工程流體力學(xué)》課堂教學(xué)過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行自主總結(jié),通過(guò)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的歸納總結(jié),形成鮮明形象的記憶;與此同時(shí)在課后練習(xí)中需要增加綜合性,促進(jìn)學(xué)生對(duì)流體力學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用。

(三)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐操作能力

實(shí)驗(yàn)是《工程流體力學(xué)》教學(xué)活動(dòng)的重要組成部分,通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來(lái)檢驗(yàn)一個(gè)理論或證實(shí)一種假設(shè)而進(jìn)行的一系列操作或活動(dòng),從而更加清晰地理解和認(rèn)識(shí)流體力學(xué)規(guī)律。通常實(shí)驗(yàn)要預(yù)設(shè)“實(shí)驗(yàn)?zāi)康?rdquo;、“實(shí)驗(yàn)環(huán)境”,進(jìn)行“實(shí)驗(yàn)操作”,最終以“實(shí)驗(yàn)報(bào)告”的新聞形式發(fā)表“實(shí)驗(yàn)結(jié)果”。在傳統(tǒng)教學(xué)模式下,學(xué)生只能在有限的范圍內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作,根本無(wú)法鍛煉學(xué)生的實(shí)踐操作能力,因此需要學(xué)生自主獨(dú)立的進(jìn)行試驗(yàn)操作,讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,確定實(shí)驗(yàn)方案,在實(shí)踐中不斷提高自己的操作和知識(shí)的運(yùn)用能力。

(四)充分體現(xiàn)學(xué)生的主體地位

傳統(tǒng)教學(xué)與現(xiàn)代教學(xué)理念嚴(yán)重背離之處在于課堂教學(xué)活動(dòng)中,教師往往處于主導(dǎo)地位,而作為教學(xué)活動(dòng)關(guān)鍵核心的學(xué)生群體則成為了知識(shí)的被動(dòng)接受者,單方面機(jī)械地完成課堂教學(xué)任務(wù),無(wú)法真正達(dá)到教學(xué)的目的。這就要求,在課堂教學(xué)過(guò)程中,教師必須時(shí)刻關(guān)注教學(xué)同步,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的參與熱情,通過(guò)討論、提問(wèn)等方式,讓學(xué)生真正參與到學(xué)習(xí)活動(dòng)當(dāng)中,學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,解決問(wèn)題的方法。

二、啟發(fā)式教學(xué)的具體應(yīng)用

(一)啟發(fā)式教學(xué)的實(shí)質(zhì)

啟發(fā)式教學(xué)源遠(yuǎn)流長(zhǎng),歷久彌新,“啟發(fā)”一詞最早源于古代教育家孔丘的“不憤不啟,不悱不發(fā)”。朱熹解釋說(shuō)“:憤者,心求通而未得之意;悱者,口欲言而未能之貌。啟,謂開其意;發(fā),謂達(dá)其辭。”憤與悱是內(nèi)在心理狀態(tài)在外部容色言辭上的表現(xiàn)。就是說(shuō)在教學(xué)前務(wù)必先讓學(xué)生認(rèn)真思考,已經(jīng)思考相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間但還想不通,然后可以去啟發(fā)他;雖經(jīng)思考并已有所領(lǐng)會(huì),但未能以適當(dāng)?shù)难赞o表達(dá)出來(lái),此時(shí)可以去開導(dǎo)他。在現(xiàn)代教育理念當(dāng)中,啟發(fā)式教學(xué)主要是指教學(xué)活動(dòng)中教師依據(jù)課程學(xué)習(xí)的客觀規(guī)律,引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)自覺(jué)地掌握知識(shí)的教學(xué)方法。啟發(fā)式教學(xué)可以很好地詮釋教育學(xué)之間的關(guān)系,通過(guò)設(shè)置問(wèn)題情境,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參與的積極性和主動(dòng)性,啟發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考,發(fā)展學(xué)生的邏輯思維能力,并且通過(guò)教師的適當(dāng)引導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力和獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。

(二)設(shè)置問(wèn)題情境

啟發(fā)式教學(xué)的關(guān)鍵在于設(shè)置問(wèn)題情境,同時(shí)也是激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維的一種有效方式。這就要求教師在《工程流體力學(xué)》課程教學(xué)中有目的、有意識(shí)地創(chuàng)設(shè)各種情境,鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,讓學(xué)生獨(dú)立地進(jìn)行探索分析。在《工程流體力學(xué)》課程教學(xué)過(guò)程中,學(xué)生遇到任何疑問(wèn)都應(yīng)該及時(shí)提出,向同學(xué)和老師進(jìn)行探討。大量的教學(xué)實(shí)踐表明,提問(wèn)可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的注意力和學(xué)習(xí)的積極性,通過(guò)提問(wèn)鍛煉學(xué)生的探索欲和邏輯思維能力。學(xué)生在啟發(fā)式教學(xué)模式下還應(yīng)該增加主動(dòng)性,尋找自己的興趣點(diǎn),去鉆研。這樣學(xué)生才會(huì)有問(wèn)題意識(shí),可以提出問(wèn)題,而不是在別人背后去解答問(wèn)題。另外,設(shè)置問(wèn)題情境要與實(shí)際生活相融合??梢酝ㄟ^(guò)創(chuàng)設(shè)生活或工作式的教學(xué)情境,讓學(xué)生真正感受到《工程流體力學(xué)》課程教學(xué)的多樣性以及前瞻性,通過(guò)不斷探索激發(fā)出學(xué)生潛在的學(xué)習(xí)興趣以及好奇心。

(三)充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性

在啟發(fā)式教學(xué)過(guò)程中,需要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性和積極性,讓學(xué)生真正意義上成為學(xué)習(xí)活動(dòng)的主導(dǎo)者?!豆こ塘黧w力學(xué)》課程需要打破傳統(tǒng)應(yīng)試教育的束縛,讓學(xué)生的積極性和主動(dòng)性得到充分釋放。教師組織學(xué)生進(jìn)行討論時(shí),要注意學(xué)生的反映,激發(fā)起學(xué)生發(fā)的求知欲望,引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)收集資料了解流體運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律以及這些規(guī)律在工程實(shí)際中的應(yīng)用,幫助他們對(duì)問(wèn)題的獨(dú)立思考。例如教師可以列舉一些流體力學(xué)在生活和生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的實(shí)例,使學(xué)生了解流體處于平衡及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的力學(xué)規(guī)律,加強(qiáng)理論概念與現(xiàn)實(shí)生活的相互聯(lián)系。總之,只有主動(dòng)參與其中,學(xué)生才能對(duì)問(wèn)題有一個(gè)深入的了解,并且能夠切身地投入自身全部的精力想方設(shè)法去解決當(dāng)前所面臨的問(wèn)題,而教師則完全不用花費(fèi)大量的精力進(jìn)行講解,只需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹敢ぷ?,使學(xué)生的自學(xué)能力能夠充分發(fā)揮。實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)學(xué)生動(dòng)手操作以及對(duì)知識(shí)運(yùn)用的最佳方式,借助實(shí)驗(yàn)也可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。在問(wèn)題情境環(huán)節(jié)中,學(xué)生大膽假設(shè)和創(chuàng)新提問(wèn)以后,就需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行模擬分析,并得到結(jié)論。在安全的保障下,進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室,在教師的引導(dǎo)下,自己動(dòng)手去做,積極探索。這樣會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)更有幫助,而這一過(guò)程會(huì)提高學(xué)生的研究熱情,也可以提高學(xué)生團(tuán)隊(duì)的協(xié)作能力。此外,在《工程流體力學(xué)》課程教學(xué)過(guò)程中,學(xué)生還可以自由組合進(jìn)行某一問(wèn)題的研究,當(dāng)假設(shè)足夠成立的情況下,通過(guò)查詢相關(guān)的文獻(xiàn)資料,并進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室去尋找答案。這樣一來(lái),學(xué)生在今后的學(xué)習(xí)或者工作中,如果遇到問(wèn)題,就可以真正獨(dú)立地進(jìn)行思考和研究。

(四)建立輕松愉悅的學(xué)習(xí)氛圍

建立輕松愉悅的學(xué)習(xí)氛圍是啟發(fā)式教學(xué)實(shí)現(xiàn)的前提。而長(zhǎng)久以的來(lái)灌輸式教學(xué),讓教師成為課堂教學(xué)的主體,其高高在上的形象,讓不少學(xué)生產(chǎn)生畏懼感,這也使得學(xué)習(xí)氛圍過(guò)于凝重、刻板甚至拘束。因此在教學(xué)方式上需要打破傳統(tǒng)教學(xué)模式的束縛,改掉以往死氣乏味的課堂教學(xué),教師應(yīng)該是教學(xué)活動(dòng)的組織者和設(shè)計(jì)者,通過(guò)營(yíng)造出民主、和諧、愉悅的課堂氣氛等方式更好地幫助學(xué)生調(diào)動(dòng)他們的主觀能動(dòng)性和積極性,鼓勵(lì)學(xué)生親自動(dòng)手,并且給學(xué)生提供更多的進(jìn)行流體力學(xué)討論研究的空間和機(jī)會(huì),讓學(xué)生在獨(dú)立思考、互相討論以及動(dòng)手操作中完成問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)與解決過(guò)程。此外,教師還需要引導(dǎo)學(xué)生相互尊重、相互理解,課堂氣氛做到張弛有度。讓學(xué)生在合作交流中真正理解和掌握《工程流體力學(xué)》的理論知識(shí)和基本技能,使他們真正成為學(xué)習(xí)的主人。

三、結(jié)語(yǔ)

篇4

一、當(dāng)前教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題

1.學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高

提到力學(xué),多數(shù)學(xué)生會(huì)覺(jué)得很難,這種先入為主的感覺(jué)會(huì)使學(xué)生對(duì)這門課程產(chǎn)生很大的抵觸情緒,不愿意學(xué)。再加上同時(shí)開設(shè)的工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)等重要的專業(yè)基礎(chǔ)理論課,越發(fā)加重了學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)。另外,流體力學(xué)課程習(xí)題量大,需要學(xué)生花費(fèi)大量課余時(shí)間復(fù)習(xí)和做題,就更加影響學(xué)生對(duì)這門課的學(xué)習(xí)興趣。因此如何幫助學(xué)生克服對(duì)本課程的畏難情緒,激發(fā)他們學(xué)習(xí)流體力學(xué)的興趣,是提高教學(xué)質(zhì)量的首要因素,也是教學(xué)改革的目標(biāo)之一。

2.教學(xué)方式單一,課堂氣氛死板

現(xiàn)在是信息社會(huì),對(duì)人才的要求很高,這就要求教師在教學(xué)過(guò)程中按照“厚基礎(chǔ)、寬口徑、高素質(zhì)”的目標(biāo)[2]進(jìn)行專業(yè)人才的培養(yǎng),這對(duì)傳統(tǒng)的黑板加粉筆的教學(xué)方式是一種挑戰(zhàn)。另一方面,隨著課時(shí)與學(xué)分制的掛鉤,學(xué)時(shí)被普遍壓縮,這也給課堂教學(xué)帶來(lái)很大的壓力。眾所周知,傳統(tǒng)的教學(xué)方式把很多時(shí)間用在了繪圖和板書上,無(wú)形中縮減了教與學(xué)的時(shí)間,教師要想在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成教學(xué)大綱規(guī)定的教學(xué)內(nèi)容,就必須加快講課節(jié)奏,刪減授課內(nèi)容,或者占用習(xí)題課或?qū)嶒?yàn)課的時(shí)間,這些都將導(dǎo)致這門課程的信息量不夠,而且學(xué)生也沒(méi)有機(jī)會(huì)及時(shí)消化所學(xué)的理論知識(shí),更談不上舉一反三了。同時(shí),“一言堂”式的教學(xué)方法使得課堂氣氛死板,學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣銳減,也影響了教學(xué)質(zhì)量。

