淺議工程流體力學課程在成教熱能專業(yè)中的教學探討論文
論文關(guān)鍵詞：工程流體力學 成人教育 教育對象 互動教學
論文摘要：“工程流體力學”作為能源學科的專業(yè)基礎(chǔ)課，在本科生整個培養(yǎng)體系中起著舉足輕重的作用，是一個很重要的教學環(huán)節(jié)�，F(xiàn)結(jié)合成人教育對象的特殊性對“工程流體力學”課程在成教熱能專業(yè)中的教學進行了探討，綜合考慮教育對象和本課程的特點對教學內(nèi)容進行了補充和修正。并結(jié)合實踐經(jīng)驗，在教學中采用互動教學的方法，以學生為主體，通過自主學習，讓學生結(jié)合自己的現(xiàn)場經(jīng)驗在課堂上“講授”，然后對教學效果進行評價，最后由老師精講。以期達到理論與實踐、專業(yè)與課程的統(tǒng)一。
流體力學的研究對象包括液體和氣體兩大物質(zhì)形態(tài)，流體力學的基本任務(wù)是建立描述流體運動的基本方程，確定流體經(jīng)各種通道及繞流不同物體時速度、壓強的分布規(guī)律，探求能量轉(zhuǎn)換及各種損失的計算方法，并解決流體與限制其流動的固體壁之間的相互作用問題。[1]在實際工程的許多領(lǐng)域里，流體力學一直起著十分重要的作用。無論是水利工程、動力工程、航空工程，還是化學工程、機械工程等都在日益廣泛地應(yīng)用著流體力學。就某種意義而言，也正是在流體力學的研究工作不斷取得成就的前提下，才促進了這些工程領(lǐng)域的大力發(fā)展。工程流體力學是在闡述流體力學的基本理論的基礎(chǔ)上，重點闡述和研究流體力學在工程上的應(yīng)用，工程流體力學廣泛應(yīng)用于動力、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)專業(yè)的主干技術(shù)基礎(chǔ)課程。
一、教材與教學內(nèi)容選取
“工程流體力學”教材種類繁多，[2]但是目前為止還沒有一本針對能源類本科成人教育《工程流體力學》教材，筆者通過對多種教材的研讀，以及往年成教上課的經(jīng)驗，根據(jù)各教材所涵蓋的基本理論，及描述流體特性表達式推導(dǎo)過程的深度和難度、教材內(nèi)容的廣度，最終選用楊建國等人編著的《工程流體力學》（北京大學出版社，2010年1月第1版）作為成教熱能專業(yè)的臨時教材。
“工程流體力學”的內(nèi)容繁雜、學科綜合性強，流體力學內(nèi)容很抽象，偏微分方程幾乎貫穿全部課程。流體力學歐拉方法的思路與物理及其他力學不同，學生理解、掌握起來有困難。[3]鑒于成人教育對象數(shù)學基礎(chǔ)和力學基礎(chǔ)相對薄弱的特點，在授課中應(yīng)盡量避免大量的數(shù)學公式的推導(dǎo)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內(nèi)容，在講解動量定理、動能定理和質(zhì)量守恒定理時，把輸運定理作為主要的公式推導(dǎo)工具，著重強調(diào)基本概念和基本原理的學習和掌握。
二、授課目標及教學方法
1.明確教育目標的職業(yè)性和教育內(nèi)容的實用性
成人教育是以提高社會從業(yè)人員的.履職能力和適應(yīng)職業(yè)變化能力為目標的教育，其教育內(nèi)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，實用性較強。[4]
對于成人教育一定要明確教育目標的特點，做到有的放矢，才能起到事半功倍的效果。成人教育對象（以下稱為“成人”學生）的特點可以歸結(jié)為以下幾點：
第一，“成人”學生職業(yè)性強；
第二，“成人”學生都有固定的工作崗位，有著豐富的實踐經(jīng)驗，在某些方面的認識和能力要強于授課老師；
第三，“成人”學生專業(yè)基礎(chǔ)課，例如數(shù)學和物理等的基礎(chǔ)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(dǎo)；
第四，“成人”學生渴望獲取知識，尤其是能幫助其解釋工作中遇到的實際問題的理論知識；
第五，“成人”學生一般工作繁重，上課時間一般是擠出來的，因此課堂授課的效率尤為重要；
第六，“成人”學生學習目的性很強，對于不相關(guān)的內(nèi)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”學生的自主學習能力強，這跟現(xiàn)在在校大學生的自主學習能力差形成了鮮明的對比。
