一、前言
應(yīng)用型本科指以應(yīng)用型為辦學(xué)定位,而不是以科研為辦學(xué)定位的本科院校,現(xiàn)階段一般包括所有的本科第二批、本科第三批錄取院校,是對(duì)新型的本科教育和新層次的高職教育相結(jié)合的教育模式的探索,對(duì)滿足中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展,對(duì)高層次應(yīng)用型人才需要以及推進(jìn)中國(guó)高等教育大眾化進(jìn)程起到了積極的促進(jìn)作用。
建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)是根據(jù)2012 年教育部頒的全國(guó)普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄,將建筑節(jié)能技術(shù)與工程、建筑設(shè)施智能技術(shù)(部分)、建筑環(huán)境與設(shè)備工程合并為建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程(其早期名為暖通工程專業(yè))·。主要培養(yǎng)具備室內(nèi)環(huán)境設(shè)備系統(tǒng)及建筑能源應(yīng)用工程的設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試、運(yùn)行管理能力,具有一定的室內(nèi)空氣環(huán)境設(shè)備、系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)理論知識(shí)及能力,能在設(shè)計(jì)研究院、建筑工程公司、相關(guān)的設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)以及現(xiàn)代化智能建筑設(shè)施的維保管理部門從事工作的專門人才。
流體力學(xué)是主要研究流體平衡和運(yùn)動(dòng)規(guī)律及實(shí)際應(yīng)用的一門科學(xué),是一門應(yīng)用面比較廣的專業(yè)基礎(chǔ)課,在能源、動(dòng)力、機(jī)械、航空、化工等領(lǐng)域都有著重要應(yīng)用。對(duì)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)來(lái)說(shuō),流體力學(xué)的應(yīng)用較為廣泛,熱量輸配、空氣調(diào)節(jié)、燃?xì)夤?yīng)、除塵凈化、排熱除濕等都是以流體作為介質(zhì)實(shí)現(xiàn)的。
因此,流體力學(xué)是建環(huán)專業(yè)的主干專業(yè)基礎(chǔ)課程,是后續(xù)專業(yè)課程的核心基礎(chǔ)課程之一,在課程體系中具有重要地位。
二、當(dāng)前教學(xué)實(shí)踐中存在的問(wèn)題
1. 物理現(xiàn)象不直觀,學(xué)生理解想象困難
雖然流體與我們?nèi)粘I蠲懿豢煞?,但因其本身特殊的特?mdash;—看不見(jiàn)、摸不著、表面看似平靜、內(nèi)部暗流涌動(dòng),導(dǎo)致其物理現(xiàn)象不直觀、基本概念較抽象。學(xué)生無(wú)法從簡(jiǎn)單的圖線、圖片中想象復(fù)雜的流動(dòng)過(guò)程,更難談及“透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)”。
2. 教學(xué)方法單一,難以擺脫“灌注”式教學(xué)模式
流體力學(xué)課程的特點(diǎn)是抽象、枯燥、難懂,應(yīng)用的數(shù)學(xué)知識(shí)較多,一直以來(lái)都處于“教師難講、學(xué)生難懂”的狀態(tài)。雖然,教師大量采用多媒體技術(shù)(圖片、動(dòng)畫乃至影像資料)用于課堂教學(xué),但沒(méi)有實(shí)驗(yàn)體系支撐的純理論教學(xué)依然無(wú)法真正擺脫“灌注”式的教學(xué)模式。
3. 理論教學(xué)與本專業(yè)工程實(shí)際結(jié)合不足
流體力學(xué)既包含自然科學(xué)的基礎(chǔ)理論,又涉及工程技術(shù)科學(xué)方面的應(yīng)用,屬于理論性和實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程,所提供的研究方法可直接用于科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)過(guò)程。專業(yè)基礎(chǔ)課是學(xué)生掌握專業(yè)知識(shí)技能必修的重要課程,其主要任務(wù)是為專業(yè)課學(xué)習(xí)奠定必要的基礎(chǔ)。雖然課程教材中現(xiàn)象、例題、練習(xí)題等都是基于實(shí)際物理現(xiàn)象,但由于多是由力學(xué)專業(yè)教師授課,與本專業(yè)工程實(shí)際結(jié)合較少,導(dǎo)致學(xué)生不知為何而學(xué),不知如何應(yīng)用,學(xué)生學(xué)習(xí)積極性較低,學(xué)習(xí)效率較低。
4. 孤立的模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái),學(xué)生無(wú)法聯(lián)想到實(shí)際工程