3.理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的脫節(jié)

在流體力學(xué)的教學(xué)過(guò)程中,實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)起著不可替代的作用。實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力,幫助學(xué)生更好的理解理論知識(shí),而且可以啟發(fā)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的創(chuàng)新性應(yīng)用[3],很多學(xué)校不重視實(shí)驗(yàn)課的教學(xué),實(shí)驗(yàn)教學(xué)完全放在理論教學(xué)之后甚至放在考試之后集中完成,大大降低了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用。

二、課程教學(xué)改革的基本內(nèi)容

1.傳統(tǒng)教學(xué)方式與多媒體相結(jié)合

在現(xiàn)在的流體力學(xué)教學(xué)中,黑板加粉筆的教學(xué)方式是很多高校教師仍然采用的教學(xué)方式。這種方式對(duì)于公式的推導(dǎo)、例題的計(jì)算效果很好,但是在流體力學(xué)的教學(xué)中需要輔以很多圖片,如果全用板書來(lái)講,必然花費(fèi)很多時(shí)間。傳統(tǒng)的教學(xué)方法無(wú)法滿足教師在教學(xué)中的信息量,當(dāng)然也不能完全脫離板書,畢竟公式的推導(dǎo),例題和習(xí)題的講解用板書的效果要優(yōu)于多媒體。在講緒論部分內(nèi)容時(shí)可以介紹流體力學(xué)的發(fā)展史及流體力學(xué)在現(xiàn)實(shí)生活和工程實(shí)踐中應(yīng)用的實(shí)例,如果單純用板書講,會(huì)很枯燥,達(dá)不到啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的目的,如果輔以多媒體,結(jié)合圖片、短片、動(dòng)畫來(lái)講就會(huì)有很好的效果。所以筆者認(rèn)為,應(yīng)當(dāng)將傳統(tǒng)的教學(xué)方式與多媒體教學(xué)方式很好的結(jié)合起來(lái)。

2.理論知識(shí)與專業(yè)知識(shí)相結(jié)合

流體力學(xué)這門課程不僅理論性很強(qiáng),而且和工程實(shí)踐結(jié)合的非常緊密。該課程是后繼專業(yè)課程的重要理論基礎(chǔ),所以將相關(guān)專業(yè)知識(shí)穿插在流體力學(xué)課程中進(jìn)行介紹有很多好處。首先,可以幫助學(xué)生加深對(duì)專業(yè)的理解。流體力學(xué)課一般在第五學(xué)期開設(shè),此時(shí)學(xué)生已結(jié)束公共基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí),開始了專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的學(xué)習(xí)。調(diào)查表明很多學(xué)生此時(shí)對(duì)專業(yè)還處在迷茫的狀態(tài),不知道建環(huán)專業(yè)具體是做什么的,自己將來(lái)能干什么。在流體力學(xué)課程的教學(xué)中采用理論知識(shí)與專業(yè)知識(shí)有機(jī)結(jié)合進(jìn)行講解的授課方式可以幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)加深對(duì)專業(yè)的了解。再者,學(xué)生了解了專業(yè)也就有了學(xué)習(xí)的方向和動(dòng)力,自然有助于提高學(xué)生對(duì)流體力學(xué)課程的學(xué)習(xí)興趣。比如在講授流體的熱脹性時(shí),介紹采暖系統(tǒng)膨脹水箱的作用及系統(tǒng)膨脹水量的計(jì)算方法,使學(xué)生既掌握了液體熱脹性的計(jì)算公式,又了解了自然循環(huán)采暖系統(tǒng)的基本原理。再比如,在講授伯努利方程的應(yīng)用時(shí),可以介紹水泵揚(yáng)程的計(jì)算方法和建環(huán)專業(yè)水泵的適用場(chǎng)合,使學(xué)生明白水泵是建環(huán)專業(yè)最重要的設(shè)備之一。在學(xué)生學(xué)習(xí)管網(wǎng)計(jì)算基礎(chǔ)這部分內(nèi)容時(shí),可以結(jié)合采暖系統(tǒng)和給排水系統(tǒng)或消防給水系統(tǒng)同時(shí)學(xué)習(xí),畢竟這些系統(tǒng)在北方城市是到處可見(jiàn)的。在介紹氣體射流知識(shí)的時(shí)候可以結(jié)合空調(diào)房間的氣流組織進(jìn)行介紹等等。

3.理論流體力學(xué)、計(jì)算流體力學(xué)與實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)在教學(xué)中的結(jié)合

研究流體力學(xué)方法有理論分析的方法、數(shù)值分析的方法和實(shí)驗(yàn)研究的方法,在流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究中,三種方法相輔相成。但是在教學(xué)中,我們往往更多的是強(qiáng)調(diào)理論的重要性,而忽視了計(jì)算流體力學(xué)和實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)對(duì)理論學(xué)習(xí)的幫助。應(yīng)當(dāng)充分將計(jì)算流體力學(xué)和實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)的部分補(bǔ)充進(jìn)來(lái),這樣才會(huì)使整個(gè)課程內(nèi)容豐滿,也可以擴(kuò)寬學(xué)生的知識(shí)面,培養(yǎng)其解決問(wèn)題的能力。

(1)理論流體力學(xué)與計(jì)算流體力學(xué)相結(jié)合

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和數(shù)值計(jì)算技術(shù)的不斷提高,計(jì)算流體力學(xué)(CFD—ComputationalFluidDynamics)技術(shù)得到了空前的發(fā)展,CFD技術(shù)可以在短時(shí)間內(nèi)模擬流場(chǎng)內(nèi)的溫度、速度和壓力的分布情況,可以較好地模擬流體的流動(dòng)過(guò)程和傳熱過(guò)程以及污染物的擴(kuò)散過(guò)程等,因此被廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)。建環(huán)專業(yè)涉及大量與流動(dòng)相關(guān)的問(wèn)題,因此也不例外??梢杂肅FD技術(shù)模擬空調(diào)房間的氣流組織和溫度分布,模擬水和空氣在管道內(nèi)的流動(dòng)情況,模擬火災(zāi)時(shí)建筑內(nèi)煙氣的流動(dòng)規(guī)律。在CFD領(lǐng)域,目前世界上最具有代表性的計(jì)算商用軟件有PHOENICS(英國(guó))、CFX(美國(guó))、FLUENT(美國(guó))、STAR-CD(日本),這些軟件均采用經(jīng)典的流體理論和通用流體計(jì)算程序作為模型的核心,并提供豐富的計(jì)算方法處理湍流流動(dòng),具有強(qiáng)大的前后處理功能。這些新技術(shù)的發(fā)展對(duì)流體力學(xué)課程的教學(xué)提出了新的要求。在流體力學(xué)的教學(xué)過(guò)程中除了重點(diǎn)講授理論流體力學(xué)的知識(shí)外,應(yīng)當(dāng)增加計(jì)算流體力學(xué)的知識(shí),一方面可以增加信息量,拓寬學(xué)生的知識(shí)面,為進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和今后的發(fā)展奠定扎實(shí)的基礎(chǔ),另一方面可以用CFD技術(shù)模擬簡(jiǎn)單的流動(dòng)規(guī)律和流動(dòng)現(xiàn)象,幫助學(xué)生加深對(duì)流體理論知識(shí)的理解,起到相互促進(jìn)的作用。圖1是用CFD技術(shù)模擬的簡(jiǎn)單流動(dòng)現(xiàn)象,(a)圖驗(yàn)證了圓管中的層流運(yùn)動(dòng),證明斷面流速為旋轉(zhuǎn)拋物面。(b)圖給出了流體經(jīng)過(guò)彎管時(shí)的斷面壓強(qiáng)分布規(guī)律,充分說(shuō)明了離心力的作用是彎管中產(chǎn)生渦旋的主要原因??梢詫⑦@些模擬結(jié)果通過(guò)多媒體展示給學(xué)生,讓他們?cè)谡莆绽碚摰耐瑫r(shí)增加感性的認(rèn)識(shí),可以很好的提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。圖1只是兩個(gè)簡(jiǎn)單的例子,流體力學(xué)中有很多例子可以通過(guò)數(shù)值計(jì)算和模擬穿插在教學(xué)過(guò)程中,得到很好的效果。

(2)授課與實(shí)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合

與流體力學(xué)課程相結(jié)合的有8個(gè)主要實(shí)驗(yàn),分別是能量方程實(shí)驗(yàn)、總水頭線實(shí)驗(yàn)、動(dòng)量方程實(shí)驗(yàn)、畢托管實(shí)驗(yàn)、雷諾實(shí)驗(yàn)、沿程阻力系數(shù)和局部阻力系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)以及孔口出流實(shí)驗(yàn)。另外還有諸如流線、繞流等演示實(shí)驗(yàn)。應(yīng)當(dāng)將這些實(shí)驗(yàn)的教學(xué)進(jìn)度與理論的教學(xué)進(jìn)度很好地結(jié)合,任課教師和實(shí)驗(yàn)教師共同指導(dǎo),與學(xué)生形成很好的互動(dòng),及時(shí)啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn),充分啟發(fā)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的創(chuàng)造性理解,同時(shí)鍛煉其動(dòng)手能力。實(shí)踐證明這樣做不僅可以提高學(xué)生的興趣,還可以有意識(shí)的培養(yǎng)其觀察流體現(xiàn)象的能力和分析解決問(wèn)題的能力。

篇5

論文關(guān)鍵詞:工程流體力學(xué);教學(xué)研究;改革探索

“工程流體力學(xué)”課程在能源動(dòng)力類工科專業(yè)中占有非常重要的地位,主要研究流體(液體和氣體)的平衡、運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其實(shí)際工程應(yīng)用的技術(shù)科學(xué),是力學(xué)的一個(gè)重要的分支學(xué)科。通過(guò)本課程流體力學(xué)的基本概念和基本原理的學(xué)習(xí),學(xué)生掌握分析和解決本專業(yè)中涉及流體力學(xué)問(wèn)題的能力,為后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ),然而當(dāng)前的教學(xué)效果并不理想。自然界和人類生活中,以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各行各業(yè)中均廣泛存在流體流動(dòng)現(xiàn)象,但是由于缺乏對(duì)生活的觀察,學(xué)生很難做到對(duì)課本講授內(nèi)容形成直觀映像。此外,自然界中的流動(dòng)現(xiàn)象往往包含多種流動(dòng)方式,在理論分析與公式推導(dǎo)中涉及許多復(fù)雜的數(shù)學(xué)理論與方法,經(jīng)驗(yàn)公式多,且不易理解記憶,給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來(lái)很大困難,導(dǎo)致教師難教、學(xué)生難學(xué),實(shí)踐與應(yīng)用起來(lái)更是難上加難,教學(xué)效果不理想,教學(xué)目的難以實(shí)現(xiàn)。還對(duì)后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)造成很大影響,進(jìn)而影響本科教學(xué)的整體質(zhì)量。因此,“工程流體力學(xué)”教學(xué)改革勢(shì)在必行。

