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流体力学课程创新教育的改革与探索
点击次数:310 发布时间:2019-01-07

流体力学课程创新教育的改革与探索


流体力学是过程装备与控制工程专业的专业基础课,是二年级上学期的核心课程,同时也是该专业其他六门课程传热学、热工基础、化工原理下、过程流体机械、计算流体力学和过程设备设计的先修课程。流体力学是2016 年江南大学课程建设项目,在近两年的课程建设中,课题组在教师构成、教学内容,教学设计等方面进行了一系列改革,在课程设计和建设方面,除了课题组的交流与探讨外,“包装工艺学”的课题组老师也给我们提供了一些好的建议与指导。而过程装备与控制工程专业流体力学课程的建设也为其他专业流体力学的课程建设提供了一定的示范与引导作用。
一 课程课程建设
流体力学主抓学生的探究、实践、创新,强调教师的启发、指导、点拨,注重学生学习知识的过程和思维能力的培养。其基本环节如下:导学-探究-精讲-精练-拓展 。在教学过程中注意学科整体框架的导入,帮助学生学习迁移;引导学生对本学科的科学理论和实践知识产生探索的兴趣;选择重点内容、关键内容精讲;安排课后作业,提高分析计算能力;走入企业,开展一线的实习实践,提高感性认识。
1. 科技成果的引入
1)引入流体力学发展的前沿知识和理念;
2)引入有限元设计方法运用于流体力学计算;
3)引入物联网技术应用到压力、温度、流量、液位等参数测量中。
2. 批判性教学环境的营造
为了培养批判性创造性思维,在教学过程中尝试建立鼓励冒险、增强自信、气氛宽松的学习环境。
1)强调以教师主导、以学生主体的教学理念;
2)鼓励师生之间平等地进行学术交流;
3)鼓励学生提出问题、解决问题,激发学生学习兴趣。

图1 流体力学的课程衔接与地位
二 流体力学课程创新改革
( 一) 教师构成
本教学团队6 人,均具有博士学位6 人,所占比例为100%;教授1 人,副教授2 人;年龄层分布合理, 50-59 岁1 人,所占比例为17%,40-49 岁1 人,所占比例为17%,30-39 岁3 人,所占比例为66%。
机械学院过程装备系每届有两个班级,共有学生60 余人,师生比为1:12。其中,主讲教师与学生比为1:20,辅导教师与学生比为1:15,实验教师与学生比为1:20,分布较合理。优良师资小班授课保证教学质量,并增强了学生与教师的互动。
本课程主讲教师均为机械工程学院富有活力的骨干教师,他们的学历层次高,并积极主动地献身于教学实践,潜心钻研教学方法改革,同时在科学研究上也取得突出成果。这支队伍是一支生气勃勃、积极努力、团结友爱的队伍,几位青年主讲教师均已定为机械工程学院重点培养对象。在机械工程学院领导的支持下,努力为课程建设倾心奉献。
(二) 课程内容改革
由于教学计划调整,课程建设的流体力学课程教学学时是32 学时,其中教学28 学时,实验4 学时, 学时减少,而且增加了实验教学的比例。按照新的教学计划,为了锻炼学生理论与实际结合的能力,我们选用了蔡增基主编的《流体力学泵与风机》。章节见图1:

图2 流力体的课程内容
(三) 课程设计体现
A. 教学过程的多样化
教学过程是教与学的系统工程,系统中各组成部分的相互关系对教学效果有直接的影响。目前课程组织主要分为8 个环节,分别是理论讲授、课堂讨论、多媒体教学、习题加强训练、实习实验、现代软件技术、手段应用和组织学生参加过程装备大赛。
B. 实践链式教学模式
以实践教学为核心,设计和构建实践链式教学模式。采用课堂讨论、现场点评、课外实践讲授、综合考核一体的辅导方法;以多媒体技术配合多种实验为主要教学手段;建立教师引导、学生实践为主的实训模式,形成以学生为主导,教师为启发,研究、合作、自主为主线的课外教学辅导方法;本课程组所有教师与实验人员全程参与学生的课外辅导。在实践教学过程中,大幅度增加课外实践的实习活动、创新活动,培养学生的创新精神和实践能力,强化学生的动手能力。
C. 现代手段的引用
引导学生运用COMSOL 和fLUENT 软件进行模拟与仿真,安排教学内容与形式,充分发挥CFD 软件在流体力学教学中的3 种功能。(1)软件模拟结果的演示功能。流体力学课程中,很多内容都可以用FULENT 进行模拟、演示;软件操作对学生学习兴趣的引导功能。教师在课堂上简单介绍软件的基本思想、用途及简单操作等相关知识,使学生对流动计算的相关软件有所了解,增加学习的兴趣。实践表明,很多学生希望在课后能够了解、学习相关软件,并积极参与大学生创新性计划项目,实践创新能力得到了很大的提高。(2)软件解决科研问题的应用功能。结合教师的科研工作,通过引入CFD软件解决实际科研问题的应用实例,比如食品搅拌机械中流体的运动状态与粒子追踪,将以CFD 软件为工具解决实际科研问题的教学案例,有机融合到课堂教学之中。
D. 通过课程教学设计,课题组也相应的调整了教学方法学生参与相关的大学生创新活动和竞赛增加,除了每年的国家大学生创新设计的参加人数增加外,课题组教师近两年积极参过全国过程装备大赛和节能大赛,更多的学生积极参与其中并受益颇多。
E. 通过习题的训练,学生对知识的掌握更加牢靠。
F. 课外的实习训练增加了学生的知识的掌握,并开阔了视野。
大作业的扩展训练,学生在查阅文献并整理,归纳,锻炼了学生独立解决问题的能力。

图3 流体力学课程创新教育改革建设
三 在同类课程中的示范作用
化工原理( 上) 包含流体力学和传热学,化工原理(下)在二年级下学期讲解,所以流体力学是化工原理( 下) 的先期课程;流体力学同时还是专科基础课过程流体机械、传热学,计算流体力学和过程设备设计的先期课程。流体力学的教学改革与实践成效可以为其他课程提供一定的坚实基础,并具有一定的指导和示范租用。具体体现在:
(一) 教学形式多元开放互动形式
采用小组讨论,章节讨论,项目参与实践等开放、协作、自主的学习氛围,提高学生的学习兴趣,并加深课程的理解。据统计,过程1501 与过程1601参与大创的人数多余2/3,学生积极参与大创与高数竞赛,获得全国过程装备大赛等奖项。
(二) 结合课程与教师科研的现代软件的引用
充分发挥CFD 软件在流体力学教学中的3种功能,运用COMSOL 和fLUENT 软件进行模拟与仿真。目前,过程1501 和过程1601 中每班接触软件模拟与仿真,并实际参与到老师项目的学生达到1/3,使用CFD 软件为工具解决实际科研问题的教学案例,有机融合到课堂教学和教师科研中,学生掌握新技能的同时,提高了解决实践问题的能力。
流体力学课程在过程1501 和过程1601 的实践教学探讨中,学生对知识的掌握更加牢靠;学生的独立分析能力,解决问题和团队协作能力提升;该课程的教学形式、实践链式教学模式、软件辅助教学也为其他相关课程及兄弟高校课程建设提供了一定的借鉴经验和示范作用。

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