目前流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)多為設(shè)置模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái),學(xué)生通過(guò)觀察、測(cè)試驗(yàn)證某些物理現(xiàn)象或理論公式算法等觀測(cè)流動(dòng)現(xiàn)象,驗(yàn)證所學(xué)理論,掌握實(shí)驗(yàn)的方法和操作技能,訓(xùn)練整理實(shí)驗(yàn)資料、編寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力。但孤立設(shè)置的一段管段和設(shè)備,無(wú)法讓學(xué)生實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與實(shí)際工程起來(lái),學(xué)生不能真正理解實(shí)驗(yàn)的目的和意義,只是按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)按部就班地完成任務(wù),參與積極性不高,實(shí)驗(yàn)沒(méi)有真正發(fā)揮出專業(yè)基礎(chǔ)的作用。
5. 模式化的考核方式使學(xué)生采取錯(cuò)誤的學(xué)習(xí)方法
目前,流體力學(xué)教學(xué)多數(shù)采用傳統(tǒng)的考試方法,考試命題常拘泥于書(shū)本,記憶多,理解少,知識(shí)的應(yīng)用更少,忽略了對(duì)學(xué)生綜合能力的考核。以單純檢驗(yàn)知識(shí)掌握程度為標(biāo)準(zhǔn),學(xué)生平時(shí)不學(xué)習(xí),考試前“突擊”幾天,做幾個(gè)典型題,考試也可能考出好成績(jī),但考完即忘,無(wú)法打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。這不能全面考查學(xué)生的真正素質(zhì),思維活躍、求學(xué)好問(wèn)、注重實(shí)際應(yīng)用的學(xué)生往往不能充分發(fā)揮水平,部分學(xué)習(xí)方法僵硬、但善于背知識(shí)的學(xué)生卻能拿高分,出現(xiàn)“高分低能”現(xiàn)象。長(zhǎng)此以往,學(xué)生學(xué)習(xí)缺乏主動(dòng)性,學(xué)習(xí)方法僵硬,只是死記硬背,忽略了對(duì)知識(shí)的全面理解和融會(huì)貫通,更談不上對(duì)知識(shí)的應(yīng)用。
三、課程教學(xué)改革內(nèi)容
為解決流體力學(xué)教學(xué)中存在的實(shí)際問(wèn)題,本專業(yè)在近幾年的流體力學(xué)教學(xué)中積極探索實(shí)踐,積極探索嘗試更適用于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的教學(xué)模式,把抽象的物理現(xiàn)象形象化,引導(dǎo)學(xué)生透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì),培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí),提高學(xué)生的實(shí)踐、創(chuàng)新能力,使學(xué)生能更好地投入后期的專業(yè)課學(xué)習(xí)。
1. 豐富有趣的緒論課,調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣
良好的開(kāi)端是成功的一半。緒論課是本課程的次課,緒論課上得成功與否,直接影響到學(xué)生在今后的學(xué)習(xí)中是否對(duì)該課程產(chǎn)生興趣,影響到學(xué)生對(duì)該門課程掌握的程度高低。教師可以適當(dāng)增加緒論課課時(shí),在課上介紹流體力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史,通過(guò)大量引入實(shí)例介紹流體力學(xué)在人類文明發(fā)展中*的作用,介紹流體力學(xué)在航空航天發(fā)展方面的成就等內(nèi)容,激發(fā)學(xué)生對(duì)本課程的自豪感和學(xué)習(xí)興趣。教師以利用一些生活周邊的工程實(shí)例帶動(dòng)學(xué)生討論交流,引導(dǎo)學(xué)生從本專業(yè)角度出發(fā)思考問(wèn)題。
2.“輕推導(dǎo)重應(yīng)用”的理論教學(xué)思路
流體力學(xué)包含大量自然科學(xué)的基礎(chǔ)理論,針對(duì)筆者所在學(xué)校學(xué)生數(shù)學(xué)和物理基礎(chǔ)較薄弱的特點(diǎn),教師要重點(diǎn)強(qiáng)化公式理論物理意義的理解、在工程技術(shù)科學(xué)方面的應(yīng)用,增強(qiáng)課程的
實(shí)踐性,帶動(dòng)學(xué)生將所學(xué)研究方法直接用于科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)過(guò)程中。例如,恒定總流伯努利方程的教學(xué),常規(guī)的教學(xué)方法是從微元分析的角度開(kāi)始進(jìn)行公式推導(dǎo)。但對(duì)高數(shù)基礎(chǔ)較差的學(xué)生來(lái)說(shuō),學(xué)習(xí)還沒(méi)開(kāi)始就已經(jīng)被各種微積分符號(hào)嚇得打退堂鼓了,在推導(dǎo)公式前,教師可以帶學(xué)生回顧高中物理的能量守恒定律,以固體的機(jī)械能守恒擴(kuò)展到流體的總能守恒,使學(xué)生很自然地理解了方程的物理意義,增強(qiáng)學(xué)習(xí)的信心。
3. 以工程案例分析教學(xué)法為代表的應(yīng)用型教學(xué)模式
