浅议工程流体力学课程在成教热能专业中的教学探讨论文

  论文关键词:工程流体力学 成人教育 教育对象 互动教学

  论文摘要:“工程流体力学”作为能源学科的专业基础课,在本科生整个培养体系中起着举足轻重的作用,是一个很重要的教学环节。现结合成人教育对象的特殊性对“工程流体力学”课程在成教热能专业中的教学进行了探讨,综合考虑教育对象和本课程的特点对教学内容进行了补充和修正。并结合实践经验,在教学中采用互动教学的方法,以学生为主体,通过自主学习,让学生结合自己的现场经验在课堂上“讲授”,然后对教学效果进行评价,最后由老师精讲。以期达到理论与实践、专业与课程的统一。

  流体力学的研究对象包括液体和气体两大物质形态,流体力学的基本任务是建立描述流体运动的基本方程,确定流体经各种通道及绕流不同物体时速度、压强的分布规律,探求能量转换及各种损失的计算方法,并解决流体与限制其流动的固体壁之间的相互作用问题。[1]在实际工程的许多领域里,流体力学一直起着十分重要的作用。无论是水利工程、动力工程、航空工程,还是化学工程、机械工程等都在日益广泛地应用着流体力学。就某种意义而言,也正是在流体力学的研究工作不断取得成就的前提下,才促进了这些工程领域的大力发展。工程流体力学是在阐述流体力学的基本理论的基础上,重点阐述和研究流体力学在工程上的应用,工程流体力学广泛应用于动力、水利、机械、化工、石油、土建、冶金、航空、航海、气象、环境等众多领域,是这些领域相关专业的主干技术基础课程。

  一、教材与教学内容选取

  “工程流体力学”教材种类繁多,[2]但是目前为止还没有一本针对能源类本科成人教育《工程流体力学》教材,笔者通过对多种教材的研读,以及往年成教上课的经验,根据各教材所涵盖的基本理论,及描述流体特性表达式推导过程的深度和难度、教材内容的广度,最终选用杨建国等人编著的《工程流体力学》(北京大学出版社,2010年1月第1版)作为成教热能专业的临时教材。

  “工程流体力学”的内容繁杂、学科综合性强,流体力学内容很抽象,偏微分方程几乎贯穿全部课程。流体力学欧拉方法的思路与物理及其他力学不同,学生理解、掌握起来有困难。[3]鉴于成人教育对象数学基础和力学基础相对薄弱的特点,在授课中应尽量避免大量的数学公式的推导和微元的受力分析,把第七章相似原理与量纲分析作为自学内容,在讲解动量定理、动能定理和质量守恒定理时,把输运定理作为主要的公式推导工具,着重强调基本概念和基本原理的学习和掌握。

  二、授课目标及教学方法

  1.明确教育目标的职业性和教育内容的实用性

  成人教育是以提高社会从业人员的履职能力和适应职业变化能力为目标的教育,其教育内容与职业需求联系紧密,以补充、改善成人的职业知识和技能为目的,实用性较强。[4]

  对于成人教育一定要明确教育目标的特点,做到有的放矢,才能起到事半功倍的效果。成人教育对象(以下称为“成人”学生)的特点可以归结为以下几点:

  第一,“成人”学生职业性强;

  第二,“成人”学生都有固定的工作岗位,有着丰富的实践经验,在某些方面的认识和能力要强于授课老师;

  第三,“成人”学生专业基础课,例如数学和物理等的基础知识比较薄弱,很难理解深度较高、难以理解的原理和公式推导;

  第四,“成人”学生渴望获取知识,尤其是能帮助其解释工作中遇到的实际问题的理论知识;

  第五,“成人”学生一般工作繁重,上课时间一般是挤出来的,因此课堂授课的效率尤为重要;

  第六,“成人”学生学习目的性很强,对于不相关的内容很少去涉猎,因此造成了知识面相对狭窄,从而增加了授课的难度;