一、“工程流體力學(xué)”教學(xué)調(diào)查研究

“工程流體力學(xué)”課程通常是開設(shè)于熱能動(dòng)力工程專業(yè)二年級(jí)階段。對(duì)揚(yáng)州大學(xué)的學(xué)生的問(wèn)卷調(diào)查顯示,多數(shù)學(xué)生對(duì)“工程流體力學(xué)”課程的評(píng)價(jià)是“難學(xué)”。為何會(huì)有這樣的評(píng)價(jià),通過(guò)分析發(fā)現(xiàn),存在幾個(gè)方面的原因。

1.研究對(duì)象比較抽象

“工程流體力學(xué)”課程本身研究對(duì)象是流體,沒(méi)有一定的形狀和具有流動(dòng)性,這是流體區(qū)別于固體的本質(zhì)特征。這一特征決定了流體力學(xué)研究理論比較抽象、經(jīng)驗(yàn)公式繁多且推導(dǎo)過(guò)程復(fù)雜不易理解、易混淆,進(jìn)而導(dǎo)致了本課程教師難教、學(xué)生難學(xué),教學(xué)效果不夠理想。因此,能否將前面學(xué)習(xí)過(guò)的對(duì)“固體”平衡和運(yùn)動(dòng)物理規(guī)律的分析方法通過(guò)比擬的方式移植到“流體”上,并使其形成正向的學(xué)習(xí)遷移是學(xué)生能否很快的掌握本門課程學(xué)習(xí)方法、學(xué)好本課程的一個(gè)很重要的方面。

2.教師與學(xué)生

“教學(xué)”包括“教”與“學(xué)”兩個(gè)方面的內(nèi)容,忽視任何一個(gè)方面都有可能造成教學(xué)效果的不理想。理論課教學(xué)是工程流體力學(xué)課程教學(xué)的主要方面,是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)和應(yīng)用于工程實(shí)踐的基礎(chǔ)。某些任課教師為了自己的方便省事,教材和教學(xué)內(nèi)容仍然是多年前的老教材,對(duì)現(xiàn)階段流體力學(xué)的發(fā)展方向和研究成果,以及本學(xué)科的最新科技前沿理論及工程應(yīng)用進(jìn)展不能做到及時(shí)更新,教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用嚴(yán)重脫節(jié)。

教學(xué)方法單一呆板,無(wú)法吸引學(xué)生的興趣。經(jīng)??吹竭@樣一種現(xiàn)象:教師在講臺(tái)上只顧著自己滔滔不絕地講,忽視了課堂教學(xué)的互動(dòng)性和學(xué)生的主觀能動(dòng)性,學(xué)生了無(wú)興趣的在座位上睡覺(jué)、開小差、玩手機(jī),基本上是教師在向?qū)W生單方面地傳授知識(shí),這樣的教學(xué)效果是很低的。

本專業(yè)本科生新的培養(yǎng)方案中課程設(shè)置有這樣一個(gè)特點(diǎn):課程增加,課時(shí)壓縮,總學(xué)分保持不變。“工程流體力學(xué)”課程理論課學(xué)時(shí)從64壓縮到48學(xué)時(shí),在教學(xué)內(nèi)容總量不變的情況下,每堂課教授的內(nèi)容,即學(xué)生需要接受的信息量就大大增加了,嚴(yán)重增加了學(xué)生的負(fù)擔(dān)?!案≡辍笔钱?dāng)代很多大學(xué)生所普遍具有的心理特征,導(dǎo)致的直接結(jié)果是學(xué)生自制力差、怕吃苦,上課前不預(yù)習(xí)、課后不認(rèn)真復(fù)習(xí)、作業(yè)普遍抄襲。

二、教學(xué)改革的目標(biāo)

圍繞當(dāng)前“工程流體力學(xué)”課程教學(xué)中存在的問(wèn)題,以提高課程教學(xué)質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)為目的,進(jìn)行了如下方面的改革:改變教育理念,以課程改革與教學(xué)適應(yīng)新時(shí)代的要求為目的;加強(qiáng)教學(xué)方法與教學(xué)手段的改革,提高“教”的質(zhì)量;加強(qiáng)課程的應(yīng)用性,解決基礎(chǔ)理論課程的知識(shí)教育、應(yīng)用能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng),全面提升學(xué)生的綜合素質(zhì);加強(qiáng)課程教學(xué)評(píng)價(jià)與考核體系改革,引入全程教學(xué)評(píng)價(jià)與考核機(jī)制。

三、“工程流體力學(xué)”教學(xué)改革探索

從上面的分析可知,“工程流體力學(xué)”課程教學(xué)效果不理想存在很多方面的原因,因此,教學(xué)改革也要同時(shí)從多方面入手才可以起到事半功倍的效果。以下是筆者在揚(yáng)州大學(xué)熱能與動(dòng)力工程專業(yè)本科生課程教學(xué)中進(jìn)行的探索與嘗試,取得了較好的效果。

1.教學(xué)方法的探索與實(shí)踐

(1)俗話說(shuō)“良好的開端是成功的一半”,第一堂課的重要性也就不言而喻了。興趣是學(xué)生學(xué)習(xí)的直接原動(dòng)力,能否在開始就激發(fā)學(xué)生對(duì)“工程流體力學(xué)”課程的學(xué)習(xí)興趣是學(xué)好本課程的關(guān)鍵。運(yùn)用多媒體技術(shù),通過(guò)生動(dòng)的視頻和動(dòng)畫向?qū)W生展示生活中隨處可見(jiàn)的流體力學(xué)現(xiàn)象。如,男孩子喜歡足球、乒乓球的比較多,可以用“香蕉球”和“弧圈球”現(xiàn)象的流體力學(xué)解釋來(lái)吸引他們的注意力,還有其他的現(xiàn)象如高爾夫球表面的凹坑設(shè)計(jì)依據(jù),飛機(jī)機(jī)翼能夠產(chǎn)生巨大升力,跑車外形設(shè)計(jì)成流線型又是什么道理等等。此外我國(guó)正在實(shí)施的“南水北調(diào)”工程同樣涉及很多流體力學(xué)相關(guān)知識(shí),以上這些事例都是學(xué)生所非常熟悉而又在學(xué)習(xí)之前無(wú)法用理論來(lái)解釋的現(xiàn)象,很容易引起學(xué)生的注意力和想要探索的興趣。

(2)合理使用多媒體。在流體力學(xué)的教學(xué)過(guò)程中,采用多媒體有利于學(xué)生對(duì)流動(dòng)現(xiàn)象的感性認(rèn)識(shí),加深對(duì)概念的理解,提高學(xué)習(xí)興趣。但是,采用過(guò)多或華麗的多媒體也會(huì)產(chǎn)生一些負(fù)面作用,如多媒體教學(xué)替代板書節(jié)約了時(shí)間,增加了授課容量,但相應(yīng)的講課速度也就比較快,學(xué)生不易吸收和消化,容易造成學(xué)生“跟不上”進(jìn)度,產(chǎn)生厭學(xué)情緒。因此,傳統(tǒng)板書與多媒體有機(jī)結(jié)合的教學(xué)方式可以充分利用各自的優(yōu)點(diǎn),達(dá)到最佳教學(xué)效果。當(dāng)然,不同教學(xué)方式之間的比例分配的“度”是需要關(guān)注的問(wèn)題。

2.教學(xué)內(nèi)容的選擇

“工程流體力學(xué)”課程是機(jī)械、能源、化工、動(dòng)力、建筑、生物、航天等專業(yè)的重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,這些專業(yè)具有不同的特點(diǎn),對(duì)流體力學(xué)知識(shí)需求的側(cè)重點(diǎn)也不同。因此,教材的選取要有針對(duì)性,即根據(jù)本專業(yè)特點(diǎn)和要求、學(xué)生層次來(lái)選擇教材。此外,教師要能夠跟蹤掌握現(xiàn)階段流體力學(xué)最新的發(fā)展方向與研究成果,不斷更新和補(bǔ)充教學(xué)內(nèi)容,做到課程內(nèi)容的與時(shí)俱進(jìn)。

3.重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是“工程流體力學(xué)”課程教學(xué)必不可少的組成部分,屬于實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)理論進(jìn)行驗(yàn)證,從而加深對(duì)課程基本概念和理論的理解和掌握。在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)外增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、建立開放性實(shí)驗(yàn)室,鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力,培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

4.課程評(píng)價(jià)與考核體系

對(duì)于“工程流體力學(xué)”課程來(lái)說(shuō),學(xué)習(xí)要達(dá)到的目的是學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)對(duì)實(shí)際工程問(wèn)題的進(jìn)行分析和解決的能力,而不是對(duì)課本理論知識(shí)和大量復(fù)雜公式的記憶能力。因此建立合理、公正、客觀的課程評(píng)價(jià)與考核體系非常重要。針對(duì)學(xué)生普遍存在的平時(shí)不努力、考前幾天突擊考試的現(xiàn)象,摒棄“一考定成績(jī)”的考核方式,采用靈活的、全程考核方式取得了很好的教學(xué)效果。具體做法是:提高平時(shí)成績(jī)所占最終成績(jī)權(quán)重,包括出勤率、課堂互動(dòng)和討論、小測(cè)試、作業(yè)質(zhì)量等平時(shí)學(xué)習(xí)各方面的表現(xiàn);期末考試成績(jī)權(quán)重減少,采用閉卷方式,但考題中所涉及的公式、圖表等會(huì)在試卷中集中給出,并增加一些干擾公式進(jìn)去,既避免了學(xué)生花大量時(shí)間去記憶毫無(wú)規(guī)律可言、而又易忘的經(jīng)驗(yàn)公式,同時(shí)也達(dá)到了考核學(xué)生選取基本理論和公式去分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力,實(shí)現(xiàn)了教學(xué)目的。

篇6

【關(guān)鍵詞】工程流體力學(xué) 石油教學(xué) 學(xué)習(xí) 改革

【中圖分類號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089(2013)12-0231-02

近幾年隨著后備儲(chǔ)量持續(xù)增長(zhǎng),我國(guó)的石油工業(yè)以前所未有的速度向前發(fā)展,這就要求石油工程技術(shù)人員必須掌握扎實(shí)先進(jìn)的專業(yè)知識(shí)。石油工程專業(yè)有其自身濃郁的行業(yè)特點(diǎn),其目標(biāo)是培養(yǎng)能在石油工程領(lǐng)域從事油氣鉆井工程、采油工程、油藏工程、油氣儲(chǔ)運(yùn)等方面人才。在油氣勘探開發(fā)儲(chǔ)存運(yùn)輸過(guò)程中,存在廣泛而復(fù)雜的流體流動(dòng)現(xiàn)象,所以工程流體力學(xué)一直以來(lái)都是石油工程專業(yè)的核心基礎(chǔ)課。

一、上好“緒論”課

“緒論”是教材的開篇之言,通常對(duì)全書有一個(gè)概括性的介紹。包括內(nèi)容的設(shè)置、該學(xué)科的發(fā)展簡(jiǎn)史、與相關(guān)學(xué)科的聯(lián)系和今后的發(fā)展方向及動(dòng)態(tài)。在教學(xué)過(guò)程中,充分備課,形象生動(dòng)地上好緒論課,使教師在后繼的教學(xué)工作中事半而功倍??偨Y(jié)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),講好“緒論”可從以下幾個(gè)方面對(duì)教學(xué)產(chǎn)生積極的作用和影響:1.可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲。知之者不如好之者,好之者不如樂(lè)知者,三個(gè)層次呈遞進(jìn)狀態(tài),樂(lè)學(xué)是最高層次的學(xué)習(xí)熱情,濃厚的興趣能推動(dòng)學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行探索性的學(xué)習(xí),而且在學(xué)習(xí)中主動(dòng)克服困難,排除干擾;2.可促使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中將流體知識(shí)運(yùn)用到專業(yè)課中,使知識(shí)融會(huì)貫通,有利于加深對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解;3.可幫助學(xué)生了解學(xué)科的前沿動(dòng)態(tài),吸收最新知識(shí),有利于學(xué)生對(duì)個(gè)人求學(xué)生涯的整體規(guī)劃,優(yōu)化職業(yè)生涯。

