探究型流體力學(xué)課程改革探索

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［摘要］針對(duì)大學(xué)生科研素養(yǎng)和創(chuàng)新能力較弱的狀況，我們通過“探究型”流體力學(xué)課程改革來強(qiáng)化大學(xué)生科研思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。授課團(tuán)隊(duì)依托科研成果優(yōu)勢(shì)，對(duì)流體力學(xué)課程進(jìn)行改革，通過授課內(nèi)容、授課方式、課程評(píng)價(jià)和實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行教學(xué)科研互動(dòng)，構(gòu)建了“探究型”流體力學(xué)精品課程，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和思考，從而全面提升大學(xué)生的創(chuàng)新能力和科研素養(yǎng)，取得了較好的效果。

［關(guān)鍵詞］流體力學(xué)；“探究型”課程建設(shè)；教學(xué)改革；科研素養(yǎng)；創(chuàng)新能力

一、“探究型”授課內(nèi)容改革

我們對(duì)教材進(jìn)行了改革和修訂，分別于2009年和2016年出版了兩版《工程流體力學(xué)》教材［2］。新版教材共9章，前5章為流體力學(xué)基礎(chǔ)理論部分，主要包括流體力學(xué)的三大基本守恒定律（質(zhì)量、動(dòng)量和能量）、流體流動(dòng)阻力損失及其計(jì)算、不可壓縮流體的N－S方程等基本知識(shí)；后4章為流體力學(xué)知識(shí)的應(yīng)用和進(jìn)展，主要內(nèi)容包括典型流體流動(dòng)過程、流體輸送機(jī)械、流場(chǎng)顯示及流體測(cè)量儀器及方法、流體數(shù)值模擬方法及軟件。流體力學(xué)應(yīng)用部分主要設(shè)置講授如何運(yùn)用流體力學(xué)基本原理和定律來求解和分析復(fù)雜流體運(yùn)動(dòng)，以提高學(xué)生分析和解決問題的能力。同時(shí)，依托華東理工大學(xué)煤氣化及能源化工教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研優(yōu)勢(shì)，我們?cè)诮虒W(xué)中對(duì)團(tuán)隊(duì)的流體力學(xué)科研成果進(jìn)行重點(diǎn)介紹。如“典型流體流動(dòng)”章節(jié)的教學(xué)中對(duì)射流與撞擊流的基本理論、工程應(yīng)用及最新進(jìn)展進(jìn)行介紹，通過華東理工大學(xué)多噴嘴氣化爐開發(fā)歷程的典型案例，讓學(xué)生掌握“射流、受限射流、同軸射流和撞擊流”中速度、壓力分布和能量轉(zhuǎn)換規(guī)律，了解這些流動(dòng)形態(tài)在煤氣化爐中的優(yōu)缺點(diǎn)和調(diào)控原理及方法；同時(shí)向?qū)W生展示團(tuán)隊(duì)在這些典型流動(dòng)領(lǐng)域20多年來的科研論文和研究進(jìn)展，極大地增強(qiáng)了學(xué)生的自信心和科研熱情。再如在“流體流動(dòng)顯示和測(cè)量”部分，我們除了講解常規(guī)的流動(dòng)測(cè)試儀器和方法之外，依托團(tuán)隊(duì)的先進(jìn)流動(dòng)測(cè)試平臺(tái)，重點(diǎn)講述尖端流體測(cè)試儀器和研究方法，如熱線風(fēng)速儀、激光多普勒測(cè)量儀、顆粒圖像測(cè)速儀、高速攝像儀和激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)等。課堂上展示用這些先進(jìn)儀器捕捉到的流動(dòng)圖譜，極大地提高了學(xué)生的注意力和科研興趣。

二、引入“探究型授課”方式

在傳統(tǒng)的教育體制下，一段很長的時(shí)間里，人才培養(yǎng)的重點(diǎn)放在知識(shí)記憶和應(yīng)試能力上，學(xué)生被動(dòng)地接受或吸收知識(shí)，其創(chuàng)新能力沒有得到有效的培養(yǎng)和鍛煉。為此，我們進(jìn)行了“探究型”課程建設(shè)，通過授課內(nèi)容、授課模式和實(shí)踐教學(xué)等環(huán)節(jié)的改革，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性，從而培養(yǎng)其科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力［3］。

（一）著眼于學(xué)生創(chuàng)新能力提升的授課方式改革

我們改變了傳統(tǒng)的“老師在上面講，學(xué)生在下面記”的模式，引入學(xué)生課程演講和分組討論，以及查資料、撰寫課程小論文的綜合模式，全方位開展參與式、討論式和互動(dòng)式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探索和研究流體力學(xué)問題，培養(yǎng)學(xué)生的科研素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