  第七,“成人”学生的自主学习能力强,这跟现在在校大学生的自主学习能力差形成了鲜明的对比。

  因此,要时刻谨记以上七条“成人”学生的特点,在教学中要时刻把握住“成人”学生的职业性,并注意授课内容的实用性。在教学学时有限的情况下,在提高教育目标理论水平基础上,使其掌握并能运用这些理论分析在生产实践中遇到的各种实际问题,提高预判生产中出现重大问题的能力,对于某些技术人员,应使其具备流体设备及机械系统和装置的设计、运行管理的工程技术能力。技术人员经过理论知识的强化学习,再加上自身实践经验,最终可成为基础扎实、知识面宽、有较强实践能力和创新意识的复合型人才。

  如何增强授课内容的实用性是授课的关键问题之一,因为授课对象是能源类“成人”学生,因此笔者认为授课内容应该结合世界目前面临的重大问题:能源危机和环境污染,也就是国家的重大政策——节能减排。当今世界能源越来越紧张,污染越来越严重,而且世界的大气污染形势和应对政策一直在变化,因此在授课中适度加入相关节能减排的内容,使“成人”学生了解世界,尤其是我国大气污染的严峻性,树立节能环保意识。增加我国最新政策和法规的讲解,如“十一五”期间的烟气脱硫;在“十二五”期间,我国将对氮氧化物进行总量控制等,以及解决这些问题所用到的必备知识之一就是流体力学。例如要想取得好的脱硫除氮的效果,就要把握烟气的流动,研究烟气流动正是流体力学的责任。我国的科技水平迅速提高,需要让学生了解污染物控制的发展趋势,如哪些理论问题仍需深入研究,哪些技术是当今热点,使“成人”学生在未来的学习研究和工作中容易找准方向。就笔者以往的授课经验,“成人”学生大多为热能专业的学生,而且大多来自发电厂或与发电厂相关的单位,他们对烟气脱硫设备比较熟悉,有可能在今后的工作中参与脱硫塔设计或运行,因此将该部分作为本课程的一个重点。通过大量图片、动画和视频讲解各种常用烟气脱硫中气体流动的特点,加入影响脱硫效果的设计思路和方法,主要是讲解烟气流动的流场、流线、流型的相关概念及理论,使“成人”学生系统掌握烟气脱硫技术中流体力学的作用。

  总之,授课内容的实用性是教学的关键问题之一,授课内容实用“成人”学生才爱听,效果才好。

  2.教学手段和教学方法

  (1)加强理论知识的讲授。成人教育的对象多数为参加工作多年和未受过正规高等教育的成年人,即“成人”学生,他们又有着丰富的实践经验。“成人”学生虽然专业经验丰富,但是专业理论相对薄弱,尤其是专业基础知识比较薄弱,用现在本科教育的术语讲,就是专业基础课不过关。从笔者实际函授授课的经验来看,“成人”学生专业基础课尤以高等数学的基础最为薄弱,然而流体力学的主要工具就是数学。   因此,要加强理论知识的讲授,对一些概念和基本理论要细讲精讲,为了提高他们的理解和记忆,在授课中多用一些现实生活中生动形象的实例,并加入一些图片和视频。例如在讲授流体的概念时,可以用“给他一点阳光他就灿烂,给他一点山花他就烂漫”这样朗朗上口的词句来形象说明流体的流动性;在讲授流线和迹线时,可以引用唐代大诗人王维写下的千古流传的名句“大漠孤烟直,长河落日圆”来形象地说明迹线的概念。这样既提高了学生的学习兴趣又加深了印象。此外,还可以在授课中适当插入一些图片和视频,来激发他们学习的兴趣。

  (2)采用导学+启发式方法授课。实行“导学式”教学模式。即,贯彻“学生为主体、教师为主导”的教学理念,[5]在教学中实行启发式教学,充分发挥现代教育技术在提高教学效率和教学质量方面的重要作用。凭作者多年的授课经验可知,单纯采用教师讲、学生听的课堂教学模式,即使加入大量实例,教学效果仍然较差,所以讲授中进行启发互动式教学。所谓互动式教学,是在教学中教与学双方交流、沟通、协商、探讨,在彼此平等、彼此倾听、彼此接纳、彼此坦诚的基础上,通过理性说服甚至辩论,不同观点碰撞交融,激发教学双方的主动性,拓展创造性思维,以达到提高教学效果的一种教学方式。这种讲课的方式,不是老师一个人讲,而是启发学生思考。[6]