二、定位教材,擴(kuò)展內(nèi)容

很多工科院校都開設(shè)了工程流體力學(xué),針對(duì)不同的專業(yè),流體力學(xué)的學(xué)習(xí)側(cè)重點(diǎn)肯定不一樣,那么對(duì)于石油工程專業(yè)而言,流體力學(xué)知識(shí)服務(wù)于鉆井、采油,偏重于工程運(yùn)用,所以在講授過(guò)程中不必要求學(xué)生熟練掌握每一個(gè)公式的推導(dǎo)過(guò)程,只需了解就可以,更多講解與專業(yè)相關(guān)的實(shí)際運(yùn)用,那么教材的選擇就很重要了。廣泛閱讀流體教材,選擇與專業(yè)最匹配的教材是首要任務(wù)。目前市面上有很多版本內(nèi)容不同的教材,在定位教材后,難免教材在編排上不是盡善盡美,那么就要對(duì)選定教材的內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄U(kuò)展,可以加深加寬知識(shí)體系,更有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

三、講究課堂內(nèi)教學(xué)方法和手段

自工作來(lái),對(duì)于教學(xué)方法和手段進(jìn)行了不斷的摸索完善,工程流體力學(xué)側(cè)重于應(yīng)用流體力學(xué)的基本原理、理論與方法研究,解決工程實(shí)際問(wèn)題。研究方法也遵循“實(shí)踐-理論-實(shí)踐”的基本規(guī)律。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)學(xué)生最大的問(wèn)題在于――不知道怎么學(xué),不是學(xué)不會(huì),而是沒(méi)有找到適合這門課的學(xué)習(xí)方法。所以需要教師講究課堂教學(xué)方法,采用合適的教學(xué)手段,讓學(xué)生不至于感到知識(shí)晦澀難懂,繼而失去學(xué)習(xí)興趣。例如:每次上課前提問(wèn)回答上次課的學(xué)習(xí)重點(diǎn)內(nèi)容,集中學(xué)生的注意力,在此同時(shí)給了學(xué)生收拾情緒的時(shí)間,以利于新課的講授;在上課過(guò)程中對(duì)于有散發(fā)性的問(wèn)題,可以采用提問(wèn)的方式調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)思考,并給予一定的獎(jiǎng)勵(lì);如果章節(jié)內(nèi)容相對(duì)簡(jiǎn)單易懂,可以促使學(xué)生自己上臺(tái)講授,一方面激發(fā)學(xué)生自主學(xué)通學(xué)透,另一方面建立學(xué)生強(qiáng)大的自信心。

四、積極收集反饋信息

一方面在課間與學(xué)生主動(dòng)溝通,了解學(xué)生的思想動(dòng)態(tài),拉近與學(xué)生的距離,才能最廣化地獲得反饋信息,師生關(guān)系。另一方面及時(shí)布置練習(xí),既要起到鞏固的作用,又要充分發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)難點(diǎn),然后有的放矢的解決難題。要想獲得預(yù)期的效果,教師在布置作業(yè)前必須精心研究習(xí)題內(nèi)容,布置有代表性的習(xí)題,既不重復(fù)也不遺漏,然后盡快批改作業(yè),在知識(shí)遺忘的截止時(shí)間前糾正錯(cuò)誤,使學(xué)生形成正確的知識(shí)結(jié)構(gòu)。

五、善用多媒體工具

隨著科技越來(lái)越發(fā)達(dá),原本的板書形式慢慢遠(yuǎn)離學(xué)生的視線,取而代之的是多媒體教學(xué),在充分享受信息化的同時(shí),要考慮學(xué)生的接受能力與接受程度。目前學(xué)生普遍反映多媒體教學(xué)雖然信息量大,但對(duì)于較大的信息量,學(xué)生難以全部接受,更容易形成抵觸心理。在充分征求學(xué)生的意見(jiàn)后,得到的結(jié)論是:善用多媒體工具――用于展示圖片、動(dòng)畫和教學(xué)影像。

將板書與多媒體合理地結(jié)合在一起,板書用于基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí),多媒體展示流體復(fù)雜的流動(dòng)狀態(tài)與工程實(shí)際運(yùn)用,便于學(xué)生的理解接受,最大化地保持學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

六、重視實(shí)驗(yàn)課

目前,學(xué)生中普遍存在重理論輕實(shí)踐的心理,做實(shí)驗(yàn)敷衍了事,寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告只用粘貼復(fù)制就可以了,無(wú)論數(shù)據(jù)合理與否,應(yīng)付交差就完事了,數(shù)據(jù)不正常也不思考,實(shí)屬本末倒置。流體力學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的力學(xué)分支,實(shí)驗(yàn)探究不僅是教學(xué)的內(nèi)容,更是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的手段。加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、有利于培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、有利于概念的構(gòu)建、有利于模型的建立、有利于定律的導(dǎo)出、有利于結(jié)論的檢驗(yàn)、有利于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。特別是流體力學(xué)中很多經(jīng)驗(yàn)公式,都是大量做實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的,所以實(shí)驗(yàn)是理論的源泉?,F(xiàn)在實(shí)驗(yàn)課均是實(shí)驗(yàn)教師演示給學(xué)生看,然后學(xué)生參照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書依葫蘆畫瓢做一遍,遇到問(wèn)題依賴于教師,不主動(dòng)思考,完全失去了做實(shí)驗(yàn)的意義。

七、結(jié)論

工程流體力學(xué)是一門專業(yè)基礎(chǔ)課,對(duì)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)有著至關(guān)重要的意義,對(duì)工程流體力學(xué)的教學(xué)思考是永無(wú)止境的,作為一線教師,要在工作中不斷摸索實(shí)踐,積累豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),在教學(xué)中實(shí)踐改革,提高教學(xué)質(zhì)量,使學(xué)習(xí)工程流體力學(xué)的過(guò)程充滿樂(lè)趣與動(dòng)力。

參考文獻(xiàn):

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[2]黃衛(wèi)星,肖澤儀,伍勇,魏文韞.過(guò)程裝備專業(yè)工程流體力學(xué)課程的地位與教學(xué)要求[J].化工高等教育,2010,(1).

篇7

根據(jù)流體力學(xué)課程的性質(zhì)、特點(diǎn),結(jié)合自身的工程實(shí)踐經(jīng)歷和教學(xué)體會(huì),文章從優(yōu)化教材內(nèi)容、提煉講授方法、發(fā)揮傳統(tǒng)教學(xué)模式優(yōu)勢(shì)、挖掘多媒體教學(xué)潛力、培養(yǎng)學(xué)生科研能力等方面,探討了流體力學(xué)課程教學(xué)改革的具體措施和成效,提出了有益于學(xué)生理解流體力學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容的教學(xué)方法。此研究對(duì)改善流體力學(xué)課程的教學(xué)效果、探索大專業(yè)背景下的專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)模式有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞:流體力學(xué); 教學(xué)改革; 實(shí)踐教學(xué); 創(chuàng)新能力

中圖分類號(hào):G420 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):

10052909(2013)04004103

流體力學(xué)是關(guān)于流體機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其應(yīng)用的一門學(xué)科,是力學(xué)的一個(gè)分支。中國(guó)各高校的土木工程、流體機(jī)械、農(nóng)林、石油化工等專業(yè)均開設(shè)了流體力學(xué)課程,它屬于專業(yè)基礎(chǔ)課。

該門課所涉及的基本原理和基礎(chǔ)理論對(duì)專業(yè)課的學(xué)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)以至解決工程實(shí)際問(wèn)題等起著非常重要的理論支撐作用和指導(dǎo)意義。尤其對(duì)于工科學(xué)生,他們畢業(yè)后大部分在生產(chǎn)一線從事技術(shù)管理工作,必須具備一定的專業(yè)基礎(chǔ)、技術(shù)應(yīng)用和現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)能力。這就要求流體力學(xué)課程教學(xué)將理論知識(shí)與實(shí)踐能力培養(yǎng)相結(jié)合,將課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合,不斷改進(jìn)教學(xué)方法,積極探索適應(yīng)工科學(xué)生專業(yè)設(shè)置和就業(yè)主導(dǎo)方向的課程教學(xué)新模式。蘭州交通大學(xué)在土木工程、環(huán)境工程、市政工程、建筑環(huán)境與設(shè)備工程、熱能動(dòng)力工程等專業(yè)均開設(shè)了流體力學(xué)課,在長(zhǎng)期的教學(xué)實(shí)踐中積累了一些該課程的教學(xué)體會(huì)。

一、優(yōu)化教材內(nèi)容,課堂講解力求深入淺出

流體力學(xué)課程體系的主要內(nèi)容包括基本理論和實(shí)驗(yàn)兩大部分。由于流體力學(xué)學(xué)科的快速發(fā)展以及社會(huì)對(duì)各專業(yè)學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)要求的不斷變化,有些在用教材已不能滿足教學(xué)要求。因此,教師在備課時(shí)要盡可能多地參閱質(zhì)量高、實(shí)用性強(qiáng)的教材,力求對(duì)同一個(gè)問(wèn)題進(jìn)行多角度分析。教學(xué)中應(yīng)將不同教材版本的不同提法告訴學(xué)生,讓學(xué)生課后獨(dú)立思考并提出自己的見(jiàn)解。在制定教學(xué)計(jì)劃時(shí),應(yīng)該從課程內(nèi)容的系統(tǒng)性和完整性出發(fā),將教材原有章節(jié)順序重新調(diào)整,便于學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解。比如,在講解流體運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)、動(dòng)

力學(xué)基礎(chǔ)時(shí),先從粘性流體三維不可壓縮流動(dòng)的運(yùn)動(dòng)微分

方程(即N-S方程)入手,對(duì)實(shí)際流體的流動(dòng)特征進(jìn)行描述,學(xué)生就可獲得流體動(dòng)力學(xué)的基本輪廓,進(jìn)而了解只要該方程中粘性力項(xiàng)為零就可得到理想流體運(yùn)動(dòng)微分方程。在此基礎(chǔ)上,再令加速度項(xiàng)為零(即流體處于靜止?fàn)顟B(tài)或相對(duì)平衡狀態(tài)),就可得到流體平衡微分方程(即歐拉方程)。通過(guò)這一調(diào)整,省去了許多推導(dǎo)過(guò)程,而且也能讓學(xué)生對(duì)流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的力學(xué)機(jī)制有更明晰的認(rèn)識(shí)。