“應(yīng)用型”人才的典型特點(diǎn)就是具備很強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立解決問(wèn)題的能力,因此培養(yǎng)的重點(diǎn)在于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。
這就要求教師要從知識(shí)傳授型教學(xué)模式向應(yīng)用型教學(xué)模式轉(zhuǎn)變,使學(xué)生從知識(shí)接受者變?yōu)橹R(shí)的探究者,從傳統(tǒng)的重教輕學(xué)向“教主于學(xué)”轉(zhuǎn)變。教師在課堂上根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容的需要,利用工程案例組織學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)、討論,鍛煉學(xué)生的分析、歸納、總結(jié)的能力。教師可以設(shè)計(jì)一些習(xí)題課與專題討論課來(lái)解決與課程基本理論相關(guān)的實(shí)際問(wèn)題,提升學(xué)生解決問(wèn)題的能力。
4. 結(jié)合本專業(yè)工程需要設(shè)計(jì)有專業(yè)特色的課程實(shí)驗(yàn)
筆者所在學(xué)校投資百萬(wàn)建成了占地1000 多平方米的建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)室,包括集中冷熱源的各種空調(diào)系統(tǒng),如熱回收空調(diào)系統(tǒng)、輻射空調(diào)系統(tǒng)、地源熱泵機(jī)組、空調(diào)系統(tǒng)BA 控制及其能耗分析的綜合工程系統(tǒng),*按實(shí)際工程規(guī)格設(shè)計(jì)建造非試驗(yàn)臺(tái)、實(shí)驗(yàn)裝置式的演示設(shè)備。完善的專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)室為建設(shè)有工程特色流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)提供了先決條件。教師靈活利用現(xiàn)有專業(yè)實(shí)驗(yàn)室資源,結(jié)合工程實(shí)際需要,設(shè)計(jì)特色實(shí)驗(yàn),建立有專業(yè)特色的、能夠更好地銜接后續(xù)專業(yè)課程的流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系,把抽象的物理現(xiàn)象形象化,引導(dǎo)學(xué)生透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì),培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí),提高學(xué)生的實(shí)踐、創(chuàng)新能力。
本次教學(xué)改革實(shí)踐中將實(shí)驗(yàn)體系劃分為由淺入深的三個(gè)層次:基礎(chǔ)演示實(shí)驗(yàn)、基本理論實(shí)驗(yàn)、綜合擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)。這三個(gè)層次有機(jī)又相互區(qū)別, 分別滿足不同教學(xué)階段的需求。
(1)基礎(chǔ)演示實(shí)驗(yàn):主要為與實(shí)際生活和空調(diào)通風(fēng)工程緊密結(jié)合的基礎(chǔ)性演示實(shí)驗(yàn),知識(shí)覆蓋面廣。教師精選一些“意料之外,科學(xué)原理其中”的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生在輕松愉快地觀摩學(xué)習(xí)、探索流體力學(xué)的基本規(guī)律。此部分典型實(shí)例均為學(xué)生調(diào)研采集,在制作過(guò)程中吸引了學(xué)生深厚的興趣,除一些演示臺(tái)外,還包括一些視頻資料、圖片演示等。
(2)基本理論實(shí)驗(yàn):包含多個(gè)闡述及驗(yàn)證流體力學(xué)基本方程的實(shí)驗(yàn),如能量方程、動(dòng)量方程實(shí)驗(yàn)等,服務(wù)于對(duì)流體力學(xué)理論的形象理解。此部分實(shí)驗(yàn)除個(gè)別需學(xué)生實(shí)際觀察流體流動(dòng)過(guò)程的實(shí)驗(yàn)外,其余均在實(shí)際空調(diào)系統(tǒng)管道中進(jìn)行測(cè)試。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)、流動(dòng)有初步認(rèn)識(shí),理解實(shí)驗(yàn)對(duì)后續(xù)專業(yè)課學(xué)習(xí)的實(shí)際作用,從而更有目的性地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)及總結(jié)。
(3)綜合擴(kuò)展實(shí)驗(yàn):以流體力學(xué)理論為基礎(chǔ),以暖通空調(diào)工程及其測(cè)控技術(shù)為應(yīng)用背景,著重培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力,如風(fēng)口溫差射流衰減實(shí)測(cè)分析、流量調(diào)節(jié)前后管道內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)對(duì)比分析等。除一些工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)外,教師在這個(gè)層次中盡量擴(kuò)展體現(xiàn)本學(xué)科的前沿科研成果及動(dòng)態(tài),為學(xué)生提供開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)和自主式設(shè)計(jì)平臺(tái),使學(xué)生的能力得到鍛煉,自由想象與自主創(chuàng)新的潛力得到開(kāi)發(fā)與培養(yǎng)。