（二）引入線上線下混合式學(xué)習(xí)模式

傳統(tǒng)的課堂授課方式有很多優(yōu)勢(shì)，但在因材施教、培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和創(chuàng)新能力方面有一定局限性。因此，本課程探索逐步引入線上線下混合式學(xué)習(xí)模式。學(xué)生在線上自主完成知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力。線下集中課堂互動(dòng)式學(xué)習(xí)主要進(jìn)行答疑解惑和能力培養(yǎng)。線上線下混合式學(xué)習(xí)模式通過如下4個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)施：1．授課團(tuán)隊(duì)制作流體力學(xué)教學(xué)微視頻和配音PPT等數(shù)字資源投放在課程平臺(tái)，學(xué)生進(jìn)行線上自主學(xué)習(xí)并完成課堂測(cè)試和問題反饋；2．授課教師通過網(wǎng)絡(luò)“平臺(tái)收集學(xué)生疑問，通過線上指導(dǎo)與答疑，及時(shí)、有效地為學(xué)生提供學(xué)習(xí)支持；3．授課教師通過線下課堂教學(xué)，鞏固學(xué)生所學(xué)知識(shí)，解決學(xué)生線上學(xué)習(xí)時(shí)遇到的難題，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力；4．借助課堂實(shí)施評(píng)價(jià)體系，師生共同完成相關(guān)評(píng)價(jià)活動(dòng)。

（三）課程評(píng)價(jià)改革

和授課方式改革相對(duì)應(yīng)，在課程考核和評(píng)價(jià)機(jī)制方面，我們對(duì)一張?jiān)嚲矶ǔ煽兊暮?jiǎn)單做法也進(jìn)行了改革。課程的綜合評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)由平時(shí)成績（作業(yè)、出勤）、參與互動(dòng)（課程演講、互動(dòng)討論和課程論文）及試卷成績?nèi)糠纸M成。另外，我們探索增加1～2道沒有標(biāo)準(zhǔn)答案的應(yīng)用題，內(nèi)容是關(guān)于流體力學(xué)在科學(xué)研究和工業(yè)裝置上的應(yīng)用，以考核和提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和科研素養(yǎng)。

三、全面實(shí)施創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)節(jié)

要提高大學(xué)生的科研素養(yǎng)和創(chuàng)新能力，實(shí)踐是重要和關(guān)鍵的一環(huán)。我們依托團(tuán)隊(duì)科研優(yōu)勢(shì)，全方位、多層次開展實(shí)踐教學(xué)和教學(xué)科研互動(dòng)，形成了“課程實(shí)驗(yàn)—專業(yè)實(shí)驗(yàn)—?jiǎng)?chuàng)新實(shí)踐—畢業(yè)論文”完整的實(shí)踐體系。課程實(shí)驗(yàn)主要包括基本的流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)，如壓力測(cè)量、雷諾實(shí)驗(yàn)、管路阻力測(cè)定和離心泵特性曲線測(cè)定等，用于鞏固書本上的重要概念和定律。專業(yè)實(shí)驗(yàn)主要是和熱能工程相關(guān)的流體力學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，如水煤漿流變特性測(cè)定、噴嘴霧化性能測(cè)定和粉體剪切性能測(cè)定等，目的是讓學(xué)生了解和掌握流體力學(xué)基本知識(shí)和理論在熱能工程中的應(yīng)用，提高學(xué)生的專業(yè)水平和素養(yǎng)。為了提高大學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，授課團(tuán)隊(duì)每年開展各種級(jí)別（校級(jí)、上海市級(jí)和國家級(jí)）和流體力學(xué)相關(guān)的大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目。這些課題分成兩類，一類是修完流體力學(xué)的學(xué)生根據(jù)興趣，查閱相關(guān)資料后自擬的課題；另一類是從授課團(tuán)隊(duì)老師承擔(dān)的科研項(xiàng)目中挑選出的與流體力學(xué)相關(guān)的小課題，供學(xué)生進(jìn)行選擇。學(xué)生自主組成項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，在導(dǎo)師指導(dǎo)下完成查閱文獻(xiàn)、自主選題、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、統(tǒng)計(jì)處理、結(jié)果分析、論文撰寫和論文答辯整個(gè)過程，以培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)技能和創(chuàng)新能力。畢業(yè)論文的課題則直接來源于授課團(tuán)隊(duì)承擔(dān)的國家自然科學(xué)基金和國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等科研項(xiàng)目，大四本科生在研究生和導(dǎo)師的帶領(lǐng)下，歷時(shí)一學(xué)期，直接參與國家級(jí)的科研項(xiàng)目，進(jìn)行科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā)的訓(xùn)練，培養(yǎng)探索精神和創(chuàng)新能力。

四、結(jié)語

授課團(tuán)隊(duì)依托科研優(yōu)勢(shì)，對(duì)流體力學(xué)課程進(jìn)行了系統(tǒng)改革，通過授課內(nèi)容、授課方式、課程考核和實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行多層次的教學(xué)科研互動(dòng)，構(gòu)建了“探究型”流體力學(xué)精品課程，全面提升了大學(xué)生的創(chuàng)新能力和科研素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

［1］王琪，郭易圓，王士敏．力學(xué)類課程探究型教學(xué)模式的研究與實(shí)踐［J］．中國大學(xué)教學(xué)，2014（11）：14－17．

［2］李偉鋒，劉海峰，龔欣．工程流體力學(xué)［M］．2版．上海：華東理工大學(xué)出版社，2016．

［3］程樹銘．關(guān)于探究型教學(xué)模式的研究［J］．中國高教研究，2003（3）：82－83．44

作者：李偉鋒 劉海峰 單位：華東理工大學(xué)煤氣化及能源化工教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室