在課堂講解上,教師要力求做到深入淺出。流體力學(xué)中的一些公式或方程的推導(dǎo)過(guò)程很繁雜,教師過(guò)多地羅列推導(dǎo)內(nèi)容會(huì)導(dǎo)致學(xué)生的厭學(xué)情緒,甚至有些聽(tīng)不懂的干脆就放棄學(xué)習(xí)。比如,在講解流體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)分析時(shí),可以將多數(shù)學(xué)生兒時(shí)玩的“泥球沿坡面下滾”游戲作為例子來(lái)講解,因?yàn)榇蟛糠謱W(xué)生有過(guò)這樣的親身體驗(yàn),他們很容易理解泥球在滾動(dòng)的同時(shí)將伴隨變形和旋轉(zhuǎn),這樣后面的推導(dǎo)就容易被學(xué)生接受了。在講解管嘴出流時(shí),可以學(xué)生每天接觸的水龍頭用水的例子。比如在12∶00-13∶00期間用水,12∶00時(shí)流出水龍頭的水流速度很大,隨著鍋筒內(nèi)水位的逐漸下降,到接近13∶00時(shí)用水,在同樣的水龍頭開度下,水龍頭內(nèi)的水流速度明顯要比12∶00時(shí)的流速小,學(xué)生由此很容易理解有效作用水頭與排水量的關(guān)系。

二、發(fā)揮傳統(tǒng)教學(xué)模式的優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)教學(xué)模式即教師以講解、板書的形式將知識(shí)傳授給學(xué)生的一種教學(xué)方法。該方法在不同層次的教學(xué)活動(dòng)中發(fā)揮了積極的作用。教師生動(dòng)、形象的描述以及肢體語(yǔ)言能使學(xué)生有身臨其境之感,這種教學(xué)模式有利于教師主導(dǎo)作用的發(fā)揮,教師可以根據(jù)課堂上學(xué)生的反應(yīng)來(lái)適時(shí)調(diào)整講解速度和思路,并以板書的形式突出重點(diǎn)和難點(diǎn)。流體力課程中有相當(dāng)一部分內(nèi)容是力學(xué)知識(shí)和數(shù)學(xué)知識(shí)的綜合,只有通過(guò)嚴(yán)密推導(dǎo)或作圖才能比較透徹地講清其基本原理。比如連續(xù)性方程、能量方程、動(dòng)量方程、(N-S)方程等是流體力學(xué)中的經(jīng)典理論,也是難點(diǎn)所在。只有通過(guò)板書推導(dǎo),學(xué)生才能理解其物理事實(shí),明確其解決工程問(wèn)題的一般思路和步驟。流體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)分析一節(jié)是運(yùn)動(dòng)學(xué)中的核心內(nèi)容,許多學(xué)生很難理解流體微團(tuán)能同時(shí)具有“平動(dòng)、變形(線變形和角變形)、旋轉(zhuǎn)”三種運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。這就要求教師從介紹速度分解定理入手,通過(guò)理論推導(dǎo)和對(duì)流體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)變形的圖示兩種方法來(lái)講解。水擊現(xiàn)象中伴隨管道中壓力和流速交替變化從而引起壓力波的“順向”及“逆向”傳播過(guò)程,如果不通過(guò)在黑板上逐步圖示的方法,學(xué)生很難明白水擊發(fā)生的物理實(shí)質(zhì)。另外,傳統(tǒng)教學(xué)方法也能展示教師的板書和繪圖功底。如果教師的書法很漂亮,徒手繪圖效果好,能增加學(xué)生對(duì)教師的敬重感,從而激發(fā)他們對(duì)流體力學(xué)課程的學(xué)習(xí)興趣。

三、深挖多媒體教學(xué)潛力

隨著科技的飛速發(fā)展和國(guó)家對(duì)教學(xué)投資力度的加大,現(xiàn)代化的教學(xué)手段在提高課程教學(xué)質(zhì)量上發(fā)揮了重要作用。在流體力學(xué)課程教學(xué)中,通過(guò)播放課件、視頻、教學(xué)片等,能讓學(xué)生很直觀地理解流體流動(dòng)的具體特征。比如,漩渦的形成、管嘴出流時(shí)真空區(qū)的形成、兩個(gè)相鄰局部阻礙之間的干擾等現(xiàn)象,這些內(nèi)容用枯燥的文字描述是很難理解的,但利用多媒體演示,學(xué)生從動(dòng)態(tài)的、形象逼真的圖像中就很容易理解流體力學(xué)現(xiàn)象。紊流是一種高度復(fù)雜的三維非穩(wěn)態(tài)、有旋流動(dòng)。對(duì)其流動(dòng)規(guī)律的研究一直是流體力學(xué)學(xué)科領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。紊流中,存在高流速層的流體質(zhì)點(diǎn)進(jìn)入低流速層,并與低流速層質(zhì)點(diǎn)發(fā)生動(dòng)量交換,以及低流速層流體質(zhì)點(diǎn)進(jìn)入高流速層與高流速層質(zhì)點(diǎn)發(fā)生動(dòng)量交換的過(guò)程。過(guò)去教師通過(guò)板書圖示講解之后,仍有近70%的學(xué)生不理解雷諾應(yīng)力與紊流脈動(dòng)的因果關(guān)系。但是,通過(guò)動(dòng)漫形式顯示具有不同初速度的流體質(zhì)點(diǎn)進(jìn)入另一流層后對(duì)兩個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)速度在不同方向的影響過(guò)程,使這一復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化,學(xué)生也容易接受。另外,利用教學(xué)錄像,學(xué)生對(duì)流體力學(xué)現(xiàn)象尤其是大海的潮起潮落、龍卷風(fēng)運(yùn)動(dòng)、橋墩后尾流變化,以及1940年美國(guó)塔科馬海峽大橋由于風(fēng)振而坍塌的整個(gè)過(guò)程印象深刻。多年的經(jīng)驗(yàn)表明:多媒體在教學(xué)中的運(yùn)用對(duì)于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)流體力學(xué)的興趣、增強(qiáng)求知欲、開闊視野起到了積極的作用。但是,多媒體教學(xué)潛力的開發(fā)取決于教師的前期投入,也就是說(shuō),授課前教師必須投入大量的精力制作多媒體課件,使其包含豐富的教學(xué)內(nèi)容,同時(shí)還能調(diào)動(dòng)學(xué)生積極的參與意識(shí)[1]。只有這樣,作為傳統(tǒng)教學(xué)方法輔助手段的多媒體教學(xué),才能在幫助學(xué)生理解難點(diǎn)、掌握重點(diǎn)、提高學(xué)習(xí)效率上發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

四、加強(qiáng)科研實(shí)訓(xùn),開闊學(xué)生視野

引導(dǎo)學(xué)生參與科研活動(dòng),在科學(xué)研究中增長(zhǎng)學(xué)生的專業(yè)知識(shí),開闊學(xué)生的學(xué)術(shù)視野。教師在完成課堂教學(xué)任務(wù)之后,就課內(nèi)某一知識(shí)點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)文獻(xiàn),開展科學(xué)研究,培養(yǎng)學(xué)生的科研意識(shí),提高其認(rèn)知水平。學(xué)生以書面形式定期反映自己在查閱文獻(xiàn)和學(xué)習(xí)研究中的收獲。教師根據(jù)學(xué)生書面總結(jié)的完成情況給予評(píng)價(jià)。此外,教師也鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)參與校內(nèi)外的科研活動(dòng),并定期寫出自己的體會(huì)交指導(dǎo)教師評(píng)定[2-3]。學(xué)生參與的科研內(nèi)容即使與其所學(xué)專業(yè)的學(xué)科領(lǐng)域有一定距離,也將得到支持,因?yàn)閰⑴c科研活動(dòng)對(duì)學(xué)生能起到開闊視野、激發(fā)科研熱情、訓(xùn)練科研思維的作用[4]。同時(shí)還將進(jìn)一步密切科學(xué)研究與專業(yè)學(xué)習(xí)之間的關(guān)系,為學(xué)生進(jìn)入更高層次的學(xué)習(xí)和工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[3]。

流體力學(xué)是一門系統(tǒng)性和理論性都較強(qiáng)的課程,它既體現(xiàn)了經(jīng)典力學(xué)的基本思想,也反映了數(shù)學(xué)、物理、機(jī)械等多學(xué)科在現(xiàn)代工程中的交叉應(yīng)用。在學(xué)分制教學(xué)管理體制和大專業(yè)背景下的人才培養(yǎng)模式,根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)和專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)來(lái)尋求合適的教學(xué)方法,構(gòu)建有創(chuàng)新特色的流體力學(xué)課程教學(xué)改革體系,是一個(gè)艱難而漫長(zhǎng)的過(guò)程,還需要在今后的教學(xué)工作中作出更多的努力。

參考文獻(xiàn):

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[2] 王燁, 孫三祥, 張濟(jì)世.《水泵及水泵站》課程設(shè)計(jì)教學(xué)新模式研究[J].高等建筑教育, 2010, 19(3): 117-119.

[3] 王燁, 陳煥新.《水泵及水泵站》課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革[J].高等建筑教育, 2011, 20(3): 91-94.

[4] 馬寶峰,李巖, 郭輝,等.基于科研問(wèn)題的力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究與實(shí)踐[J].力學(xué)與實(shí)踐, 2012,34(1): 103-105.

Investigation and practice on multiangle teaching method of fluid mechanics

WANG Yea, LI Yaningb

(a. School of Environmental and Municipal Engineering; b. School of Automation and Electrical Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Gansu 730070, P. R. China)

Abstract:

篇8

從中國(guó)科技館獲悉,中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所研究員、博士生導(dǎo)師、中國(guó)科學(xué)院院士、力學(xué)研究所學(xué)術(shù)委員會(huì)主任李家春日前在中國(guó)科技館開辦主題為“身邊的流動(dòng)”的講座,通過(guò)唐代詩(shī)人李白和張繼的名詩(shī)《早發(fā)白帝城》和《楓橋夜泊》解釋古人觀察到的流動(dòng)現(xiàn)象。探尋日本“3?11”海嘯與福島核泄漏、2011年極端氣象災(zāi)害和美國(guó)航天飛機(jī)退役等事件當(dāng)中的流體力學(xué)的原理。

我們身邊存在著很多流體現(xiàn)象,也許看不見(jiàn)、摸不著,然而它們就像空氣和水,是一種重要的存在,影響著我們的生活。氣象災(zāi)害、日本海嘯、美國(guó)航天飛機(jī)的退役等均與流體力學(xué)有著密切的關(guān)系。由此可見(jiàn),身邊的流體現(xiàn)象無(wú)處不在。日前,中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所研究員,博士生導(dǎo)師,中國(guó)科學(xué)院院士李家春來(lái)到了中國(guó)科學(xué)技術(shù)館與廣大市民面對(duì)面,為我們?cè)敿?xì)講解“身邊的流動(dòng)”。

李家春說(shuō),2011年,人們?cè)庥隽吮姸鄻O端事件:日本海底地震導(dǎo)致海嘯和福島電站核泄漏;澳大利亞颶風(fēng)、我國(guó)干旱與洪水災(zāi)害等異常氣候問(wèn)題,而它們的預(yù)測(cè)、預(yù)警都是流體力學(xué)的前沿問(wèn)題。同樣是在這一年,美國(guó)航天飛機(jī)歷經(jīng)30年,共飛行130余次,而后全面退役。在其退役的種種原因中,防熱系統(tǒng)不可靠等安全問(wèn)題,成為流體力學(xué)工作者需著力解決的重要課題。

日本海嘯與流體有關(guān)

“日本‘3?11’地震海嘯災(zāi)害傷亡慘重,并導(dǎo)致了福島第一核電站的核泄漏。海嘯災(zāi)害的發(fā)生需要幾個(gè)條件,其中包括6.5級(jí)以上的海底地震、震源深度小于50公里、海底板塊垂向運(yùn)動(dòng)等。傳播到淺海海灣和海灘地區(qū),因水的積聚和涌升而致災(zāi),在夾帶雜物以后沖擊力更強(qiáng)。利用地震波與海嘯傳播的速度差,可以預(yù)警防災(zāi)。”李家春說(shuō),“為什么日本這次沒(méi)有做好呢?原因有兩個(gè),一個(gè)是震源很近,離海岸線僅133公里,時(shí)間差很短;第二在于日本沒(méi)有預(yù)見(jiàn)到九級(jí)地震會(huì)造成如此大海嘯,防波堤設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低。如果核電站建在西海岸就要好得多?!?/p>