5. 以教師教學(xué)創(chuàng)新促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)創(chuàng)新,實(shí)現(xiàn)課內(nèi)與課外有機(jī)結(jié)合
學(xué)校力求構(gòu)建一種“寓教于樂(lè)、寓學(xué)于研”的教學(xué)氛圍,從封閉型課堂向開(kāi)放型課堂轉(zhuǎn)變,以提升整體教學(xué)效果。教師主要采取以下幾種方式:在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生把握流體力學(xué)解決問(wèn)題的思維方式和研究方法,對(duì)于特定知識(shí)點(diǎn)安排專題作業(yè),鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí),如動(dòng)員學(xué)生發(fā)現(xiàn)身邊的流體力學(xué)現(xiàn)象,完成調(diào)研報(bào)告;讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)并組裝簡(jiǎn)易的流體力學(xué)裝置,學(xué)生在動(dòng)手中發(fā)現(xiàn)理論本質(zhì);布置課程論文任務(wù),讓學(xué)生在課外完成一篇流體力學(xué)知識(shí)應(yīng)用的課程論文,通過(guò)解決開(kāi)放性問(wèn)題,鍛煉學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力。
6. 以評(píng)價(jià)學(xué)生“學(xué)習(xí)成效”為導(dǎo)向的課程考核方式
教師以學(xué)生的能力培養(yǎng)為主線,在教學(xué)中不把學(xué)生學(xué)到諸多具體的知識(shí)點(diǎn)作為目標(biāo),而是更注重學(xué)生學(xué)習(xí)到了什么方法、具備了什么能力。教師在這一原則指導(dǎo)下不斷探索課程考核方式的改革。成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)不再以記憶性的書(shū)本知識(shí)為主要內(nèi)容,即從考核學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)向評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)成效轉(zhuǎn)變,教師引導(dǎo)學(xué)生從注重考試結(jié)果向注重學(xué)習(xí)過(guò)程轉(zhuǎn)變,增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。例如,考卷中增設(shè)開(kāi)放性題目,考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解應(yīng)用能力;加大對(duì)課后專題作業(yè)與課程論文的考核力度和分值占比,課程作業(yè)避免題海訓(xùn)練,加大綜合性、設(shè)計(jì)性、開(kāi)放性題目的數(shù)量,對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中所表現(xiàn)出來(lái)的學(xué)習(xí)方法、策略、合作精神等因素進(jìn)行全面的綜合評(píng)價(jià)。
四、結(jié)束語(yǔ)
流體力學(xué)以其數(shù)學(xué)分量重、抽象概念多、理論性強(qiáng)、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn),成為本科生認(rèn)為難學(xué)的課程之一,被學(xué)生戲稱為“留級(jí)力學(xué)”。因此,如何讓學(xué)生更容易理解、更樂(lè)于學(xué)習(xí)、更善于應(yīng)用,是本門課程教學(xué)的大難點(diǎn)。
筆者所在學(xué)校在近幾年的教學(xué)實(shí)踐中不斷實(shí)踐,探索實(shí)施豐富的緒論課內(nèi)容、基于“輕推導(dǎo)重應(yīng)用”的理論教學(xué)思路、以工程案例教學(xué)法為代表的研究型教學(xué)模式、結(jié)合工程需要設(shè)計(jì)有專業(yè)特色的課程實(shí)驗(yàn),以及以教師教學(xué)創(chuàng)新促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)創(chuàng)新、以評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)成效為導(dǎo)向的考核方式為主要內(nèi)容的應(yīng)用型教學(xué)模式改革。實(shí)踐證明,通過(guò)以上改革實(shí)踐,學(xué)生對(duì)流體力學(xué)的學(xué)習(xí)興趣明顯提高,大多數(shù)學(xué)生積極參與課堂討論,課堂氛圍活躍,教學(xué)*。
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