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淺議工程流體力學(xué)課程在成教熱能專(zhuān)業(yè)中的教學(xué)探討論文
論文關(guān)鍵詞：工程流體力學(xué) 成人教育 教育對象 互動(dòng)教學(xué)
論文摘要：“工程流體力學(xué)”作為能源學(xué)科的專(zhuān)業(yè)基礎課，在本科生整個(gè)培養體系中起著(zhù)舉足輕重的作用，是一個(gè)很重要的教學(xué)環(huán)節�，F結合成人教育對象的特殊性對“工程流體力學(xué)”課程在成教熱能專(zhuān)業(yè)中的教學(xué)進(jìn)行了探討，綜合考慮教育對象和本課程的特點(diǎn)對教學(xué)內容進(jìn)行了補充和修正。并結合實(shí)踐經(jīng)驗，在教學(xué)中采用互動(dòng)教學(xué)的方法，以學(xué)生為主體，通過(guò)自主學(xué)習，讓學(xué)生結合自己的現場(chǎng)經(jīng)驗在課堂上“講授”，然后對教學(xué)效果進(jìn)行評價(jià)，最后由老師精講。以期達到理論與實(shí)踐、專(zhuān)業(yè)與課程的統一。
流體力學(xué)的研究對象包括液體和氣體兩大物質(zhì)形態(tài)，流體力學(xué)的基本任務(wù)是建立描述流體運動(dòng)的基本方程，確定流體經(jīng)各種通道及繞流不同物體時(shí)速度、壓強的分布規律，探求能量轉換及各種損失的計算方法，并解決流體與限制其流動(dòng)的固體壁之間的相互作用問(wèn)題。[1]在實(shí)際工程的許多領(lǐng)域里，流體力學(xué)一直起著(zhù)十分重要的作用。無(wú)論是水利工程、動(dòng)力工程、航空工程，還是化學(xué)工程、機械工程等都在日益廣泛地應用著(zhù)流體力學(xué)。就某種意義而言，也正是在流體力學(xué)的研究工作不斷取得成就的前提下，才促進(jìn)了這些工程領(lǐng)域的大力發(fā)展。工程流體力學(xué)是在闡述流體力學(xué)的基本理論的基礎上，重點(diǎn)闡述和研究流體力學(xué)在工程上的應用，工程流體力學(xué)廣泛應用于動(dòng)力、水利、機械、化工、石油、土建、冶金、航空、航海、氣象、環(huán)境等眾多領(lǐng)域，是這些領(lǐng)域相關(guān)專(zhuān)業(yè)的主干技術(shù)基礎課程。
一、教材與教學(xué)內容選取
“工程流體力學(xué)”教材種類(lèi)繁多，[2]但是目前為止還沒(méi)有一本針對能源類(lèi)本科成人教育《工程流體力學(xué)》教材，筆者通過(guò)對多種教材的研讀，以及往年成教上課的經(jīng)驗，根據各教材所涵蓋的基本理論，及描述流體特性表達式推導過(guò)程的深度和難度、教材內容的廣度，最終選用楊建國等人編著(zhù)的《工程流體力學(xué)》（北京大學(xué)出版社，2010年1月第1版）作為成教熱能專(zhuān)業(yè)的臨時(shí)教材。
“工程流體力學(xué)”的內容繁雜、學(xué)科綜合性強，流體力學(xué)內容很抽象，偏微分方程幾乎貫穿全部課程。流體力學(xué)歐拉方法的思路與物理及其他力學(xué)不同，學(xué)生理解、掌握起來(lái)有困難。[3]鑒于成人教育對象數學(xué)基礎和力學(xué)基礎相對薄弱的特點(diǎn)，在授課中應盡量避免大量的數學(xué)公式的推導和微元的受力分析，把第七章相似原理與量綱分析作為自學(xué)內容，在講解動(dòng)量定理、動(dòng)能定理和質(zhì)量守恒定理時(shí)，把輸運定理作為主要的公式推導工具，著(zhù)重強調基本概念和基本原理的學(xué)習和掌握。
二、授課目標及教學(xué)方法
1.明確教育目標的職業(yè)性和教育內容的實(shí)用性
成人教育是以提高社會(huì )從業(yè)人員的履職能力和適應職業(yè)變化能力為目標的教育，其教育內容與職業(yè)需求聯(lián)系緊密，以補充、改善成人的職業(yè)知識和技能為目的，實(shí)用性較強。[4]