氣候異常緣于大氣環(huán)流非常不規(guī)則

2011年氣候的異常使人類遭受很多損失。澳大利亞百年難遇的“雅斯”颶風(fēng);韓國(guó)首爾百年一遇的暴雨;包括北京城區(qū)內(nèi)洪水也相對(duì)嚴(yán)重。氣候異常究竟緣由何在?李家春對(duì)此解釋:“由于海陸分布、地形高低、植被覆蓋、土壤干濕等因素,還有諸如地球自身的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)、日地關(guān)系、太陽(yáng)活動(dòng)、火山爆發(fā)等自然原因,大氣環(huán)流是非常不規(guī)則的。近百年來(lái),還有溫室氣體排放等人類活動(dòng)的干擾,導(dǎo)致全球變暖,大氣活動(dòng)增強(qiáng),表現(xiàn)為平均值緩慢上升,在平均值上下幅度的變化也增大。”

美國(guó)航天飛機(jī)退役,因?yàn)榉罒嵯到y(tǒng)沒(méi)有設(shè)計(jì)好

美國(guó)航天飛機(jī)退役原因也是矚目的焦點(diǎn)之一。我們知道,航天飛機(jī)的好處是運(yùn)送量大,把人和物資運(yùn)到空間站去,所以人能夠長(zhǎng)期地在空間站進(jìn)行科學(xué)活動(dòng);可以多次往返,似乎可以節(jié)省費(fèi)用;還有一個(gè)好處就是回地落點(diǎn)比較準(zhǔn)確。李家春說(shuō):“航天飛機(jī)退役最重要的原因是,防熱系統(tǒng)沒(méi)有設(shè)計(jì)好,維修費(fèi)用很高,失事率高。兩次失事,一次是挑戰(zhàn)者號(hào),一次是哥倫比亞號(hào),犧牲了14個(gè)人,這樣就不經(jīng)濟(jì)、不安全了。所以在2011年的2月、5月、7月,發(fā)現(xiàn)號(hào)、奮進(jìn)號(hào)和亞特蘭蒂斯號(hào)最終退役。兩架失事,三架放到博物館?!?/p>

詩(shī)詞里的“流動(dòng)”

有誰(shuí)想到古人的詩(shī)詞中蘊(yùn)藏著豐富的流體現(xiàn)象呢?在講座上,李家春先以大家耳熟能詳?shù)钠哐越^句《早發(fā)白帝城》為例,“朝辭白帝彩云間,千里江陵一日還。兩岸猿聲啼不住,輕舟已過(guò)萬(wàn)重山。”這首詩(shī)將詩(shī)人遇赦后愉快的心情以及江山的壯麗多姿融為一體,描寫的淋漓盡致,而“輕舟已過(guò)萬(wàn)重山”這順?biāo)兄鄣牧鲿齿p快則體現(xiàn)出了一種流動(dòng)現(xiàn)象。

李家春說(shuō):“為什么三峽建成前后,船的航速不一樣?沒(méi)建三峽之前可以輕快如飛。三峽工程建成以后,‘高峽出平湖’,流速就大大減緩了。實(shí)際上,這是由于河道的比降不同,也就是說(shuō)水面的坡度不同所致。河水流動(dòng)的動(dòng)力,來(lái)自于重力沿著底坡的分量,比降大,該分量也大,所以流速也就增加了?!?/p>

此外李家春還舉出《楓橋夜泊》里的一句“姑蘇城外寒山寺,夜半鐘聲到客船。”從表意來(lái)講,是說(shuō)蘇州城外的寒山古寺,半夜敲響的鐘聲傳到了詩(shī)人的船頭。那為什么晚上寒山寺的鐘聲能傳過(guò)來(lái)?“這里面反映了一個(gè)科學(xué)原理,”李家春說(shuō),“聲波在大氣當(dāng)中的折射現(xiàn)象。到了晚上,大氣的密度處于穩(wěn)定層結(jié),上輕下重,這樣聲音就會(huì)全反射回來(lái),而白天的分層情況不同,所以可能聽(tīng)不到鐘聲?!?/p>

延伸閱讀

現(xiàn)代流體力學(xué)具有先導(dǎo)作用

什么是流體力學(xué)?在講座上李家春通過(guò)解答流體和固體的差別、流體的相態(tài)以及流體運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)形式等問(wèn)題,說(shuō)明了流體力學(xué)是研究流體介質(zhì)的對(duì)流、擴(kuò)散,以及相伴的物理、化學(xué)、生物過(guò)程,導(dǎo)致質(zhì)量、動(dòng)量、能量輸送的現(xiàn)象。

流體力學(xué)既是一門經(jīng)典學(xué)科又是一門現(xiàn)代學(xué)科。在17世紀(jì),牛頓基于前人的天文觀測(cè)和力學(xué)實(shí)驗(yàn),發(fā)明了微積分,并總結(jié)出機(jī)械運(yùn)動(dòng)三大定律和萬(wàn)有引力定律,發(fā)表了著名的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書。由于原理是普適自然與工程各個(gè)領(lǐng)域的規(guī)律,從而使力學(xué)成為自然科學(xué)的先導(dǎo)。

自20世紀(jì)60年代以來(lái),由于超級(jí)計(jì)算機(jī)、先進(jìn)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,力學(xué)進(jìn)一步凸顯宏微觀結(jié)合和學(xué)科交叉的特征,并進(jìn)入現(xiàn)代力學(xué)發(fā)展新階段。李家春說(shuō):“現(xiàn)代流體力學(xué)在航空航天、海洋海岸、環(huán)境能源、生物醫(yī)學(xué)、材料信息等諸多工程領(lǐng)域都發(fā)揮著不可或缺的作用。因此,現(xiàn)代流體力學(xué)不僅是一門重要的基礎(chǔ)學(xué)科,而且在同國(guó)家經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展相關(guān)的各個(gè)工程技術(shù)領(lǐng)域仍具先導(dǎo)作用?!?/p>

流體力學(xué)的發(fā)展歷程

流體力學(xué)歷史悠久,它發(fā)展的過(guò)程可以分成四個(gè)階段:基于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的古代流體力學(xué),基于嚴(yán)密數(shù)學(xué)理論的經(jīng)典流體力學(xué),基于物理洞察力的近代流體力學(xué),以及基于現(xiàn)代高新技術(shù)的現(xiàn)代流體力學(xué)。

西方的古代力學(xué),最早的有阿基米德的浮力原理和提水機(jī),達(dá)?芬奇的撲翼機(jī)和降落傘,以及哈根?泊肖葉的管流實(shí)驗(yàn)。這些也都是流體力學(xué),而且西方關(guān)于定量化的研究做得好,并上升為規(guī)律和理論。經(jīng)典力學(xué)則以牛頓力學(xué)體系的建立為代表,主要推廣到連續(xù)介質(zhì)――就是像水、空氣這樣的介質(zhì)。李家春說(shuō),經(jīng)典力學(xué)可以得到很多理論公式,但是也面臨困難,比如說(shuō)解決不了飛機(jī)的問(wèn)題。而近代力學(xué)靠的是物理思想,在1904年,普朗特在海德堡數(shù)學(xué)會(huì)上提出了邊界層理論,解決了阻力和飛機(jī)設(shè)計(jì)問(wèn)題。如果沒(méi)有這個(gè)理論,到現(xiàn)在為止,我們不可能坐飛機(jī)在十幾個(gè)小時(shí)到達(dá)紐約。

“中國(guó)古代的流體力學(xué)有很多好成就和貢獻(xiàn),最重要的一個(gè)貢獻(xiàn),就是2000多年前的都江堰水利工程?!崩罴掖赫f(shuō),“魚嘴分水堤嚴(yán)格控制內(nèi)外江的水沙量,飛沙堰溢洪道控制洪水量,寶瓶口起著一個(gè)水庫(kù)的作用,這些都是流體力學(xué)原理?!?/p>

專家答疑

疑問(wèn):要解決比如說(shuō)航天、海洋、能源、環(huán)境問(wèn)題,是用數(shù)學(xué)模式、物理思想、現(xiàn)代的超級(jí)計(jì)算機(jī),還是兼而有之?

李家春:關(guān)于研究手段,比如氣候預(yù)報(bào),需要的計(jì)算量非常大,單純靠手算是不現(xiàn)實(shí)的。100年以前曾有一位天文學(xué)家預(yù)測(cè)一個(gè)天體運(yùn)動(dòng),推導(dǎo)了100多項(xiàng),后來(lái)發(fā)現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)了,結(jié)果算了一輩子都白算了,所以沒(méi)有計(jì)算機(jī)不行。但是現(xiàn)在有另外一種趨向,就是年輕人不愛(ài)學(xué)數(shù)學(xué)、物理,單單學(xué)計(jì)算機(jī),而且公式不推了,程序也不編了,為什么啊?因?yàn)橛熊浖H思揖幒贸塘耍恍枰斶M(jìn)去數(shù)據(jù),結(jié)果就能出來(lái),挺不錯(cuò)啊,就是他不了解里邊的含義,錯(cuò)了也沒(méi)法改,這是不行的。只有學(xué)習(xí)了數(shù)學(xué)、物理中基本的知識(shí)以后,才能了解算出來(lái)東西對(duì)還是不對(duì),了解里邊的規(guī)律是什么,才能做到創(chuàng)新。

疑問(wèn):如果某些力學(xué)問(wèn)題解決了,它能夠帶動(dòng)哪些技術(shù),解決人類的哪些問(wèn)題?