因此，要時刻謹記以上七條“成人”學生的特點，在教學中要時刻把握住“成人”學生的職業(yè)性，并注意授課內(nèi)容的實用性。在教學學時有限的情況下，在提高教育目標理論水平基礎(chǔ)上，使其掌握并能運用這些理論分析在生產(chǎn)實踐中遇到的各種實際問題，提高預(yù)判生產(chǎn)中出現(xiàn)重大問題的能力，對于某些技術(shù)人員，應(yīng)使其具備流體設(shè)備及機械系統(tǒng)和裝置的設(shè)計、運行管理的工程技術(shù)能力。技術(shù)人員經(jīng)過理論知識的強化學習，再加上自身實踐經(jīng)驗，最終可成為基礎(chǔ)扎實、知識面寬、有較強實踐能力和創(chuàng)新意識的復(fù)合型人才。
如何增強授課內(nèi)容的實用性是授課的關(guān)鍵問題之一，因為授課對象是能源類“成人”學生，因此筆者認為授課內(nèi)容應(yīng)該結(jié)合世界目前面臨的重大問題：能源危機和環(huán)境污染，也就是國家的重大政策——節(jié)能減排。當今世界能源越來越緊張，污染越來越嚴重，而且世界的大氣污染形勢和應(yīng)對政策一直在變化，因此在授課中適度加入相關(guān)節(jié)能減排的內(nèi)容，使“成人”學生了解世界，尤其是我國大氣污染的嚴峻性，樹立節(jié)能環(huán)保意識。增加我國最新政策和法規(guī)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行總量控制等，以及解決這些問題所用到的必備知識之一就是流體力學。例如要想取得好的脫硫除氮的效果，就要把握煙氣的流動，研究煙氣流動正是流體力學的責任。我國的科技水平迅速提高，需要讓學生了解污染物控制的發(fā)展趨勢，如哪些理論問題仍需深入研究，哪些技術(shù)是當今熱點，使“成人”學生在未來的學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”學生大多為熱能專業(yè)的學生，而且大多來自發(fā)電廠或與發(fā)電廠相關(guān)的單位，他們對煙氣脫硫設(shè)備比較熟悉，有可能在今后的工作中參與脫硫塔設(shè)計或運行，因此將該部分作為本課程的一個重點。通過大量圖片、動畫和視頻講解各種常用煙氣脫硫中氣體流動的特點，加入影響脫硫效果的設(shè)計思路和方法，主要是講解煙氣流動的流場、流線、流型的相關(guān)概念及理論，使“成人”學生系統(tǒng)掌握煙氣脫硫技術(shù)中流體力學的作用。
總之，授課內(nèi)容的實用性是教學的關(guān)鍵問題之一，授課內(nèi)容實用“成人”學生才愛聽，效果才好。
2.教學手段和教學方法
�。�1）加強理論知識的講授。成人教育的對象多數(shù)為參加工作多年和未受過正規(guī)高等教育的成年人，即“成人”學生，他們又有著豐富的實踐經(jīng)驗�！俺扇恕睂W生雖然專業(yè)經(jīng)驗豐富，但是專業(yè)理論相對薄弱，尤其是專業(yè)基礎(chǔ)知識比較薄弱，用現(xiàn)在本科教育的術(shù)語講，就是專業(yè)基礎(chǔ)課不過關(guān)。從筆者實際函授授課的經(jīng)驗來看，“成人”學生專業(yè)基礎(chǔ)課尤以高等數(shù)學的基礎(chǔ)最為薄弱，然而流體力學的主要工具就是數(shù)學。 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(xiàn)實生活中生動形象的實例，并加入一些圖片和視頻。例如在講授流體的概念時，可以用“給他一點陽光他就燦爛，給他一點山花他就爛漫”這樣朗朗上口的詞句來形象說明流體的流動性；在講授流線和跡線時，可以引用唐代大詩人王維寫下的千古流傳的名句“大漠孤煙直，長河落日圓”來形象地說明跡線的概念。這樣既提高了學生的學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，來激發(fā)他們學習的興趣。
�。�2）采用導(dǎo)學+啟發(fā)式方法授課。實行“導(dǎo)學式”教學模式。即，貫徹“學生為主體、教師為主導(dǎo)”的教學理念，[5]在教學中實行啟發(fā)式教學，充分發(fā)揮現(xiàn)代教育技術(shù)在提高教學效率和教學質(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、學生聽的課堂教學模式，即使加入大量實例，教學效果仍然較差，所以講授中進行啟發(fā)互動式教學。所謂互動式教學，是在教學中教與學雙方交流、溝通、協(xié)商、探討，在彼此平等、彼此傾聽、彼此接納、彼此坦誠的基礎(chǔ)上，通過理性說服甚至辯論，不同觀點碰撞交融，激發(fā)教學雙方的主動性，拓展創(chuàng)造性思維，以達到提高教學效果的一種教學方式。這種講課的方式，不是老師一個人講，而是啟發(fā)學生思考。[6]