對于成人教育一定要明確教育目標的特點(diǎn)，做到有的放矢，才能起到事半功倍的效果。成人教育對象（以下稱(chēng)為“成人”學(xué)生）的特點(diǎn)可以歸結為以下幾點(diǎn)：
第一，“成人”學(xué)生職業(yè)性強；
第二，“成人”學(xué)生都有固定的工作崗位，有著(zhù)豐富的實(shí)踐經(jīng)驗，在某些方面的認識和能力要強于授課老師；
第三，“成人”學(xué)生專(zhuān)業(yè)基礎課，例如數學(xué)和物理等的基礎知識比較薄弱，很難理解深度較高、難以理解的原理和公式推導；
第四，“成人”學(xué)生渴望獲取知識，尤其是能幫助其解釋工作中遇到的實(shí)際問(wèn)題的理論知識；
第五，“成人”學(xué)生一般工作繁重，上課時(shí)間一般是擠出來(lái)的，因此課堂授課的效率尤為重要；
第六，“成人”學(xué)生學(xué)習目的性很強，對于不相關(guān)的內容很少去涉獵，因此造成了知識面相對狹窄，從而增加了授課的難度；
第七，“成人”學(xué)生的自主學(xué)習能力強，這跟現在在校大學(xué)生的自主學(xué)習能力差形成了鮮明的對比。
因此，要時(shí)刻謹記以上七條“成人”學(xué)生的特點(diǎn)，在教學(xué)中要時(shí)刻把握住“成人”學(xué)生的職業(yè)性，并注意授課內容的實(shí)用性。在教學(xué)學(xué)時(shí)有限的情況下，在提高教育目標理論水平基礎上，使其掌握并能運用這些理論分析在生產(chǎn)實(shí)踐中遇到的各種實(shí)際問(wèn)題，提高預判生產(chǎn)中出現重大問(wèn)題的能力，對于某些技術(shù)人員，應使其具備流體設備及機械系統和裝置的設計、運行管理的工程技術(shù)能力。技術(shù)人員經(jīng)過(guò)理論知識的強化學(xué)習，再加上自身實(shí)踐經(jīng)驗，最終可成為基礎扎實(shí)、知識面寬、有較強實(shí)踐能力和創(chuàng )新意識的復合型人才。
如何增強授課內容的實(shí)用性是授課的關(guān)鍵問(wèn)題之一，因為授課對象是能源類(lèi)“成人”學(xué)生，因此筆者認為授課內容應該結合世界目前面臨的重大問(wèn)題：能源危機和環(huán)境污染，也就是國家的重大政策——節能減排。當今世界能源越來(lái)越緊張，污染越來(lái)越嚴重，而且世界的大氣污染形勢和應對政策一直在變化，因此在授課中適度加入相關(guān)節能減排的內容，使“成人”學(xué)生了解世界，尤其是我國大氣污染的嚴峻性，樹(shù)立節能環(huán)保意識。增加我國最新政策和法規的講解，如“十一五”期間的煙氣脫硫；在“十二五”期間，我國將對氮氧化物進(jìn)行總量控制等，以及解決這些問(wèn)題所用到的必備知識之一就是流體力學(xué)。例如要想取得好的脫硫除氮的效果，就要把握煙氣的流動(dòng)，研究煙氣流動(dòng)正是流體力學(xué)的責任。我國的科技水平迅速提高，需要讓學(xué)生了解污染物控制的發(fā)展趨勢，如哪些理論問(wèn)題仍需深入研究，哪些技術(shù)是當今熱點(diǎn)，使“成人”學(xué)生在未來(lái)的學(xué)習研究和工作中容易找準方向。就筆者以往的授課經(jīng)驗，“成人”學(xué)生大多為熱能專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，而且大多來(lái)自發(fā)電廠(chǎng)或與發(fā)電廠(chǎng)相關(guān)的單位，他們對煙氣脫硫設備比較熟悉，有可能在今后的工作中參與脫硫塔設計或運行，因此將該部分作為本課程的一個(gè)重點(diǎn)。通過(guò)大量圖片、動(dòng)畫(huà)和視頻講解各種常用煙氣脫硫中氣體流動(dòng)的特點(diǎn)，加入影響脫硫效果的設計思路和方法，主要是講解煙氣流動(dòng)的流場(chǎng)、流線(xiàn)、流型的相關(guān)概念及理論，使“成人”學(xué)生系統掌握煙氣脫硫技術(shù)中流體力學(xué)的作用。
總之，授課內容的實(shí)用性是教學(xué)的關(guān)鍵問(wèn)題之一，授課內容實(shí)用“成人”學(xué)生才愛(ài)聽(tīng)，效果才好。