李家春:我舉個(gè)例子――湍流,這是一個(gè)百年的難題。湍流是1883年雷諾發(fā)現(xiàn)的,實(shí)際上在我們周圍到處都是,水流里邊、大氣里邊到處是湍流現(xiàn)象。但解決它又非常難,因它是無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。20世紀(jì)以來(lái)有很大進(jìn)步,第一條,就是把它的發(fā)生原因、轉(zhuǎn)變過(guò)程、統(tǒng)計(jì)規(guī)律以及它的結(jié)構(gòu)弄清楚了,但現(xiàn)在要預(yù)測(cè)它,對(duì)飛行力學(xué)、空氣阻力、傳熱這些現(xiàn)象十分重要。另一方面,因?yàn)樗某叨确浅P。?jì)算機(jī)能力還不行,現(xiàn)在十的七次方已經(jīng)很多了,它可能要算到十的十五次方,現(xiàn)在做不到,所以還要靠大腦的智慧。大家要知道,不必要把所有物質(zhì)都分辨到原子、分子,這不可能,只有依靠物理思想對(duì)小尺度的現(xiàn)象建立模型,進(jìn)行簡(jiǎn)化,計(jì)算量就大大減少了。所以還要學(xué)普朗特的精神。如果這個(gè)問(wèn)題解決了,實(shí)現(xiàn)了減阻,每年都能省很多石油,可以把環(huán)境污染問(wèn)題做得更好。

另外,污染處理問(wèn)題。流水不腐,戶樞不蠹。水流動(dòng)起來(lái)了就不會(huì)發(fā)生污染,這是非常簡(jiǎn)單的原理。但是處理污染事件時(shí),做環(huán)境的人往往只用化學(xué)的方法,或者只用生態(tài)的方法,而不用流動(dòng)的辦法。實(shí)際上處理蘇州河的時(shí)候,做流體力學(xué)就考慮利用潮水漲落把污染物帶出去,這能提高效率、節(jié)省費(fèi)用。昆明的滇池到現(xiàn)在為止也沒(méi)有解決好。所以光靠化學(xué)不行,一定要用流體力學(xué)原理,利用或產(chǎn)生流動(dòng),使得水活起來(lái),污染就可以治理好了。

篇9

論文摘要:通過(guò)工程流體力學(xué)教學(xué)實(shí)踐,探討多媒體教學(xué)在授課過(guò)程中產(chǎn)生的效果。提出了在工程流體力學(xué)教學(xué)活動(dòng)中將多媒體技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)手段相結(jié)合,活躍課堂氣氛,提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性,達(dá)到優(yōu)化教學(xué)效果的目標(biāo)。

一、前言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展,多媒體教學(xué)已被高等院校廣泛采用,并深受廣大師生的歡迎。因此,利用多媒體教學(xué)手段開發(fā)學(xué)習(xí)資源,構(gòu)建新的教學(xué)模式,達(dá)到最佳教學(xué)效果,成為國(guó)內(nèi)外提高教學(xué)質(zhì)量、改革教學(xué)方式的重要手段。

本文通過(guò)工程流體力學(xué)教學(xué)實(shí)踐,探討多媒體教學(xué)在授課過(guò)程中產(chǎn)生的效果。提出了在工程流體力學(xué)教學(xué)活動(dòng)中將多媒體技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)手段相結(jié)合,活躍課堂氣氛,提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。達(dá)到優(yōu)化教學(xué)效果的目標(biāo)。

二、傳統(tǒng)教學(xué)模式的利與弊

傳統(tǒng)教學(xué)模式歷史悠久,教育理論成熟,已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。在傳統(tǒng)教學(xué)中,通過(guò)教師的形象、生動(dòng)的講述,學(xué)生易于接受,師生之間可以面對(duì)面地探討疑難問(wèn)題。對(duì)于工程流體力學(xué)而言,教學(xué)內(nèi)容不可避免地會(huì)涉及到數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo),傳統(tǒng)的板書教學(xué)方式即可以留給學(xué)生更多的思考時(shí)間,同時(shí)又可以加深學(xué)生對(duì)公式推導(dǎo)過(guò)程的理解,加強(qiáng)記憶。然而傳統(tǒng)式教學(xué)主要依靠粉筆與黑板的教學(xué)條件,是以教師為主體的教學(xué)模式,從而大大降低了教學(xué)效率,也扼殺了學(xué)生個(gè)性的發(fā)揮和創(chuàng)意的產(chǎn)生。

三、多媒體教學(xué)的特點(diǎn)

多媒體教學(xué)以其鮮明的教學(xué)特點(diǎn),豐富的教學(xué)內(nèi)容,形象生動(dòng)的教學(xué)情景,在教學(xué)過(guò)程中發(fā)揮了重要的作用:

第一,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,有利于提高課堂效率。興趣是學(xué)生獲取知識(shí)、拓寬視野、豐富心理活動(dòng)最主要的推動(dòng)力。多媒體技術(shù)綜合應(yīng)用文字、圖片、動(dòng)畫和視頻等資料來(lái)進(jìn)行教學(xué)活動(dòng),激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,從根本上改變了傳統(tǒng)教學(xué)模式的單調(diào)性。而且多媒體教學(xué)可以充分發(fā)揮學(xué)生聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)等器官對(duì)信息的接收,對(duì)學(xué)生的眼、耳等器官進(jìn)行多重刺激,從而活躍學(xué)生的思維,增強(qiáng)學(xué)生記憶力,提高課堂效率。第二,直觀、易懂,有利于提高教學(xué)質(zhì)量。流體力學(xué)是從力學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā),主要研究流體所遵循的宏觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及流體和周圍物體之間的相互作用規(guī)律的科學(xué),在日常生活和各種工程實(shí)際中具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,是動(dòng)力工程和流體機(jī)械專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。與固體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相比,流體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中存在諸如激波、接觸面間斷、兩相流體之間相互摻混等復(fù)雜現(xiàn)象。 多媒體教學(xué)手段能夠通過(guò)圖片、動(dòng)畫和視頻資料等直觀、清晰地觀看復(fù)雜的流動(dòng)現(xiàn)象,使學(xué)生較容易地掌握相關(guān)內(nèi)容,提高教學(xué)質(zhì)量。第三,增加教學(xué)容量,節(jié)約空間和時(shí)間。工程流體力學(xué)研究?jī)?nèi)容較多,涉及范圍較廣,在有限的課時(shí)內(nèi)傳授給學(xué)生的信息量較大。傳統(tǒng)教學(xué)中知識(shí)的傳播主要靠教師的口授與黑板板書,在一定程度上限制了課堂信息的含量,多媒體教學(xué)充分地利用了電腦能夠存貯大量信息的優(yōu)勢(shì),授課的信息量明顯增多,教學(xué)內(nèi)容更加豐富,使學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)接收更多的知識(shí),開闊了學(xué)生視野,增加課堂知識(shí)的容量,提高了教學(xué)的效率。

四、多媒體教學(xué)手段與傳統(tǒng)教學(xué)方式相結(jié)合

多媒體教學(xué)的發(fā)展并不意味著摒棄一切傳統(tǒng)的教學(xué)方法和手段,而是將多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)方式相結(jié)合,揚(yáng)長(zhǎng)避短,發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì),更好地服務(wù)于教學(xué)工作。

工程流體力學(xué)教學(xué)內(nèi)容主要包括兩大部分,理論教學(xué)和流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

工程流體力學(xué)理論教學(xué)部分包含大量流體力學(xué)的基本概念、基本方程和一些復(fù)雜的流動(dòng)現(xiàn)象。例如在教學(xué)過(guò)程中,流體靜力學(xué)基本方程的推導(dǎo)過(guò)程依然使用傳統(tǒng)教學(xué)中的板書,這樣既可以留給學(xué)生足夠的思考時(shí)間,又可以加深學(xué)生對(duì)公式推導(dǎo)過(guò)程的理解,加強(qiáng)學(xué)生的記憶能力。而對(duì)于某些基本概念和特定的流動(dòng)現(xiàn)象,可以通過(guò)多媒體教學(xué)手段,加深學(xué)生對(duì)基本概念和流動(dòng)現(xiàn)象的理解。

流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)是流體力學(xué)教學(xué)中的重要組成部分之一,貫穿于課程始終。現(xiàn)行流體力學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)方法單一,同時(shí),還受實(shí)驗(yàn)老師較少、實(shí)驗(yàn)課時(shí)有限以及設(shè)備等多種因素的影響,學(xué)生選擇的范圍極小,在很大程度上制約了學(xué)生思考問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力,不能很好地達(dá)到流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求。然而引入多媒體教學(xué)手段以后,學(xué)生可以靈活地改變實(shí)驗(yàn)條件,演示各種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn):

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【關(guān)鍵詞】實(shí)驗(yàn)考核體系;實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?;流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等學(xué)校教學(xué)工作的重要組成部分。高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)該注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ瑵M足高等教育應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的要求。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)觀察、思考和操作,來(lái)提高判斷能力和創(chuàng)新能力,做到有思想地做實(shí)驗(yàn),自主完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)應(yīng)該配合實(shí)驗(yàn)考核來(lái)具體實(shí)施,文章就此提出了一套旨在提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ牧黧w力學(xué)實(shí)驗(yàn)考核體系,對(duì)實(shí)驗(yàn)前、實(shí)驗(yàn)中、實(shí)驗(yàn)后的各個(gè)環(huán)節(jié)列出了具體的考核方法,主要包括五個(gè)考核部分:實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新和實(shí)驗(yàn)考試。

1.實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備考核

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前理解實(shí)驗(yàn)原理,明確實(shí)驗(yàn)要求,熟悉實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟,并按照要求言簡(jiǎn)意賅地編寫實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告。通過(guò)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力,加深對(duì)流體力學(xué)理論知識(shí)的理解。實(shí)驗(yàn)教師根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備情況進(jìn)行具體考核,對(duì)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告打分,對(duì)未完成實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的學(xué)生,取消其實(shí)驗(yàn)資格。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備考核占實(shí)驗(yàn)總成績(jī)的10%,詳細(xì)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1,取所有實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備考核分值的平均分作為實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備考核成績(jī)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備考核,可以起到兩個(gè)作用:一是實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備考核成績(jī)組成實(shí)驗(yàn)總成績(jī)的一部分;二是實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備考核對(duì)學(xué)生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室起到一個(gè)篩選作用。

表1 流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備考核評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

序號(hào)

評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

分值

1

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備充分,實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告規(guī)范認(rèn)真,有預(yù)習(xí)思考

10

2

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備比較充分,實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告規(guī)范認(rèn)真,有預(yù)習(xí)思考痕跡

8

3

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備基本充分,實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告規(guī)范認(rèn)真,但僅是抄書,無(wú)思考痕跡 6

4

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備不充分,實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告馬虎,不規(guī)范,無(wú)思考痕跡

4

5

未完成實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備,未完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告

在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備這一階段,實(shí)驗(yàn)教師需要給學(xué)生準(zhǔn)備具體的預(yù)習(xí)資料,包括:學(xué)生實(shí)驗(yàn)守則,規(guī)定學(xué)生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室需要遵守哪些規(guī)則;流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)要求細(xì)則,對(duì)學(xué)生說(shuō)明參加流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)的具體要求;流體力學(xué)分室平面布置圖,以便學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)室情況;流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書,主要給學(xué)生提供每個(gè)實(shí)驗(yàn)的具體指導(dǎo),如:實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法與步驟、實(shí)驗(yàn)成果及要求、實(shí)驗(yàn)分析與討論、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算表;另外,還可以補(bǔ)充說(shuō)明一下,實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告書寫要求、原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄要求、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求書寫哪些內(nèi)容等等。

特別是實(shí)驗(yàn)儀器這一塊,因?yàn)閷W(xué)生事先不熟悉儀器,實(shí)驗(yàn)時(shí)操作儀器比較困難,所以一定要先讓學(xué)生熟悉儀器設(shè)備,有必要提供實(shí)驗(yàn)儀器的說(shuō)明書。另外,實(shí)驗(yàn)教師還可以提供一些經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的介紹,如雷諾實(shí)驗(yàn)的工作環(huán)境,增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。實(shí)驗(yàn)教師可以把這些資料編寫成流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書,印發(fā)給每位學(xué)生,還可以把相關(guān)資料放到實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站上去,讓學(xué)生自行下載查閱學(xué)習(xí)。

2.實(shí)驗(yàn)操作考核

實(shí)驗(yàn)操作考核作為實(shí)驗(yàn)教師對(duì)學(xué)生連續(xù)評(píng)估的主要形式,在平時(shí)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中對(duì)學(xué)生進(jìn)行觀察,并將觀察記錄作為對(duì)學(xué)生操作能力的直接評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)操作主要考核學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能和分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力[1]。實(shí)驗(yàn)教師在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)過(guò)程中,以啟發(fā)學(xué)生思維為主,充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性,在學(xué)生提問(wèn)時(shí)予以適當(dāng)指點(diǎn)和提示,主要考察學(xué)生的動(dòng)手能力和排除故障能力。因?yàn)檫@部分考核以實(shí)驗(yàn)教師的主觀判斷為主,所以在實(shí)驗(yàn)操作考核過(guò)程中要作定性定量處理,以便實(shí)驗(yàn)操作考核具體實(shí)施。實(shí)驗(yàn)操作考核占實(shí)驗(yàn)總成績(jī)的20%,具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。下面簡(jiǎn)要介紹一下流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考核的過(guò)程。