“工程流體力學”基礎(chǔ)理論講解比較枯燥，為了提高教學效果，經(jīng)常在課堂上提出問題和例題，鼓勵學生積極回答，并展開討論，激發(fā)學生的主觀能動性，從而加深理解。在教學中要把握“成人”學生的獨特特點：那就是有自己固定的工作崗位，有著豐富的工作經(jīng)驗，對設(shè)備的結(jié)構(gòu)和運行了如指掌，對設(shè)備處于非常規(guī)運行時有自己的處理方法，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進行調(diào)研時，一個空冷島運行專工在說到如何預(yù)測和解決空冷機組夏季出力不足的問題時，他們的經(jīng)驗就是大量噴水，但是他們不知道造成此現(xiàn)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”學生實踐經(jīng)驗豐富的特點，讓他們提出問題，然后通過自學解決問題并把自己的內(nèi)容在課堂上“講授”，教師對結(jié)果加以評論，并指出這些方法的優(yōu)缺點，提高學生的創(chuàng)新意識；接下來精講教材中的理論知識以及補充內(nèi)容，并配以圖片、動畫、視頻，鼓勵學生思考，進行可行性分析，指出它們的優(yōu)勢和缺陷，并再次簡要講解相關(guān)理論，使學生的短時記憶轉(zhuǎn)化為長時記憶。
�。�3）考核方式。由于成人教育不同于一般高校，因此采用平時成績、期末考試成績各占一定比例的考核方式，最終合理地給出學生的期末總成績。平時成績包括學生考勤、課堂講授和問題回答情況、課下作業(yè)尤其是資料搜集情況、實驗等，對整個教學過程中表現(xiàn)突出的學生，提高他們的平時成績。
三、實驗教學
“工程流體力學”課程的理論性和實踐性都比較強，很多理論知識需要通過實驗去理解、消化。因此實驗教學是提高學生對知識掌握情況的必備環(huán)節(jié)。
實驗教學主要的目的是通過直觀的現(xiàn)象來理解課本知識，本課程精心選擇了如下五個實驗。
1.伯努利方程實驗
觀察液體在管道中流動時能量守恒和轉(zhuǎn)換的物理現(xiàn)象、測繪玻璃水管管路上測壓管水頭線及總水頭線。
2.流速和流量的測定實驗
了解文丘里流量計及畢托管的測速原理。
3.雷諾實驗
觀察各種流態(tài)、測定流態(tài)與雷諾數(shù)的關(guān)系、觀察層流時管道斷面流速分布。
4.沿程阻力損失實驗
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(guī)律。
5.局部阻力損失實驗
對圓管突擴局部阻力系數(shù)的經(jīng)驗公式和突縮局部阻力系數(shù)的經(jīng)驗公式進行實驗驗證與分析。
四、結(jié)語
針對熱能與動力工程專業(yè)“成人”學生的特點，對“工程流體力學”的教學進行了探討，使課程更適合“成人”學生的特點，擴大了他們的知識面，增強了其主動思考的能力，豐富、深化了“成人”學生的理論知識，也為成人“工程流體力學”教學探索出有益手段。在今后的教學過程中要進一步探索新的教學方法和手段，學習和借鑒優(yōu)秀教師的教學成果，不斷提高自身的綜合素質(zhì)和專業(yè)理論知識，立足學校特色優(yōu)勢，繼續(xù)努力進行“工程流體力學”課程的建設(shè)和探索，以期積累更多的經(jīng)驗和取得更大的成績。
參考文獻：
[1]陳卓如,等.工程流體力學[M].北京:高等教學出版社,2006.
[2]楊建國,張兆營,等.工程流體力學[M].北京:北京大學出版社,2010.
[3孫恒朱,鴻梅,舒丹.“啟發(fā)—聯(lián)想式”教學方法在流體力學教學中的應(yīng)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”課程“導(dǎo)學式”教學模式初探[J].世界教育信息.2010,(10).
[6]李曉暉,楊洋.“啟發(fā)-互動式教學”在高�！捌髽I(yè)文化”教學中的應(yīng)用[J].今日科苑.2010,(10).
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