2.教學(xué)手段和教學(xué)方法
�。�1）加強理論知識的講授。成人教育的對象多數為參加工作多年和未受過(guò)正規高等教育的成年人，即“成人”學(xué)生，他們又有著(zhù)豐富的實(shí)踐經(jīng)驗�！俺扇恕睂W(xué)生雖然專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗豐富，但是專(zhuān)業(yè)理論相對薄弱，尤其是專(zhuān)業(yè)基礎知識比較薄弱，用現在本科教育的術(shù)語(yǔ)講，就是專(zhuān)業(yè)基礎課不過(guò)關(guān)。從筆者實(shí)際函授授課的經(jīng)驗來(lái)看，“成人”學(xué)生專(zhuān)業(yè)基礎課尤以高等數學(xué)的基礎最為薄弱，然而流體力學(xué)的主要工具就是數學(xué)。 因此，要加強理論知識的講授，對一些概念和基本理論要細講精講，為了提高他們的理解和記憶，在授課中多用一些現實(shí)生活中生動(dòng)形象的實(shí)例，并加入一些圖片和視頻。例如在講授流體的概念時(shí)，可以用“給他一點(diǎn)陽(yáng)光他就燦爛，給他一點(diǎn)山花他就爛漫”這樣朗朗上口的詞句來(lái)形象說(shuō)明流體的流動(dòng)性；在講授流線(xiàn)和跡線(xiàn)時(shí)，可以引用唐代大詩(shī)人王維寫(xiě)下的千古流傳的名句“大漠孤煙直，長(cháng)河落日圓”來(lái)形象地說(shuō)明跡線(xiàn)的概念。這樣既提高了學(xué)生的學(xué)習興趣又加深了印象。此外，還可以在授課中適當插入一些圖片和視頻，來(lái)激發(fā)他們學(xué)習的興趣。
�。�2）采用導學(xué)+啟發(fā)式方法授課。實(shí)行“導學(xué)式”教學(xué)模式。即，貫徹“學(xué)生為主體、教師為主導”的教學(xué)理念，[5]在教學(xué)中實(shí)行啟發(fā)式教學(xué)，充分發(fā)揮現代教育技術(shù)在提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量方面的重要作用。憑作者多年的授課經(jīng)驗可知，單純采用教師講、學(xué)生聽(tīng)的課堂教學(xué)模式，即使加入大量實(shí)例，教學(xué)效果仍然較差，所以講授中進(jìn)行啟發(fā)互動(dòng)式教學(xué)。所謂互動(dòng)式教學(xué)，是在教學(xué)中教與學(xué)雙方交流、溝通、協(xié)商、探討，在彼此平等、彼此傾聽(tīng)、彼此接納、彼此坦誠的基礎上，通過(guò)理性說(shuō)服甚至辯論，不同觀(guān)點(diǎn)碰撞交融，激發(fā)教學(xué)雙方的主動(dòng)性，拓展創(chuàng )造性思維，以達到提高教學(xué)效果的一種教學(xué)方式。這種講課的方式，不是老師一個(gè)人講，而是啟發(fā)學(xué)生思考。[6]
“工程流體力學(xué)”基礎理論講解比較枯燥，為了提高教學(xué)效果，經(jīng)常在課堂上提出問(wèn)題和例題，鼓勵學(xué)生積極回答，并展開(kāi)討論，激發(fā)學(xué)生的主觀(guān)能動(dòng)性，從而加深理解。在教學(xué)中要把握“成人”學(xué)生的獨特特點(diǎn)：那就是有自己固定的工作崗位，有著(zhù)豐富的工作經(jīng)驗，對設備的結構和運行了如指掌，對設備處于非常規運行時(shí)有自己的處理方法，但是為什么這么處理他們并不清楚。例如，筆者在寧夏靈武電廠(chǎng)進(jìn)行調研時(shí)，一個(gè)空冷島運行專(zhuān)工在說(shuō)到如何預測和解決空冷機組夏季出力不足的問(wèn)題時(shí)，他們的經(jīng)驗就是大量噴水，但是他們不知道造成此現象的原因，也不清楚最佳的噴水量，也不知道霧化質(zhì)量的重要性。因此在授課中就要充分發(fā)揮“成人”學(xué)生實(shí)踐經(jīng)驗豐富的特點(diǎn)，讓他們提出問(wèn)題，然后通過(guò)自學(xué)解決問(wèn)題并把自己的內容在課堂上“講授”，教師對結果加以評論，并指出這些方法的優(yōu)缺點(diǎn)，提高學(xué)生的創(chuàng )新意識；接下來(lái)精講教材中的理論知識以及補充內容，并配以圖片、動(dòng)畫(huà)、視頻，鼓勵學(xué)生思考，進(jìn)行可行性分析，指出它們的優(yōu)勢和缺陷，并再次簡(jiǎn)要講解相關(guān)理論，使學(xué)生的短時(shí)記憶轉化為長(cháng)時(shí)記憶。