實(shí)驗(yàn)開始時(shí),實(shí)驗(yàn)教師對(duì)每組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行觀察,簽字確認(rèn)。如能量方程(伯努利方程)實(shí)驗(yàn)開始時(shí),檢查每組學(xué)生是否將能量方程實(shí)驗(yàn)儀的所有測(cè)壓管液面調(diào)整到齊平狀態(tài),簽字確認(rèn)。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,實(shí)驗(yàn)教師檢查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作情況。如實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間是否符合要求,實(shí)驗(yàn)次數(shù)是否達(dá)標(biāo)等等。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí),實(shí)驗(yàn)教師對(duì)每位學(xué)生的實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行初步分析,判斷實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否符合規(guī)律,確保實(shí)驗(yàn)質(zhì)量。引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生分析歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)果,撰寫好實(shí)驗(yàn)報(bào)告。對(duì)實(shí)驗(yàn)有重大錯(cuò)誤、失敗或不能完成者,安排其在實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間重做。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,要求學(xué)生按要求關(guān)閉儀器,清理現(xiàn)場(chǎng),做好環(huán)境清潔工作。實(shí)驗(yàn)教師檢查每組學(xué)生儀器設(shè)備整理情況,電源是否關(guān)閉,水桶(水杯)水是否倒入水箱中,雷諾實(shí)驗(yàn)的有色水閥門是否關(guān)閉,桌面是否整理,并作相應(yīng)記錄。

表2 流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考核評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

序號(hào)

評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

扣分值

1

測(cè)壓管齊平缺認(rèn)可/次

–0.5

2

測(cè)壓管測(cè)點(diǎn)未達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求/次

–0.5

3

排氣泡缺核查/次

–0.5

4

操作時(shí)間未達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求/次

–0.5

5

操作次數(shù)未達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求/次

–1

6

儀器電源未關(guān)、閥門未關(guān)水未處理、桌面未整理/項(xiàng) –0.5

7

實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符合規(guī)律/組數(shù)據(jù)

–0.5

8

沒(méi)參加實(shí)驗(yàn)操作/個(gè)實(shí)驗(yàn)

–5

注:流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考核滿分20分,如在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,發(fā)生上述情況,則扣除相應(yīng)的分值,扣完為止。

3.實(shí)驗(yàn)報(bào)告考核

實(shí)驗(yàn)報(bào)告作為考核的依據(jù),自身存在不足的地方,既不能反映學(xué)生的操作技能,不能表現(xiàn)學(xué)生動(dòng)手解決實(shí)際問(wèn)題的能力。即使學(xué)生不動(dòng)手或不作為主要參與者,也可以寫出一份較好的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。另外,由于實(shí)驗(yàn)報(bào)告是在實(shí)驗(yàn)室外完成的,可能會(huì)出現(xiàn)修改數(shù)據(jù)的現(xiàn)象,實(shí)驗(yàn)教師也很難了解學(xué)生對(duì)某些問(wèn)題的理解程度和真實(shí)的看法。因此,實(shí)驗(yàn)報(bào)告需要補(bǔ)充一些主觀方面的報(bào)告成果,比如實(shí)驗(yàn)作業(yè)、實(shí)驗(yàn)總結(jié)等等。實(shí)驗(yàn)報(bào)告考核占實(shí)驗(yàn)總成績(jī)的30%,由三部分組成:實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)、實(shí)驗(yàn)作業(yè)成績(jī)和實(shí)驗(yàn)總結(jié)成績(jī)。

實(shí)驗(yàn)報(bào)告主要考核學(xué)生實(shí)驗(yàn)后對(duì)所做實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的分析和評(píng)價(jià),以及撰寫報(bào)告的能力,達(dá)到總結(jié)和提高的目的。實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)滿分20分,取所有實(shí)驗(yàn)報(bào)告分值的平均分作為實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī),詳細(xì)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3,主要根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算是否正確,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析是否客觀完整等評(píng)定。對(duì)于實(shí)驗(yàn)報(bào)告其固有的缺陷,流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告考核采用數(shù)據(jù)記錄復(fù)份,來(lái)避免學(xué)生修改數(shù)據(jù)。

表3 流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

序號(hào)

評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

分值

1 實(shí)驗(yàn)報(bào)告規(guī)范認(rèn)真,圖表清晰,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算正確,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析客觀完整,能做較深層的探研,優(yōu)秀 20

2 實(shí)驗(yàn)報(bào)告規(guī)范認(rèn)真,圖表清晰,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算正確,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析比較客觀,良好

16

3 實(shí)驗(yàn)報(bào)告規(guī)范,圖表清晰,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算基本正確,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析基本客觀,及格

12

4 實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式規(guī)范,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算不正確,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析不正確,不及格

8

5 未完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)作業(yè)是根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)要求精心設(shè)計(jì)的,可以加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)、補(bǔ)充和擴(kuò)展。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備時(shí),教師對(duì)將要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)提出問(wèn)題,引導(dǎo)學(xué)生深入思考。學(xué)生通過(guò)查找資料,操作實(shí)驗(yàn),編寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告,將問(wèn)題引入深層次的探究,然后回答問(wèn)題。如能量方程實(shí)驗(yàn),提出問(wèn)題:“測(cè)點(diǎn)2、3和測(cè)點(diǎn)10、11的測(cè)壓管讀數(shù)分別說(shuō)明了什么問(wèn)題?[2]”學(xué)生進(jìn)行一系列思考后探究答案。實(shí)驗(yàn)作業(yè)成績(jī)滿分5分,每個(gè)實(shí)驗(yàn)作業(yè)以5分制為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)分,最后求平均分作為實(shí)驗(yàn)作業(yè)成績(jī)。

實(shí)驗(yàn)總結(jié)在流體力學(xué)全部實(shí)驗(yàn)結(jié)束后完成。此時(shí),學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)知識(shí)、技能、儀器設(shè)備等都有了真切的體會(huì)、深刻的認(rèn)識(shí),每個(gè)人都會(huì)有不同程度的收獲。學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)總結(jié)中寫:實(shí)驗(yàn)后的收獲和感想,對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意見(jiàn)和建議,對(duì)實(shí)驗(yàn)室發(fā)展的建設(shè)性意見(jiàn)。這些信息反饋給實(shí)驗(yàn)教師,可使教師進(jìn)一步了解學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的真實(shí)感受,從而總結(jié)出寶貴的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn),改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。實(shí)驗(yàn)總結(jié)是教師提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)總結(jié)成績(jī)滿分5分,以5分制為標(biāo)準(zhǔn)打分。

4.實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新考核

實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新主要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新分兩個(gè)方向:學(xué)習(xí)性實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新和創(chuàng)造性實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新。實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新考核占實(shí)驗(yàn)總成績(jī)的20%。

對(duì)于那些創(chuàng)新能力比較薄弱的學(xué)生,可以從學(xué)習(xí)別人的已有成果開始,讓學(xué)生收集現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新實(shí)例,運(yùn)用學(xué)過(guò)的流體力學(xué)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)知識(shí)重新剖析,在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)闡明自己的觀點(diǎn),進(jìn)行答辯。學(xué)習(xí)性實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新成績(jī)滿分10分。

對(duì)于創(chuàng)新能力較強(qiáng)的學(xué)生,鼓勵(lì)學(xué)生在現(xiàn)有儀器設(shè)備基礎(chǔ)上,進(jìn)行創(chuàng)新性、設(shè)計(jì)性研究與探索,組合成為新的實(shí)驗(yàn)或量測(cè)新的內(nèi)容,也可以通過(guò)電腦進(jìn)行模擬。實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新也鼓勵(lì)改良改進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備裝置。另外,鼓勵(lì)教師教改項(xiàng)目、科研項(xiàng)目帶進(jìn)實(shí)驗(yàn)室,開設(shè)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),研制開發(fā)教學(xué)儀器設(shè)備,更新和改造舊的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和手段。

開展實(shí)驗(yàn)研究可由團(tuán)體進(jìn)行,研究的一般步驟包括:確定題目、收集資料、制訂研究計(jì)劃、實(shí)驗(yàn)測(cè)試、分析與概括、反復(fù)論證或?qū)嵺`驗(yàn)證、完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告或論文。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下,自主選題、自主進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)、自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)、開展實(shí)驗(yàn)性研究、進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析處理,撰寫研究性論文和總結(jié)報(bào)告等工作。實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新小組向全體參加同學(xué)和指導(dǎo)老師介紹實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、創(chuàng)新點(diǎn)等主要內(nèi)容,并回答同學(xué)和教師的提問(wèn),由同學(xué)和實(shí)驗(yàn)教師一起打分考核。創(chuàng)造性實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新成績(jī)滿分20分。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新求得學(xué)生的發(fā)展,教師的發(fā)展,實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展。

5.實(shí)驗(yàn)考試考核

流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)考核分兩種形式:教師與學(xué)生的交談、閉卷考試。實(shí)驗(yàn)考試考核占實(shí)驗(yàn)總成績(jī)的20%,實(shí)驗(yàn)考試成績(jī)滿分100分,其中教師與學(xué)生交談成績(jī)50分,閉卷考試成績(jī)50分。

教師與學(xué)生的交談,可以了解學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室獲得知識(shí)的掌握情況,可以評(píng)估學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解及口頭表達(dá)的技巧,以及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋等,具有教高的表面效度。

閉卷考試可以克服實(shí)驗(yàn)報(bào)告的某些缺陷。流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)考試內(nèi)容側(cè)重于實(shí)驗(yàn)方法與原理的理解,流體流動(dòng)的某些基本概念和基本原理的認(rèn)識(shí),靜態(tài)流動(dòng)參數(shù)測(cè)試方法的掌握。

綜合流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)五個(gè)部分的考核,可以給出完整的流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)考核體系,如表4所示。

表4 流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考核體系

序號(hào) 實(shí)驗(yàn)考核

比例

分值 備注

結(jié)束語(yǔ):

隨著實(shí)驗(yàn)課程的獨(dú)立開設(shè),需要更精確、更契合實(shí)際的實(shí)驗(yàn)考核方法來(lái)適應(yīng)實(shí)驗(yàn)課程的發(fā)展建設(shè)需要。實(shí)驗(yàn)考核要求能夠公平合理地評(píng)價(jià)每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī),能夠?qū)W(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)起到較好的引導(dǎo)作用,激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣,規(guī)范學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過(guò)程,提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰3]。流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)考核體系根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程,對(duì)實(shí)驗(yàn)前、實(shí)驗(yàn)中、實(shí)驗(yàn)后各個(gè)環(huán)節(jié),分別進(jìn)行具體考核,提出了一套新的實(shí)驗(yàn)考核體系。該實(shí)驗(yàn)考核體系從實(shí)驗(yàn)整體出發(fā),注重培養(yǎng)學(xué)生各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ岣邔W(xué)生綜合素質(zhì),提倡自主實(shí)驗(yàn)來(lái)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性,通過(guò)定性定量的實(shí)驗(yàn)操作考核來(lái)提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力,以實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新考核來(lái)推動(dòng)學(xué)生的創(chuàng)新能力,從而真正提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

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