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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篇1
the development and application of a flow chamber for platelet research
cheng hong,yuan yanhong,fan yubo,li deyu,dai keisheng
(department of bioengineering,beihang university,beijing,100083,china)
abstract: objective to establish an in vitro model for observing the realtime 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 chargecoupled device (ccd),a series of reactions of platelets and chinese hamster ovary(cho) cells transfected with glycoprotein ibⅸ under flow conditions were recorded simultaneously.results platelets and cho cells transfected with glycoprotein ibⅸ 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 realtime observation and record of the interaction between platelets and vwf under welldefined shear rate.this approach can be applied to platelet adhesion research.
key words: flow chamber; platelet; glycoprotein ibⅸ(gp ibⅸ); 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gpibⅸ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 (tkc1381,jvc),照相軟件(mpegⅱ capture player),負(fù)壓水柱的控制系統(tǒng)(st2s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(755030,北京中科科爾儀器有限公司),注射泵(wzb50,長(zhǎng)沙維科特科技有限公司),玻璃細(xì)管(gc1207.5,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gpibⅸ的cho 表達(dá)gpibⅸ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315.817s1。
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 ibⅸ的cho細(xì)胞。為研究表達(dá)gp ibⅸ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 ibⅸ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1034.166s1,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1034.166s1,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1034.166s1,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 ibⅸ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1034.166s1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)gpibⅸ的cho細(xì)胞在vwf表面的黏附情況
a.剪切率250s1,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250s1,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 ibⅸ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 ibⅸ和vwf的相互作用;在相對(duì)較高剪切力條件下,gpibⅸ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(217 000 s1),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250s1。
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)gpibⅸ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(shearinduced 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。
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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。
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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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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)
[1] 葛年明、周泉.電子電工實(shí)驗(yàn)考核方法的改革〔J〕.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2008(4):146-147,166
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