�。�3）考核方式。由于成人教育不同于一般高校，因此采用平時(shí)成績(jì)、期末考試成績(jì)各占一定比例的考核方式，最終合理地給出學(xué)生的期末總成績(jì)。平時(shí)成績(jì)包括學(xué)生考勤、課堂講授和問(wèn)題回答情況、課下作業(yè)尤其是資料搜集情況、實(shí)驗等，對整個(gè)教學(xué)過(guò)程中表現突出的學(xué)生，提高他們的平時(shí)成績(jì)。
三、實(shí)驗教學(xué)
“工程流體力學(xué)”課程的理論性和實(shí)踐性都比較強，很多理論知識需要通過(guò)實(shí)驗去理解、消化。因此實(shí)驗教學(xué)是提高學(xué)生對知識掌握情況的必備環(huán)節。
實(shí)驗教學(xué)主要的目的是通過(guò)直觀(guān)的現象來(lái)理解課本知識，本課程精心選擇了如下五個(gè)實(shí)驗。
1.伯努利方程實(shí)驗
觀(guān)察液體在管道中流動(dòng)時(shí)能量守恒和轉換的物理現象、測繪玻璃水管管路上測壓管水頭線(xiàn)及總水頭線(xiàn)。
2.流速和流量的測定實(shí)驗
了解文丘里流量計及畢托管的測速原理。
3.雷諾實(shí)驗
觀(guān)察各種流態(tài)、測定流態(tài)與雷諾數的關(guān)系、觀(guān)察層流時(shí)管道斷面流速分布。
4.沿程阻力損失實(shí)驗
加深了解圓管層流和紊流的沿程阻力損失隨平均流速變化的規律。
5.局部阻力損失實(shí)驗
對圓管突擴局部阻力系數的經(jīng)驗公式和突縮局部阻力系數的經(jīng)驗公式進(jìn)行實(shí)驗驗證與分析。
四、結語(yǔ)
針對熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)“成人”學(xué)生的特點(diǎn)，對“工程流體力學(xué)”的教學(xué)進(jìn)行了探討，使課程更適合“成人”學(xué)生的特點(diǎn)，擴大了他們的知識面，增強了其主動(dòng)思考的能力，豐富、深化了“成人”學(xué)生的理論知識，也為成人“工程流體力學(xué)”教學(xué)探索出有益手段。在今后的教學(xué)過(guò)程中要進(jìn)一步探索新的教學(xué)方法和手段，學(xué)習和借鑒優(yōu)秀教師的教學(xué)成果，不斷提高自身的綜合素質(zhì)和專(zhuān)業(yè)理論知識，立足學(xué)校特色優(yōu)勢，繼續努力進(jìn)行“工程流體力學(xué)”課程的建設和探索，以期積累更多的經(jīng)驗和取得更大的成績(jì)。
參考文獻：
[1]陳卓如,等.工程流體力學(xué)[M].北京:高等教學(xué)出版社,2006.
[2]楊建國,張兆營(yíng),等.工程流體力學(xué)[M].北京:北京大學(xué)出版社,2010.
[3孫恒朱,鴻梅,舒丹.“啟發(fā)—聯(lián)想式”教學(xué)方法在流體力學(xué)教學(xué)中的應用[J].中國電力教育.2010,(5).
[4]黃裕華.成人教育要突出“成教化”特色[J].福建信息技術(shù)教育,2005,(7).
[5]郭昊,劉沛清.“粘性流體力學(xué)”課程“導學(xué)式”教學(xué)模式初探[J].世界教育信息.2010,(10).
[6]李曉暉,楊洋.“啟發(fā)-互動(dòng)式教學(xué)”在高�！捌髽I(yè)文化”教學(xué)中的應用[J].今日科苑.2010,(10).
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