  “工程流体力学”基础理论讲解比较枯燥,为了提高教学效果,经常在课堂上提出问题和例题,鼓励学生积极回答,并展开讨论,激发学生的主观能动性,从而加深理解。在教学中要把握“成人”学生的独特特点:那就是有自己固定的工作岗位,有着丰富的工作经验,对设备的结构和运行了如指掌,对设备处于非常规运行时有自己的处理方法,但是为什么这么处理他们并不清楚。例如,笔者在宁夏灵武电厂进行调研时,一个空冷岛运行专工在说到如何预测和解决空冷机组夏季出力不足的问题时,他们的经验就是大量喷水,但是他们不知道造成此现象的原因,也不清楚最佳的喷水量,也不知道雾化质量的重要性。因此在授课中就要充分发挥“成人”学生实践经验丰富的特点,让他们提出问题,然后通过自学解决问题并把自己的内容在课堂上“讲授”,教师对结果加以评论,并指出这些方法的优缺点,提高学生的创新意识;接下来精讲教材中的理论知识以及补充内容,并配以图片、动画、视频,鼓励学生思考,进行可行性分析,指出它们的优势和缺陷,并再次简要讲解相关理论,使学生的短时记忆转化为长时记忆。

  (3)考核方式。由于成人教育不同于一般高校,因此采用平时成绩、期末考试成绩各占一定比例的考核方式,最终合理地给出学生的期末总成绩。平时成绩包括学生考勤、课堂讲授和问题回答情况、课下作业尤其是资料搜集情况、实验等,对整个教学过程中表现突出的学生,提高他们的平时成绩。

  三、实验教学

  “工程流体力学”课程的理论性和实践性都比较强,很多理论知识需要通过实验去理解、消化。因此实验教学是提高学生对知识掌握情况的必备环节。

  实验教学主要的目的是通过直观的现象来理解课本知识,本课程精心选择了如下五个实验。

  1.伯努利方程实验

  观察液体在管道中流动时能量守恒和转换的物理现象、测绘玻璃水管管路上测压管水头线及总水头线。

  2.流速和流量的测定实验

  了解文丘里流量计及毕托管的测速原理。

  3.雷诺实验

  观察各种流态、测定流态与雷诺数的关系、观察层流时管道断面流速分布。

  4.沿程阻力损失实验

  加深了解圆管层流和紊流的沿程阻力损失随平均流速变化的规律。

  5.局部阻力损失实验

  对圆管突扩局部阻力系数的经验公式和突缩局部阻力系数的经验公式进行实验验证与分析。

  四、结语

  针对热能与动力工程专业“成人”学生的特点,对“工程流体力学”的教学进行了探讨,使课程更适合“成人”学生的特点,扩大了他们的知识面,增强了其主动思考的能力,丰富、深化了“成人”学生的理论知识,也为成人“工程流体力学”教学探索出有益手段。在今后的教学过程中要进一步探索新的教学方法和手段,学习和借鉴优秀教师的教学成果,不断提高自身的综合素质和专业理论知识,立足学校特色优势,继续努力进行“工程流体力学”课程的建设和探索,以期积累更多的经验和取得更大的成绩。

  参考文献

  [1]陈卓如,等.工程流体力学[M].北京:高等教学出版社,2006.

  [2]杨建国,张兆营,等.工程流体力学[M].北京:北京大学出版社,2010.

  [3孙恒朱,鸿梅,舒丹.“启发—联想式”教学方法在流体力学教学中的应用[J].中国电力教育.2010,(5).

  [4]黄裕华.成人教育要突出“成教化”特色[J].福建信息技术教育,2005,(7).

  [5]郭昊,刘沛清.“粘性流体力学”课程“导学式”教学模式初探[J].世界教育信息.2010,(10).

  [6]李晓晖,杨洋.“启发-互动式教学”在高校“企业文化”教学中的应用[J].今日科苑.2010,(10).

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